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不同生长时期玉米茎秆强度的无损检测研究

光谱学与光谱分析 2024年第6期44卷 1703-1709页

作者：张天亮张东兴崔涛杨丽解春季杜兆辉肖天璞中国农业大学工学院北京100083 农业部土壤-机器-植物系统技术重点实验室北京100083 河北省科学院应用数学研究所河北石家庄050081 河北省信息安全认证技术创新中心河北石家庄050081

针对传统玉米茎秆强度破坏式检测方法费时费力的问题,采用高光谱成像数据结合统计学习方法对灌浆期和蜡熟期的19个玉米品种的茎秆穿刺强度和折断力进行检测,给出适于进行玉米茎秆强度检测的特征提取和建模方法。试验在5000株·亩^(-1)... 详细信息

针对传统玉米茎秆强度破坏式检测方法费时费力的问题,采用高光谱成像数据结合统计学习方法对灌浆期和蜡熟期的19个玉米品种的茎秆穿刺强度和折断力进行检测,给出适于进行玉米茎秆强度检测的特征提取和建模方法。试验在5000株·亩^(-1)种植密度下种植了19个玉米品种,采集灌浆期和蜡熟期茎秆基部的高光谱图像,使用目标区域分割的方式自动进行光谱图像反射率校正和目标光谱曲线提取。对采集的样本数据使用主成分分析法(PCA)和包裹式特征提取法提取光谱特征,并分别建立了主成分回归(PCR)和偏最小二乘回归(PLSR)的茎秆强度预测模型。通过对各特征提取方法和各模型交叉验证预测结果的对比,找到适于进行玉米茎秆强度检测的特征提取和建模方法。试验结果表明:PCA方法提取光谱特征具有明显的降维效果,但用PCA方法提取特征建立的PCR模型对玉米茎秆强度的预测效果一般,用包裹式特征提取方法建立的PLSR模型在灌浆期和蜡熟期的模型预测效果均优于PCR模型,模型的剩余预测残差(RPD)在2.90~3.93之间,可以用于定量分析预测茎秆强度。

关键词：穿刺强度折断力高光谱成像主成分回归偏最小二乘回归

汞污染对土壤有机碳稳定性和固碳功能微生物群落的影响

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环境科学 2024年

作者：张语馨孙约兵张仁甫王超贾宏涛农业农村部环境保护科研监测所农业农村部产地环境污染防控重点实验室天津市农业环境与农产品安全重点实验室新疆农业大学资源与环境学院新疆土壤与植物生态过程重点实验室

为阐明Hg污染对土壤有机碳稳定性及自养微生物碳同化的影响机制，采用室内培养实验与分子生物学技术，研究了Hg污染29 d前后土壤CO2排放速率、有机碳组分和cbbL、cbbM功能微生物的变化特征.结果表明，不同水平Hg污染对土壤CO2排放速率... 详细信息

为阐明Hg污染对土壤有机碳稳定性及自养微生物碳同化的影响机制，采用室内培养实验与分子生物学技术，研究了Hg污染29 d前后土壤CO2排放速率、有机碳组分和cbbL、cbbM功能微生物的变化特征.结果表明，不同水平Hg污染对土壤CO2排放速率的影响存在差异，高水平Hg(S2、S3和S5)抑制了土壤CO2累计排放量，而低水平Hg(S1、S4和S6)促进了土壤碳排放.Hg污染影响了土壤有机碳组分比例，不同处理间SOC和MBC含量变化规律基本一致，均存在显著差异(P 土壤CO2累计排放量和SOC是影响cbbL群落变化的主要因素，土壤有效Hg是影响cbbM群落变化的主要因素.综上所述，研究结果可为Hg污染区域生态系统的碳循环及积累提供理论依据.

关键词：汞污染 CO 排放特征有机碳组分 cbbL cbbM

黄河下游典型湿地土壤养分及其生态化学计量特征

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环境科学 2024年第3期45卷 1674-1683页

作者：王传盈王凯月王浩然张梦迪周云凯河南大学地理与环境学院开封475004 河南大学黄河中下游数字地理技术教育部重点实验室开封475004 河南省地球系统观测与模拟重点实验室开封475004

土壤中碳氮磷钾是植物生长发育所需的必要养分元素,其含量和生态化学计量比能够反映土壤质量与养分限制状况.选取黄河下游河南段的花园口黄河浮桥湿地为研究对象,运用方差分析、冗余分析和线性回归拟合等研究方法,分析黄河下游典型湿地... 详细信息

土壤中碳氮磷钾是植物生长发育所需的必要养分元素,其含量和生态化学计量比能够反映土壤质量与养分限制状况.选取黄河下游河南段的花园口黄河浮桥湿地为研究对象,运用方差分析、冗余分析和线性回归拟合等研究方法,分析黄河下游典型湿地土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、碱解氮(AN)、速效磷(AP)、速效钾(AK)及其生态化学计量特征,明确土壤养分的限制性元素,揭示影响湿地土壤养分及其生态化学计量比的关键理化因子.结果表明,湿地土壤ω(SOC)、ω(TN)、ω(TP)、ω(TK)、ω(AN)、ω(AP)和ω(AK)的均值分别为:5.46 g·kg^(-1)、0.60 g·kg^(-1)、0.28 g·kg^(-1)、17.06 g·kg^(-1)、13.75mg·kg^(-1)、6.54 mg·kg^(-1)和158.56 mg·kg^(-1),其空间分布呈现出从河岸向滩地波动增加的变化趋势,高植被盖度区普遍高于低植被盖度区,且土壤SOC、TN、TP和TK之间具有较强的相关性;土壤C/P、C/K、N/P和N/K呈现出和土壤养分一致的变化趋势,而C/N则相反;土壤SOC、TN、AN、N/P和N/K变异系数超过50.00%,其空间差异性较强;湿地土壤C/N均值为11.882,接近中国土壤均值,而C/P和N/P的均值分别为49.119和4.516,两者均低于中国土壤平均水平,并且土壤N/P远小于14,研究区土壤受N限制;土壤黏粒占比和电导率共同解释了土壤养分变异与其生态化学计量比变异的61.4%和43.9%,是影响花园口黄河浮桥湿地土壤养分和生态化学计量比的主要理化因子.研究结果有助于加深对黄河下游湿地土壤养分及其影响因素的认知,为黄河下游湿地生态修复与管理提供重要科学依据.

关键词：土壤养分生态化学计量比黄河下游湿地限制性元素土壤理化性质

稻油系统周年产量差及形成因素探究: 以湖北省武穴市为例

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作物学报 2024年第5期50卷 1287-1299页

作者：曹馨元杜明利王宇诚陈欣华陈佳欣凌霄霞黄见良彭少兵邓南燕作物遗传改良全国重点实验室/农业农村部长江中游作物生理生态与耕作重点实验室/湖北洪山实验室/华中农业大学植物科学技术学院湖北武汉430070

明确农户水平稻油系统的产量差及进一步增产的限制因素对保障我国粮油安全具有重要作用。本研究以我国典型稻油系统生产区湖北省武穴市为研究对象,采用作物模型与田间调查相结合的方法评估了该地区稻油系统周年产量差,并使用单因素方差... 详细信息

明确农户水平稻油系统的产量差及进一步增产的限制因素对保障我国粮油安全具有重要作用。本研究以我国典型稻油系统生产区湖北省武穴市为研究对象,采用作物模型与田间调查相结合的方法评估了该地区稻油系统周年产量差,并使用单因素方差分析和条件推断树综合比较了农户在土壤条件和管理措施上的差异,以探究该地区限制稻油系统产量进一步增长的主要栽培因素及可行的增产途径,为因地制宜地缩小产量差提供新思路。结果表明:(1)武穴市水稻季和油菜季的潜在产量分别为11.79 t hm^(-2)和4.43 t hm^(-2),按照水稻和油菜籽粒的能量当量换算系统周年能量后,稻油系统的最高周年潜在能量为284 GJ hm^(-2)。水稻季和油菜季的平均实际产量分别为8.11 t hm^(-2)和1.82 t hm^(-2),系统平均实际周年能量为165 GJ hm^(-2)。该地区稻油系统的平均周年相对产量差(产量差与潜在产量的比值)为42%,其中油菜季(59%)比水稻季(31%)具有更大的产量提升空间。相较于湖北省和长江流域的平均水平,武穴市稻油系统周年潜在能量相近,而周年实际能量分别低13%和5%,导致该地区的产量差相对较大,其中分别有83%和61%的农户相对产量差大于湖北省和长江流域平均水平。(2)该地区周年产量较低的农户具有以下主要特征:土壤为沙壤土,耕层较浅;水稻季虫草害防治效果差,水稻季肥料做底肥一次施用且轻施氮、钾肥;油菜季重施肥料,且油菜机收损失较大。(3)武穴市89%的农户选择种植常规稻品种黄华占,其实际产量已达到该品种潜在产量的90%左右;种植油菜品种的种类较多且产量差异较大。综上,武穴市稻油系统仍具有较大的增产空间;缩小当地稻油系统产量差的技术措施包括:适当深耕提高土壤生产力;油菜季选择当地适宜的高产油菜品种;水稻季加强推广高产优质杂交稻品种,重点关注增加水稻用种量,提高直播密度和播种时的封闭除草,系统周年施肥管理上应降低油菜季而提高水稻季的肥料用量,水稻季仅施底肥的农户适当增施追肥等。

关键词：产量差田间调查稻油系统作物模型管理措施

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基于水稻物候参数及面向对象算法的稻田识别

农业工程学报 2024年第11期40卷 150-158页

作者：姚园毋亭李一凡黎志强钱秀丽张黎明邢世和张华福建农林大学资源与环境学院福州350002 土壤生态系统健康与调控福建省高校重点实验室福州350002 福建省农田建设与土壤肥料技术总站福州350003

水稻是中国主要的粮食作物之一,实时且准确获取稻田区域及其空间分布特征是指导和管理农业生产的基础,对于保障国家粮食安全具有重要意义。但传统遥感变量与基于像元的机器学习分类算法在准确识别破碎度较高的稻田方面存在较大挑战。物... 详细信息

水稻是中国主要的粮食作物之一,实时且准确获取稻田区域及其空间分布特征是指导和管理农业生产的基础,对于保障国家粮食安全具有重要意义。但传统遥感变量与基于像元的机器学习分类算法在准确识别破碎度较高的稻田方面存在较大挑战。物候参数能够反映不同植被的生长动态,在识别稻田方面具有较大的应用潜力。面向对象的随机森林分类可以有效避免“椒盐”现象,提高稻田的分类精度。鉴于此,该研究以中国南方典型山地丘陵区——福建省漳州市稻田为研究对象,基于归一化植被指数、改进归一化水体指数、土壤调节植被指数、垂直极化后向散射系数、交叉极化后向散射系数和物候参数等多个遥感变量,利用面向对象的随机森林分类算法识别稻田,验证和分析物候参数与面向对象的随机森林分类法在提高南方复杂地形区稻田识别精度方面的有效性。结果表明:1)福建省漳州市稻田的最高识别精度为94.47%,Kappa系数为0.92,传统遥感变量、物候参数及面向对象的随机森林分类算法在准确识别破碎度较高的稻田方面具有协同优势;2)物候参数在表征植被生长与植被类型差异等方面具有显著优势,相较于仅基于传统遥感变量的试验组,物候参数与传统遥感变量的组合能够将稻田识别总体精度提高8.78~9.36个百分点;3)对于复杂地形区破碎度较高的稻田,面向对象的随机森林分类方法能够清晰明确地勾勒出稻田的形状与边界信息,且能够有效避免“椒盐”现象,相较于基于像元的分类方法,面向对象的分类法可将稻田识别精度提高0.58~1.53个百分点,因此,更适用于复杂地形区破碎农田的遥感提取。该研究结果可提高福建省漳州市稻田制图产品的应用价值,也可为中国南方复杂地形区稻田识别精度的进一步提高提供参考。

关键词：遥感物候参数随机森林时间序列稻田

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根际微生境中生化过程的原位可视化研究进展

植物营养与肥料学报 2024年第7期30卷 1387-1395页

作者：顾文杰刘冲王丹李雅莹卢钰升吴杭涛解开治广东省农业科学院农业资源与环境研究所/农业农村部南方植物营养与肥料重点实验室/广东省养分资源循环利用与耕地保育重点实验室/广东省土壤微生物与耕地保育工程技术研究中心广东广州510640 岭南现代农业科学与技术广东省实验室茂名分中心广东茂名525000

根际及近根际区域(根际微生境)进行着活跃的物质交换和能量流动,大部分陆地生态系统中碳、氧和矿质元素等关键生源要素循环的生化过程都发生在根际微生境中。根际微生境空间动态过程的可视化对于准确捕捉和量化根际界面物质迁移转化过... 详细信息

根际及近根际区域(根际微生境)进行着活跃的物质交换和能量流动,大部分陆地生态系统中碳、氧和矿质元素等关键生源要素循环的生化过程都发生在根际微生境中。根际微生境空间动态过程的可视化对于准确捕捉和量化根际界面物质迁移转化过程和功能至关重要。过去几十年中,采用二维成像方法进行营养元素、酶和微生物等多种生化过程的同步原位可视化研究取得了重要进展。本文系统总结了根际化学环境、微生物环境和代谢物原位可视化研究的最新方法与研究进展,讨论了多参数成像技术在根际微生境研究中的应用前景,并对根际生化过程原位可视化研究的未来发展方向及亟待解决的问题进行了展望。为进一步提高根际原位可视化技术的研发与应用,深入解析微生境中生化过程与机制,需要在以下几方面重点展开研究:1)开展操作简单、耗时少、成本低的可视化技术开发,并进行多参数及多手段耦合的兼容性验证;2)从样品制备和数据整合等方面,开发根际三维及四维可视化方法,探索根际微生境的时空动态可视化;3)研发便携式仪器,开展根际原位可视化技术的田间应用。

关键词：根际微生境多参数成像技术原位可视化

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珠三角赤红壤常年连作菜地土壤磷库特征

草业学报 2024年

作者：宁建凤陈勇姚建武梁紫薇曾瑞锟王荣辉李彤广东省农业科学院农业资源与环境研究所农业部南方植物营养与肥料重点实验室广东省养分资源循环利用与耕地保育重点实验室广东省农业面源污染监测评估与防控工程技术研究中心

磷既是作物营养必需元素也是重要面源污染因子，研究集约化菜地土壤磷库特征，为有针对性地制定菜地磷养分管理措施，降低菜地磷素面源污染风险提供依据。以珠三角地区（广州、江门、肇庆、惠州等地）赤红壤常年菜地系统为研究对象，共... 详细信息

磷既是作物营养必需元素也是重要面源污染因子，研究集约化菜地土壤磷库特征，为有针对性地制定菜地磷养分管理措施，降低菜地磷素面源污染风险提供依据。以珠三角地区（广州、江门、肇庆、惠州等地）赤红壤常年菜地系统为研究对象，共采集89份城郊菜地土壤样品，采用修正的Hedley磷库分级法分析土壤磷组分，探明土壤性质与磷库相关性。赤红壤菜地土壤磷库以无机磷（Pi）为主要赋存形态，无机磷在磷库占比达88%，有机磷（Po）、残余磷在磷库占比均较低，分别为8.1%、3.9%。菜地土壤无机磷含量为1176.78 mg·kg-1，远高于有机磷(109.03 mg·kg-1)和残余磷含量(52.19 mg·kg-1)。无机磷库中，H2O-Pi、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi、稀HCl-Pi、浓HCl-Pi含量分别为46.35 mg·kg-1、264.64 mg·kg-1、427.45 mg·kg-1、274.82 mg·kg-1、163.52 mg·kg-1，在总磷中相应占比分别为3.32%、20.74%、31.29%、16.32%、14.13%。有机磷库中，NaHCO3-Po、NaOH-Po、浓HCl-Po含量分别为27.24mg·kg-1、62.35 mg·kg-1、19.44 mg·kg-1，占总磷比例依次为2.33%、5.70%、1.56%。NaOH提取磷（NaOH-P）在菜地无机磷库、有机磷库中均占主导地位。从土壤磷活性角度分析，活性磷、中等活性磷、稳定性磷含量分别为338.23 mg·kg-1、764.62 mg·kg-1、235.15 mg·kg-1，在总磷中相应占比分别为25.3%、57.1%、17.6%。几乎全部89个样点土壤活性磷与中等活性磷之和在总磷库占比均超过50%。土壤有机质、全氮、碱解氮、速效钾、阳离子交换量（CEC）均与活性磷、中等活性磷含量呈显著正相关性，且存在浓度效应。赤红壤菜地土壤总体上磷含量丰富、有效性高。施肥、耕作管理等人为活动及赤红壤特性共同影响土壤磷库形成。考虑到赤红壤区的强降水气候特征，常年菜地磷素面源污染风险大，应注意通过合理施肥降低磷的污染风险。

关键词：赤红壤菜地 Hedley磷库分级法无机磷组分有机磷组分磷有效性

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我国耕地质量主控因素及提升策略

植物营养与肥料学报 2024年第8期30卷 1580-1594页

作者：丁文成宋大利周卫中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室/农业农村部植物营养与肥料重点实验室北京100081

我国耕地质量总体偏低,严重威胁国家粮食安全和生态环境安全。目前我国耕地质量的主控因素尚缺乏系统研究,不同类型障碍耕地的质量提升技术策略也不明晰。因此,本文在全面阐述我国耕地质量现状的同时,重点调研揭示了东北黑土地、北方旱... 详细信息

我国耕地质量总体偏低,严重威胁国家粮食安全和生态环境安全。目前我国耕地质量的主控因素尚缺乏系统研究,不同类型障碍耕地的质量提升技术策略也不明晰。因此,本文在全面阐述我国耕地质量现状的同时,重点调研揭示了东北黑土地、北方旱地、南方水田、南方旱地、设施农地和盐碱耕地6类典型耕地的突出问题,深入分析了耕地质量问题的主控因素和耕地质量下降的驱动机制。以耕地保护与合理利用为核心,从耕地监测、改良、培肥、利用4个方面,提出维持和提升耕地质量的核心策略,明确耕地科技创新的主要方向。阐明农田工程、保护性耕作、科学施肥、水资源高效利用、耐逆适生作物品种选育等关键耕地质量提升技术途径的适用性。旨在梳理全面综合提升耕地质量的科技需求,为耕地保护相关政策的制定提供重要参考,支撑耕地的农业生产和生态服务功能提升,实现藏粮于地、藏粮于技和农业绿色可持续发展的战略目标。

关键词：耕地质量障碍土壤耕地监测耕地改良耕地培肥耕地利用

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禾本科杂粮作物养分高效机理及指标研究进展

植物营养与肥料学报 2024年第4期30卷 786-800页

作者：王京新赵宇夏雪岩崔纪菡魏志敏李顺国河北省农林科学院谷子研究所/农业农村部特色杂粮遗传改良与利用重点实验室(部省共建)/河北省杂粮研究重点实验室河北石家庄050035

我国耕地中低产田面积大,养分缺乏始终是限制作物产量的一个主要因素。谷子、糜子和高粱为我国传统的禾谷类杂粮作物,具有光合效率高,耐旱耐瘠薄的特点,较大宗粮食作物更适应干旱、贫瘠的土壤。然而,养分利用效率研究主要集中在玉米、... 详细信息

我国耕地中低产田面积大,养分缺乏始终是限制作物产量的一个主要因素。谷子、糜子和高粱为我国传统的禾谷类杂粮作物,具有光合效率高,耐旱耐瘠薄的特点,较大宗粮食作物更适应干旱、贫瘠的土壤。然而,养分利用效率研究主要集中在玉米、小麦等主粮作物,小杂粮作物研究进展相对缓慢。本文系统总结了谷子、糜子和高粱氮、磷、钾高效利用的研究结果,归纳了几种杂粮作物养分高效的筛选指标,形态指标包括地上部干重、穗粗、穗重、草重、产量等,生理指标包括氮同化酶活性、磷积累量、光合养分效率等,养分吸收效率主要指标包括根系大小、根系长度、侧根分支和根直径,及可能参与养分高效的候选基因如NRT1、PHR1、钾转运蛋白HAK和钾离子通道蛋白Shaker等。未来可从以下几方面推进杂粮作物养分高效的研究:杂粮作物光合效率高和根系耐旱耐贫瘠的特点;利用转录组学方法深入分析引起杂粮作物光合作用和养分吸收效率的种间和种内变异的机理,特别是与氮组分、磷组分变化相关的机制;分析杂粮作物的根系形态及其主导的根系微生物互作特征对养分高效吸收的影响。这些研究将为培育养分高效高产的杂粮品种和高效栽培技术提供理论基础和指导。

关键词：谷子糜子高粱养分高效光合根系