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小麦秸秆还田后不同水稻品种对简化穗肥施用的响应及其成因

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中国农业科学 2024年第10期57卷 1961-1978页

作者：舒小伟王树深伏桐王子涵丁周宇杨英赵士茹周娟黄建晔姚友礼王余龙董桂春扬州大学农学院/江苏省作物遗传生理重点实验室/江苏省作物栽培生理重点实验室

【目的】探讨小麦秸秆还田条件下不同水稻品种产量、颖花分化和退化、土壤微生物活性及碱解氮对简化穗肥施用响应的差异及其原因。【方法】以迟熟中粳南粳9108和中籼扬稻6号两个品种为试材，研究秸秆还田方式（全量还田和不还田）和简... 详细信息

【目的】探讨小麦秸秆还田条件下不同水稻品种产量、颖花分化和退化、土壤微生物活性及碱解氮对简化穗肥施用响应的差异及其原因。【方法】以迟熟中粳南粳9108和中籼扬稻6号两个品种为试材，研究秸秆还田方式（全量还田和不还田）和简化穗肥处理（0﹕0，不施穗肥；2﹕0，全施促花肥；1﹕1，促花肥和保花肥各施一半；0﹕2，全施保花肥）互作条件下产量、颖花分化和退化等的差异及其相互关系。从秸秆腐解和养分释放、土壤微生物量和酶活性变化、土壤碱解氮含量等角度分析水稻颖花分化和退化的机制。【结果】（1）秸秆还田后，南粳9108和扬稻6号的产量分别平均增加4.2%和3.2%。穗肥处理中，两品种分别以2﹕0和1﹕1处理的产量最高；而秸秆不还田处理下，两品种产量均以1﹕1处理最高。在施氮量180—360 kg N·hm-2范围内穗肥处理的产量趋势一致；（2）秸秆还田后0—30 d为快速腐解期，秸秆中的碳和氮迅速释放，30 d时土壤中的细菌、真菌和放线菌的数量平均增加179.2%，脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖酶的活性平均增加88.8%;40—60 d秸秆腐解和碳氮释放速率变缓，微生物数量和酶活性迅速降低；60—90 d秸秆腐解和碳氮释放基本停滞，微生物数量和酶活性缓慢下降。秸秆还田后10—40 d，土壤碱解氮含量平均降低4.8%,50—90 d平均增加5.2%;（3）秸秆还田后，土壤碱解氮的增加使供试水稻的颖花分化数平均增加1.4%，颖花退化数平均降低12.3%，颖花现存数平均增加4.4%，每穗粒数（每穗颖花现存数）的增加是水稻增产的主要原因。南粳9108和扬稻6号2﹕0处理下颖花退化率秸秆还田较不还田处理分别降低23.5%和7.6%。南粳9108在2﹕0处理下的颖花分化数和退化数较1﹕1处理分别增加8.9和5.7朵/穗，扬稻6号分别增加6.8和11.6朵/穗。由于颖花分化数的增幅大于颖花退化数的增幅，故南粳9108的颖花现存数以2﹕0处理最多，而扬稻6号则以1﹕1处理最多。【结论】秸秆还田提高了水稻产量，全施促花肥南粳9108产量最高，扬稻6号则是促保均施处理的最高。产量提高的原因主要通过显著降低颖花退化率和退化数，增加每穗粒数实现的。南粳9108颖花退化率下降的幅度大于扬稻6号，是两个品种颖花现存数对不同穗肥处理响应差异的主要原因。

关键词：秸秆还田穗肥水稻颖花分化和退化产量土壤微生物活性

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盐胁迫对油菜生理特征和菜籽产量品质的影响

作物学报 2024年第6期50卷 1597-1607页

作者：王龙李静钱晨林国冰李亦扬杨光左青松江苏省作物遗传生理重点实验室/江苏省作物栽培生理重点实验室/扬州大学农学院江苏扬州225009

为了探明盐胁迫对油菜产量品质和生理特征的影响机制,本研究以浙油50为材料,于2020—2022年油菜生长季在盐城大丰盐碱地进行试验,分别设置低盐和高盐处理,研究油菜碳氮同化、光合特征、抗逆生理以及菜籽产量品质的变化。结果表明,相比... 详细信息

为了探明盐胁迫对油菜产量品质和生理特征的影响机制,本研究以浙油50为材料,于2020—2022年油菜生长季在盐城大丰盐碱地进行试验,分别设置低盐和高盐处理,研究油菜碳氮同化、光合特征、抗逆生理以及菜籽产量品质的变化。结果表明,相比低盐处理,高盐处理下油菜初花期各器官干物质积累降低18.46%~35.67%,成熟期降低20.92%~46.03%;高盐处理提高了初花期根和叶片的干物质分配比例,降低了茎枝的分配比例,提高了成熟期根和茎枝的分配比例,降低了果壳和籽粒的分配比例。此外,高盐处理降低初花期和成熟期各器官碳氮积累,降低了茎枝和叶片的碳氮转运效率,表明盐胁迫抑制油菜碳氮同化和花后养分转运,最终导致籽粒产量降低;另一方面,高盐处理下各器官C/N显著降低,表明盐胁迫对碳素同化的抑制程度强于氮素,导致籽粒品质改变,使籽粒蛋白质含量提高8.23%,油分含量降低4.42%。高盐较低盐显著降低初花期叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾系数、瞬间羧化效率,提高胞间CO_(2)浓度和水分利用效率,表明盐胁迫对油菜光合的影响可能主要归因于非气孔限制。与低盐相比,高盐下油菜H_(2)O_(2)和MDA含量增加27.41%和42.33%,SOD活性、CAT活性、AsA含量、可溶性蛋白含量和可溶性糖含量分别上升65.54%、22.85%、29.68%、9.75%和16.84%。由此认为,盐胁迫通过抑制油菜碳氮同化和限制光合,降低籽粒产量,改变籽粒品质,同时油菜可以提高抗氧化和渗透调节能力来适应盐胁迫环境。

关键词：油菜盐胁迫碳氮同化生理产量品质

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氯代乙烯的厌氧微生物还原脱氯特性

环境科学 2024年第2期45卷 1080-1089页

作者：李伟刘贵平刘峻吕良华乔文静余欣张晓旸蒋建东南京农业大学生命科学学院农业农村部农业环境微生物重点实验室南京210095 江苏省环境科学研究院江苏省环境工程重点实验室南京210036

四氯乙烯(PCE)和三氯乙烯(TCE)是地下水中典型的卤代有机化合物,严重威胁生态环境与人体健康.为获得氯代乙烯高效厌氧降解菌剂并探究其在污染地下水中的应用潜能,利用某工业污染场地的地下水,通过投喂PCE或TCE进行长期富集培养,获得了可... 详细信息

四氯乙烯(PCE)和三氯乙烯(TCE)是地下水中典型的卤代有机化合物,严重威胁生态环境与人体健康.为获得氯代乙烯高效厌氧降解菌剂并探究其在污染地下水中的应用潜能,利用某工业污染场地的地下水,通过投喂PCE或TCE进行长期富集培养,获得了可将PCE和TCE完全脱氯成无毒乙烯的厌氧菌剂W-1.菌剂W-1的PCE和TCE脱氯速率分别是(120.1±4.9)μmol·(L·d)^(-1)和(172.4±21.8)μmol·(L·d)^(-1).16S rRNA基因扩增子测序和qPCR结果表明,98.3μmol PCE还原脱氯至顺-1,2-二氯乙烯(cis-1,2-DCE)时,Dehalobacter丰度从1.9%增长至57.1%,基因拷贝数每释放1μmol Cl-增加1.7×10^(7)copies;cis-1,2-DCE完全还原脱氯至乙烯时,Dehalococcoides丰度从1.1%增长至53.8%;PCE完全还原脱氯至乙烯过程中Dehalococcoides基因拷贝数每释放1μmol Cl^(-)增加1.7×10^(8)copies.以上结果说明Dehalobacter与Dehalococcoides协同互作实现PCE完全降解解毒.当菌群W-1以TCE为电子受体时,222.8μmol TCE完全还原脱氯至乙烯时候,Dehalococcoides丰度从(29.1±2.4)%增长至(77.7±0.2)%,基因拷贝数每释放1μmol Cl-增加(1.9±0.4)×10^(8)copies.结合PCR和Sanger测序,获得了菌剂W-1中主要脱卤菌Dehalococcoides LWT1较完整的16S rRNA基因序列,其与*** strain 19516S rRNA基因序列相似度达100%.将菌群W-1添加至受TCE(418.7μmol·L^(-1))污染的地下水中,28 d内实现了(69.2±9.8)%的TCE被完全脱毒至乙烯,TCE脱氯速率为(10.3±1.5)μmol·(L·d)^(-1).研究成果可为PCE或TCE污染地下水开展厌氧微生物修复提供菌剂资源和理论指导.

关键词：四氯乙烯(PCE) 三氯乙烯(TCE) 厌氧微生物还原脱氯有机卤呼吸细菌脱卤拟球菌(Dehalococcoides)

基于显微高光谱成像技术判别食源性致病菌种类的方法研究

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光谱学与光谱分析 2024年第2期44卷 392-397页

作者：康睿程雅雯周玲莉任妮江苏省农业科学院江苏南京210031 农业农村部长三角智慧农业技术重点实验室江苏南京210031

如何实现对食源性致病微生物的早期快速检测是全球食品安全领域面临的挑战之一。传统的致病菌生化检测方法虽然准确性高,但是过程复杂、耗时漫长,易错过控制疫情爆发的窗口期。该研究提出一种基于暗场显微高光谱成像技术的检测方法,能... 详细信息

如何实现对食源性致病微生物的早期快速检测是全球食品安全领域面临的挑战之一。传统的致病菌生化检测方法虽然准确性高,但是过程复杂、耗时漫长,易错过控制疫情爆发的窗口期。该研究提出一种基于暗场显微高光谱成像技术的检测方法,能够借助显微镜技术突破传统光谱成像的灵敏度和分辨率极限,并利用可见/近红外光谱为单个致病菌细胞添加高分辨率的图像和光谱信息。以空肠弯曲杆菌、大肠埃希氏菌O157:H7和鼠伤寒沙门氏菌为检测对象,采用显微高光谱成像技术进行数字化表征和数据采集,结合双向长短期记忆网络(Bi-LSTM)算法对各致病菌细胞的图像和光谱数据进行建模分类。结果显示,显微尺度的致病菌光谱数据呈现可判别的分布规律,新采用的Bi-LSTM网络在光谱数据集中表现优异,在三种致病菌的分类任务中取得了91.0%的平均准确率,而传统的线性判别分类器(LDA)和支持向量机分类器(PCA-SVM)的平均准确率分别为80.1%和88.5%。但是,仅依赖光谱数据进行致病菌种类判别仍然存在较为严重的假阳性问题,尤其是在大肠埃希氏菌O157:H7和鼠伤寒沙门氏菌的分类中存在错误分类。图像信息的加入则能够显著改善各分类的识别准确率,其中Bi-LSTM分类器取得了高达98.1%的准确率,LDA和PCA-SVM均取得了95.3%的准确率。研究结果表明,显微高光谱成像技术在食源性致病菌的特异性光谱和图像表征中具有优势,提出的Bi-LSTM网络能够直接处理高维的图谱特征,两种技术的融合在食源性致病菌细胞级别的早期检测应用中展现潜力。

关键词：食源性致病菌细菌细胞检测显微高光谱成像技术光谱识别

基于半导体量子阱中四波混频效应的高效光学非互易

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物理学报 2024年第1期73卷 158-166页

作者：盖云冉郑康丁春玲郝向英金锐博武汉工程大学光学信息与模式识别湖北省重点实验室武汉430200

基于半导体量子阱纳米结构中的四波混频效应,提出了一种无磁光学非互易的理论方案.利用实验可得的合适参数,实现了具有高传输率的非互易传输和非互易相移.此外,将这种半导体量子阱纳米结构嵌入马赫-曾德尔干涉仪,选择适当的参数,可以实... 详细信息

基于半导体量子阱纳米结构中的四波混频效应,提出了一种无磁光学非互易的理论方案.利用实验可得的合适参数,实现了具有高传输率的非互易传输和非互易相移.此外,将这种半导体量子阱纳米结构嵌入马赫-曾德尔干涉仪,选择适当的参数,可以实现隔离比为92.39 dB、插入损耗为0.25 dB的双端口光隔离器,以及保真度为0.9993、光子存活率为0.9518、低插入损耗的四端口光环行器.半导体介质具有更容易集成和参数可调的优势,此方案可以为基于半导体固态介质的非互易性和非互易光子器件的实现提供理论指导.

关键词：光学非互易半导体量子阱四波混频

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滚筒式堆肥反应器通风搅拌系统设计与试验

农业机械学报 2024年第5期55卷 395-404页

作者：李骅朱振明王居飞於海明李超朱雪茹南京农业大学工学院南京210031 江苏省智能化农业装备重点实验室南京210031

针对有机废弃物堆肥过程中物料溶氧效率低导致的堆体起温速率慢、发酵不彻底等问题,设计了一种高效堆肥通风搅拌系统,该系统由分段式通风系统和组合式搅拌装置构成,通过对两个主要装置进行理论设计和DEM-FEM耦合仿真,实现堆肥通风和搅... 详细信息

针对有机废弃物堆肥过程中物料溶氧效率低导致的堆体起温速率慢、发酵不彻底等问题,设计了一种高效堆肥通风搅拌系统,该系统由分段式通风系统和组合式搅拌装置构成,通过对两个主要装置进行理论设计和DEM-FEM耦合仿真,实现堆肥通风和搅拌工艺优化。结果显示,通风系统中的最大应力出现在通风管上,为13.064 MPa,最大形变量为0.038126 mm,搅拌装置中最大应力出现在抄板上,为190.31 MPa,最大形变量为0.34417 mm,符合设计要求。在此基础上,以食物垃圾和梧桐叶为原料,进行为期14 d的堆肥试验,监测堆肥过程中关键参数变化并测定发酵产物相关指标,完成通风搅拌系统性能验证试验。试验结果表明:使用该通风搅拌系统的滚筒式堆肥反应器,其内部堆体温度在3 d时达到53.34℃,堆肥过程中堆体最高温度可达69.56℃,堆体高温期(大于50℃)可持续6 d以上;试验结束后其产物含水率降至27.21%、pH值升至8.4、种子发芽指数最高可达131.4%,符合有机肥料测定标准(NY/T 525—2021),滚筒反应器运行成本仅65.51元/t。

关键词：有机废弃物堆肥滚筒式堆肥反应器通风搅拌系统

基于空间注意力增强ResNeSt-101网络和迁移元学习的小样本害虫分类

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农业工程学报 2024年第6期40卷 285-297页

作者：梁炜健郭庆文王春桃肖德琴黄琼华南农业大学数学与信息学院广州510642 农业农村部华南热带智慧农业技术重点实验室广州510642 广东省农业人工智能重点实验室广州510642 广州市智慧农业重点实验室广州510642 深圳鹏城技师学院深圳518000

害虫识别是害虫防治的关键基础,由于较难获得足够的害虫种类图像,如何使用少量标记图像构造害虫分类器是一个富有挑战性的问题。现有研究多采用匹配网络框架来解决这个问题,该框架使用元学习避免重新训练深度网络,然而主干网络的特征提... 详细信息

害虫识别是害虫防治的关键基础,由于较难获得足够的害虫种类图像,如何使用少量标记图像构造害虫分类器是一个富有挑战性的问题。现有研究多采用匹配网络框架来解决这个问题,该框架使用元学习避免重新训练深度网络,然而主干网络的特征提取能力有限,元学习算法没有提供较好的权重初始化策略,可能导致网络出现梯度消失或者梯度爆炸的情况。为了解决这一问题,该研究提出一种基于空间注意力增强ResNeSt-101和迁移元学习算法的小样本害虫分类器。首先,通过一个空间注意力模块增强ResNeSt-101以更好地提取害虫图像特征,即在ResNeSt-101的第1阶段的最大池化层之前以及在第2~4阶段的末尾分别附加集成空间注意力模块,并通过数值仿真确定空间注意力增强模块的最佳放置位置为第1阶段的最大池化层之前。随后,通过迁移学习策略初始化网络权重,进而通过元学习进行优化。为了避免网络出现梯度消失或者梯度爆炸的情况,在元学习算法中选择归一化的温度缩放交叉熵损失函数代替三元组损失函数。最后,通过计算查询图像和支持图像深度特征之间的相似度实现害虫分类。所提出方法在自建的害虫图像数据集AD0和MIP50上使用N-类K-例准确率和每张图像处理时间(the time of per image processing,TPIP)进行评估。害虫图像数据集的构建方式如下:首先对公共害虫图像数据集IP102和D0进行清洗,以消除由于英文害虫名称导致的歧义类别;然后移除卵、幼虫和蛹阶段的害虫图像,仅保留成虫阶段的图像。考虑到人工和时间成本,从清理后的IP102害虫数据集中选择50个类别构建MIP50害虫图像数据集。随后,通过害虫的拉丁名称从互联网搜索更多的害虫图像,生成AD0害虫图像数据集。自建的MIP50数据集包括来自IP102的50个类别的16424张成虫图像,AD0包含来自D0的所有40个类别的17112张成虫图像。试验结果表明,当测试集中只有少数未知类别的害虫图像时,本文方法在AD0数据集上的5-类10-例评估准确率达到了96.37%,在MIP50数据集上达到了76.91%。当测试集中同时存在几个未知和已知类别的害虫图像时,所提方法在AD0数据集上的5-类10-例设置下的识别准确率达到了93.73%,在MIP50数据集上达到90.60%。同时,本文方法的TPIP大约为0.44 ms,满足大多数场景下的实时害虫识别要求。此外,消融试验结果表明,基于空间注意力增强ResNeSt-101网络和迁移元学习的小样本害虫分类方法在AD0、MIP50数据集上对未知类别害虫图像的5-类10-例的识别准确率分别提升了5和3个百分点以上,具有良好应用前景。但未来研究中还需进一步研究本方法中存在的问题,如通过采用更好地表征支持集样本与查询集样本之间复杂关系的度量优化本工作中用到的度量以解决增加类别数可能导致分类准确率降低的问题,以及将所提方法应用于现实农业场景进行优化改进以更好提升本文方法的实用性。

关键词：病虫害图像处理小样本分类元学习 ResNeSt-101 交叉熵损失

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结合自注意力与卷积的真实场景图像篡改定位

西安电子科技大学学报 2024年第1期51卷 135-146页

作者：钟浩边山王春桃华南农业大学数学与信息学院广东广州510642 广州市智慧农业重点实验室广东广州510642 广东省信息安全技术重点实验室广东广州510006

图像是移动互联网时代传播信息的重要载体,恶意图像篡改是潜在的网络安全威胁之一。与自然场景中在物体尺度上的图像篡改不同,真实场景中的图像篡改存在于伪造的资质证书、文案、屏幕截图等,这些篡改图像通常会经过精心的手工篡改干预,... 详细信息

图像是移动互联网时代传播信息的重要载体,恶意图像篡改是潜在的网络安全威胁之一。与自然场景中在物体尺度上的图像篡改不同,真实场景中的图像篡改存在于伪造的资质证书、文案、屏幕截图等,这些篡改图像通常会经过精心的手工篡改干预,因此其篡改特征与自然场景篡改特征存在差异,更具有多样性,对其篡改区域的定位更具有挑战性。针对该场景复杂且多样的篡改特征,丰富的关系信息是重要的,文中通过卷积神经网络进行自适应特征提取,并利用逆向连接的全自注意力模块进行多阶段特征关注,最后融合多阶段注意力关注结果进行篡改区域定位。所提方法在真实场景图像篡改定位任务中取得了优于对比方法的性能,其中F 1指标比主流方法MVSS-Net高出约8.98%,AUC指标高出约3.58%。此外,所提方法在自然场景图像篡改定位任务中也达到了主流方法的性能,并提供了自然场景篡改特征与真实场景篡改特征存在差异的佐证。在两种场景中的实验结果表明,所提方法能够有效地定位出篡改图像的篡改区域,且在复杂的真实场景中的定位效果更显著。

关键词：图像篡改定位伪造检测数字图像取证计算机视觉自注意力机制卷积神经网络

面向YSU-Ⅱ下肢康复机器人语音交互系统的指令文本校对模型

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计算机集成制造系统 2024年第10期30卷 3633-3642页

作者：仲美玉吴培良窦燕张晓丹孔令富燕山大学信息科学与工程学院河北省计算机虚拟技术与系统集成重点实验室河北省软件工程重点实验室

针对YSU-Ⅱ下肢康复机器人语音交互系统存在指令误识的问题，构建了基于双向门控循环单元的Seq2Seq模型来检测并纠正指令文本中的错误字符，提出一种基于指令上下文和关键字的注意力机制（CK Attention）,用于捕获指令文本的上下文语义... 详细信息

针对YSU-Ⅱ下肢康复机器人语音交互系统存在指令误识的问题，构建了基于双向门控循环单元的Seq2Seq模型来检测并纠正指令文本中的错误字符，提出一种基于指令上下文和关键字的注意力机制（CK Attention）,用于捕获指令文本的上下文语义和关键字信息，以提升模型的文本校对能力。面向康复机器人的训练任务自行建立了语料库，并采用5次5折交叉验证法在该语料库上开展了相关实验，以客观评估模型性能。实验结果表明，所建模型适用于指令文本校对任务，CK Attention机制能够有效提升模型的文本校对性能，其检错F1值和纠错F1值分别达到97.72%和93.89%,对常用指令文本的校对时长在0.156 s～0.391 s之间。

关键词：文本校对语音交互 Seq2Seq 双向门控循环单元注意力机制

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