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ICARDA引进-小麦苗期抗旱性的全基因组关联分析

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中国农业科学 2024年第9期57卷 1658-1681页

作者：张颖石婷瑞曹瑞潘文秋宋卫宁王利聂小军西北农林科技大学农学院/作物抗逆与高效生产全国重点实验室山东省农业科学院农业资源与环境研究所/养分资源高效利用全国重点实验室

【目的】干旱是限制小麦生产最主要的逆境因子之一。挖掘、鉴定优异抗旱新种质、克隆抗旱新基因，以期丰富我国小麦抗旱遗传基础，为小麦抗旱遗传改良提供材料。【方法】以198份从国际干旱地区农业研究中心（ICARDA）引进的抗旱种质为... 详细信息

【目的】干旱是限制小麦生产最主要的逆境因子之一。挖掘、鉴定优异抗旱新种质、克隆抗旱新基因，以期丰富我国小麦抗旱遗传基础，为小麦抗旱遗传改良提供材料。【方法】以198份从国际干旱地区农业研究中心（ICARDA）引进的抗旱种质为材料，采用PEG-6000模拟干旱方法，通过调查苗期干旱和正常条件下的地上部鲜重、地下部鲜重、生物量和根冠比4个性状，鉴定、评价其抗旱性，结合660K SNP芯片对其抗旱性进行全基因组关联分析，发掘抗旱性相关染色体区间及关联位点，结合干旱胁迫下根等多组织的表达量数据，筛选抗旱性相关基因，最后以强抗旱性品系IR214和干旱敏感品系IR36为材料，利用qRT-PCR方法对候选基因进行验证，并分析关键候选基因的优异单倍型。【结果】干旱胁迫下，小麦的生长发育受到显著抑制，各性状表型均显著低于正常对照，不同小麦品系间也表现出显著差异，4个性状在2种处理下均呈现正态分布，变异系数为0.363—0.760，多样性指数为0.310—0.400；基于加权隶属函数值（D值）综合评价各个品种的抗旱性，发现品系IR214的D值最大，为0.851，其次为IR92、IR213、IR235和IR218等，它们可作为新的优异抗旱种质；在此基础上，通过全基因组关联分析（genome-wide association study,GWAS），共检测到102个与4个性状抗旱系数显著关联的SNP位点，表型变异解释率范围为1.07%—38.70%，其中，与地上部鲜重相关的位点60个、地下部鲜重相关位点1个、生物量相关位点36个以及根冠比相关位点5个；基于基因组注释信息，筛选到31个抗旱相关基因，结合根等不同组织的RNA-seq数据，筛选出4个抗旱候选基因，对差异表达的候选基因进行qRT-PCR验证，鉴定到2个关键抗旱候选基因；最后，分析候选基因的单倍型效应，发现TraesCS6A02G048600的AX-86174509位点，2种基因型在抗旱性状上具有显著差异，是潜在的功能位点。【结论】共检测到102个与苗期抗旱性显著关联的位点，筛选出TraesCS5B02G053500和TraesCS6A02G048600 2个关键候选基因，TraesCS6A02G048600的AX-86174509位点是潜在的抗旱性功能位点。

关键词：小麦干旱胁迫 660K SNP芯片全基因组关联分析候选基因

融合星载LiDAR系统GEDI数据与Sentinel-2影像的长江中游洲滩典型禾本科植物高度动态研究

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湖泊科学 2024年第2期36卷 562-574页

作者：石希夏军强周美蓉辛沛武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉430072 河海大学水灾害防御全国重点实验室南京210098

植物是大型河流生态系统的重要成分。但受气候变化和人类活动影响,洲滩禾本科植物高度不断发生调整,进而影响洲滩生境和河道防洪安全,故需长期监测。近年来,伴随着星载激光雷达(LiDAR)技术的发展,应用LiDAR卫星数据反演洲滩禾本科植物... 详细信息

植物是大型河流生态系统的重要成分。但受气候变化和人类活动影响,洲滩禾本科植物高度不断发生调整,进而影响洲滩生境和河道防洪安全,故需长期监测。近年来,伴随着星载激光雷达(LiDAR)技术的发展,应用LiDAR卫星数据反演洲滩禾本科植物高度成为一种可能。本文融合新一代星载LiDAR系统GEDI数据与Sentinel-2影像,基于XGBoost算法构建了考虑物候、累积温度与光合有效辐射指标的洲滩典型禾本科植物高度外推模型,同时利用Attention-UNet算法搭建了洪淹区域识别模型。随后以长江中游洲滩为例,探明了星载LiDAR技术在获取洲滩植株高度方面的性能,分析了各指标对模型精度的影响,并初步得出了洲滩典型禾本科植物高度对不同淹没条件的响应模式。主要结论包括:(1)星载LiDAR系统GEDI具有准确探测洲滩植物高度的能力,与无人机航测数据相比RMSE=0.43 m;(2)运用GEDI数据构建禾本科植物高度外推模型时,考虑物候和累积温度等指标可有效提升模型精度,提升幅度为6.8%~10.7%;(3)利用无人机航测数据对模型外推植物高度进行评价,RMSE=0.80 m。同时从模型外推结果中可知,受2020年流域尺度洪水影响,中游各河段平均植物高度下降了0.03~0.24 m;(4)在2020年流域尺度洪水作用下,淹没历时≤10天的洲滩禾本科植物,其次年株高整体呈增长趋势;而淹没历时>10天时,其次年株高平均下降了2.3%~3.1%。此外,对于日均淹没水深与株高的比值>0.95的洲滩,随着比值增加,洪水对禾本科植株高度的负面作用逐步增强。

关键词：星载激光雷达 GEDI 植被高度长江中游洲滩

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小浪底水库运用后黄河下游游荡段游荡程度变化特点及机理

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地理学报 2024年第5期79卷 1161-1176页

作者：刘雨晨夏军强周美蓉程亦菲武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉430072

为实现黄河下游游荡段游荡程度变化的定量评价,提出了游荡指数的计算方法;本文结合Landsat影像,分析了小浪底水库运用后游荡段游荡程度的变化特点及机理。研究表明,2000—2022年黄河下游游荡段整体游荡程度降低,游荡指数由0.918减至0.6... 详细信息

为实现黄河下游游荡段游荡程度变化的定量评价,提出了游荡指数的计算方法;本文结合Landsat影像,分析了小浪底水库运用后游荡段游荡程度的变化特点及机理。研究表明,2000—2022年黄河下游游荡段整体游荡程度降低,游荡指数由0.918减至0.674,且游荡程度降低速率先快后慢。其中铁谢—伊洛河口河段和花园口—夹河滩河段游荡程度显著降低,伊洛河口—花园口河段游荡程度基本不变,夹河滩—高村河段游荡程度有所增加。此外,游荡段游荡特性演变与水沙、河床边界条件变化以及局部河势调整密切相关。从水沙条件来看,小浪底水库运用后黄河下游输沙锐减、洪峰调平,使得河道全线冲刷、流路集中,以致游荡段游荡特性减弱,且丰水年较枯水年更有利于河势归顺;从河床边界条件来看,沿程河岸约束性强的河段游荡特性趋于减弱,且河床纵向稳定性增加是游荡段游荡程度降低及降低速率减慢的因素之一;从局部河势调整的影响来看,朱寨—东坝头河段河势变化是夹河滩—高村河段后期切滩频发的重要原因。

关键词：游荡程度时空变化演变机理游荡指数 Landsat影像黄河下游

钙调控马铃薯产量、品质和抗逆性的关键作用研究进展

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植物营养与肥料学报 2024年第6期30卷 1199-1210页

作者：吴楚红黄成东养分资源高效利用全国重点实验室/植物−土壤相互作用教育部重点实验室/中国农业大学资源与环境学院北京100193

马铃薯作为全球及我国第四大粮食作物,在保障粮食安全、改善营养健康等国家发展战略方面发挥着重要作用。马铃薯产量、品质与养分管理有着紧密联系,作为马铃薯的一种必需营养元素,钙在马铃薯生长发育过程中起着营养和信使的双重功能。... 详细信息

马铃薯作为全球及我国第四大粮食作物,在保障粮食安全、改善营养健康等国家发展战略方面发挥着重要作用。马铃薯产量、品质与养分管理有着紧密联系,作为马铃薯的一种必需营养元素,钙在马铃薯生长发育过程中起着营养和信使的双重功能。本文较为系统地总结了马铃薯地下部根茎结构特性与钙养分吸收、分布的关系,钙在提升马铃薯产量与品质,增强马铃薯抗逆性的关键作用,以期为匹配土壤−作物系统的马铃薯钙肥产品创制与田间钙养分实时智能精准高效管理提供科学依据,提升马铃薯产量与品质,助推马铃薯绿色生产与主粮化战略行动。

关键词：马铃薯钙养分管理产量与品质抗逆性

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利用地表纹理映射实现三维辐射传输精细模拟

遥感学报 2024年第6期28卷 1515-1524页

作者：黄华国北京林业大学林木资源高效生产全国重点实验室北京100083

三维辐射传输模拟是研究定量遥感机理,提高反演精度的重要方法。现有研究能重建厘米级的植被场景,实现分米级的星载或者机载图像模拟。然而在稀疏植被区域,模拟图像和实际数据仍然存在一定偏差。究其原因,一方面源于三维结构误差,另外... 详细信息

三维辐射传输模拟是研究定量遥感机理,提高反演精度的重要方法。现有研究能重建厘米级的植被场景,实现分米级的星载或者机载图像模拟。然而在稀疏植被区域,模拟图像和实际数据仍然存在一定偏差。究其原因,一方面源于三维结构误差,另外一方面则是平均组分光谱的局限,难以反映地表反射率的随机异质性。为克服平均组分光谱的局限问题,本文扩展RAPID模型,基于土壤端元和浓密植被端元光谱,增加了两个权重系数构成的纹理矩阵,实现地表反射光谱的精细模拟,并评估考虑异质性对图像模拟带来的改进效果。结果表明:(1)两个权重系数可以基于真实图像直接求解;(2)每个地表面元在赋值两个权重系数后,合成光谱与真实图像光谱曲线吻合度高(R^(2)优于0.98,RMSE=0.016);(3)云南天峰山和甘肃大野口两个场景的模拟吻合度显著提升(R^(2)分别提升0.096和0.041,RMSE分别下降0.015和0.01);(4)三波段RGB图像也有可能预测出NIR波段图像,纹理相近,但是光谱反射率数值上有一定的偏差(0.006—0.027)。本文提出的方法可以模拟更为精细的亚米级高分卫星图像,可为深度学习提供高质量的样本,为定量反演提供更准备的训练数据。

关键词：遥感地表纹理高分图像三维辐射传输影像模拟端元光谱训练样本

东北天然次生针阔混交林乔木层碳储量变化的采伐干扰响应

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林业科学 2024年第7期60卷 17-27页

作者：杨润露王娟张春雨北京林业大学林木资源高效生产全国重点实验室北京100083

[目的]探究采伐干扰对东北典型天然次生针阔混交林乔木层碳储量变化的影响,为东北地区森林可持续经营提供理论依据。[方法]在吉林省林业实验区国有林保护中心选取4块1 hm^(2)针阔混交林样地,2011年开展初次调查,同年冬季进行采伐作业,2... 详细信息

[目的]探究采伐干扰对东北典型天然次生针阔混交林乔木层碳储量变化的影响,为东北地区森林可持续经营提供理论依据。[方法]在吉林省林业实验区国有林保护中心选取4块1 hm^(2)针阔混交林样地,2011年开展初次调查,同年冬季进行采伐作业,2013、2015、2018和2021年复测保留木。采用双变量线性回归法,探讨采伐强度、物种多样性、功能多样性、系统发育多样性和群落加权平均性状值对碳储量和碳增量的影响;使用多元线性回归模型,比较各变量的贡献程度;利用结构方程模型,检验各变量对碳储量和碳增量的直接和间接效应。[结果](1)碳储量和碳增量多元线性回归模型中,采伐强度对碳储量和碳增量的贡献分别占总解释量的25%和5%;植物物种多样性对碳储量和碳增量的贡献分别占总解释量(物种、功能、系统发育多样性)的67%和58%;群落加权平均性状值对碳储量和碳增量的贡献分别占总解释量的8%和37%。(2)碳储量结构方程模型中,采伐强度对系统发育多样性、功能多样性、最大树高加权性状值和碳储量具有显著负向效应,路径系数分别为−0.221、−0.454、−0.337和−0.229;采伐强度对木质密度加权性状值具有显著正向效应,路径系数为0.368;采伐强度对物种多样性的直接效应不显著;物种多样性和功能多样性对碳储量具有显著正向效应,路径系数分别为0.306和0.235;系统发育多样性和群落加权平均值对碳储量的直接效应不显著。(3)碳增量结构方程模型中,最大树高加权性状值对碳增量具有显著正向效应,功能多样性与木质密度加权性状值不相关,其他变量间的关系与碳储量模型相同。[结论]物种多样性、功能多样性、群落加权平均性状值对碳储量和碳增量具有直接影响,森林经营时可通过增加植物种类以促成功能多样的林分来提高森林碳汇能力。采伐强度直接或间接通过功能多样性和群落加权平均性状值减少碳储量和碳增量,在森林经营中应合理采伐,以提高森林碳汇能力。

关键词：采伐干扰植物物种多样性群落加权平均性状值碳储量碳增量

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功率型电化学储能技术研究进展

动力工程学报 2024年第3期44卷 406-417页

作者：周润怡黄艳忠祁义恒张传志周美琪杨化超薄拯浙江大学能源高效清洁利用全国重点实验室杭州310027

功率型储能器件具有功率密度高和充放电速度快等显著优点,适用于需要大功率输出和短时间内快速响应的应用场景,如电网调频、军用装甲车辆应急启动和港口起重装备能量回收等。围绕主流的功率型储能器件——超级电容器、功率型金属离子电... 详细信息

功率型储能器件具有功率密度高和充放电速度快等显著优点,适用于需要大功率输出和短时间内快速响应的应用场景,如电网调频、军用装甲车辆应急启动和港口起重装备能量回收等。围绕主流的功率型储能器件——超级电容器、功率型金属离子电池、金属离子混合电容,介绍了各类功率型电化学储能技术的基本工作原理,系统性地总结了国内外学者在功率型电化学储能器件电极材料和电解液方面的改性策略和研究进展,最后对功率型电化学储能技术未来研究方向和应用趋势进行了合理展望。

关键词：高功率密度超级电容金属离子电池金属离子混合电容电极材料电解液

基于麦-玉种植系统农田土壤碳库与作物产量的周年秸秆还田量评价

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环境科学 2024年

作者：吴群文宋佩鸿黄健华钱欣高英波张慧刘开昌王良李宗新山东省农业科学院养分资源高效利用全国重点实验室青岛农业大学农学院

作物秸秆的处理和循环利用已成为农业科研领域的热点。优化小麦-玉米周年秸秆管理，实现种植系统碳效率提高，促进小麦-玉米周年可持续生产。基于持续8a的秸秆还田长期定位试验，设立了麦-玉双季还田(WS-MS)和麦-玉单季还田(WS-MN)这两... 详细信息

作物秸秆的处理和循环利用已成为农业科研领域的热点。优化小麦-玉米周年秸秆管理，实现种植系统碳效率提高，促进小麦-玉米周年可持续生产。基于持续8a的秸秆还田长期定位试验，设立了麦-玉双季还田(WS-MS)和麦-玉单季还田(WS-MN)这两个处理，对比分析了WS-MS处理和WS-MN处理下秸秆还田量对土壤有机碳(TOC)含量、易氧化有机碳(EOOC)含量、土壤碳储量、碳库管理指数(CPMI)、碳利用效率和作物产量的影响。结果表明，WS-MS处理和WS-MN处理的TOC含量分别增加了8.1%和5.5%，WS-MS处理和WS-MN处理的EOOC含量分别增加了50.4%和45.5%；0～20 cm土层，WS-MS处理和WS-MN处理有机碳储量分别提升了20.5%和18.3%；但是WS-MS处理较WS-MN处理的提升皆不显著。WS-MS处理的碳库指数（CPI）、碳库活度（CPA）、碳库活度指数（CPAI）和CPMI较WS-MN处理分别高出3.7%、20.5%、2.2%和7.9%。对于产量而言，WS-MN处理的麦-玉周年产量较WS-MS处理高出0.2%，年均生产效率和生态效率分别较WS-MS处理显著高出136.1%和64.2%。WS-MN处理降低农田碳投入，导致其碳效益显著高于WS-MS处理。因此，从长期单双季秸秆还田下秸秆碳利用效率以及作物产量统筹考虑，麦-玉单季还田处理在不显著影响小麦-玉米周年籽粒产量及其土壤碳库的前提下，更适于黄淮海地区小麦-玉米一年两熟集约化种植的周年秸秆资源高效利用的管理方式。

关键词：秸秆还田产量有机碳(TOC) 易氧化有机碳(EOOC) 碳利用效率碳库管理指数

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基于机器学习的寒区渠道冰情的遥感监测方法

农业工程学报 2024年第4期40卷 194-203页

作者：管光华熊发京武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉430072

寒区渠道冬季运行时常出现冰情,控制平封的封冻过程会大幅降低渠道输水能力,调控不当甚至可能产生冰塞、冰坝等灾害。国内外开展了大量渠道冰情研究,以期提升渠道冰期输水能力,但受限于观测资料的时空密度,数值模拟结果难以验证,调度决... 详细信息

寒区渠道冬季运行时常出现冰情,控制平封的封冻过程会大幅降低渠道输水能力,调控不当甚至可能产生冰塞、冰坝等灾害。国内外开展了大量渠道冰情研究,以期提升渠道冰期输水能力,但受限于观测资料的时空密度,数值模拟结果难以验证,调度决策缺少依据。遥感技术因其具有监测范围大、时效性高的特性,在渠道冰情监测中具有较大的应用潜力。为探索适用于寒区渠道冰情遥感监测的方法,该研究以南水北调中线京石段明渠段为研究区,基于Sentinel-2影像的11个波段反射率构建了完全特征、优选特征和组合特征3类特征空间数据集,作为支持向量机(support vector machine,SVM)、最大似然估计(maximum likelihood estimation,MLE)、随机森林(random forest,RF)分类算法输入,训练得到了9个地物分类器,用于渠道结冰范围识别,并采用北拒马闸前影像渠道结冰范围提取试验,对比不同分类算法和输入特征组合下的分类性能。结果表明:在渠道结冰范围识别中,近红外、可见光和短波红外是关键波段。在样本数量有限的条件下,SVM算法结冰范围识别精度最高,不同特征输入下制图精度(producer’s accuracy,PA)可达85.10%~87.91%,错分误差(commission error,CE)为10.84%~16.08%;RF算法在完全特征和优选特征输入下分类精度与SVM接近,PA为84.67%~86.61%,CE为13.76%~14.41%,但其在组合特征下分类结果严重偏离实际;MLE算法在3类特征下的分类精度均较低,不适宜作为渠道结冰范围识别算法。综合来看,SVM算法对特征空间敏感性较低,在不同的特征输入下均能实现渠道结冰范围的高精度提取;RF算法对特征空间敏感性较高,当输入特征发生变化时,结冰范围识别精度不稳定。最后以完全特征下的SVM算法为例,进行了分类器的时空泛化性验证,结果表明模型在不同时间、不同渠段下,制图精度不低于82.09%,错分误差不高于13.82%,分类模型精度均较好,能有效识别渠道结冰范围。该研究方法可为寒区输水工程冰情监测提供新思路,亦可为类似工作提供参考。

关键词：遥感冰寒区渠道机器学习细小水体 Sentinel-2

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