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粮食生产大数据平台研究进展与展望

智慧农业(中英文) 2025年

作者：杨贵军赵春江杨小冬杨浩胡海棠龙慧灵裘正军李娴江冲亚孙亮陈雷周清波郝星耀郭威王培高美玲北京市农林科学院信息技术研究中心长安大学地质工程与测绘学院浙江大学生物系统工程与食品科学学院中国农业科学院农业信息研究所北京100081 南京农业大学国家信息农业工程技术中心中国农业科学院农业资源与农业区划研究所中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所北京市农林科学院智能装备技术研究中心

[目的/意义]农业大数据爆炸式发展，加速农业生产迈入数字化、智能化新时代。作为新质生产力，大数据服务于粮食生产全过程综合智能化管理决策，面临粮食生产大数据资源治理机制不明、全链条化粮食生产决策核心算法体系缺乏且对外依存... 详细信息

[目的/意义]农业大数据爆炸式发展，加速农业生产迈入数字化、智能化新时代。作为新质生产力，大数据服务于粮食生产全过程综合智能化管理决策，面临粮食生产大数据资源治理机制不明、全链条化粮食生产决策核心算法体系缺乏且对外依存度高、粮食生产全过程全要素的大数据平台缺乏等问题。[进展]本文综合分析了国内外粮食生产大数据、农情监测与智能决策算法、大数据平台方面的相关进展和面临的挑战，面向产前规划、产中监测与决策、产后综合评价等粮食生产全程管理决策需求，构建由多源异构粮食生产大数据治理、粮食生产知识图谱、“数据获取-信息提取-知识构建-智能决策-农机作业”全链条标准化算法体系、数字孪生典型应用场景等环节组成的粮食生产大数据智能平台。[结论/展望]应重点关注宏观管理监测和微观农场全程智能化生产作业需求，聚焦粮食生产典型应用场景，充分融合大数据与人工智能、数字孪生及云边端等新技术，探索技术联通集成为本，智能化服务为魂的大数据平台研发路径，创建开放式作物与环境传感接入、核心算法成熟度分级与云原生封装、高效数据与决策服务响应等为核心特色的开放共生型粮食生产大数据平台，实现数据-算法-服务全链条智能化、决策信息与智能装备作业一体化、粮食生产大数据平台与应用体系标准化，形成保障粮食安全高效绿色生产的新质生产力。

关键词：粮食生产大数据平台农情监测智能算法决策支持新质生产力

数字人文视域下研究方法的演变:基于CNKI数据与大语言模型的量化分析

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科技情报研究 2025年第1期7卷 65-74页

作者：孙光耀王东波南京农业大学信息管理学院南京210095 南京农业大学人文与社会计算研究中心南京210095

[目的/意义]文章旨在利用大语言模型技术,探索数字人文领域研究方法的演变趋势。[方法/过程]文章主要以CNKI期刊论文数据为研究对象,选取通用中文大语言模型GLM-4,采用提示词工程、思维链,对论文摘要数据进行抽取、聚类,并通过量化处理... 详细信息

[目的/意义]文章旨在利用大语言模型技术,探索数字人文领域研究方法的演变趋势。[方法/过程]文章主要以CNKI期刊论文数据为研究对象,选取通用中文大语言模型GLM-4,采用提示词工程、思维链,对论文摘要数据进行抽取、聚类,并通过量化处理分析其演变趋势。[结果/结论]研究表明,GLM-4能够很好地从复杂的摘要数据中识别并抽取出研究方法。按时序变化分析演变趋势,发现“访谈调研”“扎根理论”等研究方法逐渐边缘化,机器学习等相关研究方法逐步成为主流。文章揭示了中文数字人文领域研究方法的演变趋势,赋予数字人文的研究成果更为丰富且全面的文化内涵。

关键词：数字人文大语言模型 GLM-4 提示词工程思维链机器学习

基于地基LiDAR高度指标的小麦生物量监测研究

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农业机械学报 2019年第10期50卷 159-166页

作者：邱小雷方圆郭泰程涛朱艳姚霞南京农业大学国家信息农业工程技术中心

为探讨Li DAR监测作物生物量的可行性和方法,以小麦为研究对象,通过田间试验获取关键生育期的小麦Li DAR点云高度指标和地上部生物量,基于幂函数回归与支持向量回归、利用十折交叉验证法分别进行特征选择和模型构建,选取各算法最优的全... 详细信息

为探讨Li DAR监测作物生物量的可行性和方法,以小麦为研究对象,通过田间试验获取关键生育期的小麦Li DAR点云高度指标和地上部生物量,基于幂函数回归与支持向量回归、利用十折交叉验证法分别进行特征选择和模型构建,选取各算法最优的全生育期小麦地上部生物量监测模型,并在测试集上对模型的预测能力进行检验与比较。结果表明:利用H95和生育期特征所构建的全生育期支持向量回归模型精度最高,训练集上决定系数R2达到0.814,测试集结果(R^2=0.821,RMSE为1.730 t/hm^2,RRMSE为32.77%)表明,模型具有较好的准确性;利用Hmean所构建的全生育期幂函数回归模型决定系数R2达到0.809,测试集结果(R^2=0.815,RMSE为1.760 t/hm^2,RRMSE为33.33%)也表明模型具有较好的准确性;高度指标估测小麦生物量具有先天局限性,所构建模型较适宜于监测小麦地上部生物量小于10 t/hm^2的情况,在超过10 t/hm^2的样本集上,95%的模型预测值被低估,RMSE呈指数增长;生育期特征有利于提升监测模型预测精度。

关键词：小麦生物量地基LiDAR 高度指标

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基因组精准编辑技术及其在林木育种中的应用

南京林业大学学报(自然科学版) 2025年第1期49卷 11-20页

作者：姜波安新民林木遗传育种全国重点实验室林木育种与生态修复国家工程中心林木分子设计育种高精尖创新中心林木花卉遗传育种教育部重点实验室树木花卉育种生物工程国家林业和草原局重点实验室北京林业大学生物科学与技术学院

基因组精准编辑技术正在重新定义对生命奥秘的理解，其核心在于能够在特定的基因组位点精确地插入、删除或替换DNA序列，从而实现对生物体内遗传信息的定向精准编辑。这些技术已经成为现代生物领域研究的基石，从早期的探索到CRISPR系... 详细信息

基因组精准编辑技术正在重新定义对生命奥秘的理解，其核心在于能够在特定的基因组位点精确地插入、删除或替换DNA序列，从而实现对生物体内遗传信息的定向精准编辑。这些技术已经成为现代生物领域研究的基石，从早期的探索到CRISPR系统的开创性应用，每一步都展示了科学探索的深远影响。CRISPR系统的应用带来了基因组编辑的巨大飞跃，它催化了更精准的编辑工具出现，如碱基编辑器和先导编辑器等，它们显著增强了精准编辑基因组的能力。这一历史性转变已经在农业改良、疾病治疗等领域展现出巨大的潜力。基因编辑技术的应用前景广阔，CRISPR/Cas系统能敲除多个基因，具有高靶向效率、易于设计和操作，且成本较低等优点，因此在作物、林木遗传改良中被广泛应用；但它也有不少不足之处，而每一款新编辑工具的出现都使这一技术得以不断完善。随着技术的不断进步，基因编辑技术有望在未来解决更多复杂的生物学问题，为人类健康和农林业发展带来更多的创新和突破力。

关键词： CRISPR Cas9 胞嘧啶碱基编辑器腺嘌呤碱基编辑器糖基化酶碱基编辑器双碱基编辑器先导编辑器

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单子叶作物叶片气孔自动识别与计数技术

农业工程学报 2019年第23期35卷 170-176页

作者：孙壮壮姜东蔡剑王笑周琴黄梅戴廷波曹卫星南京农业大学农业部小麦区域技术创新中心农业部南方作物生理生态重点开放实验室

为实现作物叶片气孔的自动识别与快速计数,该研究采用卷积神经网络中高计算效率的YOLOv3算法,开发了一种全自动气孔识别和计数解决方案。该算法优化了物体检测性能,可准确识别显微图像中的气孔。其中,对指甲油印迹法获得照片的气孔检测... 详细信息

为实现作物叶片气孔的自动识别与快速计数,该研究采用卷积神经网络中高计算效率的YOLOv3算法,开发了一种全自动气孔识别和计数解决方案。该算法优化了物体检测性能,可准确识别显微图像中的气孔。其中,对指甲油印迹法获得照片的气孔检测精确率、召回率和F1值分别为0.96,0.98和0.97,便携式显微镜拍摄法照片气孔检测精确率、召回率和F1值分别为0.95,0.98和0.96,具有很好的鲁棒性。该算法检测速度快,可实现对30帧/s的视频文件进行快速气孔识别,实现了实时检测。此外,采用拍摄的小麦叶片照片进行训练得到的气孔识别模型,还可同时实现对大麦、水稻和玉米等单子叶作物叶片气孔的识别,其中,大麦的检测精确率、召回率和F1值分别为0.94,0.83和0.88;水稻的检测精确率、召回率和F1值分别为0.89,0.42和0.57;玉米的检测精确率、召回率和F1值分别为0.91、0.76和0.83;显示出模型良好的泛化能力。

关键词：卷积神经网络机器视觉模型单子叶作物气孔识别计数深度学习实时检测

基于主动光源的作物生长信息监测仪的设计与试验

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农业工程学报 2014年第23期30卷 199-206页

作者：卢少林倪军曹卫星姚霞朱艳南京农业大学国家信息农业工程技术中心南京210095

为了实现大田作物生长信息全天候实时、快速无损监测,基于作物生长光谱分析技术原理,研发了一种基于主动光源的作物生长信息监测仪。该监测仪包括由730和810 nm 2个光学通道组成的作物生长信息传感系统、控制器系统及其他部件,能快速、... 详细信息

为了实现大田作物生长信息全天候实时、快速无损监测,基于作物生长光谱分析技术原理,研发了一种基于主动光源的作物生长信息监测仪。该监测仪包括由730和810 nm 2个光学通道组成的作物生长信息传感系统、控制器系统及其他部件,能快速、准确地获得作物冠层归一化植被指数值、比值植被指数值、差值植被指数值、重归一化植被指数值等主要光谱植被指数信息,为大田作物生长指标的实时反演奠定了基础。试验结果表明,在不同光照条件下,监测仪的抗光照稳定性能良好,标准差为1.05%和0.47%;该监测仪与Field Spec3地物光谱仪测得小麦冠层归一化植被指数值、比值植被指数值、差值植被指数值、重归一化植被指数值具有显著相关性,其决定系数分别为0.7017、0.7071、0.8178、0.7804;均方根误差分别为0.05362、0.2118、0.03434、0.04182。该监测仪具有稳定性好、抗干扰能力强、操作简便等优点,能够满足大田作物生长信息监测的要求,该研究为实现作物精确管理调控提供了可行的参考方法。

关键词：作物监测生长主动光源生长信息植被指数

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作物生长信息获取多光谱传感器设计与试验

农业机械学报 2013年第5期44卷 207-212页

作者：倪军王婷婷姚霞曹卫星朱艳南京农业大学国家信息农业工程技术中心南京210095

为了实时、快捷、无损获取农作物生长信息,根据作物生长指标的光谱监测机理,研制了一种四波长作物生长信息获取多光谱传感器。采用光学滤波技术提高了光辐射信息输入信噪比,依据作物冠层特征及田间作业环境实际要求,设计了适宜的探测镜... 详细信息

为了实时、快捷、无损获取农作物生长信息,根据作物生长指标的光谱监测机理,研制了一种四波长作物生长信息获取多光谱传感器。采用光学滤波技术提高了光辐射信息输入信噪比,依据作物冠层特征及田间作业环境实际要求,设计了适宜的探测镜头结构参数,确保了多光谱传感器灵敏度与分辨效果,应用T型电阻积分网络搭建了微弱光谱信息放大电路。通过标定,获得了多光谱传感器与FieldSpec Pro FR2500型光谱仪的关系模型,决定系数分别为0.802 8、0.806 8、0.818 5、0.890 0。对小麦的试验结果表明,该传感器的平均测量误差分别为5.6%、4.6%、1.4%、4.5%。该传感器能够较好地实现作物冠层反射光谱的实时在线检测,为作物生长监测设备的研发提供了有力支持。

关键词：作物生长信息反射光谱多光谱传感器

南京近郊农田区域大气颗粒物水溶性离子污染特征

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环境科学 2025年第2期46卷 727-735页

作者：潘超张海鸥刘婉萍张鸿燕樊建凌国家能源集团科学技术研究院有限公司清洁高效燃煤发电与污染控制国家重点实验室南京210023 南京信息工程大学环境科学与工程学院江苏省大气环境监测与污染控制高技术研究重点实验室江苏省大气环境与装备技术协同创新中心南京210044

水溶性离子是大气颗粒物中重要组成部分,但当前对农业区域大气颗粒物中水溶性离子的研究与关注较少.于2020年12月至2021年11月对南京近郊农业区定点连续采样,分析了不同粒径大气颗粒物(>9.0、5.8~9.0、4.7~5.8、3.3~4.7、2.1~3.3、1.1~... 详细信息

水溶性离子是大气颗粒物中重要组成部分,但当前对农业区域大气颗粒物中水溶性离子的研究与关注较少.于2020年12月至2021年11月对南京近郊农业区定点连续采样,分析了不同粒径大气颗粒物(>9.0、5.8~9.0、4.7~5.8、3.3~4.7、2.1~3.3、1.1~2.1、0.65~1.1、0.43~0.65和国家二级标准,其中春/夏季>冬季;在各季节及各粒径颗粒中,SO_(4)^(2-)是水溶性离子的主要贡献者,占比在30.6%~66.5%之间,SO_(4)^(2-)/NO_(3)^(-)的值远大于1,表明研究区以固定源污染贡献为主.不同粒径颗粒物中SOR(SO_(2)气-粒转化速率)仅在冬季个别时间出现小于0.1的情况,表明研究区SO_(4)^(2-)主要来源于SO_(2)的二次氧化.除4.7~5.8μm粒径外,其余粒径颗粒物中SOR与温度均呈显著正相关(P南京市近郊农田细颗粒物中的水溶性离子主要来自于SO_(2)等的二次转化;而粗颗粒物中水溶性离子主要来源于农田翻耕时的土壤扬尘.研究结果对了解农业区域大气颗粒物中水溶性离子污染特征具有重要意义,为了解南京近郊农业区大气颗粒物污染来源及形成机制提供了参考依据.

关键词：农田大气颗粒物水溶性离子粒径分布污染特征

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葡萄自噬基因ATG8f的克隆及其功能分析

中国农业科学 2025年第1期58卷 156-169页

作者：葛艺郑秋玲陈梦霞夏家欣方项唐美玲房经贵上官凌飞南京农业大学园艺学院江苏省果树品种改良与种苗繁育工程研究中心山东省烟台市农业科学研究院烟台市特色果品质量安全与营养重点实验室(筹) 江苏农林职业技术学院农学园艺学院宁夏贺兰山东麓葡萄酒产业技术协同创新中心

【目的】通过对葡萄自噬基因ATG8f的克隆与功能分析，探讨其在植物铜胁迫耐受调控中的作用，为植物耐铜机制解析与调控网络构建奠定基础。【方法】基于本课题组铜胁迫下‘阳光玫瑰’葡萄多组学测序分析结果，筛选获得细胞自噬基因VlATG8... 详细信息

【目的】通过对葡萄自噬基因ATG8f的克隆与功能分析，探讨其在植物铜胁迫耐受调控中的作用，为植物耐铜机制解析与调控网络构建奠定基础。【方法】基于本课题组铜胁迫下‘阳光玫瑰’葡萄多组学测序分析结果，筛选获得细胞自噬基因VlATG8f，并分析其序列特征，克隆CDS序列，构建VlATG8f过表达载体。通过烟草瞬时表达试验研究VlATG8f蛋白的亚细胞定位，利用花序浸染法使其在拟南芥中异源表达，观察和测定野生型和转基因株系的种子发芽率及根长，比较其在铜胁迫处理下的生长发育状况。利用实时荧光定量PCR技术分析相关抗氧化基因的表达水平，并采用酵母双杂交技术和双分子荧光互补试验初步筛选VlATG8f的互作蛋白。【结果】‘阳光玫瑰’ATG8f的CDS为393 bp，编码130个氨基酸。生物学信息分析发现，拟南芥、番茄、苹果、白梨、桃和葡萄ATG8f的蛋白序列较为保守，都含有一个Ubl＿ATG8保守结构域，可能具有相似的功能。亚细胞定位发现，VlATG8f蛋白定位于细胞核和细胞膜。正常条件下，野生型和过表达VlATG8f株系生长状态良好，叶片青翠，但在铜胁迫下株系矮小，甚至出现了黄化、叶片卷曲、根毛细短和侧根增多的现象。但与野生型相比，过表达VlATG8f的拟南芥幼苗在铜处理后生长受限较小，种子发芽率和根长受抑制作用较轻，过氧化氢（H2O2）积累较低，表明VlATG8f的过表达增强了转基因株系对铜的耐受性。此外，VlATG8f过表达植株在铜胁迫下抗氧化基因AtCSD1和AtCCS1表达量增加，参与ROS合成的关键基因RbohB表达量降低，促进了对ROS的清除。通过酵母双杂交技术筛选到23个与VlATG8f可能互作的蛋白。BiFC进一步验证发现PYL8、MnSOD、AUX22D、bZIP17和COT44与VlATG8f之间存在较强的互作。【结论】过表达VlATG8f可能通过增强抗氧化系统能力、降低ROS合成和促进植物激素合成等途径，提高转基因株系的耐铜性，减轻铜毒性对植物的伤害。

关键词：葡萄自噬铜胁迫 VlATG8f 抗氧化基因