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基于冠层高光谱的冬小麦植株含水率估算

麦类作物学报 2024年第7期44卷 926-935页

作者：赵成韩娜娜周青云李松敏天津农学院水利工程学院天津300380

为确定适用于冬小麦植株水分诊断的最佳高光谱指数及其在植株水分处于适宜状态时的阈值,设置4个水分处理(灌溉定额分别为0、60、120和180 mm),获取了小麦关键生育时期(返青期、拔节期和灌浆期)的冠层高光谱反射率、植株含水率、土壤含... 详细信息

为确定适用于冬小麦植株水分诊断的最佳高光谱指数及其在植株水分处于适宜状态时的阈值,设置4个水分处理(灌溉定额分别为0、60、120和180 mm),获取了小麦关键生育时期(返青期、拔节期和灌浆期)的冠层高光谱反射率、植株含水率、土壤含水率和产量等数据。依据高光谱指数与冬小麦植株含水率之间的相关性对高光谱指数进行筛选,以筛选的高光谱指数为输入变量,分别构建一元回归、偏最小二乘回归、随机森林回归和支持向量回归的冬小麦植株含水率估测模型。考虑到土壤含水率对冬小麦植株含水率的影响,进一步量化了当日植株含水率与不同时间土壤含水率的关系,通过产量比较法分别确定了冬小麦植株水分、土壤水分的阈值。结果表明:(1)在返青期、拔节期和灌浆期,一元回归模型的精度(r^(2)=0.673,RMSE=3.144%,RE=5.489%)较好,能确定高光谱指数阈值,可以较精准、快捷地实现冬小麦水分诊断。机器学习算法中随机森林回归的模型精度(r^(2)=0.904,RMSE=1.701%,RE=3.606%)最高,但模型参数较多,无法给出高光谱指数阈值。(2)当日植株含水率与其前一天0~50 cm土层的含水率之间具有较强的正相关关系(r^(2)为0.708,RMSE为2.436%,RE为7.755%)。(3)返青期、拔节期和灌浆期估测冬小麦植株水分最佳高光谱指数分别为MCARI/0SAVI、PRI3和VEG,其相应的阈值分别为0.765 1~1.130 1、0.155 2~0.225 7、1.633 9~1.668 5。因此,可根据植株含水率与土壤含水率之间的关系确定冬小麦在关键生育期内所处水分状态,从而采取相应对策。

关键词：冬小麦植株含水率土壤含水率高光谱估算模型

水体富营养化响应规律与水华预警方法研究进展

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中国农村水利水电 2024年第7期 117-125,134页

作者：陈弘周庆琛佟光远郭冰冰天津农学院水利工程学院天津300392 天津农学院-中国农业大学智慧水利研究中心天津300392 天津农学院计算机与信息工程学院天津300392

水体富营养化问题日益严峻,这种现象导致了浮游植物的异常增长,释放有害的藻毒素,造成了水体的污染,并对动植物乃至人类造成了危害。与之相关的,水体通常流动缓慢,连通性差,水流停滞时间较长,使得这些水体更容易受到富营养化的影响,也... 详细信息

水体富营养化问题日益严峻,这种现象导致了浮游植物的异常增长,释放有害的藻毒素,造成了水体的污染,并对动植物乃至人类造成了危害。与之相关的,水体通常流动缓慢,连通性差,水流停滞时间较长,使得这些水体更容易受到富营养化的影响,也使水华风险升高。针对水华的产生机理,深入探讨了水动力因素、水环境因素和气象因素的影响。水动力因素包括水体的流速、流量和水体扰动等情况,它们共同决定了藻类的积聚程度;水环境因素包括水温、溶解氧、营养盐浓度以及酸碱度等,它们将直接影响浮游藻类的生长;气象因素如气温、风力等会改变水体的温度,从而对水华的形成和发展产生影响。还依据江河湖库水体的特点,探讨了数值模型和数据驱动模型在水华预测中的应用,数值模型在水华预测中的应用是通过模拟水体中的环境因素,来预测水华的发生和发展趋势;数据驱动模型以数据挖掘算法和统计技术为基础,利用机器学习方法,通过分析和识别监测数据、图片与水华的对应关系,进行迭代学习,创建其与水华爆发的预测联系。它们为探究水体状况、预测水华事件提供了有效工具,二者相耦合的方法对水华的精准预测有着重要意义,也是未来研究的发展趋势,有助于水资源管理者更好地对其进行调控,提高预测精度和水质管理的效率以减少水华的发生。

关键词：富营养化蓝藻水华水华预警数值模型数据驱动模型

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不同耐热型西瓜幼苗对高温胁迫的生理响应

华北农学报 2024年第5期39卷 117-127页

作者：张梁葛石文昕李爱张卫华林萍薛佳天津农学院园艺园林学院天津300392

为探究高温胁迫对不同耐热型西瓜自交系的影响,以热敏感型(D27)和耐热型(K53)西瓜幼苗为试验材料,在42℃高温胁迫下持续处理48 h,每12 h取样测定分析幼苗的表型、组织结构、光合特性、抗氧化酶活性和渗透调节物质等生理指标。结果显示,... 详细信息

为探究高温胁迫对不同耐热型西瓜自交系的影响,以热敏感型(D27)和耐热型(K53)西瓜幼苗为试验材料,在42℃高温胁迫下持续处理48 h,每12 h取样测定分析幼苗的表型、组织结构、光合特性、抗氧化酶活性和渗透调节物质等生理指标。结果显示,在高温胁迫后,耐热型K53的叶片厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度和组织紧密度均比热敏感型D27大;D27栅海比的下降幅度大于K53。随着高温胁迫时间的增加,2个自交系的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)均下降,胞间CO 2浓度(Ci)上升;且D27的变化幅度大于K53。在4个光合色素含量中,高温胁迫下,不同处理时间耐热型均高于热敏感型。2个自交系的超氧化物歧化酶活性(SOD)、过氧化物酶活性(POD)随着高温胁迫时间的增加均先升后降,24 h酶活性最大,且K53的酶活性均显著高于D27。高温胁迫后,2个自交系的相对电导率均升高,K53的相对电导率上升幅度小于D27;D27的丙二醛(MDA)含量降低;K53的MDA含量升高后降低。随着高温胁迫的时间增加,24 h时K53的可溶性蛋白含量和脯氨酸含量(Pro)均显著高于D27。综上所述,耐热型K53较热敏感型D27具有较强的抵抗高温胁迫能力。

关键词：西瓜耐热性高温胁迫解剖结构生理特性

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基于标准化降水蒸散指数分析湖南各气候区干旱事件重现期

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中国农业气象 2024年第8期45卷 913-923页

作者：先建春周青云吕平安韩信蒋磊天津农学院水利工程学院/天津农学院−中国农业大学智慧水利研究中心天津300392

湖南省气候条件复杂,干旱发生概率高,为揭示湖南省各气候区(湘中、湘东北、湘西北、湘西和湘南)干旱事件的概率特征,基于湖南省97个气象站点1961−2020年的气象资料,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)和Copula函数等方法,提取干旱事件的历时... 详细信息

湖南省气候条件复杂,干旱发生概率高,为揭示湖南省各气候区(湘中、湘东北、湘西北、湘西和湘南)干旱事件的概率特征,基于湖南省97个气象站点1961−2020年的气象资料,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)和Copula函数等方法,提取干旱事件的历时及烈度,研究湖南省各气候区干旱历时与烈度的同现重现期。结果表明:(1)沿湘南、湘中、湘东北、湘西北、湘西的方向上,气候区的干旱事件数由多到少,干旱事件历时及烈度的数值范围由小到大。(2)干旱历时与烈度分别进行最优边际分布函数的拟合时,GEV函数拟合的站点数均超过60%,且干旱烈度的最优边际分布函数拟合效果优于干旱历时。建立干旱历时与烈度最优边际分布的联合函数时,Frank Copula函数应用超过50%的站点。(3)湘南地区易发生干旱历时较短且烈度较大的干旱事件,湘西地区、湘西北地区及湘东北部分地区易发生干旱历时较长且烈度大的干旱事件。湘中地区易发生干旱历时较长且烈度大的干旱事件,湘中偏南地区易发生干旱历时较短且烈度较大的干旱事件。湖南省各气候区干旱事件的概率特征存在差异,需针对其概率特征采取措施,减轻干旱的危害。

关键词：湖南省 SPEI Copula函数干旱事件干旱重现期

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磺胺类抗生素复合污染下黄瓜代谢组学分析

分子植物育种 2024年

作者：王晓静张帆刘海学王海凤天津农学院园艺园林学院天津农学院农业分析实验教学示范中心

为探究磺胺类抗生素(sulfonamides， SAs)复合胁迫下黄瓜代谢物质的变化规律，本研究选定天津市绿丰园艺新技术开发有限公司的12个黄瓜品种(系)为试验材料。以0 mg/L SAs为对照(CK)，以90 mg/L-90 mg/L磺胺甲基嘧啶(SM1)和磺胺二甲基嘧... 详细信息

为探究磺胺类抗生素(sulfonamides， SAs)复合胁迫下黄瓜代谢物质的变化规律，本研究选定天津市绿丰园艺新技术开发有限公司的12个黄瓜品种(系)为试验材料。以0 mg/L SAs为对照(CK)，以90 mg/L-90 mg/L磺胺甲基嘧啶(SM1)和磺胺二甲基嘧啶(SM2)复合污染为处理(T)，利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对黄瓜代谢物检测，筛选出差异代谢物并对其进行KEGG注释。经GC-MS检测出的代谢物共51种，主要为有机酸、氨基酸、糖类及其衍生物和其他代谢产物。对具有显著变化(VIP>1， P<0.05)的差异代谢物进行鉴定，共筛选出：有机酸类(2-丁酸，苹果酸，棕榈酸，丁二酸，硬脂酸，甘油酸)，氨基酸类(甘氨酸，丝氨酸，天冬氨酸，苏氨酸)，糖类(蔗糖)，酯类(2，3，4-三羟基丁酸四酯)，其他类(单棕榈碱，甘油， 3-丙二醇)等15个差异代谢物。将筛选的15个差异代谢物注释到代谢通路上，共注释了4条显著的代谢路径，分别为丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢，甘氨酸、苏氨酸和丝氨酸代谢，甘油酯代谢，乙醛酸和二羧酸脂代谢，且筛选出的4条代谢途径均与氨基酸类代谢相关，说明氨基酸类代谢途径在黄瓜抵抗磺胺胁迫中占主导地位。研究结果为深入研究黄瓜对磺胺类抗生素的抗性机制提供了理论基础。

关键词：黄瓜磺胺类抗生素代谢组学 GC-MS

小站稻秸秆降解复合菌系的筛选与产酶条件优化

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中国饲料 2024年第9期 65-71页

作者：白狄纯洪梓萌郭娟娟李佳怡王金龙天津农学院农学与资源环境学院天津西青300392

为寻找一种能够科学高效地将小站稻秸秆用于秸秆还田的方法,并将其作为一种储备技术,本研究通过测定已有6组秸秆降解复合菌系的羧甲基纤维素酶活力和滤纸酶活力,筛选出2组复合菌系,并通过正交试验进行产酶条件的优化,以探索解决小站稻... 详细信息

为寻找一种能够科学高效地将小站稻秸秆用于秸秆还田的方法,并将其作为一种储备技术,本研究通过测定已有6组秸秆降解复合菌系的羧甲基纤维素酶活力和滤纸酶活力,筛选出2组复合菌系,并通过正交试验进行产酶条件的优化,以探索解决小站稻秸秆清洁生产技术的应用问题,保障小站稻的未来绿色可持续发展,为小站稻秸秆高效处理的研究提供理论基础和技术支持。本研究结果表明:复合菌系B和复合菌系F的综合酶活力均高于其他复合菌系;复合菌系B羧甲基纤维素酶最佳发酵条件为25℃,pH 8.0,接种量2%,温度为酶活力主要影响因素;复合菌系B滤纸酶最佳发酵条件为20℃,pH 9.0,接种量2%,pH为酶活力主要影响因素;复合菌系F羧甲基纤维素酶最佳发酵条件为25℃,pH 8.0,接种量2%,温度为酶活力主要影响因素;复合菌系F滤纸酶最佳发酵条件为20℃,pH9.0,接种量2%,接种量为酶活力主要影响因素。

关键词：小站稻秸秆降解复合菌系筛选产酶条件优化

参考作物蒸散量的计算及不同作物灌溉需水量的特征分析

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新疆农业科学 2024年第7期61卷 1640-1647页

作者：张妮郑志伟豆静静王义坤张艳芬刘春来天津农学院水利工程学院天津300392 天津市水利科学研究院天津300061

【目的】研究分析参考作物蒸散量结合作物系数估算作物各生育阶段灌溉需水量特征,为农业用水调配提供依据。【方法】基于新疆阿克苏市气象站点1980~2010年逐日气象数据,采用Hargreaves-Samani(H-S)、Irmark-Allen(I-A)和Priestley-Taylo... 详细信息

【目的】研究分析参考作物蒸散量结合作物系数估算作物各生育阶段灌溉需水量特征,为农业用水调配提供依据。【方法】基于新疆阿克苏市气象站点1980~2010年逐日气象数据,采用Hargreaves-Samani(H-S)、Irmark-Allen(I-A)和Priestley-Taylor(P-T)3种方法模拟计算参考作物蒸散量(Reference Crop Evapotranspiration,ET 0),依据R 2、nRMSE和MAPE评价3种模拟方法的精度,并分析ET 0在年际间和月尺度下的变化规律。分析不同典型年冬小麦、棉花、春玉米、夏玉米的需水规律。【结果】(1)H-S法、I-A法和P-T法计算的研究区ET 0模拟值与标准值的R 2分别为0.965、0.949、0.946,MAPE分别为20.85%、26.46%、66.71%。(2)研究区全年ET 0累计值30年均值为960 mm,5~8月较大,12月和1月较小。(3)冬小麦、棉花、春玉米、夏玉米分别在返青-拔节期、开花-吐絮期、抽穗-乳熟期、抽穗-乳熟期的灌溉需水量最大,其对应值为108、308、131和136 mm。(4)全生育期内,冬小麦、棉花、春玉米、夏玉米的灌溉需水量分别为448、533、394和385 mm。【结论】H-S法和I-A法在新疆阿克苏市ET 0计算有良好的普适性;研究区ET 0累计值年际间变化不大,年内呈先增大再减小的趋势;冬小麦、棉花、春玉米、夏玉米的关键需水期分别为返青-拔节期、开花-吐絮期、抽穗-乳熟期、抽穗-乳熟期;全生育期内,棉花灌溉需水量最大,其次为冬小麦、春玉米、夏玉米。

关键词：参考作物蒸散量 Hargreaves-Samani法 Irmark-Allen法 Priestley-Taylor法灌溉需水量

基于变权重组合模型的灌溉水有效利用系数预测

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南水北调与水利科技（中英文） 2024年第4期22卷 719-727页

作者：李涛杨路华张玮婷王妍高立川天津农学院水利工程学院天津300392 滦平县水务局河北滦平068250

通过逐步回归法分析影响灌溉水有效利用系数各因素的重要程度,筛选出节水灌溉面积为影响灌溉水有效利用系数的关键因素。考虑关键因素与时间序列两方面,基于逐步回归法、GM(1,1)模型和Logistic生长模型构建变权重组合模型。变权重组合... 详细信息

通过逐步回归法分析影响灌溉水有效利用系数各因素的重要程度,筛选出节水灌溉面积为影响灌溉水有效利用系数的关键因素。考虑关键因素与时间序列两方面,基于逐步回归法、GM(1,1)模型和Logistic生长模型构建变权重组合模型。变权重组合模型的预测精度优于各单项模型,模拟效果与实际符合度高,适用于灌溉水有效利用系数的预测。最后采用变权重组合模型对广东省2023-2035年灌溉水有效利用系数进行预测分析。2023-2035年广东省灌溉水有效系数逐年提高,其中2035年预测值达到0.679 2,高于全国绝大多数灌溉水有效利用系数的现状值。变权重组合模型预测法可为农业水资源规划与灌溉管理提供科学参考。

关键词：灌溉水有效利用系数逐步回归法灰色GM(1,1)模型 Logistic生长模型变权重组合模型

基于HYDRUS模型的葵花田土壤水药运移模拟研究

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干旱地区农业研究 2024年第4期42卷 79-88页

作者：马宇静周青云张宝忠天津农学院水利工程学院天津300392 天津农学院-中国农业大学智慧水利研究中心天津300392 中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100083

为掌握不同施用量的除草剂在土壤中的残留情况,通过开展田间试验,结合HYDRUS模型对河套灌区葵花田土壤含水率、草甘膦和高效氟吡甲禾灵的运移过程进行模拟,探究不同施用量的草甘膦和高效氟吡甲禾灵在土壤中的运移规律。结果表明:不同施... 详细信息

为掌握不同施用量的除草剂在土壤中的残留情况,通过开展田间试验,结合HYDRUS模型对河套灌区葵花田土壤含水率、草甘膦和高效氟吡甲禾灵的运移过程进行模拟,探究不同施用量的草甘膦和高效氟吡甲禾灵在土壤中的运移规律。结果表明:不同施用量处理的草甘膦和高效氟吡甲禾灵主要分布在0~5 cm和5~10 cm土层,0~5 cm土层的残留量较多;施药后7 d, 0~5 cm土层草甘膦和高效氟吡甲禾灵的残留量分别减少71.0%~75.8%和94.7%~94.9%,5~10 cm土层草甘膦和高效氟吡甲禾灵的残留量分别减少48.0%~50.0%和86.2%~89.9%;施药后21 d,土壤和地下水中均未检测到草甘膦和高效氟吡甲禾灵。由HYDRUS模型模拟结果可知,土壤含水率、草甘膦和高效氟吡甲禾灵残留量的模拟值与田间实测值吻合度较高,该模型能够用于模拟葵花田土壤水分分布特征和除草剂的运移规律。

关键词：土壤含水率草甘膦高效氟吡甲禾灵土壤残留 HYDRUS模型数值模拟