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生物炭对西瓜连作土壤真菌群落结构和功能类群的影响

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环境科学 2024年第6期45卷 3553-3561页

作者：常芳娟张贵云张丽萍吕贝贝刘珍范巧兰姚众山西农业大学棉花研究所运城044000

为明确生物炭施入后对西瓜连作土壤真菌群落结构及功能类群的长期影响,以西瓜成熟期根区土壤为研究对象,借助Illumina Nova Seq高通量测序技术和FUNGuild平台,探究不同用量(7.5、15.0和30.0 t·hm^(-2))生物炭施用3 a后西瓜连作土壤真... 详细信息

为明确生物炭施入后对西瓜连作土壤真菌群落结构及功能类群的长期影响,以西瓜成熟期根区土壤为研究对象,借助Illumina Nova Seq高通量测序技术和FUNGuild平台,探究不同用量(7.5、15.0和30.0 t·hm^(-2))生物炭施用3 a后西瓜连作土壤真菌群落组成、多样性及功能的差异,并分析土壤环境因子与真菌群落结构间的关联性.结果表明,添加生物炭3 a后提高了土壤p H、有效磷、速效钾、全氮、有机质和阳离子交换量,降低了土壤碱解氮含量.生物炭的施用改变了西瓜连作土壤真菌群落结构,提高了土壤真菌的丰富度和多样性.所有土壤样本共获得922个OTU,子囊菌门、担子菌门、被孢菌门、壶菌门和球囊菌门为优势真菌类群,占土壤真菌群落的85.70%~92.45%,生物炭的施入降低了子囊菌门和担子菌门的相对丰度,增加了被孢菌门和球囊菌门的相对丰度;属水平上,随着生物炭的施用,被孢霉属和囊根壶菌属的相对丰度增加,而镰刀菌属相对丰度降低.Mantel检验分析发现,速效钾、碱解氮、有机质和p H是影响土壤真菌群落结构的主要环境因子.真菌主要营养类型为腐生营养型、病理营养型和共生营养型,中、高剂量生物炭处理显著降低了土壤中病理营养型真菌的相对丰度,显著增加了共生营养型真菌的相对丰度.综上,生物炭施用3 a后可改变西瓜连作土壤理化性质,促进土壤真菌群落结构和功能类群向健康有益方向发展.

关键词：生物炭西瓜连作土壤真菌群落真菌功能

旱地小麦产量和水分利用对翻耕时间和降水量及其分布的响应

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中国农业科学 2024年第6期57卷 1049-1065页

作者：党建友姜文超孙睿尚保华裴雪霞山西农业大学小麦研究所山西农业大学农学院

【目的】针对山西省麦区降水年际变化大，休闲期降水占比高、生育期降水少且分布不均，造成雨养旱地小麦年季间产量波动大、降水水分利用率(WUE)低等问题，探寻不同降水年型下旱地麦田休闲期翻耕时间对土壤蓄水量和产量的影响，为山西... 详细信息

【目的】针对山西省麦区降水年际变化大，休闲期降水占比高、生育期降水少且分布不均，造成雨养旱地小麦年季间产量波动大、降水水分利用率(WUE)低等问题，探寻不同降水年型下旱地麦田休闲期翻耕时间对土壤蓄水量和产量的影响，为山西南部旱地小麦根据降水型“定产”提供理论依据。【方法】2010—2021年度，通过田间区组试验，设8月10日(P1)、8月20日(P2)和8月30日(P3)左右3个翻耕时间，研究翻耕时间、降水量及其分布对旱地小麦产量、休闲期土壤蓄水特性和生育期耗水及相关性的影响。【结果】(1)旱地小麦产量受降水年型、休闲期和生育期降水共同影响，且年型>休闲期>生育期。试验年度平均产量2 400.0—6 298.0 kg·hm-2，年季间变异系数为29.8%，其中丰水年(2012、2014和2015年度)、平水年(2011和2013年度)和枯水年(2010、2016、2019、2020和2021年度)平均产量分别为5 524.6、3 048.2和4 088.7kg·hm-2；休闲期降水量和生育期降水分布主要通过成穗数和穗粒数影响产量，年度和3—4月降水多则产量明显增加；翻耕时间对旱地小麦产量影响与休闲期降水分布密切相关，7—8月降水多，P1产量高，9月降水多，则P2或P3产量高。(2)降水量及其分布和翻耕时间共同影响播种前和收获期土壤蓄水特性。休闲期降水主要影响播种前和收获期下层(100—200 cm)土壤蓄水量；休闲期丰水型播前上层(0—100 cm)和下层土壤蓄水量相近或略低，平水型和枯水型则下层低于上层，分别比上层低6.17%和24.66%;7月降水多有利于下层土壤多蓄水，8—9月降水多有利于上层土壤多蓄水；生育期降水主要影响收获期上层土壤蓄水量，尤其是5月降水；播种前和收获期上层土壤平均蓄水量P2最高，收获期下层和0—200 cm土壤平均蓄水量P2或P3最高。(3)耕作时间和降水量对生育期耗水量和水分利用率影响相对较小，年度降水多则旱地小麦生育期耗水多，3月降水对生育期耗水量影响大。【结论】休闲期降水量及其分布影响旱地小麦播前0—200 cm土壤蓄水量，并与3—4月份降水量共同作用影响成穗数、穗粒数和旱地小麦产量，且水分利用率与旱地小麦产量间呈显著正相关。山西南部7—8月降水多旱地麦田于8月10日前后翻耕，降水少时则翻耕时间推迟10—20 d，可增加播种前土壤蓄水量使旱地小麦实现增产。

关键词：旱地小麦翻耕时间降水量及其分布产量水分利用率

褐土全氮含量Vis/NIRS组合预测模型的构建

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光谱学与光谱分析 2024年第8期44卷 2310-2317页

作者：张秀全马世兴李志伟郑德聪宋海燕山西农业大学农业工程学院山西太谷030801 山西农业大学信息科学与工程学院山西太谷030801

准确掌握农田土壤全氮含量对于评估土壤肥力,合理施用氮肥具有重要意义。为综合利用各个单预测模型的优势,提升整体预测性能、降低模型方差,提高鲁棒性,以农田褐土土壤为研究对象,基于近红外-可见光高光谱数据,提出了一种基于标准差的... 详细信息

准确掌握农田土壤全氮含量对于评估土壤肥力,合理施用氮肥具有重要意义。为综合利用各个单预测模型的优势,提升整体预测性能、降低模型方差,提高鲁棒性,以农田褐土土壤为研究对象,基于近红外-可见光高光谱数据,提出了一种基于标准差的预测有效度组合预测模型(CPM),用于预测土壤全氮含量。对原高光谱数据采用Savitzky-Golay平滑和一阶微分变换,采用树模型进行特征波段提取,利用决策树回归(DTR)(模型1)、高斯核回归(GKR)(模型2)、随机森林回归(RF)(模型3)、LASSO回归(模型4)、多层感知器回归(MLP)(模型5)5个单预测模型,通过单预测模型的线性组合建立组合预测模型。结果表明:(1)通过广义简约梯度优化算法求得组合预测模型中5个单预测模型的权重分别为ω_(1)*=0.407,ω_(2)*=0.378,ω_(30*=0.215,ω_(4)*=0,ω_(5)*=0;(2)对于所有数据,基于5种单预测模型和组合预测模型对土壤全氮含量预测的预测有效度分别为M_(1)=0.855,M_(2)=0.856,M_(3)=0.847,M_(4)=0.785,M_(5)=0.796,M_(CPM)=0.880;与单模型预测有效度最大值相比,组合预测模型预测有效度提高了2.924%;(3)对于所有数据,基于5种单预测模型和组合预测模型对土壤全氮含量预测的预测精度和标准差分别为E(A_(1))=0.924,σ(A_(1))=0.075,E(A_(2))=0.928,σ(A_(2))=0.077,E(A_(3))=0.923,σ(A_(3))=0.082,E(A_(4))=0.882,σ(A_(4))=0.109,E(A_(5))=0.889,σ(A_(5))=0.104,E(A_(CPM))=0.937,σ(A_(CPM))=0.066,与单模型预测精度最大值相比,组合预测模型预测精度提高了0.970%,模型稳定性提高了12.000%,且为优性组合预测。组合预测模型可用于可见光-近红外光谱数据的农田褐土土壤全氮含量的有效估测,可为农田土壤全氮含量的快速监测提供依据和参考。

关键词：可见光-近红外高光谱预测全氮含量组合预测模型

Bacillus velezensis G-1·脂肽悬浮种衣剂的制备及其对高粱丝黑穗病菌的防侵染效果

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作物学报 2024年第6期50卷 1467-1485页

作者：孙美红王彩琴王蓉白文斌高振峰山西农业大学山西太原030031 山西农业大学高粱研究所山西榆次030600

为筛选出可有效抑制高粱丝黑穗病菌侵染高粱根部组织的生防微生物与天然产物,并在此基础上开发出便于在生产上推广应用的微生物悬浮种衣剂。本研究以晋杂2001号高粱为试验材料,选择试验室保藏的3株优秀抗病细菌和脂肽物质,首先通过种子... 详细信息

为筛选出可有效抑制高粱丝黑穗病菌侵染高粱根部组织的生防微生物与天然产物,并在此基础上开发出便于在生产上推广应用的微生物悬浮种衣剂。本研究以晋杂2001号高粱为试验材料,选择试验室保藏的3株优秀抗病细菌和脂肽物质,首先通过种子萌发和活体侵染率测定试验明确了不同拮抗细菌和脂肽物质对高粱丝黑穗病菌的防侵染效果和较优使用浓度,随后以优选菌株和脂肽物质为活性成分进行了悬浮种衣剂配方优化、种衣剂较优使用量及贮藏稳定性研究,并在盆栽条件下测定了悬浮种衣剂对高粱丝黑穗病菌的防侵染效果。研究结果表明:Bacillus velezensis G-1及其次级代谢产物(脂肽)对高粱丝黑穗病菌侵染高粱根部组织具有良好抑制效果,较优使用浓度分别为1.0×10^(9)cfu mL^(–1)和600μg mL^(–1),且对晋杂2001号高粱种子萌发无显著抑制作用(P>0.05);*** G-1·脂肽悬浮种衣剂的较优配方为菌株G-1悬浮液(1.0×10^(11)cfu mL^(–1))5 mL、脂肽物质(8 mg mL^(–1))5 mL、羧甲基纤维素钠4 g、海藻酸钠0.6 g、分散剂MF 4 g、FeSO_(4)·7H_(2)O 0.2 g、MgSO_(4)·7H_(2)O 1 g、K_(2)HPO_(4)·3H_(2)O 0.5 g、色浆4 g,水补足100 g;*** G-1·脂肽悬浮种衣剂的较优使用量为25 g包装1 kg高粱种子,且对高粱丝黑穗病菌的盆栽侵染抑制率为87.74%;此外,*** G-1·脂肽悬浮种衣剂还对高粱幼苗生长表现出较好促生作用,并具有良好贮藏稳定性,常温下避光贮藏12个月后防侵染效果仅下降1.63%。说明*** G-1·脂肽悬浮种衣剂在高粱丝黑穗病绿色防控技术推广应用中具有良好应用前景。

关键词：高粱丝黑穗病菌抗病微生物脂肽生物悬浮种衣剂防侵染效果

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基于YOLO v7-ST-ASFF的复杂果园环境下苹果成熟度检测方法

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农业机械学报 2024年第6期55卷 219-228页

作者：苗荣慧李港澳黄宗宝李志伟杜慧玲山西农业大学信息科学与工程学院太谷030801 山西农业大学农业工程学院太谷030801 山西农业大学基础部太谷030801

针对复杂果园环境下目标检测算法参数量大、鲁棒性差等问题,本文提出一种改进的YOLO v7网络模型用于苹果成熟度(未成熟、半成熟、成熟)检测。以YOLO v7为基线网络,在特征提取结构中引入窗口多头自注意力机制(Swin transformer,ST),极大... 详细信息

针对复杂果园环境下目标检测算法参数量大、鲁棒性差等问题,本文提出一种改进的YOLO v7网络模型用于苹果成熟度(未成熟、半成熟、成熟)检测。以YOLO v7为基线网络,在特征提取结构中引入窗口多头自注意力机制(Swin transformer,ST),极大地降低网络参数量与计算量;为提高模型对远景图像中小目标的检测能力,在特征融合结构中引入自适应空间特征融合(Adaptively spatial feature fusion,ASFF)模块优化Head部分,有效利用图像的浅层特征和深层特征,加强特征尺度不变性;采用WIoU(Wise intersection over union)代替原始CIoU(Complete intersection over union)损失函数,在提高检测准确率的同时加快模型收敛速度。试验结果表明,本文改进的YOLO v7-ST-ASFF模型在苹果图像测试集上的检测速度和准确率均有显著提高,不同成熟度检测精确率、召回率和平均精度均值可达92.5%、84.2%和93.6%,均优于Faster R-CNN、SSD、YOLO v3、YOLO v5、YOLO v7以及YOLO v8目标检测模型;针对多目标、单目标、顺光、逆光、远景、近景以及套袋、未套袋苹果目标的检测效果都较好;本文网络模型内存占用量为53.4MB,模型平均检测时间(Average detection time,ADT)为***,均优于其他目标检测模型。改进的YOLO v7-ST-ASFF模型能够满足复杂果园环境下苹果目标的检测,可为果蔬机器人自动化采摘提供技术支撑。

关键词：苹果成熟度检测复杂果园环境 YOLO v7 窗口多头自注意力机制 ASFF

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摘薹对甘蓝型油菜籽粒品质性状的影响及其综合评价

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中国粮油学报 2024年第5期39卷 121-129页

作者：姚琳张高杨孙璇赵卫喆刘国梅袁嘉玮杜春芳山西农业大学棉花研究所运城044000 山西农业大学农学院太谷030801

为了探明摘薹对油菜籽粒品质性状的影响,研究以21份甘蓝型油菜品系为材料,进行摘薹处理与正常收获,测定籽粒中饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸、油脂、蛋白质及硫苷含量变化。结果表明:摘薹后棕榈酸、硬脂酸、亚油酸、亚麻酸、蛋白质及硫苷含... 详细信息

为了探明摘薹对油菜籽粒品质性状的影响,研究以21份甘蓝型油菜品系为材料,进行摘薹处理与正常收获,测定籽粒中饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸、油脂、蛋白质及硫苷含量变化。结果表明:摘薹后棕榈酸、硬脂酸、亚油酸、亚麻酸、蛋白质及硫苷含量表现为增加的趋势,油酸、油脂含量表现为减少的趋势,芥酸、花生烯酸含量变化趋势并不明显。相关性分析表明,摘薹后油脂与油酸呈极显著正相关,二者均与棕榈酸、硬脂酸、亚油酸、亚麻酸、蛋白质呈极显著负相关。主成分及隶属函数分析表明,摘薹后y15油菜品系籽粒综合性状最优良,y12、y10、y14、y6、y19、y11、y7、y13、y20、y3、y8品系次之,y4、y2、y9品系综合得分低于对照y21。

关键词：甘蓝型油菜摘薹品质性状综合评价

微喷限水灌溉对冬小麦产量及水氮利用效率的影响

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作物学报 2024年

作者：亢秀丽马爱平靖华赵玉坤崔欢虎席吉龙黄学芳山西农业大学小麦研究所山西农业大学棉花研究所山西农业大学山西有机旱作农业研究院

为探究微喷限水灌溉对冬小麦产量及水氮利用效率的影响，在山西南部麦区设置正常微喷(S0)、限水微喷(S1)、过量微喷(S2)、漫灌(F0) 4个灌溉处理，比较分析不同灌溉水平下麦田土壤贮水耗水特性、籽粒产量构成因素、植株氮素分配及水氮利... 详细信息

为探究微喷限水灌溉对冬小麦产量及水氮利用效率的影响，在山西南部麦区设置正常微喷(S0)、限水微喷(S1)、过量微喷(S2)、漫灌(F0) 4个灌溉处理，比较分析不同灌溉水平下麦田土壤贮水耗水特性、籽粒产量构成因素、植株氮素分配及水氮利用的差异化表现规律。结果表明，过量灌溉(S2、F0)处理0～200 cm土层贮水量显著高于S0、S1处理，而S0和S1处理间无显著差异；不同处理各土层贮水量均随灌水量增加而增加，0～100 cm土层贮水量低于100～200 cm。4种灌溉方式下麦田0～200 cm土壤水耗水量在生育期总耗水量的占比区间为8.95%～48.48%，该比例随灌水量增加而减小；0～200 cm土壤水耗水最高处理为S1，而灌溉水耗水最高处理为F0；F0、S2处理的100～200 cm土层耗水量显著低于S0和S1。在产量构成因素中F0、S2处理的穗数显著低于S0和S1，而千粒重高于S0和S1；各处理冬小麦籽粒产量S0>S1>S2>F0，S0和S1处理间产量差异较小，均显著高于F0和S2。各处理水分利用效率随灌水量增多而降低，限水微喷S1处理水分利用效率较其余灌溉处理高1.39～7.36 kg hm-2mm-1。与正常微喷S0相比，S1处理的氮素吸收效率、氮素收获指数分别高1.64%和1.91%，氮肥偏生产力略低（P > 0.05），但两处理氮肥偏生产力均显著高于F0和S2。S1处理的土壤氮素表观盈余量较其余灌溉处理低2.46%～21.01%，而籽粒氮素积累量较其余处理高3.64%～31.39%。综上所述，限水微喷灌溉能促进冬小麦对深层土壤水分的吸收和籽粒氮素积累，优化灌溉制度，提高水氮利用效率，稳产增效，同时可减少麦田土壤氮素盈余，降低无机氮向下淋溶风险，推进节水农业可持续健康发展。

关键词：限水微喷产量水分利用效率氮肥偏生产力氮素表观盈余

基于转录组测序的高粱苗期干旱胁迫下的生理代谢响应

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植物营养与肥料学报 2024年

作者：江佰阳白文斌山西农业大学高粱研究所

【目的】研究高粱苗期在不同干旱胁迫时间下的生理代谢及基因表达差异，挖掘高粱抗旱基因，探讨高粱响应干旱胁迫的分子应答机制。【方法】以耐旱品种Tx625B幼苗为试验材料，采用25%的PEG-6000进行苗期模拟干旱胁迫，测定处理后0h、12h... 详细信息

【目的】研究高粱苗期在不同干旱胁迫时间下的生理代谢及基因表达差异，挖掘高粱抗旱基因，探讨高粱响应干旱胁迫的分子应答机制。【方法】以耐旱品种Tx625B幼苗为试验材料，采用25%的PEG-6000进行苗期模拟干旱胁迫，测定处理后0h、12h和24h叶片生理指标及养分含量；利用转录组测序和生物信息学技术分析叶片的基因表达特征，揭示差异表达基因的生物学功能和主要代谢途径，筛选与抗旱相关的差异表达基因。【结果】不同干旱胁迫时间下，抗旱材料均维持较高过氧化物酶和过氧化氢酶活性和有较强自由基清除能力，有效清除体内过量的活性氧和过氧化氢，降低外界胁迫对植物造成的损伤；干旱胁迫引起了抗旱材料氮、磷、钾含量改变，其中对氮含量的影响较为明显。0hvs12h、0hvs24h、12hvs24h三个比较组测序比对共检测到17396个干旱响应基因，包括8253个上调基因和9143个下调基因。对共有差异表达基因功能进行分析后筛选到在高粱苗期抗旱应答中起关键作用的几类基因：过氧化物酶、叶绿素a-b结合蛋白、光系统蛋白、与叶绿体相关的其他酶和蛋白编码基因。差异表达基因GO和KEGG富集分析发现，干旱胁迫对高粱苗期氨基酸代谢、次生代谢产物生物合成、糖类和脂类代谢、植物的信号转导有较大影响，差异表达基因在光合作用、光合生物的暗反应、糖代谢等代谢通路上均有明显富集。【结论】高粱抗旱调节过程涉及多个生物过程的协同互作，通过调节光合作用速率和可溶性糖的积累提高抗旱性；氨基酸代谢途径、光合作用途径和糖代谢途径中差异表达基因的富集是高粱抗旱品种具有较强抗旱调节能力的重要原因。

关键词：高粱干旱胁迫生理代谢转录组分析

晋东南小麦品种（系）品质相关基因的KASP标记检测

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中国粮油学报 2024年

作者：闫金龙李翊娟邬志远冯丽云张东旭张俊灵山西农业大学谷子研究所

为揭示晋东南小麦品质的遗传学基础，采用与3个品质性状相关的共7个主效基因（Glu-A1、Glu-D1、Ppo-D1、Pod-A1、Zds-A1、Pina-D1、Pinb-D1）的KASP标记对85份小麦品种（系）进行分析。结果显示，高分子量谷蛋白亚基（HMW-GS）基因Glu-D... 详细信息

为揭示晋东南小麦品质的遗传学基础，采用与3个品质性状相关的共7个主效基因（Glu-A1、Glu-D1、Ppo-D1、Pod-A1、Zds-A1、Pina-D1、Pinb-D1）的KASP标记对85份小麦品种（系）进行分析。结果显示，高分子量谷蛋白亚基（HMW-GS）基因Glu-D1与Glu-A1的优异等位变异频率分别为1.2%与23.5%，只有17-9143的麦谷蛋白具有1/2*亚基与5+10亚基。在与籽粒硬度相关的Pina-D1位点，只有长6990、21-9195和21-5725携带优异等位基因Pina-D1b，占实验材料的3.5%；在Pinb-D1位点，优异等位基因Pinb-D1b占比43.5%；Pina-D1与Pinb-D1均含有优异等位变异的材料只有长6990。在色泽相关酶类方面，低活性多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）基因Ppo-D1a的频率为89.4%，高活性过氧化物酶（Peroxidase，POD）基因Pod-A1b的频率为40%，高活性ζ-胡萝卜素脱氢酶（zeta-carotenedesaturase，ZDS）基因Zds-A1b的频率为70.6%。20份小麦材料同时携带Ppo-D1a、Pod-A1b与Zds-A1b等位基因，占实验材料的23.5%；只携带2个优异等位基因（Ppo-D1a/Pod-A1b、Pod-A1b/Zds-A1b或Ppo-D1a/Zds-A1b）的材料共45份，占实验材料的52.9%。因此，晋东南小麦种质资源的高分子量谷蛋白亚基及籽粒硬度性状仍需进行遗传改良，而籽粒色泽性状却具有广泛的遗传多样性，可应用于育种实践。

关键词：晋东南小麦品质 KASP