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基于VSURF-CA的小麦条锈病高光谱病情指数估测模型

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中国农业科学 2024年第3期57卷 484-499页

作者：梅广源李荣梅新陈日强樊意广程金鹏冯子恒陶婷赵倩赵培钦杨小冬北京市农林科学院信息技术研究中心/农业农村部农业遥感机理与定量遥感重点实验室湖北大学资源与环境学院

【目的】条锈病对小麦生长和产量造成严重威胁，为确保有效防控，精准监测尤为关键。利用遥感技术构建小麦条锈病估测模型，能快速、准确地估测病情指数(DI)，为精准防控提供技术支持。【方法】利用ASD光谱仪获取小麦不同生育期(抽穗期... 详细信息

【目的】条锈病对小麦生长和产量造成严重威胁，为确保有效防控，精准监测尤为关键。利用遥感技术构建小麦条锈病估测模型，能快速、准确地估测病情指数(DI)，为精准防控提供技术支持。【方法】利用ASD光谱仪获取小麦不同生育期(抽穗期、灌浆期和成熟期)高光谱数据，采用随机森林变量选择(VSURF)方法结合相关性分析(CA)对原始光谱(OR)和一阶微分光谱(FD)进行特征波段筛选。使用随机森林(RF)对比不同数据集的特征波段建模结果，确定模型效果最佳的特征集。随后借助偏最小二乘回归(PLSR)、极致梯度提升(XGBoost)以及反向传播神经网络(BPNN)，对比特征集在不同算法中的建模效果。通过对比建模效果，确定针对全生育期小麦条锈病病情指数的最佳估测模型。为了验证特征集在不同生育期中的效果，利用特征集在3个生育期重新构建模型，并对比模型效果。【结果】对不同数据集进行特征筛选，并使用RF构建条锈病DI估测模型，通过比较模型效果，确定VSURF-CA-FD特征集(绿光范围的537 nm以及近红外范围的821和846nm)在RF模型中的估测效果最好。采用RF算法构建的模型表现出优异的精度，R2为0.89,RMSE为12.34。这些特征波段在其他算法构建的模型中也展现出良好的精度：XGBoost模型的R2为0.87,RMSE为13.15;BPNN模型的R2为0.84,RMSE为15.19;PLSR模型的R2为0.69,RMSE为20.92。使用不同生育期的冠层微分高光谱数据进行验证，利用VSURF-CA-FD特征集构建RF模型，对比模型发现在小麦生长的早期(抽穗期)R2为0.54,RMSE为1.29,NRMSE为0.21，能满足估测病害的要求；小麦生长的中期(灌浆期)，模型的R2表现较好，R2为0.66,RMSE为12.24,NRMSE为0.21；小麦生长晚期(成熟期)，模型效果好于前两个时期，R2为0.75,RMSE为10.77,NRMSE为0.15。【结论】使用VSURF-CA方法筛选出的特征波段，能构建出对小麦条锈病病情指数具有出色估测效果的RF模型。研究结果可为预测早期和中期条锈病病情指数提供有价值的思路和方法。

关键词：高光谱估测模型小麦条锈病病情指数 VSURF 特征选择

基于遥感时序物候特征的耕地非粮化多模式监测方法

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农业工程学报 2024年第2期40卷 283-294页

作者：杨悦杨贵军龙慧灵张静陈伟男高美玲杨耘长安大学土地工程学院西安710054 长安大学地质工程与测绘学院西安710054 农业农村部农业遥感机理与定量遥感重点实验室北京市农林科学院信息技术研究中心北京100097

耕地非粮化对粮食生产和农业可持续发展构成潜在威胁,精准监测不同的耕地非粮化类型对制定针对性的农业管理政策至关重要。该研究以河北省石家庄市藁城区为研究区,首先采用最大类间方差算法(OTSU)提取果园和耕地范围,然后利用Google Ear... 详细信息

耕地非粮化对粮食生产和农业可持续发展构成潜在威胁,精准监测不同的耕地非粮化类型对制定针对性的农业管理政策至关重要。该研究以河北省石家庄市藁城区为研究区,首先采用最大类间方差算法(OTSU)提取果园和耕地范围,然后利用Google Earth Engine(GEE)云计算平台构建了基于Sentinel-2遥感数据的特征集,包括光谱特征、物候特征和NDVI(normalized difference vegetation index)时序特征。结合面向对象分割和随机森林(radom forest, RF)、时间加权的动态时间规整(time-weighted dynamic time warping, TW-DTW)算法,构建了4种不同的分类模式用于提取粮食作物和露天蔬菜、大棚种植等非粮食作物。通过选择最优模式,提取了研究区2019-2022年间不同非粮化类型的空间分布信息,并探讨了不同模式的优点和局限性。结果表明:1)采用面向对象的机器学习模式进行耕地内作物分类的精度最佳,两个生长季内总体精度分别达到93.23%和90.10%,Kappa系数分别达到0.91和0.88;2)基于时间序列匹配的模式在区分粮食作物和其他地类方面表现出较高的准确性,冬小麦、玉米和大豆的用户精度分别高于95.60%、74.70%、82.70%,制图精度分别高于97.70%、86.40%、93.10%;3)利用面向对象的机器学习模式进行耕地非粮化信息提取,在两个作物生长季的总体精度为87.00%和81.00%。分析耕地非粮化结果发现,藁城区2019-2022年的年际性非粮化面积为2 753.09 hm^(2),其中果园占比最高;而季节性非粮化结果显示,秋粮非粮化面积(3 174.86 hm^(2))明显高于夏粮非粮化面积(1 060.27 hm^(2))。该研究利用Sentinel-2时序遥感数据,为一年两熟区耕地非粮化监测提供一种新的思路,可以为制定差异化农业管理政策提供依据。

关键词：遥感时间序列耕地非粮化机器学习时间加权的动态时间规整

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基于可见光波段的绿色植被提取方法研究

中国农业科技导报 2024年

作者：郑舒元刀剑张学林王建雄云南农业大学水利学院云南省高校农业遥感与精准农业工程研究中心

可见光植被指数是一种基于RGB影像的植被提取方法，目前已被广泛应用于无人机影像植被提取，现有的方法在植被提取效率及增大植被与其他地物区分度方面仍有可改进的空间。基于绿色健康植被光谱特性及8种不同地物在无人机RGB影像中光谱... 详细信息

可见光植被指数是一种基于RGB影像的植被提取方法，目前已被广泛应用于无人机影像植被提取，现有的方法在植被提取效率及增大植被与其他地物区分度方面仍有可改进的空间。基于绿色健康植被光谱特性及8种不同地物在无人机RGB影像中光谱特征，提出一种基于绿、蓝波段的可见光植被指数——超绿蓝比值指数（enhanced green blue ratio index,EGBRI），利用该指数与其他8种常见可见光植被指数提取效果进行对比研究，并采用基于目视解译的地物判别结果结合混淆矩阵进行精度量化评价。结果表明：由EGBRI计算的植被指数能够有效提取试验区绿色植被，对其他地物具有抑制作用；相比其他常见可见光植被指数，EGBRI增强了植被与其他地类的区分度，其分类精度更高，EGBRI总体精度为95.06%,Kappa系数为0.889 5，处于较高水平，能够对试验区的植被覆盖区域进行快速、准确的提取。研究结果表明，提出的超绿蓝比值指数（EGBRI）能够有效、快速、高精度、大范围地提取无人机影像RGB波段影像中绿色植被信息，且具有较好的适用性和提取精度。

关键词：无人机 RGB影像可见光植被指数绿色植被提取

基于中红外光谱特征增强和集成学习的土壤有机碳含量估算

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农业机械学报 2024年

作者：唐澳华杨贵军杨悦陈伟男徐新刚徐波高美玲张静北京农业信息技术研究中心农业农村部农业遥感机理与定量遥感重点实验室长安大学地质工程与测绘学院长安大学土地工程学院

中红外光谱数据在实现土壤有机碳含量的准确、低成本快速预测方面具有巨大潜力。为提高光谱数据估算模型的普适性，本研究利用光谱特征增强策略，并基于Stacking算法结合多种机器学习方法构建了一种高鲁棒性的土壤有机碳含量估算模型。... 详细信息

中红外光谱数据在实现土壤有机碳含量的准确、低成本快速预测方面具有巨大潜力。为提高光谱数据估算模型的普适性，本研究利用光谱特征增强策略，并基于Stacking算法结合多种机器学习方法构建了一种高鲁棒性的土壤有机碳含量估算模型。采用多种光谱特征增强方法及其组合对土壤中红外光谱进行特征增强，筛选最佳策略；通过应用Stacking算法结合多种机器学习方法构建集成模型，以提高模型的泛化能力；将集成模型的估算性能与偏最小二乘回归模型(PLSR)、梯度提升树(GBT)和一维卷积神经网络(1D-CNN)模型进行比较分析。研究结果表明，最佳光谱特征增强策略可以显著提高土壤光谱数据与土壤有机碳含量的相关性，最佳Pearson相关系数达到-0.82；相较于PLSR、GBT和1D-CNN等模型，集成模型在各光谱数据下均表现出较高的估算精度，特别是在一阶导变换结合多元散射校正的光谱特征增强策略下，集成模型展现出卓越的估算性能(决定系数R2= 0.92，均方根误差为1.18 g/kg，相对分析误差为3.52)。本研究方法能够快速、准确地估算土壤有机碳含量，为现代农业管理提供科学依据。

关键词：土壤有机碳集成学习光谱特征增强中红外光谱

基于无人机高光谱影像的冬小麦叶片氮浓度遥感估测

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干旱区研究 2024年第6期41卷 1069-1078页

作者：孙法福赖宁耿庆龙李永福吕彩霞信会男李娜陈署晃新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所新疆乌鲁木齐830091 新疆农业科学院农业遥感中心新疆乌鲁木齐830091 新疆农业大学资源与环境学院新疆乌鲁木齐830052

叶片氮浓度(LNC)是反应作物光合作用、营养状况和长势的重要指标,为精准高效地估测不同生育期冬小麦叶片氮浓度,以新冬22为研究对象,利用无人机搭载Pika L高光谱相机获取4个关键生育期冬小麦冠层反射率数据。基于波段优化算法和相关性... 详细信息

叶片氮浓度(LNC)是反应作物光合作用、营养状况和长势的重要指标,为精准高效地估测不同生育期冬小麦叶片氮浓度,以新冬22为研究对象,利用无人机搭载Pika L高光谱相机获取4个关键生育期冬小麦冠层反射率数据。基于波段优化算法和相关性分析筛选LNC敏感光谱指数,结合逐步回归、多元线性回归和偏最小二乘回归建立关键生育期冬小麦叶片氮浓度估测模型,并与单变量估测模型进行比较。结果表明:基于波段优化算法筛选的组合光谱指数与LNC的相关性优于传统植被指数,且达到极显著性相关;在单变量LNC估测模型中,组合光谱指数构建的模型精度优于传统植被指数,其中,扬花期差值光谱指数(DSI(R940、R968))建立的估测模型最好,R2为0.789;多变量估测模型精度均优于单变量估测模型,其中,基于偏最小二乘回归构建的LNC估算模型最好,孕穗期和扬花期拟合效果较优,模型决定系数均为0.923,均方根误差为0.082、0.084。本研究结果可以作为冬小麦LNC估测和长势监测的科学依据。

关键词：冬小麦叶片氮浓度无人机高光谱偏最小二乘回归组合光谱指数

氮磷钾配施、外源水杨酸和2,4-D丁酯对籽实谷子产量的影响

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草地学报 2024年第8期32卷 2670-2676页

作者：冯志威杨张侠孟颖超聂萌恩屈非山西农业大学山西太原030031 澄城县设施农业发展中心陕西渭南715200 山西农业大学农业基因资源研究中心山西太原030031

为优化杂交谷生产中施肥方案,以‘张杂谷5号’为材料,采用5因素二次通用旋转组合设计,在大田条件下探讨氮、磷、钾肥、水杨酸和除草剂2,4-D丁酯对谷子[Setaria italica(L.)Beauv.]净光合速率、叶面积指数、丙二醛及籽实产量的影响。结... 详细信息

为优化杂交谷生产中施肥方案,以‘张杂谷5号’为材料,采用5因素二次通用旋转组合设计,在大田条件下探讨氮、磷、钾肥、水杨酸和除草剂2,4-D丁酯对谷子[Setaria italica(L.)Beauv.]净光合速率、叶面积指数、丙二醛及籽实产量的影响。结果显示,净光合速率、叶面积指数、丙二醛及籽实产量在5个因素的作用下均呈抛物线状变化。单因素分析表明氮、磷、钾和水杨酸浓度对谷子籽实产量均有显著影响(P<0.05),交互作用显示氮和水杨酸、氮和2,4-D丁酯、水杨酸和2,4-D丁酯交互作用对产量影响显著(P<0.05)。‘张杂谷5号’单位面积籽实产量最大的农艺方案为施用氮肥185.6 kg·hm^(-2),磷肥94.5 kg·hm^(-2),水杨酸0.64 g·L^(-1),钾肥49.3 kg·hm^(-2),2,4-D丁酯651.9 mL·hm^(-2),此时谷子籽实产量为6783.18 kg·hm^(-2)。

关键词：谷子水杨酸氮磷钾 2,4-D丁酯

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不同比例硫酸铵替代尿素对玉米根际土壤环境及微生物群落的影响

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环境科学 2024年第6期45卷 3584-3594页

作者：张延慧刘宇韩莹董馨宇郭探文闫秋艳闫双堆山西农业大学资源环境学院太谷030801 山西农业大学小麦研究所临汾041000 山西农业大学农业资源与环境国家级实验教学示范中心太谷030801

为了探究工业副产物硫酸铵以不同比例替代尿素做为氮肥施入土壤后对土壤养分以及微生物群落的影响,进行了盆栽玉米试验.试验采用完全随机设计方法,共设置5个处理:CK(不施肥)、U_(10)S_(0)(100%尿素)、U_(8)S_(2)(80%尿素+20%硫酸铵)、U_... 详细信息

为了探究工业副产物硫酸铵以不同比例替代尿素做为氮肥施入土壤后对土壤养分以及微生物群落的影响,进行了盆栽玉米试验.试验采用完全随机设计方法,共设置5个处理:CK(不施肥)、U_(10)S_(0)(100%尿素)、U_(8)S_(2)(80%尿素+20%硫酸铵)、U_(6)S_(4)(60%尿素+40%硫酸铵)和U_(0)S_(10)(100%硫酸铵).应用常规方法进行土壤基本理化性质以及玉米植株干重的测定,通过Illumina Nova Seq平台进行微生物测序.结果表明:①在玉米的各个生育期,施肥处理土壤p H(7.85~8.15)与CK(8.1~8.21)相比都有所下降,并且随着硫酸铵比例的增加p H呈不断下降的趋势;②在玉米各生育期土壤碱解氮含量随着硫酸铵比例的增加呈逐渐增加的趋势,U_(0)S_(10)处理比CK和U_(10)S_(0)处理分别提高了30.56%~63.68%和13.22%~38.43%;有机碳含量变化趋势为:U_(8)S_(2)>U_(6)S_(4)>U_(0)S_(10),但除苗期以外其他生育期添加硫酸铵的处理都仍高于U_(10)S_(0)处理;③所有的施肥处理蛋白酶活性都高于对照,并且随着玉米的不断生长和硫酸铵比例的增加蛋白酶活性逐渐增强,U_(0)S_(10)处理在玉米各生育期都高于U_(10)S_(0)处理,提高了10.54%~100%;各施肥处理土壤蔗糖酶活性范围为0.04~0.24 mg·(g·24 h)^(-1),并在所有生育期U_(0)S_(10)处理都显著高于U_(10)S_(0)和CK处理,分别提高了20.32%~99.16%、24.31%~79.33%;④所有施肥处理的玉米根际细菌和真菌物种丰富度都低于CK处理,U_(10)S_(0)处理仅低于CK,硫酸铵替代尿素的3个处理细菌群落物种多样性趋势为:U_(8)S_(2)>U_(0)S_(10)>U_(6)S_(4),真菌为:U_(6)S_(4)>U_(8)S_(2)>U_(0)S_(10);⑤U_(0)S_(10)和U_(10)S_(0)处理玉米植株干重最大,分别比CK处理提高了39.47%和36.16%,U_(0)S_(10)处理高于U_(10)S_(0)处理但差异不显著;Pearson模型表明相关环境变量对土壤根际真菌和细菌物种丰富度和多样性有一定影响,其中p H值和土壤碱解氮含量是影响微生物物种多样性的最主要因素.综上,在石灰性褐土的玉米种植中,以一定比例硫酸铵替代尿素比单施尿素更能提高土壤养分,在一定程度上影响了玉米生长及根际微生物群落,并且有更大的产出.

关键词：硫酸铵 pH 碳氮养分土壤酶活性根际微生物

农业科研单位预算绩效管理提质增效的路径探讨

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广东经济 2024年第12期 76-78页

作者：陈雨薇李芳四川省农业科学院遥感与数字农业研究所(成都农业遥感分中心) 四川成都610011

农业科研单位预算绩效管理工作普遍存在绩效目标编制流于形式、指标质量不高、绩效评价及结果应用滞后等问题,本文从提高认识,增强全员绩效理念;构建突出部门特性的绩效指标体系;绩效评价及结果应用端口前移;有针对性地开展绩效管理培... 详细信息

农业科研单位预算绩效管理工作普遍存在绩效目标编制流于形式、指标质量不高、绩效评价及结果应用滞后等问题,本文从提高认识,增强全员绩效理念;构建突出部门特性的绩效指标体系;绩效评价及结果应用端口前移;有针对性地开展绩效管理培训辅导;加强内外部监督等方式探讨预算绩效管理提质增效的路径。以期提高农业科研单位预算绩效管理水平,提高财政资源配置效率和资金使用效益。

关键词：农业科研单位预算绩效提质增效

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苦荞种质资源萌发期抗旱性综合评价

干旱地区农业研究 2024年第3期42卷 13-21页

作者：赵少迪胡传伟张玉莲吕娜曹利萍马名川刘璋刘龙龙张丽君山西农业大学农业基因资源研究中心山西太原030031 山西农业大学农学院山西晋中030801 山西农业大学经济作物研究所山西太原030031

以PEG-6000为渗透剂对110份苦荞种质资源进行模拟干旱处理,研究了苦荞种子在0、5%、10%、15%、20%的PEG-6000溶液胁迫下的萌发情况,分析了种子的相对发芽势、相对发芽率、相对萌发指数、相对胚根长和相对胚根粗和萌发耐旱指数的变化。... 详细信息

以PEG-6000为渗透剂对110份苦荞种质资源进行模拟干旱处理,研究了苦荞种子在0、5%、10%、15%、20%的PEG-6000溶液胁迫下的萌发情况,分析了种子的相对发芽势、相对发芽率、相对萌发指数、相对胚根长和相对胚根粗和萌发耐旱指数的变化。结果表明:15%PEG-6000可以作为苦荞种子萌发期耐旱性鉴定的适宜浓度;通过主成分分析法确定了相对发芽势、相对发芽率、相对萌发指数为关键指标,利用隶属函数结合权重分析法得到了萌发期苦荞种质资源耐旱性的综合评价值D。根据D值排序,筛选鉴定到耐旱型5份、较耐旱型28份、中间型48份、敏感型29份。通过聚类分析将110份苦荞种质资源划分为5个亚群,亚群Ⅰ是一类耐旱能力较强的亚群,亚群Ⅱ和亚群Ⅲ为中度耐旱亚群,亚群Ⅳ和亚群Ⅴ为典型的旱敏感亚群。

关键词：苦荞种质 PEG胁迫萌发期抗旱性评价