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基于深度学习的小麦抗旱相关根系表型原位测量与分析

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农业机械学报 2024年第5期55卷 207-217页

作者：段凌凤傅金阳王新轶施家伟李为坤杨万能华中农业大学工学院武汉430070 华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室武汉430070

根系是植物吸收水分的主要通道,根系表型与植物抗旱能力息息相关。为了快速准确地获取小麦根系表型指标,利用土培根盒法进行了小麦干旱胁迫实验,共采集18个时间点的根系时序图像。设计了一套基于深度学习的根系图像处理与分析流程,针对... 详细信息

根系是植物吸收水分的主要通道,根系表型与植物抗旱能力息息相关。为了快速准确地获取小麦根系表型指标,利用土培根盒法进行了小麦干旱胁迫实验,共采集18个时间点的根系时序图像。设计了一套基于深度学习的根系图像处理与分析流程,针对土壤遮蔽引起的断根问题,提出了一种融合目标检测网络和沙漏注意力网络的检测-修复两阶段断根修复方法,以修复根系断裂区域,并通过多尺度训练和自适应迭代法提高修复精度和鲁棒性。提取了小麦在干旱胁迫和对照处理下的根面积、总根长、根宽、根深、根宽深比、根密度6个表型性状,分析了小麦根系对干旱胁迫的表型响应。结果显示,干旱胁迫下,小麦会有更低的根系生物量、更深的根系扎根深度及更分散的根系构型。同时计算了小麦根系干旱胁迫耐受性指数,结合主成分分析法,对小麦品种的抗旱能力进行了描述和排序。

关键词：小麦根系表型原位测量抗旱性分析断根修复深度学习

一维光学位置传感器融合的非接触多自由度位姿测量系统

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光学精密工程 2024年第3期32卷 344-356页

作者：莫嘉嗣陈健欢温远航梁杰俊陈秋烁闫国琦华南农业大学工程学院广东广州510642

为实现机器人末端位姿多自由度实时测量反馈,融合一维光学位置传感器(Position Sensitive Detector,PSD)建立了平面3自由度非接触测量系统,对其测量原理,信号处理电路,环境光干扰去除和非线性标定算法等进行研究。根据PSD传感器测量特... 详细信息

为实现机器人末端位姿多自由度实时测量反馈,融合一维光学位置传感器(Position Sensitive Detector,PSD)建立了平面3自由度非接触测量系统,对其测量原理,信号处理电路,环境光干扰去除和非线性标定算法等进行研究。根据PSD传感器测量特性和平面3自由度测量要求设计了4-PSD测量系统,并建立测量系统数学模型。研究了PSD传感器的信号处理电路,通过运放和除法器实现了单个PSD的信号处理,结合单片机与A/DC采样电路,实现了上位机的高频率信号采集。对4-PSD测量系统进行预实验,为消除环境光干扰,通过激光调制和数字滤波等方法进行验证。最后,通过激光位移传感器标定4-PSD测量系统,介绍了4-PSD的标定步骤(原点、转角、长度和二阶非线性标定),测定了系统标定后的误差分布。该测量系统具有较高的测量频率(50 Hz)。标定实验结果表明:标定后的4-PSD测量系统在70 mm×70 mm内,测量精度平均为0.49 mm,比标定前降低了90%的误差,能满足大部分高速、高精度机器人末端的非接触式实时测量反馈需求。

关键词：光学位置传感器位姿测量实时反馈测量标定

基于改进YOLOv8的轻量化小麦病害检测方法

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农业工程学报 2024年第5期40卷 187-195页

作者：马超伟张浩马新明王键霖张永爽张小艾河南农业大学信息与管理科学学院(软件学院) 郑州450046 河南农业大学农学院郑州450046

为提高小麦病害检测精度,实现将模型方便快速部署到移动端,该研究提出了一种基于改进YOLOv8的轻量化小麦病害检测方法。首先,使用PP-LCNet模型替换YOLOv8网络结构的骨干网络,并在骨干网络层引入深度可分离卷积(depthwise separable conv... 详细信息

为提高小麦病害检测精度,实现将模型方便快速部署到移动端,该研究提出了一种基于改进YOLOv8的轻量化小麦病害检测方法。首先,使用PP-LCNet模型替换YOLOv8网络结构的骨干网络,并在骨干网络层引入深度可分离卷积(depthwise separable convolution, DepthSepConv)结构,减少模型参数量,提升模型检测性能;其次,在颈部网络部分添加全局注意力机制(global attention mechanism, GAM)模块,强化特征中语义信息和位置信息,提高模型特征融合能力;然后,引入轻量级通用上采样内容感知重组(content-aware reassembly of features,CARAFE)模块,提高模型对重要特征的提取能力;最后,使用Wise-IoU(weighted interpolation of sequential evidence for intersection over union)边界损失函数代替原损失函数,提升网络边界框回归性能和对小目标病害的检测效果。试验结果表明,对于大田环境下所采集的小麦病害数据集,改进后模型的参数量及模型大小相比原YOLOv8n基线模型分别降低了12.5%和11.3%,同时精确度(precision)及平均精度均值(mean average precision,m AP)相较于原模型分别提高了4.5和1.9个百分点,优于其他对比目标检测算法,可为小麦病害检测无人机等移动端检测装备的部署和应用提供参考。

关键词：图像识别深度学习目标检测轻量化小麦病害 YOLOv8 PP-LCNet

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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

辣椒秸秆及其不同处理的青贮对羔羊饲喂效果评价

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动物营养学报 2024年第1期36卷 387-396页

作者：程志泽艾比布拉·伊马木李凤鸣伊斯拉依·达吾提万江春新疆农业大学草业学院乌鲁木齐830000 新疆农业大学动物科学学院乌鲁木齐830000

本试验通过研究辣椒秸秆及不同添加剂处理的青贮辣椒秸秆替代苜蓿干草对羔羊生长性能、消化代谢、瘤胃发酵及血清生化指标的影响,旨在评价其营养价值和饲喂效果。试验选取24只4月龄、体重为(31.13±1.63)kg的萨福克公羔羊,随机分成4组,... 详细信息

本试验通过研究辣椒秸秆及不同添加剂处理的青贮辣椒秸秆替代苜蓿干草对羔羊生长性能、消化代谢、瘤胃发酵及血清生化指标的影响,旨在评价其营养价值和饲喂效果。试验选取24只4月龄、体重为(31.13±1.63)kg的萨福克公羔羊,随机分成4组,每组6只。对照组(CK组)饲喂含15%苜蓿干草的饲粮,试验组则分别以风干辣椒秸秆(PS组)、植物乳杆菌+枯草芽孢杆菌青贮辣椒秸秆(LP+BS组)和植物乳杆菌+糖蜜青贮辣椒秸秆(LP+M组)替代饲粮中全部的苜蓿干草。预试期10 d,正试期50 d。结果显示:1)PS组的平均干物质日采食量显著低于CK、LP+BS和LP+M组(P0.05)。2)PS组干物质(DM)、中性洗涤纤维(NDF)和粗脂肪(EE)表观消化率显著低于CK、LP+BS和LP+M组(P0.05)。3)PS组瘤胃液pH显著高于LP+BS和LP+M组(P0.05)。4)除LP+BS组血清尿素氮含量显著低于CK、PS和LP+M组(P0.05)。综上可知,添加植物乳杆菌+枯草芽孢杆菌或植物乳杆菌+糖蜜制备的青贮辣椒秸秆可替代饲粮中全部苜蓿干草饲喂羔羊,且以植物乳杆菌+枯草芽孢杆菌青贮辣椒秸秆的饲喂效果更好。

关键词：辣椒秸秆青贮辣椒秸秆羔羊瘤胃发酵参数血清生化指标饲喂效果

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昆仑山北坡陆地水储量变化及其驱动因素分析

干旱区地理 2024年第8期47卷 1292-1303页

作者：夏婷婷薛璇王灏伟徐文哲盛紫怡汪洋新疆农业大学草业学院新疆乌鲁木齐830052 新疆农业大学资源与环境学院新疆乌鲁木齐830052

陆地水储量变化及其驱动机制研究可为区域水资源禀赋和潜力评价提供重要依据,并可为水资源调控与管理保护相关决策提供科学支撑。基于GRACE数据、气象数据、实际蒸散发与人类活动等多源数据对1990—2020年昆仑山北坡陆地水储量动态变化... 详细信息

陆地水储量变化及其驱动机制研究可为区域水资源禀赋和潜力评价提供重要依据,并可为水资源调控与管理保护相关决策提供科学支撑。基于GRACE数据、气象数据、实际蒸散发与人类活动等多源数据对1990—2020年昆仑山北坡陆地水储量动态变化进行分析,定量评估了不同影响因子对昆仑山北坡陆地水储量长期变化的影响。结果表明:(1)昆仑山北坡陆地水储量变化与分异显著,整体以0.123 cm·a-1的速率呈现增长变化,其中,库木库里盆地、克里雅河流域、车尔臣河流域、和田河流域均呈现增加趋势,叶尔羌河流域陆地水储量呈现不同程度的亏损状态。陆地水储量变化呈增加趋势的面积占区域总面积的79.63%,其中,库木库里盆地陆地水储量变化增加趋势最为显著。昆仑山北坡陆地水储量整体在2005-2006年增加速度最快,变化量为2.253 cm。(2)1990-2020年气温、降水量与蒸散发均呈现波动性上升趋势,年均降水量变化显著,空间分布具有异质性。30 a间陆地水储量与年均气温、年均降水量、实际蒸散发呈现不同程度的相关关系,呈现正相关区域分别占比为40.78%、54.19%、44.74%。(3)气象因素中气温和降水量是主导陆地水储量变化的主要因素,双因子交互中气温∩人口密度(0.823)的解释力最强,气象因素中气温∩降水量(0.713)解释力最强,且双因子之间的交互作用明显强于单因子。

关键词：陆地水储量 GRACE 气候变化人类活动昆仑山北坡

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节水灌溉下秸秆还田形式对黑土区稻田N_(2)O排放与产量的影响

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农业机械学报 2024年第4期55卷 280-289页

作者：薛里张忠学齐智娟韩羽徐丹张作合周欣东北农业大学水利与土木工程学院哈尔滨150030 东北农业大学农业农村部农业水资源高效利用重点实验室哈尔滨150030 东北农业大学文理学院哈尔滨150030 绥化学院农业与水利工程学院绥化152061

为探寻不同灌溉模式下秸秆还田形式对黑土区稻田N_(2)O排放与产量的影响,于2023年进行大田试验,设置常规灌溉(F)与控制灌溉(C)两种灌溉模式,同时设置秸秆还田(S)、秸秆炭化为生物炭还田(B)、秸秆过牛腹为有机肥还田(O)3种还田形式,以及... 详细信息

为探寻不同灌溉模式下秸秆还田形式对黑土区稻田N_(2)O排放与产量的影响,于2023年进行大田试验,设置常规灌溉(F)与控制灌溉(C)两种灌溉模式,同时设置秸秆还田(S)、秸秆炭化为生物炭还田(B)、秸秆过牛腹为有机肥还田(O)3种还田形式,以及秸秆不还田(N)作为对照组,共计8个处理。分析不同灌溉模式下秸秆还田形式对稻田N_(2)O排放通量与水稻产量的影响,测定了水稻各生育期稻田土壤铵态氮含量、硝态氮含量、微生物氮含量、pH值,并分析了N_(2)O排放总量和水稻产量与土壤环境因子之间的关系。结果表明:除返青期外,与秸秆不还田处理相比,秸秆还田与有机肥还田处理土壤铵态氮含量、硝态氮含量、微生物氮含量均表现为增加。相同秸秆还田形式下,控制灌溉模式下各处理生育期内土壤平均铵态氮含量、硝态氮含量较常规灌溉模式高36.23%~60.82%、14.16%~19.61%。同时,秸秆还田与生物炭还田能提高稻田土壤pH值。相同灌溉模式下,与秸秆不还田处理相比较,秸秆还田与有机肥还田处理N_(2)O排放总量分别增加14.44%~24.09%、8.22%~14.44%,生物炭还田处理N_(2)O排放总量降低14.31%~23.90%。生物炭还田与有机肥还田各处理水稻产量提高3.28%~13.07%,其中控制灌溉模式下生物炭还田处理产量最高。综上所述,控制灌溉下生物炭还田可以实现节水、增产、减排的目的。

关键词：水稻产量 N_(2)O排放黑土区稻田灌溉模式秸秆还田形式

基于CRV-YOLO的苹果中心花和边花识别方法

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农业机械学报 2024年第2期55卷 278-286页

作者：司永胜孔德浩王克俭刘丽星杨欣河北农业大学信息科学与技术学院保定071001 河北农业大学机电工程学院保定071001

苹果树疏花是果园生产管理中的重要环节。准确高效地识别苹果中心花和边花,是研发智能疏花机器人的前提。针对苹果疏花作业中的实际需求,提出了一种基于CRV-YOLO的苹果中心花和边花识别方法。本文基于YOLO v5s模型进行了如下改进:将C-Co... 详细信息

苹果树疏花是果园生产管理中的重要环节。准确高效地识别苹果中心花和边花,是研发智能疏花机器人的前提。针对苹果疏花作业中的实际需求,提出了一种基于CRV-YOLO的苹果中心花和边花识别方法。本文基于YOLO v5s模型进行了如下改进:将C-CoTCSP结构融入Backbone,更好地学习上下文信息并提高了模型特征提取能力,提高了模型对外形相似和位置关系不明显的中心花和边花的检测性能。在Backbone中添加改进RFB结构,扩大特征提取感受野并对分支贡献度进行加权,更好地利用了不同尺度特征。采用VariFocal Loss损失函数,提高了模型对遮挡等场景下难识别样本检测能力。在3个品种1837幅图像数据集上进行了实验,结果表明,CRV-YOLO的精确率、召回率和平均精度均值分别为95.6%、92.9%和96.9%,与原模型相比,分别提高3.7、4.3、3.9个百分点,模型受光照变化和苹果品种影响较小。与Faster R-CNN、SSD、YOLOX、YOLO v7模型相比,CRV-YOLO的精确率、平均精度均值、模型内存占用量和复杂度性能最优,召回率接近最优。研究成果可为苹果智能疏花提供技术支持。

关键词：苹果花识别 YOLO v5s 上下文信息中心花边花

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六价铬对红芸豆种子萌发和幼苗生长的毒害作用及外源NO的缓解效应

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中国生态农业学报（中英文） 2024年第8期32卷 1366-1376页

作者：杨小环杨婧怡王子然王成龙宋亚萍马金虎山西农业大学农学院太谷030801 山西农业大学创新创业学院太谷030801

为了研究铬(Cr)对红芸豆种子萌发和早期幼苗生长的胁迫作用及硝普钠(SNP,NO供体)的缓解作用,以红芸豆品种‘红芸3号’为试材,采用纸间发芽方法和水培法,研究Cr和外源NO对红芸豆种子萌发、种胚和幼苗抗氧化系统、幼苗光合特性以及营养元... 详细信息

为了研究铬(Cr)对红芸豆种子萌发和早期幼苗生长的胁迫作用及硝普钠(SNP,NO供体)的缓解作用,以红芸豆品种‘红芸3号’为试材,采用纸间发芽方法和水培法,研究Cr和外源NO对红芸豆种子萌发、种胚和幼苗抗氧化系统、幼苗光合特性以及营养元素吸收转运的影响。结果表明,20μmol·L^(−1)K_(2)Cr_(2)O_(7)胁迫诱发红芸豆种胚和幼苗氧化损伤,抑制幼苗对营养元素的吸收和转运,降低幼苗光合作用,进而抑制红芸豆种子萌发和早期幼苗的生长。添加100μmol·L^(−1)SNP(外源NO)可减轻Cr对种胚和幼苗的氧化胁迫伤害,降低Cr在幼苗中的积累,促进幼苗对营养元素的吸收和转运,增强幼苗光合作用。种子萌发生长72 h时,20μmol·L^(−1)K_(2)Cr_(2)O_(7)胁迫下添加SNP,种胚H_(2)O_(2)、O_(2)^(-)和MDA含量分别比Cr胁迫处理降低36.15%、30.96%和34.97%;Cr胁迫下,添加SNP幼苗生长10 d,根系H_(2)O_(2)、O_(2)^(-)和MDA含量分别比Cr胁迫处理降低55.25%、48.60%和33.54%,叶片H_(2)O_(2)、O_(2)^(-)和MDA含量分别比Cr胁迫处理降低27.71%、36.40%和53.85%,根系活力比Cr胁迫处理升高59.16%;幼苗根和叶中Cr含量比Cr胁迫处理降低69.14%和24.08%,幼苗根中Mg、Fe、Cu和Zn含量比Cr胁迫处理分别增加37.10%、17.96%、5.17%和13.60%,幼苗叶中Mg、Fe、Cu、Zn元素含量比Cr胁迫处理分别增加32.57%、29.49%、22.45%和36.07%;幼苗净光合速率和PSⅡ最大光合效率比Cr胁迫处理提高58.60%和11.27%。外源NO通过诱导种胚抗氧化酶活性提高,降低幼苗对Cr的吸收,促进幼苗对营养元素的吸收和转运,增强幼苗光合作用,缓解Cr对红芸豆种子萌发和早期幼苗生长的胁迫作用。

关键词：红芸豆一氧化氮(NO) 铬(Cr)胁迫种子萌发幼苗生长

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