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黄土高原次生林演替对团聚体有机碳含量及化学稳定性的影响

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生态学报 2024年第5期44卷 1940-1950页

作者：刘颖异刘涵宇张琦李向阳刘剑剑刘伟超王兴任成杰杨改河韩新辉西北农林科技大学农学院杨凌712100 陕西省循环农业工程技术研究中心杨凌712100

次生林演替过程中土壤团聚体有机碳的积累机制和化学稳定性研究较少。为探明次生林演替对土壤团聚体有机碳含量及其化学组成稳定性的影响,选取黄土高原次生白桦林(演替初期),山杨辽东栎混交林(演替中期)和辽东栎林(演替后期)为研究对象... 详细信息

次生林演替过程中土壤团聚体有机碳的积累机制和化学稳定性研究较少。为探明次生林演替对土壤团聚体有机碳含量及其化学组成稳定性的影响,选取黄土高原次生白桦林(演替初期),山杨辽东栎混交林(演替中期)和辽东栎林(演替后期)为研究对象,分析演替过程中不同粒径土壤团聚体有机碳含量变化特征。采用傅里叶红外光谱技术(FTRI)测定活性(AC)和非活性(IC)有机碳化学组成,以(IC/AC)作为有机碳化学组成稳定性指标,并分析其影响因素。结果表明:次生林演替过程中土壤团聚体有机碳含量表现出逐渐增加的趋势且各群落间差异显著(P<0.05),以演替后期的中等粒径团聚体为最高(37.63 g/kg)。土壤团聚体AC中多糖体有机碳含量最高(55.87%),而IC中芳香族有机碳含量最高(94.45%),演替过程中IC与AC总体变化趋势均呈现先降后增。IC/AC随着演替的进行呈先降低后升高的趋势,其中演替后期微团聚体有机碳化学组成稳定性最强达到了3.95。微团聚体含量(WM)与土壤全氮、全磷、全钾一起,显著促进了团聚体有机碳化学组成稳定性(P<0.05)。综上,次生林演替有利于促进土壤团聚体有机碳的积累以及有机碳化学稳定,其中微团聚体起到了关键性作用。

关键词：土壤团聚体有机碳化学组成次生林演替傅里叶红外光谱技术(FTRI) 黄土高原

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水体pH对福寿螺和中国圆田螺存活及器官结构的影响

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淡水渔业 2024年第3期54卷 12-20页

作者：张春霞陈映僮姚富成陈琪章家恩华南农业大学资源环境学院广州510642 广东省生态循环农业重点实验室/广东省现代生态农业与循环农业工程技术研究中心/农业农村部华南热带农业环境重点实验室广州510642

近年来,福寿螺(Pomacea canaliculata)同本地螺类竞争力的研究主要集中在温度、干旱和饥饿等因素。为探究酸碱胁迫下福寿螺与华南地区常见淡水螺中国圆田螺(Cipangopaludina chinesis)的响应特征,本研究以五种不同的水体pH作为梯度,对... 详细信息

近年来,福寿螺(Pomacea canaliculata)同本地螺类竞争力的研究主要集中在温度、干旱和饥饿等因素。为探究酸碱胁迫下福寿螺与华南地区常见淡水螺中国圆田螺(Cipangopaludina chinesis)的响应特征,本研究以五种不同的水体pH作为梯度,对福寿螺和中国圆田螺进行处理,以研究其存活情况,并利用扫描电镜观察两种螺类肝脏和头部的表面结构变化。结果显示:两种螺在酸碱胁迫下都会出现一定程度的死亡,福寿螺在水体pH值4.5、6.5、8.5、10.5的存活率均高于中国圆田螺,对酸碱适应范围更广,但pH 2.5处理下中国圆田螺存活率更高。同时,扫描电镜结果显示,酸碱胁迫下两种螺头足部和肝脏存在明显的外表破损,但中国圆田螺肝脏和头足部损伤更为严重。结果表明,福寿螺比本地中国圆田螺具有更强的酸碱耐受性和适应性。

关键词：福寿螺(Pomacea canaliculata) 中国圆田螺(Cipangopaludina chinesis) pH 肝脏扫描电镜

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黄土丘陵区次生林演替过程土壤酶活性响应特征及影响机制

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环境科学 2024年

作者：刘剑剑刘涵宇李向阳张琦曾嘉李桂兴何梦凡任成杰杨改河韩新辉西北农林科技大学农学院陕西省循环农业工程技术研究中心

土壤胞外酶受到土壤水分、养分等一系列生物和非生物因素的调控。在植被恢复中，因生态系统和土壤垂直空间环境的异质性，土壤表层和底层酶活性对不同演替阶段的响应差异和驱动机制还不明确。因此，采用“空间代替时间”的方法，以黄土... 详细信息

土壤胞外酶受到土壤水分、养分等一系列生物和非生物因素的调控。在植被恢复中，因生态系统和土壤垂直空间环境的异质性，土壤表层和底层酶活性对不同演替阶段的响应差异和驱动机制还不明确。因此，采用“空间代替时间”的方法，以黄土丘陵区次生林演替不同阶段为研究对象，分析了次生林演替过程中土壤表层和底层4种胞外酶的变化特征及影响因子。结果表明：①与0～20cm土层相比，土壤底层（40～100cm）β-1，4-葡萄糖苷酶（BG）、β-D-纤维二糖水解酶（CBH）和β-1，4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）活性显著降低，但在演替后期0～20cm土层碱性磷酸酶（ALP）活性显著低于20～40cm和40～60cm土层。与演替初期和后期相比，土壤酶活性在演替中期达到最大值。②次生林演替改变了植物群落和土壤养分剖面分布特征。在演替中期Gleason丰富度指数（G）、Shannon-Wiener多样性指数（H）和Pielou均匀度指数（E）最低。与演替初期相比，演替中期表土层（0～40cm）硝态氮含量显著增加，而与演替中期相比，演替后期底土层（40～100cm）土壤含水量和有机碳含量显著增加。③冗余分析和最小偏二乘路径模型表明，土壤养分是影响次生林土壤表层（0～40cm）酶活性的最主要因素，其中硝态氮对土壤酶活性的变化解释率最高，土壤含水量是调控土壤底层（40～100cm）酶活性的关键因子。结果表明次生林中随着土层深度的增加，土壤酶活性显著降低，演替中期土壤酶活性含量最高，在土壤表层，酶活性主要受到硝态氮含量的影响，在土壤底层，酶活性主要受到土壤含水率的调控。该结果明确了不同演替阶段土壤酶活性的剖面特征及表土层和底土层的驱动因素，可为制定科学的森林土壤保护政策提供依据。

关键词：黄土丘陵区次生林演替酶活性植被群落多样性土壤理化性质

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重庆市南川区土壤锰元素遥感反演

光谱学与光谱分析 2024年第1期44卷 69-75页

作者：徐天李敬刘振华华南农业大学资源环境学院广东广州510000 广东省土地信息工程技术研究中心广东广州510000

土壤中的锰元素对植物生长起着重要作用,土壤锰含量过高或者缺少都将对植物产生不良影响,因此快速监测土壤中的锰含量尤为重要。目前利用遥感技术监测土壤锰含量的相关研究主要集中在利用土壤光谱估算土壤锰含量,而对于植被常年覆盖的... 详细信息

土壤中的锰元素对植物生长起着重要作用,土壤锰含量过高或者缺少都将对植物产生不良影响,因此快速监测土壤中的锰含量尤为重要。目前利用遥感技术监测土壤锰含量的相关研究主要集中在利用土壤光谱估算土壤锰含量,而对于植被常年覆盖的南方地区,难以从卫星影像中获取土壤光谱。因此,引入植被光谱,探索植被覆盖区域土壤锰元素的快速监测方法。首先从Landsat 8影像中提取11种植被光谱指标,并运用皮尔逊相关系数(Pearson correlation coefficient)结合方差膨胀因子(VIF)筛选出最佳植被光谱指标;在此基础上,利用偏最小二乘回归(PLSR)、多元逐步回归(MSR)和BP神经网络(BPNN)算法构建最佳植被光谱指标与土壤锰元素之间的光谱响应模型,分析比较三个模型的估算效果从而确定最佳反演模型;最后,基于最佳反演模型进行土壤锰含量空间制图。以重庆市南川区为例,研究结果表明:3个植被光谱指标(比值植被指数,归一化植被指数和可见光大气阻抗植被指数)被确定为土壤锰元素最佳的光谱响应指标;BPNN光谱响应模型(R^(2)为0.78,RMSE为334.24,RPD为2.13)为土壤锰含量最佳反演模型,其土壤锰含量的制图精度(R^(2)为0.69,RMSE为567.64,RPD为1.30)。表明通过植被光谱指标反演土壤锰含量可行,该研究为区域尺度的土壤锰含量监测开拓了新思路。

关键词：植被光谱指标土壤锰元素 BPNN 光谱响应指标筛选最佳反演模型

不同浓度二氧化氯防治烟草根茎病害的应用效果

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中国植保导刊 2024年第1期44卷 72-79页

作者：张纪利陈东豪韦建玉宋嘉仪李俊霖黄崇峻栾新博黎平颜健广西中烟工业有限责任公司广西南宁530001 华南农业大学资源环境学院/农业农村部华南热带农业环境重点实验室/广东省生态循环农业重点实验室/广东省现代生态农业与循环农业工程技术研究中心广东广州510642

为探究不同浓度二氧化氯处理土壤对烟草根茎病害防效及烟叶农艺性状、产量、品质的影响,通过对烟草根茎病害中度发病田和重度发病田进行1.5 kg/667m^(2)、2.0 kg/667m^(2)两种二氧化氯浓度处理,测定各处理对烟草根茎病害的防效及烟叶农... 详细信息

为探究不同浓度二氧化氯处理土壤对烟草根茎病害防效及烟叶农艺性状、产量、品质的影响,通过对烟草根茎病害中度发病田和重度发病田进行1.5 kg/667m^(2)、2.0 kg/667m^(2)两种二氧化氯浓度处理,测定各处理对烟草根茎病害的防效及烟叶农艺性状,同时结合定量荧光PCR技术、气相-质谱联用仪(GC-MS)技术,检测不同处理土壤主要病原微生物数量、烟叶挥发性成分,并比较各处理区的经济效益。结果表明,二氧化氯处理后重度发病烟田发病率明显下降,1.5 kg/667m^(2)处理和2.0 kg/667m^(2)处理的病害防效相持平;中度发病烟田2.0 kg/667m^(2)处理的发病率最低。经二氧化氯处理后烟草的株高、株宽、叶片数等农艺性状显著提升,同时提升了上等烟与中等烟的产值、产量。主成分分析显示,经二氧化氯不同浓度处理后的烟叶挥发性成分存在显著差异,成熟烟叶主要有益物质显著提升。不同处理土壤病原微生物检测结果可知,两种二氧化氯浓度处理对中度发病田中青枯菌和烟草疫霉的抑制效果最为显著。不同浓度二氧化氯可以有效控制烟草根茎病害的发生,改善烟叶的农艺性状,提高烟叶的产量和品质。

关键词：二氧化氯烟草病害气相色谱-质谱联用农艺性状主成分分析

基于YOLOv5s改进模型的小白菜虫害识别方法

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农业工程学报 2024年第13期40卷 124-133页

作者：郑俊键兰玉彬熊万杰李硕杨润娜董昕华南农业大学电子工程学院(人工智能学院) 广州510642 国家精准农业航空施药技术国际联合研究中心广州510642 广东省智慧农业工程技术研究中心广州510642 广州国家现代农业产业科技创新中心广州510520

小白菜是中国种植面积较广、深受大众喜爱的蔬菜,真实菜地环境中虫害往往出现在叶片的特定区域,且受环境因素如光照和背景干扰较大,影响对其的智能检测。为提高小白菜虫害的检测效率和准确率,该研究提出一种基于YOLOv5s网络框架改进的YO... 详细信息

小白菜是中国种植面积较广、深受大众喜爱的蔬菜,真实菜地环境中虫害往往出现在叶片的特定区域,且受环境因素如光照和背景干扰较大,影响对其的智能检测。为提高小白菜虫害的检测效率和准确率,该研究提出一种基于YOLOv5s网络框架改进的YOLOPC(YOLO for Pak Choi)小白菜虫害识别模型。首先,引入CBAM(convolutional block attention module)注意力机制,将其放在CBS(卷积层Convolution+归一化层Batch normalization+激活函数层SILU)的输入端构成CBAM-CBS的结构,动态调整特征图中各个通道和空间位置的权重;使用上采样和1×1卷积操作来调整特征图的尺寸和通道数,实现不同层次特征的融合,增强模型的特征表示能力。同时,改进损失函数,使其更适合边界框回归的准确性需求;利用空洞卷积的优势提高网络的感受野范围,使模型能够更好地理解图像的上下文信息。试验结果表明,与改进前的YOLOv5s模型相比,YOLOPC模型对小白菜小菜蛾和潜叶蝇虫害检测的平均精度均值(mean average precision, mAP)达到91.4%,提高了12.9%;每秒传输帧数(Frame Per Second, FPS)为58.82帧/s,增加了11.2帧/s,增加幅度达23.53%;参数量仅为14.4 M,降低了25.78%。与经典的目标检测算法SSD、Faster R-CNN、YOLOv3、YOLOv7和YOLOv8相比,YOLOPC模型的平均精度均值分别高出20.1%、24.6%、14%、13.4%和13.3%,此外,其准确率、召回率、帧速率和参数量均展现出显著优势。该模型可为复杂背景下小白菜虫害的快速准确检测提供技术支持。

关键词：图像处理图像识别小白菜虫害 YOLOPC模型注意力机制目标检测损失函数空洞卷积

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秸秆还田和施肥对冬小麦-夏大豆轮作系统培肥与生产效益的影响

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西北农业学报 2024年第6期33卷 1029-1040页

作者：徐郗阳宋佳杰于琦白金泽焦小盈张志浩任广鑫冯永忠西北农林科技大学农学院陕西杨凌712100 陕西省循环农业工程技术研究中心陕西杨凌712100

为探明秸秆还田和化肥施用对冬小麦-夏大豆轮作系统土壤培肥和生产效益的影响,于2020-2022年在关中平原开展田间定位试验,设置秸秆不还田不施肥(S0F0)、秸秆不还田常规施肥(S0F1)、秸秆还田配合常规施肥(S1F1)和秸秆还田配合减量施肥(S1... 详细信息

为探明秸秆还田和化肥施用对冬小麦-夏大豆轮作系统土壤培肥和生产效益的影响,于2020-2022年在关中平原开展田间定位试验,设置秸秆不还田不施肥(S0F0)、秸秆不还田常规施肥(S0F1)、秸秆还田配合常规施肥(S1F1)和秸秆还田配合减量施肥(S1F0.8)4个处理。利用静态暗箱-气相色谱法监测土壤N_(2)O排放通量,综合分析土壤养分、作物产量和土壤N_(2)O排放,明确秸秆还田配施化肥在土壤培肥、增产减排方面的效应。结果表明,秸秆还田和施肥通过显著提高土壤有机质(SOM)、全氮(TN)、全磷(TP)、硝态氮(NO_(3)^(-)-N)、铵态氮(NH_(4)^(+)-N)、速效磷(AP)含量来促进土壤培肥。与S0F0相比,S1F0.8和S1F1处理提高土壤综合肥力314.24%~317.12%、330.58%~384.98%;S1F0.8和S1F1处理显著提高冬小麦产量80.29%~101.25%、82.50%~107.66%,提高夏大豆产量25.31%~34.72%、36.93%~45.20%;S0F1、S1F0.8、S1F1均显著增加土壤N_(2)O累积排放量和种植系统温室气体排放强度,但S1F0.8较S0F1、S1F1处理显著降低土壤N_(2)O累积排放量和种植系统温室气体排放强度;S1F0.8和S1F1处理提高生产效益75.09%~75.88%、67.54%~114.23%。综上,秸秆还田配合常规施肥(S1F1)是关中平原麦-豆轮作系统土壤培肥的有效方式;但依照国家降低化肥施用量的要求来说,秸秆还田配合减量施肥(S1F0.8)是关中平原麦-豆轮作系统增产、减排、提高收益的推荐方式。

关键词：土壤肥力秸秆还田 N_(2)O排放冬小麦-夏大豆轮作

高光谱成像的黄瓜病虫害识别和特征波长提取方法

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光谱学与光谱分析 2024年第2期44卷 301-309页

作者：李杨李翠玲王秀范鹏飞李余康翟长远江苏大学农业工程学院江苏镇江212013 北京市农林科学院智能装备技术研究中心北京100097 国家农业智能装备工程技术研究中心北京100097

黄瓜霜霉病和斑潜蝇是制约黄瓜产业发展的严重病虫害。为实现黄瓜病虫害快速在线识别,采用高光谱成像和机器学习研究快速识别黄瓜霜霉病和斑潜蝇虫害的方法,为开发实用的基于多光谱成像的黄瓜病虫害快速识别设备奠定基础。使用高光谱成... 详细信息

黄瓜霜霉病和斑潜蝇是制约黄瓜产业发展的严重病虫害。为实现黄瓜病虫害快速在线识别,采用高光谱成像和机器学习研究快速识别黄瓜霜霉病和斑潜蝇虫害的方法,为开发实用的基于多光谱成像的黄瓜病虫害快速识别设备奠定基础。使用高光谱成像系统采集黄瓜无症状叶片、霜霉病叶片、斑潜蝇虫害叶片的高光谱图像,在病斑区域选择若干个感兴趣区域(ROI),计算每个ROI的平均反射率数据作为叶片原始光谱数据。使用Kennard-Stone算法将光谱数据按照3∶1的比例划分为训练集和测试集。使用直接正交信号校正(DOSC)、多元散射校正(MSC)、移动窗口平均平滑(MA)3种方法对原始光谱数据进行预处理。采用空间迭代收缩法(VISSA)、竞争性自适应重加权算法(CARS)、迭代保留信息变量法(IRIV)、随机蛙跳算法(SFLA)对MA预处理后的光谱数据进行特征波长提取,分别提取出53、20、26、10个特征波长。然后使用连续投影算法(SPA)分别对特征波长光谱数据进行二次降维,最终VISSA-SPA提取的特征波长为455、536、615和726 nm;CARS-SPA提取的特征波长为452、501、548和578 nm;IRIV-SPA提取的特征波长为452、513、543和553 nm;SFLA-SPA提取的特征波长为462、484、500和550 nm。分别对全波段光谱数据、一次降维光谱数据、二次降维光谱数据进行支持向量机(SVM)、Elman神经网络、随机森林(RF)建模,结果表明,MA预处理后的全波段光谱数据所建模型识别效果最好,其中MA-RF模型测试集总分类精度(OA)达到97.89%,Kappa系数为0.97。采用一次降维光谱数据所建模型中,MA-VISSA-RF模型效果最好,测试集OA为98.19%,Kappa系数为0.97。采用二次降维光谱数据所建模型中,MA-IRIV-SPA-SVM模型效果最好,测试集OA为96.23%,Kappa系数为0.95。研究结果表明,使用高光谱成像技术识别黄瓜霜霉病和斑潜蝇虫害具有良好的效果,452、513、543和553 nm可以作为识别黄瓜霜霉病和斑潜蝇虫害的特征波长,为开发黄瓜病虫害快速识别设备提供了理论依据。

关键词：高光谱成像机器学习特征波长霜霉病斑潜蝇虫害

土壤-水稻前茬离散元仿真参数标定及其旋耕轨迹分析

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农业工程学报 2024年第7期40卷 72-82页

作者：赵智豪吴明亮谢双鹏罗海峰黎鹏程曾熠蒋啸虎湖南农业大学机电工程学院长沙410128 湖南省现代农业装备工程技术研究中心长沙410128

在进行稻油轮作区域水稻收获后旋耕作业中的前茬运动、受力仿真分析时,由于缺乏可靠的离散元仿真参数难以准确计算土壤-水稻前茬运动规律和相互间受力。该研究采用EDEM软件对土壤-水稻前茬混合物内部各物质的物理与接触参数进行离散元... 详细信息

在进行稻油轮作区域水稻收获后旋耕作业中的前茬运动、受力仿真分析时,由于缺乏可靠的离散元仿真参数难以准确计算土壤-水稻前茬运动规律和相互间受力。该研究采用EDEM软件对土壤-水稻前茬混合物内部各物质的物理与接触参数进行离散元仿真标定。首先测定了土壤-水稻前茬混合物内各物质物理与相互间接触参数,以堆积角作为评价指标,利用仿真试验进行了显著因素筛选、最优水平取值范围确定及二阶回归模型下最佳参数寻优,对参数进行了标定,得到土壤-水稻前茬混合物模型极显著参数的最优组合为土壤-土壤恢复系数0.407、土壤-土壤动摩擦系数0.123、土壤-水稻前茬静摩擦系数0.596、土壤表面能1.860 J,此时与试验堆积角误差为0.58%。并进行了土壤-水稻前茬间的直剪试验与仿真,得到了稳定后不同垂直应力下试验与仿真的直剪切应力误差分别为:5.4%(50 kPa),4.1%(100 kPa),3.1%(150 kPa)。最后在最优参数组合下,开展了基于MBD-DEM的旋耕土壤-水稻前茬轨迹分析试验,前茬跟随旋耕刀及直接被掩埋两种埋覆场景下仿真与土槽试验轨迹的Spearman秩相关系数分别为0.91、0.84,验证了仿真模型标定参数的准确性。研究结果可为水稻前茬旋耕轨迹调控过程的离散元仿真分析提供可靠的接触参数。

关键词：离散元直剪试验堆积角水稻前茬接触参数旋耕轨迹

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