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基于机器学习的新疆原棉品质预测模型研究

石河子大学学报(自然科学版) 2025年第01期 55-67页

作者：陆永迪李培松郭郁张启鹏刘韬奋王天合杨明凤向导田景山张旺锋石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室石河子气象局乌兰乌苏农业气象试验站

新疆原棉品质存在显著的区域性差异,温、光等气候因素与其密切相关且影响较大,为明确气象因子与原棉品质的关系及科学预测原棉品质变化趋势和区域分布,本文开展基于机器学习算法的新疆原棉品质预测模型研究,寻求适宜原棉品质指标与气象... 详细信息

新疆原棉品质存在显著的区域性差异,温、光等气候因素与其密切相关且影响较大,为明确气象因子与原棉品质的关系及科学预测原棉品质变化趋势和区域分布,本文开展基于机器学习算法的新疆原棉品质预测模型研究,寻求适宜原棉品质指标与气象因子的最优预测模型,对新疆棉花生产管理和品质提升具有重要意义。本研究利用2015—2022年新疆各植棉县(市)原棉品质公证检验数据和气象数据,通过大数据分析气象因素对纤维品质的相对贡献率及其关系;采用随机森林(Random Forest,RF)、支持向量回归算法(Support Vactor Regression,SVR) 2种机器学习算法构建气象因子与纤维品质的预测模型。结果表明,棉花生育期气象特征变量与原棉品质存在多重共线性,使用随机森林算法计算不同气象特征变量组合对原棉品质指标的方差解释率,选择方差解释率较高的气象特征变量组合作为模型输入变量,得到相应的原棉品质指标预测结果。与支持向量机模型相比,随机森林模型能准确地预测原棉纤维长度、断裂比强度、马克隆值和整齐度指数,预测精度均在88.59%以上,均方根误差(RMSE)为0.082 6～0.319 2。因此,随机森林算法能更好的随机选择最优样本训练集,在解决自变量多重共线性方面有较大的优势;随机森林算法对自变量进行特征选择会明显提高模型的准确性,用以预测原棉纤维长度、断裂比强度和整齐度指数的性能更好。

关键词：原棉品质预测模型温度特征选择

长期咸水滴灌对棉田土壤磷循环微生物群落结构及功能基因的影响

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环境科学 2025年第2期46卷 1225-1235页

作者：叶扬郭晓雯杨茂琪闵伟郭慧娟石河子大学农学院新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室石河子832003

干旱地区淡水资源匮乏,合理利用咸水资源可以缓解当地淡水短缺的问题,但长期咸水滴灌会增加土壤盐渍化风险,继而影响土壤养分的转化和微生物多样性.土壤的磷素供应对作物的生长至关重要,然而长期咸水滴灌如何影响土壤磷转化的过程还不清... 详细信息

干旱地区淡水资源匮乏,合理利用咸水资源可以缓解当地淡水短缺的问题,但长期咸水滴灌会增加土壤盐渍化风险,继而影响土壤养分的转化和微生物多样性.土壤的磷素供应对作物的生长至关重要,然而长期咸水滴灌如何影响土壤磷转化的过程还不清晰.因此,为探究长期咸水滴灌对棉田土壤磷转化微生物及其功能基因的影响,试验设置淡水(0.35 dS·m^(-1),FW)和咸水(8.04 dS·m-1,SW)两种灌溉水盐度.结果表明,长期咸水滴灌显著降低棉花干物质重、磷素吸收、产量以及土壤pH、Ca_(2)-P和Ca_(10)-P含量,但显著增加棉花含磷率和土壤含水量、电导率、速效磷、Ca_(8)-P、Al-P、Fe-P和O-P含量.各处理在门水平上优势物种为变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门和绿弯菌门;在纲水平上优势物种为α-变形菌纲、放线菌纲、β-变形菌纲、嗜热油菌纲和γ-变形菌纲.长期咸水滴灌显著降低放线菌门、酸杆菌门和硝化螺旋菌门的相对丰度,但显著增加变形菌门、芽单胞菌门和拟杆菌门的相对丰度;显著降低有机磷矿化基因phnA、转运基因pit以及多聚磷酸盐合成基因ppaC的表达量,但显著增加多聚磷酸盐降解基因HDDC3,有机磷矿化基因phnG、phoA、phnH、phnL、phnM、phnN、phnP和phnW,转运基因phnK、phnE、phnC和phnD以及调控基因phoB的表达量.相关性分析表明土壤磷循环微生物和功能基因与土壤理化性质以及土壤无机磷组分含量紧密相关.因此,长期咸水滴灌通过影响土壤理化性质和无机磷组分含量来改变土壤中磷循环微生物群落组成,进而驱动磷循环相关功能基因进行表达来调控和适应盐胁迫.

关键词：咸水滴灌宏基因组学棉田土壤磷循环微生物

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石河子近50年绿洲与荒漠气候变化对比分析

石河子科技 2025年第1期 10-12页

作者：郭金强吴春霞郭璇王肖娟新疆石河子气象局新疆石河子市832000 乌兰乌苏生态与农业气象新疆野外科学观测研究站新疆沙湾市833000 新疆天业(集团)有限公司新疆石河子市832000

利用1971-2021年石河子绿洲区和荒漠区气象观测资料,对比分析了不同生态区域近50a气温和降水的变化特征,结果表明:绿洲区年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温的增温率分别为0.30℃·(10a)^(-1)、0.21℃·(10a)^(-1)和0.43℃·(1... 详细信息

利用1971-2021年石河子绿洲区和荒漠区气象观测资料,对比分析了不同生态区域近50a气温和降水的变化特征,结果表明:绿洲区年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温的增温率分别为0.30℃·(10a)^(-1)、0.21℃·(10a)^(-1)和0.43℃·(10a)^(-1);荒漠区则分别为0.38℃·10a)^(-1)、0.16℃·(10a)^(-1)和0.69℃·(10a)^(-1);绿洲区和荒漠区降水分别以5.9mm·(10a)^(-1)和6.9mm·(10a)^(-1)的增长速率增加,荒漠区增长率较绿洲区略高,2001-2010年是绿洲区和荒漠区暖湿化最明显的10a。

关键词：绿洲荒漠气候变化

丛枝菌根真菌调控盐碱胁迫下棉花生长及离子平衡的研究

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中国农业科技导报(中英文) 2025年第2期27卷 33-41页

作者：彭梓程杜洪力王铭张凤华杨海昌石河子大学农学院新疆石河子832003

为探究丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)对棉花苗期逆境离子吸收和运转的影响,采用盆栽试验,以棉花‘新陆早45号’为材料,接种摩西斗管囊霉,以不接种AMF为对照,待棉花生长至3叶期进行不同水平(0、50、100、150、200 mmol... 详细信息

为探究丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)对棉花苗期逆境离子吸收和运转的影响,采用盆栽试验,以棉花‘新陆早45号’为材料,接种摩西斗管囊霉,以不接种AMF为对照,待棉花生长至3叶期进行不同水平(0、50、100、150、200 mmol·L^(−1))盐碱胁迫,分析不同处理下棉花幼苗生长及叶、茎、根离子含量的变化。结果表明,棉花根系侵染率随盐碱胁迫程度的增加而逐渐降低,菌根依赖性随盐碱胁迫程度的增加而增加。随着盐碱胁迫程度的增加,棉花幼苗生物量逐渐降低,而接种AMF可显著促进棉花生长发育。在各盐碱胁迫处理下,接种AMF显著提高了棉花幼苗生物量;显著降低棉花幼苗各器官的Na^(+)含量及Na^(+)/K^(+)、Na^(+)/Ca^(2+)、Na^(+)/Mg^(2+),显著提高棉花幼苗各器官的K^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)含量;降低了Na^(+)由地下向地上的运输,同时增加K^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)由地下向地上的运输。综上,盐碱胁迫可抑制K^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)由地下向地上部的运输,接种AMF能够抑制棉花根系对Na^(+)的吸收及向上运输,促进根系对K^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)的吸收及向上运输,从而降低Na^(+)/K^(+)、Na^(+)/Ca^(2+)、Na^(+)/Mg^(2+),缓解Na^(+)对棉花植株的伤害,促进棉花幼苗的生长发育。

关键词：盐碱含量离子运输比侵染棉花

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残膜回收机有效作业面积监测系统设计研究

农机化研究 2025年第1期47卷 54-60页

作者：王德阳张若宇段宏伟翟志强付宇轩孟庆建石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832003 农业农村部西北农业装备重点实验室新疆石河子832003

为便于新疆棉田残膜回收的精准作业收费和补贴,设计了一种残膜回收机有效作业面积监测系统。通过仿真试验对比锁相放大器降噪前后残膜回收机作业时经纬度数据,得出锁相滤波对于噪声环境有较好的抗干扰性能;采用高斯投影正算方法将降噪... 详细信息

为便于新疆棉田残膜回收的精准作业收费和补贴,设计了一种残膜回收机有效作业面积监测系统。通过仿真试验对比锁相放大器降噪前后残膜回收机作业时经纬度数据,得出锁相滤波对于噪声环境有较好的抗干扰性能;采用高斯投影正算方法将降噪后经纬度数据转化为平面坐标,得出1.5°带的高斯投影的相对误差相较于3°带降低了0.01%。同时,利用卡尔曼滤波算法和构成角方法筛选有效作业轨迹,使用缓冲区法计算重复作业面积,最终利用轨迹算法精准获取残膜回收机有效作业面积,得出所设计的残膜回收机有效作业面积监测系统对于大块农田测量时相对误差为2.6%,对于小块农田测量时相对误差为3.3%。研究结果表明:所设计的残膜回收机有效作业面积监测系统可以精确计算出残膜回收机的有效作业面积,为残膜回收机作业质量评估提供了一定的理论基础。

关键词：北斗导航作业面积监测高斯投影卡尔曼滤波缓冲区算法

基于PSO-BP模糊PID的变距取苗机构控制系统设计

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农机化研究 2025年第2期47卷 9-18页

作者：李润泽王卫兵李小军石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832000 新疆生产建设兵团农业机械重点实验室新疆石河子832003

为满足番茄、辣椒等蔬菜作物的移栽需求,基于向下取苗原理设计了一种适用72穴和128穴两种主要番茄钵苗穴盘规格的变距取苗机构,通过建立数学模型获得了取苗机械手参数的目标函数,并利用粒子群和模拟退火混合算法对其结构参数进行优化。... 详细信息

为满足番茄、辣椒等蔬菜作物的移栽需求,基于向下取苗原理设计了一种适用72穴和128穴两种主要番茄钵苗穴盘规格的变距取苗机构,通过建立数学模型获得了取苗机械手参数的目标函数,并利用粒子群和模拟退火混合算法对其结构参数进行优化。同时,为实现变距取苗机构的精确控制,提出了一种基于PSO-BP的模糊PID算法以提高控制精度,介绍了系统的结构与工作原理,并通过选型计算与分析建模建立了控制系统的数学模型。针对传统PID控制器稳定性差、响应速度慢等不足之处,利用PSO-BP模糊PID对控制器的参数进行在线调整,以满足控制过程中对参数的不同需求。仿真结果与试验数据的分析表明:在参数相同条件下,基于PSO-BP模糊PID控制系统系统稳定性更好、响应速度更快,具有良好的鲁棒性,提升取苗成功率的同时降低了基质损伤率,能够满足变距取苗机构高精度快速稳定控制的需求。

关键词：变距取苗机构 PSO-BP神经网络模糊PID算法控制系统

长期条状施肥下成龄密植库尔勒香梨根系和土壤性状的空间关系

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果树学报 2025年第2期42卷 336-347页

作者：邓永辉兖攀安世杰陈奇凌郑强卿马凌王振东王国栋刘静王欣新疆农垦科学院林园研究所新疆石河子832000 新疆农垦科学院铁门关试验站新疆铁门关841000 新疆农垦科学院农田水利与土壤肥料研究所新疆石河子832000 塔里木大学园艺与林学学院新疆阿拉尔843300

【目的】探明长期条状施肥下密植成龄库尔勒香梨根系和土壤理化性质的特征,为密植梨园科学高效水肥管理提供依据。【方法】采用剖面挖掘法和WinRHIZO根系分析系统,分析11年生梨园行间距树干50~200 cm距离、10~110 cm深剖面根系的形态和... 详细信息

【目的】探明长期条状施肥下密植成龄库尔勒香梨根系和土壤理化性质的特征,为密植梨园科学高效水肥管理提供依据。【方法】采用剖面挖掘法和WinRHIZO根系分析系统,分析11年生梨园行间距树干50~200 cm距离、10~110 cm深剖面根系的形态和土壤理化性质指标。【结果】梨根长和根表面积均以吸收根为主,占比分别为92.57%、62.62%;根体积以输导根为主,占比52.98%。在施肥沟附近,根长、根表面积的占比最高,分别为32.32%、27.06%;在深度10~90 cm、水平距离140 cm以内的区域,平均根长密度为0.62 mm·cm^(-3),占整个采样区域根长的75.56%,表明该区域是梨根系密集分布区。长期条状施肥导致不同养分的富集区存在差异,有机质和速效磷在施肥沟处聚集,表现层性分布的特征,且在深层土壤含量极少,其中10~30 cm深度土壤有机质、速效磷含量分别是90~110 cm深层土壤的2.62倍、16.28倍;碱解氮和速效钾由施肥沟向近主干方向分布且其含量显著高于行间方向,50~80 cm处土壤碱解氮、速效钾含量分别是140~170 cm处土壤的1.35倍、1.21倍;碱解氮和速效钾在深层土壤积累,90~110 cm深度碱解氮含量是10~30 cm土层的2.28倍。10~50 cm深度土壤,施肥沟与行间土壤的部分物理性质存在显著差异。与施肥沟处相比,行间距主干150 cm长期受机械碾压处的土壤容重显著增加而孔隙度、饱和持水量、田间持水量均显著下降。吸收根的根长密度与速效磷含量呈极显著正相关。【结论】长期条状施肥下,有机质和速效养分的空间差异性分布以及施肥沟和机械压实处土壤物理性质的差异是成龄密植库尔勒香梨根系延伸生长的不利因子。

关键词：库尔勒香梨密植树龄根系土壤养分空间分布条状施肥土壤物理性质

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生物有机肥施用量对连作甜瓜产量及品质的影响

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中国瓜菜 2025年第2期38卷 90-97页

作者：李帅程李洋常相杰杨晓娟余梦梦李俊华石河子大学农学院·绿洲生态农业兵团重点实验室新疆石河子832003

为探究生物有机肥不同施用量对连作甜瓜生长、产量、品质及土壤养分的影响,以春蕾17号甜瓜为试验材料,采用盆栽试验,研究了5个生物有机肥用量:0(CK)、1%(BIO1)、2%(BIO2)、3%(BIO3)、4%(BIO4)对甜瓜生长及土壤肥力的影响。结果表明,与C... 详细信息

为探究生物有机肥不同施用量对连作甜瓜生长、产量、品质及土壤养分的影响,以春蕾17号甜瓜为试验材料,采用盆栽试验,研究了5个生物有机肥用量:0(CK)、1%(BIO1)、2%(BIO2)、3%(BIO3)、4%(BIO4)对甜瓜生长及土壤肥力的影响。结果表明,与CK相比,随着生物有机肥用量的增加,整体上土壤有机质和速效养分含量逐渐升高;叶片净光合速率和抗氧化酶活性随着施用量的增加呈现先升高后降低的趋势,以BIO3处理提升效果最佳,其中膨大期叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性分别较CK显著提高了81.07%、52.09%、60.81%、23.51%和17.45%。BIO3处理产量较CK显著提高了9.18%。中心可溶性固形物含量为BIO3处理最高,较CK提高了9.39%;而丙二醛含量则是先降低后升高,BIO4处理含量最高。通过主成分分析对甜瓜产量、品质、土壤肥力、叶片光合指标和抗氧化酶活性进行综合评价,综合评价排名为:BIO3>BIO4>BIO2>BIO1>CK。综上,适量施加生物有机肥能够显著提高土壤肥力、植株抗逆能力、甜瓜产量和品质,其中3%生物有机肥(BIO3)处理的效果最佳。

关键词：甜瓜木霉生物有机肥土壤肥力产量品质

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果树穴贮砖对南疆温室软籽石榴光合特性及氮素吸收的影响

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西北农业学报 2025年第1期34卷 105-112页

作者：梁天强曹高辉王祥兵葸金山张光鑫张换换赵丰云刁明白茹唐诚于坤石河子大学农学院新疆石河子832003 新疆生产建设兵团第九师林业工作管理站新疆塔城834601

为探究适用于南疆温室沙地土壤条件下的氮肥增效措施,以3 a生‘突尼斯’软籽石榴为试材,设置无果树穴贮砖(CK)、施加果树穴贮砖A(T1)和果树穴贮砖B(T2)共3个处理,研究施加果树穴贮砖对软籽石榴光合特性及氮素吸收的影响。结果表明:T1、T... 详细信息

为探究适用于南疆温室沙地土壤条件下的氮肥增效措施,以3 a生‘突尼斯’软籽石榴为试材,设置无果树穴贮砖(CK)、施加果树穴贮砖A(T1)和果树穴贮砖B(T2)共3个处理,研究施加果树穴贮砖对软籽石榴光合特性及氮素吸收的影响。结果表明:T1、T2处理显著增加了1个灌水周期内第1天的石榴叶片叶绿素指数及第3天和第5天的氮平衡指数,提高了叶片净光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度、蒸腾速率的日均值,总体上以T1处理较好;与CK相比,T1和T2处理的石榴茎、叶、根中的全氮、硝态氮含量均有显著提升,同时茎和叶中的铵态氮含量也有显著提升,总体表现为T1>T2>CK。综上,施加果树穴贮砖有助于提升南疆温室沙地土壤条件下软籽石榴植株光合性能以及氮素吸收,本研究以施加果树穴贮砖A处理效果最佳。

关键词：果树穴贮砖软籽石榴氮平衡指数光合特性氮素吸收