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滴灌系统叠片过滤器结构参数优化

农业工程学报 2024年第7期40卷 133-141页

作者：袁寄望朱德兰孙少博郑长娟 KHUDAYBERDI Nazarov 柳昌新西北农林科技大学水利与建筑工程学院杨凌712100 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室杨凌712100 塔什干国立农业大学农业生物学院塔什干100140

针对不同级配含沙水和灌水器类型的叠片过滤器结构选型问题,该研究选取常用叠片过滤器,通过组合不同叠片数量改变相邻叠片间孔径,设计了多种不同泥沙处理能力的过滤器。对5种泥沙粒径级配条件下5种孔径叠片过滤器的性能开展试验研究,根... 详细信息

针对不同级配含沙水和灌水器类型的叠片过滤器结构选型问题,该研究选取常用叠片过滤器,通过组合不同叠片数量改变相邻叠片间孔径,设计了多种不同泥沙处理能力的过滤器。对5种泥沙粒径级配条件下5种孔径叠片过滤器的性能开展试验研究,根据不同工况下叠片过滤器运行周期内的水头损失、堵塞时段水头损失增长速率、过滤器的堵塞均匀度以及灌水器流量偏差率等指标,采用模糊数学综合评价方法,构建综合考虑灌溉含沙水、叠片过滤器和滴灌灌水器的多目标评价模型。结果表明:基于叠片孔径可调的过滤器可以实现拦截不同粒径范围泥沙的目标,5种孔径过滤器拦截泥沙粒径(拦截率大于90%的沙粒段中最小粒径级配的中值粒径)分别为49、82、100、127和150μm;随着过滤器孔径减小,粒径越细小的含沙水对水头损失增大作用越显著。不同级配含沙水和灌水器类型条件下叠片过滤器性能综合评价结果与试验结果相符,通过对综合评价指标值排序,筛选出灌溉含沙水、过滤器、灌水器三者最优的匹配方式,能够同时实现灌水器堵塞程度轻微和过滤器性能稳定。提出的叠片过滤器结构参数配置决策方案,可为叠片过滤器的合理配置和使用提供参考。

关键词：滴灌叠片过滤器灌水器水力性能优化配置

基于多光谱遥感和CNN的玉米地上生物量估算

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农业机械学报 2024年

作者：周敏姑闫云才高文何景源李鑫帅牛子杰西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院西北农林科技大学机械与电子工程学院

目前玉米地上生物量（Aboveground biomass，AGB）的预测方法集中在使用从无人机图像中提取光学植被指数，通过线性模型或机器学习算法与AGB建立关系，原始图像信息损失严重，玉米生长后期的饱和效应会严重降低模型精度。针对此问题，... 详细信息

目前玉米地上生物量（Aboveground biomass，AGB）的预测方法集中在使用从无人机图像中提取光学植被指数，通过线性模型或机器学习算法与AGB建立关系，原始图像信息损失严重，玉米生长后期的饱和效应会严重降低模型精度。针对此问题，本文收集了玉米拔节期、吐丝期和乳熟期的无人机图像和地面数据。分析了不同生育期玉米干、鲜AGB与8个植被指数（Vegetation indexes， VIs）之间的相关性。分别以最优植被指数作为输入建立多层感知机（Multilayer perceptron， MLP）模型、以无人机多光谱图像作为输入建立卷积神经网络（Convolutional neural network， CNN）模型来估算玉米干、鲜AGB。结果表明，基于MLP的玉米干AGB估算模型随着玉米生育期的推进，模型的精度急剧下降，3个生长期MLP模型验证集的R2分别为0.65、0.23、0.32，RMSE分别为0.27、2.15、5.03 t/hm2。CNN模型能够较好地克服光谱饱和问题，具有良好的精度和适用性，3个生育期验证集的R2分别提高27.69%、191.30%、171.88%，RMSE分别降低22.22%、38.14%、45.53%。基于MLP的玉米鲜AGB估算模型在玉米生长后期模型的精度同样较低，吐丝期、乳熟期验证集的R2分别为0.25、0.37，RMSE分别为6.98、14.98 t/hm2。CNN模型2个生育期验证集的R2分别提高159.26%、129.73%，RMSE分别降低26.62%、54.01%。使用原始多光谱图像作为输入的CNN模型取得了最好的估计结果，可为玉米不同生育期的监测研究、精准管理提供指导作用。

关键词：玉米地上生物量多光谱无人机遥感卷积神经网络多生育期

秦川牛Snail1克隆、表达特性分析及其对牛脂肪细胞增殖的作用研究

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中国农业科学 2024年第13期57卷 2674-2686页

作者：朱炳霖于嘉莉陈嘉玥田媛万媛刘晨阳王晓宇王苗力成功西北农林科技大学动物科技学院国家肉牛改良中心

【目的】肉牛肌内脂肪沉积与牛肉的风味、多汁性和嫩度密切相关。脂肪沉积过程表现为脂肪细胞的增殖（数量增多）和分化（脂质生成），受到了多基因协同调控。前人研究发现，小鼠中Snail1可以参与肌肉发育和脂质稳态调控，但其在牛脂肪... 详细信息

【目的】肉牛肌内脂肪沉积与牛肉的风味、多汁性和嫩度密切相关。脂肪沉积过程表现为脂肪细胞的增殖（数量增多）和分化（脂质生成），受到了多基因协同调控。前人研究发现，小鼠中Snail1可以参与肌肉发育和脂质稳态调控，但其在牛脂肪生成过程中的作用仍未知，有待进一步研究。【方法】以秦川牛为研究对象，克隆得到Snail1 CDS区序列，构建Snail1时空表达谱，运用生物信息学软件对其功能结构及靶基因进行预测。进一步，通过RNAi干扰结合CCK8、EdU、细胞流式及实时荧光定量PCR等方法探究Snail1对牛脂肪细胞增殖的影响。【结果】秦川牛Snail1与NCBI公布序列相比存在2处碱基同义突变，其在秦川牛新生牛肺、肾周脂肪、小肠呈现较高丰度表达；而在成年牛中，Snail1在肾周脂肪组织中的表达量最高，背最长肌中的表达量次之，肺脏组织中的表达量最低。生物信息学分析发现，Snail1启动子区存在1个651 bp CpG岛及C/EBP、PPARα等与脂肪生成相关的转录因子结合位点。CKⅠ(Ser92/96)、CKⅡ（Ser25/119,Thr89）、CDK1(Ser13/104/112/119/143/183/214/221)、CDK5(Ser105/107）等多个细胞周期相关激酶可能参与了Snail1蛋白的磷酸化修饰。通过对牛已注释基因启动子区提取、靶基因预测及KEGG动态网络构建发现，成脂相关的MAPK、PI3K-Akt、mTOR等信号通路为Snail1参与脂肪生成相关的潜在节点信号通路。进一步，通过RNAi干扰试验对其功能研究表明，Snail1下调促进了牛前体脂肪细胞的增殖，增加了复制期阳性细胞的比例（P能通过磷酸化修饰Snail1蛋白进而参与细胞增殖调控，而MAPK、PI3K-Akt、mTOR等为Snail1影响牛脂肪细胞增殖潜在的关键节点通路。研究结果为进一步探究Snail1参与牛脂肪生成作用机制奠定了基础。

关键词：牛 Snail1 脂肪沉积 KEGG动态网络 RNAi 细胞增殖

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区域粮食虚拟水流动经济社会影响效应分析

农业机械学报 2024年第7期55卷 345-356,385页

作者：佟佳骏孙世坤马佳乐阴亚丽王玉宝沈欣许纪元西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西杨凌712100 西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 全国农业技术推广服务中心北京100125

虚拟水流动是水资源在空间上再分配的一种重要表现形式,作为虚拟水的载体,粮食贸易运输过程中伴随着虚拟水的流动。中国人口和资源与粮食生产呈现明显的空间错位,虚拟水流动格局、水土资源分布、经济社会发展情况的空间匹配度较差。在... 详细信息

虚拟水流动是水资源在空间上再分配的一种重要表现形式,作为虚拟水的载体,粮食贸易运输过程中伴随着虚拟水的流动。中国人口和资源与粮食生产呈现明显的空间错位,虚拟水流动格局、水土资源分布、经济社会发展情况的空间匹配度较差。在现阶段虚拟水-实体水耦合分析探究粮食虚拟水流动资源环境效应的基础上,增添其对经济社会的影响效应分析,可以进一步优化资源调配,促进区域可持续发展。本研究以中国内地31省份为研究区,以省级行政区划为研究单元,分析了1997—2021年间粮食虚拟水流动的时空演变格局;通过空间聚类分析以及虚拟水-经济社会化数据耦合分析明确了粮食虚拟水调运的空间聚类情况,解析了主要输入和输出省份粮食虚拟水的调运量与经济社会发展的相关关系;选取9个主要经济社会影响因子,将灰色关联度和集对分析方法结合探讨了经济社会影响因子对粮食虚拟水流动影响效应的空间差异。结果表明:粮食虚拟水流动总体呈现从“缺水”的北方流向“富水”的东南区域,从经济欠发达地区流向经济发达地区的趋势,且经济社会系统在一定程度上影响了粮食虚拟水的流动。根据经济社会因子对不同省份粮食虚拟水流动的影响效应,将各省份粮食虚拟水流动的经济社会关联类型划分为产业关联型、社会关联型和资源关联型。综上,促进区域间协调发展与产业结构优化将是解决我国粮食虚拟水流动伴生的自然环境与经济社会负反馈效应的重要解决途径。

关键词：粮食虚拟水流动区域社会经济差异灰色关联度分析集对分析影响效应分析

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西北农林科技大学小麦多组学数据库的构建与应用

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西北农业学报 2024年第6期33卷 1019-1028页

作者：路田刘子辉赵鹏邱四春王晓明郑炜君韩德俊毛虎德宋卫宁陈新宏奚亚军王中华吉万全康振生许盛宝西北农林科技大学农学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学旱区作物逆境生物学国家重点实验室陕西杨凌712100 西北农林科技大学植保学院陕西杨凌712100

本研究在大规模根系转录组分析的基础上,获得406份全球遗传多样性丰富的小麦种质的基因型数据,并通过对18个农艺性状在10个种植环境中的系统调查,获得对应的表型数据。实验室前期评估证实表型与基因型数据可靠,可应用于小麦研究。同时,... 详细信息

本研究在大规模根系转录组分析的基础上,获得406份全球遗传多样性丰富的小麦种质的基因型数据,并通过对18个农艺性状在10个种植环境中的系统调查,获得对应的表型数据。实验室前期评估证实表型与基因型数据可靠,可应用于小麦研究。同时,整合基因型、转录组、表型与栽培环境的气象数据,建立了一个可在网站(https://***/resource)自由下载与利用的小麦多组学数据库,为小麦功能基因的挖掘与机理研究提供支持。

关键词：小麦多组学数据库基因型表现型

黄土高原退耕还林(草)前后土壤有机碳密度变化及其对气候变化和人类活动的响应

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环境科学 2024年第8期45卷 4696-4708页

作者：许煜麟赵雅萍赵雨晴杨婉琳郑梦桃王誉晓刘爽何静苏高杰王珺韩新辉杨改河任成杰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杨凌712100

准确评估黄土高原地区退耕还林前后土壤有机碳储量(SOCS)的变化,探究其时空分布及影响因素之间的关系,对区域循环发展以及生态保护政策的制定具有重要的参考意义.基于黄土高原退耕还林(草)前后(2001~2020年)的气候、人类活动及土壤表层(... 详细信息

准确评估黄土高原地区退耕还林前后土壤有机碳储量(SOCS)的变化,探究其时空分布及影响因素之间的关系,对区域循环发展以及生态保护政策的制定具有重要的参考意义.基于黄土高原退耕还林(草)前后(2001~2020年)的气候、人类活动及土壤表层(0~20 cm)和深层(0~100 cm)有机碳密度数据,采用变化趋势分析、克里格差值、方差分解分析等方法,从不同时空尺度上研究了土壤有机碳密度(SOCD)的变化特征及对气候和人为因素变化的相对响应.结果表明:①退耕还林前后全区域表层SOCS增加了833.87万t;深层SOCS增加了1160.02万t.②各生物气候分区中,Ⅰ(半湿润森林区)、Ⅱ(半湿润半干旱林草区)和Ⅲ(半干旱典型草地区)全域平均SOCD呈显著增加,而在Ⅳ(干旱半干旱荒漠草地区)和Ⅴ(干旱荒漠区)中降低.③不同生态系统平均表层SOCS增量排序为:耕地>草地>林地>灌木>裸地及稀疏植被;深层土壤增量排序为:草地>耕地>林地>灌木>裸地及稀疏植被.④气候因子始终是SOCD变化最重要的驱动因素;年均温和降水量与SOCD变化呈显著正相关.研究结果可为区域生态管理和土地利用政策制定提供数据支撑,以促进黄土高原地区生态环境高质量发展.

关键词：黄土高原土壤碳储量土壤碳密度气候人类活动

氮肥和秸秆还田对夏玉米土壤氧化亚氮排放及活性氮组分的影响

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西北农林科技大学学报(自然科学版) 2024年 1-12页

作者：张志浩黄禹铭白雨欣彭豪黄超龙郝潇逸任广鑫西北农林科技大学农学院

[目的]研究氮肥和秸秆还田对夏玉米土壤氧化亚氮（N2O）排放及活性氮组分的影响,以期为关中地区合理高效种植制度优化提供一定的理论支持。[方法]于2020—2022年,在陕西省关中地区进行大田定位试验,试验设置施氮量和秸秆还田方式2个因素... 详细信息

[目的]研究氮肥和秸秆还田对夏玉米土壤氧化亚氮（N2O）排放及活性氮组分的影响,以期为关中地区合理高效种植制度优化提供一定的理论支持。[方法]于2020—2022年,在陕西省关中地区进行大田定位试验,试验设置施氮量和秸秆还田方式2个因素,其中施氮量包括传统施氮（N1）和减量施氮(N0.7)2个水平,秸秆还田方式包括秸秆不还田（S0）和秸秆还田（S）2个水平,采用随机区组设计,共计4个处理,分别为传统施氮+秸秆还田（N1S）、减量施氮+秸秆还田(N0.7S)、传统施氮+秸秆不还田（N1S0）和减量施氮+秸秆不还田(N0.7S0),测定不同处理的土壤N2O)排放通量、土壤活性氮组分(硝态氮（NO3--N）、铵态氮（NH4+-N）、无机氮（IN）、有机氮（DON）、微生物生物量氮（MBN）)含量以及夏玉米产量和单位产量N2O累积排放量,并分析了土壤N2O排放通量与土壤活性氮组分的相关性。[结果]在同一施氮量处理下,与秸秆不还田(S0)处理相比,秸秆还田处理（S）增加了土壤N2O累积排放量、NO3-N、NH4+-N、IN、DON、MBN含量以及夏玉米产量和单位产量N2O累积排放量;在同一秸秆还田方式下,与传统施氮（N1）处理相比,减量施氮(N0.7)处理降低了土壤N2O累积排放量、NO3--N、NH4+-N、DON、MBN含量以及夏玉米产量和单位产量N2O累积排放量。与N1S0处理相比,N1S和N0.7S处理显著增加了夏玉米产量和N2O累积排放量,N0.7S0处理显著降低了夏玉米产量和N2O累积排放量。相关性分析结果显示,土壤N2O排放通量与土壤NO3--N、NH4+-N、IN、DON和MBN含量存在极显著正相关关系。[结论]与传统施氮+秸秆不还田处理比较,传统施氮+秸秆还田处理和减量施氮+秸秆还田具有明显的增产效应,减量施氮+秸秆不还田处理可显著降低N2O排放。

关键词：夏玉米减量施氮秸秆还田 N2O排放

基于时间序列植被指数的小麦条锈病抗性等级鉴定方法

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农业工程学报 2024年第4期40卷 155-165页

作者：苏宝峰刘砥柱陈启帆韩德俊吴建辉西北农林科技大学机械与电子工程学院杨凌712100 农业农村部农业物联网重点实验室杨凌712100 陕西省农业信息感知与智能服务重点实验室杨凌712100 西北农林科技大学农学院杨凌712100 西北农林科技大学旱区作物逆境生物学国家重点实验室杨凌712100

条锈病严重影响小麦产量,培育抗条锈病的小麦品种至关重要。针对传统育种中抗性鉴定手段单一、效率低的问题,该研究提出了一种通过小麦冠层植被指数的时间序列实现对条锈病不同抗性等级的高效鉴定方法。该方法利用无人机采集自然发病的... 详细信息

条锈病严重影响小麦产量,培育抗条锈病的小麦品种至关重要。针对传统育种中抗性鉴定手段单一、效率低的问题,该研究提出了一种通过小麦冠层植被指数的时间序列实现对条锈病不同抗性等级的高效鉴定方法。该方法利用无人机采集自然发病的育种群体小麦(共600个样本,516个基因型)冠层多时相的光谱图像,使用随机蛙跳算法和ReliefF算法筛选出6个条锈病病害严重度的敏感特征:归一化色素叶绿素指数(normalized pigment chlorophyll index,NPCI)、沃尔贝克指数(woebbecke index,WI)、叶绿素红边指数(chlorophyll index rededge,CIrededge)、绿大气抵抗植被指数(green atmospherically resistant index,GARI)、归一化差分植被指数(normalized difference vi,NDVI)、叶绿素绿指数(chlorophyll index green,CIgreen),这些敏感特征在试验群体中的时间序列符合条锈病的发病规律,验证了其作为条锈病发病严重度敏感特征的有效性;基于支持向量机(support vector machine,SVM)算法使用上述敏感特征建立条锈病病害严重度等级分类模型,在测试集的表现中,与使用未经过筛选的原始特征所建立的模型相比在精度、平均准确率、平均召回率和F1分数上分别仅下降6.2%、3.3%、2.7%、4.0%,证明了所筛选敏感特征的有效性;针对一般机器学习算法难以捕捉不同抗性等级样本之间较小的特征变化差异的问题,提出了一种从植被指数时间序列转化生成的二维图像中提取特征实现条锈病抗性等级分类的方法。将敏感特征中能够较好区分不同抗病等级的4个时间序列植被指数(NPCI、GARI、NDVI、WI),通过格拉姆角场方法生成格拉姆角和场图像,并制作成数据集,使用DenseNet121网络进行训练,以实现不同条锈病抗病等级的分类。建立的条锈病抗性等级分类模型中,由NPCI时间序列图像建立的分类模型测试效果最佳,其准确率为0.837,召回率为0.834,F1分数可达0.833,能够较好地实现对群体小麦不同品种(系)的条锈病抗性等级差异的区分,表明基于光谱植被指数时间序列的小麦条锈病抗性等级识别方法可以用于小麦抗病育种中抗性等级的鉴定,并可为其他作物的病害抗性等级鉴定提供一定的参考。

关键词：无人机遥感机器学习深度学习小麦条锈病多光谱成像 DenseNet121

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基于随机森林模型的GRACE数据3种空间降尺度对比

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湖泊科学 2024年第3期36卷 951-962页

作者：褚江东粟晓玲张特雷逸甦姜田亮吴海江王芊予西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室杨凌712100 西北农林科技大学水利与建筑工程学院杨凌712100 中国水利水电科学研究院防洪抗旱减灾研究所北京100038 水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心北京100038

陆地水储量是赋存在陆地上各种形式水的综合体现,研究其时空变化对认识区域水循环过程和水资源调控等具有重要意义。然而现有陆地水储量变化数据实际分辨率较低,限制了其在中小流域或地区中的应用。针对这一问题,本文基于GRACE重力卫星... 详细信息

陆地水储量是赋存在陆地上各种形式水的综合体现,研究其时空变化对认识区域水循环过程和水资源调控等具有重要意义。然而现有陆地水储量变化数据实际分辨率较低,限制了其在中小流域或地区中的应用。针对这一问题,本文基于GRACE重力卫星和其后续卫星GRACE-FO反演的陆地水储量变化数据,首先采用随机森林模型,分别基于格点、区域(流域)和区域(全国)3种空间降尺度思路将GRACE数据降尺度至0.25°×0.25°,后结合GLDAS模型数据,基于水量平衡原理计算得到地下水储量变化数据,最后基于降尺度模型模拟效果和实测地下水位数据评估3种降尺度思路在全国的适用性。结果表明:随机森林模型能够较好地模拟驱动数据(降水、气温、植被条件指数和土壤水储量)与GRACE数据的统计关系,验证期格点降尺度思路的平均相关系数总体在0.6左右,区域降尺度思路的平均纳什效率系数、相关系数和均方根误差分别>0.5、>0.75和研究结果可为流域水资源可持续利用以及水资源规划等提供精细化的水储量变化数据。

关键词：水储量变化 GRACE 随机森林模型统计降尺度中国