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设施生菜光合和蒸腾速率影响因素分析与预测模型构建

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农业机械学报 2024年第1期55卷 339-349页

作者：张增林杨杰郭常江韩文霆杨振超西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学园艺学院陕西杨凌712100

光合速率及蒸腾速率是植物的2个重要生理指标。在全人工环境下,选取意大利生菜作为对象,设计并开展多环境变量对生菜光合速率及蒸腾速率影响的嵌套实验,得到环境因子对生菜光合速率及蒸腾速率的影响规律,应用神经网络构建生菜幼苗期光... 详细信息

光合速率及蒸腾速率是植物的2个重要生理指标。在全人工环境下,选取意大利生菜作为对象,设计并开展多环境变量对生菜光合速率及蒸腾速率影响的嵌套实验,得到环境因子对生菜光合速率及蒸腾速率的影响规律,应用神经网络构建生菜幼苗期光合速率及蒸腾速率预测模型。针对幼苗期生菜,选择温度、相对湿度、光子通量密度(Photosynthetic photon flux density, PPFD)及CO_(2)浓度共4个环境影响因素,采用随机森林方法对数据进行相关性分析。结果表明,与蒸腾速率相关性由大到小的因素依次为CO_(2)浓度、温度、相对湿度、PPFD,与光合速率相关性由大到小的因素依次为CO_(2)浓度、PPFD、温度、相对湿度;采用枚举法确定隐藏层节点数和训练函数,通过遗传算法优化BP神经网络的初始权值和阈值,构建GA-BP神经网络生理指标预测模型。应用测试数据对模型进行验证,光合速率及蒸腾速率预测值与实测值的决定系数分别为0.962 12、0.979 44,均方根误差(RMSE)分别为2.983 2μmol/(m^(2)·s)、0.001 435 8 mol/(m^(2)·s),表明GA-BP神经网络在模型精度和迭代次数方面性能显著提高。研究结果可为设施生菜生产环境调控提供有效依据。

关键词：设施生菜光合速率蒸腾速率预测模型相关性分析 GA-BP神经网络

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辣椒叶片水分胁迫高光谱特性研究

农业机械学报 2024年第7期55卷 336-344页

作者：王东孙欣张岳阳夏鹤宁逯明辉周林凡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 西北农林科技大学园艺学院杨凌712100

为精准判别作物需水程度,以生长期辣椒为实验样本,对辣椒进行不同程度的水浸、干旱等水分胁迫处理,分析不同水分胁迫程度下辣椒叶片的高光谱响应特性。样本分为重度干旱、轻度干旱、轻度水浸、重度水浸等4个水分胁迫组和一个实验对照组,... 详细信息

为精准判别作物需水程度,以生长期辣椒为实验样本,对辣椒进行不同程度的水浸、干旱等水分胁迫处理,分析不同水分胁迫程度下辣椒叶片的高光谱响应特性。样本分为重度干旱、轻度干旱、轻度水浸、重度水浸等4个水分胁迫组和一个实验对照组,共5个数据组,每组20株辣椒,待各组叶片外观出现明显差异时,分别采集各组辣椒叶片的叶绿素荧光参数与高光谱数据。比较多元散射校正(MSC)、SG卷积平滑滤波和标准正态变换(SNV)3种不同的预处理方法对背景信息干扰的消除效果。采用SPA算法和CARS算法提取对水分胁迫敏感的特征波长。建立预测辣椒叶片不同水分胁迫程度的支持向量机(SVM)、BP神经网络、径向基函数(RBF)和随机森林(RF)模型。结果说明,SG-SPA-RFB为预测辣椒叶片水分胁迫程度的最优组合,其训练集准确率为99.02%,测试集准确率为94.00%。本研究为判断辣椒植株水分胁迫状态提供了一种便捷可靠的无损检测方法。

关键词：辣椒水分胁迫高光谱图像特征波长神经网络叶绿素荧光参数

小麦条锈病生防菌株的筛选、鉴定及其防治效果

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植物保护学报 2024年第2期51卷 314-323页

作者：肖珂雨贾瑞敏杨利飒马青王阳西北农林科技大学植物保护学院陕西杨凌712100

为获得对小麦条锈病具有生防潜力的菌株,通过土壤稀释法和皿内拮抗法分离筛选对小麦条锈菌Puccinia striiformis ***(Pst)有良好拮抗作用的菌株,基于形态学观察、生理生化特性和16S rDNA系统发育分析对其进行分类鉴定,测定其抑菌活性、... 详细信息

为获得对小麦条锈病具有生防潜力的菌株,通过土壤稀释法和皿内拮抗法分离筛选对小麦条锈菌Puccinia striiformis ***(Pst)有良好拮抗作用的菌株,基于形态学观察、生理生化特性和16S rDNA系统发育分析对其进行分类鉴定,测定其抑菌活性、抑菌谱及生防特性,并通过盆栽试验进一步验证其生防潜力。结果显示,筛选出1株菌株XH可以显著抑制Pst夏孢子萌发,结合形态学和分子生物学特征将其鉴定为直丝紫链霉菌Streptomyces rectiviolaceus;菌株XH发酵滤液对Pst夏孢子的萌发抑制率为94.36%,致死率达91.53%,且该菌株对测试的7种常见植物病原菌均有抑制作用,可以分泌淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶和嗜铁素,具有固氮作用;盆栽试验结果显示,菌株XH的菌体悬浮液和发酵滤液可显著降低小麦叶片的Pst侵染量,对小麦条锈病的防治效果分别为54.26%和67.22%。表明菌株XH作为小麦条锈病生防菌株具有较好的开发应用潜力。

关键词：小麦条锈病鉴定直丝紫链霉菌抗菌活性生物防治

2000—2020年中国城乡食物消费碳-水足迹及其驱动因素分析

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农业工程学报 2024年第5期40卷 287-296页

作者：陈萱李绍亭任彦军西北农林科技大学经济管理学院杨凌712100 中德农业与食物经济研究中心杨凌712100

随着经济发展与城镇化快速推进,中国居民膳食模式发生显著转变,并产生了严重的资源环境后果。为识别城乡居民食物消费碳-水足迹的关键驱动因素,缓解水资源消耗,助力双碳目标实现,该研究测算并对比分析了中国31(30)省市2000—2020年城乡... 详细信息

随着经济发展与城镇化快速推进,中国居民膳食模式发生显著转变,并产生了严重的资源环境后果。为识别城乡居民食物消费碳-水足迹的关键驱动因素,缓解水资源消耗,助力双碳目标实现,该研究测算并对比分析了中国31(30)省市2000—2020年城乡居民人均食物消费碳-水足迹,通过对数平均迪式指数算法(logarithmic mean index method,LMDI)对碳-水足迹进行了驱动因素分解。结果显示:2000—2020年中国城镇人均食物消费碳足迹(水足迹)增加了29.63%(32.94%),农村碳足迹(水足迹)增加了4.59%(7.91%)。从空间演变来看,城镇人均食物消费碳-水足迹较高的地区由沿海省份逐渐扩散至内陆,而农村呈南北高-中间低的分布格局。从驱动因素来看,经济水平是城乡居民食物消费碳-水足迹增加的主要动因,且消费水平表现为抑制作用;人口城镇化驱动城镇居民食物消费碳-水足迹增加,而在农村起到抑制作用。该研究从促进食物消费结构转型,多渠道拓宽食物来源等方面提出建议,旨在促进中国城乡居民食物可持续消费。

关键词：食物消费碳足迹水足迹 LMDI分解 2000—2020年中国

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14种海棠果实品质分析及综合评价

食品科学 2024年第16期45卷 121-130页

作者：李文静刘一心陈明堃卓越吴杨李厚华西北农林科技大学风景园林艺术学院陕西杨凌712100

为全面且直观地评价海棠果实品质,建立海棠果实综合评价体系,选取14种海棠果实,通过变异性分析、相关性分析及主成分分析筛选品质核心指标,构建海棠果实品质综合评价模型,并结合感官评价、聚类分析验证该模型的可靠性;通过聚类分析对海... 详细信息

为全面且直观地评价海棠果实品质,建立海棠果实综合评价体系,选取14种海棠果实,通过变异性分析、相关性分析及主成分分析筛选品质核心指标,构建海棠果实品质综合评价模型,并结合感官评价、聚类分析验证该模型的可靠性;通过聚类分析对海棠果实进行分类,挖掘不同品种海棠果实的特点及应用价值。结果表明:不同品种海棠果实的18项品质指标均存在显著差异且显著相关;主成分分析表明5种主成分累计贡献率为89.253%;结合相关性分析结果可知,单果质量、固酸比、糖酸比和总黄酮含量是评价海棠果实品质的主要指标;海棠果实综合评价模型筛选出‘123小苹果’‘龙丰’‘脆丰’和‘黄太平’4种品质较佳的海棠果;2,2’-联氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)(2,2’-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid),ABTS)法、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-trinitrophenylhydrazine,DPPH)法和铁离子还原能力(ferric ion reducing antioxidant power,FRAP)测试结果表明,海棠果实多酚类物质的抗氧化活性与其多酚、黄酮含量呈正向线性拟合,ABTS法得出其拟合系数为R^(2)=0.837和R^(2)=0.728,DPPH法为R^(2)=0.829和R^(2)=0.768,FRAP法为R^(2)=0.575和R^(2)=0.969;海棠果实感官评分与主成分分析得分呈线性拟合,R^(2)=0.862,验证了综合评价模型的可靠性;通过聚类分析对该模型进一步验证,结果显示,海棠果实被分为4类:‘八棱’‘海红果’为I类,可加工制作高VC含量的保健产品;‘鸡心果’‘龙丰’‘脆丰’‘123小苹果’为II类,口感较好,适宜鲜食;‘亚当’‘丰盛’‘西府’‘白兰地’‘红丽’为III类,适宜制作富含多酚类物质的保健食品;‘k9青沙果’‘凯尔斯’‘黄太平’为IV类,可加工为果脯、果汁、果酒等海棠果产品,该结果与主成分分析得分趋于一致,进一步证实了模型的可靠性。建立海棠果实综合评价体系可为不同品种的海棠果实开发利用提供理论依据,同时为海棠果实品质评价提供优良方案。

关键词：海棠果实果实品质综合评价模型主成分分析感官评价聚类分析

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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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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气候适应性技术采纳对农户农业收入的影响

气候变化研究进展 2024年第2期20卷 193-204页

作者：李现康韩星星梁洪松西北农林科技大学经济管理学院杨凌712100

为探究气候变化冲击下,气候适应性技术采纳对农户农业收入的影响效应,文中基于黄河流域中上游地区6个省份2502份农户调研数据,使用无条件分位数回归(UQR)和再中心化影响函数(RIF)分解回归,分析了气候适应性技术采纳对不同农业收入水平... 详细信息

为探究气候变化冲击下,气候适应性技术采纳对农户农业收入的影响效应,文中基于黄河流域中上游地区6个省份2502份农户调研数据,使用无条件分位数回归(UQR)和再中心化影响函数(RIF)分解回归,分析了气候适应性技术采纳对不同农业收入水平农户的增收效应及收入差距影响机制,得出以下结论:气候适应性技术采纳对农业收入水平由低到高的农户的增收效应不断递减,对低农业收入水平农户增收效应最明显;气候适应性技术采纳可以缩减农户内部农业收入差距,对低农业收入水平组影响效应最明显;RIF分解回归显示,结构效应是农户内部农业收入差距缩小的主因,以农户受教育水平影响最主要。因此,气候适应性技术应该被广泛推广,同时要注意提升农户对气候适应性技术的理解与认知,提高农户对气候适应性技术的接受意愿,鼓励农业收入低水平农户采取组合型气候适应性技术,同时政府可根据实际情况给予农户适当使用补贴,减轻农户使用负担。

关键词：气候适应性技术农业收入不同收入水平无条件分位数回归(UQR) 再中心化影响函数(RIF)分解回归

喷锌方式对冬小麦籽粒锌含量和锌利用率的影响

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麦类作物学报 2024年第7期44卷 902-910页

作者：李诗雨王欣雷振华牛堉锡林祥王东西北农林科技大学农学院陕西杨凌712100

为探究喷锌方式对冬小麦籽粒锌含量和锌利用率的影响,采用人工(M1)和无人机(M2)两种喷施方式,设置5个锌肥施用水平(M1T0~M1T4处理锌肥浓度分别为0、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%;M2T0~M2T4处理锌肥浓度分别为0、2.5%、5%、7.5%、10%)和3个锌... 详细信息

为探究喷锌方式对冬小麦籽粒锌含量和锌利用率的影响,采用人工(M1)和无人机(M2)两种喷施方式,设置5个锌肥施用水平(M1T0~M1T4处理锌肥浓度分别为0、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%;M2T0~M2T4处理锌肥浓度分别为0、2.5%、5%、7.5%、10%)和3个锌氮磷肥配施的处理(M1T5:0.4%ZnSO_(4)·7H_(2)O+0.2%K_(2)HPO_(4);M1T6:0.4%ZnSO_(4)·7H_(2)O+2%尿素;M1T7:0.4%ZnSO_(4)·7H_(2)O+0.2%K_(2)HPO_(4)+2%尿素;M2T5:2.5%ZnSO_(4)·7H_(2)O+1.25%K_(2)HPO_(4);M2T6:2.5%ZnSO_(4)·7H_(2)O+12.5%尿素;M2T7:2.5%ZnSO_(4)·7H_(2)O+1.25%K_(2)HPO_(4)+12.5%尿素),人工和无人机单次喷施药液量分别为375和60 L·hm-2,通过田间试验比较分析了不同处理下冬小麦籽粒锌含量、锌携出量、光合速率、产量等性状的差异。结果表明,同一喷锌量下,人工喷施时冬小麦籽粒锌含量、锌携出量显著高于无人机喷施处理;同一喷施方式下,随着锌肥浓度的提高,籽粒锌含量和锌携出量均呈上升趋势,但无人机喷锌浓度高至10%时对籽粒锌携出量的提升作用反而减弱,旗叶净光合速率、穗粒数、籽粒收获指数和产量也显著降低。与单一施锌相比,人工和无人机锌氮配施均显著提高籽粒锌携出量和锌利用率,且M2T6处理的籽粒产量较M2T1处理显著增加,增幅22.68%。以上结果说明,相同喷锌量下,人工喷施对籽粒锌元素的强化效果优于无人机,但是采用无人机喷施时,将2.5%浓度的硫酸锌溶液与12.5%的尿素溶液配合施用,可实现籽粒产量和锌含量的同步提高。

关键词：无人机叶面喷施锌肥配施冬小麦