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基于贝叶斯优化的SVM玉米品种鉴别研究

光谱学与光谱分析 2022年第6期42卷 1698-1703页

作者：冯瑞杰陈争光衣淑娟黑龙江八一农垦大学信息与电气工程学院黑龙江大庆163319 黑龙江省现代农业物联网技术创新中心黑龙江大庆163319 黑龙江省水稻生态育秧装置及全程机械化工程技术研究中心黑龙江大庆163319

为了快速检测玉米品种类型,基于支持向量机(SVM)和近红外光谱联合建立玉米品种的分类模型。以郑单958、先玉335、京科968、登海605和德美亚等五个品种共计293个样本为研究对象,对采集的近红外光谱进行标准正态变量变换(SNV)处理后使用... 详细信息

为了快速检测玉米品种类型,基于支持向量机(SVM)和近红外光谱联合建立玉米品种的分类模型。以郑单958、先玉335、京科968、登海605和德美亚等五个品种共计293个样本为研究对象,对采集的近红外光谱进行标准正态变量变换(SNV)处理后使用主成分分析法(PCA)对光谱数据进行降维处理。按照6∶1比例,随机选取251个样本为训练集,42个样本作为测试集,探讨贝叶斯优化算法(BO)对SVM模型性能的影响。分别使用网格搜索(GS)、遗传算法(GA)和BO算法等三种方法对SVM模型的两个重要参数惩罚因子C和径向基核函数参数γ进行寻优。选择各模型十折交叉验证识别准确率最高时对应的惩罚因子和核参数作为建模参数,建立SVM分类模型。将使用BO算法建立的SVM分类模型与使用GS和GA进行参数寻优后建立的模型性能进行比对。实验发现,使用BO优化的SVM分类模型相比于其他两种优化算法得到的SVM模型性能具有显著优势,测试集的识别准确率可达到100%。说明使用BO算法寻优的SVM模型参数是全局最优参数,其他两种优化算法寻优的参数可能陷入了局部最优,从而导致模型性能表现不佳。在进行PCA降维前后的光谱数据上分别建立BO-SVM模型,结果表明,BO算法对于高维数据优化效果不佳,更适用于低维数据。对于不同样本类别间数量不均衡导致模型性能表现不佳的问题,通过剔除郑丹958和先玉335两类数量较少的样本,使用剩余三个类别,共计248个样本重新建立SVM模型,实验发现,剔除两类小样本之后,各个模型在测试集上的性能均有提升,说明对于类间样本数量不均衡问题,某类样本数量越多,对于模型参数的修正就越细腻,模型对该类的拟合效果就越好。研究结果可用于玉米品种的快速鉴别,也可为基于近红外光谱的其他农产品分类和产地鉴别提供参考。

关键词：近红外光谱玉米贝叶斯优化主成分分析支持向量机

改进的联合区间随机蛙跳算法的近红外光谱波长选择

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光谱学与光谱分析 2020年第11期40卷 3451-3456页

作者：程介虹陈争光黑龙江八一农垦大学电气与信息学院黑龙江大庆163319 黑龙江省水稻生态育秧装置及全程机械化工程技术中心黑龙江大庆163319

在近红外光谱的建模预测分析中,数据的冗余及共线性会严重影响模型的预测精度和稳健性。特征波长选择是提高定量分析预测精度的一种有效方法。随机蛙跳(RF)是一种依据不同的变量具有不同的被选择可能性的特征波长选择算法,近年来在特征... 详细信息

在近红外光谱的建模预测分析中,数据的冗余及共线性会严重影响模型的预测精度和稳健性。特征波长选择是提高定量分析预测精度的一种有效方法。随机蛙跳(RF)是一种依据不同的变量具有不同的被选择可能性的特征波长选择算法,近年来在特征波长提取方面展现良好的性能。该方法通过多次迭代,计算每个变量被选择的概率,以优选概率高的变量为特征波长。但由于其初始变量集V0的产生是随机的,具有较大的不确定性,可能会包含无用或干扰信息,难以保证初始信息的有效性,使得迭代次数过大,运行时间过长。故而提出一种改进的联合区间随机蛙跳(Si-RF)特征波长选择算法,通过联合区间偏最小二乘法(SiPLS)对全谱进行变量初选,此时得到的波长对目标变量变化最为敏感,将其作为RF的初始变量子集,以解决RF运行时间较长、效率较低的问题。另一方面, RF在选择特征波长时,选择被选概率值大于阈值的变量为特征波长,但对概率值阈值的设定无理论依据,易受人为因素影响。通过对变量按被选概率值降序排列后逐次增加一个波长建立多元线性回归(MLR)模型,以验证均方根误差(RMSEV)值最低时的变量子集为特征波长,以找到预测精度最高点所包含的波长,提高预测精度。针对上述两点进行改进,将其应用于一组土壤样本近红外光谱数据集,进行特征波长选择后,建立MLR模型,与RF-MLR及全谱-PLSR模型的预测精度进行比较。结果表明:RF经过10 000次迭代,优选出10个波长点,建立的MLR模型的预测均方根误差(RMSEP)为1.6276;而改进后Si-RF只需进行1 000次迭代,优选出17个波长点,其MLR模型的RMSEP减小到0.818 4,大大提升了预测精度,提高运行效率。相较于全谱,也极大的提高了预测精度,简化模型的复杂度,证明改进的Si-RF是一种有效的特征波长选择算法。

关键词：近红外光谱特征波长选择多元校正随机蛙跳联合区间偏最小二乘

基于Hypermesh水田高留茬搅浆埋茬平地机打浆刀动态仿真试验

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中国农机化学报 2020年第8期41卷 28-33页

作者：马成成陶桂香衣淑娟包慧发田蕊范延伟黑龙江八一农垦大学工程学院水稻生态育秧装置及全程机械化工程技术研究中心黑龙江大庆163319

为研究水田高留茬搅浆埋茬平地机打浆刀在切割土壤时的应力变化规律,现以打浆刀切土相位角0°~180°为一个周期,将打浆刀的切土过程划分为6个部分进行有限元应力仿真试验。通过建立刀辊—土壤力学系统,并将其导入Hypermesh仿真软件中对... 详细信息

为研究水田高留茬搅浆埋茬平地机打浆刀在切割土壤时的应力变化规律,现以打浆刀切土相位角0°~180°为一个周期,将打浆刀的切土过程划分为6个部分进行有限元应力仿真试验。通过建立刀辊—土壤力学系统,并将其导入Hypermesh仿真软件中对打浆刀切土过程进行动态仿真,得到打浆刀切土时的应力云图与应力曲线,从云图和曲线中得出一个周期内刀辊上打浆刀工作时应力变化规律。经过综合评价和相关性分析,在打浆刀刚接触土壤,即切土相位角30°时,在刀柄与弯刀联结处出现应力最大状态,与应力曲线在动态仿真0~0.2 s过程中应力变化一致,在打浆刀侧切面刚切入土壤时,与刀柄相连部分产生最大应力,随着正切面切割土壤,应力出现扩散和回归,正切面抛土时,应力出现分布范围扩大现象,对应的应力曲线在0.2 s以后应力减小且保持稳定,且侧切面受到的平均应力是正切面平均应力的2.9倍。本探究为打浆刀优化与设计提供理论研究方向。

关键词：平地机打浆刀有限元应力分析动态仿真

紫云英稻秆联合还田与氮肥减量对水稻产量及氨挥发的影响

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农业环境科学学报 2024年第2期43卷 462-472页

作者：王吕吴玉红秦宇航郝兴顺李硕淡亚彬崔月贞汉中市农业技术推广与培训中心陕西汉中723000 农田生态保育与污染防控安徽省重点实验室/安徽省绿色磷肥智能制造与高效利用工程研究中心/自然资源部江淮耕地资源保护与生态修复重点实验室/安徽农业大学资源与环境学院合肥230036

为研究紫云英-水稻轮作体系中紫云英稻秆联合还田与氮肥减量配施对水稻产量和氨挥发的影响,连续两个轮作季(2019—2021年)在陕西汉中开展田间试验,试验设置4个处理:冬闲稻秆不还田+常规施氮处理,即对照处理(CK);冬作紫云英稻秆还田+常... 详细信息

为研究紫云英-水稻轮作体系中紫云英稻秆联合还田与氮肥减量配施对水稻产量和氨挥发的影响,连续两个轮作季(2019—2021年)在陕西汉中开展田间试验,试验设置4个处理:冬闲稻秆不还田+常规施氮处理,即对照处理(CK);冬作紫云英稻秆还田+常规施氮处理(GRN_(100));冬作紫云英稻秆还田+氮肥减量20%处理(GRN_(80));冬作紫云英稻秆还田+氮肥减量30%处理(GRN_(70))。采用通气式氨挥发收集装置监测水稻生育期间氨挥发特征。结果表明:与CK相比,紫云英稻秆联合还田各处理可提高“黄华占”籽粒产量,产量由高到低的顺序为GRN_(80)、GRN_(70)、GRN_(100),其中GRN_(80)和GRN_(70)处理相较于CK处理的年均增幅分别为7.66%和6.37%。冠层氨挥发主要发生在水稻施肥30 d以后,其中水稻抽穗期至成熟期挥发速率较大。土壤氨挥发主要发生在水稻施肥后16 d内,在施肥后第2天达到峰值,2020年和2021年分别为0.53 kg·hm^(-2)·d^(-1)和0.58 kg·hm^(-2)·d^(-1)。与CK相比,GRN_(80)处理显著降低水稻全生育期冠层氨挥发累积量和单位产量氨挥发强度,二者分别下降58.73%和57.14%。紫云英稻秆联合还田较CK处理可显著降低水稻全生育期土壤氨挥发累积量和单位产量氨挥发强度,其值由高到低依次顺序为GRN_(100)、GRN_(70)、GRN_(80)。就水稻全生育期氨挥发累积量和单位产量氨挥发强度而言,紫云英稻秆联合还田较CK处理可显著降低2.88%~8.32%和5.26%~13.88%,其中GRN_(80)处理降幅最大。相关分析表明,田面水铵态氮浓度与各处理土壤氨挥发速率呈显著正相关,与GRN_(80)和GRN_(70)处理冠层氨挥发速率呈显著负相关。研究表明,紫云英和稻秆联合还田与氮肥减量20%或30%配施,可显著提高水稻产量,减少稻田氨挥发损失,是适宜汉中地区兼顾水稻高产和环境友好的栽培措施。

关键词：紫云英-水稻轮作秸秆还田氮肥减量水稻产量氨挥发

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不同原料配比对芦笋秸秆堆肥发酵效果的影响

中国农学通报 2024年第14期40卷 70-75页

作者：吕真真刘秀梅冀建华蓝贤瑾侯红乾冯兆滨刘益仁江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所/国家红壤改良工程技术研究中心南昌330200 农业农村部酸化土改良与利用重点实验室南昌330200

为促进芦笋秸秆资源化利用,通过加入不同比例的鸭粪和稻壳于芦笋秸秆中,进行资源化堆肥效果的试验研究。以发酵温度、pH、发芽指数、有机质、氮、磷、钾等为评价指标,研究鸭粪和稻壳添加对堆肥发酵过程的影响。结果表明:单一芦笋秸秆堆... 详细信息

为促进芦笋秸秆资源化利用,通过加入不同比例的鸭粪和稻壳于芦笋秸秆中,进行资源化堆肥效果的试验研究。以发酵温度、pH、发芽指数、有机质、氮、磷、钾等为评价指标,研究鸭粪和稻壳添加对堆肥发酵过程的影响。结果表明:单一芦笋秸秆堆肥发酵过程,无高温阶段,未能达到发酵堆肥要求。添加不同比例的鸭粪和稻壳均能促进芦笋秸秆堆肥发酵,高温维持时间12~13 d,高温阶段平均温度为56.3~60.4℃,发酵周期21~29 d,发酵30 d结束时,发芽指数达到了92%~118%,pH>8.0,有机质含量50.70%~57.02%,氮磷钾总养分含量4.64%~5.20%。综合各项指标,在本试验条件下,70%芦笋秸秆+10%鸭粪+20%稻壳粉的配比发酵效果优于其他配比,更适合芦笋秸秆发酵。

关键词：芦笋秸秆原料配比好氧发酵腐熟度堆肥效果

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水稻育秧播种机钵体苗底土压实装置

农业机械学报 2014年第8期45卷 54-60页

作者：马旭谢俊锋齐龙梁仲维邝健霞谭永炘华南农业大学工程学院广州510642 黑龙江省粮食产能提升协同创新中心哈尔滨150030

设计了一种能实现水稻精密育秧播种机钵体软、硬秧盘穴孔底土压实的通用装置,该装置以AT89C51单片机为控制系统核心,采用步进电动机和送盘行程开关实现秧盘供送,以及限位行程开关和对准接近开关实现秧盘穴孔与压实辊指对准,压实辊指与... 详细信息

设计了一种能实现水稻精密育秧播种机钵体软、硬秧盘穴孔底土压实的通用装置,该装置以AT89C51单片机为控制系统核心,采用步进电动机和送盘行程开关实现秧盘供送,以及限位行程开关和对准接近开关实现秧盘穴孔与压实辊指对准,压实辊指与秧盘穴孔内底土相互作用完成底土压实。通过系统的试验研究,确定了该装置的最佳工作参数。压实试验表明,该系统能满足秧盘穴孔底土压实的工作要求,实现了穴孔与压实辊指的精确对准和底土压实,当生产率在500盘/h、提前角对应弧长为1 mm时,对准率为98%,满足钵体苗穴孔底土压实的技术要求;育秧试验表明,增加穴孔底土压实深度,可提高秧苗素质,保持土壤根系坚实不散,有利于栽插作业,压实深度为6 mm时效果最佳。

关键词：水稻育秧播种机钵体秧盘底土压实装置对准控制系统

育秧期钵盘施用全量控释肥显著降低稻田氮素损失风险

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植物营养与肥料学报 2022年第3期28卷 566-574页

作者：孙巧玉刘依琳杨洪福陈雪范先鹏孙文涛王玉峰杨越超侯立刚刘宏斌中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业农村部面源污染重点实验室北京100081 云南省昆明市生态环境宣传教育中心云南昆明650500 农业农村部全国农业技术推广服务中心北京100125 湖北省农业科学院植保土肥研究所湖北武汉430064 辽宁省农业科学院植物营养与环境资源研究所辽宁沈阳110161 黑龙江省农业科学院土壤肥料与环境资源研究所黑龙江哈尔滨150086 山东农业大学资源与环境学院/土肥资源高效利用国家工程实验室山东泰安271018 吉林省农业科学院水稻研究所吉林公主岭136100

【目的】研究将全量控释氮肥由常规育秧大田施肥改为育秧钵盘中施用后,水稻产量及田面水氮素含量动态变化,为提高氮肥利用率、控制稻田的氮素流失提供理论依据。【方法】田间试验在湖北省安陆市车站村进行,供试水稻品种为‘华夏香丝’... 详细信息

【目的】研究将全量控释氮肥由常规育秧大田施肥改为育秧钵盘中施用后,水稻产量及田面水氮素含量动态变化,为提高氮肥利用率、控制稻田的氮素流失提供理论依据。【方法】田间试验在湖北省安陆市车站村进行,供试水稻品种为‘华夏香丝’。试验设常规育秧+大田不施肥(CK)、常规育秧+大田常规施肥(FF)、钵盘育秧全量施肥(PF)3个处理,育秧28天后,调查水稻秧苗生长、地上和地下部分的氮磷钾含量。在基肥期、蘖肥期和穗肥期取样,测定田面水中全氮、铵态氮、硝态氮含量,收获期测产。【结果】与FF处理相比,PF处理的秧苗地下部生物量,地上部氮、磷、钾含量和地下部磷含量分别提高了77%、14.69%、17.47%、3.28%和41.65%,水稻千粒重和产量分别提高了6.82%和10.78%(P水稻整个生育期内,PF处理的田面水中全氮、铵态氮、硝态氮浓度与CK相近,但显著低于FF处理。【结论】在相同施肥水平下,与常规育秧大田施肥相比,在育秧期将控释化肥全部施于水稻育秧钵盘,可显著提高秧苗地下部的生长和养分含量,提高水稻千粒重和产量,同时显著降低水稻整个生育期田面水中全氮和铵态氮浓度,有效控制稻田氮素损失风险。

关键词：稻田控释氮肥钵盘育秧水稻产量田面水氮含量

营养液浓度对水稻机插水培毯状苗秧苗素质及产量的影响

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农业工程学报 2018年第24期34卷 201-209页

作者：李玉祥解双喜刘扬丁艳锋王绍华刘正辉唐设丁承强陈琳李刚华江苏省现代作物生产协同创新中心/南京农业大学国家信息农业工程技术中心/农业部南方作物生理生态重点开放实验室南京210095 新疆石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室石河子832003

为探明机插水稻育秧新方法——水培毯状苗育秧方法壮秧培育适宜的营养液浓度,以武运粳24号(常规粳稻)和6两优9368(杂交籼稻)为试验材料,分析不同水培营养液浓度(S1、S2、S4、S8,分别表示营养液浓度为原液浓度的1、2、4、8倍,原液组成为:... 详细信息

为探明机插水稻育秧新方法——水培毯状苗育秧方法壮秧培育适宜的营养液浓度,以武运粳24号(常规粳稻)和6两优9368(杂交籼稻)为试验材料,分析不同水培营养液浓度(S1、S2、S4、S8,分别表示营养液浓度为原液浓度的1、2、4、8倍,原液组成为:0.643 g/kg N、0.615 g/kg P2O5、0.359 g/kg K2O、127.2 mg/kg Mg、26.34 mg/kg Fe、8.26mg/kg Mn、0.11 mg/kg Mo、0.66 mg/kg B、0.99 mg/kg Zn、1.405 mg/kg Cu、49 mg/kg SiO2、709.1 mg/kg Ca)对水培毯状苗育秧方法秧苗素质、机插质量、大田群体生长及产量形成的影响。结果表明,移栽前秧苗地上部干物质积累量、苗基宽、发根力、叶片和根系氮含量、叶面积指数、光合速率总体上均随着营养液浓度的增加呈增加趋势;然而,高营养液浓度处理时秧苗根系生长受到抑制(干物质积累小、根系活性低),叶片和根系丙二醛(malonaldehyde,MDA)含量升高、抗氧化酶活性(超氧化物歧化酶(superoxidedismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD))下降,成苗率变差,机插空穴率升高。低营养液浓度(S1)处理的秧苗素质弱、机插大田后返青活棵慢、分蘖发生延迟、干物质积累量低、穗数不足而影响产量(武运粳24号为10.74 t/hm^2,6两优9368为10.96 t/hm^2);随着营养液浓度的增加(S2～S4),产量呈增加趋势(S2和S4处理下,武运粳24号产量分别为12.09和11.64 t/hm^2,6两优9368分别为12.16和12.47 t/hm^2);但产量并没有随着营养液浓度的升高而持续增加,S8处理下,武运粳24号产量为11.59t/hm^2,6两优9368产量为11.48 t/hm^2),主要受限于穗数不再增加,且穗粒数有下降趋势。因此,水培毯状苗育秧方法适宜的水培营养液浓度,常规粳稻武运粳24号为S2(2倍于原液浓度),杂交籼稻6两优9368为S2～S4(2～4倍于原液浓度)。

关键词：作物叶面积指数水稻机插移栽水培秧苗素质营养液浓度产量

播种量对机插水卷苗秧苗素质及产量形成的影响

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中国水稻科学 2018年第3期32卷 247-256页

作者：李玉祥何知舟丁艳锋王绍华刘正辉唐设丁承强陈琳李刚华江苏省现代作物生产协同创新中心/南京农业大学国家信息农业工程技术中心/农业部南方作物生理生态重点开放实验室南京210095 新疆石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室新疆石河子832003

【目的】本研究旨在探明水卷苗机插高产适宜的播种量。【方法】以长江中下游地区代表性品种武运粳24号(常规粳稻)和6两优9368(杂交籼稻)为供试材料,研究不同播种量对水卷苗秧苗素质、机插质量、大田生长特性及产量的影响。【结果】移栽... 详细信息

【目的】本研究旨在探明水卷苗机插高产适宜的播种量。【方法】以长江中下游地区代表性品种武运粳24号(常规粳稻)和6两优9368(杂交籼稻)为供试材料,研究不同播种量对水卷苗秧苗素质、机插质量、大田生长特性及产量的影响。【结果】移栽前秧苗地上部和根系干物质量、发根力、根系活性、成苗率、苗基宽、重高比及光合速率均随着播种量的降低而显著增强,叶面积指数显著下降。小播量处理秧苗返青活棵快、分蘖发生力强、每穗粒数多,但播量过小导致基本苗和穗数不足,当武运粳24号播种量从180 g/盘降低到120 g/盘(738.9 g/m^2)、6两优9368播种量从110 g/盘降低到70 g/盘(431.0 g/m^2)时,产量没有显著变化;但播种量继续降低,产量均显著下降。【结论】水卷苗育秧方法适宜播种量,常规粳稻为2.03粒/cm^2,杂交籼稻为1.14粒/cm^2。

关键词：水稻产量机插秧苗素质播种量