融合无人机光谱信息与纹理特征的大豆土壤含水率估测模型研究

及时获取大田作物根区土壤含水率(Soil moisture content,SMC)对于实现精准灌溉至关重要。本研究采用无人机多光谱技术,通过连续2年(2021—2022年)田间试验,采集了大豆开花期不同土壤深度的SMC数据以及相应的无人机多光谱图像,建立了与作物参数具有较强相关性的植被指数及冠层纹理特征。通过分析植被指数和纹理特征与各深度土层SMC的相关性,分别筛选出与各深度土层SMC相关系数达显著相关(P<0.05)的参数作为模型的输入变量(组合1:植被指数;组合2:纹理特征;组合3:植被指数结合纹理特征),分别利用支持向量机(Support vector machine,SVM)、梯度提升模型(Extreme gradient boosting,XGBoost)和梯度提升决策树(Gradient boosting decision tree,GDBT)对各深度土层SMC进行建模。结果表明,与20~40 cm和40~60 cm土层深度相比,植被指数和纹理特征在0~20 cm土层深度中与SMC表现出更高的相关性。XGBoost模型为SMC估算的最佳建模方法,特别是对于0~20 cm土层深度。该深度估计模型验证集决定系数为0.881,均方根误差为0.7%,平均相对误差为3.758%。本研究结果为大豆根区SMC无人机多光谱监测提供了基础,为水分胁迫条件下作物生长的快速评估提供了参考。

硒胁迫对绿豆及小豆硒的富集及转运影响

通过不同浓度硒酸钠胁迫对不同品种小豆及绿豆形态指标的影响分析,确定最适胁迫浓度,测定该浓度胁迫下不同品种植株根、茎、叶中硒的富集、转运系数差异,来确定硒富集及转运力最强和最弱的绿豆或小豆品种。结果表明,对于绿豆和小豆,硒酸钠胁迫的最适浓度为20 mg/L。在该浓度胁迫下,小豆和绿豆叶子出现不同程度的变黄;小豆的7个品种中,吉红11号植株对硒的富集力最强,叶片及茎部硒的含量最高而根部较低,转运能力最强,京农红8号对硒的富集力较好但叶片部分最低,根部较高,转运能力最弱。而绿豆的7个品种中,冀绿10号叶片、茎部及根部硒的富集和转运能力都最强。苏拉2号除了叶片部分硒的富集稍高于保942-34,茎部和根部硒的富集及转运能力都最弱。综上所述,20 mg/L硒酸钠胁迫下,小豆吉红11号的耐受性最强,京农红8号的耐受性最弱;绿豆冀绿10号的耐受性最强,而苏拉2号的耐受性最弱;小豆各品种对硒的转运系数普遍高于绿豆各品种,但对硒的富集能力低于绿豆。

苦豆子药理及营养作用的研究进展

苦豆子,豆科槐属多年生草本植物,是一种传统的中草药,含有生物碱、黄酮、多糖、有机酸等活性成分,具有抑菌、抗炎、抗癌抗肿瘤、免疫调节等药理作用;苦豆子营养价值丰富,降低毒性后可作为优质的饲草资源应用于畜牧养殖业。本文就苦豆子药理及营养价值的研究进行归纳总结,阐述其生物学特性、活性成分生物碱及提取工艺、药理作用、饲用价值,对中草药苦豆子进行科学的论述,促进苦豆子资源的开发利用。

基于地面高光谱遥感的大豆产量估算模型研究

为在田间管理中对作物产量进行估测,通过两年大田试验收集了大豆生殖生长期的高光谱数据及产量数据,基于各生育期一阶微分光谱反射率计算了7个光谱指数:比值指数(Ratio index, RI)、差值指数(Difference index, DI)、归一化光谱指数(Normalized difference vegetation index, NDVI)、土壤调整光谱指数(Soil-adjusted iegetation index, SAVI)、三角光谱指数(Triangular vegetation index, TVI)、改进红边归一光谱指数(Modified normalized difference index, mNDI)和改进红边比值光谱指数(Modified simple ratio, mSR),使用相关矩阵法将光谱指数与大豆产量数据进行相关性分析并提取最佳波长组合,随后将计算结果作为与大豆产量相关的最佳光谱指数,最后将各生育期筛选出的与大豆产量相关系数最高的5个光谱指数作为模型输入变量,利用支持向量机(Support vector machine, SVM)、随机森林(Random forest, RF)和反向神经网络(Back propagation neural network, BPNN)构建大豆产量估算模型并进行验证。结果表明,各生育期(全花期(R2)、全荚期(R4)和鼓粒期(R6))计算的光谱指数与产量的相关系数均高于0.6,相关性较好,其中全荚期的光谱指数FDmSR与大豆产量的相关系数最高,达到0.717;大豆产量最优估算模型的方法是输入变量为全荚期构建的一阶微分光谱指数和RF组合的建模方法,模型验证集R2为0.85,RMSE和MRE分别为272.80 kg/hm^(2)和5.12%。本研究成果可为基于高光谱遥感技术的作物产量估测提供理论依据和应用参考。

六价铬对红芸豆种子萌发和幼苗生长的毒害作用及外源NO的缓解效应

为了研究铬(Cr)对红芸豆种子萌发和早期幼苗生长的胁迫作用及硝普钠(SNP,NO供体)的缓解作用,以红芸豆品种‘红芸3号’为试材,采用纸间发芽方法和水培法,研究Cr和外源NO对红芸豆种子萌发、种胚和幼苗抗氧化系统、幼苗光合特性以及营养元素吸收转运的影响。结果表明,20μmol·L^(−1)K_(2)Cr_(2)O_(7)胁迫诱发红芸豆种胚和幼苗氧化损伤,抑制幼苗对营养元素的吸收和转运,降低幼苗光合作用,进而抑制红芸豆种子萌发和早期幼苗的生长。添加100μmol·L^(−1)SNP(外源NO)可减轻Cr对种胚和幼苗的氧化胁迫伤害,降低Cr在幼苗中的积累,促进幼苗对营养元素的吸收和转运,增强幼苗光合作用。种子萌发生长72 h时,20μmol·L^(−1)K_(2)Cr_(2)O_(7)胁迫下添加SNP,种胚H_(2)O_(2)、O_(2)^(-)和MDA含量分别比Cr胁迫处理降低36.15%、30.96%和34.97%;Cr胁迫下,添加SNP幼苗生长10 d,根系H_(2)O_(2)、O_(2)^(-)和MDA含量分别比Cr胁迫处理降低55.25%、48.60%和33.54%,叶片H_(2)O_(2)、O_(2)^(-)和MDA含量分别比Cr胁迫处理降低27.71%、36.40%和53.85%,根系活力比Cr胁迫处理升高59.16%;幼苗根和叶中Cr含量比Cr胁迫处理降低69.14%和24.08%,幼苗根中Mg、Fe、Cu和Zn含量比Cr胁迫处理分别增加37.10%、17.96%、5.17%和13.60%,幼苗叶中Mg、Fe、Cu、Zn元素含量比Cr胁迫处理分别增加32.57%、29.49%、22.45%和36.07%;幼苗净光合速率和PSⅡ最大光合效率比Cr胁迫处理提高58.60%和11.27%。外源NO通过诱导种胚抗氧化酶活性提高,降低幼苗对Cr的吸收,促进幼苗对营养元素的吸收和转运,增强幼苗光合作用,缓解Cr对红芸豆种子萌发和早期幼苗生长的胁迫作用。

基于BA-SVM的冬小麦旱情表型分析与诊断

提升作物水分表型诊断精度和时效性是当前智慧灌溉领域研究的难点和热点之一。该研究针对以上难点提出了一种改进机器视觉算法的冬小麦旱情智能诊断方法。在测坑试验系统中设置了适宜水分处理(CK)、中度干旱处理(T1)、重度干旱处理(T2),通过数码相机获取冬小麦早期RGB高清图像,利用HSV色彩空间改进的K-means聚类算法对小麦图像分割敏感区域,提取图像颜色和纹理特征数据并开展主成分分析,辨别出累计贡献率达到97.2%的前3维主成分。采用蝙蝠算法优化支持向量机(bat algorithm-support vector machine,BA-SVM)惩罚因子(c=5)和核参数(σ=0.1),建立了基于蝙蝠算法优化的冬小麦旱情感知支持向量机模型,运用主成分分析降维后的识别精度优于其他特征组合,识别正确率为96.5%。明显高于GA-SVM(6.5%)和SVM(9.3%),运行时间分别缩短7、14 s。构建了冬小麦旱情智能诊断方法,可为实时诊断冬小麦旱情和智慧灌溉决策提供参考。

基于GGE双标图的绿豆品种郑绿20号的丰产稳定性分析

郑绿20号在2019年河南省绿豆[Vigna radiate(L.)R. Wilczek]新品种鉴定试验中,田间性状表现优良、抗性好、产量高,4个参试点均比对照郑绿8号增产。为了进一步考察郑绿20号的丰产稳产性,采用GGE双标图分析2019年河南省绿豆新品种鉴定试验参试品种的农艺及产量性状,并对绿豆品种9个性状进行变异性和相关性分析。结果表明,郑绿20号的主茎分枝数、单株荚数、株高、主茎节数变异系数在试验点中变异程度较大;主茎节数与生育期呈显著正相关,与产量呈显著负相关,与株高呈正相关;产量与主茎分枝数、单株荚数、荚长、荚粒数呈正相关。丰产稳定性分析结果表明,郑绿20号为适宜推广的兼具丰产性和稳定性的绿豆新品种。

免耕技术对三大粮食作物的区域产量效应及其影响因素的Meta分析

免耕是保护性耕作的核心技术之一,了解免耕对中国粮食作物产量的影响对于保障国家粮食安全和推广应用免耕技术具有重要意义。该研究通过收集整理1995—2023年间国内外公开发表的文献数据,以传统耕作(翻耕、旋耕、耙耕,深度<18 cm)为对照,应用Meta分析方法,定量研究了免耕对中国三大粮食作物产量及产量构成的总体和区域影响,并对其影响因素进行了解析。结果表明:1)在全国范围内,免耕对小麦、玉米和水稻三大粮食作物的产量影响均不显著,但按区域分析,免耕分别显著提高了西南和西北区4.1%和2.2%的小麦产量,显著降低了东北、西北和东南区2.4%、2.6%和3.5%的玉米产量,显著降低了东南区1.0%的水稻产量,而对华北区的小麦、玉米产量以及对其他区域的小麦和水稻产量影响均不明显。2)免耕提高或降低作物的产量效应主要是显著提高或降低了有效穗数的结果,而对穗粒数和千粒质量影响相对较小。3)年均降水量是造成免耕小麦和玉米产量区域性差异的主要因素,贡献度分别为12.7%和13.6%,土壤有机碳含量是影响免耕水稻产量区域性差异的主要因素,贡献度为16.2%。在年均温度≤10℃、年均降水量≤400 mm、土壤养分含量较低(有机碳含量≤10 g/kg、全氮含量≤1 g/kg)的西北区,免耕显著增加了一年一熟制和连作种植下的小麦产量。较低年均降水量(≤400 mm)虽然能促进西北区玉米产量的提升,但该区较高的土壤pH(pH>8)及一年一熟或两年三熟的玉米种植模式,均会导致免耕玉米产量的显著降低;东北区和东南区玉米产量的降低则又分别受低温(≤10℃)和高温(>15℃)的影响。较高的年均降水量(>800 mm)、土壤养分含量(有机碳含量>15 g/kg、全氮含量>1.5 g/kg)和氮、钾肥投入量综合影响东南区免耕水稻的产量效应。因此,免耕技术的应用需要综合考虑作物类型、区域气候、土壤肥力特征和种植制度等因素。研究结果可为免耕技术在不同农区粮食作物上的推广应用提供科学依据。

小黑豆中活性成分·营养价值与资源应用

黑豆为大豆属植物[Glycine max(L.)Merr]的种子,为我国资源分布很广的药食两用中药,陕北小黑豆为其栽培品种之一。黑豆主要含有异黄酮和花青素类成分,具有抗炎、抗氧化、降血糖、降血脂、抗癌、调节激素水平等多种药理作用。对1997—2022年国内外文献报道的黑豆化学成分及主要药理作用进行综述,分析陕北小黑豆种植栽培现状及药用黑豆存在的问题。提出陕北地区的环境更适合小黑豆的种植与进一步应完善该植物药材标准的观点。

抗绿豆象小豆优良品种(系)综合评价及筛选

绿豆象是小豆种植期及储藏期的主要害虫,严重制约着小豆生产,而常采用的化学药物防治存在严重的农药残留和环境污染等问题,亟需寻找更经济高效的防治方式。发掘和利用抗豆象种质资源是防治豆象危害最为安全、经济、有效的新途径。选取74份国内小豆品种(系),通过人工室内接虫侵染,鉴定每份材料对绿豆象的抗性程度。结果:初步筛选出53份抗绿豆象小豆品种(系),其中有23份为具有优良农艺性状、经济性状的抗绿豆象小豆品种(系)材料。

耐盐绿豆新品种冀绿25

冀绿25是河北省农林科学院粮油作物研究所以9820-14-4(潍9002-341/冀绿98-1)为母本、冀绿2号为父本,通过杂交、定向选拔、初级产比鉴定、高级产比鉴定、联合鉴定试验及萌发期室内耐盐性鉴定选育出的高耐盐绿豆新品种,于2022年通过中国作物学会鉴定,鉴定编号:国品鉴(绿豆)2022003。该品种具有高耐盐、早熟、高产、直立、抗倒性好、结荚集中、成熟一致、不炸荚、适宜一次性收获等特性。盐胁迫是影响绿豆生长和产量的重要环境因素之一,开展绿豆耐盐胁迫研究,培育耐盐品种,对盐碱地利用具有重要的实践意义。

两种大豆籽粒萌发特性差异的比较转录组分析

大豆种子的萌发决定着幼苗建成和生长发育进程,快速萌发及高发芽率是大豆生产中获得高产的重要保障。本研究以不同萌发特性的黑农35及其诱变株系M为材料,基于萌发初期种皮微形态观察和主要生理指标检测,拟通过“露白期”(吸水后24 h)转录组的差异基因分析,进一步明晰大豆种子萌发机理。结果表明,两者的吸水率和发芽率存在显著差异;扫描电镜观察发现,与黑农35相比,M的种脐较长,种皮较薄,这些形态特征可能是萌发初期M吸水更快的主要原因。萌发过程中脱落酸(ABA)含量逐渐下降,可溶性蛋白含量均呈先下降后上升趋势,可溶性糖含量均为上升-下降-上升的“S”形。转录组分析发现两者共有1122个差异基因,其中478个上调,644个下调,差异基因主要富集在光合作用途径,筛选到22个与光合途径相关的候选基因,在M中均呈下调趋势,可能引起光形态建成较慢,进而导致诱变株系M萌发率变低,研究结果可为解析大豆种子萌发的调控机制提供思路。

高产优质红小豆新品种龙红豆10号

龙红豆10号是由黑龙江省农业科学院作物资源研究所以九红1号为母本、京农7号为父本,经有性杂交系统选育而成的高蛋白红小豆新品种,于2022年完成黑龙江省科技成果登记(9232022Y0981)。该品种淀粉含量49.3%,蛋白质含量23.9%,脂肪含量0.5%。2019-2020年区域试验每hm^(2)平均产量2061.5kg,较对照品种龙小豆3号增产15.1%;2021年生产试验平均产量2063.8kg,较对照品种龙小豆3号增产12.1%。

勉县玉米-大豆带状复合种植玉米品种筛选试验

玉米-大豆带状复合种植技术目标是保证带状复合种植条件下玉米与单作相比不减产,增收一季豆。与玉米常规种植相比,种植的株行距变化较大,密度增加,玉米品种的株型、耐密性、抗逆性、丰产性等指标成为此项技术应用成功的前提。通过试验,“1.8m带型2+2模式”玉米-大豆带状复合种植玉米品种主推登海605、农科大8号和延科288,搭配种植五单2号、中金368。

大豆玉米复合种植播期、密度和施肥量对大豆农艺性状和产量的影响

为筛选大豆玉米复合种植大豆最佳的栽培措施,采用三因素三水平正交试验,研究大豆播期、密度和施肥量对主要性状和产量的影响。结果表明,选择鲜食玉米与大豆复合种植,玉米收获后大豆复光期长;提高株高、主茎节数、单株有效荚数、单株粒数、百粒重、单株粒重对大豆产量有促进作用,且单株粒数、单株粒重和百粒重对产量有决定性作用。分析结果表明,播种期为4月30日—5月10日,密度为21万~24万株/hm^(2),施肥量为300~375 kg/hm^(2)的最佳栽培技术,可优化复合群体配置获得较高的产量。

960g/L精异丙甲草胺乳油苗前封闭对小豆苗期生长发育和生理代谢以及杂草防效的影响

为了明确苗前除草剂960 g/L精异丙甲草胺乳油在小豆苗前封闭处理的适宜浓度,自然条件下,以辽红小豆2号为研究对象,设960 g/L精异丙甲草胺乳油有效用量486、648、778和972 g/hm^(2)计4个处理,以清水处理为对照(CK),研究了不同用量药剂处理对小豆苗期生长形态、光合生理指标、冠层结构、根系性状、杂草防除效果和产量的影响。结果表明:960 g/L精异丙甲草胺乳油有效用量为778 g/hm^(2)时,能够明显促进小豆幼苗生长发育;显著提高小豆苗期叶片的光合性状指标和抗氧化酶活性,增强小豆幼苗叶片的光合作用和抗氧化能力;促进小豆植株下部节位粗度增大,在一定程度上增强小豆的抗倒伏性;促进第4节位的叶柄长度增大,进而改善冠层结构;对小豆田杂草防效较高,其中对禾本科杂草的防效明显优于阔叶杂草,且小豆苗期药害症状最轻。960 g/L精异丙甲草胺有效用量为778 g/hm^(2)时,能增加小豆苗期叶片的光合生理指标和抗氧化酶活性,促进小豆生长以及干物质的积累,对小豆田杂草防效较好且对小豆幼苗安全,小豆产量最高。

烯效唑处理下绿豆农艺性状稳定性及性状间相互关系分析

为加强绿豆育种性状选择,以绿丰2号、绿丰5号和JLPX02绿豆为试验材料,选用3个浓度的烯效唑进行浸种,采用大田试验,测定供试绿豆的14个农艺性状,应用方差分析、相关性分析和主成分分析方法进行性状的综合评价,研究烯效唑处理下绿豆农艺性状表现的稳定性及各农艺性状间的相互关系。结果表明,分枝数、根重、根瘤数、单株荚数、单株鲜重和单株粒重6个性状在3个品种(系)中均发生大幅度变异,稳定性弱;主茎节数、株高、荚长、单荚粒数、百粒重5个农艺性状的变异系数均较小,稳定性强;百粒重与荚长呈极显著相关,相关系数最大为0.906;产量与分枝、单荚粒数、单株粒重呈显著相关。主成分分析中,第1主成分中,百粒重、荚长、单株荚数为主要反映荚因子指标;第2主成分中,单株鲜重、单株粒重、分枝为主要反映植株因子指标;第3主成分中,根重、侧根数、根瘤数为主要反映根系因子指标;第4主成分中,单荚粒数、产量为主要反映产量因子指标。综上说明,绿豆的分枝、单株荚数、单株粒重、产量、单株鲜重可作为高产材料选择的主要参考性状,百粒重、荚长、主茎节数、单荚粒数可作为高稳定性性状为材料选择提供参考。

冀红18号红小豆良种繁育技术

红小豆营养丰富,含有大量蛋白质、脂肪、维生素B族、钙、铁等多种人体所需的微量元素;在食品产业中是制作豆沙馅、粥等食品的主要原料。红小豆还具有药用价值,是药食同源的农产品。红小豆生育期短,抗逆性强,适应性好,对肥料和水需求相对较少,病虫害较少,在节水、降低农药化肥使用量等方面具有先天优势,符合目前国家种植结构调整的目标要求。“冀红18号”是保定市农业科学院选育的红小豆新品种,以B1668(日本红小豆)为母本、保红9817-16为父本培育而成,该品种较好的遗传了父本保红9817-16和母本B1668的优良性状,克服了亲本部分不良性状。主茎分枝角度较小,抗倒性强,百粒重17.0 g,为大粒红小豆,籽粒红色,粒色鲜艳,商品性状好。

叶面喷施锌肥对小豆产量及籽粒锌含量的影响

为促进黑龙江省小豆产业提质增效,以龙红豆4号和冀红352为试验材料,分别于2022和2023年进行硫酸锌施用浓度和施用次数效果试验。2022年,设置5个ZnSO4浓度(质量百分数为0%,0.1%,0.2%,0.3%和0.4%),在结荚期进行叶面喷施处理,研究其对小豆产量因子及籽粒锌含量的影响,并筛选出最佳施用浓度(0.3%)。2023年,在结荚初期、结荚中期、结荚初期+结荚中期,进行叶面喷施0.3%的ZnSO4筛选出最佳喷施次数。2年研究结果表明,喷施外源ZnSO4可提高小豆单株有效荚数、单株粒重和百粒重。喷施0.3%的硫酸锌最为适宜,能有效提高小豆百粒重和籽粒锌含量,分别较CK提高6.68%~9.97%和16.17%~25.33%;在结荚初期+结荚中期叶面喷施2次浓度为0.3%的外源ZnSO4可显著提高小豆籽粒锌含量,龙红豆4号和冀红352较对照分别提高33.33%和48.16%,喷施2次与喷施1次相比,显著提高了冀红352的单株产量。

提高小豆套管杂交技术成功率研究

采用早、中、晚熟3种不同熟期的6个小豆品种,配制了9个小豆杂交组合。在6:00—11:00内,采用小豆套管杂交技术,对不同熟期杂交组合的杂交成功率进行了研究。结果表明,在6:00—11:00杂交,均能使不同熟期的小豆品种授粉,并成功得到杂交荚。5号组合的杂交成功率最高,达到16.3%。各时段的杂交成功率由大到小依次为7:00、10:00、8:00、9:00、6:00、11:00。这说明,在7:00授粉,小豆授粉最易成功。