基于MCC-GAPLS-PLSR的辣椒叶绿素含量高光谱定量反演

为了准确监测辣椒生长,本研究对辣椒冠层光谱反射率进行对数处理、倒数处理、倒数的对数处理、连续统去除处理、一阶微分处理、二阶微分处理,并与SPAD值进行相关性分析,用最大相关系数法(MCC)选取相关性较好的特征波段生成特征波段数据集,再用遗传算法-偏最小二乘法(GAPLS)进行降维得到最优特征波段组合,采用偏最小二乘法(PLSR)、反向传播神经网络(BPNN)、随机森林(RF)和最小二乘支持向量机(LSSVM)4种机器学习算法构建辣椒叶绿素含量反演模型。结果表明,最优波段和对应处理分别为700 nm(原始光谱)、699 nm(对数处理)、713 nm(连续统去除处理)、500 nm(二阶微分处理)、713 nm(二阶微分处理)。GAPLS的降维效果较好,与降维前相比PLSR模型的精度提升率最高,R^(2)、RPD分别提升了82.22%、136.98%,RMSE降低了29.96%。4种模型中,GAPLS降维处理后的PLSR模型的精度最好,R^(2)、RMSE和RPD分别为0.82、1.94、4.55。本研究构建的MCC-GAPLS-PLSR模型具有较好的反演潜力,适用于研究区辣椒叶片叶绿素含量测定,推动辣椒高效种植。

灌水量与施肥水平对马铃薯生长和产量的影响

以宣薯2号为试材,采用裂区试验设计,主区设3个灌水量,副区设3个施肥水平,研究了灌水量、施肥水平及其互作对马铃薯生长和产量的影响。结果表明,灌水量对马铃薯株高有显著影响,株高随灌水量增加而降低,中水、高水间无显著差异,但均显著低于低水;施肥水平对株高的影响由不显著变为显著,株高随施肥水平的提高先增大后降低。灌水量对马铃薯单株大薯数、单株大薯质量、单株薯产量、单株商品薯产量、小区产量、小区商品薯产量有显著影响,均随着灌水量增加而逐渐增加,中水、高水间产量无显著差异,与低水相比,中水、高水小区产量显著提高14.85%、19.01%,小区商品薯产量显著提高18.56%、23.39%;施肥水平对马铃薯产量性状及产量影响不显著,小区产量、小区商品薯产量随施肥水平增加而逐渐增加。综合来看,灌水量为中水、高水较适宜,从产量和节水节肥的角度考虑,该试验条件下中水低肥(灌水量1000 m^(3)·hm^(-2),N、P_(2)O_(5)、K_(2)O施用量为84、42、168 kg·hm^(-2))和高水中肥(灌水量1300 m^(3)·hm^(-2),N、P_(2)O_(5)、K_(2)O施用量为120、60、240 kg·hm^(-2))可作为贵州马铃薯栽培的适宜水肥组合。

基于YOLO v2的辣椒叶部蚜虫图像识别

针对传统辣椒蚜虫识别精度不高、研究较少等问题,本研究一种基于YOLO v2的辣椒蚜虫图像识别方法,准确定位蚜虫位置,识别两种不同类型蚜虫,并探究不同网络深度对模型性能的影响。首先YOLO v2目标检测网络与Resnet50网络六种不同深度卷积结构相融合,构建辣椒蚜虫识别模型,然后利用预测框生成算法设置候选框参数,对六种模型进行训练,根据训练结果设计辣椒蚜虫识别系统。在验证集上进行对比试验,结果表明Resnet-22模型对辣椒叶部蚜虫识别精度最高,平均识别准确率为96.49%,其中黄色蚜虫识别准确率为98.70%,绿色蚜虫识别准确率为94.27%,识别时间为0.129 s。Resnet-22模型具有较强的鲁棒性,为实现田间复杂背景下辣椒蚜虫识别奠定基础。

不同施氮水平辣椒地上部全氮含量与冠层光谱反射率的相关性

为了给辣椒精准施肥及其高产、优质、高效生产提供依据,分析了2个辣椒品种在不同施氮水平下地上部分的全氮含量及其与冠层光谱反射率和叶绿素含量（SPAD）之间的相关性。结果表明：植株全氮含量在适量施氮处理下达最大值,随着施氮量的增加,叶片全氮含量与叶片SPAD呈极显著相关且相关性减小;冠层光谱反射率在760～1 350nm能较准确地反映地上部分全氮含量和叶片全氮含量,说明通过光谱测定能及时监测辣椒的氮素状况,这为利用作物全氮含量计算施氮量提供了廉价、快速、实时的作物含氮量信息。

辣椒叶面积指数与干物质生产模拟

【目的】研究辣椒叶面积增长与环境因子之间的关系及建立辣椒干物质生产模型,为辣椒数字化栽培管理提供理论依据。【方法】根据试验资料构建基于生理发育时间的辣椒叶面积模型,并将该模型与干物质生产模型相结合,构建辣椒干物质生产动态模拟模型。【结果】利用完全独立的试验数据对模型进行检验,辣椒叶面积模型的RMSE值在10%～20%,干物质生产模型的RMSE值在20%～30%。【结论】叶面积模型模拟效果较好,干物质生产模型模拟效果一般,有待进一步的改进和完善。

辣椒果实生长及产量形成模拟研究

为研究辣椒果实生长发育与环境因子之间的关系以及建立辣椒产量预测模型,为辣椒果实的无损测定提供理论和技术支撑,对不同辣椒品种的试验数据进行处理,构建基于生理发育时间的果实纵、横径生长模型,以及果实鲜重与纵、横径关系的线性模型,并建立了以上述模型为基础的辣椒产量预测模型。运用独立试验数据对模型进行检验,结果显示:除Y187果实纵径和横径的均方根误差(RMSE)>20%外,其余模型RMSE均小于20%,表明,所建模型具有较高的预测精度,能够很好地模拟辣椒果实生长和产量形成。

基于几何参数模型和OpenGL的油菜花朵可视化研究

为构建可视化油菜生长系统,本研究以油菜花朵为研究对象,通过对2种氮肥水平下3种油菜品种的盆栽试验数据进行统计分析,建立了油菜花柄和花蕾的几何参数模型。在此基础上,进一步探讨了油菜花朵组件三维建模技术,构建了基于组件形态特征参数的花柄与花萼几何模型,其中,以圆柱体模拟花柄,12×9个四边形模拟花萼曲面;通过组合多个几何图元的方式构建了花瓣和花蕊模型,其中,以平面梯形和半圆模拟花瓣,椭球体和圆柱体模拟雄蕊,球体和圆柱体模拟雌蕊,球体模拟蜜腺。然后,基于OpenGL图形库,绘制了油菜花朵各组件三维形态,并进行了颜色渲染。最后,以VC++定时器为驱动变量,通过OpenGL旋转、缩放及平移命令耦合油菜花朵拓扑结构模型,实现了油菜花朵开放过程的动态模拟。

基于几何参数模型和OpenGL的油菜角果可视化研究

以油菜角果为研究对象,通过不同品种和氮肥盆栽试验数据统计分析,拟合得到油菜角果的几何参数模型。在此基础之上,研究了油菜角果的三维建模技术,构建了基于形态特征参数的角果几何模型。用圆柱体模拟果柄;采用组合多个几何图元的方式构建角果果身模型;用圆台体模拟果喙。然后,基于OpenGL图形平台,绘制了角果的三维形态,并进行了颜色渲染和光照处理。最后,通过耦合角果个体形态结构模型以及角果个体之间的相互关系,实现了角果个体-群体2个层次的形态可视化,为构建可视化油菜生长系统奠定了技术基础。

辣椒叶面积指数钾素响应模拟模型的构建

为揭示不同钾素水平下辣椒叶面积指数(LAI)随生理发育时间(PDT)的动态变化关系,选用黔椒10号、黔椒5号和中椒6号作为试验材料,设5个钾素水平(0 kg/hm^2、37.5 kg/hm^2、75.0 kg/hm^2、112.5 kg/hm^2和187.5 kg/hm^2),定量分析不同钾素水平下辣椒LAI的变化特征,通过归一化处理,利用Curve Expert 1.4对辣椒相对叶面积指数(RLAI)和相对生理发育时间(RPDT)进行动态拟合,并通过极限值法筛选出最优辣椒RLAI数学模型。结果表明:不同钾素水平下辣椒LAI随PDT呈左偏单峰曲线变化,同一品种间随钾素水平的增加LAI呈增大趋势;相同钾素水平下,LAI峰值为黔椒10号>黔椒5号>中椒6号;有理函数能够较好地模拟辣椒RLAI的动态变化,且具有一定的生物学意义;模型检验结果显示:模拟准确度k均接近于1,模拟精确度R^2均大于0.97,根均方差(RMSE)均小于20%;模型参数在不同处理间具有一定差异性,品种和钾素主要通过控制参数b和d实现辣椒LAI的动态调控;辣椒LAImax对钾素反应比较敏感,呈线性正相关,决定系数R^2>0.86。该模型的构建可为辣椒生长调控及优质高产奠定一定基础。

基于生理发育时间的火龙果周年生育期模拟

【目的】准确预测火龙果生长发育进程,为贵州火龙果栽培管理提供理论指导。【方法】以火龙果周年生长发育状况为研究对象,针对贵州火龙果栽培的实际生产条件,采用生理发育时间作为衡量尺度,通过定量火龙果生长发育对温度和光强反应的差异,构建火龙果周年生育期模型,并利用独立试验数据对模型进行检验。【结果】构建了火龙果周年生育期模型,通过模型得到火龙果枝条萌动期、生长迅速期、果实生长期和生长停滞期的模拟值与实际观测值相对根均方差分别为18.17%、17.21%、16.86%和18.64%,均小于20%,模拟效果较好。【结论】模型可较准确地模拟火龙果周年内的生长发育进程。

基于激光扫描数据的植株三维重建技术研究

三维重建技术为植物建模提供了一个全新有效的方法,笔者阐述了三维重建技术,重点是三维激光扫描技术,并综述了国内外研究现状。

作物产量形成钾素响应模拟研究进展

辣椒是具有较高营养和经济价值的蔬菜品种,笔者从作物生长钾素响应、干物质生产、干物质分配及产量形成、辣椒生长模拟四个方面阐述了作物生长模拟的国内外研究现状,并进行了展望。

作物模型发展探讨

为进一步深化与促进作物模型发展,并融入国际潮流,论文以系统学思想为指导,采用系统分析、分类、比较及认识论挖掘等方法,通过作物模型概念、分类、作用及其与数字种植业的关系分析,阐述了作物模型的作用,综述了国内外作物模型研究与应用新动态,比较了国际上作物生长模型四大研究组(DSSAT,School of de Wit,APSRU及中国)和功能-结构植物模型三大研究组(L-Studio,GREENLAB及中国)间作物模型的差异,分析了存在问题,提出了进一步发展的对策和建议。目前,虽然作物模型在数字种植业中的应用较少,但随着中国农业的发展,特别是城乡结构的变化,未来它将具有广阔的应用和发展前景。

基于生物量的水稻叶片主要几何属性模型研究

【目的】构建基于生物量的水稻叶片主要几何属性模型,为水稻株型设计与调控提供理论依据。【方法】以两优108、86优8、南粳43及扬稻6号为材料,设置品种、氮肥与密度田间试验,观测水稻主茎不同叶位叶片长度和宽度,分析了水稻主茎叶片长和宽的关系、比叶重(SLW)随叶位的变化规律,以及水稻叶片干重与叶长和叶宽的关系,构建基于生物量的水稻叶片主要几何属性模型。【结果】叶长与叶宽的关系可用幂指数方程表达,比叶重随叶位呈二次曲线变化。采用独立的试验资料检验模型,主茎叶片叶长、叶宽模拟值与实测值的根均方差(RMSE)分别为2.55和0.06cm。【结论】几何属性模型可较好地模拟不同生长条件下水稻主茎不同叶位叶片的主要几何属性,为生长模型与形态结构模型的结合奠定了基础。

畜禽粪便厌氧发酵的产气特点及其发酵物养分的变化动态

为弄清不同畜禽粪便的产气特点及其发酵物养分含量的变化,利用高效曲流布料发酵池厌氧发酵,对其进行了研究。结果表明:猪粪、鸡粪和牛粪干粪便的产气时间分别为150、90和90 d,产气量分别为250、150和70 m3,最大甲烷含量分别为76.1%、79.9%和62.0%。发酵物养分含量变化,3种粪便厌氧发酵后养分含量的变化趋势一致,发酵物中大多数氮以氨态氮形式存在,NH4+浓度在水解阶段后随着发酵进程递增,NO3-浓度呈下降趋势。发酵过程中养分不断被消化和溶解,沼液中所有养分含量呈增加趋势,而沼渣中养分含量呈减少趋势,但沼液中的磷含量较低。

“互联网+”现代农业的理论分析与发展思路探讨

互联网作为信息技术发展最活跃的领域之一,也是国际上农业信息化的前提和基础,被称为信息高速公路。为了进一步明晰"互联网+"现代农业的内容和方式,促进"互联网+"现代农业持续稳定健康发展,本文采用系统分析、比较及关系框图等方法,通过"互联网+"现代农业定义、内涵、作用等理论分析,比较其国内外发展动态与趋势,提出其发展思路。从"互联网+"现代农业的国内外比较可知,在农业网络信息系统建立及应用方面,中国起步较迟,但由于市场潜力巨大,发展速度飞快,后发优势突显;在WEB与数据库、农业专家系统、农业决策支持系统及农业模型等的集成研究与应用层面,中国与国外基本同步。在农业物联网、农业云、农业大数据以及农业移动互联方面,中国也与国外在同一起跑线上,需要抢抓机遇,加快发展。"互联网+"现代农业就是以互联网为代表的先进信息技术广泛应用于现代农业各种过程、各结构要素以及各部门,通过人-机-物互连互通,推动现代科学技术、现代工业装备、现代管理理念和方法的农业应用进程,促进农业生产科学化、商品化、集约化和产业化,实现高产、优质、高效、生态、安全目标。

水稻根系与叶片形态特征关系的定量分析

定量分析拔节—孕穗期间水稻根系形态参数与叶片形态特征间的关系。以江苏省农业科学院培育的高产品种两优108(V1,杂籼)、86优8(V2,杂粳)和南粳43(V3,常规粳稻)为材料,采用塑料桶土培,设施肥(每盆N 3.6 g、P2O50.8 g、K2O 3.6 g)与不施肥(处理同施肥基土)两个处理,在试验观测的基础上,建立水稻不同处理下根系形态参数与叶片性状间的预测回归模型。研究表明:拔节—孕穗期间水稻根系形态参数与叶片形态特征间的3个预测回归模型的方差分析都达到极显著水平,拟合度较好,单株总根长、总根表面积及总根体积模拟值与实测值的平均绝对误差分别为每株-176.506 cm、8.784 cm2及-1.624 cm3(n=24),差值标准误分别为每株31.542cm、15.653 cm2和2.117 cm3,相关系数分别为0.913**、0.904**和0.907**。上述拔节—孕穗期间叶片形态特征与根系形态间预测回归模型,为探明水稻地下与地上几何性状的联系提供了借鉴,也为支撑水稻植株地上部与地下部的协同虚拟表达,以及高产株型及栽培措施选择等提供了参考。

不同品种和氮肥条件下水稻根系主要几何参数动态量化

目的建立基于生物量的水稻根系主要几何参数动态模型,为水稻功能-结构模型的研究奠定基础。方法于2008和2009年设置3个品种[两优108(V1,杂籼)、86优8(V2,杂粳)和南粳43(V3,常规粳稻)]和2个氮肥水平盆栽试验获取根系形态及根干重等指标,采用SPSSv13.0与Excel2007处理试验数据,RMSE检验模型。结果利用2008年观测资料,通过分析不同品种与施肥处理下水稻单株总根长及根直径与生物量间的定量关系,建立了基于生物量的水稻单株总根长动态模型;根据立体几何原理,构建了基于生物量的水稻总根体积与总根表面积动态模型。经2009年独立试验资料检验,单株总根长、总根体积及总根表面积的实测值与模拟值的RMSE分别为490.660cm/plant、131.859cm2/plant和2.532cm3/plant,说明模型拟合度较好。结论所建水稻根系主要几何参数模型具有一定机理性、解释性和通用性,对水稻功能-结构模型研究及水稻可视化奠定了基础。

农业模型与数字农业发展探讨

为了进一步深化与促进农业模型与数字农业发展,并融入国际发展潮流,以系统学思想为指导,采用系统分析及认识论挖掘等方法,提出并进一步明晰了农业模型概念与分类,农业模型与数字农业的相互关系、意义与评价,综述了国内外农业模型的研究与应用新动态,通过分析存在问题,提出了进一步发展的对策和建议。分析结果表明,广义上,农业模型是为研究农业问题的定量规律所建立数学模型的总称,包括农业生物模型、农业环境模型、农业技术模型以及农业经济管理模型等;狭义上,农业模型主要包括农业植物模型、农业动物模型、农业微生物模型、农产品贮藏与加工模型等。数字农业体系分为数字种植业、数字林业、数字畜牧业、数字渔业、数字农村工业以及数字农产品市场与管理等。农业模型之间发展不平衡但各有特色;农业模型间的协同较少;不同学科背景下农业模型之间缺乏开放源式的整合与互操作框架;农业模型的检验方法还需进一步完善;虽然目前数字农业的应用还较少,但随着中国农业的发展,它将具有广阔的应用和发展前景。

基于生物量的水稻根系生长动态模型

为了建立水稻根系生长动态模型,实现根系可视化,该研究以两优108(Va1,杂交籼稻)、86优8(Va2,杂交粳稻)和南粳43(Va3,常规粳稻)为材料,采用塑料桶土培,设施肥(每盆N 3.6 g、P2O5 0.8 g、K2O 3.6 g),与不施肥(基土同施肥处理)两个水平,分析并建立水稻根系根长、根体积以及根表面积与根干重的最适关系模型。结果显示:根长、根体积及根表面积与根干重间的动态关系符合幂函数Y=axb;2008年根长、根体积及根表面积的模拟值与观测值的根均方差(RMSE)每株分别为358.138 1 cm、2.089 1 cm3和136.325 2 cm2,2009年的每株分别为42.993 7 cm、0.314 9 cm3和14.072 8 cm2,检验结果为该模型可靠性较好。表明所建水稻根系生长动态模型具有一定的解释性和通用性,为功能-结构水稻模型研究及水稻可视化奠定了基础,对水稻理想株型设计、结构与功能关系研究及水稻生长系统的可视化和数字化均有一定的参考价值。