基于机器学习和可见光光谱的冬小麦叶片氮积累量估算

在拔节期分4次采集了6个施氮水平下的冬小麦冠层图像,同步进行取样并以凯氏定氮法测定叶片含氮量,进而计算叶片氮积累量。利用随机森林算法分割冠层图像之后提取冠层覆盖度、可见光波段(R,G和B)三个分量及其衍生的5个色彩指数。以冠层覆盖度外加色彩指数、色彩分量的两种非线性回归,以及人工神经网络、支持向量回归、随机森林3种机器学习算法建立了冬小麦叶片氮积累量的估算模型。结果表明利用色彩指数的非线性回归模型的估算精度稍低于其他方法,而随机森林算法的拟合精度最高,但存在明显的过拟合现象。其他三种方法,即以冠层覆盖度及色彩分量为输入变量的非线性回归、支持向量回归和人工神经网络方法,均具有较高的拟合精度和泛化性能。

基于可见光光谱和BP人工神经网络的冬小麦生物量估算研究

建立基于冬小麦冠层图像分析获取的冠层覆盖度和色彩指数的地上部生物量估算模型,以促进作物冠层图像分析技术和BP神经网络技术在冬小麦长势无损监测中的应用。六个施氮水平的田间试验条件下,在冬小麦拔节期,分四次采集冬小麦冠层图像,同步进行破坏性取样,测定冬小麦地上部生物量;分析了通过图像分析软件(利用微软Visual Basic软件开发)获取的冠层覆盖度和10种色彩指数与冬小麦地上部生物量的相关关系,以逐步回归和BP神经网络方法建立了冬小麦地上部生物量估算模型。结果表明,冬小麦地上部生物量与冠层覆盖度、饱和度和红光亮度值呈显著相关,其中,与冠层覆盖度间的相关性最强,且除亮度外,冠层覆盖度、色彩指数与地上部生物量间呈非线性相关。通过BP神经网络方法构建的模型相对于逐步回归模型,显著提高了冬小麦地上部生物量估算精度,均方根误差(RMSE)、相对均方根误差(RRMSE)更小,决定系数(R2)更大。

山东植棉区降水与棉花需水耦合度的时空变化特征分析

基于山东省17个气象站1961--2012年的逐日气象资料，利用FAO推荐的Penman．Monteith公式及作物系数对棉花各生育阶段的作物需水量进行估算，并利用同期降水量计算了各生育阶段的降水与作物需水耦合度，最后采用反距离插值法生成山东省棉花各生育阶段耦合度的分布图，并对耦合度的时间序列进行趋势分析。结果表明：山东植棉区棉花全生育期降水与作物需水耦合度多年平均值在0．692~0．847之间．全生育期耦合度的空间变化趋势为西部、北部低，由此向东、向南递增；播种期和吐絮成熟期耦合度普遍较低，而蕾期和花铃期的耦合度明显高于其他生育季节；东营、惠民、德州等棉花种植面积最集中的北部和西北部站点全生育期、吐絮成熟期耦合度大于0．6和0．8的保证率明显低于其他地区。播种期、苗期和吐絮成熟期耦合度在多数站点趋于减少趋势，而苗期则有76．5％站点耦合度趋于增大趋势。

山东棉花生育期降水量和作物需水量的时空变化特征研究

基于山东省20个气象站1961-2008年的逐日气象资料,对山东棉区棉花生育期降水量和作物需水量的时空变化特征进行了分析。结果表明,山东棉区棉花全生育期多年平均降水量在457.7~701.9mm之间,其空间分布特征为西部、东北部少,由此向东、向南递增,东南部最多。棉花播种期、苗期、蕾期、花铃期和吐絮成熟期的多年平均降水量空间分布与全生育期降水量的分布基本一致。棉花全生育期多年平均作物需水量在499.0~630.9mm之间,其空间分布特征为山东北部、东北部高,由此向东、向南递减,东南、山东半岛南部地区最低。棉花播种期、苗期、蕾期、花铃期和吐絮成熟期的多年平均作物需水量的空间分布特征与全生育期作物需水量的分布基本一致。近48年来,棉花全生育期、播种期、花铃期和吐絮成熟期的降水量在大部分站呈减小趋势,而苗期和蕾期则大部分站呈增大趋势,但仅10%站点的变化趋势通过了显著性水平检验。棉花全生育期、苗期、蕾期、花铃期和吐絮成熟期作物需水量各有15、13、20、16和11个站呈减小趋势,而播种期则仅7个站呈减小趋势,且42%站点的变化趋势通过了显著性水平检验。

潍坊市近56年气温及降水变化特征分析

本文利用Mann-Kendall和Pettitt检验方法对潍坊市近56年气温和降水量变化特征进行了分析。潍坊市年平均气温有明显上升趋势,上升速率为0.156℃/10a。年平均气温上升突变发生在1976年,即从1976年开始,年平均气温有了明显上升趋势。潍坊市四季气温均呈现出上升趋势,但春季和冬季气温上升趋势最明显,上升速率分别为0.172℃/10a和0.256℃/10a,表明春季和冬季气温上升对年平均气温上升起了最大的作用。近56a来,潍坊市年降水量随时间的变化呈下降趋势,但未达到显著水平,其下降速率为-22.67mm/10a。除春季降水量有上升趋势外,夏季、秋季和冬季降水量随时间的变化均呈现出下降趋势,但其趋势变化不明显,均未通过显著水平。

应用型本科《农业气象学》课程教学改革探讨

《农业气象学》是应用型本科农业院校很多涉农专业学生必修的专业基础课。本文从课程教学内容和教学方法两个方面对应用型本科农业院校《农业气象学》课程教学改革进行了探讨,并结合多年教学经验,对课程教学内容和教学方法的改革提出了几点建议。

高校非农业气象专业《农业气象学》教学改革的探讨

本文从教学内容和教学方法两个方面对高校非农业气象专业《农业气象学》教学改革进行了探讨，并结合多年教学实践经验，对课程教学内容和教学方法的改革提出了几点建议。

“农业气象学”网络版多媒体课件的制作及应用

网络版多媒体课件是在高校网络普及化形势下出现的一种新的教学形式。网络版课件所具有的诸多优点,使其在高校教学中的应用越来越普及。以农业气象学为例探讨了基于校园网的网络版多媒体课件的制作及应用。

基于远红外成像技术的花生苗期抗旱性鉴定

以花生品种花育22和鲁花11为材料,利用远红外热成像仪检测干旱胁迫条件下花生苗期叶片温度的变化,并研究叶温变化与叶片气孔导度、蒸腾强度、株高、干物重、相对含水量等指标的相互关系,探求远红外成像技术应用于花生苗期抗旱鉴定的可行性。结果表明,遭受干旱胁迫时,鲁花11的叶片温度变化大(比正常条件下升高1.75℃);与花育22相比,鲁花11的根系干重、株高、相对含水量和胞间CO2浓度的耐旱系数均较大,光合速率、气孔导度和蒸腾速率的耐旱系数均较小。说明鲁花11的耐旱性更强,其叶温的变化与生长特性和光合特性的耐旱系数有关联,可以用叶温差作为花生苗期耐旱性筛选的指标。

基于可见光光谱和随机森林算法的冬小麦冠层图像分割

数字图像分析技术因其高效、快速等特点,已被广泛应用于作物长势和氮素营养状况的无损监测领域。获取作物冠层覆盖度及可见光光谱亮度值及其衍生的色彩指数,需要从作物冠层图像中准确分割出作物图像。研究以冬小麦与背景(土壤)在可见光波段反射率的差异为依据,利用基于CIEL*a*b*色彩空间a*分量的最大类间方差法和基于sRGB和CIEL*a*b*两个色彩空间的随机森林算法对冬小麦冠层图像进行了分割,并比较了图像分割精度。结果表明,三种方法均具有较高的分割精度,其中基于随机森林算法的图像分割效果明显好于最大类间方差法,而基于sRGB和CIEL*a*b*两个色彩空间的随机森林算法的图像分割效果差异较小。研究结果表明,随机森林算法可直接利用冠层图像可见光波段的三个色彩分量(R,G和B)分割冬小麦冠层图像。

氮肥运筹对冬小麦光合特性和产量的影响

本试验以济麦22和鲁麦21为材料,研究了氮肥运筹对小麦光合特性,群体透光率和产量及其构成因素的影响。结果表明,在本试验的施氮量范围内,小麦叶面积指数、旗叶光合速率随施氮量增加而增加,而群体透光率、气孔导度及胞间CO2浓度则随施氮量的增加而降低;追氮时期后移有利于减缓后期群体叶面积的下降速度,但对气孔导度、胞间CO2浓度及光合速率等的影响较小。两个品种的籽粒产量均随施氮量的增加而增加。施氮量为225kg/hm2的3个处理中,拔节期追氮处理的产量高于其它两个追氮处理。在本试验条件下,获得高产的适宜施氮量为300kg/hm2,高产主要是通过较多的单位面积穗数和穗粒数,且追氮时期后移对籽粒产量所带来的影响较小。

潍坊市近56年日照时数变化特征分析

本文利用Mann-Kendall、Pettitt检验、线性趋势和回归分析等方法对潍坊市1956—2010年间年日照时数的变化进行了分析。潍坊市年日照时数有明显减少趋势,减少速率为97.04h/10a。潍坊市年日照时数减少突变发生在1983年。潍坊市四季日照时数均呈明显减少趋势,其中夏季日照时数减少速率最大,春季减少速率最小。潍坊市春季、夏季、秋季和冬季日照时数减少速率分别为14.83h/10a、35.59h/10a、24.76h/10a和21.85h/10a。潍坊市年日照时数与相对湿度和实际水汽压呈显著负相关,与风速呈显著正相关,与降水量相关性不明显。

青岛市降水量和参考作物蒸散量的变化特征分析

利用青岛市1961-2012年的逐日气象观测资料,采用线性倾向估计法和Pettitt突变检验方法,分析了青岛市年、四季降水量和参考作物蒸散量的变化趋势和突变情况。结果表明,近52年间,青岛市年、四季降水量分别为666.3mm、111.0mm、374.1mm、145.0mm和36.2mm;年、夏季和秋季降水量时间序列呈减小趋势,而春季和冬季降水量时间序列则呈增大趋势,但所有时间序列变化趋势均未通过显著性水平检验。青岛市多年平均年、四季参考作物蒸散量分别为952.7mm、263.5mm、313.0mm、255.9mm和120.3mm;除春季参考作物蒸散量时间序列呈增大趋势外,其余时间序列均呈减小趋势;其中,秋季和冬季参考作物蒸散量的减小趋势通过了α=0.01和α=0.05显著性水平检验,而其余时间序列的变化趋势均未通过显著性水平检验。青岛市降水量和参考作物蒸散量时间序列中,除秋季参考作物蒸散量出现减小突变外,其他时间序列均未出现突变。

农业生态学教育体系的创新设计及应用

农业生态学（agroecology）：运用生态学原理和系统分析方法，研究农业生物与环境相互作用的规律和机理，以获得最高生物产量、最佳经济效益而又能维护生态平衡的一门综合性学科。农业生态学是现代生态学与经典农业科学相结合的产物，是研究农业生态系统的科学，主要内容有：不同社会条件和自然环境下的农业生态系统结构、功能、特点、发展规律、调节、控制和优化；对于充分利用并合理保护农业资源，因地制宜地协调发展农、林、牧、副、渔各业生产，稳步提高农业生产力，具有重要意义。在我国农业院校从1983年起陆续正式设立农业生态学课程。1986年我国开始设农业生态学硕士点。农业生态学是目前我国高等农业院校作物专业（农学专业）的一门主干课程，也是农经、环保、土化、生科、农业气象等专业的重要选修课程。经过十多年的发展，农业生态学的教学体系己经在我国逐步建立起来了。同时，本课程作为生态学专业研究生的专业基础课，也可作为相关专业研究生的选修课 。在探讨不同专业、不同学时及不同培养目标的农业生态学结构和教学内容等方面的差异的同时，也就不同专业、不同学时及不同培养目标的农业生态学教学内容的共性进行了有益的思考。然而农业生态学作为一个年轻的学科，农业生态学学科体系尚存在诸多不完善之处，亟需建立新的学科体系，这也是适应新世纪学科发展之需要。

新农科建设需求下农业气象学信息化多元教学方法改革与探索

新农科建设是新时期高等农业教育教学改革的重要方向,“农业气象学”作为涉农类专业的必修课程,如何进行课程改革以满足新农科人才培养需求是亟须解决的问题。总结在新农科建设需求下农业气象学信息化多元教学方法改革的经验和做法。课程改革主要从转变教学理念、重组教学内容、创新教学方法、建立多元考核和挖掘思政元素等五方面入手,借助现代信息技术,充分开发教育资源、有效优化教育过程、系统重塑教学内容、精心设计课程思政,以提高知识学习与生产实践的关联度,提升教学的高度、宽度和温度,助力新农科人才培养,为乡村振兴提供更强有力的人才支撑。

基于冠层数码图像的玉米长势和氮素营养状态分析

5个施氮水平的田间试验条件下,在玉米9叶期前,分3次采集玉米冠层图像,同步进行破坏性取样,测定玉米地上部干物质质量、叶面积指数和地上部氮积累量;分析了通过玉米冠层图像分析软件计算的冠层覆盖度和10种色彩指数与玉米地上部干物质质量、叶面积指数和地上部氮积累量的关系,以逐步回归和非线性回归方法,构建了玉米长势估算模型。结果表明,玉米地上部干物质质量、叶面积指数和地上部氮积累量与冠层覆盖度和大部分色彩指数间呈显著相关,其中冠层覆盖度与长势指标间的相关性最强,且大部分色彩指数与长势指标间呈非线性相关。通过逐步回归方法和非线性回归方法建立的两个系列模型均能较准确地预测玉米地上部干物质质量、叶面积指数和地上部干物质质量,以逐步回归方法建立的估算模型的预测效果,除地上部干物质质量的预测值与实测值的回归系数外,其余指标均好于基于冠层覆盖度的非线性回归模型,但差异较小。

黄淮海区夏玉米风灾风险分析

风灾是危害黄淮海区夏玉米生产的重要因素,但一直缺乏其风险的定量评价,在一定程度上影响其精准防控。利用1961—2020年7月至9月的逐日极端最大风速数据,分析了黄淮海区夏玉米风灾风险的时空分布及大风破坏力的变化规律。结果表明,该区发生6级及以上大风的年均频次在3.77~35.19 d之间,7级及以上大风则在1.01~14.25 d之间,且大风频率的中位数随风力等级的增加而逐渐下降;胶东半岛和济南的各级大风频率处于较高水平。大风频率随月份递进而减小,减小动态符合logistic回归方程,而且随着风力等级的增加,回归系数由-0.1185逐渐减少到-1.8754。此外,风压作为风灾的力学根源,其值随风力等级的增加呈幂函数增加,风压越大则大风的破坏力越大;大风破坏力的空间分布更能反映其风灾风险。研究结果为玉米倒伏抗性育种和栽培提供理论依据和数据支撑。

青岛市太阳总辐射的变化特征分析

利用青岛市1961—2012逐日日照时数资料,采用Angstrorm公式计算了逐日太阳总辐射,并利用线性倾向估计法和Pettitt突变检验方法对青岛市年和四季太阳总辐射的变化进行了分析。结果表明,1961—2012年间青岛市年太阳总辐射呈明显减小趋势,其气候倾向率为-86.69 MJ/10a,达到了极显著水平。年太阳总辐射时间序列的减小突变发生在1993年。青岛市四季太阳总辐射均呈明显的减小趋势,其中夏季太阳总辐射的减小速率最大,春季减小速率最小,四季太阳总辐射的气候倾向率分别为-8.41,-40.23,-17.79和-20.26 MJ/10a。夏季、秋季和冬季太阳总辐射时间序列出现减小突变,突变出现年份分别为1993,1998和1996。青岛市年太阳总辐射与年平均风速呈显著正相关,而与年平均实际水汽压和相对湿度呈显著负相关。

基于GIS的山东省≥10℃热量资源时空变化特征分析

利用1961—2015年山东省17个气象站点和山东省周边12个气象站点的日平均气温资料和该区域的DEM(数字高程模型)数据,采用混合插值和线性倾向估计方法,对山东省≥10℃初日、终日、持续日数和活动积温的时空变化特征进行了分析。结果表明:山东省≥10℃初日的空间分布呈现西部早,向东向北逐渐滞后的特征。≥10℃终日的空间分布呈现中部山区和胶东半岛高海拔地区早、南部地区和沿海地区晚的特征。≥10℃持续日数的空间分布呈现南部地区和济南西部及北部地区长、中部山区和胶东半岛高海拔地区短的特征。≥10℃活动积温的空间分布呈现西南地区高、中部山区和胶东半岛中北部低的特征。1961—2015年间,山东省17个气象站≥10℃初日均呈现提前趋势,17个气象站点平均气候倾向率为-1.38d/10a;≥10℃终日,除烟台外,其余16个气象站点呈推迟趋势,17个气象站点平均气候倾向率为0.74d/10a;17个气象站点≥10℃持续日数均呈增大趋势,其平均气候倾向率为2.12d/10a;17个气象站≥10℃的活动积温均呈现增大趋势,17个站平均气候倾向率为63.10℃·d/10a。

基于冬小麦冠层数码图像的叶面积指数和叶片SPAD值的估算

为探究冠层图像分析技术在冬小麦长势监测中应用,6个施氮水平的田间试验条件下,在冬小麦拔节期采集冠层图像,并同步测定冬小麦叶面积指数和叶片SPAD值。通过图像分析软件计算了冬小麦冠层覆盖度及红、绿、蓝亮度值等10种色彩指数,分析了叶面积指数及叶片SPAD值与色彩指数和冠层覆盖度的相关性,利用逐步回归方法构建了叶面积指数及叶片SPAD值的估算模型。结果表明:冬小麦拔节期叶面积指数与冠层覆盖度及几个色彩指数呈极显著相关;叶片SPAD值与红光标准化值等几个色彩指数呈极显著相关;利用叶面积指数估算模型计算的预测值与实测值的线性回归方程的决定系数为0.771,相对均方根误差为25.181%;利用叶片SPAD值估算模型计算的预测值与实测值的线性回归方程的决定系数为0.644,相对均方根误差为6.734%。相关分析和估算模型验证结果表明,基于冠层图像分析的冬小麦拔节期叶面积指数和叶片SPAD值的监测是可行的。