基于数据同化系统的作物产量预测研究进展

数据同化系统融合了遥感数据和作物生长模型的优势,是实时监测农业生产状况的有力手段。本文在简要介绍作物产量遥感估测方法的基础上,重点对数据同化算法的发展情况、多源遥感数据在数据同化上的应用潜力、数据同化系统的不确定性以及数据同化系统的尺度效应4方面进行论述。并且针对农业应用现状,提出未来应充分挖掘多源遥感数据、多作物生长模型集合和数据算法的优势,最终实现以机理模型为纽带的作物估产模式,并为制定田间管理策略、规划粮食产业布局和制定进出口贸易政策提供有力的数据和技术支撑。

微塑料和紫外线吸收剂对小球藻(Chlorella sp.)的联合毒性效应

微塑料和紫外线吸收剂作为难降解、持久性强的新型污染物,近年来已成为了国内外环境问题的研究热点。然而,这2类广泛存在于水体中的污染物对海洋微藻的联合毒性仍不明确。本研究添加直径1μm的聚苯乙烯微塑料(polystyrene micro plastics,PS-MPs,10 mg·L^(-1))至不同浓度(50μg·L^(-1)和500μg·L^(-1))的有机紫外线吸收剂阿伏苯宗(butyl methoxydibenzoylmethane,BMDM)海水溶液中,对小球藻(Chlorella sp.)进行7 d的胁迫实验,从生长抑制率、表面形貌和物理特征、光合色素含量、氧化应激水平以及胞外产物(EPS)含量等指标揭示2种污染物对小球藻的联合毒性效应。结果显示:50μg·L^(-1)和500μg·L^(-1)2种浓度的BMDM单一胁迫时,小球藻的最高抑制率分别为26.15%和42.05%,而2种浓度的BMDM与PS-MPs复合胁迫时,小球藻的最高抑制率则分别为15.38%和17.95%,BMDM单一胁迫对小球藻的抑制率高于复合胁迫。原子力显微镜(AFM)对细胞表面的观察发现,与BMDM单一胁迫相比,复合胁迫的小球藻表面凹陷较少,褶皱程度较低。同时,小球藻的表面黏度以及粗糙度均呈现降低的趋势。还原型谷胱甘肽(GSH)含量较低,氧化应激反应减弱。此外,与BMDM单一胁迫相比,复合胁迫的小球藻EPS合成量显著减少,藻胆蛋白(PBPs)的含量较低,而小球藻的细胞密度较高。研究结果表明,PS-MPs和BMDM的联合作用对小球藻的生长表现拮抗效应,即PS-MPs的添加能降低BMDM对小球藻的毒性作用。

高光谱成像技术在水果品质无损检测中的研究进展

优质水果的生产和销售离不开水果品质检测,传统的水果品质检测手段精度低、成本高、时效性差、破坏性强。近年来,随着科学技术的不断进步,低成本、高效率的水果品质无损检测技术得到飞速发展。其中,高光谱成像技术逐渐成为研究热点。综述了该技术在水果品质无损检测方面的技术原理、应用和发展现状,探讨其在水果品质无损检测领域的应用潜力、存在问题、发展趋势以及应用前景。整体来看,高光谱成像技术能够实现不同水果种类、多个水果品质指标的无损、高效检测,如成熟度、糖度、酸度、红色指数等;受硬件技术限制,其发展侧重于数据挖掘方向,即在硬件发展有限的情况下,通过不断更新和优化的针对性算法获得精准的解析结果;另一方面,设备昂贵、数据处理复杂、模型普适性较差是该技术需要进一步优化和改进的主要问题;其未来发展将基于云计算和人工智能的高效数据处理、适用范围更广的水果品质高光谱检测设备研发、多源综合无损检测等研究方向。随着技术的不断发展,高光谱成像技术在水果品质无损检测方面的应用前景广阔,未来将成为水果品质检测的重要手段之一。

无溶剂聚氨酯水泥弹性体的性能研究

为了深入探究无溶剂聚氨酯水泥弹性体的合理配比方案,研究通过试验观察和物理性能测量等手段来确定该材料的组合成分、各成分的添加比例、反应温度和反应时间,进而获取无溶剂聚氨酯水泥弹性体的荷载-位移曲线,通过该曲线来判断不同配比方案下无溶剂聚氨酯水泥弹性体的物理性能,最终确定该材料在物理性能最优化情况下的配比方案。在此基础上,利用光学显微镜来获取无溶剂聚氨酯水泥弹性体的微观物理形貌,发现本次研究所制备出的无溶剂聚氨酯水泥弹性体实现了无溶剂聚氨酯胶与水泥之间的充分黏附,进而实现了水泥韧性的有效提升。

基于高光谱成像的苹果损伤检测方法研究

【目的】研究苹果损伤高光谱特征,建立基于高光谱成像的苹果损伤区域最佳分类模型,为实时、快速、准确地识别苹果损伤提供重要依据。【方法】以北京平谷区收集的苹果样品为研究对象,利用高光谱图像技术检测水果表面机械损伤。利用390~1000 nm范围的高光谱图像(HSI)数据,通过比值光谱分析损伤与正常感兴趣区域(ROI)的光谱响应特性,筛选特征波段,并构建较好地突出损伤区域特征的3种类型光谱指数:归一化光谱指数(NDSI)、比值光谱指数(RSI)和差值光谱指数(DSI)。在此基础上,优选提取损伤区域能力较强的光谱指数,利用迭代自组织数据分析(ISODATA)无监督据聚类算法提取苹果损伤区域。【结果】当苹果表面受到损伤时,光谱反射率变化显著。波段优化后发现,528、676 nm的反射率可以有效识别异常区域。基于选定的特征波段,构建苹果损伤检测的识别光谱指数,包括NDSI、RSI和DSI。光谱指数图像的像素值分析发现,损伤区域特征与正常区域特征在各光谱指数(SI)增强图像中区分明显。两类图像特征的NDSI像素平均值相差最大、达到0.629,表明建立的NDSI对损伤区域及正常区域特征具有较强的区分能力。利用无监督分类方法ISODATA分类,验证了光谱特征指数在检测苹果损伤方面具有较高的特异性,对苹果损伤的检测正确率达到92.50%。【结论】研究结果适用于苹果损伤的实时快速检测,为苹果的精准管理生产提供技术基础与参考。

便携式茶鲜叶品质光谱检测装置研制

品质监测对茶鲜叶适时采摘和茶叶加工品控具有重要意义。该研究基于可见/近红外光谱技术,研发了便携式茶鲜叶品质无损检测装置。该装置分为主机和手柄2部分,主机大小约240 mm×250 mm×240 mm,包括光谱仪、光源、可充电锂电池、稳压板和散热风扇;手柄大小约130 mm×100 mm×30 mm,包括光纤探头、金属灯杯、白参考板和外触发按钮。基于该设备,采集了茶鲜叶500~900 nm范围内可见/近红外漫反射光谱,对比了归一化(Normalize,NOR)、一阶导数(First Derivative,FD)、标准正态变量变换(Standard Normal Variable Transformation,SNV)和概率商归一化(Probabilistic Quotient Normalization,PQNOR)等不同光谱预处理方法对茶叶光谱的处理结果,建立了茶鲜叶干物质含量、水浸出物含量、茶多酚含量的偏最小二乘定量预测模型。结果表明,PQNOR预处理后建立的偏最小二乘预测模型精度最好,干物质、水浸出物和茶多酚含量预测模型在验证集的相关系数分别为0.905、0.896和0.747,均方根误差分别为0.860%、0.559%和0.549%。在茶园对装置的精度进行了现场测试,单片茶鲜叶检测时间约为1 s,干物质、水浸出物和茶多酚含量预测值与测量值的均方根误差分别为0.903%、0.634%和0.551%。该装置可以实现茶鲜叶光谱原位采集和干物质含量、水浸出物、茶多酚的定量分析,对及时掌握茶树生长情况、辅助决策采茶方案和保障茶叶品质具有重要作用。

基于BERT模型的中文短文本分类算法

针对现有中文短文本分类算法通常存在特征稀疏、用词不规范和数据海量等问题,提出一种基于Transformer的双向编码器表示(BERT)的中文短文本分类算法,使用BERT预训练语言模型对短文本进行句子层面的特征向量表示,并将获得的特征向量输入Softmax回归模型进行训练与分类。实验结果表明,随着搜狐新闻文本数据量的增加,该算法在测试集上的整体F1值最高达到93%,相比基于TextCNN模型的短文本分类算法提升6个百分点,说明其能有效表示句子层面的语义信息,具有更好的中文短文本分类效果。

基于冬小麦冠层高光谱的干生物量监测

冬小麦地上干生物量(AGB)能够表征麦田生态系统生产力的大小,提取AGB光谱特征信息和实现其准确估算,对于掌握冬小麦长势情况具有重要的作用。基于连续2 a的氮运筹试验,利用连续投影算法(SPA)提取原始光谱和一阶微分光谱的重要波段,并基于所提取的光谱特征利用多元线性回归(MLR)方法构建AGB的光谱监测模型。结果表明,利用SPA算法可有效降低光谱维度,基于原始光谱所筛选的重要波段分别为528,671,734,910,1 235 nm,而基于一阶微分光谱所筛选的波段为530,669,740,817,1 209 nm;基于一阶微分处理所建立的模型校正集与验证集模型均达到了较高的精度,Y=-5.01+2 043.86R530-7 772.11R669+348.54R740+14 462.04R817+14 196.13R1209,其R2,RMSE和RPD分别为0.72,1.92 t/hm2和2.53;验证集R2和RMSE分别为0.67,2.25 t/hm2。研究表明,结合SPA和MLR可以实现冬小麦AGB的实时估算,研究结果对冬小麦生长状况监测具有一定的参考价值。

基于优化植被指数的多生育期茶叶游离氨基酸含量估算

不同季节的茶叶外形和品质均具有较大差异,针对运用植被指数检测不同季节茶鲜叶游离氨基酸含量存在难度,选取了10个茶树品种3个季节(春茶、夏茶和秋茶)茶鲜叶中游离氨基酸含量数据和高光谱数据进行分析。首先,对原始光谱数据进行5种光谱变换:倒数T_(1/R)、对数T_(1gR)、一阶微分T_(R')、倒数的一阶微分T_((1/R)')和对数的一阶微分T(1gR)',并进一步利用不同光谱变换优化了经典植被指数,最终比较了经典植被指数和优化植被指数对不同季节茶鲜叶游离氨基酸模型的影响。结果表明:茶鲜叶建模集和验证集游离氨基酸含量的变化趋势从大到小均为春茶游离氨基酸含量、秋茶游离氨基酸含量、夏茶游离氨基酸含量;光谱变换优化后的植被指数与茶鲜叶游离氨基酸含量的相关性均高于经典植被指数与茶鲜叶游离氨基酸含量相关性,相关系数绝对值范围为0.10~0.30;基于T_(lgR)VI构建的多元线性回归(MLR)模型在不同季节的建模集和验证集中均得到了较好的精度,且适用于多生育时期茶鲜叶氨基酸含量的估测。基于T_(lgR)VI构建的全生育时期MLR具有较高的精度,建模集决定系数R^(2)和均方根误差(RMSE)分别为0.38和0.72%,验证模型精度R^(2)和RMSE分别为0.20和0.84%。光谱预处理在不同品种、不同生长季的茶鲜叶游离氨基酸检测中具有正效应,优化植被指数为茶叶品质估算提供了有益的技术支持。

基于聚类-改进灰狼算法的设施番茄分割识别方法

设施环境中的果实图像识别是作物生长监控和采摘智能化的关键技术之一。以设施番茄(品种:苏粉14)为研究对象,针对其获取图像果实粘连导致机器作业识别不准确,且识别效果受光线影响等问题,提出了一种改进灰狼算法优化聚类中心的番茄图像自动分割方法,并通过形态学和多尺度Hough变换算法对目标进行提取,完成图像中粘连果实的分割与识别。首先通过添加扰动因子对灰狼算法进行改进,调整搜索半径,增强全局寻优能力,避免算法陷入局部最优,然后利用改进灰狼算法对K均值聚类算法的聚类中心进行优化,模拟灰狼狩猎机制,寻找一组最佳聚类中心,克服原始聚类算法对初始中心点的过度依赖,提高其聚类效果,为识别设施番茄果实提供了良好的分割基础。对分割后的图像进行几何形态学处理,然后通过多尺度Hough圆检测,对果实进行识别和定位。随机选取200幅番茄图像进行实验,实验结果表明,相对于粒子群优化算法和遗传算法等优化算法,聚类-改进灰狼算法在收敛速度、聚类质量和稳定性方面都有显著提升,其中运行时间比K均值聚类算法缩短48.7%,峰值信噪比提高了45.2%,结构相似度提升了10.2%。聚类-改进灰狼算法果实平均识别率为89.2%,比通过K均值聚类算法进行分割的果实平均识别率提高了10.8%,识别率明显提高,实现了番茄果实的识别和定位。

基于冬小麦筋型修正系数的籽粒蛋白质含量遥感预测

为优化冬小麦籽粒蛋白含量(GPC)的遥感预测模型,基于2012-2013、2014-2015和2017-2018年冬小麦生长季的田间试验,以植株氮代谢过程及GPC形成规律为依据,构建“植被指数(VI)-农学参数-GPC”的半机理模型,并在此基础上通过引入筋型修正系数λ优化“PNC-GPC”模型,修正小麦筋型对模型的影响,进一步提高“VI-PNC-GPC”模型的精度。结果表明,选取的VI与植株氮浓度(PNC)均极显著相关,其中比值光谱植被指数(RSI)与PNC的相关性最高,相关系数达到0.777,建立的PNC估算模型的决定系数(r^2)达到0.604,验证nRMSE为9.93%;构建的PNC-GPC模型为GPC=(5.843×PNC+4.847)×λ,r^2=0.792,验证nRMSE为7.43%;对比不考虑冬小麦筋型的“RSI-PNC-GPC”模型,其r^2提高了0.145,验证的nRMSE降低了0.86%。综合来看,以PNC为中间变量,通过考虑不同筋型的差异构建的筋型修正系数可以更加准确地预测GPC。

基于生长度日的冬小麦植株氮浓度监测

光谱饱和现象是作物光谱监测中广泛存在的问题。基于连续3a田间试验,对拔节期、挑旗期和开花期的植被指数(VI)和当季估计指数(INSEI)分别对植株氮浓度(PNC)进行监测,并利用独立生长季数据对模型验证。结果表明,植被指数在低PNC条件下发生饱和现象,且受作物生长阶段的影响;基于INSEI的光谱监测模型有效降低了作物生长阶段对于PNC监测的影响,其中,INSEINDVI的PNC监测模型精度最佳,建模集R2和RMSE分别为0.75和0.36%,验证集R2和RMSE分别为0.72和0.52%。基于生长度日的植株氮浓度监测在一定程度上克服了光谱饱和现象,为冬小麦长势监测提供了理论和技术支持。

非天然磷脂化合物磷脂酰基γ-羟基丁酸的合成

首次利用生物酶催化法对非天然磷脂化合物磷脂酰基γ-羟基丁酸(phosphatidylbutyricacid,PB)的合成工艺进行了系统的探究。采用磷脂酶D(phospholipaseD,PLD)在有机溶媒-水两相体系中催化磷脂酰胆碱(phosphatidylcholine,PC)和γ-羟基丁酸钠(sodiumγ-hydroxybutyrate)发生磷脂酰基转移反应合成PB。实验结果表明,有机溶媒、底物摩尔比、反应温度、水相pH都对磷脂酰基γ-羟基丁酸的制备有一定的影响。确定最佳工艺为:以氯仿为有机溶媒,底物摩尔比(γ-羟基丁酸钠/PC)为90∶1,反应温度为30℃,水相pH为5.5,反应时间为6h,在此工艺条件下的磷脂酰基γ-羟基丁酸的产率为73.51%。

海洋硅藻细胞表面物理化学特性对镉累积的影响

硅藻是海洋生态系统中主要的初级生产者,在全球碳循环中扮演重要角色。硅藻在镉(Cd)的生物地球化学循环中同样发挥了关键的作用。营养盐、盐度、pH、光照、温度等因子可改变Cd在硅藻中的累积,但其关键过程尚未清楚。借助多功能原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)、非损伤微测(NMT)等先进表征手段,可定量研究硅藻细胞的表面物理化学特性。本综述讨论环境因子对细胞表面粗糙度的影响,探索粗糙度-表面功能基团-电势之间的联系,从微观层次揭示硅藻细胞与Cd之间的相互作用,诠释硅藻吸附金属Cd的过程。

大学生攻击性行为与人际交往困扰的关系

了解大学生攻击性行为及人际交往困扰的现状,探讨大学生人际交往困扰对其攻击性行为的影响。根据随机抽样的原则,选取某省四所高校大一至大四年级的347名本科生为被试,实行问卷调查,采用中文大学生版Buss-Perry攻击性量表来测量大学生的攻击性行为倾向,采用郑日昌的人际关系诊断量表来测量大学生的人际交往困扰,使用SPSS 17.0进行数据分析。结果显示:①在人际交往方面存在一定程度困扰和严重困扰的大学生占半数以上,大学生攻击性行为倾向基本上处于中等程度,其中冲动维度平均分较高,达到了3.1。②大学生人际交往困扰程度在年级(F=6.324,P<0.01)、专业(F=5.71,P<0.01)、恋爱状况(F=5.849,P<0.01)、生源地(t=3.409,P<0.01)、父亲教养方式(F=7.832,P<0.01)、母亲教养方式(F=8.139,P<0.01)、父母间关系(F=5.294,P<0.01)的分布上差异有统计学意义。③大学生攻击性行为倾向在专业(F=3.347,P<0.05)、生源地(t=2.993,P<0.01)、是否独生子女(t=2.571,P<0.05)、父亲教养方式(F=3.192,P<0.05)、母亲教养方式(F=5.901,P<0.01)的分布差异有统计学意义。④与异性交往能力维度和身体攻击维度、冲动维度之间,交际与交友维度与身体攻击维度之间不存在相关,除此之外大学生人际交往困扰和攻击性行为各维度间均呈正相关。⑤待人接物、交谈对大学生的攻击性行为起到显著的正向预测作用,可以解释大学生攻击性行为的20.9%。可见,大学生人际交往困扰程度较高;人际交往困扰和攻击性行为呈正相关,其中,待人接物、交谈对大学生的攻击性行为有正向预测作用。

当代大学生社会安全感现状及影响因素

目的:了解当代大学生的社会安全感现状及其原因,为维护其心理健康提供参考。方法:根据随机抽样的原则,选取某高校大一到大四的226名大学生为被试,实行问卷调查,采用安全感量表为调查工具,安全感量表由人际安全感因子和确定控制感因子构成,量表得分越高,安全感越强。结果:当代大学生的安全感(53.38±10.69)处于中等偏上水平(单个项目均值大于3),差异检验发现,性别、城乡来源、上学或就业情况、是否正在恋爱、是否是独生子女对安全感的影响差异没有显著性,同伴关系和气质类型对安全感总分的影响差异有显著性(F=11.295,P<0.01;F=7.770,P<0.01)。结论:当代大学生的社会安全感会受到同伴关系和气质类型等因素的影响。

信息技术与小学数学空间与图形教学的整合研究

在教育信息化发展的背景下,信息技术成为了课堂教学中不可缺少的教学工具。小学数学课堂教学与信息技术的整合,符合小学生的认知规律,具有激发学习兴趣,降低学生数学学习难度的作用。本文以空间与图形教学为例,阐述了信息技术与小学数学整合的意义与方法,以供参考。

沱江沉积物中有机氯农药分布特征及其与藻类有机质的关系和生态风险评估

使用气相色谱⁃质谱联用仪分析了长江支流沱江流域48个表层沉积物中有机氯农药(organochlorine pesticides,OCPs)的残留水平,探讨了其分布和组成特征及其与总有机碳(total organic carbon,TOC)、藻类有机质之间的关系,以及评估其生态风险.结果表明沱江流域表层沉积物中OCPs的总含量为3.17~127 ng·g-1,其中六六六(hexachlorocyclohexane,HCHs)类农药的含量为2.83~86.0 ng·g-1,滴滴涕(dichlorodiphenyltrichloroethane,DDTs)类农药的含量为0.340~40.9 ng·g-1.OCPs空间分布特点为:上游<中游<下游<支流.HCHs和DDTs的组成成分分析表明,沱江流域存在林丹输入的现象,主要来自于历史残留,这与绝大多数流域的DDTs的输入状况相似.OCPs含量与TOC、藻类有机质含量之间存在着极显著的正相关性关系,表明藻类有机质在TOC对沉积物中的OCPs分配中起更为重要的作用.生态风险评估表明,沱江流域表层沉积物的有机氯农药存在较大的生态风险,可能对河流的底栖生物及生态环境造成明显的影响.

孕晚期营养因素与子痫前期的病例-对照研究

目的探讨孕晚期膳食摄入情况与子痫前期发生的关系。方法采用1∶1匹配的病例-对照研究,选择2016年3—12月在郑州大学第一附属医院产科住院分娩的子痫前期患者131例为病例组,按照年龄±3岁、孕周±2周,随机选取血压正常且没有蛋白尿的孕妇131例为对照组。通过食物频率问卷(FFQ)及自制孕期健康危险因素调查问卷,调查研究对象近3个月的膳食摄入情况,并计算平均每天各种营养素的摄入量,采用条件Logistic回归对统计结果进行分析。结果多因素条件Logistic回归发现,病例组的孕前体质指数(OR=1.18,95%CI 1.08～2.82)和孕期增重(OR=1.51,95%CI 1.15～1.97)均高于对照组,该组孕妇红黄色水果(OR=0.76,95%CI 0.60～0.98)的摄入量、以及膳食中维生素C(OR=0.57,95%CI 0.33～0.99)和叶酸(OR=0.36,95%CI 0.18～0.72)摄入量均低于对照组,两组之间的差异有统计学意义(P<0.05)。结论过高的孕前体质指数和孕期增重过多是子痫前期的危险因素,妊娠期适当增加红黄色水果的摄入有利于预防子痫前期的发生,维生素C和叶酸的摄入可能是子痫前期的保护因素。

综合艺术治疗用于提升失独老人主观幸福感的进展

调查表明,失独老人心理健康状况低于平均水平,存在沮丧、空虚、苦闷、孤独、无助和无意义等消极体验,且自我认知、情绪体验和社会适应方面状况令人担忧。主观幸福感(subjective well-being)作为反映失独老人生活质量的重要指标,是其对自身生活满意程度的认知评价。提升失独老人的主观幸福感,改善其生活质量,探索行之有效的针对失独老人群体的心理辅导方式尤为重要。本文立足国情,从积极发展的视角,在综合论述国内外有关老人或失独老人主观幸福感的测量、影响因素与提升等方面研究进展基础上,提出融入音乐、绘画与心理情景剧等多维手段的综合艺术治疗用于提升失独老人主观幸福感的团体辅导的独特优势,重点探讨运用综合艺术治疗方式提升失独老人主观幸福感和生活质量的可行性与必要性,旨在完善我国关于失独老人主观幸福感的相关研究,提升其生活质量,为创建和谐文明社会提供有益启示。