Initiation of Unmanned Aerial System (UAS) Phenotyping of Plant Height and Canopy Width in Guar

The use of the Unmanned Aerial System (UAS) has attracted scientific attention because of its potential to generate high-throughput phenotyping data. The application of UAS to guar phenotyping remains limited. Guar is multi-purpose legume species. India and Pakistan are the world’s top guar producers. The U.S. is the world guar largest market with an import value of >$1 billion annually. The objective of this study was to test the feasibility of UAS phenotyping of plant height and canopy width in guar. The UAS data were collected from a field plot of 10 guar accessions on July 7, 2021, and September 27, 2021. The study was organized in a Randomized Complete Block Design (RCBD) with 3 blocks. A total of 23 Vegetation Indices (VIs) were computed. The analysis of variance showed significant genotypic effects on plant weight (p < 0.05) and canopy width (p on plant height (p most VIs were significant for both flights (p Vegetation Index (NDVI) and Red Edge Normalized Difference Vegetation Index (NDRE) were significantly and highly correlated with plant height (r = 0.74) and canopy width (r = 0.68). The results will be of interest in developing high throughput phenotyping approach for guar breeding.

不同带宽与行距配置对垄作冬小麦农艺性状、品质及水分利用的影响

为筛选出适宜强筋冬小麦高效的垄作栽培模式,在大田试验条件下,研究常规条播(TCK)、垄作2条带宽幅播种(T2)、垄作常规条播的3条带(T3)及垄作常规条播4条带(T4)不同结构配置处理方式对冬小麦群体分蘖、茎秆特性、光合特性、品质和水分利用效率等方面的影响。结果表明:在冬小麦整个生育时期T4处理下的分蘖数量显著低于其他处理,成熟期时T2处理的冬小麦群体数量显著高于其他处理。4种处理下的叶面积指数随着生育进程的推进呈先升高后降低的单峰曲线波动,在孕穗期出现峰值。在花后7,14,21d,以及TCK处理下的光合作用参数显著低于T2、T3处理,但显著高于T4处理。垄作栽培有助于降低冬小麦株高、重心高度、节间长度,均显著低于TCK处理。随着垄台上冬小麦行距的减少,冬小麦的株高、重心高度、节间长度逐渐升高,三者均表现为T2<T3<T4。T2与TCK、T3、T4处理相比较,其籽粒产量分别提高3.0%、1.5%和14.0%,水分利用效率分别提4.2%、0.6%和10.1%。综上所述,T2是有利于强筋小麦稳产保质节水抗倒的较优栽培方式。

基于实例分割技术的草莓叶龄及冠幅表型快速提取方法

[目的/意义]为解决高通量草莓叶龄及冠幅提取问题,提出一种基于移动式表型平台和实例分割技术的高通量表型提取方法。[方法]利用小型移动式表型平台对温室内盆栽草莓植株的俯拍图像进行数据获取,并利用改进型Mask R-CNN(Convolutional Neural Network)模型对图像进行处理,以此获取草莓植株叶龄信息。首先利用带有分组注意力模块的Split-Attention Networks(ResNeSt)骨干网络替换原有网络,从而提高图像特征信息提取精度和执行效率。在训练时,利用Mosaic方法对草莓图像进行数据增强,并且使用二元交叉熵损失函数对原本的交叉熵分类损失函数进行优化,以达到更好的植株与叶片的检测准确度。在此基础上,对训练结果进行后处理,利用标定比值对冠幅进行计算。[结果和讨论]该方法能够在ResNeSt-101骨干网络下,实现80.1%的掩膜准确率和89.6%的检测框准确率,并且能够以99.3%的植株检测正确率和98.0%的叶片数量检出率实现高通量的草莓叶龄估算工作。而模型推理后草莓植株南北和东西向冠幅测试值与真实值相比误差均低于5%的约占98.1%。[结论]该方法有着较高的鲁棒性,能够为智慧农业下高通量植物表型获取与解析工作提供技术支持。

水稻和陆稻分化相关性状的QTL分析及水旱不同栽培条件下连续选择的影响

本研究以来自云南的地方品种Ch5-10和Ch6-11为亲本,后代用SSD方法而得到的RIL9群体为试验材料,对水、陆稻差异性状(始穗期、剑叶宽、株高等)进行了考察,并利用SSR分子标记构建遗传连锁图谱,进行了各性状的QTL定位;在自然和人工选择的过程中,栽培稻无论是形态上还是基因组上,都发生多种多样的变化。利用F 2群体(父、母本和前述的SSD群体相同)采用Bulk混合选择的方法,在F 4代开始进行水、旱田两种条件下种植,以模拟水陆稻的分化条件,经过5代的种植后繁殖成株系,分别得到CA、CB两个群体。对这两个群体的水陆稻差异性状(始穗期、最高分蘖数、有效分蘖数、剑叶宽、株高等)进行了考察。结果表明,利用SSD方法而得到的RIL9群体对始穗期、剑叶宽、株高等3个性状进行QTL分析,两年共检测到19个QTL,分别位于1,2,3,7,8,9,11号染色体上。其中株高qPH-1效应最大,贡献率为22%(2009年安徽),16%(2009年北京),16%(2010年北京),表现为来自亲本Ch5-10的等位基因增加株高;利用Bulk方法而得到的CA群体(经过水田筛选5代、289个株系)和CB群体(经过旱田筛选5代、332个株系),考察其最高分蘖数、有效分蘖数、始穗期、株高、剑叶宽等5个性状。2009年安徽和北京两地试验发现:两群体间除安徽始穗期和北京剑叶宽差异不显著外,其他性状差异均达到极显著水平。根据氯酸钾抗性和低温发芽力的QTL定位结果,选择qSLtr-2、qSLratio-2、qRL28-2-1和qRL28-4附近的标记RM166、RM5472、RI05751和RM5979,及未定位到QTL的标记RM259对CA群体和CB群体进行基因型分析,两群体间t测验结果表明,RM5472、RI05751和RM5979差异均达到极显著水平,RM259和RM166差异不显著。说明在人工模拟水、陆稻选择的条件下这2个群体有了明显的分化。

古尔班通古特沙漠南缘半固定沙丘固沙灌木株高-冠幅的空间异质性

本文在立地尺度上以古尔班通古特沙漠半固定沙丘上的4个优势固沙灌木种群为研究对象,利用变异函数分析其株高、东西和南北冠幅的各向同性和各向异性的空间变异特征。结果显示:(1)4个种群的株高和冠幅的大小顺序依次为白梭梭(Haloxylon persicum Bunge ex Boiss.et Buhse)、沙拐枣(Calligonum leucocladum(Schrenk)Bge.)、油蒿(Artemisia ordosica Krasch)、蛇麻黄(Ephedra distachya L.)。除蛇麻黄和油蒿无显著差异外,4个种群的株高和冠幅两两之间均有显著差异。(2)4个种群株高和冠幅的变异函数值随间距的增加变化趋势相同,在局部范围内存在一定的波动。(3)株高和冠幅具有较强的空间自相关格局。沙拐枣种群冠幅和蛇麻黄种群株高的空间变异主要由随机性和结构性因素共同决定,而其他种群株高和冠幅的空间变异则主要由结构性因素决定。(4)4个种群株高和冠幅的空间格局较为简单,不同方向上均呈现出空间异质性。

不同栽植密度对互叶白千层生长状况的影响

采用单因素完全随机区组试验,研究4种栽植密度对互叶白千层生长高度、胸径、高径比、冠幅及生物量的影响,选择出最佳栽植密度,为互叶白千层栽植提供技术参考。结果表明:不同栽植密度对互叶白千层高度、胸径、高径比、生物量影响差异极显著,对冠幅影响差异显著。互叶白千层生长高度、胸径、单株生物量及林分生物量均以株行距1.0 m×0.80 m表现最好,以株行距1.0 m×0.50 m表现最差;互叶白千层生长冠幅以株行距1.0 m×1.00 m表现最好,但与其他处理之间相差不大。通过单株产量估算4个栽植密度的亩产生物量可知,株行距1.0 m×0.80 m生物量最高,株行距1.0 m×0.50 m生物量最低。综合分析,株行距1.0 m×0.80 m的单株生物量和林分生物量最大,可作为广西沿海北部湾区域互叶白千层最佳种植密度。

云南龙陵地区不同燕麦品种生产性能比较

[目的]筛选出适宜在云南龙陵及其相似地区种植的饲用燕麦品种。[方法]选用8个燕麦品种,即燕麦01(01牧王)、燕麦02(02燕王)、燕麦03(03爱沃)、燕麦04(04贝勒2号)、燕麦05(05魅力)、燕麦06(06抢手)、燕麦07(07雷神)和燕麦08(08 esk),于2016年4月在云南龙陵种植,对其单株分蘖数、株高、旗叶长、旗叶宽、轮层数和产量进行品种比较试验。[结果]燕麦02单株分蘖数最多,为7.5;其余燕麦种质的分蘖都低于7.5。燕麦02植株高度最高,达到154.18 cm;燕麦08最矮,为112.88 cm。燕麦01旗叶长最长,为50.48 cm;燕麦05最短,为29.11 cm。燕麦03旗叶宽最宽,为2.34 cm;燕麦07旗叶宽最窄,为1.04 cm。燕麦03轮层数最多,为5.25个;燕麦04最少,为4.25个。燕麦02产量最高,为7391.37 kg/666.7 m^(2);燕麦05产量最低,为4818.59 kg/666.7 m2;燕麦02、燕麦03、燕麦06和燕麦08的产量高于平均水平。[结论]燕麦02、燕麦03、燕麦06和燕麦08的生产性能较好,适宜在龙陵及其相似地区推广种植。

新疆野核桃自然保护区分枝成株野核桃胸径树高与冠幅的通径分析

【目的】研究不同发育期分枝成株野核桃冠幅及胸径、树高对其影响程度,为建立更佳冠幅预测模型及目标树经营提供理论依据,达到优化森林经营管理措施的目的。【方法】对新疆野核桃自然保护区不同坡向分枝成株野核桃生长进程中幼苗期、小树期、中龄期、老龄期的胸径、树高与冠幅关系进行通径分析。【结果】1)分枝成株野核桃的胸径在中龄期前生长缓慢,中龄期后生长较快,阳坡(3.6 cm·a^(-1))平均生长速率大于阴坡(3.3 cm·a^(-1));树高、冠幅在中龄期前生长较快,中龄期后生长缓慢,阳坡平均树高、冠幅生长速率(0.7、0.3 m·a^(-1))小于阴坡(0.9、0.4 m·a^(-1))。2)阳坡和阴坡分枝成株野核桃的胸径、树高、冠幅均随发育期增大而增大,同一坡向不同发育期的平均胸径、平均树高差异显著(P <0.05)。3)阳坡和阴坡同一发育期分枝成株野核桃冠幅级组成结构相似,幼苗期、小树期、中龄期、老龄期的冠幅均分别集中分布于0.1~0.5、0.1~2.0、2.0~4.5、3.0~4.0 m。4)阳坡分枝成株野核桃的胸径仅在幼苗期对冠幅的影响有负向作用,树高对冠幅的影响具有显著正向作用且随发育期增长先增加后减小;阴坡分枝成株野核桃的胸径对冠幅的影响随发育期增长由负向转为正向,树高对冠幅的影响具有正向作用且随发育期增大逐渐增大。【结论】由于分枝成株野核桃自身生长权衡机制,冠幅在不同坡向不同发育期主导因子不同,因此灵活选取生长指标预测冠幅比单一指标预测更准确。

玉米株型和幅宽对套作大豆初花期形态建成及产量的影响

在"麦/玉/豆"套作模式下研究了不同幅宽和玉米株型对大豆生长前期形态建成和产量的影响.结果表明:不同株型玉米下大豆生长带的温度、湿度和透光率是导致大豆茎叶形态和组织解剖结构出现差异的直接原因.较大幅宽和紧凑型玉米下大豆的植株较矮,主茎较粗、干物质积累量较大,叶面积指数和比叶质量较高,产量较高;而较小幅宽和松散型玉米下大豆的茎叶生长不良,株高增长过快,主茎柔弱,容易倒伏,产量较低.在1.17m/0.83m(大豆/玉米)幅宽下对不同株型玉米影响下的大豆初花期茎、叶组织切片观察发现,随着荫蔽程度的加重,大豆的叶片变薄,表皮细胞体积变大,角质层变薄,栅栏组织和海绵组织分化不明显,细胞间隙增大;茎的表皮和次生木质部也变薄,薄壁细胞排列疏松,导管分化较迟,韧皮纤维不发达.套作模式下保证全年高产、高效的田间最优配置为:与紧凑型玉米套作,大豆幅宽1.17m,玉米幅宽0.83m.

垄沟种植模式对玉米生长及产量的影响

通过田间试验,设60、90 cm两种垄宽的垄沟种植模式,以传统种植模式为对照,研究了垄沟种植模式对玉米生长和产量的影响。结果表明:60 cm垄宽的种植模式增产效果最为显著,与90 cm垄沟种植模式和传统种植模式相比,60 cm垄沟种植模式玉米株高分别提高11.1%和19.6%;功能叶叶面积分别提高6.46%和10.78%;相对叶绿素含量分别增加6.7%和12.9%;干物质积累分别增加6.9%和10.7%;玉米产量分别提高8.1%和10.7%;土壤水分利用效率分别提高11.7%和5.8%,差异显著。与传统平作种植模式相比,垄沟种植模式能够促进玉米生长发育,提高产量和水分利用效率。在所有处理中,60 cm垄宽的垄沟种植模式的玉米产量和水分利用效率最高。

玉米株型和幅宽对套作大豆碳氮代谢及产量的影响

在玉米/大豆套作模式下,采用玉米株型与种植幅宽二因素裂区设计,研究了不同田间配置对套作大豆碳氮代谢与产量的影响。结果表明,较大幅宽和紧凑型玉米下,大豆被荫蔽的程度有所减缓,碳氮代谢变化趋势朝着利于产量形成的方向发展。主要表现为,茎叶中的碳氮含量和关健酶在各时期保持在较高的水平;R4期后叶片中的淀粉迅速降解为糖运至籽粒,而氮的下降速率缓慢。结合前期的研究,我们得出,R2是大豆经历光照转换的重要时期,该时期植株的碳氮代谢能力对大豆后期产量的形成起着重要的作用。而R6期大豆表现出来的碳、氮代谢水平,又能一定程度反映产量水平。本试验条件下,对玉米、大豆两季作物的经济效益进行分析后得出,利于大豆生长,且保证全年高产、高效的最优组合为:与紧凑型玉米套作,大豆幅宽1.17m,玉米幅宽0.83m。

不同行距与群体密度对甘蔗生长的影响

对福农15号、福农28号和福农39号等3个甘蔗品种在2种行距、3种群体密度下的农艺性状表现和冠层结构特点进行研究,以探明不同行距和群体密度对甘蔗生长的影响。结果表明,福农15号伸长前期长势稳健,中期快,后期慢,适于宽行稀植;福农39号伸长前期、中期长势稳健,后期持续伸长期最长,亦表现出宽行稀植的增产潜力。此外,针对上述品种特性提出了机械化栽培技术要点。

以穴宽为优化目标的大蒜栽植机关键机构运动仿真及优化设计

为了优化适合大蒜栽植机关键机构的工作参数,研究了水稻插秧机分插机构的结构特点,以穴宽作为栽植质量的综合指标,建立了表征穴宽与大蒜栽植机的摇杆式分插机构各参数关系的数学模型。利用ADMAS软件的模型等效仿真功能分析了影响穴宽的因素,利用MATLAB软件对影响穴宽的因素进行了优化计算,优化结果显示理想穴宽与实际穴宽的误差为1.3×10~6mm,说明优化后的分插机构的工作参数符合大蒜栽植农艺需求,研究结果为自走式大蒜栽植机其他关键部件的设计提供了理论依据。

自平衡精量施药施肥植保机的设计与试验

针对施药施肥植保机喷杆不平衡、施肥幅宽小及施肥量不均等问题,设计了一种自平衡精量施药施肥植保机。通过折叠机构、伸缩机构、平衡机构的设计,提高了植保机施肥幅宽;通过GPS定位,对行作业,实现不重施或漏施药肥;根据采集的机具速度,系统自动计算施药施肥量,通过控制药液的流量阀控制施药量,通过气力输送系统和送料量调节机构中容留槽的容留量来控制施肥量,使其与车速波动相匹配以达到精确施药施肥的目的。对植保机进行场地试验和田间试验,结果显示:施肥幅宽达16m,喷嘴排量一致性变异系数10.47%,施药施肥均匀性变异系数23.9%,均优于农业标准,作业效率4~5hm^2/h。

多效性基因Ghd7调控水稻剑叶面积

光合作用是植物的唯一能量来源,剑叶是水稻开花后进行光合作用的主要部位。Ghd7是一个多效性产量基因,能显著提高水稻产量。为了研究Ghd7对水稻剑叶形态的遗传效应,文章利用一个包含190个家系的BC2F2群体对水稻剑叶长度(FLL)、剑叶宽(FLW)和剑叶面积(FLA)进行QTL定位分析。在BC2F2群体,FLL、FLW和FLA性状表型值均显示为双峰分布,符合孟德尔单基因分离比,并均与每穗实粒数呈现显著正相关。在第7染色体上RM3859和C39分子标记间定位到FLL、FLW和FLA的QTL,分别解释变异的73.3%、62.3%和71.8%,均与Ghd7共分离。以珍汕97为轮回亲本,特青和明恢63分别为供体亲本,获得两个Ghd7近等基因系NIL(MH63)和NIL(TQ),FLL、FLW和FLA表型值均比珍汕97显著提高。另外,超表达Ghd7的合江19转基因植株的FLL、FLW和FLA表型值分别比合江19增加了8.9 cm、0.5 cm和17.8 cm2。这些结果表明Ghd7对调控剑叶面积起重要作用。

红穗苔草对天鹅洲湿地淹水时间变化的形态学响应

以天鹅洲湿地的优势种红穗苔草(Carex argyi)作为研究对象,以淹水持续时间作为水位变化的衡量指标,选取3个淹水持续时间不同的位点,研究了淹水时间长短对红穗苔草形态指标的影响。通过野外原位观测试验发现,红穗苔草的株高及叶片的长、宽对淹水时间的长短反应敏感,而单个分株上的绿叶数对淹水时间的长短不敏感。适度的淹水可以显著增加叶片的长度和株高,长期淹水和相对干旱的环境不利于叶片的伸长和株高的增加。短时间淹水处理株高一直维持较高的水平,并保持相对的稳定。淹水会显著增加叶片的宽度,长时间淹水的处理效果更明显,且维持时间较长。长期淹水会提高红穗苔草地上部生物量的分配比例。尽管不同水位点土壤氮含量有显著差异,但是氮对红穗苔草形态指标并无显著的影响。以上实验结果表明,红穗苔草可以通过调节其叶片的形态及地下和地上部分生物量的分配比例来适应淹水胁迫的不利环境,有利于其在水位波动条件下种群的稳定和维持。

香蕉枯萎病对香蕉苗期生长的影响

为了明确香蕉枯萎病菌对香蕉苗期生长的影响,模拟3种病菌侵染途径(带菌土壤、带菌香蕉苗、带菌土壤与带菌香蕉苗),及中低高3种带菌浓度(10、103、106CFU/mL)监测香蕉枯萎病菌4号生理小种(FOC 4)对香蕉苗期茎围、株高、叶片长宽等生长指标的影响,并进行统计分析。结果表明,在接种后第64 d,所有处理香蕉苗的茎围、株高、叶片长宽增长均与空白对照差异显著;在一定范围内,接菌浓度越大,香蕉苗的茎围、株高、叶片长宽生长就越慢,甚至停止生长;接菌浓度低至10 CFU/mL(带菌香蕉苗)依然能使蕉苗发生香蕉枯萎病;90%香蕉苗被香蕉枯萎病菌侵染后叶片出现畸形。

基于网络RTK的离心式无人机变量施药可行性初探

针对植保无人机施药准确性和作业效率需求的提高,验证网络实时动态(Real-Time Kinematic,RTK)载波差分技术在无人机施药上的可行性,设计了一种基于网络RTK的离心式变量施药系统。采用STM32F103为控制核心,通过串口获取GPS定位信息,并连接DTU模块实现网络RTK技术,通过脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)技术调节占空比的大小,从而调节离心喷头的转速以及蠕动泵的流量。系统在工作时,通过农情信息完成处方图构建,通过高精度GPS模块获取经纬度信息,在施药过程中系统实时检索无人机所在位置,调出处方决策信息,按照处方信息调节离心喷头和蠕动泵的输出比例,从而控制无人机的施药粒径大小和施药量大小,并将作业数据上传至监控平台。通过试验表明系统能正确执行变量施药任务;在使用离心喷头进行变量施药任务时,受到系统稳定性和离心喷头特性的影响,在处方交界区域会存在一个不稳定区域;离心喷头在较高转速下进行变化时,在处方交界区域粒径大小的变化越平滑。该结果满足预期试验设计,可为植保无人机变量施药技术改良提供基础与参考。

基于PWM变量喷雾的单喷头动态雾量分布均匀性实验

为研究PWM变量喷雾系统的动态雾量分布均匀性特点,以胭脂红溶液为喷雾试剂,在输送带上放置矩阵式集雾穴盘收集雾滴,采用浓度-吸光度法测量雾量沉积浓度,对单个喷头分别测试了不同PWM频率、PWM占空比和喷雾压力对总体区域、喷雾前进方向和喷杆方向上雾量分布均匀性的影响。研究发现,相较于喷杆方向,PWM频率对单喷头在喷雾前进方向上的雾量分布均匀性影响更大,某一速度条件下PWM频率的最小值应至少保证喷雾的连续性,且无需过大,从而保证电磁阀的使用寿命;当PWM占空比增大到一定值使喷雾流量基本稳定时,PWM占空比的继续增大可同时提高单喷头在喷雾前进方向和喷杆方向上的雾量分布均匀性,而在PWM占空比增大到该定值之前,仅对喷雾前进方向上的雾量分布有明显影响;在雾化效果较好的前提下,喷雾压力对单喷头在喷雾前进方向和喷杆方向上的雾量分布均匀性均有较大影响,且影响效果相反,主要因为随着喷雾压力的增大,雾量更多地向喷杆方向上的两侧和喷雾前进方向上的中间聚集。

不同光照条件对舞春花生长发育的影响

以舞春花的蓝色单瓣品种为研究对象,采用无土栽培技术,以70 000Lx为对照,分设50 000Lx、60 000Lx、80 000Lx、90 000Lx、100 000Lx 5个不同的光照强度;以12h为对照,分设4h、6h、8h、10h 4个不同光照时间进行实验。结果表明:当光照强度处于对照组时,舞春花无论是冠幅、株高还是分枝数都呈上升趋势,当光照强度低于对照组时舞春花生长较慢,高于对照组时舞春花生长较快。由此可知舞春花处于70 000-100 000Lx时生长最好。当光照时间处于8h时,舞春花的冠幅、株高以及分枝数都呈上升趋势,当光照时间低于6h时舞春花生长较慢,舞春花处于8-12h的光照时间时生长最好。