Forecasting Flowering and Maturity Times of Barley Using Six Machine Learning Algorithms

Interior Alaska has a short growing season of 110 d.The knowledge of timings of crop flowering and maturity will provide the information for the agricultural decision making.In this study,six machine learning algorithms,namely Linear Discriminant Analysis(LDA),Support Vector Machines(SVMs),k-nearest neighbor(kNN),Naïve Bayes(NB),Recursive Partitioning and Regression Trees(RPART),and Random Forest(RF),were selected to forecast the timings of barley flowering and maturity based on the Alaska Crop Datasets and climate data from 1991 to 2016 in Fairbanks,Alaska.Among 32 models fit to forecast flowering time,two from LDA,12 from SVMs,four from NB,three from RF outperformed models from other algorithms with the highest accuracy.Models from kNN performed worst to forecast flowering time.Among 32 models fit to forecast maturity time,two models from LDA outperformed the models from other algorithms.Models from kNN and RPART performed worst to forecast maturity time.Models from machine learning methods also provided a variable importance explanation.In this study,four out of six algorithms gave the same variable importance order.Sowing date was the most important variable to forecast flowering but less important variable to forecast maturity.The daily maximum temperature may be more important than daily minimum temperature to fit flowering models while daily minimum temperature may be more important than daily maximum temperature to fit maturity models.The results indicate that models from machine learning provide a promising technique in forecasting the timings of flowering and maturity of barley.

密度控制和追肥对杉木近熟林改培大径材林的效应分析

为构建南岭山区杉木大径材高效培育技术体系,提高大径材产量与质量,将现有林分改培为大径材林是切实可行的途径。本研究以杉木近熟林为对象,采用正交设计进行疏伐与配方施肥改培试验研究。结果表明:在杉木树高-胸径生长模型研究中,幂函数模型有较好的拟合效果,是最理想的树高-胸径生长模型选择;杉木近熟林改培后第3年,处理前、后各材种变化总体呈现出小、中径材逐步减少,大径材逐步增加的趋势,大径材增量最大的是处理2。影响处理前后树高、胸径和单株材积增量的因子效应大小依次为追施尿素、追施过磷酸钙、保留密度,影响大径材出材量及出材率增量的试验因子有差异,增加大径材出材量和提高大径材出材率的最优组合一致。试验结果表明,当密度处于中等或中等偏高水平、尿素和过磷酸钙均处于中等水平时,最利于提高大径材出材量和出材率。

基于试验数据的人工用材林最优轮伐期确定的研究进展

虽然用材林轮伐期研究长期受到国内外众多学者的关注,但有关轮伐期的内涵、轮伐期确定的标准、轮伐期模型选择以及相关变量对轮伐期的影响等方面,依然是众说纷纭,无法为构建用材林提质增效培育模式提供坚实的理论基础。本文通过梳理国内外有关轮伐期确定方面的研究成果,并以我国杉木用材林试验数据作为支撑,意在展示不同轮伐期确定准则、方法和相关影响因素对轮伐期确定的作用机理和过程,并对未来轮伐期的研究方向进行了展望。

樟子松人工成熟林凋落叶“三大素”含量特征及其影响因子研究

揭示樟子松人工成熟林凋落叶“三大素”含量(木质素、纤维素、半纤维素)的变化机理及影响因子,为樟子松人工成熟林的经营提供科学依据。以辽宁省彰武县章古台镇成熟期樟子松人工林(林分生长阶段分别为43、49、65 a,林分密度分别为400、625、800株/hm 2,各3次重复)为研究对象,对凋落叶“三大素”含量的动态及影响因子进行分析。凋落叶木质素、纤维素和半纤维素均在3月出现峰值,2月出现相对较低值。3—6月这3种成分的含量表现为先降低再升高再降低的趋势。在7月3种成分的含量差值最大,分别为木质素(432.44 g/kg)、纤维素(222.34 g/kg)、半纤维素(343.08 g/kg)。10—12月这3种成分的含量整体呈下降趋势。林分生长、林分密度及它们之间的交互作用对凋落叶的木质素、纤维素、半纤维素含量均无显著影响(P>0.05)。但从3种成分含量的均值来看,800株/hm 2林分密度下的木质素和半纤维素含量最高,400株/hm 2林分密度下的纤维素含量最高,且在不同林分密度和生长条件下3种成分含量变化趋势不同。月最大风速与樟子松凋落叶木质素含量之间呈显著正相关(P<0.05)。

米老排近熟林土壤理化性质研究及土壤肥力评价

以桂西南地区米老排近熟林为研究对象,分析不同土层深度土壤容重、有机质含量等20个土壤物化性质指标的差异,为南亚热带气候区米老排人工林土壤质量提升及可持续经营提供科学参考。按照全国第二次土壤普查养分分级标准,米老排参试林分土壤呈强酸性,有机质含量为三级水平,土壤全量养分全氮、全磷和全钾分别为三级、六级和五级水平,土壤速效养分碱解氮、有效磷和有效钾含量分别为四级、六级和六级水平,土壤微量养分交换性钙和镁含量处于中低含量水平,有效铜、锌和硼含量表现为严重缺乏状态。参试米老排森林经营中,需合理施加富含氮素和磷素养分的有机复合肥,促进林木生长发育。

Nutrient Accumulation and Distribution of Mature Pinus massoniana Plantation in Northwestern Guangxi

[Objectives]This study was conducted to reveal the characteristics of nutrient absorption and accumulation in Pinus massoniana plantations in Northwestern Guangxi.[Methods]Based on field investigation and indoor analysis,the contents,accumulation and annual net accumulation of five nutrient elements(N,P,K,Ca and Mg)in a mature P.massoniana plantation(26-year-old)in Nandan County,Guangxi Province were studied.[Results]The contents of nutrient elements in different organs of the mature P.massoniana plantation were the highest in the leaves,followed by the bark,branch and root,and the lowest in the stem.In general,among the contents of the five elements in different organs,N content was the highest,followed by K or Ca,and P and Mg were the lowest.The total accumulation of nutrient elements in the 26-year-old mature P.massoniana plantation in northwestern Guangxi was 1 384.05 kg/hm^2.Among the different structural levels of the stand,the tree layer had the highest accumulation of nutrient elements,which was 1 198.41 kg/hm^2,accounting for 86.59%of the total accumulation of nutrients in the plantation,and the accumulation of nutrients in other layers from the largest to the smallest was the litter layer(91.97 kg/hm^2),herb layer(49.86 kg/hm^2)and shrub layer(43.92 kg/hm^2),accounting for 3.17%,3.60%and 6.64%of the total nutrient accumulation of the plantation,respectively.The annual net accumulation of nutrient elements in the tree layer of the mature P.massoniana plantation was 46.09 kg/(hm^2·a),and the order of the annual net accumulation of different nutrient elements followed N>K>Ca>Mg>P;and the accumulation of 1 t of dry matter needed 6.37 kg of the five nutrients.[Conclusions]This study provides a scientific basis for the rational management of P.massoniana plantations,especially forest soil management.

Carbon Storage and Distribution of the Mature Pinus massoniana Plantation in Northwest Guangxi

[Objectives]This study was conducted to understand the carbon sequestration function of mature Pinus massoniana plantation in northwest Guangxi.[Methods]The carbon storage and distribution in a 26-year-old P.massoniana plantation were investigated through biomass harvesting in Shankou Forestry Farm of Nandan County,Guangxi Province.[Results]The average carbon content of P.massoniana was 489.3 g/kg,and the carbon contents of different organs ranked from large to small as pine needles > trunks > trunk bark > roots > branches.The carbon contents of understory shrub layer,herb layer and litter layer were 453.0,425.6 and 482.5 g/kg,respectively.The soil organic carbon content in forestland varied from 6.20 to 32.15 g/kg,decreasing with the depth of the soil layer.The carbon storage of the mature P.massoniana plantation ecosystem was 232.13 t/hm^2,of which the tree layer,shrub layer,herb layer,litter layer and soil layer were 92.67,1.36,1.12 and 134.49 t/hm^2,respectively,which accounted for 39.92%,0.59%,0.48%,1.07% and 57.94% of the carbon storage of the whole ecosystem,respectively.The annual net productivity of the tree layer of the mature P.massoniana plantation was 10.36 t/(hm^2·a),the annual net carbon sequestration was 5.41 t/(hm^2·a),and the annual net CO2 absorption was 19.83 t/(hm^2·a).[Conclusions]This study provides basic data and scientific basis for rational evaluation of the ecological benefits of P.massoniana plantation in this area.

利用无人机多光谱影像的多品种玉米成熟度监测

基于遥感监测多品种玉米成熟度进而掌握最佳收获时机,对提高其产量和品质至关重要。该研究在玉米成熟阶段获取无人机多光谱影像,同步采集叶片叶绿素含量(chlorophyll content,C)、籽粒含水率(moisture content,M)、乳线占比(proportion of milk line,P)等地面实测数据,以此构建玉米成熟度指数(maize maturity index,MMI),从而定量表征玉米成熟度。通过MMI与植被指数构建回归模型和随机森林模型,验证MMI适用性,并分析无人机遥感对不同品种玉米成熟度的监测精度。结果表明:1)不同品种玉米的叶片叶绿素含量、籽粒含水率、乳线占比的变化速率均存在差异。2)MMI与所选植被指数的相关性均可达到0.01显著水平,其中与归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、转换叶绿素吸收率(transformed chlorophyll absorbtion ratio index,TCARI)相关性最高,相关系数均为0.87。3)该研究基于不同组合的数据集进行了模型验证,其中随机森林模型对MMI的估测精度最高,测试集决定系数(coefficient of determination,R^(2))为0.84,均方根误差(root mean squared error,RMSE)为8.77%,标准均方根误差(normalized root mean squared error,nRMSE)为12.05%。此外,随机森林模型对不同品种MMI的估测精度较好,京九青贮16精度最优,其R^(2)、RMSE、nRMSE为0.76、10.67%、15.88%,模型精度证明了可以利用无人机平台对不同品种玉米成熟度进行监测。研究结果可为多光谱无人机实时监测农田多品种玉米成熟度的动态变化提供参考。

Monitoring of Forests Indicates Decrease of Important Elements in Tree Nutrition of Main Tree Species across the Czech Republic and Slovakia over the Long Term

Authors analysed foliar nutrition data from the ICP Forests(International Co-operative Programme on the Assessment and Monitoring of Air Pollution on Forests)monitoring network in two neighbouring Central European countries:the CZ(Czech Republic)and SK(Slovakia).Authors evaluated altogether seven coniferous(six Norway spruce and one Scots pine)and six broadleaves(five European beech and one Sessile oak)in intensively monitored plots.The longest time series cover more than 20 years(1995-2017 in CZ;1995-2013 in SK).The data show a significant decrease of the concentration of major nutrients,mainly P and K.On roughly half of plots,the concentration of P is near or below the deficiency limit(1.2 g·kg-1),the concentration of K has dropped by 10%to 50%,especially in stands of broadleaves during the evaluated period.Over time P and K have shown significantly decreasing trends on one third of the evaluated coniferous plots and a similar situation has occurred on broadleaf plots.Both countries differ in Mg trends-there is a decrease of Mg concentration in needles in SK compared with Czech coniferous plots.On the other hand,in beech leaves there is a decrease of Mg in both countries,and in CZ the trend over time for Mg is significant.The observed changes in nutrition level with stable or slightly increasing N concentration and with a drop in phosphorus and base cations have led to nutrient imbalance,especially between N and P.

不同经营方式对油松成熟人工林生长和植物多样性的影响

【目的】基于油松成熟人工林,探索一种兼顾生态效益的大径级用材林培育方式,为我国成熟人工林的科学经营提供参考。【方法】以赤峰市旺业甸实验林场47年生和56年生油松人工林为研究对象,选取2013年和2019年调查的近自然经营、常规经营、封育管理样地乔灌草数据,采用双因素方差分析方法比较3种经营方式对油松成熟人工林胸径增长速度、死亡率、幼树更新以及乔灌草多样性的影响差异。【结果】3种经营油松成熟人工林年均胸径增长速度和6年死亡率差异均显著(P<0.05),近自然经营为0.40 cm/a和0.51%,常规经营为0.36 cm/a和1.44%,封育管理为0.31 cm/a和3.55%。6年间,近自然经营的林下植物种类增加3种,常规经营和封育管理分别减少5种和9种。47年生和56年生林分的乔木Shannon-Wiener指数和Simpson指数增长排序为近自然经营>常规经营>封育管理,更新树苗死亡率和47年生林分的草本Shannon-Wiener指数和Simpson指数下降排序为常规经营<近自然经营<封育管理;3种经营对油松成熟人工林的乔木胸径生长和死亡率以及乔灌草多样性的影响差异具有时效性。3种经营56年生油松人工林的年均胸径增长速度、乔木和灌木的Shannon-Wiener指数、Simpson指数均高于47年生人工林,但草本Shannon-Wiener指数、Simpson指数为47年生林分高于56年生林分。【结论】对油松成熟人工林进行合理经营可提升乔木胸径生长速度,降低死亡率并延缓林分植物多样性下降,表明仍有必要对成熟人工林进行合理经营,以获取更好的经济和生态效益;综合比较3种经营对油松成熟人工林大径级林木培育和植物多样性保护的效果,近自然经营是一种理想的经营方式。

广西红锥成熟林土壤的理化特征

【目的】探究广西不同区域红锥成熟林土壤理化特性,综合评价红锥成熟林不同区域土壤质量,为红锥的可持续发展提供理论依据。【方法】以广西10个区域红锥成熟林为研究对象,对其土壤理化特性进行调查,运用主成分分析法综合评价其土壤质量。【结果】1)不同区域对土壤物理性质影响差异显著。土壤容重、最大持水量、毛管持水量、毛管孔隙度均受到土层深度显著影响,随着土层加深,土壤容重递增,最大持水量、毛管持水量、毛管孔隙度大部分表现为递减,自然含水率、非毛管孔隙度、总孔隙度没有规律性。区域和土层深度的交互作用对土壤容重、最大持水量、毛管持水量、非毛管孔隙度、总孔隙度有显著影响。不同区域红锥成熟林土壤物理性质处于中等变异程度;2)不同区域对红锥成熟林土壤化学指标影响差异极显著。土壤有机质、全氮、速效钾、有效氮、速效磷均受到土层深度显著影响,随着土层加深,土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾大部分的区域递减,全钾、全磷、速效氮、pH值变化规律不一。土壤pH值变异程度较弱,有效氮变异程度较强烈,其他土壤养分变异程度中等。除了土壤全氮外,其他养分均处于缺乏状态;3)各区域红锥成熟林土壤质量综合评价结果表明,土壤质量处于中等水平占比50%,处于良水平占比20%,处于差水平占比30%。【结论】总体来说,各区域红锥成熟林土壤的透水性、通气性和持水能力比较协调;土壤均呈酸性,土壤养分处于中等变异程度;土壤质量指数由桂东向桂南递增,红锥成熟林土壤质量整体处于中等水平。广西区域种植红锥能很好地稳定土壤质量和土壤肥力。

基于区域亮度矫正的番茄成熟度定量分级方法

针对现有番茄成熟度分级标准不统一,泛化性有待提高等问题,该研究提出一种基于区域亮度矫正的果面红色着色区域提取的方法。采用R-G法增强番茄表面的红色区域,利用Otsu分割方法提取表面着色区域,判断各着色区域的轮廓树结构以计算着色区域面积占图像总面积的比例作为主要特征,构建多因子融合的随机森林模型以实现番茄成熟度的量化分级。同时,利用基于局部亮度均衡的图像快速修复方法以解决光照变化导致的番茄表面高亮度反射问题。结果表明:以番茄表面着色面积比成熟度评价指标的分级平均正确率为92.96%,相比传统颜色矩和颜色直方图作为评价指标时的分级准确率提高了6.53和20.6个百分点。高亮区域领域像素加权替代法可对番茄高亮区域亮度实现有效矫正,矫正后的未熟、半熟和成熟番茄图像的果面着色区域面积占番茄图像总面积的比例较矫正前提高了0.06、0.15和0.11,分级准确率分别提高了17.24、11.47和4.69个百分点。研究可为番茄成熟度的定量性分级提供决策基础。

间伐和施肥对杉木近熟林土壤微生物特征的影响

为探究大径材培育目标下间伐和施肥对杉木(Cunninghamia lanceolate)近熟林土壤微生物特征的影响,了解微生物生物量碳氮与微生物群落结构的相互关系,以福建省洋口国有林场31年生的杉木近熟林为对象,设置间伐(T)、间伐+施肥(TF)、对照(CK,不间伐不施肥)3种处理,研究不同处理下杉木近熟林土壤微生物生物量碳(SMBC)和土壤微生物生物量氮(SMBN)含量及其化学计量特征(SMBC/SMBN)、土壤微生物熵碳(qMBC)和土壤微生物熵氮(qMBN)的变化规律,采用高通量测序技术分析不同处理下土壤微生物群落结构差异。结果表明,T和TF处理能提高SMBC含量,增大qMBC和SMBC/SMBN,且TF处理的提高幅度较大;T处理会降低SMBN含量和qMBN。经T和TF处理后土壤真菌群落优势菌门的丰富度和多样性指数升高,而细菌与之相反。相关分析表明,SMBN含量、q MBN和SMBC/SMBN与土壤细菌和真菌群落结构关系密切;SMBN含量和q MBN与土壤真菌丰富度、多样性指数呈显著负相关(P<0.05)。综合认为,T和TF处理能够改善林地土壤微生物生存环境,促进真菌生长和繁殖,有利于提高土壤肥力,为杉木大径材培育提供良好的土壤条件。

川黄柏成熟林木生长规律研究

[目的]研究川黄柏成熟林木生长规律。[方法]在湖南省龙山县大安乡采伐川黄柏成年林木3株,按1 m区分段法作树干解析。[结果]川黄柏成熟林木胸径平均生长量前期平稳增长,后期缓慢下降,10年后出现最大值0.93 cm/年;胸径连年生长量前期、中期和后期分别在0.15~0.70、0.70~2.05和0.15~0.70 cm/年波动;树高平均生长量及连年生长量分别在0.5~1 m/年及0.16~2 m/年波动;材积平均生长量持续平稳增长;材积连年生长量前期波动性增长,后期快速下降,10年后出现最大值0.026962 m^(3);林分上层川黄柏于26年和30年进入数量近成熟期和成熟期;立地优良、无林木竞争的川黄柏散生木于21年及26年进入数量近成熟期和成熟期;生长早衰的下层被压木可能于16年和20年进入数量近成熟期和成熟期。川黄柏成熟林木胸高形数0.35。[结论]掌握川黄柏成熟林木生长规律,可为科学经营川黄柏提供基础。

中国主要人工林树种幼龄材与成熟材及人工林与天然林木材性质比较研究

本文对中国１０种人工林和４种天然林的幼龄材与成熟材及４个树种的人工林木材与天然林木材的构造特征、化学性质、物理性质、力学性质的３３项材性指标差异进行了比较研究。结果表明，在幼龄材与成熟材之间，在统计上表现出差异显著性的为幼龄材比成熟材生长轮宽，管胞列数多，管胞短，直径小，微纤丝角大，密度小，径向干缩小，差异干缩大，流体扩散性高，抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗压强度、径面顺纹抗剪强度、径面抗劈力和冲击韧性低等１５项，即４６％的测试项目差异显著；表明在木材加工和用作结构材时应将幼龄材和成熟材视作两个性质不同的总体来考虑，在培育结构材时应研究如何缩短幼年期或改善幼年期材性。在人工林与天然林木材之间，采取人工林幼龄材性质与天然林幼龄材性质相比，人工林成熟材性质与天然林成熟材性质相比，结果表明，多数性质在统计上差异不显著，只有人工林木材比天然林木材胞壁率小、顺纹抗压强度低、差异干缩大、流体扩散性高等４项，即只有１２％的很少数测试项目差异显著；表明有可能通过人工培育的方法培育出与天然林木材性质相近的木材。

抚育间伐对成熟期杉木人工纯林生长量的影响

为解决成熟期的杉木Cunninghamia lanceolata生长受抑制问题,选择生态疏伐、卫生伐等2种处理对成熟期的杉木人工纯林进行抚育间伐,运用方差分析的方法,对60块标准地中杉木生长量的试验数据进行比较分析。结果表明:生态疏伐、卫生伐与对照比较,树高因子生长影响不显著(P>0.05),而胸径、单株材积因子生长影响均达到极显著差异(P<0.01),且生态疏伐的影响较卫生伐影响大。由此可见,给成熟期的杉木人工纯林以足够的生长空间,虽然对林分树高因子生长没有影响,却能有效地促进林木胸径生长,增加单株材积,获得更多优质、高产、高效的木材,提高单位面积的生态效益和经济效益。

固沙林的经营基础与技术对策

在分析固沙林经营目的的基础上，提出了该林种的防护成熟定义，用郁闭度（覆盖度）达到π４为成熟的主要特征，通过冠幅与胸径、胸径与年龄的关系确定防护成熟龄；此外以初始成熟龄和更新龄为时间界限将林分分成３个经营时期：郁闭前期、防护成熟期和更新期，并提出了各个时期相应的经营对策。

浙江省杉木人工林生长模型及主伐年龄的确定

杉木人工林是浙江省主要用材林资源。根据调查资料 ,经过模型拟合和统计分析 ,确定林分生长模型 ,据此计算数量成熟龄 ,以土地期望价最高和内部收益率最大确定经济成熟龄 ,并确定主伐年龄。结果表明 ,杉木人工林的数量成熟龄为 2 4～ 2 9a ,经济龄成熟为 1 7～2 7a ,主伐年龄为 1 9～ 2 6a。不同地位指数的林分间有一定的差异 ,其中 8和 1 0地位指数级主要培育小径材 ,应尽可能提前采伐 ,1 2和 1 4地位指数级培育中小径材 ,可适当提前采伐 ,1 6地位指数级以培育中径材为主 ,可适当延长采伐 ,1 8及 1 8以上地位指数级 ,培育中大径材 ,应尽可能延长采伐年限。表 2参

杉木近熟林施肥试验研究

杉木生长快、材质好、用途广,是我国南方最重要的速生丰产用材树种。对20年生杉木近熟林分进行密度、施肥实验,并对试验后6年的生长结果进行总结,为杉木大径材培育的合理施肥提供理论依据。

油茶成熟林生物量积累及营养分配规律

【目的】探索油茶成熟林油茶不同器官的生物量积累及养分吸收分配规律,为油茶成熟林养分需求和科学施肥及解决油茶低产问题提供参考依据。【方法】选择油茶成熟林样方中具有代表性的调查样株,用标准木的方法测定样株不同器官的生长性状指标、生物量及营养元素含量。【结果】油茶成熟林树高、冠幅生物性状指标呈正态分布,生物量以地上部分占绝对优势。不同器官营养元素均以全氮含量最高,其次为全钾和全磷,铜和硼含量最低。方差分析结果表明,除了全磷和铜外,其余元素含量在地上和地下部分不同器官间的差异均达显著水平(P<0.05)。【结论】油茶成熟林油茶不同器官对各营养元素的吸收分配存在差异,地上部分生物量大于地下部分并侧重于生殖生长;油茶成熟林对N和K需求量大,在施肥时应加大N和K的添加量,防止因缺素造成低产。