基于多源卫星遥感影像的广西中南部地区甘蔗识别及产量预测

针对广西地区作物种类多、蔗区调查复杂度高,以及因天气多变导致的卫星遥感图像获取困难等问题,该文提出了一种基于Sentienl-2影像的语义分割改进算法用于自动识别甘蔗种植区域,并在多时相的Sentinel-2和Landsat8影像数据基础上,提出了一种代表性光谱特征提取方法构建甘蔗产量预测模型。首先在轻量级网络BiseNetV2中加入了高效通道注意力模块(efficient channel attention,ECA),构建了ECA-BiseNetV2模型识别蔗田的种植区域;然后从识别到的甘蔗种植区域中提取不同时期的多种植被指数,利用线性回归模型将Landsat8植被指数转化为Sentinel-2植被指数,以减小Sentinel-2和Landsat8的数据差异;接着对各蔗区、各生长周期内的植被指数时间序列数据进行三次曲线拟合,提取最大值作为代表性光谱特征;最后使用了多种机器学习算法构建产量预测模型。结果表明,所提出模型总体精度达91.54%,甘蔗查准率达95.57%;基于植被指数拟合最大值构建的决策树模型的测试集R 2为0.792,比采用实际最大值构建的相应模型(R 2=0.759)提升了4.3%。该方法可有效解决因天气问题导致的甘蔗关键生长期遥感图像缺失而难以准确构建产量预测模型的问题,展示出较强的应用性。

我国甘蔗梢叶综合利用技术研究与应用

作为甘蔗糖业的大宗副产物,甘蔗梢叶产量大且营养活性成分丰富,是优质的可再生资源。然而我国甘蔗梢叶综合利用率低,且高附加值产品少,未能充分发挥其优质资源优势。因此,文章结合甘蔗梢叶营养与肥效等特性,概述我国目前主要开发及产业化应用的甘蔗梢叶综合利用技术,包括制备反刍动物饲料、作锅炉燃料、粉碎还田或与滤泥混合堆沤还田、制备甘蔗梢叶饮料及提取活性物质等工作原理、研究及应用现状,并分析存在的主要问题,如高营养价值饲料仍处于起步阶段,综合利用产值低;锅炉燃料化技术推广应用缺乏关键理论与技术支撑;粉碎还田可能会增加甘蔗病虫鼠害风险;甘蔗梢叶饮料规模化生产缺乏适宜清净方法;活性物质的提取率低等。同时介绍近年新兴的甘蔗梢叶综合利用技术,如作中药材、畜禽养殖发酵床垫料及生产水产动物饲料、制备活性炭及其功能材料等。认为未来我国甘蔗梢叶发展应结合我国糖业主要发展趋势和相关产业发展需求,重点完善甘蔗梢叶制备发酵蛋白饲料、高腐质化肥料、中药材、活性炭及功能材料、饮料,以及活性物质提取等综合利用技术的关键理论研究并实现技术升级,加快这些技术推广应用;同时强化甘蔗梢叶新的综合利用技术开发,开发甘蔗梢叶新的应用途径,为早日实现我国甘蔗梢叶高端化利用打下理论基础或提供技术支撑。

基于甘蔗耕地黏土离散元参数标定的流变模型构建

针对华南宿根甘蔗的耕地土壤因多级复合团聚显现的逐层异构黏重性,为表征其特异性流变行为,该研究通过重黏土的离散元参数标定,构建团粒几何、力学属性多层演变的非匀质耕层模型,进而分析仿生壁板的推进阻力。结合休止角与三轴压缩试验及仿真结果,JKR表面能、恢复系数与动摩擦因数是影响重黏土流变响应的显著因子,不同耕层间参数差异明显。蕴含团粒级配分布、本征接触属性与黏聚特性的离散元模型具有表征多耕层复合流变性能的能力,通过三轴力学试验验证得到的本构响应偏差低于9.27%。采用该模型计算出的仿生耕作壁板推进阻力与土槽实测推进阻力之间的相对误差仅8.3%,表明对机具—土料互作关系的预测有效且较准确。研究结果可为触土部件适应性设计与动力学优化提供数据支持和模型参考。

基于多种机器学习算法预测广西蔗区甘蔗产量

[目的/意义]分析广西甘蔗主产区甘蔗产量与气象因素的关系,利用气象数据预测甘蔗产量,为糖厂及相关管理部门提供科学的数据支撑。[方法]选用2002~2019年广西五个不同地级市内蔗区的产量数据及14种逐日气象数据,将每年的各气象因子以78个逐月递增的连续时段的均值与产量进行相关性分析,根据敏感时段分析法确定关键气象因子,并分析各气象因子在敏感时段对产量的影响。分别利用BP神经网络(BP Neural Network,BPNN)、支持向量机(Support Vector Machine,SVM)、随机森林(Random Forest,RF)、长短期记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)建立单蔗区产量预测模型,并采用以全生育期气象均值作为模型输入的方法进行对照实验。使用HP滤波法(Hodrick Prescott Filter)分离出甘蔗气象产量,将5个蔗区的数据混合,分别利用RF、SVM、BPNN和LSTM建立通用的多蔗区气象产量预测模型。[结果和讨论]对于单蔗区,敏感时段分析法的模型预测效果明显优于全生育期取气象均值的方法,LSTM模型对于上述两种数据处理方法的预测效果均明显优于目前广泛使用的BPNN、SVM、RF模型,敏感时段分析法的LSTM模型整体的均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)和平均绝对百分比误差(Mean Absolute Percentage Error,MAPE)分别为10.34 t/ha和6.85%,决定系数R_(v)~2为0.8489。对于多蔗区,LSTM预测结果较差,RF、SVM及BPNN三种预测模型都取得了良好的效果,预测效果最好的BPNN模型的RMSE和MAPE分别为0.98 t/ha和9.59%,R_(v)~2为0.965。[结论]通过敏感时段分析法筛选的关键气象因子与产量均呈显著相关,根据敏感时段能准确地分析各气象因子对产量的影响。使用LSTM模型预测单蔗区产量,使用BPNN模型预测多蔗区甘蔗气象产量的方法是可行的,且预测误差在可接受范围内。

巴西固氮甘蔗品种和广西主栽甘蔗品种氮代谢差异比较

[目的]探讨从巴西引进的甘蔗品种与广西主栽甘蔗品种在低氮条件下种植的氮代谢差异,以及这种差异与其固氮酶活性之间的关系。[方法]以巴西引进的甘蔗固氮品种和广西主栽的甘蔗品种为材料,在低氮条件下进行桶栽试验,在甘蔗的生长初期、生长盛期及生长后期分别取甘蔗品种的叶片样本分析其氮代谢和铵同化相关的酶活性和固氮酶活性,并分析各指标间的相关性。[结果]不同甘蔗品种的固氮活性不同,其总体表现为巴西引进的甘蔗品种的固氮酶活性都高于当地主栽品种;除了RB72-454品种外,几个巴西品种的硝酸还原酶活性都较高,当地甘蔗品种与巴西引进甘蔗品种的硝态氮含量和谷氨酰胺合成酶活性相差不大;固氮酶活性与几个氮代谢相关指标的相关性分析表明,除了铵态氮含量与固氮酶活性成负相关外,其他几个指标与固氮酶活性都没有太大的相关性,铵态氮对甘蔗体内的固氮酶活性有显著的抑制作用。

关于加快甘蔗源头创新、保障国家食糖安全的建议

甘蔗是最重要的糖料作物之一,而食糖是关乎国计民生的重要农产品。为加快蔗糖产业的高质量发展,通过分析当前甘蔗产业发展的现状,从品种选育、土壤改良、高效栽培和产业政策等方面提出了4项建议。(1)加强甘蔗种质资源收集、评价和利用,选育高产、高糖、抗病、宿根年限长和适宜机收的突破性品种;(2)加强蔗区深度宜机化改造、提高蔗区耕地质量;(3)加强甘蔗产业提质增效整装技术的研发、集成创新与示范推广;(4)加强蔗糖产业的保护、扶持及相关政策支持。本研究将为促进糖料产业生产发展的高质量发展、保障国家食糖安全提供参考。

甘蔗VAMP相关蛋白ScPVA12与甘蔗花叶病毒P3N-PIPO的互作研究

植物囊泡膜蛋白相关蛋白PVA12 (plant vesicle-associated membrane protein (VAMP)-associated proteins homolog12)属于VAP27家族蛋白,在细胞中介导内质网囊泡运输以及膜融合。甘蔗(Saccharumspp.hybrid)PVA12应答甘蔗花叶病毒(Sugarcane mosaic virus, SCMV)侵染尚未见报道。本研究从栽培种新台糖22号(ROC22)中克隆了PVA12基因,命名为ScPVA12。该基因开放读码框(open reading frame, ORF)的长度为735 bp,其编码长度为244 aa的蛋白。生物信息学分析表明,ScPVA12是一种不稳定的亲水性脂溶蛋白,C端具有跨膜结构域;二级结构中无规则卷曲占比最高;进化树分析表明,该蛋白在单子叶和双子叶植物中存在明显分化。酵母双杂交(yeast two-hybrid, Y2H)和双分子荧光互补(bimolecular fluorescence complementation, BiFC)试验表明, ScPVA12与SCMV-P3N-PIPO蛋白互作。亚细胞定位试验表明ScPVA12定位于内质网。共定位试验表明ScPVA12与SCMV-P3N-PIPO共定位于内质网。实时荧光定量PCR分析发现,ScPVA12基因在甘蔗各组织中均有表达,在第8节间中的表达量最低,在正七叶中的表达量最高;SCMV侵染对ScPVA12基因表达影响显著,在SCMV胁迫下ScPVA12基因先下调表达,后期恢复正常水平。

透射式可见-近红外光谱法检测活体甘蔗纤维分

甘蔗的纤维分是甘蔗选育过程和制糖、造纸等行业生产中不可忽视的因素,采用透射形式的可见-近红外光谱法对活体甘蔗纤维分进行无损检测具有重要意义。采集了6个品种不同生长阶段的123个甘蔗蔗茎样本,将其按2∶1的比例采用Duplex样本集划分方法分为校正集(82个样本)和预测集(41个样本)。以120°的测量夹角获取了蔗茎在去除蜡质前后两种不同状态下的透射光谱,并选取噪声较小且幅值变化明显的670~950 nm波段作为实际建模波段。观察波形发现,去除蜡质后蔗茎的透光率显著增高,且建立偏最小二乘(PLS)回归模型分析了蜡质对于模型预测能力的影响,去蜡后的蔗茎样本建模效果更为良好。将一阶微分(FD)、连续小波变换(CWT)、标准正态变换(SNV)等9种预处理方法分为基线校正、散射校正、平滑处理、尺度缩放四个步骤。按各步骤的顺序进行排列组合产生108种预处理组合,分别对处理得到的光谱数据进行PLS建模分析,最终得到了综合建模效果最优的预处理方法FD+SG。为筛选得到携带最有效信息的波长,采取无信息变量消除法(UVE)、遗传算法(GA)、竞争性自适应重加权采样法(CARS)以及随机青蛙算法(RF)等有效变量提取算法对最优预处理后的透射光谱进行重要波长筛选。分别对各算法提取出的重要波长进行PLS建模分析,其中采用UVE方法提取出来的重要波长建模效果最好,所选波长的数量为40个,占全波段的14.3%。预测集的决定系数(R^(2)_(p))为0.73,比相同预处理下的全波段PLS建模结果提升了14.1%,预测集的均方根误差(RMSEP)为0.88%(%表示甘蔗纤维分的单位),比全波段建模结果下降了14.6%。研究结果表明,可见-近红外透射光谱能够对活体甘蔗纤维分进行有效预测,此研究可为相应便携式传感器的开发提供理论依据,为甘蔗育种、各行业生产的节本增效提供技术支撑。

甘蔗糖厂新型硫气净化冷却装置的开发与应用

硫熏中和是亚硫酸法制糖生产的重要工序,而硫气质量好坏直接影响着硫熏中和清净效果,进而影响生产与产品质量。本文系统介绍新型硫气净化冷却装置的工作原理、组成及技术特征,并总结其实际应用效果。实践表明,应用该装置后,硫气中SO_(3)和升华硫的去除率分别为92.67%和100%,灰分含量降低97.7%;白砂糖质量全面提升,色值、SO_(2)、灰分、浑浊度等指标明显下降。表明该设备对硫气净化冷却效果明显,在糖厂应用前景广阔。

多荧光标记引物增强甘蔗染色体寡聚核苷酸探针杂交信号

荧光原位杂交技术(fluorescence in situ hybridization,FISH)是植物分子细胞遗传学研究最为重要的手段之一。近些年,基于参考基因组设计的低拷贝寡聚核苷酸探针在FISH中应用得越来越广泛。然而,由于植物基因组中分布大量的重复序列,这使得oligo-FISH的分辨率存在一定局限性。利用包含多个荧光基团的荧光PCR引物,扩增出甘蔗染色体特异oligo探针,并进一步优化甘蔗的荧光原位杂交体系,提高了甘蔗oligo探针识别近缘物种染色体的效率。通过开发多荧光标记的甘蔗oligo探针以及甘蔗荧光杂交体系的优化,有效拓宽荧光信号的最小分辨率,提高信噪比(signal-to-noise ratio,SNR),并成功基于甘蔗oligo探针对高粱1-10号染色体分型。多荧光标记引物增强oligo探针信号的新方法及FISH体系的优化为今后在其他物种中提高oligo-FISH鉴定染色体及捕捉微弱的荧光信号提供了参考。

甘蔗糖厂多次元精准配比低温新型燃硫炉系统的开发与应用

本研究开发并介绍了新型低温燃硫炉系统,分析了该系统在亚硫酸法甘蔗糖厂实际生产中的应用效果。结果表明:新型燃硫炉系统能够显著提升清混汁纯度差,澄清效果明显改善。同时,白砂糖质量明显提升,其中色值降低10%以上,AA级白砂糖产率提升20%左右。该应用对于提高亚硫酸法甘蔗糖厂生产澄清效果,提升产品质量,降低生产成本,促进生产向自动化、智能化发展具有重要的意义。

花叶病胁迫下甘蔗叶片叶绿素含量的高光谱预测模型

叶绿素含量是甘蔗在生长监测中非常重要的评估内容,尤其是在甘蔗受到病害侵染的情况下,准确估计叶绿素含量有利于病害的早期检测与防治,在实际生产中具有重要意义。为了构建花叶病胁迫下甘蔗叶片叶绿素含量估计模型,于2021年7月到11月通过人工接种病菌,使甘蔗叶片感染花叶病。对这些感染了花叶病的叶片重复测量高光谱数据。并通过化学方法测量叶片的叶绿素含量,以此建立花叶病胁迫下的甘蔗叶片高光谱数据集。首先使用Savitzky-Golay卷积平滑(SG)、多元散射校正(MSC)、变量标准化(SNV)、一阶导数(1^(st)D)、二阶导数(2^(nd)D)5种高光谱数据预处理方法建立偏最小二乘回归(PLSR)检测模型,从而构建高光谱数据最优预处理模型。利用最优预处理结果,分别采用相关系数、连续投影算法(SPA)和随机森林算法(RF)筛选特征波段。将筛选出的波段分别和BP神经网络(BPNN)、支持向量回归(SVR)、K最邻近法(KNN)等机器学习模型结合建立叶绿素含量预测模型。结果表明,基于SG处理后建立的PLSR模型精度最高R_(p)^(2)=0.9952,RMSE_(p)=0.2353 mg·cm^(-2)。用RF筛选出的特征波段与BPNN学习模型结合的SG-RF-BPNN模型为花叶病胁迫下甘蔗叶片叶绿素含量的最优预测模型,R_(p)^(2)=0.9964,RMSE_(p)=0.2058 mg·cm^(-2)。提出的基于高光谱信息的花叶病胁迫下的叶绿素含量预测模型具有较高的精度和预测能力,可为大面积种植的甘蔗精准、无损伤的病害胁迫检测提供科学依据。

不同水肥供应对宿根甘蔗叶片矿质营养的影响

以新台糖22号甘蔗为试验材料,采用裂区设计,研究甘蔗伸长期不同配比供水量和施氮水平对甘蔗吸收矿质营养氮、磷、钾效应的影响。结果表明,伸长期每公顷施氮量360kg、每旬供水量40.0m(3相当于每旬降雨量60mm)的高水中氮处理对甘蔗吸收氮素的效应最佳;每公顷施氮量540kg、每旬供水量40.0m(3相当于每旬降雨量60mm)的高水高氮处理对磷素的吸收效应最佳;氮与钾1∶1施用量配比的中氮处理对钾素的吸收效应最佳。

果酒生产中甲醇控制技术的研究进展

甲醇是果酒酿造中产生的一种有害化学物质,严重威胁着消费者的身体健康。果酒中甲醇的存在一直制约着果酒产业的发展,引起越来越多的研究者关注。因此,该文详细综述甲醇的产生过程、机制以及影响因素,并重点对不同甲醇控制技术在实际应用中的挑战和果酒新型酿造工艺应用于果酒甲醇含量控制的可行性进行讨论,以期为果酒生产中甲醇含量的有效控制提供新思路和理论指导。

喷涂沉积纳米纤维素包装膜的研究进展

根据纳米纤维素包装膜常规制备方法存在的连续性差、生产时间长、膜可操控性差等问题,从机械性能、阻氧性能、防潮性能方面综述喷涂沉积法制备纳米纤维素包装膜机理及包装应用优势。喷涂沉积法制备纳米纤维素包装膜的研究为快速有效地制备纳米纤维素包装膜,保证生产程序的连续性,更好地实现在食品、生物医学、军事等方面的包装领域应用,为新型包装材料提供理论基础并进行展望。

冰水浸苗对不同甘蔗品种生理生化特性的影响

以耐寒性较强的新台糖16号(ROC16)和耐寒性较弱的新台糖22号(ROC22)为对照品种,与6个甘蔗新品种进行耐寒性比较,研究低温冻害对甘蔗幼苗生理生化特性的影响以及不同品种的耐寒性差异。结果表明,8个品种3种不同冰水浸苗时间处理的平均细胞膜透性、MDA含量、脯氨酸含量均有上升,而平均根系活力和SOD活性均有下降。综合得出以下结论:参试的6个新品种中赣蔗18号和桂糖94-119的耐寒性优于耐寒性较好的对照品种ROC16,台引2号的耐寒性比ROC22差,桂辐98-296、桂糖00-122和桂引9号的耐寒性介于ROC16和ROC22之间。

喷施黄腐酸对干旱胁迫下甘蔗苗期叶绿素荧光参数及丙二醛的影响

分别对具4～5张完全叶桶栽甘蔗品种ROC22#和园林6#叶面喷施黄腐酸,分别为正常供水0(CK1)、0(CK2)、200、400、800、1200mg/L黄腐酸,研究在不同胁迫程度下不同浓度黄腐酸对甘蔗叶片叶绿素荧光参数、丙二醛(MDA)含量变化的影响。结果表明,经过黄腐酸处理后甘蔗叶片的PSⅡ原初光能转换效率(Fv/Fm)、光合量子产额(Yield)、光化学淬灭系数(qP)数值在中度和重度水分胁迫下都高于干旱对照CK2,品种和处理间参数的变化有差异;非光化学淬灭系数(qN)值则与正常供水对照比较没有大的差异。黄腐酸处理后甘蔗叶片MDA含量随处理浓度增大而降低,且明显低于干旱对照CK2。从2个参试品种6个处理浓度综合分析,水分胁迫下喷施黄腐酸可提高ROC22#和园林6#甘蔗苗期的抗旱性,以200、400mg/L处理效果较好。

5个甘蔗新品种(系)的抗旱性研究

[目的]研究桂糖30号等5个甘蔗新品种(系)的抗旱性。[方法]采用桶栽和人工控水的方法,对桂糖30号等5个甘蔗新品种(系)的抗旱性进行研究,以抗旱性较强的新台糖22号(ROC22)为第1对照品种,以抗旱性较弱的新台糖16号(ROC16)为第2对照品种,测定干旱胁迫期间的叶片膜透性、丙二醛含量、脯氨酸含量、蔗茎生长速度、枯叶率和收获期的株高、茎径、有效茎数和蔗茎产量等指标。采用模糊数学中的隶属函数法计算各品种(系)的抗旱隶属函数,根据各品种(系)的抗旱隶属函数加权值大小对其抗旱性进行综合评判。[结果]桂糖97-69的抗旱性表现最好,桂糖02-901其次,两者的抗旱性综合指标优于抗旱性强的对照品种ROC22;桂糖30号和桂柳1号的抗旱性综合指标接近ROC22,属于抗旱性中等偏强的类型;桂糖02-467的抗旱性比ROC22差,但比抗旱性较弱的对照品种ROC16优,属于抗旱性中等偏弱的类型。[结论]为今后甘蔗品种(系)推广时选择适宜的生态环境条件提供了科学的理论依据。

水磷耦合对甘蔗叶片NPK含量的影响

以新台糖22号为试材,采用2因素(供水量、施磷量)随机区组设计,研究不同水磷耦合对甘蔗叶片NPK含量的影响。结果表明,在高水条件下,甘蔗叶片全N、全P含量总体水平均较高,而全K含量则随供水量增加而降低;高磷条件下,甘蔗叶片全N、全K含量总体水平均较高,而全P含量则以低磷处理表现较好。水磷耦合比较结果显示,甘蔗叶片全N含量综合水平较高的是高水高磷组合,全P含量总体水平较高的是高水低磷组合,全K含量总体水平较高的是低水高磷组合。

水磷耦合对甘蔗若干生理生化指标的影响

以广西甘蔗当家品种新台糖22号(ROC22)为供试材料,采用随机区组设计,在玻璃温室大棚条件下通过人为控水控肥,研究不同供水量与施磷量对甘蔗若干生理生化指标的耦合效应。结果表明,高供水量处理下,甘蔗自由水含量、相对含水量最高;低磷处理下,甘蔗叶片叶绿素含量、可溶性糖含量、自由水含量、相对含水量高于其他处理;不同水磷互作效应以高水低磷处理的甘蔗生理生化指标总体表现较好。