• 2023年第44卷第4期文章目次
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      2023, 44(4).

      摘要 (145) HTML (0) PDF 1.54 M (302) 评论 (0) 收藏

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      2023, 44(4).

      摘要 (101) HTML (0) PDF 432.03 K (290) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • 去氢孕酮在水中的光化学转化过程及降解产物鉴定

      2023, 44(4):495-503. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202204002

      摘要 (156) HTML (298) PDF 1.95 M (450) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探究典型合成孕激素去氢孕酮(Dydrogesterone,DYD)在模拟太阳光下的光化学转化过程及转化路径。方法 利用光化学反应器,测试模拟太阳光下DYD的光解动力学过程,探究不同pH(5、7和9)、温度(15、25和35 ℃)和天然有机质(Natural organic matter,NOM)质量浓度(0、5和20 mg·L-1)对DYD光解速率的影响,利用超高效液相色谱–飞行时间质谱(UHPLC-QTOF-MS)鉴定DYD光解后产生的潜在产物,并推测潜在的反应路径。结果 光照条件下DYD浓度逐渐降低,说明DYD发生了光降解过程。DYD的光解速率受溶液初始pH影响不明显,一阶光解动力学速率常数(k)为0.015~0.019 h-1;DYD的光解速率在高温和低浓度NOM条件下有所提升(k从0.019 h-1分别升至0.027和0.028 h-1),但在高浓度NOM条件下被抑制。UHPLC-QTOF-MS分析表明,DYD在光解过程中共生成19种产物,主要为羟基化、加氢、缩聚、光异构化以及开环后的反应产物。结论 DYD在地表水中会发生光降解作用,温度和NOM是影响其光解的重要因素;光解后形成的19种产物仍保留了DYD的分子骨架,因此可能仍具有潜在的内分泌干扰效应。

    • 凋落物生物炭施用量对翠芦莉污泥适应性及重金属吸收的影响

      2023, 44(4):504-512. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202210006

      摘要 (93) HTML (276) PDF 1.03 M (361) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探究凋落物生物炭不同添加量对种植在污泥+土壤混合基质中的翠芦莉Ruellia simplex生长及重金属吸收累积的影响,以期为城市污泥和园林废弃物资源化利用提供参考依据。方法 通过盆栽试验,分析添加0、1.5%、3.0%和4.5%凋落物生物炭[占基质的质量分数(w),分别记为CK、F1.5、F3.0和F4.5]对翠芦莉生长、根系形态和生理以及养分和重金属吸收累积的影响。结果 与CK相比,F1.5处理显著增加翠芦莉株高、根系生物量、地上部生物量及全株生物量。植株生物量随w增加呈逐渐下降趋势,F4.5处理翠芦莉生物量显著低于CK,表现出“低促高抑”的特点。翠芦莉总根长、根表面积、平均直径、根体积在F1.5处理中达到最大,且均随w增加而逐渐减小。各处理中,F1.5处理根系可溶性蛋白和丙二醛(MDA)含量均最低,超氧化物歧化酶(SOD)活性最大;翠芦莉根系SOD活性随w增加呈下降趋势,但可溶性蛋白和MDA含量的变化趋势相反。与CK相比,各处理均不同程度提高了翠芦莉地上部及根部对N、P、K的吸收,不同程度降低了翠芦莉植株Cd、Cu含量,提高了Pb、Ni含量,N、P、K、Cd、Cu、Pb累积量均随w增加呈下降趋势;F1.5处理的翠芦莉植株N、P、K、Cd、Cu、Pb、Ni累积量均显著大于CK。结论 添加w为1.5%的凋落物生物炭可以显著促进翠芦莉生长和Pb、Cu、Cd、Ni的吸收累积,过量添加会抑制植物生长并影响其对基质中重金属的吸收效果,在实际应用中应合理控制生物炭的施用量。

    • 施用污泥对鹅掌藤根系生长和重金属吸收的影响

      2023, 44(4):513-522. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202206016

      摘要 (70) HTML (198) PDF 1.35 M (352) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 分析表施和混施污泥对鹅掌藤Schefflera arboricola根系生长和重金属吸收的影响,深入认识污泥施用对园林植物根系生长的影响,为污泥在园林中安全利用提供借鉴。方法 采用根箱试验,观测不施、表施和混施10%(w)污泥对常见园林植物鹅掌藤的不同土层根系形态及土壤pH和电导率动态变化的影响,分析根组织密度、根密度和重金属含量,拟合土壤pH、电导率、根系重金属含量与根长的关系。结果 与不施污泥相比,混施污泥明显抑制鹅掌藤根长、根表面积和根密度增长;而表施污泥显著增加鹅掌藤0~20 cm土层的总根长、根体积和根密度。处理240 d后,混施污泥处理的0~20与20~40 cm土层总根长分别为不施污泥的66.37%和51.51%,而表施污泥处理分别为不施污泥的115.43%和98.66%。最大总根长、根体积和根密度均出现在表施污泥的0~20 cm土层,最大根干质量和根组织密度出现在表施污泥的污泥层。混施污泥显著提高了土壤pH和电导率以及植株重金属含量,不同土层根系Cd、Zn、Cu和Ni含量分别是不施污泥的2.32~11.70倍。线性回归拟合分析表明,不施和表施污泥处理的0~20 cm土层鹅掌藤原位扫描总根长均与原位测定土壤pH呈极显著正相关(P<0.001),鹅掌藤总根长与根系Cd、Zn、Cu和Ni含量均呈极显著负相关(P<0.001)。结论 表施10%(w)污泥可以提高土壤pH并促进鹅掌藤根系生长。混施10%(w)污泥显著增加不同土层根系重金属含量,进而抑制鹅掌藤根系生长。

    • 云南德宏州油茶土壤和叶片养分含量及生态化学计量特征

      2023, 44(4):523-530. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202206020

      摘要 (59) HTML (134) PDF 841.35 K (347) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 云南德宏州是我国唯一处在热带北缘的油茶种植区,研究该区域油茶土壤和叶片养分含量及生态化学计量特征,为油茶科学施肥、精准管理提供理论依据。方法 采用生态化学计量学的研究方法,测定并分析油茶土壤和叶片碳、氮、磷、钾含量与化学计量特征。结果 油茶林地土壤有机碳、全氮、全磷和全钾质量分数分别为47.77、2.56、0.69 和5.28 g·kg-1,土壤有效磷和速效钾质量分数分别为3.69 和26.05 mg·kg-1,土壤有机碳、全氮、全磷的变化具有协同性,土壤速效钾、有效磷含量直接取决于土壤全钾、全磷含量。油茶叶片碳、氮、磷和钾质量分数分别为422.09、13.51、0.97 和4.92 g·kg-1;氮、磷协同变化,且均受到土壤磷调控,油茶生长发育受到氮、磷双重限制,其中磷为主要限制元素。叶片磷和磷钾比具有内稳态特征,内稳态指数HP为5.08,HP:K为3.26,其余元素及化学计量比均不具备内稳态特征。结论 云南德宏州油茶需持续加强磷元素投入,同时均衡投入氮、钾元素,以保障油茶的健康与持续产出。

    • 克隆整合对入侵杂草空心莲子草和本土莲子草生长及光合性能的影响

      2023, 44(4):531-538. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202207037

      摘要 (69) HTML (213) PDF 1.14 M (387) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 在我国,外来入侵植物空心莲子草Alternanthera philoxeroides常与本地莲子草 A. sessilis同域分布且占据生态优势。本文探讨克隆整合与空心莲子草强竞争力间的关系。方法 通过同质园试验,对空心莲子草和莲子草先端与基端匍匐茎的连接处进行保持连接(克隆整合)与剪断处理(无克隆整合),分别测量不同克隆整合处理下2种植物先端分株、基端分株及整个克隆片段地上部分及根系的生长、光合性能及生物量分配情况,比较2种植物克隆整合能力的大小。结果 克隆整合处理下,空心莲子草先端分株的茎长、基端分株的叶片数及整个克隆片段的叶片数及茎长显著增加,细根数、总根数及一些光合指标(如光补偿点、气孔导度等)也显著提高;莲子草先端分株、基端分株及整个克隆片段的地上(下)生物量、总生物量、粗(细)根数及总根数也显著增加。克隆整合处理下空心莲子草先端分株、基端分株或整个克隆片段的地上(下)生物量、总生物量及一些光合指标(如净光合速率、蒸腾速率、气孔导度)显著高于莲子草。结论 空心莲子草和莲子草均能在一定程度上从克隆整合中受益,但空心莲子草的克隆整合能力要显著强于本地莲子草,能通过克隆整合作用挤占莲子草的空间生态位,从而形成自然生境中的竞争优势。

    • 基于mt-roGFP1探针研究除草化合物对拟南芥根尖细胞氧化还原电位的影响

      2023, 44(4):539-548. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202207001

      摘要 (94) HTML (380) PDF 2.01 M (417) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究几种代表性商品化除草剂以及植物源除草化合物小檗碱及其类似物对拟南芥根尖细胞氧化还原电位的影响。方法 以靶向线粒体的氧化还原敏感绿色荧光蛋白(Mitochondria targeted redox-sensitive green fluorescent protein, mt-roGFP1)标记的拟南芥转基因植株为材料,采用不同质量浓度的化合物处理不同时间后,测定拟南芥根冠、分生区、过渡区和伸长区的细胞氧化还原电位的变化。结果 经几种商品化除草化合物处理后,拟南芥根部分生区的细胞氧化还原电位最小。从分生区到伸长区氧化还原电位逐渐增大,呈现逐渐被氧化的趋势。其中,光系统II抑制剂(莠去津和环嗪酮)的氧化还原电位变化规律最为明显,说明mt-roGFP1荧光探针能较好地响应光系统II抑制剂。氨基酸生物合成抑制剂草甘膦对拟南芥根尖细胞氧化还原的影响具有明显的剂量-效应关系,随着草甘膦质量浓度增加,氧化还原电位变化量也逐渐增大,呈正相关关系(R2 =0.9956)。小檗碱及其类似物处理后,大多数处理组的拟南芥根尖细胞的氧化还原电位在分生区达到最大还原值,并从分生区开始逐渐被氧化。结论 研究结果可以为应用roGFP荧光探针技术研究除草化合物对根系细胞线粒体的作用机制提供基础。

    • 冬春季大口黑鲈溃疡症病原分离鉴定及病理形态学观察

      2023, 44(4):549-555. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202208002

      摘要 (77) HTML (151) PDF 2.13 M (356) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 近年来,养殖大口黑鲈Micropterus salmoides在冬春季流行一种体表形成明显溃疡的疫病,本研究旨在明确其病因。方法 从眉山东坡区和洪雅县采集病料,采用病原学、病理学和分子生物学相结合的方法对患病鱼进行研究。结果 溃疡组织压片观察到大量直径10~30 μm、长丝状且分支较少的菌丝体;组织病理学上,肌纤坏死、溶解,炎性细胞浸润,病变组织中分布大量由上皮样细胞、纤维细胞及位于中央的菌丝体组成的霉菌性肉芽肿;六胺银染色(Periodic acid-silver metheramine,PASM)发现,霉菌性肉芽肿中央的菌丝体呈黑色。病变肌肉组织基于侵入丝囊霉菌Aphanomyces invadans ITS基因的特异性PCR检测为阳性。以葡糖糖/蛋白胨(Glucose and peotone,GP)琼脂分离培养得到的霉菌纯培养物(BW1、BW3)在灭菌池塘水过夜培养12 h后,形成原孢子囊,符合侵入丝囊霉菌属特征;两株分离霉菌ITS基因序列分析发现,其与侵入丝囊霉菌ITS基因的序列相似性分别为99.64%与99.46%,在系统发育树上与侵入丝囊霉菌聚类为一支。结论 确定大口黑鲈冬春季溃疡病是侵入丝囊霉菌感染所致。

    • 东方蜜蜂微孢子虫染色体结构维持(SMC)蛋白的分子特性与系统进化分析

      2023, 44(4):556-562. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202207028

      摘要 (79) HTML (719) PDF 1.59 M (325) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 解析东方蜜蜂微孢子虫Nosema ceranae染色体结构维持(Structural maintenance of chromosome,SMC)蛋白的分子特性,鉴定东方蜜蜂微孢子虫和其他物种的SMC的保守基序和结构域,并进行系统进化分析,旨在丰富东方蜜蜂微孢子虫SMC的基本信息,为功能研究的深入开展提供依据。方法 使用Expasy网站的相关软件预测和分析SMC的理化性质、信号肽、磷酸化位点、二级结构和三级结构,利用MEME软件鉴定东方蜜蜂微孢子虫和其他物种SMC的保守基序,采用TBtools软件鉴定东方蜜蜂微孢子虫和其他物种SMC的结构域,通过Mega 11.0软件采用邻接法构建东方蜜蜂微孢子虫和其他物种的SMC系统进化树。结果 东方蜜蜂微孢子虫SMC包含1 102个氨基酸,分子式为C5787H9418N1526O1771S41,相对分子质量约130 020,脂溶系数为93.49,等电点为8.28,平均亲水系数为−0.740,亲水氨基酸多于疏水氨基酸,不含典型信号肽;包含50个丝氨酸磷酸化位点、26个酪氨酸磷酸化位点及28个苏氨酸磷酸化位点;包含787个α−螺旋、106条β−折叠、49个β−转角及160个无规则卷曲;可同时定位于细胞核、细胞质和线粒体。在东方蜜蜂微孢子虫、海伦脑炎微孢子虫Encephalitozoon hellem、麦格水蚤汉氏孢虫Hamiltosporidium magnivora、颗粒病微孢子虫Nosema granulosis、康氏泰罗汉孢虫Thelohania contejeani、菲尼斯毕罗酵母Piromyces finnis、指间毛廯菌Trichophyton interdigitale、紫色毛廯菌Trichophyton violaceum、发廯菌Trichophyton tonsurans和黑曲霉Aspergillus melleus 的SMC中预测到相同的9个保守基序;东方蜜蜂微孢子虫和上述其他9个物种的SMC中均含有1个SMC_N结构域和1个SMC_hinge结构域。进一步分析发现,东方蜜蜂微孢子虫与菲尼斯毕罗酵母的SMC序列相似性最高(61.96%),与康氏泰罗汉孢虫的SMC序列相似性最低(34.73%);东方蜜蜂微孢子虫与颗粒病微孢子虫的SMC聚为一支,置信度达到99%,进化距离最近。结论 本研究明确了东方蜜蜂微孢子虫SMC的分子特性,丰富了SMC的基本信息,并揭示SMC在东方蜜蜂微孢子虫和其他微孢子虫中具有较高的保守性,为功能研究的深入开展提供了依据。

    • 香蕉枯萎病菌1号和4号生理小种在‘巴西蕉’植株及根际土壤中的时空分布

      2023, 44(4):563-569. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202210014

      摘要 (67) HTML (173) PDF 1.07 M (351) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 香蕉Musa spp.是我国重要的经济作物之一,由尖孢镰刀菌古巴专化型Fusarium oxysporum f. sp. cubense (Foc) 引起的香蕉枯萎病蔓延快、根治难,严重阻碍了我国香蕉产业发展。由于Foc菌量和空间分布与其侵染和致病作用直接相关,探索Foc在‘巴西蕉’Musa acuminate L. AAA group, cv. Brazilian植株和土壤中的时空分布具有重要意义。方法 采用伤根接种法对‘巴西蕉’苗分别接种香蕉枯萎病菌1号生理小种(Foc1)和4号生理小种(Foc4),通过实时荧光定量PCR技术检测接种后不同时间、不同香蕉组织及根际土壤中的菌量,分析了香蕉枯萎病菌在植株和土壤中的时空分布。结果 温室中接种Foc后2~21 d内,‘巴西蕉’根部和球茎中Foc1和Foc4菌量随时间延长而逐渐增加,但Foc4菌量始终大于Foc1;在‘巴西蕉’球茎中,Foc1和Foc4分别在接种后21和14 d菌量达到最大。田间接种Foc后30 d,离‘巴西蕉’植株地面半径(r)5 cm、地下深度25~30 cm土壤中的Foc1和Foc4菌量最大;而r为15和30 cm时,地下深度10~15 cm土壤中的Foc菌量大于0~5和25~30 cm的菌量;在相同r和地下深度的‘巴西蕉’根际土壤中,一般Foc4菌量大于Foc1。结论 Foc1和Foc4菌量在‘巴西蕉’植株和根际土壤中具有明显不同的时空分布,同一空间中Foc4菌量大于Foc1菌量,研究结果可为香蕉枯萎病的发生流行、预测预报和防控提供一定的理论指导。

    • 马缨杜鹃炭疽病病原菌生物学特性及防治药剂筛选

      2023, 44(4):570-576. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202206039

      摘要 (74) HTML (752) PDF 809.48 K (318) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探明贵州百里杜鹃自然保护区马缨杜鹃Rhododendron delavayi炭疽病菌Colletotrichum fioriniae生物学特性,并筛选出有效药剂。方法 采用菌丝生长速率法测定马缨杜鹃炭疽病菌生物学特性;选用二氰蒽醌、吡唑醚菌酯、 溴菌腈、丙环唑、苯醚甲环唑、肟菌·戊唑醇、四霉素、乙蒜素、蛇床子素及宁南霉素对该病原菌的室内毒力进行测定;选择作用机制不同、抑菌活性较高的2种药剂按不同比例复配,测定其对马缨杜鹃炭疽病菌菌丝的联合毒力。结果 病原菌在5~35 ℃、pH 5~11均能生长,最适温度为25 ℃,最适生长pH为8,最适碳源为葡萄糖和可溶性淀粉,最适氮源为蛋白胨,最适培养基为PSA。室内毒力测定结果表明,所选药剂对病原菌菌丝生长均有一定抑制作用,其中,肟菌·戊唑醇、吡唑醚菌酯、四霉素、苯醚甲环唑和丙环唑抑制效果较好,EC50分别为0.102、0.118、1.107、1.202和2.101 mg/L;其次为蛇床子素,EC50为6.803 mg/L。选用四霉素与苯醚甲环唑进行混配,结果表明不同配比对病原菌的联合毒力较单剂均具有协同增效作用,增效最佳配比为7 ∶ 3,共毒系数(Co-toxicity coeffecient, CTC)达584.56,明显高于其他配比;配比为6 ∶ 4和8 ∶ 2 时,对应CTC均在500以上,仅次于最佳配比。结论 马缨杜鹃炭疽病菌的生长受温度、pH、培养基成分、碳氮源影响明显。四霉素和苯醚甲环唑不同比例复配活性增效明显,可选择7 ∶ 3复配比例进行田间防治。

    • 水稻液体肥变量施用调节系统设计与试验

      2023, 44(4):577-584. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202303030

      摘要 (69) HTML (208) PDF 1.90 M (417) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 设计一种机电式流量调节阀,与已研制的气力引射式施肥器集成构建液体肥变量施用调节系统,实现水稻近根部微小流量液体肥精准施用。方法 通过试验标定了系统质量流率理论模型,建立控制系统传递函数模型,设计了基于模糊推理的PID控制器结构、规则和初始参数;通过仿真试验,分析了PID和模糊PID控制的调控响应能力。结果 仿真试验结果表明,模糊PID控制阶跃信号响应超调量、调节时间和稳态误差分别为0.12%、2.51 s和0.007, 与PID控制的对应值42.90%、4.44 s和0.010相比均较低,表明模糊PID控制动态调节和稳定性更好;在幅值为0.5、持续时间为0.1 s的脉冲信号干扰下,模糊PID控制的调节时间为0.61 s,比PID控制(1.67 s)更短,具有更强的抗干扰能力。性能试验结果表明,10种目标质量流率条件下,模糊PID控制的质量流率绝对误差均低于PID控制,控制精度为93.93%~96.88%,高于PID控制(90.00%~95.21%);在施肥量变化时,模糊PID控制的超调量为12.2%,上升时间、调节时间和峰值时间分别为1.5、10.7和1.7 s均低于PID控制的17.4%、2.1 s、13.3 s和2.3 s。结论 基于模糊PID控制的水稻液体肥变量施用调节系统具有较高的质量流率控制精度和跟踪性能,为研制水稻田液体肥变量施肥装备奠定了基础。

    • 生物质种类和添加量对肥液灌溉土壤入渗特征和养分运移的影响

      2023, 44(4):585-592. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202208007

      摘要 (63) HTML (168) PDF 1.19 M (322) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探究添加不同生物质和添加量对肥液灌溉土壤入渗特征与养分运移的影响,为提升肥液灌溉效率提供理论依据。方法 以生物炭(BC)、咖啡渣(CF)和甘蔗渣(SC)作为生物质添加材料,设置4个添加量(质量分数)水平T1(0.5%)、T2(1.0%)、T3(1.5%)、T4(2.0%)。测量肥液在不同生物质添加土壤中的运移特征及养分分布,评估不同生物质添加对土壤结构的影响。结果 3种生物质对湿润锋运移与土壤累积入渗量抑制效果均表现为SC>CF>BC,各处理组内抑制效果随生物质添加量增加有所提升;和CK组相比, SCT4、CFT4和BCT4组湿润锋运移距离分别降低了38.33%、37.00%和34.00%;SCT4、CFT4和BCT4组土壤累积入渗量分别降低了31.01%、30.00%和26.60%。和CK组相比,肥液灌溉下3种生物质添加均能提升土壤中3种主要无机养分,且随生物质添加量增加土壤肥力提升;3种生物质对土壤硝态氮截留总体表现为BC>CF>SC,其中,BCT4、CFT4和SCT4组的土壤硝态氮含量分别提升了74.32%、56.00%和51.00%;3种生物质对土壤速效磷截留总体表现为CF>SC>BC,其中,CFT4、SCT4和BCT4组的土壤速效磷含量分别提升了140.70%、139.20%和30.25%;3种生物质对土壤速效钾截留总体表现为CF>BC>SC,其中,CFT4、BCT4和SCT4组的土壤速效钾含量分别提升了143.87%、126.85%和104.03%。结论 3种生物质对肥液入渗均有抑制效果,其中,生物炭效果最佳;3种生物质对肥力均有截留效果,生物炭对硝态氮截留效果最佳,咖啡渣对速效磷与速效钾截留效果最佳。

    • 基于改进YOLOX-Nano的农作物叶片病害检测与识别方法

      2023, 44(4):593-603. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202207039

      摘要 (111) HTML (352) PDF 2.68 M (581) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 实现精确迅速的农作物病害检测,减少人工诊断成本,降低病害带来的农作物产量和品质影响。方法 根据对农作物病害和病斑特征的分析,提出一种基于卷积注意力机制改进的YOLOX-Nano智能检测与识别模型,该模型采用CSPDarkNet作为主干网络,将卷积注意力模块CBAM引入到YOLOX-Nano网络结构的特征金字塔(Feature pyramid network,FPN)中,并在训练中引入Mixup数据增强方式,同时将分类的损失函数由二分类交叉熵损失函数(Binary cross entropy loss,BCE Loss)替换为焦点损失函数Focal Loss、回归损失函数由GIOU Loss替换为本文设计的CenterIOU Loss函数,采用迁移学习策略训练改进的YOLOX-Nano模型,以此提升农作物病害检测的精度。结果 改进后的YOLOX-Nano模型仅有0.98×106的参数量,在移动端测试单张图片检测时间约为0.187 s,平均识别精度达到99.56%。实践结果表明,其能快速有效地检测与识别苹果、玉米、葡萄、草莓、马铃薯和番茄等农作物的常见病害,且达到了精度与速度的平衡。结论 改进后的模型不仅对农作物叶片病害识别具有较高的精度和较快的检测速度,参数量和计算量较少,还易于部署在手机等移动端设备。该模型实现了在田间复杂环境对多种农作物病害精准定位与识别,对于指导早期农作物病害的防治具有十分重要的现实意义。

    • 基于深度学习的小麦条锈病病害等级识别

      2023, 44(4):604-612. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202206033

      摘要 (151) HTML (385) PDF 2.59 M (432) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 为提高小麦条锈病危害程度分级精度,开展小麦条锈病病害等级自动化、准确、快速识别方法研究。方法 在复杂田间条件下,使用手机拍摄图像,构建含有不同等级条锈病的小麦叶片数据集,利用GrabCut与YOLOv5s相结合的方法进行小麦叶片与复杂背景自动化分割。为了增强ResNet50对表型特征的提取能力,增加Inception模块,依据划分的小麦条锈病病害等级标准,对小麦条锈病病害等级进行识别。采用准确率、查全率、查准率等评价指标分析改进的ResNet50模型(B-ResNet50)在数据集上的表现。结果 GrabCut与YOLOv5s相结合对大田复杂背景下的小麦叶片图像实现了自动、准确、快速地分割。B-ResNet50识别小麦条锈病叶片的平均准确率为97.3%,与InceptionV3(87.8%)、DenseNet121(87.6%)、ResNet50(88.3%)相比,准确率大幅提升,比原始模型(ResNet50)高出9个百分点。结论 利用深度学习对小麦条锈病病害等级进行识别,对防治小麦条锈病的精准施药具有重要意义,可为田间复杂条件下小麦条锈病的防治提供技术支持。

    • 基于Spark的WOA-BP水稻产量预测

      2023, 44(4):613-618. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202207009

      摘要 (74) HTML (271) PDF 876.66 K (471) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 随着大数据技术和人工智能的快速发展,针对当前水稻产量预测模型精度低、预测区域范围过大、模型优化时间过长等问题,本文提出一种基于Spark的鲸鱼优化算法-反向传播神经网络(Whale optimization algorithm-backpropagation,WOA-BP)水稻产量预测方法。方法 本文以广东省西部地区的县/市/区水稻产量及气象数据作为研究对象,采用WOA对BP网络的权值和偏置值进行优化,并构建水稻产量预测模型,提升预测精度;此外,在Spark框架下,实现WOA-BP算法并行化,减少算法时间开销。结果 模型精度方面,通过对预测结果进行反归一化后比较,经WOA优化后的BP神经网络模型,平均绝对百分比误差 (Mean absolute percentage error) 从8.354%降至7.068%,平均绝对误差 (Mean absolute error) 从31.320 kg降至26.982 kg,均方根误差 (Root mean square error) 从41.008 kg降至33.546 kg;运行时间方面,3节点Spark集群比非Spark模式减少了11 742 s,减少44%的时间开销。结论 基于Spark的WOA-BP水稻产量预测方法,能够较好地预测出广东西部县/市/区的水稻产量,同时可以很好地反映气象因素对广东省西部地区水稻产量的影响情况,对研究广东西部县/市/区乃至整个广东的水稻产量情况具有一定的参考价值。

    • 基于点云边缘平滑和生物特征的鸡只体尺估测

      2023, 44(4):619-627. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202206041

      摘要 (89) HTML (178) PDF 2.98 M (362) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 针对使用深度相机的鸡只体尺估测中,鸡只点云边缘抖动、羽毛冗余、特征点提取难的问题,本文提出一种结合点云边缘平滑和基于生物特征的特征点提取方法用于鸡只多部位体尺估测。方法 首先,通过直通滤波、统计滤波等方法对点云进行预处理,减少背景和噪点对目标的影响;其次,通过点云的空间变化约束边缘,采用连续多帧序列变化平滑边缘,减少边缘抖动对体尺测点提取的干扰;再次,对处理后的点云进行生物特征分析,结合基于邻域分析的边缘算法,融合RGB图像采用Canny边缘检测、霍夫变换等方法提取特征点;最后,依据特征点估测胸宽、半潜水长和胫长体尺。结果 试验结果表明,估测的胸宽平均误差为6.64%,胫长平均误差为5.93%,半潜水长平均误差为3.34%,平均每帧图像计算体尺耗时8.8 s。结论 本文算法可为鸡只体尺测量提供技术参考。

    • 3D LiDAR感知的植物行信息提取方法与试验

      2023, 44(4):628-637. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202208008

      摘要 (113) HTML (157) PDF 2.40 M (401) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 针对林间或冠层下等卫星信号严重遮挡的区域,提出一种面向农业机器人导航环境感知的低成本3D激光雷达(LiDAR)点云信息处理与植物行估计方法。方法 利用直通滤波器滤除感兴趣区域外的目标无关点;提出均值漂移聚类、扫描区域自适应的方法分割每棵植物主干,垂直投影主干点云估算中心点;利用最小二乘法拟合主干中心,估计植物行。分别在开阔地的仿真果园与水杉树林进行模拟试验与田间试验,以植物行向量与正东方夹角为指标,计算本研究提出的方法识别的植物行信息与GNSS卫星天线定位测得的植物行真值间的角度误差。结果 采用提出的3D LiDAR点云信息处理与植物行估计方法,模拟试验和田间试验对植物行识别误差平均值分别为0.79°和1.48°,最小值分别为0.12°和0.88°,最大值分别为1.49°和2.33°。结论 车载3D LiDAR能够有效估计水杉树植物行。该研究丰富了作物识别思路与方法,为无卫星信号覆盖区域的农业机器人无图导航提供了理论依据。

    • 基于IGWOPSO-SVM算法的水质监测及等级评定系统

      2023, 44(4):638-648. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202207034

      摘要 (61) HTML (149) PDF 1.80 M (292) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 水污染监测是流域水污染防治工作的前提。为实现高精度的地表水水质监测及水体等级评定,本研究设计基于IGWOPSO-SVM(Improved grey wolf optimizer particle swarm optimization-support vector machine)模型的水质监测及等级评定系统。方法 选用传感器组、STM32F103单片机、ESP8266WIFI无线通信模块搭建水质监测系统数据处理模块,利用WIFI无线通信将数据处理模块采集到的水质数据传输至服务器,设计水质监测系统服务器交互端,同时开发水质监测小程序对水质等级进行实时监测。基于改进粒子群算法(Improved particle swarm optimization,IPSO)及灰狼算法(Grey wolf optimizer,GWO)提出了IGWOPSO算法,对SVM进行优化,据此提出了IGWOPSO-SVM水质等级评定算法。基于南京市玄武湖、金川河、江浦水源地135组水质数据对本系统水质等级评定效果进行试验验证。结果 相比于SVM,IGWOPSO-SVM水质等级评定算法的总样本分类准确率由86.67%上升至100.00%,上升了13.33个百分点;相比于粒子群算法(Particle swarm optimization,PSO),IGWOPSO算法的最佳适应度由86.80上升至99.20,提高了14.29%。结论 本研究解决了传统水体等级评定方法效率低、准确率低的问题,为地表水水质的精确监测提供了方法借鉴。