科研产出
基于无人机高光谱遥感的冬小麦全氮含量反演
《光谱学与光谱分析 》 2022 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：氮素是作物生长发育必需的营养元素之一,作物的全氮含量是表征其氮素状况的主要指标.田块尺度的冬小麦全氮含量空间分布监测可以辅助其精准定量追肥,减少环境污染.无人机高光谱遥感具有分辨率高、时效性高、成本低等优势,可为作物长势信息反演提供重要数据源.XGBoost(extreme gradient boosting)作为一种新兴集成学习算法,运行效率高,泛化能力强,可以有效的应用于构建冬小麦全氮含量遥感反演模型,预测田块尺度冬小麦全氮含量空间分布.以农业部蒙城砂姜黑土生态环境站内拔节期冬小麦为研究对象,开展以下工作:(1)以低空无人机搭载高光谱成像仪获取冬小麦拔节期冠层成像光谱影像,结合地面采样数据,获取126个样点全氮含量数据;(2)分析拔节期冬小麦冠层光谱特征,并根据Person相关系数分析176个波段的光谱反射率与全氮含量之间的相关性;(3)构建基于XGBoost算法的不同土壤肥力条件下拔节期冬小麦全氮含量无人机高光谱反演模型.结果表明:(1)176个波段(400~1000 nm)的光谱反射率与冬小麦全氮含量之间具有较强的相关性,除了735.5 nm外其他波段光谱反射率与全氮含量之间的相关系数均大于0.5;(2)基于XGBoost算法构建的拔节期冬小麦全氮含量无人机高光谱遥感反演模型具有较高的反演精度(R2=0.76,RMSE=2.68);(3)基于XGBoost算法的冬小麦全氮含量反演模型可以获取不同土壤肥力条件下田块尺度的全氮含量空间分布图,总体上呈现较为显著的空间差异.该研究可为冬小麦精准定量追肥提供一定的科学依据,也为发展无人机高光谱遥感的精准农业应用提供了参考.
关键词： 冬小麦全氮含量 无人机高光谱 XGBoost 遥感反演
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基于气相离子迁移谱的不同产地生姜挥发性有机物指纹图谱分析
《食品科学 》 2021 EI 北大核心 CSCD
摘要：采用顶空气相离子迁移谱(gas chromatography-ion mobility spectroscopy,GC-IMS)技术对安徽省铜陵市、舒城县、临泉县3个不同产地生姜特征风味成分进行分析.通过LAV软件构建不同产地生姜挥发性风味指纹图谱,比较不同产地生姜特征风味物质之间的差异,并确定其主要特征风味化合物和含量.结果 表明,乙酸异戊酯、乙酸龙脑酯、月桂烯等为铜陵生姜主要特征风味物质,1-己醇、2-己烯醇、香茅醇、庚醛、壬醛、2-庚酮、2-壬酮、丁酸戊酯、3,4-二甲基苯甲醚等为临泉生姜主要特征风味物质,芳樟醇、乙醇、柠檬醛、(E)-2-辛烯醛、戊醛、苯甲醛、乙酸乙酯、己酸丙酯、辛酸、2-乙酰基呋喃、甲基吡嗪、丙酮等为舒城生姜主要特征风味物质.通过相似度和主成分分析,不同产地生姜得到明显区分,表明GC-IMS技术可用于生姜产地区分、溯源和品质评价.
关键词： 生姜;气相离子迁移谱;特征风味;指纹图谱
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添加不同外源氮对水稻秸秆腐解和养分释放的影响
《农业工程学报 》 2021 EI 北大核心 CSCD
摘要：探究添加不同外源氮对水稻秸秆腐解规律和养分释放特征的影响,为提高水稻秸秆养分利用提供理论依据。该研究采用室内恒湿网袋培养法,设置4个处理:不添加外源氮（CK）;添加尿素（PU）;添加尿素硝酸铵（UAN）;添加石灰氮（CaCN2）。结果表明:水稻秸秆腐解规律表现为0～5 d腐解速率最大,为0.39～0.47 g/d;5～30 d腐解速率较快,为0.12～0.16 g/d;30～150 d腐解缓慢并趋于平稳,腐解速率为0.045～0.050 g/d。与CK相比,添加外源氮可以显著提高水稻秸秆的累积腐解率（P<0.05）。虽然秸秆累积腐解率在不同外源氮处理间差异不显著,但是不同外源氮的添加对水稻秸秆不同时期的腐解特征有着显著影响。主要表现在0～30 d PU、UAN和CaCN2处理水稻秸秆腐解速率分别为0.21、0.20和0.19 g/d,PU处理比UAN和CaCN2处理分别高5.00%和10.53%;在该时间段纤维素和半纤维素腐解率占累积腐解率的比例分别为63.65%和47.02%,这表明纤维素和半纤维素腐解主要集中在秸秆腐解前期,且PU处理对纤维素和半纤维素的促腐效果最佳。30～150 d PU、UAN和CaCN2处理腐解速率分别为0.046、0.046和0.050 g/d,CaCN2比PU和UAN处理高8.70%;在该时间段木质素腐解率占累积腐解率的比例为82.45%,这表明木质素腐解主要集中在秸秆腐解后期,且CaCN2处理对木质素的促腐效果最佳。由此可见PU处理前期促腐效果最佳,CaCN2处理后期促腐效果最佳。综合不同外源氮对水稻秸秆的促腐效应,建议不同种类外源氮进行配施,以达到最佳促腐效果。
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铵态氮肥和腐殖酸协同促进孔雀草对土壤中Cd的去除
《环境科学 》 2021 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了提升孔雀草（Tagetes patula L.）对镉（Cd）污染土壤的修复潜力,通过田间试验,研究铵态氮肥和腐殖酸对孔雀草生长以及土壤中Cd去除的影响.结果表明,氮肥（N）与氮肥和腐殖酸联用处理（NHA）可显著提高孔雀草的生物量;与对照（CK）相比,NHA和N处理下孔雀草地上部生物量分别提高了2.49倍和1.52倍（肥东土壤）,提高了2.28倍和1.74倍（长丰土壤）.在孔雀草生长期间,氮肥和腐殖酸能够降低土壤pH值,尤其是NHA处理;NHA处理较CK处理在肥东和长丰土壤上pH值分别降低了0.76和0.84个单位;腐殖酸处理（HA）能显著提高肥东与长丰土壤中DOC的含量.NHA和HA处理能显著促进孔雀草根系生长发育,改善孔雀草的根系形态特征.在肥东和长丰土壤中,与CK相比较,NHA处理土壤有效态Cd含量分别增加了64.1%和53.1%,孔雀草Cd的累积量分别增加了7.17倍和4.15倍;NHA处理的土壤Cd去除率最高,在肥东和长丰土壤上分别达到17.06%和14.08%.本研究表明在强化孔雀草修复重金属Cd污染土壤方面,铵态氮肥和腐殖酸的联用具有潜在应用前景.
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基于区域语义和边缘信息融合的作物苗期植株分割模型
《农业机械学报 》 2021 EI 北大核心 CSCD
摘要：为在自然环境下准确分割作物苗期植株,实现苗期植株定位及其表型自动化测量,本文提出一种融合目标区域语义和边缘信息的作物苗期植株分割网络模型。以U-Net网络构建主干网络,基于侧边深度监督机制,引导主干网络在提取特征时能感知植株边缘信息;利用空间空洞特征金字塔构建特征融合模块,融合主干网络和边缘感知模块提取的特征,融合后的特征图具有足够的细节信息和更强的语义信息;联合边缘感知的损失与特征融合的损失,构建联合损失函数,用于整体网络优化。实验结果表明,本文模型对不同数据集的作物植株的语义分割像素准确率高达0.962,平均交并比达到0.932;与U-Net、SegNet、PSPNet、DeepLabV3模型相比,本文模型在不同数据集上平均交并比最高提升0.07,对自然环境下作物苗期植株具有良好的分割效果和泛化能力,可为植株定位、对靶喷药、长势识别等应用提供重要依据。
关键词： 作物苗期 植株分割 U-Net网络 区域语义信息 边缘感知模块 特征融合模块
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沿江单季稻区控释掺混肥施用效应研究
《农业机械学报 》 2021 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探寻沿江单季稻区高效环保的施氮方式,进行了不同用量控释掺混肥田间试验,分析单季稻休闲种植制度下不施肥（CK）、常规施肥（NPK,225 kg/hm2）、控释等氮（CRF1）、控释减氮15%（CRF2）和控释减氮25%（CRF3） 5种施肥方式对水稻氮素吸收、氮肥利用率、土壤氨氧化菌和田面水氮的影响。结果表明,与NPK处理相比,CRF1、CRF2和CRF3处理均不会造成水稻减产,其中CRF2处理水稻产量、植株地上部吸氮量、氮肥利用率和经济效益分别提高7.4%、10.7%、43.4%和27.2%;氨氧化古菌（Ammonia-oxidizing archaea,AOA）是稻田土壤氨氧化菌的优势菌（占73.5%～88.4%）,CRF1、CRF2和CRF3处理分别较NPK处理使AOA的比例降低了13.6%、9.9%和6.0%（p <0.05）,说明控释掺混肥可有效降低以AOA为主导的土壤氨氧化强度;与NPK处理相比,CRF2和CRF3处理可显著降低田面水总氮含量（降低比例分别为13.2%和24.9%）、可溶性总氮含量（10.6%和22.9%）和颗粒态氮含量（33.7%和40.6%）。总之,施用控释掺混肥可提高水稻产量、减弱土壤氨氧化强度、提高氮肥利用率和减少氮素流失风险,具有显著的经济和生态效益,其中以控释减氮15%（190 kg/hm2）效果最好,宜在沿江单季稻区广泛应用。
关键词： 单季稻 氮肥利用率 氨氧化微生物 田面水氮 控释掺混肥
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转录组与代谢组联合解析红花槭叶片中花青素苷变化机制
《林业科学 》 2020 EI 北大核心 CSCD
摘要：【目的】红花槭秋彩叶的形成,与叶片中花青素苷的含量密切相关。本文旨在揭示红花槭中花青素苷的生物合成机理,为其叶色的定向改良提供理论依据。【方法】为解析花青素代谢物积累和基因表达水平的变化,以转色期同时具有绿叶、红叶和黄叶的红花槭特殊单株为材料,用超高效液相色谱串联质谱和高通量RNA测序的方法分别进行代谢组和转录组分析。【结果】1)在红叶-绿叶、黄叶-绿叶、红叶-黄叶3个比较组中,代谢组正离子模式下分别检测出1 377、1 793、1 098个差异积累代谢物,负离子模式下分别检测出789、699、6 778个差异积累代谢物:红叶与绿叶相比,矢车菊素苷衍生物、天竺葵素苷元和飞燕草素苷元及其衍生物含量大幅上升;黄叶与绿叶相比,矢车菊素苷衍生物、飞燕草素苷及其衍生物含量增加,而天竺葵素苷及其衍生物减少。2) 3个比较组中,转录组测序分别检测出28 536、43 017、27 110个差异表达基因:红叶与绿叶相比,花青素苷合成通路中89. 5%的基因表达量增加;黄叶与绿叶相比,花青素苷合成通路中66. 7%的基因表达量增加。3)红花槭花青素苷的生物合成中,有29个差异积累的相关代谢物和48个差异表达基因。4)差异代谢物和基因的网络互作分析显示,ANR和LAR基因正向调节类黄酮产物而逆向调节花青素苷衍生物,ANS和UFGT基因正向调节花青素苷衍生物而逆向调节类黄酮产物。【结论】当红花槭叶片秋季变色时,花青素苷通路中大量基因的表达量上调,同时矢车菊素-3-(6″-乙酰半乳糖苷)和矢车菊素-3-阿拉伯糖苷含量大幅上升,此为红花槭叶片变色的主要驱动因子。
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聚乳酸包膜尿素养分释放特征及数学模拟
《高校化学工程学报 》 2020 EI 北大核心 CSCD
摘要：研究以聚乳酸为包膜材料,分别采用溶液浇铸法和流化床包膜法制备了聚乳酸薄膜和包膜尿素颗粒,测定了氮养分和水蒸气对聚乳酸薄膜的渗透系数。根据测试数据,使用SHAVIV等提出的数学模型,研究建立了以温差为依据的分段数学模拟方法,预测了聚乳酸包膜尿素氮养分累积释放性能。分段数学模拟预测法与田间试验法结果相比,平均绝对偏差为1.74%,平均相对偏差为3.01%。研究结果表明:采用SHAVIV等提出的数学模型并分段模拟的方法可较好地预测包膜肥料养分释放特征,对于聚合物包膜肥料膜材料的筛选和应用具有重要现实意义。
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耕作方式和秸秆还田对砂姜黑土碳库及玉米小麦产量的影响
《农业工程学报 》 2019 EI 北大核心 CSCD
摘要：长期秸秆还田免耕覆盖措施导致沿淮区域砂姜黑土耕层变浅、下表层(10～30 cm)容重增加、土壤养分不均衡等问题凸显,限制了小麦-玉米周年生产力的提高。耕作和秸秆还田措施合理的搭配组合是解决这一问题的有效方法。通过8年的小麦-玉米一年两熟田间试验,设置4个处理:1)玉米季免耕-小麦季免耕秸秆不还田(N);2)玉米季深耕-小麦季深耕秸秆不还田(D);3)玉米季秸秆免耕覆盖还田+小麦秸秆免耕覆盖还田(NS);4)玉米季秸秆免耕覆盖还田+小麦季秸秆深耕还田(DS)。通过分析作物收获后不同土壤深度(0～60 cm)总有机碳(TOC)、颗粒态碳(POC)、微生物生物量碳(MBC)、易氧化态碳(KMnO4-C)、可溶性有机碳(DOC)和土壤碳库管理指数(CPMI),并结合小麦-玉米的周年产量变化,以期获得培肥砂姜黑土的最佳模式。研究结果表明:1)相对于长期免耕措施(N),DS处理能够提高0～30 cm土层TOC、POC、MBC、KMnO4-C等组分含量和CPMI;而NS措施仅提高土壤表层(0～10 cm)TOC、活性有机碳组分含量和CPMI;2)DS处理显著提升了小麦-玉米的周年生产力,其麦玉的周年产量均值分别比N、D和NS处理高出14.7%、12.9%和8.5%;3)MBC和KMnO4-C对于耕作和秸秆还田措施都是较为敏感指示因子。总的来说,玉米季小麦秸秆覆盖还田+小麦季玉米秸秆深耕还田(DS)是改善沿淮地区砂姜黑土土壤碳库、提高小麦-玉米周年产量的一种有效农田管理模式。
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TiO_2基光电化学传感器电极结构调控的研究进展
《材料导报 》 2019 EI 北大核心 CSCD
摘要：TiO_2因具有无毒、廉价、化学稳定性好以及表面易修饰生物基团等优点,受到研究者的广泛关注。然而,TiO_2存在对太阳能可见光利用率低、光生电子空穴易发生复合等缺点。通过与窄带隙半导体、有机分子、碳材料和贵金属等材料复合,可提高TiO_2的光吸收能力、光生电子空穴分离能力,进而拓展TiO_2的实际应用领域。本文对基于TiO_2的光电化学传感器的研究进展进行了概述,其中重点介绍了通过TiO_2纳米材料的改性来提高TiO_2基光电化学传感器的传感性能,最后提出了TiO_2复合纳米材料光电化学传感器的优势和不足,展望了其未来发展趋势。
关键词： 光电化学传感器 TiO2 复合材料 光生电荷 敏化
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