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高效精确获取土壤盐分和有机质信息是有效治理和监测土壤盐渍化的基础.以新疆维吾尔自治区喀什地区伽师县试验农田为研究对象,以地面高光谱反射率数据和实验室测定值为数据源,对原始高光谱反射率进行步长为0.25的0.00~2.00阶微分变换,选取与土壤电导率(EC)、土壤有机质(SOM)相关性最高的阶数为最佳变换阶数,使用连续投影算法筛选敏感波段,基于敏感波段构建光谱指数,并使用递归特征消除方法筛选光谱指数.建立随机森林模型、支持向量回归模型、轻量级梯度提升机模型和堆叠集成学习(Stacking)模型,对EC和SOM进行反演.结果表明:(1)对原始高光谱反射率进行微分变换,显著提升了光谱反射率数据与EC和SOM的相关性,最优分数阶均出现在0.75阶,较原始光谱最大相关性分别最高提升了0.041、0.091.(2)Stacking模型在EC和SOM反演中均表现最优,其决定系数分别达到0.708和0.680,误差最小、精度最高,较最优单模型分别提高约8.4%、5.4%,可作为试验区EC与SOM遥感反演的稳健方案.(3)EC与SOM在空间分布上呈一定负相关,高盐分区域有机质含量较低,二者空间格局可能受多因素共同控制.
地面高光谱分数微分变换机器学习堆叠集成学习含盐量有机质
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[目的]松材线虫是引发松材线虫病的重要病原,其显微形态识别仍主要依赖人工经验,传统荧光PCR和人工显微识别方法存在样品处理流程复杂、专业人员依赖性强、检测周期较长及难以满足大规模快速筛查需求等问题.为提升松材线虫关键形态结构检测的自动化与准确性,提出一种融合轻量化骨干网络和跨尺度特征增强机制的改进YOLOv12显微图像检测模型.[方法]以吉林省林业科学研究院采集的松材线虫显微图像为研究对象,构建包含200张原始图像的数据集,并通过裁剪、翻转、旋转、亮度扰动和噪声扰动等方式扩充至1 200张,按照7.0:1.5:1.5划分训练集、验证集和测试集.在YOLOv12框架基础上,引入Shuf-fleNetV2替代原骨干网络以降低参数冗余和计算复杂度,同时设计跨尺度特征融合模块CCFM,强化不同尺度特征之间的语义交互和细节补偿能力,以提高模型对阴门盖、交合刺、尾尖、中食道球和口针等微小形态特征的识别能力.[结果]对比试验表明,改进模型的精确率、mAP和召回率分别达到94.4％、93.2％和88.5％,参数量为25.3 M;消融试验中,YOLOv12+ShuffleNetV2+CCFM组合的准确率、精确率、召回率、F1-score和mAP分别为95.51％、94.44％、88.50％、0.93和93.20％,推理速度为25.7张·s-1.与原始YOLOv12相比,mAP提高7.0％,召回率提高6.4％,表明ShuffleNetV2与CCFM具有较好的互补增益.[结论]所提出的改进YO-LOv12模型能够在保持较高推理效率的同时提升松材线虫显微形态特征检测精度,可为松材线虫快速诊断、形态学辅助鉴定及农林虫害智能监测提供技术支撑.
松材线虫目标检测ShuffleNetV2CCFM显微图像识别
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[目的]秸秆还田通过直接作用及间接作用影响土壤理化性质,驱动土壤侵蚀阻力产生响应,进而影响土壤侵蚀过程.因此,探究秸秆碎混还田对紫色土坡耕地土壤侵蚀阻力的潜在影响及驱动因素,可为紫色土区秸秆还田调控坡耕地土壤侵蚀的认识提供理论依据.[方法]在重庆市石柱土家族自治县鱼池镇选取典型紫色土坡耕地,以无秸秆还田为对照(CK),设置4个秸秆还田量梯度(1.25、2.50、3.75、5.00 t/hm2),采用水槽冲刷试验测定土壤分离能力(Dc),并计算细沟可蚀性(Kr)和临界剪切力(τc),明确不同秸秆还田量下土壤侵蚀阻力的差异及作用路径.[结果]1)不同秸秆还田量下 Dc、Kr 和 τc 分别为 0.003 8~0.041 1 kg/(m2·s)、0.000 6~0.004 7 s/m和2.677~5.473 Pa.与对照相比,秸秆还田下Dc 和Kr 分别减小66.57%~90.88%和65.96%~87.23%,而τc 增加47.51%~100.67%.Dc 随着秸秆还田量的增加呈先减小后增大的二次函数关系[Dc=0.002 5(SIA−3.75)2+0.002 4,R2=0.92],还田量为3.75 t/hm2时,Dc达到最小值.2)相关分析表明,不同秸秆还田量下土壤侵蚀阻力的差异与秸秆腐解特性及其驱动的土壤理化性质显著相关,其中τc 与秸秆腐解量、秸秆残余量、饱和水分体积分数、团聚体平均质量直径和土壤有机质含量均呈显著正相关(p<0.05);而 Kr 与 5个指标均呈显著负相关(p<0.05),并与土壤体积质量呈显著正相关(p<0.05).3)基于随机森林和路径分析发现,秸秆还田提升土壤侵蚀阻力主要受控于秸秆腐解增加有机质质量分数,提升团聚体稳定性的间接作用,而秸秆残余的直接作用增加土壤的细沟可蚀性,降低土壤侵蚀阻力.[结论]秸秆碎混还田能够显著提高紫色土坡耕地土壤侵蚀阻力,但其效应存在适宜阈值.在本研究条件下,3.75 t/hm2还田量下土壤分离能力最低,细沟可蚀性最小,临界剪切力最大,综合表现最优.
紫色土秸秆碎混还田土壤分离能力细沟可蚀性临界剪切力
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云芝是一种具有药用价值的木腐真菌.采用菌草驯化栽培云芝,可缓解菌业生产与林业生态间的"菌林矛盾",降低生产成本,兼具良好生态与经济效益.本文以采自福建农林大学的野生云芝为材料,经组织分离获得纯菌株,并通过形态与分子生物学鉴定为云芝 Trametes versicolor.研究其温度、pH、碳源、氮源、无机盐及维生素等生物学特性,并通过单因素试验与正交试验优化菌丝培养条件.结果表明,菌丝最佳生长组合:碳源为蔗糖、氮源为硫酸铵、温度为 30℃及pH 5;适量钾、镁元素与维生素可促进菌丝生长,各因素影响程度为温度>pH>氮源>碳源.经25组菌草配方筛选,以最优菌草配方与木屑栽培进行对比,结果显示:菌草云芝氨基酸总量为 4.93%,是木屑云芝(2.94%)的 1.68 倍;粗蛋白、粗纤维、粗脂肪营养成分二者相近;三萜、黄酮、麦角甾醇含量均极显著高于木屑组,多糖含量(5.11%)亦显著高于木屑组(4.72%).综上所述,菌草栽培可获得品质更优的云芝子实体.
药用真菌正交试验菌草人工栽培活性成分
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为探究杉楠复层林近自然精准经营模式中,杉木细根的形态及养分适应策略.选取两种不同套种闽楠的杉木近自然经营模式(低密度套种:杉木间伐保留密度 600 株/hm2林下套种闽楠 750 株/hm2,高密度套种:杉木间伐保留密度 900 株/hm2林下套种闽楠 750 株/hm2)的杉楠复层林和杉木纯林(900 株/hm2)为研究对象,采用根序分级法分别划分为三级细根并测定细根比根长(SRL)、比表面积(SRA)、组织密度(RTD)、平均直径(RAD)及碳(C)、氮(N)、磷(P)含量与其化学计量特征,分析细根功能性状在不同处理下的变化规律.结果表明,杉木细根二级根 SRL、SRA 在高密度套种处理显著高于纯林和低密度套种处理.杉木细根一级根在纯林处理中 N 含量显著大于低密度套种处理,而 C/P 显著高于高密度套种处理,P 含量、N/P 在高密度套种处理中最高,显著高于杉木纯林;二级根 C 含量在低密度套种处理中显著低于杉木纯林、高密度套种处理,P 含量在杉木纯林处理中显著低于高密度套种、低密度套种处理,N/P 在高密度套种处理中显著低于杉木纯林、低密度套种处理,C/P 在杉木纯林中显著大于低密度套种、高密度套种处理;三级根 N/P、C/P 在杉木纯林中最高,显著高于低密度套种处理.主成分分析进一步显示,随林分密度增加,杉木细根的觅食策略可能由"保守型"向"获取型"策略转变,其中二级根的性状变化最为明显.高密度套种模式使杉木细根功能性状发生一定的适应性调整.在未来杉木人工林经营改造方向上可采取套种闽楠的近自然经营模式,为改善杉木纯林地力衰退提供一种途径,通过间伐等措施合理调控林分密度,缓解种间竞争,提升林下空间利用率,实现森林可持续经营管理.
复层林细根形态生态化学计量特征套种模式
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为明晰不同储存条件下肉粉挥发性物质与新鲜度的变化规律,揭示肉粉挥发性物质与新鲜度指标的相关性,采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱(Headspace solid-phase microextraction combined with gas chromatography-mass spectrometry,HS-SPME-GS-MS)联用技术对不同条件下鸡肉粉中挥发性物质(Volatile organic compounds,VOCs)进行测定分析,并结合相关国家标准测定挥发性盐基氮(Total volatile base nitrogen,TVB-N)、酸价(Acid value,AV)、pH 值和霉菌总数(Total viable count,TVC)新鲜度指标,建立基于 VOCs 的新鲜度指标预测模型.方差分析(Analysis of variance,ANOVA)结果表明,温度和相对湿度是影响TVB-N、AV、pH值和TVC 指标的重要因素;鸡肉粉中VOCs 测定分析结果表明,不同储存条件下 VOCs 种类和含量显著不同,其中醛酮类物质变化最为显著,且与新鲜度指标相关性分析结果表明共有225 种 VOCs 与新鲜度指标显著相关(|r|>0.5、P<0.05);基于相关 VOCs 建立随机森林(Random forest,RF),支持向量回归(Support vector machine,SVM)和极端梯度提升(Extreme gradient boosting,XGBoost)新鲜度指标预测模型,其中 XGBoost 对新鲜度指标预测模型准确率较高,XGBoost 新鲜度指标预测模型结果表明,TVB-N、AV、pH 值和 TVC 预测模型决定系数 R2 分别为 0.953、0.80、0.78 和 0.77,均方根误差分别为8.87 mg/(100 g)、0.91 mg/g、0.19 和0.81 lg CFU/g;采用 SHAP 值(Shapely additive explanations)对模型中显著影响新鲜度指标的前10 种 VOCs 进行分析表明,己醛、壬醛、6-甲基-3-庚酮等是影响新鲜度的关键 VOCs.研究结果可为肉粉储存及品质控制提供技术参考,并为开发检测肉粉新鲜度的气敏传感器的选择提供理论依据和技术支撑.
鸡肉粉挥发性物质新鲜度指标方差分析XGBoost相关性分析
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为探究氮、磷、钾养分缺乏对不同甘薯品种生长、产量和品质的影响,本研究选用普薯32号(PS32)、徐紫薯8号(XZS8)和商薯19号(SS19)在河南汝阳开展田间试验,设氮磷钾全施(NPK)、不施氮(-N)、不施磷(-P)和不施钾(-K)4个处理,于收获期测定植株农艺性状、养分含量、产量及品质指标.结果表明,与NPK相比,-N、-P和-K处理的茎粗平均降低16.05％、34.29％和24.97％,最大蔓长平均降低9.20％、18.96％和11.52％,单株分枝数平均降低35.82％、57.44％和38.54％,表明缺磷对地上部的影响最为突出;相同施肥条件下各性状以SS19最优,PS32次之,XZS8最低.与NPK处理相比,缺素导致整株氮、磷、钾积累量显著降低,降幅分别为26.13％～53.68％、20.79％～61.34％和17.86％～56.13％,且均以-P处理下降最明显.缺素造成产量下降24.68％～66.30％,其中-P处理减产幅度最大,PS32、XZS8和SS19分别减产61.33％、55.30％和66.30％;SS19在多数处理下的产量与平均单薯重最高,PS32次之.品质方面,可溶性糖含量表现为PS32＞XZS8＞SS19,PS32与SS19在-K下降幅最大,XZS8在-N下降幅最大;粗蛋白、淀粉与还原糖含量均在-N处理最低.相关性分析显示块根产量与养分积累量显著正相关;随机森林分析表明块根和地上部磷积累量是影响产量和淀粉含量的主要因素,地上部钾积累量主要影响可溶性糖含量.综上,磷是豫西旱地甘薯产量形成的关键限制因子,品种间在养分利用与缺乏响应上存在差异,协调氮、磷、钾供应对提升甘薯品质具有重要作用.本研究为旱区甘薯品种定向栽培与养分高效管理提供了参考.
甘薯养分缺乏品种差异产量品质
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在大豆育种中,实现单籽粒油分含量的无损测定对于早代筛选和个体选择具有重要意义.然而,单籽粒近红外光谱易受散射效应增强、信噪比降低及参考值误差等因素影响,其建模稳定性仍缺乏系统评估.本研究从1600份大豆种质资源中筛选出 89个油分含量变异较大的大豆品种,从中选取 124个单籽粒作为试验样本,采用改良索氏抽提法测定单籽粒油分含量(14.41%～25.46%),并采集单籽粒傅里叶近红外反射光谱.通过比较不同光谱预处理方法、建模算法及特征变量筛选策略,系统评估其对油分预测模型性能的影响.结果表明,在标准正态变量变换结合一阶导数(SNV+D1)预处理条件下,偏最小二乘回归(PLS)模型表现最佳,独立测试集的R2 为 0.81、RMSE为 0.0095,预测性能优于rrBLUP、随机森林(RF)、K近邻(KNN)和XGBoost等方法.变量压缩结果表明,当光谱变量减少至原始波段的 27%时,模型 R2 仍可维持在约 0.59,保留约 72%的解释能力,表明油分相关光谱信息在近红外区域呈分散分布.进一步比较发现,基于VIP筛选的变量子集在预测性能上略优于基于文献区段的筛选策略.综上,基于潜变量的线性建模方法在单籽粒近红外油分预测中具有更高的稳定性和适用性;同时,适度的光谱变量压缩在保持预测能力的前提下具备潜在的工程应用价值.本研究为单籽粒近红外技术在大豆育种中的规模化应用提供了方法学参考.
大豆单籽粒油分傅里叶近红外预测模型
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藤本植物在森林火灾发生时易变成火梯,引燃支柱木树冠从而引发树冠火.为评价森林藤本植物的燃烧性,以云南省楚雄州主要藤本植物老的活叶为研究对象,测定叶片的长度、宽度、厚度、面积、比叶面积、含水率 6 个形态性状指标,采用自行设计的燃烧装置开展叶片燃烧试验,记录其能否引燃(引燃特性)、燃烧时间(持续燃烧特性)、质量损失(消耗特性)3 个燃烧性参数,比较种间燃烧性差异,分析叶片引燃特性、持续燃烧特性、消耗特性与形态性状的关系.研究表明:(1)常春藤(Hedera nepalensis var.sinensis)、落葵薯(Anredera cordifolia)、巴豆藤(Craspedolobium unijugum)、青蛇藤(Periploca calophylla)、忍冬(Lonicera japonica)、常春油麻藤(Mucuna sempervirens)6 种藤本植物叶片难燃;其它 8 种藤本植物叶片可燃,其燃烧性顺序为:珍珠莲(Ficus sarmentosa var.henryi)>无刺菝葜(Smilax mairei)>密齿酸藤子(Embelia vestita)>香花鸡血藤(Callerya dielsiana)>木防己(Cocculus orbiculatus)>崖爬藤(Tetrastigma obtectum)>素方花(Jasminum officinale)>扶芳藤(Euonymus fortunei).(2)叶片引燃特性与其厚度、面积、比叶面积、含水率有关,叶片越厚、面积和比叶面积越大、含水率越高,引燃概率越小.叶片持续燃烧特性与其面积、含水率呈正相关,与其比叶面积呈负相关.叶片消耗特性与其面积呈正相关,与其含水率、厚度呈负相关.研究结论可丰富亚热带地区藤本植物燃烧性与功能性状研究资料,为楚雄州防火植物筛选、可燃物管理等提供参考,也为深入开展藤本植物火灾风险辨识与评价奠定基础.
藤本植物活叶燃烧性形态性状持续燃烧特性
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森林精气是植物释放的天然气态有机物.本研究以重庆缙云山为典型森林研究区,对11种优势乔木树种中森林精气组分及浓度进行了全面的非靶向筛查;结合筛查到的森林精气组分含量水平、标准品可获得性及相关健康活性,对7种主要单萜烯开展环境空气中森林精气的靶向定量分析.结果表明,11种树种叶片中共鉴定出494种森林精气组分,其中单萜烯与倍半萜烯为核心组分.针叶树是区域森林精气的重要贡献者.同一森林精气组分在不同树种间的含量差异显著,呈现出明显的树种特异性.α-蒎烯在环境空气森林精气中的质量浓度平均值最高(0.43μg/m3),且与森林精气总质量浓度的线性拟合优度达到0.988,可作为表征区域夏季森林精气总浓度的优选指示物.
森林精气非靶向筛查靶向定量组分特征森林康养
