估测作物冠层生物量的新植被指数的研究

冠层鲜生物量是指示作物长势状况的重要指标,可用于诊断作物氮素营养状况。但常规测定生物量的方法需要破坏性取样,不利于帮助精准施肥管理决策。遥感技术作为快速分析手段可用于估测作物多种生理、生化参数,特别是借助植被指数。研究表明归一化差值植被指数(normalized difference vegetationindex,NDVI)、最优土壤调节指数(optimization of soil-adjusted vegetation index,OSAVI)等现已构建植被指数可用于准确估测中低生物量信息,但在较高冠层生物量条件下,它们的估测能力显著下降。文章旨在提出更通用的新植被指数用于估测冠层生物量,以提高遥感技术在较高生物量条件下的预测准确度。试验在加拿大魁北克省的St-Jean-sur-Richelieu地区进行,5年(2004~2008)试验中采集了玉米及小麦不同生育期的地面高光谱数据及对应生物量信息,并在2005年获取航空机载高光谱影像一景(compact airborne spectro-graphic imager,CASI)。研究提出了红边三角植被指数(red-edge triangular vegetation index,RTVI),并将其与一些常见植被指数进行比较分析。结果表明RTVI是最好的估测冠层生物量的指数,在较高生物量条件下仍保持其对生物量变化的高敏感性,其与生物量间的决定系数为0.96。基于CASI影像,RTVI预测生物量值与实际测定值间的决定系数(R2)为0.58,预测标准误差为0.44 kg.m-2,取得了较好的结果。     

LED红蓝光连续光照及其光强对生菜生长及矿质元素吸收的影响

红光和蓝光是植物进行光合作用和光形态建成的主要光谱,且红蓝LED是植物工厂光源的发展趋势。因此为实现连续光照在植物工厂中的应用,植物对红蓝光谱连续光照的响应特征及其机理亟待探究。在环境可控的植物工厂内,应用ICP-AES技术,研究了红蓝光谱下连续光照及其光强对生菜生长和矿质元素吸收的影响。该研究共包含两个试验,试验一设置了常规光照（12 h/12 h）和连续光照（24 h/0 h）2个光照处理及5个生菜品种,试验二设置了5个连续光照光强处理（80,120,160,200和240 μmol·m-2·s-1）。结果表明,连续光照30 d内生菜的干重和干物质含量能够持续显著提高,且表现为随连续光照光强增加而升高的趋势。但地上部鲜重仅在连续光照的前15 d得到显著提高,并随光强增加而升高。而连续光照30天时,连续光照对生菜地上部鲜重无显著促进作用,甚至显著降低意大利生菜的地上部鲜重。相比常规光照,连续光照30 d显著降低了生菜的Ca,Mg,Fe,Mn,Cu和Zn含量,但这些元素积累量均有所增加。不同光强下,生菜Ca,Fe,Cu和Zn的含量随光强增加而降低,其中Ca和Fe积累量随光强增强而升高,Cu和Zn积累量不受光强影响。Mg元素含量和积累量均随光强增强先升高后降低。Mn元素含量受光强影响不显著,但积累量随光强增大而升高。此外,连续光照30 d生菜叶片出现褪绿萎黄的伤害症状,且伤害症状随光强增加而逐渐加重,说明矿质元素含量的降低在一定程度上加剧了连续光照伤害。综上所述,15 d连续光照能够显著提高生菜产量。全生长期（30 d）连续光照虽能促进生菜干物质累积,但对产量无显著促进作用,同时还会导致生菜矿质元素含量的降低及叶片伤害。相对而言,低光强（80和120 μmol·m-2·s-1）连续光照对生菜无明显伤害作用,且矿质元素含量相对较高,但不能提高产量。研究结果表明短期红蓝光连续光照更适宜应用于在植物工厂生菜栽培,能够获得相比能量投入更高的产量。矿质元素含量的降低可能是长期连续光照伤害的机制之一。     

可见光光谱的冬小麦苗期地上生物量估算

地上生物量是表征冬小麦苗期长势的重要参数之一,对于监测冬小麦苗期长势,预测产量具有重要的实际意义。目前,通过计算光谱指数进行生物量估算是冬小麦苗期地上生物量无损测量的主要方法,但该方法需要一定的平台支撑,在便捷性方面存在一定的不足。为此,利用可见光图像数据获取方便、准确率高的特点,基于冬小麦苗期冠层可见光图像数据开展冬小麦苗期地上生物量估算研究。采用数码相机,采集冬小麦苗期冠层可见光图像并利用Canopeo进行冬小麦冠层与背景的分割。在获取冠层分割图像后,提取了CC（canopy cover）、ExG（excessg reen）、ExR（excess red）、ExGR（ExG-ExR）、NGRDI（normalized green-red difference index）、GLI（green leaf index）、RGRI（red-green ratio index）和RGBVI（RGB vegetation index）共8个可见光图像特征。利用相关性分析进行特征优选,选择与冬小麦苗期地上生物量实测数据相关性较高的图像特征构建估算模型。利用优选的图像特征,分别构建偏最小二乘回归（PLSR）、BP神经网络（BPNN）、支持向量机回归（SVR）和随机森林（RF）模型,开展冬小麦苗期地上生物量估算研究,并定量分析特征数量和播种密度对估算模型准确率的影响。结果表明,ExR,GLI和RGBVI与生物量实测数据相关性较低,因此,将这3个特征剔除。CC,ExG,ExGR,NGRDI和RGRI与生物量实测数据的相关性较高,其中CC,ExG和ExGR与生物量实测数据呈正相关,而NGRDI和RGRI与生物量实测数据呈负相关。利用优选的图像特征构建估算模型,研究结果表明,基于优选的5个图像特征,PLSR的估算准确率最高,模型R2为0.801 5,RMSE为0.0788 kg·m-2,表明PLSR能够实现冬小麦苗期地上生物量的准确估算。特征数量是影响估算模型准确率的因素之一,随着特征数量的减少,模型估算的准确率逐步下降。利用不同播种密度数据集对估算模型进行测试,结果表明,PLSR在不同的播种密度数据集上均取得了最高的估算准确率,模型R2分别为0.897,0.827 9和0.788 6,RMSE分别为0.062,0.072和0.079 1 kg·m-2,表明PLSR估算的冬小麦苗期地上生物量数据与实测生物量数据之间具有良好的相关关系。随着播种密度的增加,所有估算模型的准确率均出现下降,而PLSR的准确率下降程度最小。由此可见,基于可见光图像数据,能够实现冬小麦苗期地上生物量的准确估算,为冬小麦苗期田间管理提供参考。     

秸秆发酵燃料乙醇关键问题及其进展

利用木质纤维素原料生产燃料乙醇是国际公认的难题.本文从秸秆原料组分不均一性出发,分析了秸秆难以高值化原因;进一步分析了秸秆酶解发酵燃料乙醇的关键问题,介绍了有关秸秆原料预处理、纤维素酶生产、秸秆酶解发酵乙醇和产业化示范工程等的进展.秸秆酶解发酵燃料乙醇产业化示范工程具有自主知识产权,为实现我国秸秆转化燃料乙醇的规模化、产业化、低成本生产奠定了基础.     

利用甜高粱汁培养面包酵母菌的实验研究

利用优质甜高粱汁代替粮食进行发酵生产的优越性已经显现, 在此基础上研究了面包酵母在甜高粱汁中的生长情况, 测定了发酵液中酵母菌的生物量、 残总糖等参数, 并在10—100 l的发酵罐中进行了培养优化实验。 结果表明, 甜高粱汁在工业化生产面包酵母菌中具有很大的潜力。As a substitute for food supplies, sweet sorghum juice with high grade has demonstrated outstanding advantage in fermentation. To obtain the optimized fermentation conditions, the growth, the bio mass of bread yeast cultured in sweet sorghum juice and total residual sugar were investigated in the paper. The fermentation was performed and optimized in a 10—100 l bio reactor. The results show that the application of sweet sorghum juice in bread yeast production is very potential.     

温州沿岸潮间带织纹螺的区域分布调查

在温州沿岸潮间带布设9条断面开展春、夏、秋、冬4个航次织纹螺(Nassarius spp.)的分布调查,分析其种类组成和数量的分布特征.9条断面共鉴定出5种织纹螺,分别为半褶织纹螺(Nassarius semiplicatus)、红带织纹螺(Nassarius succinctus)、西格织纹螺(Nassarius siquinjorensis)、习见织纹螺(Nassarius dealbatus)和纵肋织纹螺(Nassarius variciferus).其中纵肋织纹螺的生物量所占比重最高,为32.90%;西格织纹螺栖息密度所占比重最高,为68.87%.从水平分布来看,布设在湖雾断面的织纹螺种类、生物量、栖息密度均高于其他断面;从垂直分布来看,中潮区的织纹螺种类最丰富,栖息密度和生物量也最高,分别为8.38g·m-2和78ind·m-2;从季节来看,秋季织纹螺种数明显高于春、夏、冬季;种类组成和数量分布除了与季节有关外,还与断面的生境密切相关.     

作物生物量遥感估算研究进展

作物生物量是作物长势监测以及产量估算中的一个关键指标。随着3S技术的发展,遥感数据可以为作物生物量的估算提供有力的支撑,充分发挥遥感信息的宏观及实时动态性,使在大的时间和空间尺度上进行作物的生物量估算成为可能。文章通过总结作物生物量遥感估算的研究现状,根据采用的数据源不同以及基于的模型基础不同将现有作物生物量遥感估算模型划分为6类,并对每一类模型的方法、原理、和应用进行了详细阐述,讨论分析了作物生物量遥感估算方法的发展趋势,以及各种估算方法的自身优势和仍需完善的方面,并对今后的发展进行了展望。     

无人机成像高光谱的马铃薯地上生物量估算

地上生物量(AGB)的精准监测是农田生产管理的重要环节,因此快速准确地估算AGB,对于精准农业的发展十分重要。传统上,获取AGB的方法是采用破坏性取样法,这使得大面积、长期的测量变得困难。无人机高光谱遥感因具有机动性强、光谱分辨率高和图谱合一的优势,成为当前估算大面积作物AGB最有效的技术手段。该研究通过无人机平台搭载成像高光谱传感器分别获取马铃薯块茎形成期、块茎增长期、淀粉积累期的冠层高光谱影像以及利用烘干称重法获取相应生育期实测AGB数据。然后,采用相关性分析法(CAM)、随机蛙跳算法(RFM)和高斯过程回归波长分析工具(GPR-BAT)分别筛选冠层原始光谱(COS)和一阶导数光谱(FDS)的敏感波长,结合偏最小二乘回归(PLSR)和高斯过程回归(GPR)构建各生育期的AGB估算模型,并对比不同模型的估测效果。结果显示:(1)基于同种方法分别筛选COS和FDS的特征波长,结合2种回归技术估算AGB的效果均从块茎形成期到淀粉积累期由好变差。(2)基于FDS分别通过3种方法筛选的特征波长,通过同种回归技术构建的模型效果要优于基于COS的相应效果。(3)基于COS和FDS使用CAM, R...     

基于现场光谱的潮滩表层沉积物叶绿素-a含量遥感模式

提出了一种可实现潮滩表层叶绿素的现场快速、无损的光学检测方法。利用反射率光谱对我国潮滩表层沉积物叶绿素-a浓度进行了观测试验。基于高光谱650,675及700nm各波段的反射率,提出了用于叶绿素浓度反演的归一化底栖微藻差异指数(NDI-MPB)、及可消除呈直线或近似直线变化的背景噪声光谱的反射谷深度(T-depth)模型。研究结果表明,NDI-MPB指数与表层沉积物(3mm)中的叶绿素-a浓度(2.22～49.36mg.m-2)有极好的线性相关性(r>0.99);以叶绿素-a浓度表征底栖微型藻类生物量,NDI-MPB可用于潮滩表层底栖微型藻类生物量的遥感监测。     

鼎湖山地带性植被生物量、生产力和光能利用效率

本文应用“树木收获法”和“气体分析法”,结合凋落物收集数据,综合测定了鼎湖山厚壳桂群落中的各种群的生物量和第一性生产力,以及群落的光能利用效率。进一步综合分析表明,该群落的叶面积指数为17;生物量为380t·(hm~2)~(-1);总生产力约为132t·(hm~2)~(-1)·a~(-1),光能利用效率为14％;净第一性生产力为23.2t·(hm~2)~(-1)·a~(-1),群落凋落量为9.2t·(hm~2)~(-1)·a~(-1),动物的采食量为0.6t·(hm~2)~(-1)·a~(-1),死树和倒树的量为3.9t·(hm~2)~(-1)·a~(-1),群落的生物量增量为9.5t·(hm~2)~(-1)·a~(-1)。由于该群落是南亚热带地带性植被的代表类型,因而本研究结果填补了本地带这方面研究的空白。