摘要：树木根区土壤氧气含量是影响树木长势的重要环境因子。由于氧气空间分布复杂,直接测量具有较大的局限性。该研究基于荧光猝灭原理和热扩散液流测量原理研制了树干木质部氧含量和液流速率复合参数检测传感器,并对传感器进行了标定、温度校正和性能测试,以水分转移为关键突破线索,探究转移路径上氧含量与根区土壤氧含量关系。标定试验表明,氧气含量低于30%时,检测相对误差低于1.4%,液流速率相对误差低于5%。户外对照试验表明,复合传感器与商业光纤氧传感器、液流速率传感器检测结果相关系数分别为0.947和0.958。复合传感器集成度高、对树木伤害小、稳定性突出的优势为同步监测树干氧含量和液流速率提供了更好地解决方案。结合复合传感器监测数据和微气象参数,应用树木宏观吸水模型和根系土壤氧扩散模型进行深入分析,推导出不同深度根部氧环境含量的分布特征,实现树木根部氧环境含量的有效监测。研究可为树木根部氧环境动态监测提供技术支持,也为优化树木生长环境、提升树木水氧管理提供科学依据。

摘要：松脂皱皮孔菌Ischnoderma resinosum是一种药食兼用真菌,具有开发成为保健品的潜力。为了便于今后对此真菌的保护利用,对1株采自吉林省长白山的松脂皱皮孔菌进行生物学特性和抗氧化活性的研究。在固体培养基上,采取单因素试验、正交试验及Box-Behnken设计对其菌丝在不同碳源、氮源、无机盐、pH和温度的长势进行研究,明确最适生长条件;通过液体发酵培养,采取分光光度法针对抗氧化活性的多个指标进行了测定。结果显示通过5个因子的单因素试验,明确了松脂皱皮孔菌的最适生长条件:以蔗糖为碳源、麦芽浸粉为氮源、KH_(2)PO_(4)为无机盐、pH 6.0、温度25℃;经正交试验得出对松脂皱皮孔菌菌丝生长速度的影响依次为:氮源>碳源>pH>无机盐;Box-Behnken设计成功确定了影响松脂皱皮孔菌菌丝生长速度关键因子的水平;通过液体培养发现,松脂皱皮孔菌能够大量分泌多糖、多酚和抗坏血酸,并表现出超氧化物歧化酶活性和清除羟自由基的能力。本研究表明适宜松脂皱皮孔菌菌丝生长的最适培养条件为蔗糖20.0 g/L、麦芽浸粉13.0 g/L、KH_(2)PO_(4)0.7 g/L、pH 5.0、温度25℃,菌丝生长速度达到(12.07±0.11)mm/d;通过对液体培养过程中各指标的测定,证实了松脂皱皮孔菌具有抗氧化活性。

摘要：微根管法采集的作物根系图像具有复杂的土壤背景和较小的根系占比,当深度学习的感受野较小或多尺度特征融合不充分时,会导致根系边缘处的像素被错分为土壤。同时,微根管法的图像采集周期长且在初期很难采集到大量有效样本,限制了根系提取模型的快速部署。为提升根系表型测算精度和优化提取模型部署策略,该研究设计了一种原位自动根系成像系统以实时获取作物的微根管图像,构建全尺度跳跃特征融合机制,使用感受野丰富的U^(2)-Net模型对微根管图像中的根系像素进行有效分类。结合数据增强以及迁移学习微调训练,实现对目标种类根系提取模型的快速部署。试验结果表明,使用加入全尺度跳跃特征融合机制的改进U^(2)-Net模型对蒜苗根系分割的F1得分和交并比IoU分别为86.54%和76.28%,相比改进前、U-Net、SegNet和DeeplabV3+_Resnet50模型,F1得分分别提高0.66、5.51、8.67和2.84个百分点;交并比分别提高1.02、8.18、12.52和4.31个百分点。迁移学习微调训练相比混合训练,模型的F1得分和交并比分别提高了2.89和4.45个百分点。改进U^(2)-Net模型分割图像的根系长度、面积和平均直径与手动标注结果的决定系数R^(2)分别为0.965、0.966、0.830。研究结果可为提升基于微根管图像的根系表型测算精度和根系提取模型的快速部署提供参考。

摘要：针对目前草原植被盖度和物候期监测中存在的连续工作能力差、自动监测能力弱和精确度较低问题,将固定监测、移动监测和云平台结合,研制了一种草原植被盖度与物候智能监测系统。该系统主要由固定监测子系统、移动监测子系统以及草原物候智能监测云平台组成。固定监测子系统主要由物候相机、供电模块、通信模块、边缘计算控制器和支撑立杆等组成,移动监测子系统主要包括手持机和应用程序。草原物候智能监测云平台基于浏览器/服务器模式架构设计,具有信息查询、数据分析、数据显示和数据共享等功能。固定监测子系统和移动监测子系统可实现草原植被图像数据的采集和上传,然后通过云服务器部署的图像处理程序自动提取草原植被指数和植被盖度并存入数据库。在此基础上,通过拟合植被指数的时间序列获得植被生长曲线,并利用TIMESAT软件提取物候参数。经测试,提出的利用过绿指数(excess green index,EXG)结合最大类间方差法分割草原植被图像进而实现草原植被盖度识别的方法获得了90%的精确度,满足草原植被盖度自动化和批量化提取需求。并且,该研究在提取相对绿度指数(green chromatic coordinate,GCC)、EXG与归一化红绿差分指数(normalized green red difference index,NGRDI)植被指数的基础上,采用Double Logistic函数拟合的植被生长曲线可以准确反映植被生长周期。该系统为草原植被数智化监测和管理提供了可靠的技术和数据支撑。

摘要：未减数配子是植物多倍化的源动力,也是植物多倍体育种的重要手段和工具。自然界植物多倍体的自发形成主要包括有性多倍化和无性多倍化2条途径,其中有性多倍化途径在植物界占据着绝对统治地位。本文在分析文献的基础上,从性母细胞减数分裂染色体行为、减数分裂微管骨架、细胞质分裂等异常细胞学现象,减数分裂转变调控以及2n配子发生的分子调控等3个方面,对植物2n配子发生机理研究进展进行了综述,并讨论了植物2n配子利用过程中存在的问题。指出综合利用高通量测序、生物信息学和多组学分析技术,发掘2n配子发生的关键基因,并验证其生物学功能,解析植物2n配子发生的分子调控机理,可能是未来植物2n配子发生机理研究领域的热点。提出综合利用生物信息学分析技术和CRISPR-Cas9等现代基因编辑技术,开展精准分子设计育种,可能是从根本上解决单倍性花粉授粉竞争问题、提高三倍体诱导效率的有效方法。

摘要：【目的】为解决由于森林火灾烟雾数据集样本量小、样本特征分散、烟雾图像占比小等特点导致的林火烟雾检测模型识别效果差、准确率低等问题,实现快速、准确识别检测森林火灾烟雾。【方法】针对少样本森林火灾烟雾图像数据集的样本特征,本研究提出了一种基于多头注意力机制的森林火灾烟雾图像检测方法。该方法首先在训练阶段采用数据增强方法,扩充训练数据的数量同时降低过拟合风险;然后设计特征提取模块与特征聚合模块,在特征提取模块中引入多头注意力机制并探讨引入的合适位置,使模型更多地关注火灾局部特征,解决烟雾图像少造成的信息缺失问题;在特征聚合模块中使用FPN-PAN模块对图像的深层与浅层语义信息进行特征融合;最后,设置检测头模块输出实验结果。利用测试准确率、召回率、误报率、检测率和F1值等评价指标在少样本公共数据集和自建火灾烟雾少样本数据集上测试本方法的有效性。【结果】在数据增强阶段同时增加马赛克数据增强和多尺度变换,可以得到更好的检测效果。在特征提取模块的第4个卷积模块后面添加1处多头注意力机制的模型性能最好。相较于现有的元学习长短时记忆网络、匹配网络和轻量级目标检测网络等方法,本方法有更好的检测效果,具体表现为准确率达到了98.79%,召回率98.28%,检测率97.33%,误报率仅为6.36%。【结论】与现有的火灾烟雾检测模型相比,本方法具有更好的判别能力和泛化能力。

摘要：挥发性有机化合物(volatile organic compounds,VOCs)对人类健康和生态环境具有严重危害,催化氧化是一种目前能够有效去除VOCs的技术.为了满足工业应用,开发适宜的整体式催化剂为该领域的研究重点之一.其中,开发合适的载体基底以及提高活性组分在载体表面的锚固力是制备高催化活性和高稳定性VOCs氧化整体式催化剂的关键点.本文重点讨论了VOCs氧化整体式催化剂的载体及活性组分类型、制备方法以及新型耦合催化技术,详细介绍了不同的载体、活性组分与制备方法对催化剂活性的影响,阐述了新型能量供应方式的优势及耦合技术之间的协同促进作用.最后,对VOCs氧化整体式催化剂的研究前景进行了展望,以期为未来VOCs氧化整体式催化剂的设计与节能高效催化技术的发展及其工业化应用提供基础与参考.

摘要：该研究针对当前自然环境下的苹果叶片病害识别中病害病斑小、空间分布特征不同以及特征相近病害识别困难的问题,设计DEFL (DenseNet121+EfficientNet with focal loss and label smoothing)模型。首先,该模型以并行的EfficientNet-B0网络和DenseNet121网络为特征提取网络,以提升模型特征提取能力,其次引入结合标签平滑策略的焦点损失函数以加强模型对识别困难样本的关注。经测试,所提模型的识别准确率为99.13%,平均精度均值为98.47%。消融试验表明两项改进分别使模型平均精度均值提高了7.99和3.15个百分点。对比试验结果表明,DEFL模型平均精度均值较于ResNet50、Inception V3、ResNeXt模型以及分别融合这3种模型的EfficientNet-B0模型分别高出14.53、13.17、14.61、 6.4、 7.71以及8.91个百分点,模型规模分别小18.73、 7.7、 12.2、 83.62、 69.6以及60.09MB。Grad-CAM(gradient-weighted class activation mapping)热力图可视化结果表明所提模型重点关注了叶片病变区域。UMAP(uniform manifold approximation and projection)特征降维可视化结果表明所提模型提取的特征更具区分度。实际应用验证取得了97.73%的总体准确率以及95.82%的平均精度均值。综上,该研究提出的DEFL模型能够为苹果病害防治提供有效参考。

摘要：【目的】枝CO_(2)通量是林分碳释放的重要组成部分之一,研究模拟氮沉降下的华北落叶松枝CO_(2)通量变化,可以为氮沉降背景下的华北落叶松林分固碳增汇管理提供一定的理论依据。【方法】在2021年6-10月,以华北落叶松25年生中龄人工林和32年生近熟人工林为研究对象,设置对照(CK,0 kg/(hm^(2)·a))、低氮(N1,75 kg/(hm^(2)·a))、中氮(N2,150 kg/(hm^(2)·a))、高氮(N3,225 kg/(hm^(2)·a))4个强度的氮添加处理,并使用LI-8100A对枝CO_(2)通量进行原位监测,同时采集枝条样品以测定其氮含量。【结果】(1)华北落叶松枝CO_(2)通量与空气温度基本呈现出“单峰型”月变化,峰值出现在6-8月,空气温度可以分别解释2个林龄枝CO_(2)通量37%~82%、40%~70%的变化。(2)25年和32年生华北落叶松6-10月平均枝CO_(2)通量随氮添加处理强度增加都呈增大的趋势,但只在N3处理下与CK差异显著(P0.05)。2个林龄的华北落叶松枝CO_(2)通量与枝氮含量均存在显著的负向线性关系(P<0.01),且氮含量分别可解释25和32年生华北落叶松16%和32%的枝CO_(2)通量变化。【结论】枝CO_(2)通量受空气温度、氮添加和林龄影响,在构建华北落叶松林木碳释放模型时应考虑这3个因素。

摘要：【目的】为分析气候变化对针叶树种径向生长的影响,揭示针叶混交林对气候变化的响应规律,在全球气候变暖的背景下,对森林生态系统的适应性经营提供理论支撑。【方法】以金沟岭林场云冷杉针叶混交林中的3个针叶树种为研究对象,建立3个针叶树种的树轮宽度标准化年表,分析3个树种的树轮宽度与气候因子之间的相关关系,明确该地区显著限制其径向生长的气候因子,并用层次分割法量化气候因子对各树种树轮宽度变化的贡献率。【结果】在95%的置信区间下,与气候因子相关分析显示:红松和臭冷杉的径向生长同时受气温和降水的影响,与生长季初期气温正相关;鱼鳞云杉的树轮宽度主要受气温影响,与秋冬季节气温负相关,与降水量的整体相关性较低。3个树种均受到上一年气候因子的影响,有一定的“滞后效应”。滑动相关分析表明,本研究3个主要针叶树种与气候因子的响应关系存在差异,主要表现为负相关性呈增强趋势。3月平均气温对红松的贡献率最高,为34.56%,4月最低气温对臭冷杉的贡献率最高,为22.29%,对鱼鳞云杉的贡献率为60.89%。【结论】层次分割分析法能够有效量化气候因子对各树种树轮生长的贡献率,分析结果可为制定该地区应对未来气候变化的经营管理措施提供理论参考。