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| 1 | 南方稻麦轮作系统下小麦根系的三维分形特征显示文摘【目的】根构型直接影响作物的水肥吸收,而定量根构型的相关指标多局限于二维分析,缺乏有效的3D分析指标。论文探讨计算分析根构型3D特征的指标与操作方法,用于定量稻麦轮作制不同耕作方式对小麦根构型的影响。【方法】使用自制的根构型数字化仪,测取田间小麦根系的真实空间拓扑数据,获得根系构型的空间坐标。然后运用Matlab编程实现小麦根构型拓扑数据的虚拟重构,令虚拟根系再现实体根系的空间拓扑。结合分形理论与软件的计算分析功能对虚拟根构型进行分形维计算,分别获取3D分形维数、3D分形丰度、2D分形维数、2D平面分形丰度和单株总根长5个特征指标,以此表达小麦根构型在不同年度、不同耕作方式处理下的时空动态。同时建立不同年度及耕作处理下单株总根长动态与根构型3D分形维数、3D分形丰度、2D分形维数、2D平面分形丰度间的相关关系。【结果】研究发现随着作物生长期的变化,不同年份及不同耕作处理下的小麦根构型指标都表现出稳定增长的趋势。不同之处在于2010—2011年度的小麦根构型指标平稳增长,而2011—2012年度的根系生长速率变化较为剧烈。对比两个年度间的小麦根构型指标发现,免耕和旋耕两种耕作方式对小麦根构型的影响效果相反,在2010—2011年度,旋耕处理方式下的根系指标优于免耕处理方式,而在2011—2012年度,免耕处理方式下的根构型指标表现更优。对于作物生长前期(0—98 d)而言,年度变化引起的根构型指标差异显著大于耕作处理引起的差异,在作物生长后期(98—112 d),年度变化和耕作处理方式对小麦根构型指标的影响较为相近。对比小麦根构型的3D分形维指标和平面分形维指标发现,3D分形维明显区别于平面分形维,这表明根系的三维分形是根构型的必要分析指标。在不同的年度与耕作措施下,单株小麦的总根长与3D分形维数、3D分形丰度、2D分形维数、2D分形丰度都满足指数模型,且显著相关,说明年度因素和耕作措施仅是影响模型的常量参数项。【结论】由计算机软硬件结合分形理论构建的田间小麦根构型的可视化和定量化分析手段是实现小麦根构型精确分析的保证,该分析过程真实再现了田间小麦根构型的时空动态。3D分形指标可以准确定量作物根构型真实的时空动态,在进行根系生长策略的选择及根土关系优化时需要考虑到田间作物根系的实际生长条件和耕作制度。 | 陈信信 丁启朔 李毅念 薛金林 何瑞银 | 2017 | 中国农业科学2017，50，3： | 6 |
| 2 | 基于复合指标与测试技术的旋耕秸秆还田质量评价研究显示文摘秸秆还田是土壤培肥与丰产增效的重要技术途径,对农业可持续发展具有重要的现实意义。但目前针对秸秆还田作业质量的测试评价研究仍十分有限,尤其缺乏耕整作业后的秸秆在土壤各层空间分布效果的综合定量评价。以生产环节的旋耕秸秆还田质量评价为例,利用2D数字图像法、3D逆向工程技术和Matlab计算模块等现代信息技术构建了一套秸秆还田作业质量的综合测试评价技术,所研发的测试评价技术针对秸秆在地表层和地下层的分布状态构建出融合单元格、埋覆率、深度方向、水平横向、水平纵向等多尺度水平的复合型评价指标,基于该技术及指标集评价分析了3 cm(T3)、5 cm(T5)、7.5 cm(T7.5)、10 cm(T10)、12.5 cm(T12.5)和15 cm(T15)6种不同长度秸秆经旋耕混埋后在土壤各层空间中的分布状态,结果表明,在地表层,各区间秸秆占比变异系数先减小后增大最后趋于平稳,T5处理的变异系数最小,为10.2%;随着秸秆切碎长度的增加,秸秆埋覆率减小,并呈对数关系,模型决定系数大于0.97。在地下层,沿深度方向分割,秸秆切碎长度越短,中下层(5~15 cm)秸秆占比越多,T3与T5处理秸秆占比分别为76.8%和71.7%,优于其他处理;沿水平方向分割,不同处理的变异系数无明显规律,但从整体而言,T3和T5处理的水平横向与水平纵向变异系数均不大于22.8%,分布均匀性明显优于其他处理;按单元格分割,各单元格的变异系数与无秸秆单元格占比都随秸秆切碎长度增加而逐渐增大,T3和T5处理的变异系数分别为73.6%与73.1%,无秸秆单元格占比均为15.7%,秸秆分布较均匀。综合分析表明,秸秆切碎长度对旋耕还田质量有显著影响,T3和T5处理的秸秆混埋效果较好,考虑能耗因素,半喂入收获机选择秸秆切碎长度5 cm为宜。 | 徐高明 汪小旵 何瑞银 丁启朔 | 2022 | 农业机械学报2022，53，2： | 5 |
| 3 | 大田群体小麦根系构型3D拓扑表型的参数化显示文摘大田作物群体根系的生理生态过程及其塑性反应必然决定根系构型特定的3D拓扑性状。为了解析大田作物地下部的生理生态过程,需要探究一种能够保留原位拓扑结构的群体根系构型测试与模型化方法,以及基于根系构型模型的表型参数设计方法。本研究以宁麦13为试验材料,利用1.5 cm等株距免耕精密播种法获取相对准确的行株距和一致的群体,在完成小麦根系构型的数字化基础上,使用Pro-E软件构建群体根系构型的3D拓扑模型,并进一步设计可供定量解析根系系塑性性状的根系构型拓扑表型参数,以侧位根长比作为根系构型拓扑表型的专用指标,使用该指标分别对小麦的幼苗期、分蘖期、拔节期进行等株距条播群体的个体植株根系构型拓扑表型的定量分析。结果表明,根系构型3D拓扑的Pro-E模型及本研究构建的表型指标能够初步捕捉到邻株根系构型规避现象,且该现象在小麦的不同生育期有所差异。在大田环境下本研究所探讨和设计的小麦根系构型的拓扑表型参数及其配套的大田群体精准控制、根系构型数据化、模型化及模型的拓扑表型参数化技术有利于捕捉大田环境群体条件下的个体小麦地下部生理生态过程。 | 厉翔 丁启朔 陈信信 何瑞银 汪小旵 李佩 | 2020 | 江苏农业学报2020，36，4： | 3 |
| 4 | 耕作方式对小麦根系构型及生长趋势的影响显示文摘为揭示耕作方式对小麦根系构型及生长趋势影响的作用机理。基于根系构型数字化平台研究全幅旋耕(FT)和2种带状耕作(ST1、ST2)方式对小麦根系3D构型及生长趋势的影响,提出了土体空间覆盖率差异系数(P)、角度拓展趋势差异系数(P_(a))、长度拓展趋势差异系数(P_(L))3种量化指标。结果表明,带状耕作条件下,小麦根系沿种沟方向生长趋势明显,ST1处理下在距离苗期14、28 d时沿种沟方向土体P、P_(a)、P_(L)分别比FT处理高出1455%、4520%、3583%和2610%、241%、740%。ST1、ST2处理相比较发现,涂抹后的种沟壁对根系生长的限制更为明显,在距离苗期14、28 d时,ST1处理下小麦根系沿种沟方向P、P_(a)、P_(L)分别比ST2处理高出78%、88%、31%和20%、81%、37%。耕作方式直接影响小麦根系的空间拓展趋势,本研究提出的研究方法和评价指标能够简明耕作方式对小麦根系生长趋势影响的作用机理,为耕作机具的优化设计提供更加全面的理论支持。 | 杨艳山 丁启朔 赵亚平 秦培亮 吴凡 倪成功 孙翠华 | 2022 | 江苏农业科学2022，50，14： | 2 |
| 5 | 厌氧颗粒污泥人工床层快速培养与吸附动力学分析显示文摘为加快颗粒污泥的形成速率,解决颗粒污泥培养时间长、污泥活性差的问题,通过向厌氧池中加人人工污泥床层快速培养厌氧颗粒污泥,实现厌氧颗粒污泥培养的可控性。采用电子扫描电镜对培养好的厌氧颗粒污泥微观形态进行观察,通过电子显微镜观察颗粒污泥形态变化,确定颗粒污泥分形维数。以颗粒污泥的数量分布、平均粒径、含水率为表征参数,建立厌氧颗粒污泥的吸附动力学模型。结果表明,厌氧颗粒污泥附着在人工污泥床层上,由于人工污泥床层均匀分布使得形成粒径为4~5mm的厌氧颗粒污泥质量占总污泥质量的80%,分形维数在2.68—2.83之间,颗粒轮廓清晰,颗粒污泥在水力负荷达到5kg/(L·d)时,人工污泥床层上形成的颗粒污泥质量浓度仍保持在5.84kg/m^3,颗粒污泥耐冲击能力强;针对吸附在人工污泥床层上的厌氧颗粒污泥建立吸附动力学模型,发现反应池中污泥的内循环可以促进厌氧颗粒污泥的形成,当厌氧反应池任意断面颗粒污泥向上和向下的污泥浓度之比为0.8—0.9时,形成的厌氧颗粒污泥吸附性能最强。 | 施云芬 孙萌 张更宇 | 2016 | 农业机械学报2016，47，9： | 1 |
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