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农业机械学报 2025年第1期56卷 344-355页

作者：葛焱朱志畅臧晶荣张睿男金时超徐焕良翟肇裕南京农业大学工学院南京210031 南京农业大学人工智能学院南京210031 南京农业大学农学院南京210095 南京农业大学前沿交叉学院南京210095

为探讨无人机遥感与多时相参数融合在冬小麦单产预测中的潜力,采集了冬小麦7个生育期的无人机RGB和多光谱数据,从中分别提取光谱参数和形态参数,采用5种机器学习算法建模,比较不同生育期单产预测效果,在此基础上,筛选优势参数组合,分别... 详细信息

为探讨无人机遥感与多时相参数融合在冬小麦单产预测中的潜力,采集了冬小麦7个生育期的无人机RGB和多光谱数据,从中分别提取光谱参数和形态参数,采用5种机器学习算法建模,比较不同生育期单产预测效果,在此基础上,筛选优势参数组合,分别比较不同生育期及参数组合与单产预测之间的相关性。结果表明,不同生育期及参数组合对冬小麦单产预测具有不同影响;单生育期时,灌浆期和开花期预测效果最佳,其次为抽穗期、孕穗期、成熟期、拔节期和分蘖期;多生育期时,双生育期、三生育期、四生育期组合预测精度逐渐升高,但考虑到增长幅度以及数据采集、算力开销、处理成本等因素,“拔节期+抽穗期+灌浆期”的三生育期组合经济性最高。5种机器学习算法整体预测精度从高到低分别为反向传播神经网络、随机森林、支持向量机、极端梯度提升和逐步多元回归,通过机器学习可解释性方法SHAP优选的光谱和形态参数组合虽然不同生育期有所不同,但除拔节期外,均能提高单产预测精度。研究结果可为冬小麦单产预测提供方法依据和技术参考。

关键词：冬小麦单产预测无人机遥感机器学习多时相参数 SHAP法

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基于知识图谱的作物卵菌病害研究进展分析

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植物病理学报 2025年第01期55卷 1-10页

作者：万郅睿尹志远董莎萌王源超窦道龙刘金定南京农业大学植物保护学院南京农业大学前沿交叉研究院

卵菌引起的病害对农业生产危害严重，是农林业重点研究和防控对象。为探索卵菌研究现状和发展态势，本研究以Web of Science为数据源，对1985—2023年收录的卵菌相关文献进行计量学分析，并利用CiteSpace绘制知识图谱对结果进行可视化... 详细信息

卵菌引起的病害对农业生产危害严重，是农林业重点研究和防控对象。为探索卵菌研究现状和发展态势，本研究以Web of Science为数据源，对1985—2023年收录的卵菌相关文献进行计量学分析，并利用CiteSpace绘制知识图谱对结果进行可视化展示。发文量统计分析显示，美、中、德等国家在卵菌研究中占主导地位，近5年中国发文量呈快速增长态势，并于2022年跃居全球第一；在研究机构排名中，美国农业部、南京农业大学和加州大学系统的发文量位列前三，且研究成果具有较高影响力。进一步对研究热点进行分析，该领域被关注的主要病菌包括腐霉属(Pythium spp.)、致病疫霉(Phytophthora infestans)、辣椒疫霉(***)等10种常见致病卵菌，研究内容主要包括系统获得抗性、气候变化、抗菌活性等。文献共被引聚类分析表明，卵菌领域已逐步形成以RXLR效应蛋白、趋同进化、毒力因子等为代表的重要研究方向。此外，高被引文献分类分析揭示了效应子致病机制、病害防治方法、生物防治、免疫信号调控等正受到高度关注。这些工作有利于新的卵菌研究者快速了解该领域的研究现状和前沿热点，同时对预判卵菌潜在的研究方向提供一定的参考。

关键词：卵菌文献计量学引文空间知识图谱

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清心益智助眠药枕基础方对失眠小鼠心脏、肝脏及脑组织的影响

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南京农业大学学报 2025年第2期48卷 321-329页

作者：曹亿诺李烁孙莉琼杨桂芹王红柳吴健唐晓清窦道龙南京农业大学园艺学院江苏南京210095 南京农业大学校医院江苏南京210095 南京农业大学前沿交叉研究院江苏南京210095

[目的]本文旨在阐明清心益智助眠药枕基础方(交泰丸、二至丸、聪明汤)对失眠小鼠的药效作用。[方法]以对氯苯丙氨酸(DL-4-chlorophenylalanine, PCPA)为诱导剂,建立小鼠失眠模型,试验期间观察小鼠行为学变化,通过观察小鼠肝脏、心脏、... 详细信息

[目的]本文旨在阐明清心益智助眠药枕基础方(交泰丸、二至丸、聪明汤)对失眠小鼠的药效作用。[方法]以对氯苯丙氨酸(DL-4-chlorophenylalanine, PCPA)为诱导剂,建立小鼠失眠模型,试验期间观察小鼠行为学变化,通过观察小鼠肝脏、心脏、脑组织的病理变化,测定肝脏组织的丙二醛(MDA)含量及超氧化物歧化酶(SOD)活性、心脏组织的去甲肾上腺素(NE)含量、脑组织的乙酰胆碱(Ach)含量等病理生化指标,初步评价药枕基础方对PCPA致失眠模型小鼠的影响。[结果]药枕基础方可改善PCPA致失眠小鼠的肝脏、心脏和脑组织病理变化,模型组小鼠肝脏组织SOD活性、脑组织Ach含量较空白组显著降低(P<0.05),模型组小鼠肝组织MDA含量、心组织NE含量较空白组显著升高,说明造模成功。药枕基础方组与阳性对照组小鼠肝组织SOD活性和脑组织Ach含量均显著高于模型组;药枕基础方组与阳性对照组小鼠肝组织MDA含量和心组织NE含量均显著低于模型组。[结论]药枕基础方可有效改善PCPA致失眠小鼠的睡眠质量,显著提高肝组织SOD活性、脑组织的Ach含量,降低肝组织MDA含量以及心组织的NE含量。

关键词：清心益智助眠药枕基础方失眠小鼠心脏肝脏脑

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植保“包干制”减量化的激励机制研究——基于“委托−代理”视角

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华中农业大学学报(社会科学版) 2025年第2期 116-126页

作者：曹冉窦道龙徐志刚南京农业大学经济管理学院江苏南京210095 南京农业大学前沿交叉研究院江苏南京210095

推进农药减量是实现农业绿色发展的重要举措。运用案例研究方法,借鉴“大包干”的制度设计思路,分析病虫害防治环节“包干制”实现农药减量的内在机理。研究发现,“包干制”赋予服务主体农药减量的内在动力,激励其通过减少农药用量降低... 详细信息

推进农药减量是实现农业绿色发展的重要举措。运用案例研究方法,借鉴“大包干”的制度设计思路,分析病虫害防治环节“包干制”实现农药减量的内在机理。研究发现,“包干制”赋予服务主体农药减量的内在动力,激励其通过减少农药用量降低服务成本。同时,“包干制”服务主体的减量化行为受病虫害防治效果的制约,促使服务主体及时、针对性防治病虫害,以在减少农药用量的同时确保防治有效。在“包干制”下,服务主体不仅可以通过减少农药用量实现收入最大化,还能够有效防治病虫害,切实保障农户的利益,是一种激励相容的服务模式。进一步分析发现,“包干制”能否推广取决于村庄的土地规模经营水平和人际信任程度。据此建议规模经营发展、服务主体本地化、发挥村集体组织协调职能,以推动“包干制”顺利发展、创新农业减量化方案。

关键词：包干制外包服务农药减量委托−代理

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基于无人机图像和SHAP特征筛选的小麦田间产量预测方法研究

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麦类作物学报 2025年第2期45卷 264-274页

作者：朱志畅葛焱臧晶荣李庆金时超徐焕良翟肇裕南京农业大学人工智能学院江苏南京210031 南京农业大学工学院江苏南京210031 南京农业大学农学院江苏南京210095 南京农业大学前沿交叉研究院江苏南京210095

为了探寻适宜的小麦产量预测模型并提高其精度,从冬小麦灌浆期的无人机多光谱和RGB图像中提取了14种光谱参数和28种形态参数作为特征变量,利用线性回归、随机森林、神经网络等10种机器学习方法构建小麦田间产量预测模型,并比较了模型间... 详细信息

为了探寻适宜的小麦产量预测模型并提高其精度,从冬小麦灌浆期的无人机多光谱和RGB图像中提取了14种光谱参数和28种形态参数作为特征变量,利用线性回归、随机森林、神经网络等10种机器学习方法构建小麦田间产量预测模型,并比较了模型间预测能力的差异;同时,引入机器学习事后可解释性方法SHAP对输入的特征变量进行重要性分析和筛选,了解其提高模型预测能力的效果。结果表明:(1)10种机器学习模型中,误差逆传播神经网络BPNN的产量预测表现最好(r^(2)=0.826,RMSE=0.094 t·hm^(-2));(2)根据SHAP确定的特征变量重要性排序,花青素反射指数ARI和三维冠层体积Volume对于预测结果的影响最大,占全部特征重要性总和的45.48%;(3)经过SHAP特征筛选后,确定了在BPNN产量预测模型上表现最优的9个特征变量,其预测结果r^(2)为0.865,RMSE为0.075 t·hm^(-2),比使用全特征的BPNN和事前Pearson相关性分析方法在预测精度上均有提升。因此,在优选产量预测模型基础上,可采用SHAP机制对特征变量的重要性进行筛选和分析,以此进一步提高田间小麦产量预测精度。

关键词：小麦无人机图像机器学习 SHAP加性解释方法产量预测

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我国主要粮食作物中镉限量标准问题的若干思考

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科学通报 2022年第27期67卷 3252-3260页

作者：汪鹏赵方杰南京农业大学资源与环境科学学院作物遗传与种质创新国家重点实验室南京210095 南京农业大学前沿交叉研究院农业与健康研究中心南京210095

大米镉限量标准对评估土壤环境质量和保障人体健康具有重要的作用.当前,我国大米镉限量标准值存在很大争议.本文从人体镉摄入健康指导值、暴露风险、膳食结构等角度,论述了我国现行大米镉限量标准值的合理性,并对限量标准值制修订提出... 详细信息

大米镉限量标准对评估土壤环境质量和保障人体健康具有重要的作用.当前,我国大米镉限量标准值存在很大争议.本文从人体镉摄入健康指导值、暴露风险、膳食结构等角度,论述了我国现行大米镉限量标准值的合理性,并对限量标准值制修订提出了建议.

关键词：暴露风险限量标准膳食结构人体健康土壤环境质量制修订镉摄入健康指导值

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结合轻量级麦穗检测模型和离线Android软件开发的田间小麦测产

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农业工程学报 2021年第19期37卷 156-164页

作者：陈佳玮李庆谭巧行桂世全王笑易福金姜东周济南京农业大学前沿交叉研究院/植物表型组学研究中心/江苏省现代作物生产省部共建协同创新中心南京210095 南京农业大学工学院南京210095 南京农业大学农学院南京210095 南京农业大学经济管理学院南京210095 英国剑桥作物研究中心/英国国立农业植物研究所英国剑桥CB30LE

单位面积麦穗数是重要的产量构成因素之一,通过该性状和不同品种历史数据在田间完成对小麦产量的预估,对育种栽培和农业生产具有非常重要的意义。该研究基于小麦田间栽培试验提出了一套结合轻量级深度学习技术和小麦测产算法在Android(... 详细信息

单位面积麦穗数是重要的产量构成因素之一,通过该性状和不同品种历史数据在田间完成对小麦产量的预估,对育种栽培和农业生产具有非常重要的意义。该研究基于小麦田间栽培试验提出了一套结合轻量级深度学习技术和小麦测产算法在Android(安卓)智能手机上离线分析单位面积穗数和田间测产的技术方案。首先介绍了手机标准化俯拍小麦冠层和手机端图像预处理算法,再根据灌浆期小麦冠层图像构建了MobileNetV2-YOLOV4深度学习模型对单位面积中的麦穗进行识别,然后结合迁移学习和***转换器完成了模型轻量化,最后通过AndroidSDK和SQLite构建了不同小麦品种在手机端的产量数据库和人机交互图形界面。开发的安卓软件"YieldQuant-Mobile"(YQ-M)可离线识别手机拍摄的麦穗数量,并在田间完成产量预测和结果输出等功能。基于从中国各小麦主产区中选择的80个代表性品种(共240个1 m^(2)小区),使用YQ-M完成了这些品种的麦穗检测和小区测产研究。结果显示YQ-M的精确率、召回率、平均精确度和F1分数分别为84.43%,91.05%,91.96%和0.88。单位面积测产结果和实际产量的决定系数为0.839,均方根误差为17.641 g/m^(2)。研究表明YQ-M对麦穗识别精度高,在田间环境下测产结果和算法鲁棒性良好。此外,YQ-M还具有良好的扩展性,可为其他作物的离线智能测产提供借鉴,并为小麦研究和生产实践提供低成本、便捷可靠的田间测产方法。

关键词：模型算法产量轻量级深度学习麦穗计数 Android软件开发小麦

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基于多光谱图像的小麦种子形态和成分性状的自动化检测算法开发

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植物生理学报 2024年第4期60卷 739-752页

作者：李鸿岩戴杰周洁闻桢杰 Phil Howell 周济南京农业大学前沿交叉研究院/工学院/作物表型组学交叉研究中心南京210095 英国国立农业植物研究所/剑桥作物研究中心英国剑桥CB3OLE

在全球气候变化加剧的背景下,小麦(Triticum aestivum)产量与中国粮食安全密切相关,因此,基于小麦种子外部形态与内部成分的快速、无损检测对高通量鉴定其品质和活力意义重大。针对当前种子检测通量及准确性的限制,本研究通过多学科融合... 详细信息

在全球气候变化加剧的背景下,小麦(Triticum aestivum)产量与中国粮食安全密切相关,因此,基于小麦种子外部形态与内部成分的快速、无损检测对高通量鉴定其品质和活力意义重大。针对当前种子检测通量及准确性的限制,本研究通过多学科融合,结合多光谱成像、计算机视觉、自动化图像处理等技术,开发了一种通过多光谱图像从近百粒种子中快速提取单粒、并在单粒尺度完成外部形态(如种子面积、长度、宽度与圆度等)和内部物质成分(如植物色素、淀粉、植物油脂与水分含量等)量化分析的算法。针对所选的15个小麦品种,算法对1 347粒种子形态性状的分析结果与人工测量结果间的决定系数(R2)为面积0.900 (RMSE=1.504)、长度0.981 (RMSE=0.188)、宽度0.911 (RMSE=0.795);对513粒种子的六个关键光谱波段的R2为0.973、0.970、0.983、0.953、0.891、0.893;以上P值均小于0.005。在此基础上,通过形态与光谱性状的聚类和主成分分析,本研究还构建了区分不同品种小麦种子的分类方法,进而探索了重要种子农艺性状(如种子破损区域及种胚检测等)的自动鉴选算法,为种子活力和品质的高通量检测研究提供了新思路和新方法。

关键词：种子形态分析种子成分表征多光谱成像技术自动化图像处理小麦

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种子动态萌发表型分析算法的研究和软件实现

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南京农业大学学报 2022年第6期45卷 1266-1275页

作者：赵建华周洁戴杰丁国辉徐凌翔关雪莹周济南京农业大学前沿交叉研究院/作物表型组学交叉研究中心江苏南京210095 南京农业大学人工智能学院江苏南京210031 浙江大学农业与生物技术学院浙江杭州310029 英国国立农业植物研究所/英国剑桥作物研究中心剑桥CB30LE英国

[目的]种子是植物研究中重要的对象之一,本研究旨在对关键种子萌发表型进行动态监测及量化分析,为了解不同植物生存、生长和繁衍提供表型依据。[方法]本研究以小麦(Triticum aestivum)为研究对象,利用监督式机器学习算法(如K近邻、支持... 详细信息

[目的]种子是植物研究中重要的对象之一,本研究旨在对关键种子萌发表型进行动态监测及量化分析,为了解不同植物生存、生长和繁衍提供表型依据。[方法]本研究以小麦(Triticum aestivum)为研究对象,利用监督式机器学习算法(如K近邻、支持向量机、随机森林),在不同颜色空间上对3种弱筋小麦品种的种子萌发图像序列进行前、背景对象训练及背景分割,然后通过构建自动化图像处理算法进行目标提取,再结合图论和二维骨架动态分析幼根和根尖点的位置变化,实现关键萌发性状的高通量数字化提取。[结果]本研究可获得大量人工难以计量的萌发性状,包括种子长、宽、面积、周长,幼根和幼芽长度及生长速率等。通过与人工统计数据的线性回归分析,关键动态性状如幼根长、根生长速率、芽长的决定系数R 2值分别为0.922(n=188,P<0.001,RMSE=1.727)、0.719(n=191,P<0.001,RMSE=0.406)、0.897(n=115,P<0.001,RMSE=2.726)。[结论]本研究提出的算法能有效获取种子萌发动态表型组,并可扩展至棉花(Gossypium barbadense)和油菜(Brassica napus),为遗传育种和植物研究提供表型分型依据和智能化解析技术。

关键词：种子萌发动态表型分析自动化图像处理监督式机器学习小麦

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基于热红外成像和断根修复算法的玉米根系表型检测方法

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光谱学与光谱分析 2020年第9期40卷 2845-2850页

作者：卢伟韩钊蹇兴亮 Zhou Ji 姜东丁艳锋南京农业大学工学院/江苏省现代设施农业技术与装备工程实验室江苏南京210031 John Innes Centre Earlham InstituteNorwich Research ParkNorwichNR47UHUK 南京农业大学作物表型组学交叉研究中心江苏南京210014

针对土壤遮挡时根系图像信息不全的问题,提出一种热红外成像根系表型检测方法,结合Criminisi改进算法实现根系图像信息的增强和修复,并研究玉米根系表型与种子活力之间的关系。首先,设计一种适应于玉米根系构型的环形双层石英培养装置... 详细信息

针对土壤遮挡时根系图像信息不全的问题,提出一种热红外成像根系表型检测方法,结合Criminisi改进算法实现根系图像信息的增强和修复,并研究玉米根系表型与种子活力之间的关系。首先,设计一种适应于玉米根系构型的环形双层石英培养装置迫使玉米根系贴壁生长,分别将老化0, 1, 3和6 d的玉米种子种植在环形培养装置中。基于水和土壤比热容具有显著差异的特点,利用水对玉米苗根茎进行滴灌,并通过热空气对培养装置中的玉米根系进行短时热激励,再用红外热像仪采集根系红外热像,利用土壤与根土间隙水流温度的差异实现土壤遮挡处根系的热成像。其次,对预处理后的根系热像,进行端点和最佳匹配对判定,并利用Criminisi改进算法对红外热像中的断根连接,实现根系热红外图像的修补。最后,利用以上方法分别对不同老化天数的玉米种子幼苗进行根系表型检测验证。结果表明,所提出的热红外成像方法可有助于土壤遮挡处根系的表型图像信息增强,比彩色图像提取的根系表型参数精度提高约0.5%~10%。玉米种子老化1d后其根系表型参数总根长(RTL)和总根数(RTN)未见明显差异,但老化3d和6d的种子其根系表型参数具有显著差异, RTL减少20%~35%, RTN减少10%~55%,反映了玉米种子长时间老化后其活力存在显著下降。不同老化天数的玉米根系表型参数RTL和RTN均与老化天数呈显著负相关,可作为种子活力的重要指标参数,其中,种子根系RTN参数对老化更为敏感,更能够直观反映种子的活力水平,老化1和3 d的种子发根与未老化种子相比均推迟1 d;老化6 d的种子其发根则推迟2 d,且后续根系发育一直迟缓。所提的基于热红外成像的根系表型检测结合Criminisi改进算法的根系表型检测方法,可用于作物根系表型高通量无损检测,具有广阔的应用前景。

关键词：根系表型热红外成像图像修复种子无损检测

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