一种估测小麦冠层氮含量的新高光谱指数

提出了一种估测小麦冠层氮含量的新高光谱指数--微分归一化氮指数(FD-NDNI)。以FieldSpec Pro FR地物光谱仪采集拔节后至孕穗前小麦的冠层光谱190份,随机抽取142份作为训练集,其余48份作为预测集。将光谱以小波阈值去噪法去噪后,利用其525、570 与730 nm处的一阶导数值,采用差值、比值以及归一化的方法构建了12种光谱指数以实现小麦冠层氮含量的估测,并与mNDVI705、mSR以及NDVI705等22种常用指数进行了比较分析。发现指数FD-NDNI对小麦冠层氮含量的估测结果最佳,其估测模型(指数形式)校正集决定系数(C-R²)与预测集决定系数(P-R²)分别达0.818与0.811,优于mNDVI705等常用指数。进一步分析表明,在各指数中,FD-NDNI对叶面积系数最不敏感,可最有效地避免冠层郁闭度等因素对氮含量估测的影响。为优化结果,采用最小二乘支持向量回归算法(LS-SVR)对模型进行了改进,当模型惩罚系数C与RBF核函数参数g取得最优解6.4与1.6时,其C-R²与P-R²分别提高至0.846与0.838,具有比指数模型更高的精度。结果表明:FD-NDNI是小麦冠层氮含量估测的优选指数,LS-SVR为建模的优选算法。     

基于DWT-GA-PLS的土壤碱解氮含量高光谱估测方法

以山东齐河县为研究区,实地采集土壤样本,在土样高光谱测试并进行一阶导数变换的基础上,先运用离散小波变换(DWT)对土壤光谱去噪降维,然后采用遗传算法(GA)筛选土壤碱解氮定量估测模型的参与变量,最后应用偏最小二乘(PLS)回归构建土壤碱解氮含量的估测模型.结果表明: 离散小波变换结合遗传算法和偏最小二乘法(DWT-GA-PLS)用于土壤碱解氮含量定量估测,不仅可压缩光谱变量、减少模型参与变量,而且可改善模型估测准确度;较之于采用土壤全谱,小波离散分解1～2层低频系数构建的模型在参与变量大幅减少的情况下,取得更准确或与之相当的预测结果,其中,基于第2层小波低频系数采用GA筛选变量构建的PLS模型的预测效果表现最好,预测R²达到0.85,RMSE为8.11 mg·kg^-1,RPD为2.53.说明DWT-GA-PLS用于土壤碱解氮含量高光谱定量估测的有效性.     

一种估测土壤有机质含量的近红外光谱参数

通过系统分析我国中、东部地区5种不同类型土壤风干样本的有机质含量与近红外(1000～2500 nm)光谱反射率和一阶导数两波段构成的比值、差值及归一化指数之间的关系,构建了适合土壤有机质含量估测的光谱参数及定量反演模型.结果表明：用多元散射校正及Savitzky-Golay平滑方法对原始光谱反射率进行预处理后,其两波段组成的光谱参数与土壤有机质含量的相关性明显优于原始光谱反射率组成的光谱参数,而由上述预处理后的反射率一阶导数的两波段构成的光谱参数介于二者之间;不同类型光谱参数构成形式中,以差值指数的预测性最好,其次为比值和归一化指数;与土壤有机质含量相关程度最高的光谱参数,是以近红外合频区1883和2065 nm 2个波段的反射率经多元散射校正和Savitzky-Golay平滑后构建而成的差值指数DI(CR₁₈₈₃, CR₂₀₆₅),两者呈极显著的直线相关.经不同类型土壤的观测资料检验,模型的决定系数为0.837,均方根误差为4.06;与偏最小二乘法的全谱建模结果相比,尽管DI(CR₁₈₈₃, CR₂₀₆₅)的预测精度略低于后者,但该指数只使用了2个波段的反射率,且所建模型比较简单,能为便携式监测仪的研制提供更有效的信息,可作为一种良好的土壤有机质估测光谱参数.     

基于无人机的冬小麦拔节期表层土壤有机质含量遥感反演

快速监测大面积分布的盐渍化麦田土壤有机质含量,可为推进盐渍土改良和促进碳循环研究提供数据支撑。通过野外采样与获取无人机遥感影像,分别基于裸土和植被情况,采用多元线性回归(MLR)、偏最小二乘回归(PLSR)和支持向量机回归(SVR)3种方法,建立区域有机质含量遥感模型,并进行检验和对比,确定最优的土壤有机质含量反演模型;最后基于最优模型进行研究区表层土壤有机质的反演,并与插值结果进行比较。结果表明: 经5×5的中值滤波处理后的光谱与土壤表层有机质对应最优;3种模型中,SVR模型的预测精度最高,PLSR次之,MLR效果最差。对比两种变量的建模效果,基于植被的SVR建模效果最好,其建模决定系数(R²)、均方根误差(RMSE)分别为0.89、0.20,验证R²、RMSE分别为0.82、0.24;基于裸土的建模效果不理想,最优的也是SVR模型,其建模R²、RMSE分别为0.63、0.26,验证R²、RMSE分别为0.61、0.25。根据最优模型反演得到该区域有机质含量为17.51～22.53 g·kg^-1,平均值为19.51 g·kg^-1,与实地调查结果较为一致;插值结果与反演结果相比,精度受到限制。综上,基于无人机多光谱可以对盐渍土冬小麦拔节期土壤有机质含量进行快速、大范围精准估测。     

应用近红外光谱估测小麦叶片氮含量

研究利用近红外光谱(near-infrared, NIR)和化学计量学方法估测小麦(Triticum aestivum)新鲜叶片和粉末状干叶中全氮含量的可行性, 并建立小麦叶片氮含量估测模型, 以期为小麦氮素营养的精确管理提供理论依据。以3个小麦田间试验观测资料为基础, 分别运用偏最小二乘法(partial least squares, PLS)、反向传播神经网络(back-propagation neural network, BPNN)和小波神经网络(wavelet neural network, WNN), 建立小麦叶片氮含量的鲜叶和粉末状干叶近红外光谱估测模型, 用随机选择的样品集对所建模型进行测试和检验。结果显示, 利用PLS、BPNN和WNN 3种方法构建的近红外光谱模型均能准确地估测小麦叶片氮含量, 其中基于BPNN和WNN的模型优于基于PLS的模型, 且以基于WNN的模型表现最好。对模型进行检验的结果显示, 粉末状干叶模型的预测均方根误差(RMSEP)分别为0.147、0.101和0.094, 鲜叶模型的RMSEP分别为0.216、0.175和0.169, 模型的相关系数均在0.84以上。因此, 利用近红外光谱估算小麦叶片氮素营养精确可行, 对其他作物的氮素营养估测提供了借鉴和参考。     

不同地形条件下植被盖度信息提取技术研究

为系统地研究特定区域的植被盖度信息提取技术, 在不同的地形条件下, 比较了目前流行的多种高光谱遥感植被盖度提取方法。结果表明: 最优高光谱归一化植被指数(NDVI₁)的建模和验证精度均高于其他两种归一化植被指数(NDVI), 直接采用NDVI建立的回归模型对研究区植被盖度的估测能力低于像元二分模型; 阴坡的最佳模型为基于一阶微分的偏最小二乘回归模型(PLSR模型), 其建模决定系数(R²)为0.810, 均方根误差(RMSE)为6.29, 验证R²为0.773, RMSE为8.85; 阳坡的最佳模型为基于二阶微分的PLSR模型, 其建模R²为0.823, RMSE为6.04, 验证R²为0.801, RMSE为7.35; 平原的最佳模型为全受限的线性光谱混合分解模型(FCLS), 其验证R²为0.852, RMSE为5.86。     

近红外光谱技术快速检测原料乳中掺杂物

采用近红外光谱技术结合化学计量学方法,对原料乳中常见的2种掺杂物——大豆分离蛋白与植脂末进行定量分析研究。先通过不同光谱预处理方法结合偏最小二乘法（PLS）建模评价不同预处理方法的效果,结果表明通过平滑处理结合多元散射校正（MSC）进行光谱预处理效果最佳,大豆分离蛋白PLS定量模型相关系数（R2）与交叉验证均方差（RMSECV）分别为0.980 9、0.127 5,植脂末PLS模型分别为0.972 2、0.130 8。随后比较了不同建模方法的效果,结果发现：采用径向基神经网络（RBF）对大豆分离蛋白的建模效果最佳,R2为0.999 4,测试集均方根误差为0.003 1;采用广义回归神经网络（GRNN）方法对植脂末建模效果最佳,R2为0.998 9,测试集均方根误差为0.004 5。因此,合理结合近红外光谱技术与化学计量学方法可快速、准确检测原料乳中大豆分离蛋白和植脂末这2种掺杂物含量。     

不同光谱类型对银川平原土壤含盐量反演精度的影响与校正

土壤盐渍化是导致土壤质量下降、耕地减产的重要因素之一。为准确快速评价银川平原土壤含盐量,本研究对野外高光谱数据和室内高光谱数据进行一阶微分(FDR)变换,逐步回归(SR)筛选特征波段,利用偏最小二乘回归(PLSR)与支持向量机(SVM)进行建模,明确适用于本地区土壤含盐量准确反演的光谱类型,并对较差光谱类型进行分段校正与全局校正,尝试提高土壤含盐量反演精度。结果表明: 基于野外光谱的土壤含盐量反演模型精度比室内光谱平均高58.9%;对室内光谱进行分段校正、全局校正后反演精度均有提高,其中,PLSR以分段校正精度更高,建模决定系数(R_c²)、验证决定系数(R_p²)和相对分析误差(RPD)分别为0.790、0.633和1.64,而SVM以全局校正精度更高,R_c²、R_p²和RPD分别为0.927、0.947和3.87;SVM模型的反演精度高于PLSR,其中,野外光谱建模效果最佳,室内全局校正光谱与室内分段校正光谱次之,室内光谱最差。因此,野外高光谱可实现对银川平原土壤表层含盐量的定量反演,经校正的室内光谱对土壤含盐量反演精度显著提升,均可为粮食安全与生态环境高质量发展提供保障。     

冬小麦叶片SPAD值高光谱估测的预处理方法

为选择合适的光谱预处理方法,提高叶片SPAD值的预测精度,本研究分析冬小麦不同叶位叶片SPAD值与光谱的响应关系,对原始光谱数据进行归一化处理(NC)、多元散射校正(MSC)和基线校正(BC)及组合处理,并结合连续投影算法(SPA)和逐步多元线性回归(SMLR)构建SPAD值光谱估测模型。结果表明:增加施氮量能提高冬小麦不同叶位叶片的SPAD值,生育前期顶二叶在近红外光谱区域反射率最大,生育后期则为顶一叶最大;单一光谱预处理中基于NC处理的光谱预测模型最好(R2=0.770、RMSE=1.483),MSC处理降低了模型预测效果,组合预处理中,以BC+NC建模效果最好,R2和RMSE分别为0.755和1.540;部分预处理在一定程度上可以消减噪音,但不当的预处理方法会降低模型的预测能力;预处理方法并不是越多越好,顺序不同预测模型精度不同。     

基于相关分析和偏最小二乘回归的黄绵土土壤全氮和碱解氮含量的高光谱预测

以采取植被恢复措施的陕西省吴起县为研究区,实地采集24个土壤剖面不同层次的黄绵土土样100个,在进行土壤样本全氮（TN）和碱解氮（AHN）含量及实验室反射光谱数据测量和分析的基础上,用相关分析（CA）结合偏最小二乘回归（PLS）方法建立黄绵土土壤TN和AHN含量的校正模型,并用独立样本对校正模型进行验证.结果表明： 利用6种光谱变换方式建立的校正模型中,微分光谱建立的校正模型是预测研究区土壤TN含量的最佳模型,校正和验证R²分别为0.929和0.935,均方根误差（RMSE）分别为0.045和0.047 g·kg^-1,相对预测偏差（RPD）为3.12;而归一化变换建立的校正模型是预测土壤AHN含量的最佳模型,校正和验证R²分别为0.873和0.773,RMSE分别为9.946和16.204 mg·kg^-1,RPD为1.538.所建立的全氮预测模型可以对0～40 cm土层的TN进行有效预测,而碱解氮的预测模型对同一深度只能进行粗略预测.本研究为采取植被恢复措施的退化生态系统区黄绵土土壤全氮的快速预测提供了一种较好的方法,但是对于碱解氮的准确、快速预测,需要进一步研究.     

Toll样受体4(TLR4)基因剔除小鼠构建及初步表型分析

目的 利用CRISPR/Cas9技术构建Toll样受体4(TLR4)基因敲除小鼠模型,并观察突变小鼠对革兰氏阴性细菌脂多糖(LPS)刺激响应的变化。方法 针对TLR4基因外显子2设计并合成1对sgRNA片段,与编码Cas9的mRNA混合后通过受精卵显微注射方法,建立TLR4基因敲除小鼠,通过繁育获得基因敲除纯合子小鼠(TLR4^-/-小鼠);通过LPS刺激,分析TLR4^-/-小鼠对炎症应激的反应情况,并在分子和病理水平上和野生型对照(WT)进行比较。结果 PCR及测序检测表明TLR4基因外显子2在小鼠基因中被成功敲除;给予LPS刺激后,IL1β、IL6、MyD88、iNOS及TNFa等炎症因子的表达在野生型小鼠的心、肝和肺组织中显著上调,而在TLR4^-/-小鼠中则几乎没有变化;血生化指标显示LPS刺激后WT小鼠血清中的尿素(Urea)和肌酐(Cre)水平显著升高,而TLR4^-/-小鼠刺激前后无显著变化,病理分析同样发现TLR4^-/-小鼠能够抵抗LPS对肾组织的损伤。结论 利用CRISPR/Cas9技术成功构建了TLR4基因剔除小鼠模型,TLR4的缺失能够降低IL1β、IL6、MyD88、iNOS及TNFa炎症因子对LPS刺激的响应,抑制LPS引起的炎症反应及对组织的损伤。     

Application of trophic transfer efficiency and age structure in the trophic analysis of fossil assemblages

We evaluate onshore-offshore trends in age-frequency distributions and trophic transfer efficiencies using 11 modern death assemblages off the Texas coast. Trophic transfer efficiencies within trophic levels offer little insight over that achieved by a size-frequency distribution. Production/biomass ratios will always be 1 in the fossil record. Within trophic-level estimates of paleogrowth efficiency, the ratio of paleoproduction to paleoingestion (Pⁱ_glt/Iⁱ_lt where i indicates the i^th trophic level and lt indicates the time-averaged value) follow the expected ecological trend precisely in that paleogrowth efficiency is consistently higher in primary consumers than in predators in all 11 death assemblages. Paleoutilization efficiency, the ratio of predator paleoingestion to prey paleoproduction, I²_lt^°/P¹_glt^°, may provide information on the degree of bias in the preservation of primary (1 °) and secondary (2 °) consumer trophic groups. I²_lt^°/P¹_glt^° fell below 0.1 in most cold-seep and bay assemblages, indicating a large surplus of primary consumers. In sharp contrast, I²_lt^°/P¹_glt^°     

Loss of Akt1 leads to severe atherosclerosis and occlusive coronary artery disease

The Akt signaling pathway controls several cellular functions in the cardiovascular system; however, its role in atherogenesis is unknown. Here, we show that the genetic ablation of Akt1 on an apolipoprotein E knockout background (ApoE^−/−Akt1^−/−) increases aortic lesion expansion and promotes coronary atherosclerosis. Mechanistically, lesion formation is due to the enhanced expression of proinflammatory genes and endothelial cell and macrophage apoptosis. Bone marrow transfer experiments showing that macrophages from ApoE^−/−Akt1^−/− donors were not sufficient to worsen atherogenesis when transferred to ApoE^−/− recipients suggest that lesion expansion in the ApoE^−/−Akt1^−/− strain might be of vascular origin. In the vessel wall, the loss of Akt1 increases inflammatory mediators and reduces eNOS phosphorylation, suggesting that Akt1 exerts vascular protection against atherogenesis. The presence of coronary lesions in ApoE^−/−Akt1^−/− mice provides a new model for studying the mechanisms of acute coronary syndrome in humans.     

多鳞四须鲃耗氧率、排氨率和窒息点的初步研究

控制水温在(20±0.5)℃条件下,采用Winkler法和奈氏试剂法分别测定水中的溶氧含量和氨氮含量,通过比较流水呼吸室进、出口水中的溶解氧和氨氮含量之差以确定多鳞四须鲃(Barbodes schwanenfeldi)的耗氧率、排氨率及窒息点.结果表明,多鳞四须鲃耗氧率随体重增加而减小,关系式为Y=0.24X^-0.09(R²=0.9028);随放养密度的增大而减小,关系式为Y=-0.029X+0.3301 (R²=0.9291).排氨率随体重的增加而减小,关系式为Y=-0.0008X+0.2433 (R²=0.9817);随放养密度的增大而增加,关系式为Y=-0.050X+0.4979 (R²=0.9889).多鳞四须隹巴晚间(18:00～4:00)的耗氧率明显高于白天(6:00-1:00),排氨率则相反,白天的排氨率相对较高,表明多鳞四须鲃巴属于"昼伏夜出"型鱼类.多鳞四须啬巴的窒息点为1.2572mg·L^-1,耐氧性较差.     

太阳辐射对稻田甲烷排放的影响

太阳辐射减弱是气候变化的主要特征之一,而太阳辐射减弱对稻田甲烷(CH4)排放的影响尚不明确,且缺少高光谱遥感用于估算稻田CH4排放的研究.通过田间模拟试验,研究了不同遮阴强度对稻田CH4排放和水稻冠层光谱特征的影响,并基于冠层高光谱数据估算了CH4排放通量.采用单因子试验设计,遮阴强度设3个水平,即对照(不遮阴,CK)、轻度遮阴(S1,单层遮阴,遮阴率为60%)和重度遮阴(S2,双层遮阴,遮阴率为84%).结果表明:与对照相比,遮阴明显降低了稻田CH4排放,但重度遮阴下CH4排放高于轻度遮阴;近红外波段水稻冠层反射率表现为CK>S2>S1;水稻冠层光谱反射率(699~1349 nm)与CH4排放通量呈极显著正相关,最高相关系数达0.64,6种植被指数与CH4排放通量也呈极显著相关,其中比值植被指数(RVI)与CH4排放通量的相关系数最大,达0.84;建立了以RVI、归一化植被指数(NDVI)和507 nm原始反射率(ρ507)为参数估算CH4排放通量的逐步回归模型,决定系数R2分别为0.86和0.85,利用该模型可为开展区域稻田温室气体排放的遥感监测提供试验依据.     

吉林省长白山区胡桃楸天然次生混交林立地指数模型

依据吉林省长白山胡桃楸天然次生混交林12个典型区域的坡向、坡位分布,结合胡桃楸龄级,布设样地109块,以年龄-树高数据为材料,编制了吉林省东部山区胡桃楸天然次生混交林立地指数表.结果表明: 应用3倍树高标准差法剔除异常数据,最终得到80块379对胡桃楸不同龄级的年龄与树高数据,运用7个数学模型进行比较,确定了单形立地指数导向曲线方程式: H=28.0181(1-e^-0.0341A)^1.0503,决定系数R²为0.85,残差平方和为0.89,基准年龄为50年,指数级距为2 m,得到了16～28 m的7条立地指数曲线.根据不同立地类型,建立了多形立地指数模型,幂函数拟合效果较好,即H=B₀t^B1,其中B₀=10^-9e^0.9213SI,B₁=-0.2139SI+5.6183,最终得到了多形立地指数模型方程式H=10^-9e^0.9213SIt^{-0.2139SI+5.6183}.指数级差法和落点检验法对2种立地指数模型的精度检验表明,多形立地指数的精确度较高,能够准确地反映胡桃楸不同立地类型间树高生长的差异,可用于吉林省长白山区胡桃楸天然次生混交林立地质量评价.     

Determination of total protein in hyperimmune serum samples by near-infrared spectrometry and multivariate calibration

In the present work, the determination of the total protein concentration in hyperimmune serum samples was performed through a partial least-squares near-infrared (NIR-PLS) method. The method was based on the chemometric treatment of the NIR spectra of samples. The influences of spectra preprocessing and spectral window utilized in the construction of PLS model were studied. Models were built using reference data of 19 samples selected through the use of hierarchical cluster analysis (HCA) of NIR spectra of samples and another 24 samples were employed for external validation of the method. A model with better prediction capacity was obtained after whole spectra preprocessing by multiplicative scattering correction (MSC) algorithm and using data in the spectral range of 2158-2209 nm. Under optimized conditions a RMSEP of 0.21 g dl⁻¹ and a quality coefficient value (QC) of only 5.8% were obtained for the prediction of total protein content in the samples used for external validation. Also, a determination coefficient, r², of 0.97 was obtained in the correlation of predicted and reference data of samples situated in the validation set.     

Heterobimetallic aggregates of copper(I) with thiotungstates and thiomolybdates. Synthesis and characterization of polymeric (NEt4)3[Cu4(NCS)5WS4], (NEt4)2[(CuNCS)3WS4] and (NEt4)2[(CuNCS)4WS4], M = Mo, W

Reaction of (NEt₄)₂MS₄ (M = Mo, W) with CuCl and KSCN (or NH₄SCN) in acetone or acetonitrile affords a new set of mixed metal–sulfur compounds: infinite anionic chains Cu₄(NCS)₅MS_4³⁻ (1,2), (CuNCS)₃WS_4²⁻ (3) and two dimensional polymeric dianions (CuNCS)₄MS_4²⁻ (4,5). Crystal of 1 (M = W) and 3 are triclinic, space group P1(1:a = 10.356(2),b = 15.039(1),c = 17.356(2)Å, = 78.27(1)°, β = 88.89(2)° and γ = 88.60(1)°,Z = 2,R = 0.04 for 3915 independent data;3:a = 8.449(2),b = 14.622(4),c = 15.809(8)Å, = 61.84(3)°, β = 73.67(3)° and γ = 78.23(2)°,Z = 2,R = 0.029 for 6585 independent data). Crystals of 4 (M = W) and 5 (M = Mo) are monoclinic, space group P2₁/m,Z = 2 (4:a = 12.296(4),b = 14.794(4),c = 10.260(3)Åand β = 101.88(3)°,R = 0.034 for 4450 independent data;5:a = 12.306(2),b = 14.809(3),c = 10.257(2)Åand β = 101.99(3)°,R = 0.043 for 3078 independent data). The crystal structure determinations of 4 and 5 show that four edges of the tetrahedral MS_4²⁻ core are coordinated by copper atoms forming WS₄Cu₄ aggregates linked by eight-membered Cu(NCS)₂Cu rings. A two-dimensional network is thus formed in the diagonal (101) plane. The space between the anionic two-dimensional networks is filled with the NEt_4⁺ cations. Additional NCS groups lead to the [Cu₄(NCS)₅WS₄]³⁻ (1) trianion connected by NCS bridges forming pseudo-dimers. These latter are held together by weak CuS(NCS) interactions giving rise to infinite chains along a direction parallel to [100]. In contrast complex3 develops infinite chains from WS₄Cu₃ aggregates with the same Cu(NCS)₂Cu bridges as in 4 and 5. These chains are running along a direction parallel to [010]. The structural data of the different types of polymeric compounds containing MS_4²⁻ and CuNCS have been used to interpret vibrational spectroscopic data of the thiocyanate groups.