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2020年 第2卷 第4期 刊出日期:2020-12-26
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  • 专题——农业基础性长期性科技工作
    国际农业科学观测工作网络化发展的经验与启示
    杨帅, 周国民, 庄严
    2020, 2(4):  5-13.  doi:10.19788/j.issn.2096-6369.200401
    摘要 ( 207 )   HTML( 92 )   PDF (1032KB) ( 92 )  
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    在第四范式视角下大数据科学飞速发展的今天,农业科学观测工作网络化发展对于推动区域乃至全球农业系统科学知识的发现和应用的作用正在日益凸显。因此,欧美发达国家乃至全球性国际组织纷纷建设或升级了一大批农业系统观测网络体系,实践证明,以多时间空间尺度、多农业科学观测实验站联合、跨观测专业领域集成为鲜明特征的农业科学观测网络有效建立了“决策—咨询—执行”运行制度体系,供给了一大批高质量的农业科学观测数据及产出,有力支撑了各类研究计划的实施,在服务农业管理科学决策、促进环境可持续发展等领域发挥了积极而富有成效的推动作用。本文阐述了农业科学观测工作网络化发展的历史进程,分析归纳了三类国际农业观测工作网络化发展典型模式、总结了网络化发展突出特征和趋势以及对我国农业科学观测网络化发展的启示。国际农业观测工作网络化近180年的发展历史显示:面对复杂因素驱动的农业系统变化,农业科学观测网络要把握好顶层设计、标准规范和数据开放三大关键举措,适应联网整合、领域融合、尺度拓展以及新技术体系融合的总体发展趋势,发展多学科交叉、国际合作的研究平台,加快我国农业科学观测工作网络化发展进程,拓展国内外合作研究,支撑国家乃至全球尺度观测研究科技需求。

    国家农业观测数据共享元数据标准研究
    樊景超, 满芮, 张翔鹤, 周国民
    2020, 2(4):  14-19.  doi:10.19788/j.issn.2096-6369.200402
    摘要 ( 276 )   HTML( 115 )   PDF (873KB) ( 115 )  
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    国家农业基础性长期性科技工作在全国构建工作体系汇聚了10个不同领域的农业观测数据,为我国农业科学数据建设奠定了长期坚实的基础,该工作与研究对于促进农业科技创新、支撑农业生产的重要意义重大。通过系统布局国家农业科学试验站、观测站,加强农业数据的观测、监测、搜集、分析、整理、挖掘与共享利用,为农业科研和科技推广、农业科技体制改革、农业政策制定提供重要的基础支撑。开展农业观测数据共享元数据的标准研究,对农业生产要素及其动态变化进行科学观察、观测和分析,阐明内在联系及其发展规律,是管当前、利长远的研究,是把握农业生产要素发展变化的基本途径,是推动农业科学技术发展的必要基础,是制定农业政策的重要参考农业观测数据共享是国家农业数据共享、科技创新体系的重要组成部分,通过数据的整理分析不难发现,农业观测数据涉及范围广、种类多、语义多、共享难度大,农业野外观测数据又具有不可重复性的典型特征。本文以共享数据科学研究为基础,在分析农业观测数据元数据的标准、结构、管理体系以及元数据的互操作性的基础上,探讨农业观测数据元数据的特点及管理应用体系,为促进我国农业科技创新发展与国际合作交流提出可借鉴的参考建议。

    国家作物种质资源观测鉴定站点体系布局方法研究
    陈彦清, 曹永生, 林雨楠, 方沩
    2020, 2(4):  20-28.  doi:10.19788/j.issn.2096-6369.200403
    摘要 ( 279 )   HTML( 77 )   PDF (2025KB) ( 77 )  
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    目的

    作物种质资源观测鉴定站点的合理布局是获取科学有效观测鉴定数据的前提。本研究目的是通过建立布局合理、规范科学的种质资源长期观测鉴定体系,对资源的重要性状开展综合鉴定评价,整合观测鉴定数据,为作物种质资源大数据体系建设提供重要内容,为农业科学研究和现代种业发展提供坚实的基础数据支撑。

    方法

    本文首先根据调研,确定全国有能力进行评价鉴定的站点共379家,然后以气候生产潜力为载体,确定与作物生长密切相关的环境因素并计算各站点的因素值,最后以这些因素作为聚类因子选择空间最邻近聚类方法进行空间聚类,建立每类站点的泰森多边形完成区域的划分。

    结果

    基于以上方法,确定气温、降水、海拔、纬度和日照时长是与作物生长密切相关的环境因素,将站点聚类成26类,通过建立泰森多边形将全国划分成26个评价鉴定区,并在分区基础上设置6条站点布设原则以指导区域内站点选择。

    结论

    站点体系布局关系到未来观测评价结果的代表性和科学性,站点的选择是一个非常复杂的过程。本文的站点体系布局方法将环境因素和空间因素有效结合,不仅能够有效指导作物种质资源领域多环境评价鉴定地点的选择,也可为作物相关领域的观测站点布设提供参考,从而获得更具有价值和代表性的鉴定数据。

    渔业科学观测数据的开放共享与应用研究
    薛沐涵, 刘慧媛, 鲁峰, 蒋庆朝
    2020, 2(4):  29-37.  doi:10.19788/j.issn.2096-6369.200404
    摘要 ( 248 )   HTML( 89 )   PDF (1766KB) ( 89 )  
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    渔业科学观测数据是渔业日常观测工作中积累的基础性数据,它直接反映了渔业科学观测工作的整体水平,在渔业资源评估、捕捞生产、生态环境、加工养殖、病害防治和管理决策等方面具有重要的科学意义和广泛的保存、开发应用价值,渔业科学观测数据的分类、共享和应用对推动渔业产业的绿色发展和提高科学数据的管理能力具有重要意义。我国在渔业科学观测数据方面的应用研究起步较晚,研究进展与成果和发达国家相比还有一定的差距,存在数据资源各自孤立、信息缺乏共享、数据利用率低等问题,为提升渔业科学观测数据的开放共享能力和数据利用价值,本文以渔业科学观测数据的共享与应用需求为背景,基于数据分类、共享标准、体系建设、服务模式、大数据分析、典型应用等方法,对数据资源结构、共享体系构建和应用服务分析展开研究,梳理了渔业科学观测数据的标准化结构,提出了渔业科学观测数据的共享体系建设方案,设计了渔业科学观测数据共享服务平台的总体技术架构,加强了渔业科学观测数据的资源整合和汇聚处理。渔业科学观测数据是支撑渔业科技创新、发展现代渔业的战略性、基础性资源,本研究对共享服务内容和数据应用提出合理建议,为充分发挥渔业科学观测数据的应用价值,进一步开展渔业科学观测数据的研究工作提供参考。

    农用微生物数据与资源关联应用研究
    顾金刚, 马锐, 李世贵, 马晓彤, 梁瑞珍
    2020, 2(4):  38-46.  doi:10.19788/j.issn.2096-6369.200405
    摘要 ( 482 )   HTML( 188 )   PDF (1318KB) ( 188 )  
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    目的

    农用微生物与农业生产关系紧密,作用不可替代,农用微生物资源与数据互为一体,与资源应用的效果和方式密切相关,明确农用微生物资源和数据关联特征,有助于资源挖掘应用和大数据整合分析。

    方法

    调查国内主要农用微生物资源保藏单位、菌种保藏量与菌种鉴定数量,以及信息化网站建设与共享菌种数量;分析微生物资源生物学数据,包括培养组、基因组学、转录组、代谢组数据等;生态关联型数据,包括微生物多样性、宏基因组、宏转录组、宏代谢组,以及功能监测数据等;以及文献数据关联性字段。

    结果

    按照功能属性,将农用微生物资源及数据划分为肥效微生物、生防微生物、饲料和动物肠道微生物、能源微生物、农田环境微生物以及食用菌等六个领域;国内40个农用微生物资源单位,收集保藏农用微生物资源51万余株,但菌种鉴定信息、功能评价数据比例偏低,共享网站、数据库建设,以及菌种信息化数量偏少;农用微生物数据多为自生生物学数据和生态型关联型数据,功能型数据较少;微生物资源菌种名称、菌种编号、基因序列号,监测科学数据的样品地点、样品编号等是各类型农用微生物资源和数据关联的关键字段。

    结论

    农用微生物资源与资源生物学数据是统一的整体,构建集生态型和功能型数据为一体的综合数据库是资源高效利用的必要条件。

    基于风险熵的农产品安全定量评价研究
    陈志军, 刘艳, 钱永忠
    2020, 2(4):  47-54.  doi:10.19788/j.issn.2096-6369.200406
    摘要 ( 192 )   HTML( 92 )   PDF (1527KB) ( 92 )  
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    目的

    由于监测样品的多数检测值被记录为“未检出”,农产品安全监测数据呈现出高度的稀疏性。为获得足够的决策参考信息,农产品安全评价研究者往往需要将多个监测项目的异构稀疏型监测数据进行有效融合,并对风险进行准确定量。

    方法

    本文围绕农产品安全风险管理需求,提出了一种基于产品分类与限量、以计算“产品+指标”组合的风险熵为目标的数据融合策略,并应用综合评价理论与方法,开展了基于风险熵的农产品安全性宏观定量评价研究。

    结果

    蔬菜中农药残留安全性实例分析结果表明:风险熵能够有效提取风险监测融合数据所包含的风险信息并对其进行有效定量;基于风险熵的安全性评价可以获得完整的风险分布信息,并给出阈值划分与风险排序结果;风险熵对潜在风险的识别更为准确,可以有效避免定性评价对风险的过高或过低估计。

    结论

    上述研究工作表明,围绕风险熵的数据融合与定量评价在技术上是可行的,基于风险熵的定量评价改进了定性评价在风险识别与风险大小描述等方面的不足,能够为农产品安全风险管理工作提供更加准确和丰富的参考信息。

    新城疫病毒通过候鸟途径跨境传入我国的风险定量评估
    王世达, 魏丽丽, 王靖飞
    2020, 2(4):  55-62.  doi:10.19788/j.issn.2096-6369.200407
    摘要 ( 257 )   HTML( 108 )   PDF (1010KB) ( 108 )  
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    为评估我国家禽经候鸟途径导致感染新城疫病毒的风险,为疫病发生提供预警,本研究基于情景树方法,以斑头雁、白枕鹤及宗头鸥3种候鸟做为传播媒介,以候鸟携带病毒概率、候鸟存活概率、候鸟在目标区域出现/停留概率、候鸟与家禽有接触概率、候鸟与家禽有效接触概率、免疫覆盖率及免疫保护效率7个因素为主要风险节点构建了新城疫病毒通过候鸟途径传入我国家禽的风险评估模型。针对情景树中的关键风险节点进行数据采集及评估,以县级行政区划为空间单元、月份为时间单元对新城疫病毒通过候鸟途径引入风险进行了定量分析。分析结果表明,每年1—2月以及11—12月相对高风险区域主要集中在我国南部沿海地区,3—4月以及9—10月,处于候鸟迁徙路线上的中部东部地区家禽感染新城疫病毒的相对风险较高;5—6月我国东北地区以及中部地区为家禽通过候鸟途径感染新城疫病毒的相对高风险地区,7—8月,在我国华东地区出现了一个集中的相对高风险区域。整体而言,我国东部及中部地区风险高于西部地区。敏感性分析显示疫苗免疫是降低候鸟将新城疫病毒传播至家禽风险的主要因素。该研究为以风险评估为基础的疫病监测提供技术方案,为基于风险预警的新发新城疫疫情防控提供了理论依据。

    我国主要肉牛品种生长曲线拟合分析
    安炳星, 张路培, 段星海, 张家春, 赵屿姗, 熊兰玲, 朱波, 李岩, 徐凌洋, 袁维峰, 张军民, 李俊雅, 高会江
    2020, 2(4):  63-69.  doi:10.19788/j.issn.2096-6369.200408
    摘要 ( 621 )   HTML( 233 )   PDF (961KB) ( 233 )  
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    目的

    本文旨在拟合我国主要品种肉牛的生长曲线,优化体重预测模型。

    方法

    基于国家畜禽养殖数据中心和国家肉牛遗传评估中心收集的22个肉牛品种近6万条体重记录,本研究利用Gompertz、Logistic、Bertalanffy和Brody等四种非线性模型拟合生长发育曲线,估计模型中相应的参数,并分析了11个肉牛品种间24月龄背膘厚和眼肌面积的差异,挖掘品种特性,为后期育种选种工作提供正确的理论依据。

    结果

    根据模型拟合度及实际生长发育规律,为主要肉牛品种的公畜和母畜拟合了体重预测模型并估计相应参数。总的来说,各品种从初生到成熟体重呈逐增态势,整体上趋近“S”型曲线,12月龄之前增速较快,18月龄后增速减缓;公畜与母畜的发育趋势基本一致,但品种间存在一定差异,如和牛公畜前期发育速度高于安格斯牛,和牛母畜前期发育速度低于安格斯牛。结合24月龄背膘厚和眼肌面积比较,肉用型品种相较于兼用和地方黄牛品种在成熟体重和发育速度上有优势,而一些地方黄牛品种,如文山牛、渤海黑牛和南阳牛有不错的脂肪沉积能力,郏县红牛、晋南牛和三河牛表现出优良的高价值牛肉产率。

    结论

    本研究为我国主要肉牛品种的公畜和母畜提供了较为准确的体重预测模型,并且发现我国一些地方黄牛品种体型较小,但有较高的高价值牛肉产率。

    不同玉米品种籽粒中营养成分含量及相关性分析
    李凯, 黄庆华, 钟儒清, 陈亮, 袁维峰, 张宏福
    2020, 2(4):  70-77.  doi:10.19788/j.issn.2096-6369.200409
    摘要 ( 905 )   HTML( 218 )   PDF (879KB) ( 218 )  
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    目的

    本研究旨在分析不同玉米品种淀粉、非淀粉多糖(non-starch polysaccharides, NSP)及常规养分的含量和组成,并探索各养分含量之间的关系。

    方法

    基于国家畜禽养殖数据中心收集的14个品种的玉米样品,分别测定各玉米品种的淀粉、非淀粉多糖各部分以及常规养分的含量,并用主成分分析及简单相关分析研究各指标之间的相互关系。

    结果

    淀粉为玉米籽粒中最主要的组分,占干物质的70.97%~76.98%,其次为粗蛋白,占干物质的7.86%~10.34%,然后是NSP,占干物质的6.98%~9.76%。NSP中阿拉伯木聚糖(arabinoxylans, AX)和纤维素含量最高,并且不可溶性NSP(insoluble NSP,INSP)含量远高于可溶性NSP(soluble NSP,SNSP)。此外,玉米中粗脂肪和粗灰分含量不高,分别占干物质的3.55%~4.98%和1.08%~1.49%。淀粉含量与粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、总NSP(total NSP,TNSP)、INSP和不可溶性AX(insoluble AX, IAX)的含量之间具有显著的负相关(P<0.05);TNSP与INSP和纤维素含量具有极显著的正相关(P<0.01);INSP与粗灰分、纤维素含量,以及IAX均呈现显著的正相关(P<0.05);SNSP与β-葡聚糖、纤维素呈显著的正相关(P<0.05),而与总AX(total AX, TAX)和可溶性AX(soluble AX, SAX)呈显著的负相关(P<0.05);TAX与IAX呈极显著的正相关(P<0.01);粗蛋白、粗灰分、TAX和IAX与阿拉伯糖/木糖(arabinose/xylose, A/X)(TAX)和A/X(IAX)均呈显著的负相关(P<0.05);且A/X(TAX)和A/X(IAX)之间呈极显著的正相关(r=0.99, P<0.01)。

    结论

    不同品种玉米养分含量存在一定的差异,玉米干物质中淀粉、粗蛋白和非淀粉多糖含量最高,非淀粉多糖中阿拉伯木聚糖及纤维素为主要组分。各化学组分之间存在一定的相关性,但仍需进一步的研究。

    大数据驱动的天敌资源调查与监测体系构建研究
    吕佳乐, 徐学农
    2020, 2(4):  78-85.  doi:10.19788/j.issn.2096-6369.200410
    摘要 ( 289 )   HTML( 128 )   PDF (1263KB) ( 128 )  
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    目的

    应用天敌进行生物防治是化学防治的有效替代,也是绿色农业的重要组成部分。我国天敌资源丰富,但目前缺乏稳定的调查与监测体系,且调查方法标准化程度不高、技术门槛较高。影响到资源及时、有效地被利用。近年来,大数据领域飞速发展,为天敌资源调查、监测及信息化也提供了新的思路,有必要大数据驱动的天敌资源监测与调查体系。

    方法

    要实现天敌资源领域由样本数据到全局数据的转变,需要从以下四个方面实现转变:(1)数据采集从传统人工方法到自动化方法的转变;(2)调查人员从专业人员到广大涉农人员的转变;(3)数据上报由定时定点监测到基于对象的开放式上报的转变;(4)系统运作由集中管理向去中心化的转变。

    结果

    国家天敌等昆虫资源数据中心于2017年成立,依据分阶段实现“大数据化”的工作思路,通过三年的工作,逐步确立了从采样到数据管理与分析的标准化工作方案,构建了天敌资源监测与调查体系,收集到大量数据,并开展了初步分析,取得了预期的成效。

    结论

    大数据驱动的天敌资源调查与监测体系构建思路切实可行,是农业生态系统中如何建立活体物种资源信息系统的有益尝试。

    基于农业环境的农业科学观测数据融合研究
    胡国铮, 干珠扎布, 余沛东, 杨振琳, 高清竹
    2020, 2(4):  86-94.  doi:10.19788/j.issn.2096-6369.200411
    摘要 ( 272 )   HTML( 110 )   PDF (1109KB) ( 110 )  
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    长期定位观测是揭示全球环境结构与功能演变规律的重要研究手段,我国农业科学观测数据积累具有良好的实验站基础,已形成由土壤肥力网和种质资源圃网为代表的长期定位观测网络,但信息化程度较低,农业科学长期定位观测工作在系统化、标准化、网络化方面仍有较长的路要走。本文以农业环境科学观测数据为出发点,重点关注农业科学观测数据的跨领域融合问题,探讨农业环境与作物种质资源、土壤质量、病虫害、农业微生物、畜禽养殖、渔业资源环境、农产品质量安全的交叉与联系,研究农业环境对农业科学观测大数据融合的纽带作用。进一步论述了以农业环境为纽带的农业科学观测数据融合,建立了农业科学观测数据融合框架,讨论了农业科学观测大数据融合在联网观测、数据标准化、数据采集和数据融合等方面的条件。提出了在联网观测的基础上,着重发展学科交叉,推动数据标准化,稳定经费支持,保障数据采集,加强交叉学科研究,探索数据融合方法等建议,以期促进农业科学观测大数据融合发展,挖掘农业科学观测数据的价值,指导农业生产,为农业政策制定提供基础支撑。

    不同管理模式下土壤质量演变的研究态势分析——基于文献计量
    冉继伟, 李鑫, 田彦芳, 邬磊, 孙楠, 徐明岗, 张文菊
    2020, 2(4):  95-106.  doi:10.19788/j.issn.2096-6369.200412
    摘要 ( 201 )   HTML( 107 )   PDF (1776KB) ( 107 )  
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    目的

    随着人与土地资源的矛盾加剧,集约化种植下农田土壤质量演变受到了国内外学者的广泛关注。客观分析不同管理模式下土壤质量研究的发展脉络与现状,明确当前的研究前沿与热点问题,为耕地质量领域研究提供参考。

    方法

    利用文献计量学方法,基于Web of Science和CNKI数据库,根据发文量、发文国家、发文机构、载文期刊、论文被引频次及关键词方面分析近30年来土壤质量研究的发展态势、前沿领域以及国际合作状况等。

    结论

    分析发现,该领域在时间序列上的相关文献数量整体保持良好的上升趋势;美国、中国、印度、巴西、加拿大是国际文献发文量较多的国家;共现网络图谱分析表明,长期施肥及耕作、轮作等措施与土壤养分、土壤结构、土壤生物与群落结构、土壤功能与监测评价仍是当前土壤质量研究的热点。近年来国内相关研究逐渐向基于土壤生物学土壤质量提升模式方向靠拢,但与国际领先水平仍有一定差距。【展望】土壤生物学在土壤质量演变中的机理研究、土壤生态系统服务功能的量化及其应用可能是未来该领域研究的两大热点,综合利用信息技术、生物技术及大数据分析技术来实现土壤质量动态监测与预测预警是未来土壤质量研究的重要方向。

    农业科学观测数据权属与保护路径研究
    庄严, 杨帅, 刘照坤, 樊景超, 周舒雅
    2020, 2(4):  107-112.  doi:10.19788/j.issn.2096-6369.200413
    摘要 ( 249 )   HTML( 112 )   PDF (758KB) ( 112 )  
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    农业科学观测数据作为农业生产系统中要素变化的信息载体,是促进农业高质量发展和农业农村现代化的战略资源,在农业科技创新和政策制度创设等方面的基础支撑作用日益凸显。面对农业科学观测数据生产复杂、数据主体多元、数据存放分散等瓶颈问题,科学界定农业科学观测权属,加快构建一揽子政策与技术保障体系具有重要的理论和现实意义。文章全面梳理了农业科学观测数据治理体系现状,系统分析了数据治理面临的重大挑战,总结了数据确权与保护面临的难点,划分了农业科学观测数据权属类型,提出来了农业科学观测数据保护建议。基于数据生产者、管理者和使用者三者间的权益关系视角下,农业科学观测数据权属可划分为数据所有权、数据生产权、数据使用权、数据出版权和数据交易权。针对利益攸关方在开放共享中“不愿、不敢、不会”的痛点难点问题,优化我国农业科学观测数据保护环境,积极推动国家级数据共享平台确权与授权体系建设,引导激励农业科学观测数据出版,加快推广中国科技资源标识应用,探索构建封闭数据流通技术体系,是提高数据的利用率、优化数据资源配置的有效途径,是加快完善符合国情的农业科学观测数据知识产权保护法律法规的有效方法,是有序推进数据资源整合和开放共享进程的有效措施。

    数据论文
    辽北苹果叶片氮含量、近红外光谱与图像数据集
    王晓丽, 胡乾浩, 樊景超, 李壮
    2020, 2(4):  113-119.  doi:10.19788/j.issn.2096-6369.200414
    摘要 ( 342 )   HTML( 159 )   PDF (1819KB) ( 159 )  
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    氮素对苹果树的生长发育、苹果的营养及产量等都有着非常重要的作用。近红外光谱作为一种无损检测手段有着方便、快速等方面优势。随着光谱技术和图像处理技术的发展,利用光谱和图像分析等技术可构建植物的生化组分预测模型,从而达到快速无损检测的目的。然而目前多数研究仅获取了苹果叶片近红外光谱数据、矿质元素数据和图像数据的一种或两种,同时测定近红外光谱数据、氮元素及图像数据的数据集较少,因此,构建叶片光谱、图像和矿质元素数据集具有再次开发利用价值,支持科研发现。本研究通过收集辽北地区国家苹果资源圃中4种苹果树以及4个不同树龄“寒富”苹果树的健康标准果树叶片,对叶片进行近红外光谱数据、高清图像和氮含量的联合收集工作,建立苹果树标准叶片近红外光谱、标准图像和氮含量的数据集,以期为使用无损手段测定苹果叶片营养诊断提供数据支撑,并为今后利用高空遥感技术开展精准果业生产提供基础数据。

    中国苹果叶片病虫害2015年光谱和图像数据集
    高飞, 王晓丽, 刘婷婷, 李壮, 满芮
    2020, 2(4):  120-124.  doi:10.19788/j.issn.2096-6369.200415
    摘要 ( 759 )   HTML( 559 )   PDF (1305KB) ( 559 )  
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    中国苹果种植面积和总产量居世界首位,但目前在果树光谱和图像数据采集研究中,多数集中在对受害苹果果实的光谱和图像数据采集,对苹果叶片病虫害数据采集的研究报道较少。本研究通过收集国家苹果资源圃中分别患有斑点落叶病、红蜘蛛虫害、白粉病3种不同病虫害的苹果叶片光谱反射率和图像数据,为苹果叶片在不同病虫害胁迫下进行有效识别提供数据基础,并为今后利用航空航天遥感进行大面积果树病虫害监测提供数据基础。

主管:中华人民共和国农业农村部
主办:中国农业科学院农业信息研究所
主编:孙九林

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