科研产出
基于改进YOLO v5s的轻量化植物识别模型研究
《农业机械学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：为方便调查宁夏全区荒漠草原植物种类及其分布，需对植物识别方法进行研究。针对YOLO v5s模型参数量大，对复杂背景下的植物不易识别等问题，提出一种复杂背景下植物目标识别轻量化模型YOLO v5s-CBD。改进模型YOLO v5s-CBD在特征提取网络中引入带有Transformer模块的主干网络BoTNet(Bottleneck transformer network),使卷积和自注意力相结合，提高模型的感受野；同时在特征提取网络融入坐标注意力(Coordinate attention, CA),有效捕获通道和位置的关系，提高模型的特征提取能力；引入SIoU函数计算回归损失，解决预测框与真实框不匹配问题；使用深度可分离卷积(Depthwise separable convolution, DSC)减小模型内存占用量。实验结果表明，YOLO v5s-CBD模型在单块Nvidia GTX A5000 GPU单幅图像推理时间仅为8 ms,模型内存占用量为8.9 MB,精确率P为95.1%,召回率R为92.9%,综合评价指标F1值为94.0%,平均精度均值(mAP)为95.7%,在VOC数据集平均精度均值可达80.09%。相比YOLO v3-tiny、YOLO v4-tiny和YOLO v5s,改进模型内存占用量减小，平均精度均值提升。模型YOLO v5s-CBD在公开数据集和宁夏荒漠草原植物数据集都有良好的鲁棒性，推理速度更快，且易于部署，已应用在宁夏荒漠草原移动端植物图像识别APP和定点生态信息观测平台，可用来调查宁夏全区荒漠草原植物种类和分布，长期观测和跟踪宁夏盐池县大水坑、黄记场、麻黄山等地植物生态信息。
关键词： 植物识别 YOLO v5s BoTNet 坐标注意力 深度可分离卷积 轻量化
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不同生态类型区对人类活动净氮输入的影响-以北方农牧交错带为例
《中国环境科学 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探究中国北方农牧交错带在不同生态类型区人类活动对净氮输入的影响,基于人类活动净氮输入模型（NANI）,以北方农牧交错带7省、23地级市的统计数据及相关参数,分析1985～2020年NANI的时空分布特征及影响因素.结果表明:1985～2020年研究区NANI呈先上升后下降趋势,河北省贡献最高.黄土丘陵沟壑水土流失区与北方农牧交错带NANI年际变化一致、京津冀水源涵养区和长城沿线沙化退化区NANI年际变化值呈上升趋势.空间分布呈由西北向东南逐渐降低的趋势.从输入组分来看,研究区最大贡献源为氮肥施用（30.34%～56.29%）,其次是大气氮沉降（31.20%～47.23%）,黄土丘陵沟壑水土流失区主要输入组分为氮肥施用和食品/饲料氮输入（累计76.46%～85.14%）.对北方农牧交错带NANI影响最大的两个因素为人口密度和畜禽量.因此,中国北方农牧交错带的农业结构调整需结合分区进行管控,调整氮肥使用策略和畜禽养殖模式,促进区域农牧业与生态环境之间的深度融合.
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黑果枸杞花色苷Pt3G对前列腺癌LNCaP和PC-3细胞增殖与凋亡的影响
《科学通报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：有报道指出,花色苷对疾病具有一定的化学预防活性.黑果枸杞富含花色苷,具有多种生物活性.本实验前期研究发现,黑果枸杞花色苷Pt3G可通过ROS/PTEN/PI3K/Akt途径抑制前列腺癌DU145细胞的增殖.本研究针对另外2种前列腺癌细胞LNCaP和PC-3进一步探讨黑果枸杞花色苷Pt3G抑制前列腺癌细胞的作用及其相关机制.采用甲基噻唑基四唑比色法检测细胞增殖、流式细胞术和TdT介导的dUTP缺口末端标记技术(TdT-mediated dUTP nick-end labeling, TUNEL)法检测细胞凋亡以及蛋白印迹法检测相关蛋白的表达.结果表明, Pt3G以浓度依赖性方式抑制细胞增殖,其抑制LNCaP和PC-3细胞的半数抑制浓度分别为601.97和445.79μg/mL.流式细胞术和TUNEL检测发现, Pt3G能够诱导前列腺癌LNCaP和PC-3细胞凋亡,并促进细胞周期阻滞在S期.而且,不同浓度Pt3G处理前列腺癌细胞24 h后,细胞抗凋亡因子PI3K、p-PI3K、Akt、p-Akt的表达水平显著降低,而促凋亡因子Bax、Cytochrome c、caspase 3、cleaved caspase 3的表达显著升高.此外,研究还发现, Pt3G可以激活LNCaP和PC-3细胞的PTEN蛋白并刺激细胞ROS的过量产生来诱导LNCaP和PC-3细胞凋亡.综上,本研究进一步证明了黑果枸杞花色苷Pt3G可能通过ROS/PTEN/PI3K/Akt/caspase 3途径抑制LNCaP和PC-3细胞增殖并促进细胞凋亡.因此,黑果枸杞花色苷Pt3G可能是预防或治疗前列腺癌的一种潜在抗增殖剂.
关键词： 黑果枸杞 花色苷 细胞凋亡 ROS/PTEN/PI3K/Akt LNCaP和PC-3细胞
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基于改进YOLO v5的宁夏草原蝗虫识别模型研究
《农业机械学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对草原蝗虫图像具有样本收集困难、目标较小和目标多尺度等技术难点，基于YOLO v5网络，提出了一种复杂背景下多尺度蝗虫目标检测识别模型YOLO v5-CB,用于宁夏草原常见蝗虫检测。改进模型YOLO v5-CB针对蝗虫原始样本量较少的问题，使用CycleGAN网络扩充蝗虫数据集；针对蝗虫图像中的小目标特征，使用ConvNeXt来保留小目标蝗虫的特征；为有效解决蝗虫图像尺度特征变换较大问题，在颈部特征融合使用Bi-FPN结构，来增强网络对多尺度目标的特征融合能力。实验结果表明，在对宁夏草原常见亚洲小车蝗、短星翅蝗、中华剑角蝗进行检测识别时，YOLO v5-CB的识别精度可达98.6%,平均精度均值达到96.8%,F1值为98%,与Faster R-CNN、YOLO v3、YOLO v4、YOLO v5模型相比，识别精度均有提高。将改进的蝗虫检测识别模型YOLO v5-CB与研发的分布式可扩展生态环境数据采集系统结合，构建了基于4G网络的Web端蝗虫识别平台，可对观测点的蝗虫图像进行长期实时检测。目前，该平台已在宁夏回族自治区盐池县大水坑、黄记场、麻黄山等地的草原生态环境数据获取中得到了应用，可对包括宁夏草原蝗虫信息在内的多种生态环境信息进行长期检测和跟踪，为虫情防治等提供决策依据。
关键词： 蝗虫识别 YOLO v5 CycleGAN ConvNeXt Bi-FPN 分布式可扩展系统
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外源碳氮输入对沟道底泥反硝化潜势与阈值影响-以宁夏引黄灌区排水沟为研究对象
《中国环境科学 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：采集宁夏引黄灌区排水沟道底泥,开展上覆水土柱培养试验,分别模拟0,5,10,20mg/L4种外源氮输入梯度和0,100mg/L2种外源碳输入梯度处理下沟道水质的变化情况.在水力停留培养47d内对上覆水NO3-N、NH4+-N、DOC及反硝化速率进行测定,并计算氮素消纳量以评估底泥反硝化脱氮潜势与阈值.结果表明:上覆水NO3--N浓度随时间延长而降低(P<0.01),且同时段内上覆水NO3--N浓度在外源碳添加较无碳源条件下显著降低(P<0.05),试验末期NO3--N浓度在无碳源和添加碳源条件下分别下降52.1%,93.6%;添加碳源条件下上覆水NO3--N浓度在20d时已稳定至较低水平,而未添加碳源处理NO3--N浓度在试验47d后仍有较大消纳空间;无碳源和添加碳源条件下底泥反硝化氮素消纳量阈值分别为263.7,865.6μmol/L,氮素累积消纳量占培养柱体系内总氮量的比率随外源碳氮的增加而增大(P<0.05),未添加碳源条件下反硝化过程可以消纳培养土柱体系内10.3%~11.4%的氮量,而在添加碳源后提高至17.7%~37.3%本研究可为引黄灌区农业面源污染高效治理提供科学依据.
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枸杞粉及其多糖对环磷酰胺致免疫低下小鼠免疫及肠道菌群的调节作用
《食品科学 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：枸杞是我国传统的药食两用资源,其鲜果喷雾干燥粉作为食品或功能食品原料被广泛应用,但其功效作用研究较少.本研究以环磷酰胺(cyclophosphamide,CTX)诱导免疫低下的小鼠为模型,探究枸杞粉(Lycium barbarum L.powder,LB)、枸杞多糖(Lycium barbarum L.polysaccharides,LBP)及复配物(LB+LBP)对小鼠免疫力及肠道菌群稳态的影响.结果表明,LB、LBP及LB+LBP均可不同程度地恢复免疫抑制小鼠的体质量和采食量,改善小鼠的脾脏、胸腺和结肠组织损伤,有效促进免疫抑制小鼠肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor-α,TNF-a)、白细胞介素(interleukin,IL)-1β、干扰素-γ(interferon-y,IFN-γ)和免疫球蛋白A(immunoglobulin A,IgA)的分泌,调节结肠中免疫相关基因的表达,促进短链脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs)生成,显著调节Muribaculaceae_unclassified、Muribaculum、Mucispirillum、Helicobacter、Bilophila、Clostridiales等相对丰度(P<0.05),逆转CTX诱导的小鼠肠道菌群代谢功能异常,并使其趋于正常.相较于LBP,LB、LB+LBP还可降低Clostridiales相对丰度,增加有益菌Duncaniella的相对丰度,LB+LBP还可降低厌氧菌Anaerotruncus的相对丰度.本研究结果将为枸杞精深加工产业中功效针对性健康产品研发和多元化产品开发提供理论依据.
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宁夏黄土梁状丘陵区6种稀疏人工林的枯落物持水特征
《林业科学 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：【目的】枯落物层持水性能是林地水文效应评价的重要内容，定量评价黄土梁状丘陵区比较稀疏的典型人工林枯落物层的水文特征指标，可为研究区林草植被的生态重建、结构优化等提供理论依据。【方法】选择山杏、山桃、柠条纯林与山杏-沙棘混交林、山杏-柠条混交林、山桃-山杏-苜蓿混交林6种人工林，分别设置20 m×20 m的标准样地，在四角及中心设5个1 m×1 m的样方收集枯落物样品。采用野外调查和室内浸泡法，分析保存在地表及混入土壤中的所有枯落物的蓄积量、持水性及持水动态变化规律。【结果】研究表明：1)6种林分枯落物总蓄积量范围在1.05～4.01 t·hm-2,其中山杏纯林最高，山桃纯林最低。土壤中枯落物蓄积量占枯落物总蓄积量的比例变化范围在11.43%～25.00%。除山杏纯林外，混交林分的总蓄积量均大于纯林。2)综合6种林分地表枯落物和土壤中枯落物的持水能力来看，最大持水量为山杏纯林(15.75 t·hm-2),最大持水率为山杏-柠条混交林（264.65%）。3)6种林分枯落物的持水量和吸水速率的动态变化过程均表现为在浸水初期迅速变化，24 h时达到饱和趋于稳定。持水量和持水速率随浸泡时间的变化分别符合自然对数方程和幂函数方程，均达到极显著水平（P＜0.01）。4)综合分析了6种林分枯落物的有效拦蓄量和有效拦蓄率变化，结果显示山杏纯林地表枯落物的拦蓄能力最高，山杏-柠条混交林土壤中枯落物的拦蓄能力最高；山杏纯林的总有效拦蓄量最高(11.08 t·hm-2),山杏-柠条混交林次之(7.67 t·hm-2)。【结论】在宁夏黄土梁状丘陵区，6种稀疏人工林的枯落物持水性能综合表现为山杏纯林及山杏-柠条混交林优于其他林分。研究结果可为当地生态恢复中的枯落物水土保持效益科学评价和林草植被结构优化提供理论依据。
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黑果枸杞花色苷提取物对胰脂肪酶活性的影响
《食品科学 》 2020 EI 北大核心 CSCD
摘要：目的:探究黑果枸杞花色苷提取物对胰脂肪酶活性的抑制作用。方法:提取黑果枸杞花色苷,采用分光光度法测定黑果枸杞花色苷提取物对胰脂肪酶的抑制活性;紫外光谱法和荧光光谱法研究黑果枸杞花色苷提取物与胰脂肪酶作用的特性。结果:黑果枸杞花色苷提取物对胰脂肪酶的活性具有一定的抑制作用,半抑制质量浓度为(2.84±0.45)mg/mL,抑制类型为可逆型竞争性抑制。紫外光谱和荧光光谱分析显示黑果枸杞花色苷提取物能使胰脂肪酶肽键C=O基团发生π→π*跃迁,α-螺旋含量降低,内源荧光发生猝灭。热力学参数显示黑果枸杞花色苷提取物与胰脂肪酶之间的作用力主要是氢键和范德华力。结论:黑果枸杞花色苷提取物能与胰脂肪酶相结合,进而抑制胰脂肪酶的活性。
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降雨对荒漠草原生物土壤结皮化学计量的影响
《农业工程学报 》 2020 EI 北大核心 CSCD
摘要：生物土壤结皮是干旱地区地表景观的基本组成部分,对生物地球化学循环具有重要影响.在中国北方荒漠化地区,生物土壤结皮化学计量在很大程度上是未知的,特别是降雨如何影响荒漠草原生物土壤结皮化学计量仍然不确定.该研究以自然降雨为对照,通过使用遮雨棚和喷灌系统控制降水输入,开展增水和减水处理野外控制性试验,研究降雨量对荒漠草原生物土壤结皮化学计量的影响.试验结果表明:1)减水处理增加了结皮层C:N、C:P和N:P的比率,增水处理增加了结皮层下垫面C:N、C:P和N:P比率;2)减水处理增大了结皮层与下垫面之间C含量的差异,同时减小了N和P含量的差异,增水处理增大了结皮层与下垫面之间N和P含量的差异,减水处理有利于结皮层C的积累,而增水后结皮层中磷的有效性降低;3)适宜的土壤水分条件促进了结皮层及下垫面土壤微生物生物量碳(Soil Microbial Biomass Carbon,SMBC)和土壤微生物生物量氮(Soil Microbial Biomass Nitrogen,SMBN)的积累,而过高的降雨量导致土壤养分损失,不利于SMBC和SMBN的积累.相对干旱的土壤环境有利于结皮层土壤C、N的富集,为土壤微生物呼吸提供较多的营养物质,有利于SMBC和SMBN的积累.总之,在中国北方荒漠化地区,生物土壤结皮和下垫面的C:N:P化学计量对降雨量有不同的响应.
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耕作措施对缓坡耕地土壤养分分布及肥料利用率的影响
《农业工程学报 》 2020 EI 北大核心 CSCD
摘要：为研究不同耕作措施对坡耕地土壤养分坡面分布特征及作物产量与肥料利用率的影响,该研究在2017—2018年期间,以宁南山区10°缓坡耕地为研究对象,开展传统平作(CK)、垄沟种植(NH)、垄沟+秸秆覆盖(SM)和垄沟+地膜覆盖(PM)4种不同耕作措施对坡耕地耕层养分、作物产量的影响及其坡位效应分析研究,探讨不同耕作措施下作物肥料利用率.结果表明,相较于CK,NH、SM和PM 3种耕作措施显著提高耕层土壤有机质和土壤速效氮含量,分别提高了18.50%和14.47%、18.22%和17.64%、21.75%和18.71%,3种耕作措施之间差异并不显著.CK处理下耕层土壤有机质含量和速效氮随着坡位自上而下的变化而增加,表现出流失风险,而PM、SM和NH 3种措施表现出能够削弱坡位效应的作用,由高到低顺序为坡中、坡下、坡上.相对于CK,其他3种耕作措施下坡耕地土壤有效磷、速效钾有所降低,其中PM措施下土壤有效磷显著低于其他耕作处理.NH、SM和PM显著增加作物产量,玉米和马铃薯产量比CK分别增加27.03%和2.89%、12.85%和8.50%、204.56%和2.52%,且具有显著的坡位效应.2个覆盖措施SM和PM显著提高作物肥料利用率,种植玉米N、P利用率分别提高7.92%和16.83%、217.03%和241.59%,种植马铃薯分别提高89.43%和44.62%、97.31%和49.66%.由此可知,以垄沟、覆盖为核心的保护性耕作措施能够有效阻断养分损失途径,阻控土壤养分的坡面运移,提高肥料利用率和作物产量.
关键词： 土壤 侵蚀 耕作措施 缓坡耕地 坡位效应 肥料利用率
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