近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院宋浩熙同學(xué)以共同第一作者在中科院農(nóng)林科學(xué)領(lǐng)域一區(qū)TOP期刊《European Journal of Agronomy》發(fā)表了題為“Enhancing winter wheat growth indicator prediction with multi-task learning and multi-source data”的研究論文，該文提出了融合多源信息估測(cè)冬小麥生長(zhǎng)指標(biāo)的多任務(wù)學(xué)習(xí)算法框架。
在全球人口持續(xù)增長(zhǎng)與極端氣候頻發(fā)的雙重挑戰(zhàn)下，保障糧食安全并緩解氣候變化影響的緊迫性愈發(fā)顯著。作為全球糧食供給的戰(zhàn)略性主糧作物，小麥全生育期的生長(zhǎng)指標(biāo)動(dòng)態(tài)反映著作物健康狀況與營(yíng)養(yǎng)積累特征，因此提升其生長(zhǎng)指標(biāo)估測(cè)的精度與模型擴(kuò)展能力已成為破解糧食安全困局的關(guān)鍵突破口。本研究基于河南省新鄉(xiāng)市七里營(yíng)試驗(yàn)基地連續(xù)三年田間定位觀測(cè)數(shù)據(jù)，創(chuàng)新性地構(gòu)建了融合光譜特征、水分參數(shù)及氣象要素的多源信息集成框架，通過系統(tǒng)比較隨機(jī)森林（RF）、長(zhǎng)短期記憶模型（LSTM）與多任務(wù)學(xué)習(xí)模型（MTL）的預(yù)測(cè)效能，建立了冬小麥生長(zhǎng)指標(biāo)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模型體系。研究發(fā)現(xiàn)，MTL模型在多個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)上呈現(xiàn)顯著優(yōu)勢(shì)：其預(yù)測(cè)精度及運(yùn)行效率較傳統(tǒng)模型明顯提升，并通過有效捕各生長(zhǎng)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性，實(shí)現(xiàn)了多任務(wù)協(xié)同優(yōu)化。特征重要性分析揭示，植被指數(shù)（VI）對(duì)生長(zhǎng)指標(biāo)的貢獻(xiàn)度最大，水分參數(shù)以及具有累積效應(yīng)的氣象因子也對(duì)特定生長(zhǎng)指標(biāo)產(chǎn)生顯著影響。本研究提出的多任務(wù)深度學(xué)習(xí)框架不僅增強(qiáng)了模型可解釋性，更通過量化環(huán)境因子作用機(jī)制為精確管理調(diào)控提供了技術(shù)支撐。
本研究獲國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（202310307003Z）資助，項(xiàng)目主持人宋浩熙為論文共同第一作者，項(xiàng)目組成員李雪燁為參與作者，智慧農(nóng)作創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)曹強(qiáng)教授為通訊作者。據(jù)悉，本研究是智慧農(nóng)作創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)持續(xù)推進(jìn)本科生科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)的又一重要實(shí)踐成果。在團(tuán)隊(duì)前期指導(dǎo)的農(nóng)學(xué)193班李昕宇（2022年以第一作者在中科院農(nóng)林科學(xué)一區(qū)TOP期刊《Computers and Electronics in Agriculture》發(fā)表論文，并獲評(píng)第十五屆全國(guó)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)年會(huì)“優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文”，實(shí)現(xiàn)南京農(nóng)業(yè)大學(xué)該項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)零的突破），種子191班陳沛沛（2023年同刊發(fā)文并獲評(píng)2024年江蘇省普通高等學(xué)校優(yōu)秀本專科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）一等獎(jiǎng)，為南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院近15年來首篇）基礎(chǔ)上，宋浩熙同學(xué)依托其主持的國(guó)家級(jí)SRT項(xiàng)目研究結(jié)果撰寫而成的本論文，不僅是我院“新農(nóng)科”拔尖創(chuàng)新型本科人才培養(yǎng)計(jì)劃的階段性重要成果，更實(shí)證了國(guó)家級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃在激發(fā)本科生科研潛能方面的平臺(tái)效能。
熱門跟貼