2013, 29(14):1-7. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.001
摘要:生物质燃烧对全球大气碳排放和气候变化产生重要的影响。近年来,利用生物质制备生物炭实现碳封存备受重视。该文根据2001-2010年中国粮食产量,估算了主要粮食作物秸秆产量,结合秸秆露天焚烧比例及CO和CO2排放因子,得出CO和CO2的排放量及碳排放总量。同时,根据实验室条件下秸秆转化为生物炭的产率及碳含量,估算了中国粮食作物秸秆转化生物炭后固定碳的量。结果发现,中国粮食作物秸秆因焚烧年排放CO、CO2和总碳量分别为1.15×107、1.57×108和4.77×107 t。中国粮食作物秸秆全部转化为生物炭后年平均可固碳0.96×108 t,如果把每年焚烧秸秆的量全部转化为生物炭可减少近一半因焚烧秸秆排放碳的量,可见,生物炭固碳技术是一种非常有前景的碳汇技术。
2013, 29(14):8-14. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.002
摘要:株间机械除草技术与装置能有效摆脱田间除草的繁重体力劳动并消除化学除草方法所带来的危害,株间机械除草装置的牵引拖拉机在跟踪作物行时总会产生航向偏差,导致除草装置出现横向偏移,甚至无法进入除草的株间区域,同时还会增加伤苗率。为增大株间机械除草的作用区域和降低伤苗率,该文提出了通过作物行信息识别出株间机械除草装置与作物行横向偏移量的方法,并设计了株间机械除草作物行跟踪机构和控制器,实现了株间机械除草跟随作物行。采用正弦波和三角波2种标准信号作为横向偏移补偿量信号,对作物行跟踪控制器的性能进行了测试,试验结果表明:作物行跟踪控制器能较好地控制除草装置跟随横向偏移补偿信号,前进速度为0.5 m/s时正弦波信号跟踪最大误差10 mm,平均误差0.8 mm,三角波信号跟踪最大误差11 mm,平均误差1.2 mm。除草试验表明,作物行跟踪控制系统能较好地控制株间除草装置跟踪作物行,在0.5 m/s前进速度下跟踪最大误差为20.8 mm,平均误差2.5 mm;作物行跟踪控制明显减少了除草爪齿未进入株间区域的比例,在300 mm株距下,可保证93.3%的株间区域有除草爪齿进行除草作业,在200 mm株距下为85.9%;作物行跟踪控制降低了除草爪齿对作物的损伤,伤苗率从20%以上降到了12%以内,提高了株间机械除草的作业效果。
2013, 29(14):15-25. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.003
摘要:为适应4HJL-2型花生联合收获机摘果作业的要求,该文设计了一种螺旋圆弧面板式摘果机构,并对该4HJL-2型花生联合收获机中螺旋圆弧面板式摘果机构进行研究,通过试验建立了摘果机构参数与各试验指标之间的数学模型,并进行了动平衡和田间试验。结果表明,该螺旋圆弧面板式摘果机构可以对花生进行有效摘果,在最优工作参数:摘果搅龙长度168 cm、转速595 r/min、面板宽度47 cm时摘果率99.25%,破碎率0.234%,生产效率1 098.21 kg/h,均符合花生摘果机行业标准(NY/T 993-2006),满足实际生产要求。研究结果可为花生联合收获机的开发研究提供参考。
2013, 29(14):26-32. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.004
摘要:寒地冬小麦一般在秋季作物的垄沟两侧进行播种,为了保证冬小麦开沟器不到垄台上伤害正在生长的农作物,该文设计了双向仿形平行四杆机构。该文对仿形机构进行受力分析,确定了影响仿形性能的各参数;根据初始工作角和最大下仿形量,设计出仿形杆的长度为386.37 mm,最大上仿形量为98.35 mm;在左右达到最大仿形量时,确定左右仿形角为15°。最后应用CATIA软件进行运动仿真分析,通过运动仿真表明,仿形机构可实现上下、左右仿形,上下仿形量可达到170 mm,左右仿形量可达到100 mm,满足理论设计的双向仿形量。该机构为研制冬小麦免耕播种机提供了依据。
胡雅杰 , 邢志鹏 , 龚金龙 , 张洪程 , 戴其根 , 霍中洋 , 许 轲 , 魏海燕 , 李德剑 , 沙安勤 , 周有炎 , 刘国林 , 陆秀军 , 刘国涛 , 朱嘉炜
2013, 29(14):33-44. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.005
摘要:为探明不同穗型粳稻品种合理机插株行距配置、产量形成规律及其物质生产特征,以大穗型品种甬优2 640、甬优8号,中穗型品种武运粳24号、宁粳3号和小穗型品种淮稻5号、淮稻10号为材料,研究了机插株行距对不同穗型粳稻品种产量、叶面积指数、光合势、物质生产与积累、群体生长率和净同化率的影响。结果表明:大穗型行距30 cm机插,扩大株距,利于形成大穗而高产;中穗型2种行距机插平均产量相当,但行距30 cm机插生育后期透风透光条件好,利于提高千粒重和结实率,产量潜力高;小穗型行距25 cm机插显著增加穗数而高产。大穗型行距30 cm机插抽穗、成熟期叶面积指数大,粒叶比高,叶面积衰减率低,抽穗期群体质量优,生育中后期光合势大、群体生长率和净同化率高,从而物质积累量高;中穗型行距30 cm机插生物学产量略低,但收获指数高;小穗型行距25 cm机插群体基本苗多,叶面积指数和光合势大,生育中后期群体生长率和净同化率高,物质积累量高。因此,大、中穗型宜采用行距30 cm机插,小穗型宜采用行距25 cm机插,并配套相应株距,能充分发挥不同穗型粳稻品种产量潜力。
苑 进 , 刘雪美 , 张晓辉 , 左文龙 , 王 秀 , 陈立平
2013, 29(14):45-52. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.006
摘要:气流辅助喷雾在雾滴减飘方面确有效果,然而大田作业时,其减飘效果受到自然风、喷雾流量、风筒出口风速、喷雾角等多种工况的严重影响。该文采用多相流计算流体动力学软件,建立三维流场几何模型,依据不同工况参数对雾滴漂移特性的影响,利用均匀设计安排试验方案,研究雾滴在自然风、辅助气流综合作用下在连续相和雾滴粒子离散相的耦合规律,通过流体动力学仿真完成训练样本采集,采用多元相关向量机回归方法建立不同自然风速下减飘模型,并通过模糊决策支持系统对作物茂密程度和喷嘴与冠层间垂直距离进行控制参数修正。试验结果表明:多元相关向量机回归模型预测飘失率的平均绝对百分比误差为2.56%,自然风扰动中实测和预测飘失率平均误差为8.92%,其飘失规律与所建飘失模型基本吻合。研究结果可为面向雾滴沉积效果的喷雾主动控制系统设计提供参考。
吴 静 , 李选友 , 陈宝明 , 王瑞雪 , 马晓旭 , 高 玲
2013, 29(14):53-59. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.007
摘要:传热系数是列管回转干燥机设计和热工计算所必须的至关重要的设计参数之一,其精度的高低决定了干燥机尺寸、结构设计以及操作参数的合理性。目前还没有一种能够确切描述其加热管与物料颗粒传热过程的可靠而实用的传热模型。该文在对列管回转干燥机传热机理分析的基础上,提出了列管与颗粒间换热的基本构成为:列管管壁与气体介质间对流、气体介质与颗粒间的导热以及列管管壁与颗粒间的辐射换热;通过对列管回转干燥机内料层膨胀的试验研究,分析了颗粒对列管气膜边界层的影响;在此基础上,建立了预测列管外壁与颗粒间总传热系数的数学模型,并以2 mm直径的陶瓷球为物料,在6个转速条件下测量了管壁与颗粒间的换热系数,对模型进行验证;试验结果表明,模型预测的误差小于13%,可满足工程计算的精度要求。研究结果可为列管回转干燥机传热机理的深入研究提供参考。
2013, 29(14):60-66. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.008
摘要:低温等离子体(non-thermal plasma,NTP)发生器放电产生的活性物质可有效去除柴油机颗粒捕集器(diesel particular filter,DPF)中沉积的颗粒物(particulate matter,PM),而发生器的工作参数直接影响活性物质的浓度,选取合适的工作参数有利于活性物质的产生。该文以空气为气源,考察了放电区表面温度、放电电压、放电频率、空气流量4个因素对NTP发生器产生活性物质浓度的影响。以O3质量浓度作为试验指标,进行了正交试验设计,并对试验结果进行单因素影响规律的分析、极差分析以及方差分析。研究表明:较低的放电区表面温度和放电频率有利于O3的生成,O3质量浓度随着空气流量的增大先升高后降低,随放电电压的变化没有明显的增减趋势;放电区表面温度、空气流量为显著因素,放电电压和放电频率为不显著因素;各因素对试验结果影响的大小顺序为:空气流量>放电区表面温度>放电频率>放电电压;NTP反应器产生活性物质的较优组合是:放电区表面温度40℃、放电电压19 kV、放电频率7 kHz、空气流量5 L/min。研究结果对开发用于分解柴油机PM的NTP系统、优化NTP技术再生DPF的研究有重要的指导意义。
2013, 29(14):67-73. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.009
摘要:为了研究导叶时序效应对离心泵性能的影响,采用CFD方法对设计流量工况下导叶不同时序位置时离心泵内部流动进行了数值计算,定义导叶叶片尾缘与隔舌夹角为0时为时序位置0,每增加10°增加一个时序位置。得到了泵内外特性随时序位置不同的变化规律,并分析了不同时序位置对隔舌处压力脉动及叶轮径向力非定常特性的影响。结果表明:随着导叶时序位置的增加,泵扬程和效率呈先上升后下降的趋势,导叶与隔舌相对位置在20°时达到最大值,扬程较最低值提高0.6 m;时序效应对隔舌处1倍和2倍叶片通过频率影响最大,且随时序位置的增加,主频和压力脉动幅值呈先减小后增加的趋势,时序位置1时幅值为4时的70%;导叶时序位置的改变主要影响泵底座-出口方向叶轮径向力分量。研究结果为离心泵径向导叶设计提供参考。
卢剑伟 , 徐 燚 , 王锡锌 , Stephanos Theodossiades
2013, 29(14):74-81. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.010
摘要:为改善车辆不同作业环境下的操控性能,防止地域及季节气温差异导致转向系动态响应偏离其设计初衷,该文以非独立悬架车辆为例,对考虑温度效应的车辆摆振系统动力学行为进行了分析。基于热弹性力学考察了温度效应对转动副间隙的影响,建立了计入温度效应的转向传动机构含间隙车辆摆振系统动力学模型。通过数值算例分析了某1030货车摆振响应的分岔特性和初值特性,讨论了车速、温度等参数对摆振系统全局动力学行为的影响,研究表明,温度的改变在85~110 km/h车速区间内会导致转向轮摆角周期运动形态的改变,且这种影响在高车速区段下比中低车速区段更为明显,而当车速为100 km/h、温度为-40℃时左转向轮摆角中值为负,意味着有向右跑偏趋势;50℃时摆角中值由负变正,说明有改为向左跑偏的趋势。研究结果可为全天候车辆防摆振设计提供参考。
2013, 29(14):82-89. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.011
摘要:作物水分敏感系数是指导有效灌溉和优化配水的关键参数,研究其空间分布格局对流域水资源优化配置具有重要作用。该文通过空间统计建模,利用探索性空间数据分析技术,分别基于Moran′I统计量、Moran散点图以及空间关联局域指标(local indicators of spatial association,LISA)对作物水分敏感系数(Ky)进行全局、局部空间自相关分析,探索Ky在流域内的空间分布格局。结果表明,Ky在流域空间上呈现出东部平原地区较大,西部及北部山地较小的趋势,其值在0.749~1.668变化。Ky总体上存在显著的空间正相关关系(Moran′I为0.6009~0.6077,且p<0.0001),而且呈现明显的空间集聚特征;高-高集聚区位于北京、天津等东部平原地区,低-低集聚区位于承德、秦皇岛和大同等北部和西部山地,高-高和低-低集聚类型区占据整个流域的80%,其中约有一半表现显著(p<0.05),而低-高和高-低集聚区仅有少数;Ky空间自相关程度随距离的增加而减弱,在距离为240~280 km时自相关系数接近于0。总之,Ky形成以东部平原地区为"高敏感核心区",逐渐向西部及北部山地发散并降低的核心-边缘空间分布格局。研究结果可为该地区节水灌溉和水资源优化配置提供指导。
王卫光 , 孙风朝 , 彭世彰 , 徐俊增 , 罗玉峰 , 缴锡云
2013, 29(14):90-98. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.012
摘要:气候变化会导致作物耗水过程改变,从而影响灌溉需水。研究水稻灌溉需水对气候变化的响应规律,有助于合理制定应对气候变化的灌溉策略,保障水资源可持续利用和粮食安全。该文基于1961-2010年气象数据和HadCM3大气环流模式A2和B2两种情景下的统计降尺度模拟结果,利用经田间试验资料验证后的水稻模型ORYZA2000,模拟淹水灌溉和间歇灌溉两种灌溉处理下、历史和未来情景下水稻灌溉需水对气候变化的响应规律。结果表明:过去50年,间歇灌溉和淹水灌溉模式下水稻耗水量呈现显著上升趋势,而水稻灌溉需水量和产量都呈现下降趋势,分别由降水增加和气温升高、辐射下降导致的生育期缩短引起;未来气候情景下,间歇灌溉和淹水灌溉模式下水稻耗水量在未来3个时期(2020s,2050s和2080s)均呈现不同程度的增加;耗水量的显著增加和降水的减少导致了未来3个时期水稻灌溉需水量的明显增加;受持续增温的减产效应影响,水稻产量在未来3个时期呈现减少趋势,且降幅逐渐变大。
黄 玲 , 高 阳 , 邱新强 , 李新强 , 申孝军 , 孙景生 , 巩文军 , 段爱旺
2013, 29(14):99-108. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.013
摘要:为明确品种更替过程中冬小麦的耗水特性、产量和水分利用效率(WUE)的变化规律,以及对水分胁迫的响应,于2010-2012两个生长季选取河南中北部建国以来不同年代的7个主栽品种为试验材料,在田间设置三个水分处理下(W0,返青后不灌水;W1,拔节期灌水;W2,拔节和灌浆期分别灌水),研究了冬小麦的耗水特性、产量构成因素、收获指数和水分利用效率的变化过程。研究结果表明:在冬小麦更替过程中,冬小麦总耗水和土壤贮水消耗与年代差异不显著,而受降雨和灌溉影响较大。从20世纪50年代至现在,90年代及以后的冬小麦品种千粒重在41 g以上,明显高于早期品种。两年生长季冬小麦籽粒产量增加58.4%和41.8%,平均每次更替增加396和362 kg/hm2;收获指数增加37.0%和18.0%,平均每次更替增加0.2和0.1;WUE增加55.3%和40.8%,平均每次更替增加0.11和0.10 kg/m3。现代品种源、库关系得到改善,千粒重大幅度增加和收获指数增加是籽粒产量提高的主要原因。籽粒产量和WUE由品种和水分互作效应决定,在拔节期和灌浆期灌水可明显提高籽粒产量水平,并在一定程度上提高了水分利用效率。
韩惠芳 , 赵丹丹 , 沈加印 , 郎 坤 , 刘泉汝 , 李全起
2013, 29(14):109-114. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.014
摘要:为探讨中国北方地区宽幅精播麦田的节水灌溉模式,2010-2011年,在山东农业大学农学试验站,以济麦22为试验材料,采用宽幅精播和常规种植两种种植模式,每种种植模式设3种灌溉处理,研究了宽幅精播和灌溉对籽粒产量、籽粒蛋白质含量以及相关主要品质特性的影响。结果表明,宽幅精播显著提高冬小麦产量,增产的原因在于显著增加了产量构成因素中的穗数,且以灌拔节水和抽穗水条件下增产潜力最大。常规播种提高了籽粒蛋白质含量,但籽粒蛋白质产量仍以宽幅精播最高。宽幅精播灌两水处理提高了湿面筋含量和面筋指数。综合考虑冬小麦产量和品质,以宽幅精播条件下于拔节期和抽穗期各灌溉60 mm为宜。该研究可为中国北方冬小麦的节水灌溉及高产优质栽培提供理论依据和技术支持。
2013, 29(14):115-119. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.015
摘要:针对水力性能优良的U形渠道,依据明渠均匀流基本原理,以过水断面水深恰好等于U形底弧弓高时断面过流量作为分界流量Qb,引入断面特征参数和无量纲相对正常水深,采用麦考特优化法,以离差平方和最小为目标,利用SAS软件编程,通过最优化拟合建立了U形渠道正常水深直接水力计算公式。通过误差分析表明,所建公式在渠道过流量Q小于分界流量Qb时,计算相对误差绝对值均小于0.44%;渠道过流量Q大于分界流量Qb时,计算相对误差绝对值均不超过1%,可见公式具有较高的精度,且物理概念清晰、计算方便快捷;该公式不仅可用于解决宽浅式渠道正常水深水力计算,也适用于窄深式渠道正常水深的水力计算,具有较强的通用性,可为渠道工程设计和运行管理提供理论依据和有益参考。
2013, 29(14):120-129. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.016
摘要:为研究再生水利用对土壤盐碱性影响的特殊性,采用室内大型土槽试验,对比研究了清水、再生水和钠吸附比(sodium adsorption ratio,SAR)分别为3、10和20 (mmolc/L)0.5的盐溶液入渗与蒸发10次(模拟灌溉2 a)期间对土壤及土壤溶液盐分迁移累积和碱性的影响。结果表明:与清水相比,再生水和SAR值为20 (mmolc/L)0.5的盐溶液处理中0~40 cm深度壤土含水率较高,80~120 cm砂土含水率的增加产生滞后现象;再生水和盐溶液入渗与蒸发后土壤中盐分产生累积,累积量为9.54%~51.83%,而再生水处理中淋洗液带出的盐分最多,是其他处理的1.09~1.42倍。清水、再生水和盐溶液处理土壤溶液钠吸附比(SAR)<3 (mmolc/L)0.5,土壤pH值<8.5,再生水和盐溶液入渗与蒸发引起土壤碱化的风险较低。再生水入渗与蒸发后土壤溶液中K+和Ca2+在土体中的迁移分布与清水和盐溶液处理不同,再生水对土壤中Cl-有较强的淋洗作用,长期再生水灌溉过程中土壤K+、Ca2+和Cl-的迁移和淋洗需要引起重视。试验结果对农业中长期安全合理利用再生水具有指导意义。
马丽娟 , 侯振安 , 闵 伟 , 段锦波 , 侯 森 , 冶 军
2013, 29(14):130-138. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.017
摘要:通过田间试验研究了不同灌溉水盐度和灌溉量对棉花水氮利用效率的影响。试验设置三种灌溉水盐度(电导率EC):0.35(淡水)、4.61(微咸水)和8.04 dS/m(咸水),分别以FW、BW和SW表示;两个灌溉量405和540 mm,分别以I405、I540表示。结果表明微咸水灌溉棉花干物质质量最高,其次是淡水灌溉,咸水灌溉最低。咸水灌溉棉花的氮素吸收量、产量显著降低,但微咸水与淡水灌溉差异不显著。农田蒸散量随灌溉水量的增加而增加,随灌溉水盐度的增加而降低。微咸水灌溉对滴灌棉田蒸散量和水分生产率影响不大,但咸水灌溉导致蒸散量和水分生产率显著降低。15N同位素标记试验结果表明,三种灌溉水盐度下,高灌量处理(540 mm)较低灌量处理(405 mm)棉花15N回收率平均增加7.51%,土壤15N回收率降低13.20%,15N淋洗损失率增加29.47%。不同灌溉水盐度处理棉花15N回收率为47.02%~59.86%,微咸水灌溉棉花15N回收率与淡水灌溉差异不大,但咸水灌溉棉花15N回收率较淡水和微咸水灌溉分别降低了10.17%和15.23%。不同灌溉水盐度对土壤15N残留率的影响较小,为16.75%~22.41%。15N的淋洗损失率为1.56%~4.71%,表现为随灌溉水盐度的增加而显著增加,咸水和微咸水灌溉15N淋洗损失率平均较淡水灌溉分别增加了80.53%和136.00%。上述结果说明适宜盐度和灌溉量的微咸水滴灌对棉花生长、产量以及水氮利用率影响不大,但高盐度咸水灌溉会导致棉花减产,水氮利用率显著降低。滴灌条件下,氮素的淋洗损失也是氮肥损失的重要途径,尤其是咸水和微咸水灌溉会加剧氮肥的淋洗损失风险。因此,咸水微咸水灌溉条件下减少氮肥的淋洗损失是提高氮肥利用率的重要方面。
2013, 29(14):139-146. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.018
摘要:根据旱灾风险的统计特征,提出2种基于概率统计方法的旱灾风险评价方法:1)旱灾损失的概率分布曲线,2)旱灾损失与干旱概率的关系曲线。以滦河上游承德市辖区的农业旱灾风险为例进行应用研究。根据1990-2007年历年农业旱灾损失数据计算粮食因旱减产率,拟合其概率分布。利用分布式水文模型模拟得到该区域1956-2005年0~50 cm的月平均土壤含水率,识别农业干旱事件,计算农业干旱烈度概率,选用对数函数拟合因旱粮食减产率和农业干旱烈度概率关系曲线。采用因旱粮食减产率期望值表征区域旱灾风险,2种方法结果一致性较好,研究区域农业旱灾风险上游大于下游,各个县的多年平均因旱粮食减产率为7%~15%。
2013, 29(14):147-155. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.019
摘要:为了通过统一土壤背景来量化龟裂碱土对其上覆植被冠层光谱的影响,通过野外原位测定,系统分析了龟裂碱土上覆植被在自然和覆盖条件下5个典型生育期冠层光谱特征、光谱反射率与叶片叶绿素值和叶面积指数(leaf area index,LAI)之间的关系,进而建立了不同条件下2个生理指标的预测模型。结果表明:覆盖条件下向日葵三对叶期冠层光谱反射率较自然条件下在400~520和1 027~1 130 nm平均降低了0.10,在521~1 026 nm平均降低了0.18;其他生育期覆盖条件下冠层光谱反射率较自然条件下在可见光波段下降,在近红外区域增加(其中七对叶期在720~1 050 nm平均增幅为11.29%)。自然条件下三对叶期冠层光谱反射率与叶绿素值和LAI平均相关系数分别为0.68和0.47,开花期、乳熟期光谱反射率与叶绿素值和LAI与三对叶期相关性相似;其他2个生育期冠层光谱反射率自然条件下在可见光波段与2个生理指标平均相关系数分别为-0.27和-0.52,在近红外区域分别为0.53和0.69,覆盖条件下相关系数明显高于自然条件。三对叶期建立的叶片叶绿素值和LAI预测方程决定系数最小,现蕾期最大。除三对叶期外,其他时期对2个生理指标的预测模型的拟合度都较高(RSPAD为0.61~0.88,RLAI为0.72~0.92),预测能力也较强;引入土壤pH值可以增强模型的稳定性和预测能力。研究结果可为该地区龟裂碱土上覆植被长势估测提供理论依据。
杨粉团 , 顾晓鹤 , 李 刚 , 曹庆军 , 姜晓莉 , 王纪华
2013, 29(14):156-163. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.020
摘要:为了探索运用遥感技术监测玉米粘虫灾情的方法,该文通过分析粘虫发生前期、中期和后期的多时相环境减灾卫星CCD影像和野外定位观测的叶片生物量数据,计算并比较了多种植被指数与叶片生物量的相关关系,最终构建了基于重归一化植被指数(renormalized difference vegetation index,RDVI)多时相的叶片生物量定量模型,并采用野外另一组样本对监测结果进行精度验证。结果表明,玉米叶片生物量遥感监测模型的决定系数为0.7376,均方根误差为43.26g/m2 。根据叶片生物量与粘虫灾害严重度的关系,进行玉米粘虫灾情严重度及空间分布监测,结果与当地农业部门实际调查结果基本一致。因此,运用多时相HJ-CCD遥感影像可以实现玉米粘虫灾情程度及空间分布的有效监测,为农业部门客观评价玉米粘虫灾害损失提供了方法支持。
2013, 29(14):164-170. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.021
摘要:农业生态环境的物理形态和结构复杂多样,对WSN(wireless sensor networks)的无线信号传输造成不同衰减影响。为确保无线传感器网络在农业环境中经济、合理、高效部署,有必要明确典型农业环境中无线传感节点间的有效传输距离。该文基于Shadowing信号衰减模型,利用当前通用的CC2530和CC2591无线通信模块,分别选定4种不同农业环境(湖泊、草地、农田、树林)开展单跳组网试验,通过设定不同距离测试传感器节点的接收信号强度指标(received signal strength indication,RSSI),分析不同环境中RSSI与传输距离间的变化特征。试验结果表明,所有测试环境获得的RSSI值与有效距离遵从Shadowing模型,其拟合度在0.9232~0.9846之间。通过对实测数据建立拟合模型,以接收节点的灵敏度为临界值,计算出湖泊、草地、农田、树林4种环境的理论传输距离分别为663.3,419.3,208.0和79.5 m,而实测有效传输距离与理论值之间的相对误差在22%~34%之间。从误差分布看,复杂环境的实测值更接近理论值,而特殊结构的复杂环境似对实际信号传输有增强作用。该文的研究方法和模型估算获得的信号衰减系数可为实际环境监测组网提供有益参考。
2013, 29(14):171-177. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.022
摘要:杂草精准识别是实现农药定向定量喷洒的基础,是精准农业重要的研究课题之一,对环境保护和生产成本控制都有着重要的现实意义。该文以玉米田间常见杂草为研究对象,首先通过超绿特征去除田间复杂背景的影响,然后采用形态学方法自动分割图像中绿色植物区域作为待判别为杂草或作物的识别对象,之后采用基于Fisher投影的监督LLE(locally linear embedding)方法对样本的高维灰度特征进行降维,在低维空间结合支持向量机实现了杂草的快速识别。试验结果表明,该识别方法能更好地发现杂草与玉米的低维特征,对杂草和玉米植株的平均识别率分别达到97.2%和77.8%。该研究结果可为精准喷洒除草剂的自动化实现提供参考。
2013, 29(14):178-184. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.023
摘要:为进一步提高电力负荷预测的精度和运算速度,针对短期负荷预测样本数据既有趋势性又有波动性的特点,采用均生函数-最优子集回归(mean generating function-optimal subset regression,MGF-OSR)建立预测模型。相对于均生函数主成分回归(mean generating function-principal component analysis,MGF-PCA)模型,该方法引入了一阶、二阶差分序列对高频部分进行拟合,又建立累加生成序列拟合其趋势,通过均值生成函数(MGF)将上述所有序列构建出预测因子矩阵,采用双评分准则进行粗选,剔除评分较低的因子,其他预报因子经组合寻优后得到最优子集并以此建立预测模型。实例分析表明,该模型预测的平均相对误差可低至2.42%,明显优于主成分回归模型的预测精度。
2013, 29(14):185-194. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.024
摘要:为提高生产率、降低劳动强度和减少生产成本,荷兰蔬菜育苗生产中广泛使用精量播种生产线、嫁接作业生产线、岩棉块种苗生产线和相应配套机具,并借鉴花卉物流化生产模式,开发出穴盘输送装备、岩棉块搬运铺放专用车等生产物料搬运装备,实现了高效、省力、自动化生产。该文结合生产实例分析了利用岩棉块种苗生产线直接播种生产蔬菜种苗和利用播种生产线、嫁接作业生产线及岩棉块种苗生产线生产蔬菜嫁接苗的作业流程,并讨论了各生产流程的作业特性。综合以上论述,总结出荷兰温室种苗生产具有以下特点:由于岩棉具有保水透气、病菌易控等优点,潮汐灌溉具有操作方便可自控、节约水资源等优点,在温室蔬菜生产中广泛采用岩棉块栽培和潮汐灌溉;蔬菜生产效益低于花卉生产效益,造成蔬菜种植企业在自动化生产方面的资金投入相对较低,与花卉生产相比自动化程度也相对较低;精量播种生产线、嫁接作业生产线和岩棉块种苗生产线构成蔬菜种苗生产装备系统的主体,生产线将装备作业环节与人工作业环节按作业流程有机结合,快速提高蔬菜生产效率;针对蔬菜种苗生产中作业量大、劳动强度大的生产物料搬运环节,采取多种途径,提高自动化作业水平,减轻劳动强度,提高生产率。针对中国温室蔬菜生产所面临的劳动力短缺、劳动成本逐年提高、自动化生产水平低下和作业生产率不高等问题,借鉴荷兰设施园艺自动化生产技术的发展经验,中国蔬菜种苗生产应以提高生产率和降低劳动强度为核心目标,注重集成开发,利用现有成熟技术,重点集中开发自动化装备的关键技术,提高开发效率;在构建设施农业装备生产系统方面,应在提高生产自动化水平的基础上,综合考虑装备性价比,引入温室内部物流化生产模式,构建物流化生产系统,提高种苗生产的总体生产效率,促进中国温室园艺生产模式的现代化转型。
2013, 29(14):195-202. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.025
摘要:为了给寒区犊牛提供适宜的生存环境,该文设计并建造了一种温室型犊牛舍。以传统犊牛舍为对照,对其温热环境和空气质量进行了测定和评价。结果表明:在舍外平均气温为-17.3℃、相对湿度为68%的条件下,犊牛岛休息区、温室型犊牛舍和传统犊牛舍内的平均气温分别为0.9、-0.7和-4.5℃,平均相对湿度分别为65%、59%和95%,平均内表面温度分别为5.7、0.8和-5.9℃;温室型犊牛舍和传统犊牛舍的CO2质量浓度分别为2 441和3 096 mg/m3,NH3质量浓度分别为0和3.9 mg/m3,1~60 d犊牛的发病率分别为33.33%和71.43%,1~60 d犊牛的死亡率分别为0和28.57%。温室型犊牛舍外围护结构保温隔热性能的提高、通风换气系统的完善、犊牛岛休息区的设置,缓解了寒区犊牛舍冬季保温与通风换气的矛盾,为犊牛创造了更加舒适的生存环境,该研究为高产奶牛的培育奠定了基础。
熊 伟 , 王久臣 , 汤文志 , 孔文斌 , 曾卓华 , 欧阳柬 , 刘 明 , 王国华 , 黄明 , 熊棣文
2013, 29(14):203-209. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.026
摘要:三峡蓄水后,水流减缓,自净力减弱,主要支流绿藻虐生;库区新生消落区出露成陆时正直多雨炎热潮湿的夏季,基本丧失拦截、消纳和过滤农业面源污染的功能,加重了长江污染。该文在研究库区优势特色农业发展和生态环境建设的基础上,将库区水域、消落区和生态屏障区作为整体,运用循环经济理论,研究建立库岸柑橘、消落区湿地牧场、水域天然渔场3条环库绿色经济带,集成4链交叉的多链循环经济组网模式,创立5层阻隔拦截和吸收消纳面源污染的工艺技术,围绕库区各主要农业产业发展,把前端废弃物作为内生要素进入后端生产活动中,在注重环境保护的形势下,凝练出多业共生耦合农业循环经济模式和"345"推进方法。创建的巫山大昌湖特色循环农业生态示范园区,实现了三峡库区柑橘、生猪、草食牲畜、长江鱼4大特色产业共生、要素耦合、整体循环、综合利用的产业生态链,推动了三峡库区生态文明建设,满足了库区特色农业发展、农移民增收和国家战略水资源库保护需求,可为大型水库区生态农业发展和水资源环境保护提供参考。
2013, 29(14):210-219. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.027
摘要:黄河上游宁夏-内蒙古段穿越河东沙地、乌兰布和沙漠和库布奇沙漠,大量风沙被吹入黄河,因此,迫切需要揭示宁夏-内蒙古河段沙粒起动风速的空间分布规律,从而为该区域的风沙防治工作提供理论依据。首先,应用归一化植被指数(normalized different vegetation index,NDVI)数据集计算该河段地表植被盖度、植被迎风面积指数与粗糙度。而后,通过植被迎风面积指数计算摩阻起动风速的影响函数,研究河段摩阻起动风速的空间分布。利用实测数据检验摩阻起动风速的计算方法,表明摩阻起动风速的计算方法误差较小。研究表明,研究区内风速廓线均呈对数函数的分布规律,并利用风速廓线方程计算了研究区不同下垫面(10 m高度)处的起动风速,进而得到跃移沙粒起动风速的空间分布。结果显示研究区风蚀风险最大的几个区域大多临近黄河。最后,根据当年最大NDVI值与下一年风季(3月至5月)NDVI平均值之间的关系,提出利用当年最大NDVI值对下一年风季起动风速的预测方法,该研究为黄河宁夏-内蒙古段的风蚀预报提供理论支撑。
2013, 29(14):220-226. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.028
摘要:为了提高大豆秸秆的附加值和批量生产经济、满足农艺要求的环境友好型可降解大豆秸秆纤维基地膜,采用二次正交中心旋转组合试验,采用地膜定量、木浆混合比、松香、矾土和湿强剂为影响因素,地膜的干抗张强度和湿抗张强度作为响应函数。试验结果表明:1)各因素对干抗张强度的影响的贡献率从高到低排序为木浆混合比、定量、湿强剂、松香和矾土。2)各因素对湿抗张强度的贡献率从高到低排序为木浆混合比、定量、湿强剂、矾土和松香。3)按照干抗张强度≥30 N、湿抗张强度≥15 N的原则,在木浆混合比0~50%、定量50~110 g/m2、湿强剂1.2%~2%、松香0.3%~1.5%、矾土1%~5%的约束条件下,满足工艺要求的最优参数组合:木浆混合比23.3%~30%、定量92~110 g/m2、湿强剂1.2%、松香0.3%、矾土5%。按最优工艺混合比选取25%时,定量92 g/m2、湿强剂1.2%、松香0.3%、矾土5%制造出地膜试样,干抗张强度32.4 N,湿抗张强度15 N。
2013, 29(14):227-237. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.029
摘要:为了找出土地利用调控的关键结点,为相关政策的制定提供科学依据,该文利用MAS(multi-agent system)模拟微观主体的决策行为,自下而上地探究土地利用变化的内在机制。该文以河南省唐河县小庄村为例,构建了农户土地利用决策概念框架,并对其进行定量表达,通过模拟农户的决策行为,探讨了多智能体方法在农业土地利用变化研究中的应用可能。结果表明:1)各农户的内部决策值存在个体差异,但花生的内部决策值普遍较高。2)市场因子在一定程度上加强了农户种植花生的意愿,对于农户间相互作用,各农户差异较大,无统一规律可循;综合看来,在外部因子的强化作用下,各农户的最终决策更加偏向于种植花生。3)2012年小庄村棉花与花生的种植面积比例的模拟值为0.26:0.74,与实际值0.25:0.75基本一致,反映出2011年棉花价格的大幅下降给当地棉花种植带来了较大冲击,2012年小庄村秋季经济作物以花生为主。研究结果可为农户行为的调控提供理论依据,从根源处促进农用地的合理利用。
2013, 29(14):238-244. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.030
摘要:现有耕地整治质量潜力测算大都直接利用农用地分等成果进行,忽略了耕地整治工程措施可改造的耕地质量限制因素与农用地分等因素的非衔接关系,掩盖了土地整治对耕地限制因素可改造程度差异。该文基于耕地整治可改造因素修正,以沈阳市为例,建立了服务于土地整治的耕地质量评价指标体系及质量潜力计算模型(修正法)。结果表明:该方法评价整治前沈阳市耕地质量利用等为5.6等,整治后耕地质量可提高1.2个利用等;得到的耕地利用等指数与基准作物实际产量相关系数R2为0.8517,精度高于农用地分等结果。修正法测算的耕地整治质量潜力增强了耕地整治工程措施与耕地质量限制因素的结合程度,避免了某些限制因子难以改造或难以达到最优值而导致的整治潜力结果偏差,提高了潜力测算结果的科学性和应用性,可为市级土地整治规划提供方法参考。
2013, 29(14):245-255. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.031
摘要:农村居民点整治潜力测算及模式确定是土地整治规划的重要组成部分。该文针对灾后重建区农村居民点整治的复杂状况,采用实地调查数据与户均建设用地标准法,以行政村为单元,介绍了一种灾后重建区农村居民点整治潜力的测算方法;在此基础上,选取了包括整治潜力在内的影响重建区整治模式的15个典型指标,通过分析处理土地利用、数字高程模型及社会经济与人口等数据,运用地理信息系统软件ArcGIS对各指标进行定量描述,并结合多元统计分析软件SPSS(statistical product and service solutions)提取6个主成份指标,通过层次聚类法将155个行政村进行量化分析,最终确定了5种农村居民点整治模式。研究表明,绵竹市农村居民点整治潜力为1763.23hm2;适宜改造提升模式的村有81个、适宜特色整治模式的村15个、适宜迁村并点模式的村16个、适宜集聚扩展模式的村28个、适宜生态搬迁模式的村15个。该研究成果可为灾后重建地区农村居民点整治规划及整治模式的选择提供理论支撑和实践指导。
2013, 29(14):256-261. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.032
摘要:为解决传统储粮方法存在的高能耗、害虫多、易污染的问题,基于热管技术,该文设计开发了一座利用自然冷源蓄冷的储粮仓,其由储粮仓、热管模组、温度监测系统等组成,通过1年试验(2011年12月16日至2012年11月1日)研究了储粮仓内粮食温度变化及对害虫的抑制效果,结果表明:热管模组在19 d内将粮食温度降低到0,最低可降至-3.17℃;热管储粮试验仓蓄冷量为50.95 MJ,降温速度达到了0.28℃/d,分别较对照仓高出31.62%和47.37%,因此试验仓降温速度更快,蓄冷量更大。夏季试验仓虫害发生时间延迟,害虫数量明显减少,抑虫效果明显。此外,试验周期内无任何能耗,小麦并未出现结露或霉变等现象。该研究为热管技术在大型粮库中的应用提供依据和技术支持。
2013, 29(14):262-268. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.033
摘要:还原糖含量是评价马铃薯全粉品质的重要指标之一,该文研究基于近红外光谱技术结合最小二乘支持向量机(least squares support vector machine,LSSVM)算法的马铃薯全粉还原糖含量非线性数学模型。采用移动窗口偏最小二乘法(moving windows partial least square,MWPLS)和连续投影算法(successive projections algorithm,SPA)组合方法筛选出20个特征变量,作为LSSVM的输入向量。优化径向基函数(radial basis function,RBF)的惩罚因子和核参数,训练LSSVM校正模型。经比较,LSSVM校正模型预测结果最优,预测相关系数为0.984,预测标准差为0.223%,相对分析误差(standard deviation ratio,SDR)为5.62。结果表明:近红外光谱结合LSSVM算法提高了马铃薯全粉还原糖含量的预测精度。
2013, 29(14):269-276. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.034
摘要:为了开发新型的抗氧化活性包装材料,该文以壳聚糖/绿茶多酚构成的复合膜为研究对象,比较分析了甘油和聚乙二醇对壳聚糖膜物理、机械、抗氧化和结构特性的影响。结果表明:未加入绿茶多酚前,壳聚糖甘油膜有着较低的水蒸汽透过系数和膨胀程度,其水蒸汽透过系数为8.84×10-11g/(m·s·Pa)。然而,聚乙二醇膜的抗拉强度和穿透力均高于甘油形成的膜。X射线衍射分析(XRD)表明应用质量分数40%的增塑剂导致11.7°和17.9°出现2个结晶峰,分别对应壳聚糖的水合结晶和无水结晶。加入绿茶多酚后,壳聚糖复合膜的抗氧化能力显著提高,1,1-二苯基-2-苦基肼(DPPH)自由基清除能力在5 min内达到83.9%。加入绿茶多酚显著降低了膜溶液的表观黏度,增加了膜的厚度、颜色和阻水性。从2种增塑剂的对比效果看,绿茶多酚对于甘油膜的机械性能影响较大,其断裂伸长率从42.02%急剧下降到9.19%,并且使膜的结晶结构从水合状态转变为非晶状态。但绿茶多酚对聚乙二醇膜的水蒸汽透过系数、膨胀程度和颜色影响较大。壳聚糖复合膜性能的这种差异与增塑剂中所含羟基的数量以及与绿茶多酚的配比有关。研究结果为绿茶多酚复合包装膜在实际中的应用提供了理论依据。
2013, 29(14):277-283. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.035
摘要:为更进一步了解可逆热致变色竹塑复合材料所具有的特性,该论文对可逆变色竹塑复合材的温度与光响应及热学性能进行研究,主要包括:环境温度对变色时间的影响、变色复合材料的曝晒试验(测试环境温度与曝晒装置内的温度)、试样表面的反射率、导热系数等。研究结果表明:变色竹塑复合材料在较高的环境温度下竹塑复合材料的变色响应时间较短,如WTB1在45、50、55、60、65℃的变色时间分别为256.11、146.18、82.78、69.16、45.06 s;曝晒试验的结果表明颜色影响试验箱内温度,添加钛白粉可降低曝晒装置内的温度;在12:00时,WTB1、WTB2、WTB3、WTB4、WTR1、WTR2与环境的温差分别为14.3、12.8、15.3、11.3、15.3、11.3℃。可逆变色竹塑材料的导热系数随着温度的升高而增大,WTB2在15、30、45、60℃下的导热系数分别为0.098、0.099、0.103、0.107 W/(m K),WTB1(未添加钛白粉)表面自由能和接触角分别为67.3°、41.50 MJ/m2,而WTB2(添加钛白粉)的表面自由能和接触角分别为74.6°、37.52 MJ/m2;各种试样的反射率存在差异,添加钛白粉提高了材料的表面反射率,颜色是影响太阳反射率的重要因素之一。研究结果为该材料的实际应用提供数据支持。
刘书成 , 张 良 , 吉宏武 , 屈小娟 , 章超桦 , 郝记明
2013, 29(14):284-292. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.036
摘要:为了探讨高密度CO2(dense phase carbon dioxide,DPCD)对水产品腐败菌的杀菌效果和机制,以一株凡纳滨对虾优势腐败菌(Chryseobacterium sp. LV1)为研究对象,研究了DPCD处理温度(30~55℃)、压力(5~25 MPa)、时间(5~60 min)对杀菌效果的影响,分析了DPCD处理前后该菌理化性质的变化。结果表明:DPCD对其具有较好的杀菌效果,温度升高、压力增大、延长时间都会增强杀菌效果,而且超临界CO2比亚临界CO2的杀菌效果好。当在45℃、15 MPa和55℃、15 MPa下处理菌悬液30 min时,菌落总数均能下降5个对数;菌悬液的pH值从6.97分别下降至5.58和5.56;细胞外蛋白由最初的78.69 μg/mL分别增至151.91和157.40 μg/mL,200~800 nm范围内的吸光度值增大,这说明DPCD处理改变了其细胞膜的通透性,造成胞内蛋白质和核酸泄漏;可溶性和不溶性蛋白的电泳图谱发生变化,说明DPCD处理能够诱导Chryseobacterium sp. LV1可溶性蛋白质变性,降低其溶解度;能够钝化与其新陈代谢相关的14种酶类;但不会造成其DNA的降解。因此,DPCD处理致使其理化性质的改变可能是杀菌的主要原因之一。研究结果将为DPCD技术在对虾加工中的应用提供参考。