• 2014年第30卷第8期文章目次
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    • >综合研究
    • 基于能值理论的中国耕地利用集约度时空变化分析

      2014, 30(8):1-12. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.001

      摘要 (2659) HTML (0) PDF 824.19 K (2138) 评论 (0) 收藏

      摘要:为揭示1990-2011年中国耕地利用集约度的时空变化特征,采用能值理论的研究方法,将耕地利用集约度分解为生产要素集约度和复种指数2个指标的乘积,剖析了中国农业机械、化肥、农药、农膜、劳动力等五大生产要素集约度和复种指数的时空变化规律。结果表明:1990-2011年,包括农业机械、化肥、农药和农膜 4种生产要素的工业辅助能集约度呈线性增长趋势,而劳动集约度则呈现显著的线性下降趋势,1996年工业辅助能集约度在生产要素集约度中所占比例首次超过50%,表明20世纪90年代中期中国开始进入现代农业发展阶段;期间复种指数增长率为0.1794,其对于耕地利用集约度的提高起到了关键性作用;1996年劳动集约度高的主要是处于传统农业生产阶段中的西部农业省份,而工业辅助能集约度高的大都是初步或基本进入现代农业发展阶段的经济发展水平高或工业基础好的省份;1996-2008年,沿海经济发达区、西部地区和部分粮食主产区劳动集约度下降幅度较大而工业辅助能集约度上升幅度大;1996-2008年,复种指数下降是导致南方水稻主产区耕地利用集约度下降的主要原因,而绝大多数北方地区耕地利用集约度增长也主要是由于复种指数的增长。

    • >农业装备工程与机械化
    • 棉花移栽机旋转式取苗机构的运动学分析及虚拟试验

      2014, 30(8):13-20. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.002

      摘要 (2087) HTML (0) PDF 2.44 M (1351) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了实现棉花移栽自动取苗,针对棉花基质苗茎秆抗拉力远大于取苗力的特点,该文提出高阶混合变性椭圆齿轮行星系夹苗式取苗机构,并建立该机构的运动学数学模型,分析夹苗式取苗工作的运动目标,编写机构优化分析软件,确定一组机构参数:啮合齿轮中心距58 mm,第1级基椭圆的偏心率为0.2,二阶变形椭圆齿轮的主变形系数0.9,第2级基椭圆的偏心率为0.14,一阶变形椭圆齿轮的主变形系数0.18,初始时刻太阳轮标线的安装角为13π/18、行星架OA边与太阳轮标线的夹角为π/2、中间轴A上安装的第2中间轮与第1中间轮标线的夹角为7π/18、行星架AB边相对与第2中间轮标线夹角为35π/36、取苗爪BE边相对于第1行星轮标线夹角π/6、取苗爪BE边与BT边夹角7π/18、取苗爪BT边长度150 mm,工作轨迹的取苗段与苗箱夹角91°、取苗过程行星架转角36°、取苗过程苗与钵盘不干涉、取苗过程取苗爪摆角5°、入苗段与取苗段轨迹夹角为85°、投苗角76°、两取苗爪之间最小距离49 mm。机构的虚拟试验表明,该型取苗机构的工作轨迹和理论计算吻合,满足夹苗式取苗工作要求,取苗爪在取苗段速度较大利于快速取苗,周期速度曲线平滑,该研究结果为棉花基质育苗移栽自动取苗提供了参考。

    • 蔬菜钵苗移栽机取苗臂凸轮机构的设计与试验

      2014, 30(8):21-29. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.003

      摘要 (2707) HTML (0) PDF 4.34 M (1256) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用解析法对蔬菜钵苗移栽机取苗臂凸轮机构进行了详细设计,以解决目前机构推苗作业时间长、速度慢而影响推苗成功率的问题。根据移栽机取苗和推苗作业时取苗针的运动要求,以及取苗臂的结构尺寸,建立凸轮机构设计的数学模型,优化凸轮推程运动角,进而得到凸轮实际轮廓曲线,进行了机构的运动及压力角分析。建立取苗机构的三维实体模型,制造出其物理样机,采用ADAMS软件进行虚拟样机运动仿真,开展高速摄像运动试验。仿真结果和试验结果基本一致,表明改进设计是正确和合理的,同时比较改进设计结果和原设计结果可知,所设计的凸轮机构能够满足蔬菜钵苗移栽的要求,且试验推苗时间比原设计有效缩短了27.9%,有助于提高推苗成功率和蔬菜钵苗移栽机的工作性能。

    • 油菜小麦兼用排种盘的排种器充种性能

      2014, 30(8):30-39. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.004

      摘要 (2929) HTML (0) PDF 4.63 M (1152) 评论 (0) 收藏

      摘要:油菜、小麦籽粒物理机械特性差异大,该文针对前期研究中油菜小麦气力式精量排种器结构中,需对不同类型种子更换排种盘的缺陷,研制了一种兼用型内嵌入导种条式排种盘及其型孔结构,以实现油菜小麦气力式精量排种器兼用。开展了其充种阶段内嵌入导种条上强制带动层种子的运动轨迹及充种区种子充填角的解析,构建了充种区强制带动层种子的力学模型;并结合高速摄像技术,分析阐明了充种区种子层的流动特性,试验研究了充种区油菜、小麦充填角与充种性能、内嵌入导种条对种子机械损伤。研究结果表明:转速范围为10~45 r/min时,排种器充种区种子充填角与转速线性相关,内嵌入导种条时的油菜、小麦充种角随转速的变化率值分别为1.6635、1.9929,相对无导种条式排种器,充填角平均增量分别为10.1°、13.45°,充填弧长平均增量分别为12.29、16.48 mm,充种性能明显提高;发芽率试验表明,排种盘内嵌入导种条对种子无机械损伤。排种器性能试验结果表明:吸种负压为−2 900 Pa、排种盘内嵌入导种条可使小麦排种的平均合格指数相对提高30.76%,漏播指数相对降低38.61%;吸种负压为−900 Pa、投种正压为500 Pa时,排种盘内嵌入导种条可使油菜排种的平均合格指数相对提高3.72%,漏播指数相对降低8.58%;在转速为20~30 r/min时,排种性能均能满足油菜小麦兼用精量播种的要求。该研究可为兼用型精量排种器结构改进及性能优化提供研究依据。

    • 基于离散单元法的水平圆盘式精量排种器排种仿真试验

      2014, 30(8):40-48. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.005

      摘要 (2606) HTML (0) PDF 5.15 M (1353) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了优化水平圆盘式精量排种器的最佳排种性能参数(动排种盘转速、动排种盘厚度、型孔圆角半径),达到提高粒距合格指数、降低漏播和重播指数指标,并降低大田试验强度。该文基于离散单元法对根据全膜双垄沟播技术所设计的水平圆盘式精量排种器进行了排种数值模拟,并得到玉米籽粒模型排种、重播、漏播的形成过程;为提高其排种性能,进行了排种仿真试验。仿真结果表明:以合格指数较高为重点、兼顾重播指数和漏播指数较低的原则,确定了动排种盘转速为17 r/min、动排种盘厚度为6 mm、型孔上边倒圆角半径为1 mm时为较优组合,此时粒距合格指数S = 97.05%、重播指数D = 1.83%、漏播指数M = 1.12%。田间验证试验表明:在上述条件下,测得粒距合格指数为S = 95.13%,重播指数D = 2.34%,漏播指数M = 2.53%,重点指标粒距合格指数误差2.02%(<5%)。因此,基于离散单元法的排种器仿真试验为排种器性能参数的确定提供参考。

    • 履带式全喂入水稻联合收获机振动测试与分析

      2014, 30(8):49-55. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.006

      摘要 (2009) HTML (0) PDF 3.03 M (1552) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对国产履带式全喂入水稻联合收获机整机振动大、无故障工作时间短、可靠性差等问题,以沃得巨龙280型联合收获机为研究对象,在发动机空载、整机空载和田间收获等5种工况下,采用DH5902动态信号分析系统对整机多点振动情况进行了测试与分析,得到了8个测点的时域特性和频谱特性的分布规律。试验结果表明:发动机的上下振动、振动筛的前后运动和切割器的左右运动是形成水稻联合收获机整机振动的主要原因,而输送槽、风机和脱粒滚筒等部件的回转运动为次要原因。整机全油门空载工况下发动机引起的振动频率为71.78 Hz,振动筛、切割器、风机、脱粒滚筒I和脱粒滚筒II引起的激振频率分别为6.35、8.79、19.04、12.70和23.44 Hz,驾驶座椅的减振结构需进一步优化。研究结果为改善履带式全喂入水稻联合收获机的驾驶舒适性,提高其工作可靠性提供参考。

    • 基于Smith-模糊PID控制的变量喷药系统设计及试验

      2014, 30(8):56-64. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.007

      摘要 (2343) HTML (0) PDF 3.28 M (1360) 评论 (0) 收藏

      摘要:为实现精准变量喷药技术,该文设计了旁路节流式变量喷药控制系统用于变量喷药和幅宽调节控制,运用流体网络理论建立系统的数学模型,将模糊PID控制与基于喷药流体网络模型的Smith预估控制结合起来喷药量的调节,并对国产3W-250型喷杆喷雾机进行改造并构建喷药试验平台。试验结果表明,基于喷药流体网络模型的Smith-模糊PID控制算法的动态响应更快,降低了变量喷药系统滞后性和非线性的不利影响,超调量小于13.1%,稳态误差小于3.52%,且具有较好的适应能力和鲁棒性,为精准变量喷药控制提供一种实现方法。

    • 基于径向基神经网络-遗传算法的海流能水轮机叶片翼型优化

      2014, 30(8):65-73. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.008

      摘要 (2688) HTML (0) PDF 3.52 M (1357) 评论 (0) 收藏

      摘要:如何提高海流能水轮机的能量捕获效率是海洋能开发领域的重点研究课题,而提高海流能水轮机能量性能的关键在于其叶片几何的构造基础--水力翼型的性能提升。该文提出了一种水力翼型的多工况优化设计方法,该方法采用Bezier曲线参数化技术建立翼型的参数化表征方法,然后利用拉丁超立方试验设计技术在设计空间获取训练径向基(radial basis function,RBF)神经网络的样本点,通过计算流体动力学的方法获得每个翼型样本的性能参数后开展神经网络的学习训练,最后采用RBF神经网络与NSGA-II遗传算法相结合的现代优化技术数值求解水力翼型的多工况优化问题。基于上述优化方法对NACA63-815翼型进行了优化改进,重点研究了该翼型在3个攻角工况下(0,6°和12°)的优化问题及求解方法。优化结果表明,优化后的翼型在3个工况点下都具有更好的升阻比性能,同时也能更好地抑制失速现象的产生,验证了该优化方法的理论正确性和可行性。

    • 多段燃油喷射对碳酸二甲酯-柴油混合燃料燃烧过程的影响

      2014, 30(8):74-80. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.009

      摘要 (2811) HTML (0) PDF 1.91 M (1596) 评论 (0) 收藏

      摘要:柴油机多段燃油喷射可用来优化缸内燃烧以实现排放净化的目标。该文采用两段预喷和一段主喷组合的多段燃油喷射进行混合燃料D10(90%柴油+10%碳酸二甲酯)燃烧过程的研究。通过预喷相位可调但3段喷油之间相位间隔恒定、主喷持续时间可调但第1、2段预喷持续时间固定的喷油策略,实现在目标工况下精确的放热中心COHR(center of heat release)。当调整多段燃油喷射策略实现目标COHR以等步长推移时,柴油机的燃烧过程呈现如下特点:各工况的着火时刻均处于第2段预喷和主喷之间;从喷油时刻至着火时刻所经历的曲轴转角越来越小;着火时刻至放热中心所占用的曲轴转角则越来越大;缸内燃烧压力峰值出现位置与放热中心位置较为接近,相对缸内峰值压力出现位置,COHR不断后移且相距更远。与柴油相比,D10的滞燃期更长,其最大压升率也更高。由于易汽化的碳酸二甲酯促进了燃料混合及后续燃烧,从着火时刻到10%放热率及90%放热率对应时刻所占用曲轴转角均变小,说明碳酸二甲酯的加入有助燃烧的迅速进行。基于COHR为表征的燃烧特性分析,为碳酸二甲酯/柴油混合燃料的应用、多段燃油喷射调控燃烧过程及排放控制理论提供指导。

    • >农业水土工程
    • 适宜播期提高农牧交错带春小麦产量和水氮利用效率

      2014, 30(8):81-90. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.010

      摘要 (2849) HTML (0) PDF 1.90 M (1628) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了明确农牧交错带播种期对春小麦的产量、生育期和资源利用效率的影响,从2011年到2012年在内蒙古进行了小麦分期播种试验。试验共设置了5个播种期,从4月26日开始至6月5日结束,每播期间隔10 d。结果表明,随着播期的推迟,5月6日之后播种的各处理小麦产量显著降低,最后播种的小麦产量相比4月26日播种的减产63.3%~72.3%,对应的收获指数和千粒质量也大幅下降,主要是由于小麦晚播后抽穗至成熟阶段日平均温度降低所致。播期导致各生育阶段所需要的天数特别是播种到出苗期产生差异,但全生育期所需要的生理发育时间(发育最低温度Tb为0,最适温度To为20℃)在不同年份和播种期处理下均没有显著差异,稳定为95.3个生理日数(当每日平均温度均为最适温度时所需要的发育天数)。水分利用效率随着播期推迟呈现明显降低的趋势,与4月26日播种处理相比,最后播种处理的水分利用效率降低了68.8%~74.3%,主要是晚播小麦麦穗干物质质量占地上部干物质质量的比例降低,营养体生长过旺,增加了各生育期内的日耗水量。不同播期下,春小麦地上部植株氮素累积吸收量为14.0~17.0 g/m2。播种期对春小麦氮素累积吸收量没有显著影响。但由于早播处理小麦的收获指数和产量较高,所以氮素的吸收转化利用效率显著高于晚播处理。在农牧交错带适时早播春小麦不但可提高产量,而且还能大幅度提高水氮资源的吸收利用效率,这对该区域实现春小麦高产和稳产有着实际指导意义。

    • >农业信息与电气技术
    • 去除水分影响提高土壤有机质含量高光谱估测精度

      2014, 30(8):91-100. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.011

      摘要 (1746) HTML (0) PDF 4.31 M (1485) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤水分的影响是当前采用光谱分析法预测土壤养分含量的关键问题,该文旨在探索去除土壤水分影响、提高有机质高光谱定量估测精度的方法。首先采用地物光谱仪进行湿土和过筛干土的高光谱测试,并进行一阶导数变换;然后,采用奇异值分解(singular value decomposition,SVD)结合相关分析筛选土壤水分特征光谱,构建去除水分因素的修正系数,形成湿土光谱的校正光谱;最后基于校正前后湿土光谱,应用偏最小二乘(partial least squares,PLS)回归构建土壤有机质含量的估测模型,并对模型进行验证和比较,分析评价校正前后光谱的预测精度。结果显示:按土壤水分含量梯度划分的2组和全部棕壤及褐土土样共4组样本校正后建模决定系数和均方根误差分别为0.85、0.82、0.74、0.76和0.19%、0.20%、0.23%、0.19%,决定系数提高了0.02~0.09,均方根误差降低了0.01~0.03百分点,验证决定系数、均方根误差和相对分析误差分别为0.78、0.77、0.72、0.76,0.21%、0.15%、0.21%、0.15%和2.03、2.02、1.86、1.98,决定系数提高了0.06~0.15,均方根误差除褐土土样提高0.02百分点外,其他样本组降低了0.01~0.08百分点,相对分析误差提高了0.17~0.43,模型决定系数和相对分析误差得到显著提升;尤其对于土壤水分含量变异系数较小的3组土样,模型从待改进级别提高到性能良好级别,对土壤有机质含量具有较好的预测准确性。说明该方法用于去除土壤水分因素影响和提高有机质含量高光谱估测精度的有效性。

    • 基于HJ-1卫星的农田土壤有机质含量监测

      2014, 30(8):101-108. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.012

      摘要 (1728) HTML (0) PDF 3.48 M (1193) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤状况是决定农田潜在生产力的主要因素,土壤性状及肥力状况信息可以为精准农田管理提供响应依据。利用遥感技术监测土壤养分含量是一种快速、准确、高效、经济的方法。以农田土壤有机质为研究对象,以HJ-1卫星数据为数据源,采用多元线性回归分析方法,构建有机质含量地面监测模型,通过直方图匹配方法求地面监测模型与HJ-1卫星监测模型之间的傅里叶转换函数,将地面监测模型应用到HJ-1卫星数据,并构建有机质含量遥感监测模型。实现了利用HJ-1卫星遥感数据对试验区土壤有机质含量进行监测。该模型监测结果与地面实际养分具有良好的线性关系,其决定系数0.93,标准差0.57%。在保持了较高精度的同时,避免了其他高光谱模型数据过于昂贵的问题,实现了有机质含量快速、经济监测,易于在农业中应用。

    • 基于可见光红外成像辐射仪数据的地表温度反演

      2014, 30(8):109-116. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.013

      摘要 (3267) HTML (0) PDF 3.61 M (1277) 评论 (0) 收藏

      摘要:地表温度是农业旱灾和作物估产模型的重要参数。该文针对可见光红外成像辐射仪(visible infrared imager radiometer suite,VIIRS)传感器缺乏水汽通道的特点,联合Aqua卫星搭载的中分辨率成像光谱仪(moderate-resolution imaging spectroradiometer,MODIS)数据提出了基于分裂窗算法的VIIRS地表温度反演方法。对地表发射率和大气透过率这2个关键参数的获取进行了详细分析,选取了处于作物生长期的2013年6月4日VIIRS数据进行实例验证分析。结果表明,与全国气象数据比较该文算法在大尺度上能够较好地获取中国地表温度;与MODIS数据温度产品在高温产粮区比较,该文算法与MODIS温度产品精度较一致,两者差值小于1 K。使用MODTRAN(moderate resolution transmission)软件对算法的精度进行了模拟评价验证,分析表明:在一定的水汽和地表发射率条件下,算法反演精度一般保持在1 K内,平均误差为0.431 K,误差标准偏差为0.247 K。能够为农业干旱、作物长势等农情信息监测提供所需的地表温度数据。

    • 玉米种植面积空间抽样调查方案优化设计

      2014, 30(8):117-125. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.014

      摘要 (2643) HTML (0) PDF 3.77 M (1232) 评论 (0) 收藏

      摘要:抽样比、样本空间布局及抽样单元尺度是组成空间抽样调查方案的基础要素。为进一步改善现行农作物种植面积空间抽样调查效率,该文以吉林省德惠市为研究区,以玉米种植面积为研究对象,选取正方形网格作为抽样单元,通过空间分析、"3S"技术与传统抽样方法相结合进行农作物种植面积空间抽样方案优化设计试验研究。结果表明,抽样单元间空间自相关性随单元尺度的增大而增大,两者间呈线性正相关关系。当抽样单元尺度为500 m×500 m时,抽样单元间空间自相关性几乎不存在。遵循传统抽样理论要求样本间相互独立原则,选取500 m×500 m作为最优抽样单元尺度;对抽样单元内玉米种植面积与耕地面积进行相关分析发现,两者间存在极显著线性正相关关系。为提高玉米种植面积空间分层抽样效率,可选取耕地面积作为分层标志;以抽样外推总体相对误差(r)和变异系数(coefficient of variation,CV)为空间抽样效率评价指标,在4种(简单随机、系统等距、分层随机及分层系统等距)样本空间布局方式中,选取分层系统等距抽样作为最优样本布局方式;在7种抽样比(0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%)设计水平中,选取1%作为最优抽样比。该文可为提高农作物面积空间抽样调查效率提供试验依据。

    • >农业生物环境与能源工程
    • 冷风机-风管对南方开放式牛舍的降温效果

      2014, 30(8):126-134. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.015

      摘要 (2871) HTML (0) PDF 1.79 M (1935) 评论 (0) 收藏

      摘要:为改善南方夏季开放式肉牛舍环境条件,该文设计湿帘冷风机-纤维风管系统,采用风管定点送风、孔口射流高速出风的模式,将冷风均匀送至肉牛活动区域进行局部降温。该研究以栓系饲养西门塔尔牛为试验对象,对环境、肉牛生理及增质量进行测定。结果表明:测定期间,在肉牛站立(1.3 m高度)和躺卧背部高度(0.7 m高度),与对照舍相比,处理舍的平均温度分别降低2.0和1.8℃,平均相对湿度皆增加10%,平均风速分别增加0.69和0.47 m/s(P<0.01);试验舍内氨气和二氧化碳平均质量浓度比对照舍分别降低0.17 和81 mg/m3,热负荷指数(heat load index,HLI)均值降低2.84(P<0.01);试验牛的呼吸频率降低22次/min、直肠温度降低0.35℃、皮温降低1.04℃,差异均极显著(P<0.01)。在整个试验期间,处理舍肉牛未出现患病情况,日增质量为0.92 kg/d;对照舍肉牛患病率高达47%,日增质量为0.54 kg/d,差异极显著(P<0.01)。该研究表明在开放式牛舍中进行湿帘冷风机-纤维风管局部降温,有助于缓解肉牛热应激,应用于南方夏季高温高湿天气下技术和经济可行。

    • 利用多余光照光伏发电的温室透明覆盖材料的研制

      2014, 30(8):135-141. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.016

      摘要 (2668) HTML (0) PDF 3.06 M (1087) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对高于光饱和点的多余光照对植物生长没有意义的问题,该文研究了一种可利用多余光照实施光伏发电的新型实体复合抛物面聚光(compound parabolic concentrate)温室透明覆盖材料。利用光学仿真软件对不同入射角的太阳光进行追踪,并对该透明覆盖材料在实际天气下的透过率和发电功率进行试验研究。仿真结果与试验输出功率以及覆盖材料实际透过率的趋势相吻合,在正午阳光强烈时覆盖材料透过率低,最低时只有32%;而上、下午透过率相对较高,在60%左右。研究表明此新型温室覆盖材料可以较好地调节光照,使温室内的光照度更加均匀,进而改善温室内光热环境,同时利用多余光照发电,实现太阳能综合利用。

    • 温室无线传感器网络节点发射功率自适应控制算法

      2014, 30(8):142-148. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.017

      摘要 (2116) HTML (0) PDF 600.92 K (1520) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高无线数据传输的可靠性,基于无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)的温室环境数据采集系统,采用试验的方法研究温室中不同环境下WSN节点之间通信的可靠性。在通信距离为5~40 m,存在作物、温室设施等遮挡影响,相对湿度为35%~80%的情况下,对丢包率和接收信号强度指示(received signal strength indication,RSSI)的关系进行研究,通过RSSI对节点间通信可靠性进行评价。在此基础上,提出WSN节点发射功率自适应控制算法。该算法以RSSI作为通信质量的评价因子,通过增大节点的发射功率来提高通信可靠性。测试结果表明,该算法能够根据当前通信状况,自适应地设置节点的发射功率,以尽可能小的发射功率将丢包率维持在1%左右。该算法对WSN在温室中的应用具有实用价值。

    • 日光温室地源热泵供暖碳足迹的生命周期分析

      2014, 30(8):149-155. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.018

      摘要 (2364) HTML (0) PDF 1.04 M (1749) 评论 (0) 收藏

      摘要:为分析日光温室地源热泵供暖的碳足迹,该文以日光温室地源热泵供暖系统中浅层地热能的存储、提取、制冷压缩提升和温室末端供暖整个过程为研究对象,对系统的温室气体排放和单位温室供暖面积的排放水平进行分析,构建基于生命周期分析LCA(life cycle assessment)的日光温室地源热泵供暖碳足迹分析方法。同时以北京地区日光温室地源热泵系统冬季供暖采集的试验数据为依据,分析和计算出北京地区日光温室在采用燃煤和燃气2种不同发电方式下地源热泵系统的供暖碳足迹和基于20 a和100 a温室地源热泵供暖碳足迹的全球变化潜能(global warming potential,GWP,单位为二氧化碳当量排放-CO2-eq.)的变化。研究表明,在北京地区采用燃煤和燃气驱动地源热泵系统的碳足迹GWP分别为 257和72 g/(m2·d)。基于100 a的GWP总量比20 a的计算值分别减少了1.6%和5.4%。对比荷兰Venlo型温室天然气供暖,该研究中采用燃煤发电驱动日光温室地源热泵供暖的碳足迹是其1.39倍,而燃气发电驱动日光温室地源热泵供暖的碳足迹仅为Venlo型温室供暖的41%。采用燃气发电驱动的地源热泵供暖系统具有更低的碳足迹。

    • 京郊畜禽粪肥资源现状及其替代化肥潜力分析

      2014, 30(8):156-167. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.019

      摘要 (2192) HTML (0) PDF 962.17 K (1764) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着都市型规模化养殖业快速发展,畜禽粪尿废物大量排放因缺乏足够面积土地消纳所带来的环境压力很大,而粪尿中的氮磷钾养分与化肥一样对作物同等重要,如何合理利用这些废物资源决定了都市化农业的可持续发展。该文针对京郊养殖业和农用地面积现状,结合调研、收集畜禽养分排泄系数和农田养分需求等参数,估算京郊固液粪便养分资源现状及其替代化肥的潜力。结果表明:京郊畜禽固液粪便中N、P、K养分量分别为58.7×103、21.3×103、29.8×103 t,其中固体粪便N、P、K养分分别为43.1×103、20.3×103和19.7×103 t,京郊畜禽固液粪便可分别满足农田N、P、K养分需求量的99.3%、185.2%、62.7%。大部分区县粪肥中P养分产生量超过作物P需求量,粮田秸秆还田可带入的N、P、K养分分别为11.0×103、1.6×103和15.0×103 t,情景分析表明在秸秆还田条件下,按照磷素平衡原则估算本地区所能消纳的粪肥所带入N、P和K养分数量分别为18.3×103、9.9×103和10.3×103 t,同时需要补充N、K化肥分别为29.8×103和22.2×103 t,其余粪肥则需经过堆肥化处理并输往外地。经过堆肥处理,固体粪肥可提供的N、P、K养分分别下降了23%、11%和12%,外输固体粪肥堆肥可进一步减少农田氮磷负荷以及可能的环境风险。

    • 可见-近红外光谱联合随机蛙跳算法检测生物柴油含水量

      2014, 30(8):168-173. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.020

      摘要 (2708) HTML (0) PDF 1010.04 K (1438) 评论 (0) 收藏

      摘要:生物柴油是一种优质清洁柴油,可从各种生物质中提炼,其特有的优势受到越来越广泛的关注。该文应用可见-近红外光谱技术原理对生物柴油的含水率进行了检测。配置含水率分别为0、2.5%、5.0%、7.5%和10.0% 的试验样品并获取可见-近红外光谱,进行主成分分析,观察不同含水率生物柴油的聚类性,并采用Random Frog 算法进行特征波段的提取,最后采用随机蛙跳算法(Random Frog)挑选出的特征波段作为偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)和最小二乘支持向量机(least squares-support vector machine,LS-SVM)模型的输入量,建立生物柴油含水量的预测模型。结果发现:采用Random Frog 提取出的8条特征波段(563、560、642、565、562、493、559和779 nm)所建立非线性模型LS-SVM 所得到的结果较好,其中Random Frog-LS-SVM的结果中R均大于0.95,校正集均方根误差RMSEC=0.722,预测集均方根误差RMSEP=0.520。结果表明采用Random Frog-LS-SVM模型可以准确的预测生物柴油的含水量,为实际应用提供参考。

    • 适宜初始温度提高秸秆光合细菌制氢效果

      2014, 30(8):174-180. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.021

      摘要 (1854) HTML (0) PDF 1.42 M (1097) 评论 (0) 收藏

      摘要:秸秆微粉的光合细菌制氢过程是放热反应,引起的热效应会直接影响产氢效果。为了实现高效低能耗产氢,该文采用秸秆微化粉碎与酶水解预处理相结合的方法,利用自制的秸秆微粉光合细菌制氢反应热测试系统,进行了不同初始温度对秸秆微粉酶解光合细菌制氢反应热的影响试验研究,结果表明:当初始温度为30℃时,最大反应热约为7.1 kJ,最大产热速率约为1.01 kJ/h,反应末期累计反应热约为32.9 kJ,累计产氢量约为745.9 mL,光合细菌制氢反应最充分,产氢效果最好;累计产氢量和底物能量转化率可用累计反应热的二次多项式来表示,光能转化率可用累计反应热的三次多项式来表示。该研究结论可为揭示秸秆微粉酶解光合细菌制氢过程的热量释放变化规律,从生物反应热角度优化工艺参数和预测光合细菌制氢效果提供参考依据。

    • >土地整理工程
    • 基于景观安全格局的农村居民点用地布局优化

      2014, 30(8):181-191. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.022

      摘要 (2094) HTML (0) PDF 2.13 M (1348) 评论 (0) 收藏

      摘要:农村居民点用地布局优化不仅是农村土地整治的基础,也是新农村建设和实现美丽乡村的重要路径。该文以江苏省宜兴市为例,根据其经济发达、生态环境优越以及风景名胜众多的特点以及农村居民点用地特征,运用景观安全格局理论和最小累积阻力模型相结合的方法,分别从水土保持、生物多样性保护和风景名胜保护三方面构建单一景观安全格局,进而建立宜兴市农村居民点用地布局综合景观安全格局。通过与宜兴市农村居民点用地的叠加分析,针对不同景观安全水平的农村居民点提出不同的布局优化方向,将宜兴市农村居民点用地划分为优先整治型、限制扩展型、适度建设型、重点发展型4种类型,分析各类型现状特征并提出优化方案。研究结果强调农村居民点用地布局工作中生态环境和景观保护优先的思想,不仅为当地新农村建设提供理论支撑,而且为相关规划制定提供参考。

    • 基于点轴理论的农村居民点布局优化

      2014, 30(8):192-200. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.023

      摘要 (2736) HTML (0) PDF 1.90 M (1663) 评论 (0) 收藏

      摘要:为合理确定农村居民点整治范围和布局优化方向,揭示农村居民点布局的点-轴空间作用机制。该文系统分析了村镇增长极点(城镇、中心村和基层村)与发展轴(道路)对农村居民点规划布局的空间作用机制,引入空间引力修正模型,测算村镇之间的相互作用值,采用加权Voronoi图划分各增长极点空间作用范围,结合道路与地形对农村居民点的综合作用,构建面向点-轴空间作用的农村居民点布局优化体系。研究以大冶市大箕铺镇为例进行实证研究,通过点-轴空间综合作用分析与测算,将大箕铺镇农村居民点用地空间划分为城镇化型、内部改造型、迁村并点型(包括中心村建设、村中心建设)3种模式;通过不同优化模式的空间引导与整合,实现村镇层次农村居民点科学规划与合理布局。

    • 基于扩展断裂点模型的农村居民点整理布局优化

      2014, 30(8):201-209. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.024

      摘要 (2046) HTML (0) PDF 2.39 M (1132) 评论 (0) 收藏

      摘要:农村居民点迁移合并是土地整理实施过程遇到的实际问题,其研究结果可为土地利用总体规划及镇村布局规划的编制提供依据。该文基于中心地理论,选择农村居民点斑块为研究对象,分析了农村居民点斑块综合影响力的影响因素,构建了综合影响力的评价指标体系。由层次分析法确定了指标权重,单元总分加权法计算了单元的分值,Natural breaks法划分了农村居民点斑块等级,并提出了农村居民点斑块空间布局优化的策略。之后,基于加权Voronoi图扩展断裂点模型,计算了优势农村居民点斑块的空间影响范围,研究了被迁移的农村居民点斑块的迁移方向。研究结果表明:区位因素、居民点因素、资源因素和经济因素是朱林镇农村居民点斑块综合影响力的主要影响因素。中心村、核心村、自然村和零星村落4个等级的农村居民点斑块在规模和数量上等级结构明显。不同等级的农村居民点斑块其影响力不同,应采用重点发展、限制发展、迁移合并和政策保留等策略优化农村居民点空间布局。规模小、影响力低的农村居民点斑块应迁移到附近规模大、影响力高的农村居民点斑块,以保持农村居民点斑块结构稳定。该研究结果符合朱林镇的实际情况,为镇村布局规划的编制提供了依据。

    • 黄土丘陵沟壑区土地压力及土地利用模式变化

      2014, 30(8):210-217. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.025

      摘要 (1902) HTML (0) PDF 957.58 K (1563) 评论 (0) 收藏

      摘要:当前人类社会发展给土地资源带来了巨大的压力,建立合理的土地利用模式是缓解土地压力实现区域可持续发展战略的关键,该文以上黄试区为例,针对试区社会、经济和生态可持续发展的用地需求,从粮食生产、经济发展和生态保护三方面构建了土地压力指数定量评价方法,根据不同时期土地利用及社会经济调查数据,分析了上黄试区不同时期土地压力指数和土地利用模式变化过程,结果表明:1982年,上黄试区土地压力指数达到0.738,为重度压力等级,1982-2000年,土地压力大大缓解,2000年土地压力指数降至0.247,为轻度压力等级,2001-2010年,土地压力指数继续下降,达到0.164。在整个研究期间,土地利用模式与土地压力相互作用,不同时期其作用的表现形式存在着明显差异。治理前,由于人口数量的快速增长,土地资源面临巨大的压力,土地利用模式粗放,农业生产力水平较低,土地压力与土地利用模式变化的特点主要表现为人口增长与生产力发展水平极不平衡,资源环境的利用与保护出现了严重的失调,人地矛盾突出;1982-2010年,虽然人口有一定的增长,土地资源面临更大的压力形势,但在科技因素和政策因素的引导和干预条件下,农业生产力水平得到了较大的提升,土地利用模式从粗放向集约转变,实现了粮食增产、经济增收,生态建设也取得了较大的成果,土地资源可持续利用水平不断提高。从土地压力和土地利用模式相互演变的关系来看,人口增长是土地压力的主要来源,而土地生产力水平是缓解土地压力的关键。

    • 基于GIS的区域生态连接度评价方法及应用

      2014, 30(8):218-226. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.026

      摘要 (1757) HTML (0) PDF 4.37 M (1020) 评论 (0) 收藏

      摘要:快速城市化过程使区域生态用地日益破碎,导致生物多样性不断降低,威胁土地生态安全。对快速城市化地区土地利用及规划进行生态连接度评价,并为土地管理提供决策支持,成为保障区域土地生态安全的必然选择。该文利用第二次全国土地调查数据及土地利用总体规划数据,在生态功能区识别的基础上,采用生态连接度指数对曹妃甸新区土地利用现状和规划情景进行生态连接度评价,评价土地利用对区域土地生态功能联系的影响并提出改善建议。结果表明:曹妃甸新区中等以上生态连接区域仅占曹妃甸新区的56.45%,且呈明显破碎化和孤岛化分布;在7 714.71 hm2规划新增城市用地中有2 027.25 hm2对区域生态连接度影响显著,这些区域应进行生态功能保护和提升。加强对区域重要生态用地的保护、利用现存生态资源对景观进行生态重建、强化建成区内部绿地网络建设是提高曹妃甸新区生态连接度水平的有效途径。研究成果对区域生态保护和建设工作具有重要参考价值。

    • 2006-2012年中国土地整治项目投资时空分析

      2014, 30(8):227-235. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.027

      摘要 (2280) HTML (0) PDF 3.21 M (1056) 评论 (0) 收藏

      摘要:开展土地整治投资的时空分异研究,对把握其投资强度、空间格局以及发展态势,提高资金投入产出效益具有重要的理论和现实意义。该文基于2006-2012年农村土地整治监测监管数据,以县域为评价单元,分析了"十一五"以来中国土地整治项目投资强度、区域构成和投资类型,而后结合重心分析和空间自相关模型,研究了投资重心转移和空间格局演变特征,得出以下结论:在空间分布上,土地整治投资呈沿海高于内地、经济发达区高于欠发达区、低纬地区高于高纬地区,中、东部地区是土地整治投资的重点活跃区;在投资类型上,土地整治项目由开发投资主导,开发、整理以及复垦投资型县区空间集聚特征显著,而综合投资型县区空间分布较为零星、分散;在重心转移方面,土地整治投资重心偏向东部沿海,南北向未发生显著变化,东西向呈现从东部沿海往中西部内陆转移的趋势;在空间关联上,土地整治投资在空间分布上存在显著正相关性,长江下游、洞庭湖平原和四川盆地东部是整治投资的高-高集聚区,南疆、青海、西藏、川西、滇南和蒙东为整治资金的低-低集聚区。该研究可为宏观层面制定土地整治规划、引导土地整治资金投向、开展绩效评价等提供决策参考。

    • >农产品加工工程
    • 世界主要农业发达地区农产品追溯体系发展现状

      2014, 30(8):236-250. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.028

      摘要 (4427) HTML (0) PDF 7.62 M (2086) 评论 (0) 收藏

      摘要:确保安全和提升品质是现阶段世界范围内农产品的两大主题。基于现代信息科技及物联网技术的农产品追溯机制主要涉及两方面功用,一方面通过将供应链的相关信息透明化,最大程度降低生产者和消费者之间的信息不对称;另一方面通过在农产品供应链上下游实现追踪和溯源两大功能,推进农产品安全责任制,迎合了人们对农产品安全和品质的需求,引起了世界范围内的广泛重视,纷纷予以推动和实施。该文从追溯法律与法规、标准与规范、推动与实施3个层面阐述了欧美、日韩及台湾等世界主要农业发达地区农产品追溯体系的推进和最新发展情况,在列举典型追溯系统实例的基础上对比分析并总结了各自发展的特点,指出综合与精简是农产品追溯体系的发展方向,最后从机构、立法、标准、实施、验证等多个角度对中国农产品追溯体系的进一步发展、推广与深化提出建议,以期真正发挥追溯体系效用、守护国人健康。

    • 宰后盆骨吊挂方式及成熟时间对黄牛牛肉品质的影响

      2014, 30(8):251-256. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.029

      摘要 (2177) HTML (0) PDF 568.10 K (1388) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究宰后盆骨吊挂技术对中国黄牛牛肉品质的影响,该试验选取12头品种、年龄和活体质量相近的鲁西黄牛杂交西门塔尔牛,屠宰后左半胴体采用跟腱吊挂,右半胴体采用盆骨吊挂。分别成熟1、4、7、14和 21 d后测定pH值、汁液损失率、蒸煮损失率、肉色、剪切力、肌节长度等指标。研究发现,和传统跟腱吊挂相比,盆骨吊挂能够显著降低肉牛背最长肌宰后7 d之内的剪切力值,并使背最长肌宰后14 d的剪切力值50.71 N低于跟腱吊挂宰后21d的剪切力值58.48 N,此外,盆骨吊挂可以显著增加肌节长度,增值为0.44 μm,使牛肉的汁液损失由5.44%降低到4.29%。因此,盆骨吊挂技术具有工业化推广的价值,可以达到快速提高牛肉嫩度,减少牛肉成熟时间的目的。

    • 顽固乳状液的破乳处理提高花生游离油提取率

      2014, 30(8):257-264. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.030

      摘要 (16255) HTML (0) PDF 4.73 M (4703) 评论 (0) 收藏

      摘要:水相法同时提取花生油脂和蛋白质工艺中往往形成可观的乳状液,经蛋白酶破乳可回收相当量的油脂,但得到的顽固乳状液十分稳定,需进一步研究其特性方可加以利用。该文对该顽固乳状液中可能起主要稳定作用的界面蛋白的电泳性质、疏水性质、乳化活性及乳化稳定性进行了研究,并通过激光共聚焦显微镜对顽固乳状液的微观结构进行了观察。结果表明,水相取油工艺碱提过程中,温度和pH值的协同作用,使含疏水性碱性亚基较多的蛋白质的构象发生变化,疏水基团暴露,表面吸附能力增强,促使乳状液稳定性提高。经酶解离心后,顽固乳状液中的油滴数量和油滴粒径大小明显降低,降解后形成的小分子亚基依赖二硫键的作用形成肽段聚集并紧紧吸附在油滴表面,形成黏弹性的膜,使得顽固乳状液稳定存在。应用超声辅助、冷冻解冻、热、极端pH值、乙醇辅助等方法处理顽固乳状液。结果显示,冷冻解冻和乙醇辅助处理可有效地使顽固乳状液中的油滴聚集。在乙醇体积分数为50%的条件下,乙醇辅助处理可使顽固乳状液的破除率达90%以上,从而使全工艺流程总游离油提取率从原来的88%提高到93%,极大地推进了水相法提取花生油脂工艺的产业化发展。

    • 利用仪器检测指标量化夏橙化渣程度

      2014, 30(8):265-271. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.031

      摘要 (2310) HTML (0) PDF 311.58 K (1242) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了量化评价夏橙化渣程度,利用仪器检测的指标建立夏橙感官化渣程度的预测模型,采集了湖北宜昌秭归的9种夏橙总计270个样品,首先测定了影响夏橙样本化渣程度的粗纤维成分含量,进行了夏橙化渣程度的感官评定分析,再利用质构仪的压缩试验、质地剖面TPA(texture profile analysis)试验、剪切试验模拟了口腔咀嚼果肉的过程。结果表明,粗纤维成分含量与质构参数之间存在显著相关性,质构参数与感官化渣程度之间的相关关系也十分显著,说明夏橙质构特性可以表征果肉的化渣性。进一步采用主成分回归分析法,以仪器测得的质构特征值为自变量,感官化渣程度为因变量进行回归分析,得到具有统计学意义决定系数R2为0.73的预测模型。由此表明,基于质构特性建立的夏橙化渣程度评价模型在一定程度上可以准确地评价夏橙的化渣程度,利用质构特性取代感官评定评价夏橙化渣程度是可行的,该研究可为夏橙化渣程度的检测提供参考。

    • 酸乳高自溶度复合发酵剂配方优化

      2014, 30(8):272-279. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.032

      摘要 (2329) HTML (0) PDF 4.73 M (1127) 评论 (0) 收藏

      摘要:乳酸菌的自溶特性可对发酵乳制品品质产生影响,发酵剂菌体快速自溶不仅缩短酸乳发酵周期、降低了生产成本,同时菌体自溶之后释放的胞内物质又决定着酸乳的风味和感官特性。为了复配出一种高质量的复合型酸乳发酵剂,该文对前期研究筛选出的3株高度自溶的酸乳发酵剂菌株:德氏乳杆菌保加利亚亚种(Lactobacillus delbrueckii ssp. Bulgaricus)LD3-A3、唾液链球菌嗜热亚种(Streptococcus salivarius ssp.)GS1-A8和乳酸乳杆菌(Lactobacillus lactis)S15-A3进行复配,运用二次正交旋转组合设计复合发酵剂中各菌株比例,并讨论了3株菌株之间的共生关系和交互作用,根据所建模型优选结果,最后确定3种菌株最优组合方案为:GS1∶LD3-A3∶S15-A3为45∶1∶3。使用该复合发酵剂制作的酸乳感官性状优良,具有较好的风味和质地,在货架期贮藏条件下(10~15℃)后酸化程度小,可极好的满足生产需要。该文所得高自溶度复合发酵剂具有很好的生产实践指导和应用价值。

    • 动物源食品中兽药残留高通量快速分析检测技术

      2014, 30(8):280-292. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.033

      摘要 (3003) HTML (0) PDF 1.22 M (2027) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着养殖业的迅猛发展,动物源食品兽药残留问题日益成为食品安全领域的重要内容。动物源食品基质复杂,而其中残留的兽药含量甚微,传统的样品制备及检测方法大多存在检测样品基质种类单一、检测兽药种类范围小、耗时长、重现性差等问题,缺乏一定的通用性和准确性,已不能满足当前社会发展的需要。近年来,随着QuChERS法和高分辨质谱等先进样品制备和检测技术在兽药残留检测分析领域的应用,一批高通量、自动化乃至可视化的快速高效分析检测方法也随之而起,该文即对这些高通量快速样品制备和检测方法进行综述,同时对动物源食品中兽药残留的检测和监控等工作提出建议并进行了展望。

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