• 2016年第32卷第12期文章目次
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    • >综合研究
    • 实体水-虚拟水"二维三元"耦合流动理论基本框架

      2016, 32(12):1-10. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.001

      摘要 (4722) HTML (0) PDF 1.74 M (2910) 评论 (0) 收藏

      摘要:在变化环境下,区域水资源系统演变规律正在发生深刻变化。解决新形势下出现的水问题单单依靠传统的实体水资源规划、调度和调控手段还不够。虚拟水概念和理论的提出拓展了水文水资源的认知范畴,丰富了水问题的解决手段。然而,如何搭建虚拟水理论与传统水文水资源认知体系的统一框架,认识自然-经济-社会连续系统中水资源演化的新规律,目前学界还没有成熟统一的看法。该文首先提出了实体水-虚拟水耦合流动效应的基本理论框架,指出实体水-虚拟水耦合流动是现代环境下自然-经济-社会水资源系统呈现的新特征。其次,从文明进步和生产力发展角度,论述了人类社会水文水资源系统的演化历史,将水文水资源系统演进大体分为三个阶段:早期的实体水"一维一元"自然循环阶段,近现代的实体水"二元"水循环阶段和当前的实体水-虚拟水"二维三元"耦合流动阶段。最后,该文详细论述了实体水-虚拟水耦合流动过程的路径结构,并针对其流动过程和状态表征提出了定量表达方程,初步构建了实体水-虚拟水耦合流动基本理论框架。

    • >农业装备工程与机械化
    • 基于ANSYS的竹象虫头管仿生模型抗扭转分析

      2016, 32(12):11-16. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.002

      摘要 (3635) HTML (0) PDF 4.05 M (1400) 评论 (0) 收藏

      摘要:多层复合管在工程领域中应用广泛,但对其抗扭性质研究却较匮乏。为揭示竹象虫头管的抗扭转机理,该文利用电子扫描显微镜、X射线能谱仪和纳米压痕测试仪对竹象虫头管的内部结构、组成成分和纳米力学特性进行了分析。结果得出,竹象虫头管是由组织形貌、成分、力学性质各异的多种结构组成的多层中空复合管,其中外层主要为致密的几丁质,内层根据组织形貌又可分为轴向层和周向层,轴向层由片状脂类或糖类聚合物排列而成,周向层主要由纤维-蛋白基质排列而成,加强筋径向分布在管壁中,贯通多个轴向和周向层。其中,周向层的弹性模量、硬度和刚度最大。在头管结构研究的基础上,建立了仿生管模型,并采用ANSYS有限元软件对仿生管模型进行扭转分析,揭示了竹象虫头管多层排列的合理性。同时优化结果表明,提高内层材料的弹性模量,可以增加多层复合管的抗扭能力。该研究可为多层复合管抗扭转能力的增强设计提供参考。

    • 倾斜圆盘式谷子精少量排种器的设计与试验

      2016, 32(12):17-23. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.003

      摘要 (3304) HTML (0) PDF 578.93 K (1381) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决谷子等小籽粒种子播种难的问题,根据谷子免间苗精少量播种的农艺要求,设计了一种倾斜圆盘式谷子精少量排种器,阐述了排种器的工作原理和谷粒的运动过程,计算确定了主要的结构参数。以种子破损率、总排量稳定性变异系数、穴距合格指数、重播指数、漏播指数、合格穴距变异系数为指标,对其进行了排量稳定性和均匀性试验。结果表明,该排种器的排量稳定性变异系数小于0.7%,穴距合格指数大于86%,重播指数小于12%,漏播指数小于7%,合格穴距变异系数小于5%,谷子破损率小于0.05%,满足行业标准要求。该研究可为小籽粒精少量排种器的设计分析提供了参考。

    • 山东省水稻免耕旱直播试验及可行性分析

      2016, 32(12):24-30. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.004

      摘要 (3070) HTML (0) PDF 407.64 K (1139) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究水稻免耕旱直播在山东省的适应性,使用2BDMM-8稻麦宽苗带灭茬播种机,在涛雒稻麦轮作两熟区和高青春季稻一熟区分别进行了免耕旱直播试验,以机械育苗插秧为对照,分析免耕旱直播对水稻株高、分蘖情况的影响,对不同种植方式下的水稻产量及产量构成因素、生产成本等进行统计分析。结果表明:水稻免耕旱直播与机械育苗插秧相比,生育期短,生长速度快,株高无显著差异;分蘖率分别为57%和58%,比插秧对照低6.5%和10.4%;产量分别为8 970和10 020 kg/hm2,与插秧对照无显著差异(P<0.05),验证了水稻免耕旱直播在山东常规稻种植区基本可行。通过成本比较,免耕旱直播成本比插秧对照分别节约2 472和3 312 元/hm2,说明免耕旱直播在山东地区有很好的推广前景。该研究为山东常规稻种植区免耕旱直播提供了参考。

    • 鲜杏单体排序间隔输送装置的设计与试验

      2016, 32(12):31-38. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.005

      摘要 (3412) HTML (0) PDF 2.15 M (1249) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对中国杏重要产区的新疆鲜杏加工技术落后、因不能及时加工而造成大量损失、成为杏产业发展瓶颈的实际问题,结合新疆杏加工主导产品的杏干加工过程中鲜杏切瓣、去核关键环节,依据农机农艺结合的观点和综合研究方法,在典型品种鲜杏的物理机械特性研究基础上,提出了杏单体间隔排序输送原理,研制出鲜杏自动定向切分去核机配套的单体排序输送装置;该装置采用移动并自转的鞍形辊作为单体有序输送机构、多角凸轮式摆动布料器实现鲜杏单层喂入机构和星形卸果轮式单体卸果机构等,从机械的原理上实现了鲜杏单个排序输送并单个有序卸料的功能;以黄赛买提杏和红赛买提杏为试验材料,以杏单果率和空穴率为试验指标,鞍形辊自转转速、布料板摆动频率和输送速度为试验因素,对样机性能进行正交试验和参数优化,结果表明,鲜杏单果排序率达到91.4%,空穴率1.4%,鲜杏单体排序输送工作效率1 200 kg/h。研究结果对进一步深入研发鲜杏单体排序输送装置,实现鲜杏自动定向切分去核机械化作业提供了参考。

    • 黄花苜蓿收获机吹送装置气流速度场CFD分析

      2016, 32(12):39-46. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.006

      摘要 (2986) HTML (0) PDF 7.87 M (1243) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究黄花苜蓿收获机吹送装置风机转速与吹送气流速度场分布的关系,该文基于CFD模拟技术建立了黄花苜蓿收获机吹送装置气流速度场分布模型,根据实测的黄花苜蓿收获机相关数据,确定了边界条件和模型参数,得到了不同风机转速下吹送气流速度场分布,以及在风机转速为4 000 r/min时,主风管、不同支风管和距离出风口不同距离的气流速度场分布。设计了与模拟条件相同的验证试验,对模拟条件进行了验证分析。研究表明,试验值与仿真值变化趋势一致,试验值比仿真值略小,误差不超过10%,能够准确地反映黄花苜蓿收获机吹送装置的气流速度场分布规律,风机转速为4 000 r/min时,吹送距离在0.22 m波动区间内能够满足黄花苜蓿吹送要求。

    • 后轮驱动大功率拖拉机牵引力-滑转率联合自动控制方法

      2016, 32(12):47-53. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.007

      摘要 (3654) HTML (0) PDF 4.73 M (1149) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对后轮驱动大功率拖拉机犁耕作业工况,提出了大功率拖拉机牵引力-滑转率联合自动控制方法。基于Freescale MC9S12XS128型微处理器开发了联合控制器硬件系统;采用PID(proportion integral derivative)控制算法,制定了牵引力PID控制和滑转率开关控制的联合控制策略,基于模块化设计开发了联合控制软件系统;进行了牵引力控制、牵引力与滑转率联合控制的田间实车对比试验,分析了2种不同控制方法下滑转率、牵引力和耕深的控制效果,验证了联合控制系统的性能。试验结果表明:当设定滑转率阀值区间0.1~0.2,牵引力阀值6 000 N时,联合控制下的实际耕深平均误差为1.45 cm,均方根误差为2.79 cm;实际牵引力平均误差为270.73 N,均方根误差为366.23 N;滑转率采样时间50 s,阀值区间以内43.78 s,有效控制时间范围为88%。与单独的牵引力控制相比,实际耕深、牵引力的平均误差和均方根误差均明显减小,实际滑转率的控制效率有较大提高。结果表明,该文提出的大功率拖拉机牵引力-滑转率联合自动控制方法,可以实现牵引力和滑转率的双目标联合控制,能够满足实际生产的农艺要求。

    • 基于灵敏度分析的船式拖拉机机架结构优化设计

      2016, 32(12):54-60. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.008

      摘要 (2843) HTML (0) PDF 572.86 K (1243) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高船式拖拉机的动态性能,针对机架与船壳可分离的船式拖拉机,对其机架进行多目标优化设计。通过模态分析确定优化响应,灵敏度分析确定设计变量,模型建立确定优化目标,多目标优化设计数学模型得到6组非劣解,并基于熵权的模糊物元模型得到最优设计方案。优化前后的对比分析可知,在机架体积只增加2.4%的基础上其第一阶模态频率提高35%,最大静应力减小35%,同时发动机的工作频率远离船式拖拉机机架的固有模态频率。结果表明,优化后的船式拖拉机机架动态性能良好。该研究可为船式拖拉机的设计研究提供参考。

    • 脂润滑关节轴承的摩擦副表面织构设计及摩擦性能试验

      2016, 32(12):61-67. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.009

      摘要 (2737) HTML (0) PDF 902.80 K (1220) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究具有相对滑动运动的织构摩擦面在大载荷脂润滑条件下的摩擦特性,在关节轴承内圈表面设计制造了凹槽和凹坑2种不同形状的织构,采用表面形貌参数中的偏态、峰态和平均谷体积等参数对织构表面形貌进行表征。在专用的疲劳摩擦磨损试验机上对轴承进行摩擦性能试验,润滑剂为二硫化钼锂基润滑脂,载荷分别为20,40和60 kN,滑动速度范围为5.2~20.9 mm/s。结果表明:控制织构参数可获得所需的表面形貌参数,进而控制接触表面的摩擦学性能。对于相同的织构形状,在织构宽度(或直径)和面积密度一定时,织构深度越大,则偏态越小,峰态和平均谷体积越大,从而表面的摩擦系数也就越小;在织构深度和宽度(或直径)一定时,织构面积密度减小,则偏态减小,峰态和平均谷体积增大,滑动摩擦系数也减小。设计合理的表面织构能有效减小滑动摩擦系数,在该试验的速度和载荷范围内,与接触面未织构的轴承相比,凹槽织构和凹坑织构能使轴承滑动摩擦系数最大减小46.2%和60%。该研究可为脂润滑条件下相对滑动摩擦面的织构设计和摩擦性能预测提供参考。

    • 笼型异步磁力耦合器机械特性与试验

      2016, 32(12):68-74. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.010

      摘要 (2978) HTML (0) PDF 1.55 M (1204) 评论 (0) 收藏

      摘要:为有效解决目前机械传动系统中选用电机时功率裕度过大而普遍存在的能源利用效率较低问题,提出一种基于三相异步电机鼠笼转子的异步磁力耦合器(squirrel cage asynchronous magnetic coupler,SCAMC)。结合SCAMC具体结构特点,采用标量磁位法及二维场边界条件,建立气隙磁场数理模型;在气隙磁通密度中引入时间变量,推导出感生电流随时间变化的表达式;基于电流叠加性,将笼条电流折算到转子表面,并沿圆周方向对感生电流所形成的洛伦兹力进行积分,建立了SCAMC的电磁转矩模型。基于上述理论及技术基础,设计并制造出一台37 kW SCAMC样机,并对其机械特性进行理论计算、仿真验证及试验测试。结果表明:转差率相同时,所得的仿真及试验数据与理论计算值相比,误差不超过5%;SCAMC与同容量的三相异步电机相比,线性工作区更宽,过载能力更强,但其机械特性偏软,可有效缓解负载对电机的冲击。该研究可为磁力耦合器在大惯量、难启动及经常性过载机械设备中的应用提供参考。

    • 甲醇-调合生物柴油燃烧及排放微粒粒径分布特性试验

      2016, 32(12):75-80. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.011

      摘要 (3078) HTML (0) PDF 590.42 K (1147) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探究调合生物柴油掺烧甲醇对柴油机燃烧特性及微粒粒径分布的影响,该文利用燃烧分析仪及EEPS 3090型微粒粒径测试系统研究了柴油机燃用甲醇-调合生物柴油微乳化燃料的燃烧过程及微粒数量浓度分布特性。试验结果表明,与燃用调合生物柴油相比,柴油机掺烧甲醇后缸内燃烧压力、压力升高率以及放热率曲线均后移,压力升高率峰值及放热率峰值均增加;当柴油机处于低负荷时,排气中的微粒粒径均处于6~22 nm之间,呈现核态;在高负荷时,微粒粒径处于6~275 nm之间,主要呈现积聚态,且数量浓度呈单峰正态分布。随着甲醇添加比例的增加,核态微粒比例上升,积聚态微粒比例下降,且排气中微粒的总数下降。研究结果为甲醇-生物柴油混合燃料的燃烧及微粒排放控制提供了参考。

    • 低速大扭矩水压马达的配流性能分析及试验

      2016, 32(12):81-87. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.012

      摘要 (2824) HTML (0) PDF 1.20 M (1285) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高低速大扭矩水压马达的容积效率,以马达的配流副为研究对象,基于力平衡方程及流量方程,建立了配流体端面与转子端面间的泄漏流量损失和功率损失的数学模型。以配流体转子间的水膜厚度、介质温度和马达转速等为性能指标,分析了不同供流方式下间隙、温度和转速对其性能的影响。研究结果表明:间隙越大,配流体转子端面的泄漏流量损失和功率损失越大,温度越高,功率损失越大,同时内环供流时水压马达的性能要优于外环供流。因此,减小水膜厚度,降低水温,可减小配流副的泄漏流量损失和功率损失,提高水压马达的容积效率及马达性能。综合考虑,配流间隙控制在4~5 μm较为合适,水温控制在室温(20±5)℃状态下为宜。同时基于上述研究,设计加工出低速大扭矩水压马达物理样机,并对样机的性能进行了加载试验测试,得到了相应的性能曲线,试验结果表明:加工完成的水压马达样机在带载时的容积效率最高可达到90.97%,机械效率最高可达到93.59%,从而验证了所研制的低速大扭矩水压马达原理正确可行,也证明了上述研究结果的正确性,解决了低速大扭矩水压马达的设计理论及关键技术问题。该研究为低速大扭矩水压马达进一步的产品化提供了参考。

    • 单泵多马达传动系统输出转矩特性分析与试验

      2016, 32(12):88-95. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.013

      摘要 (2860) HTML (0) PDF 1.75 M (1242) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了使单泵多马达系统的输出转矩更加平稳,以双作用叶片泵和双作用双定子马达组成的传动系统为例,利用波动系数分析了在输入油液存在波动的前提下双作用双定子马达的输出转矩的特性,并搭建了单泵多马达传动系统试验平台。试验结果表明:多马达受到脉动油液作用后,在不同的工作方式下输出特性不同。当泵和马达波动周期一致时,其中内外马达差动工作时输出的转矩脉动最小,其转矩不均匀系数约为1.5%~1.9%。滞后角不同对内外马达并联工作时输出的转矩脉动影响较大,其转矩不均匀系数值最大时约为1.9%~2.7%,大于其他3种工作方式的转矩不均匀系数值。合理地调整滞后角可以使内外马达并联工作时输出转矩的转矩不均匀系数值小于内马达或外马达单独工作时的转矩不均匀系数值,降至1.9%~2%,也可使马达整体的输出转矩脉动降低,说明滞后角对马达输出的转矩脉动有很大的影响。该研究可为减小马达转矩脉动和单泵多马达传动系统的设计与应用提供参考。

    • >农业水土工程
    • 滴灌压差施肥系统灌水与施肥均匀性综合评价

      2016, 32(12):96-101. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.014

      摘要 (3267) HTML (0) PDF 1.82 M (1287) 评论 (0) 收藏

      摘要:为优化滴灌压差施肥系统的设计与运行,通过田间试验综合评价了施肥罐两端压差(0.05、0.10、0.15、0.20和0.25 MPa)和管道布置方式(纵向一端、纵向中间、横向一端和横向中间供水)对系统灌水与施肥均匀性的影响。结果表明,施肥罐两端压差与管网布置方式对灌水均匀性的影响均不显著,但管道布置方式对灌水均匀性的影响强于施肥罐两端压差。对于纵向一端和纵向中间供水,施肥罐两端压差对施肥均匀性的影响达到显著水平(P<0.05),而横向一段和横向中间供水时施肥罐两端压差对施肥均匀性影响不显著。总体而言,滴灌压差施肥系统灌水均匀性优于施肥均匀性,横向供水方式均匀性高于纵向供水方式。为了同时保证滴灌压差施肥系统灌水与施肥的均匀性,建议优先采用横向供水管道布置方式,同时尽量降低施肥罐两端差压,延长系统施肥时间。

    • 基于钢珠驱动的全地埋式喷灌装置研发

      2016, 32(12):102-106. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.015

      摘要 (3001) HTML (0) PDF 1.11 M (1107) 评论 (0) 收藏

      摘要:影响耕作、寻找出水口困难是喷灌技术推广过程中遇到的主要问题,现有园林绿化中经常使用的埋藏式喷头无法直接安装在耕作层以下,不利于耕作和农作物收割。针对上述问题,该文研发了能够直接安装在耕作层以下的地埋式喷灌装置,有利于田间耕作。该装置依靠水压力实现升降功能,非灌溉时可安装在耕作层以下,不妨碍耕作;灌溉时,依靠水压力湿润和挤压喷头顶部及其附近土壤,克服土壤阻力顶出地面,实施旋转喷头工作,无需寻找出水口;灌溉后,喷头能够降回耕作层以下,地面无任何影响植物修剪或农作物收割的设施,喷灌作业前后也不需要安装或拆卸任何设施,大大降低了灌溉劳动强度。此外,使用球体打击驱动功能的旋转机构能够实现边旋转边喷灌功能,提高了装置的抗堵塞性。

    • 基于区间两阶段模糊随机模型的灌区多水源优化配置

      2016, 32(12):107-114. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.016

      摘要 (16275) HTML (0) PDF 413.47 K (3443) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对灌区水资源调度系统中的不确定性和复杂性,该文以红兴隆灌区为研究区域,构建区间两阶段模糊随机规划模型,并将其应用到灌区地表水和地下优化配置中,模型以灌区多水源联合调度系统收益最大为目标函数,引入区间数、模糊数、随机变量表示系统中的不确定性,对地表水和地下水在各作物之间配水目标进行优化。通过计算得到不同水源向不同作物配水的最优配水目标值及最优配置水量,模型不仅可以充分考虑到不确定性因素对系统收益的影响,而且可以将经济效益与处罚风险进行权衡。以2006年红兴隆灌区作物种植情况及灌溉情况为例进行研究分析,得到系统最大收益值在1 355.144×106~2 371.792×106元之间,该优化结果以区间形式给出,可以为决策者提供更为宽裕的决策空间,从而获得最为科学的决策方案。

    • 贵州省农业净灌溉需水量与灌溉需求指数时空分布

      2016, 32(12):115-121. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.017

      摘要 (3296) HTML (0) PDF 1.63 M (1393) 评论 (0) 收藏

      摘要:农业用水需求时空分布规律可为区域抗旱减灾管理和灌溉水资源优化配置提供科学依据。基于贵州省及其周边国家气象站点长系列资料和1953-2012年贵州省9个市(州)水稻、玉米、冬小麦、油菜和烤烟的种植面积,计算贵州省9市(州)近60 a净灌溉需水量及灌溉需求指数,分析其时空分布特征。结果表明:1)贵州省的净灌溉需水量和灌溉需求指数分别在314.48~742.57 mm和0.34~0.68之间,60 a间农业净灌溉需水量的和灌溉需求指数呈波动变化,多峰值分布的特征,总体上峰值有所减小但波动周期延长;2)1993—2000年是净灌溉需水量和灌溉需求指数总体变化的转折时期,之前为下降期,之后为上升期;3)净灌溉需水量和灌溉需求指数的季节特征明显,分别为夏季和冬季最高;4)净灌溉需水量(IR)呈现东高西低的规律,灌溉需求指数(IRI)呈现东部、西北部高,西南部低的规律,全省9市(州)可分为3个风险区,东部、西北部的缺水高风险区是抗旱管理的重点区域;5)气候变化是贵州省净灌溉需水量和灌溉需求指数升高的主导因素,它主要通过降水减少来实现的。研究可为贵州省农业季节性缺水问题识别、农业水利工程布局和种植结构调整提供支撑。

    • 叶面喷施外源多胺提高夏玉米灌浆前期抗涝性

      2016, 32(12):122-128. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.018

      摘要 (2840) HTML (0) PDF 413.34 K (1213) 评论 (0) 收藏

      摘要:为缓解玉米涝渍胁迫危害,该研究在夏玉米灌浆前期设置3、5、7、9 d的测坑淹水试验,分析淹水及淹水后叶面喷施外源多胺对夏玉米叶片可溶性糖、根系活力、地上部干物质、内源亚精胺、籽粒质量动态变化和产量的影响。结果表明:淹水后与CK相比,淹水5、7、9 d叶片可溶性糖含量下降,地上部干物质质量均显著减少,淹水3、7、9 d百粒质量增加,5 d减少,籽粒质量、穗行数、行粒数、产量均显著降低。叶面喷施外源多胺后,相同淹水天数处理间比较,淹水5、7、9 d叶片可溶性糖含量增加、根系活力增强,淹水7、9 d叶片内源亚精胺含量增加,淹水5 d百粒质量显著增加,淹水3、5 d植株行粒数分别增加8.24%和7.41%,产量分别提高7.92%、5.85%(P<0.05)。因此,夏玉米灌浆前期遭遇淹水后5 d内叶面喷施外源多胺,能够提高其抗涝性,减少产量损失。

    • 解钾细菌与黏土矿物协同促进玉米生长提高土壤养分有效性

      2016, 32(12):129-135. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.019

      摘要 (3052) HTML (0) PDF 406.77 K (1249) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了揭示解钾细菌在西北矿区浅埋古河道土壤中对植物生长和土壤养分利用的影响,通过日光温室短期盆栽的方式,以不同黏土矿物配比的人工培土为基质模拟古河道不同质地土壤,以西北地区常见农作物玉米为宿主,研究解钾细菌在人工培土基质中的微生物数量变化规律,以及二者协同作用对玉米生长和矿质养分的影响效果,,以及二者协同作用对玉米生长和土壤氮磷钾表观利用率的影响。结果表明:1)土壤黏土矿物含量增大有利于提高土壤解钾细菌数量,促进微生物活性。当黏土矿物质量分数为68%,速效钾质量分数约170 mg/kg时,解钾细菌数量最大;2)玉米地上部分干质量、根冠比、根系活力随黏土矿物含量增大而增大,以解钾细菌作用下黏土矿物质量分数68%的玉米生长效果最佳;3)在解钾细菌作用下,植物氮磷钾积累量和土壤养分利用的最佳土壤黏土矿物质量分数为45%、68%和75%,土壤钾素、氮素和磷素最大利用率分别达到65%、53%和17%;4)解钾细菌在土壤钾素含量低时促进土壤磷素吸收,土壤钾素过量时,促进土壤氮磷钾的吸收,提高土壤养分利用率。因此,土壤黏土矿物与解钾细菌相互作用,而且积极影响植物生长和土壤养分的吸收利用,这对进一步探寻适合矿区浅埋古河道土壤的微生物复垦技术,深入改良和开发矿区退化土壤具有重要意义。

    • 基于产量及环境友好的玉米氮肥投入阈值确定

      2016, 32(12):136-143. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.020

      摘要 (4016) HTML (0) PDF 562.20 K (1401) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了寻求河套灌区玉米高产与环境友好双赢的氮肥投入阈值,该文采用田间试验和室内分析化验相结合的方法,在内蒙古五原县连续三年定位研究了不同施氮水平对河套灌区玉米产量、土壤N素残留量及氮平衡的影响。结果表明:随着施氮量的增加,籽实产量呈先增加后下降的趋势,2 m土壤矿质氮质量分数呈指数增加趋势。随着施氮量及施氮年限的增加,土壤剖面N素含量呈增加趋势。随着土壤深度的增加,在0~80 cm土层间土壤N素含量呈下降趋势。盈余率为0时,施氮量为237 kg/hm2,籽实产量为13.7 t/hm2,2 m土壤矿质氮为478 kg/hm2,土壤氮素回收率为24%,植株氮素回收率为41%,土壤-玉米系统总回收率为65%;95%最高产量到最高产量为13.2~13.9 t/hm2,对应施氮量为193~291 kg/hm2,2 m土壤矿质氮为419~563 kg/hm2,氮素盈余率为?19%~23%,土壤氮素回收率为21%~26%,植株氮素回收率为41%,土壤-玉米系统总回收率为62%~67%。施氮量193~291 kg/hm2是既保证玉米产量又满足土壤氮素盈余较少、土壤-玉米系统氮素回收较高的合理施氮阈值。该研究为河套灌区玉米合理施用氮肥提供了科学依据。

    • 基于高光谱的ASTER影像土壤盐分模型校正及验证

      2016, 32(12):144-150. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.021

      摘要 (3239) HTML (0) PDF 3.18 M (1088) 评论 (0) 收藏

      摘要:快速准确地获取土壤盐分信息是监测和治理土壤盐渍化现象的重要前提。该文以新疆维吾尔自治区典型盐渍化区域--艾比湖流域为研究区,analytical spectral devices(ASD)光谱仪采集的土壤高光谱数据和advanced space borne thermal emission and reflection radiometer(ASTER)影像为数据源,结合实测土壤盐分含量信息,对遥感定量反演土壤盐渍化现象进行研究。再经过光谱反射率数学变换后,结合相关性分析,利用多元回归方法分别建立基于重采样后的高光谱和影像光谱的土壤含盐量估算模型,对遥感影像光谱盐分估算模型进行校正,以提高遥感定量监测盐渍化土壤的精度。结果表明:ASTER影像光谱反射率二阶导数变换和ASD重采样光谱的对数的二阶导数变换所建立的盐分估算模型最佳,决定系数R2分别为0.59和0.82。经ASD重采样光谱模型校正后的ASTER影像光谱的盐分估算模型精度R2为0.91,有效地提高大尺度条件下土壤盐渍化反演精度。研究为大尺度土壤盐分定量遥感监测提供了一种有效方法。

    • 东北黑土区典型坡面耕作侵蚀定量分析

      2016, 32(12):151-157. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.022

      摘要 (2642) HTML (0) PDF 1.00 M (1117) 评论 (0) 收藏

      摘要:东北黑土区水土流失主要集中在坡耕地,以往研究多关注水蚀而忽略了耕作侵蚀的存在。为印证并定量描述黑土耕作侵蚀,该文采用物理示踪法,测定了典型坡耕地耕作位移量及其分布格局。结果表明:铧式犁耕作后示踪剂沿耕作方向发生扩散,上坡耕作示踪剂集中分布在0~20 cm范围,而下坡耕作示踪剂集中分布在0~20和50~150 cm。一次耕作引起的耕作位移量为32.68~134.14 kg/m,耕作迁移系数234 kg/m。坡度是影响耕作位移的重要因素,二者呈显著的正相关关系,且对上坡耕作的影响大于下坡耕作。研究区耕作年侵蚀速率0.4~11.0 Mg/(hm2·a),凸起的坡背、坡肩处及坡度较大的位置侵蚀严重。虽然黑土区坡度较小,但由于耕作深度大,速度快,耕作侵蚀严重,应引起足够重视。

    • 人工模拟降雨下汶川震区滑坡堆积体产沙规律

      2016, 32(12):158-164. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.023

      摘要 (2953) HTML (0) PDF 2.19 M (1069) 评论 (0) 收藏

      摘要:为明确震区滑坡堆积体坡面产沙的特点,该文采用室内人工模拟降雨试验,对不同土石比(质量比为1:1、1:2、1:4)的滑坡堆积体侵蚀产沙规律进行研究。结果表明,同一土石比不同降雨强度与同一雨强不同土石比条件下,震区滑坡堆积体产沙随时间的变化形式,为波动型和平缓型。土石比和雨强对滑坡堆积体径流含沙量有显著影响,即当滑坡堆积体土石比为1:1时,稳定产沙率随着雨强增大而增大,即2.80 g/min (1.0 mm/min)<7.76 g/min (1.5 mm/min)<10.84 g/min (2.0 mm/min);在土石比为1:2雨强1.0 mm/min时没有产流产沙,1.5 mm/min雨强条件下的产沙率小于雨强2.0 mm/min的产沙率;土石比为1:4的滑坡堆积体在整个试验过程中没有产流产沙。土石比与平均产沙率、累积产沙量的偏相关系数相比于雨强更大,累积径流量和累积产沙量为极显著线性关系。研究为汶川震区滑坡堆积体的水土流失预测和治理提供理论依据。

    • >农业信息与电气技术
    • 基于EFAST和PLS的苹果叶片等效水厚度高光谱估算

      2016, 32(12):165-171. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.024

      摘要 (3941) HTML (0) PDF 1.16 M (1192) 评论 (0) 收藏

      摘要:叶片等效水厚度(EWT)是评估果树生长状况及产量的一个重要参数。为了快速、准确地估算此参数,该文建立苹果叶片EWT归一化近红外水分指数(NDIWI)和扩展傅里叶幅度灵敏度检测方法和偏最小二乘回归(EFAST-PLS)估算模型并验证。使用2012年和2013年在中国山东省肥城县潮泉镇获取的整个生育期苹果叶片EWT和配套的光谱数据,比较NDIWI和EFAST-PLS联合模型。在EFAST-PLS联合模型中,EFAST用来选择光谱敏感波段,PLS用来回归分析。NDIWI与EFAST-PLS模型的决定系数(R2)分别为0.2831和0.5628,标准均方根误差(NRMSE)分别为8.00%和6.25%。研究结果表明:EFAST-PLS模型估算苹果叶片EWT潜力巨大,考虑到应用简单,NDIWI也有可取之处。

    • 基于Web数据的农业网络信息自动采集与分类系统

      2016, 32(12):172-178. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.025

      摘要 (3786) HTML (0) PDF 746.80 K (1853) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了快速、高效地获取农业Web信息,解决信息孤岛和信息不对称的问题,重点研究了农业Web数据自动采集与抽取、基于SVM(support vector machine)的文本分类、物联网异构数据采集等技术,并采用统一建模语言(unified modeling language,UML)描述了农业网络信息自动采集与分类系统。该系统实现了农业网站、物联网数据的自动抓取和共享,为用户提供农业资讯、农产品市场行情、供求信息在线查询,环境数据实时监测和个性化信息服务等功能。应用结果表明,该系统对样本集网站的信息抓取准确率为98.2%,资讯分类准确率为92.5%,具有数据采集实时性强、用户参与度好、通用性高等特点,该系统为农业信息整合和服务提供参考。

    • 用K-means图像法和主成分分析法监测生菜生长势

      2016, 32(12):179-186. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.026

      摘要 (2739) HTML (0) PDF 8.72 M (1269) 评论 (0) 收藏

      摘要:温室植物生长状况的实时监测可为生产管理提供科学的决策支持。为开发实时监测中的机器视觉技术,该文选定生菜为研究对象,从单株和群体两个角度构建生菜生长势图像检测法。采集自然光条件下生菜整个生命周期俯视及侧视两类序列图像样本,并同步人工实测生菜生长势的动态数据样本,探讨生长势的图像检测指标与人工实测综合指标之间的相关性。对于单株生菜,通过CCD相机获取其投影图像及水平面两垂直方向侧视图像。就投影图像分割,为提高算法运行效率,将图像由RGB模型转换到HSI模型并提取H分量图像,再运用自动阈值法进行图像二值化处理,可测得单株生菜的投影面积。由于侧视图像背景较复杂,故联合使用K-means彩色图像分割法及伪彩色图像处理方法,获得生菜株高值。同时手工测量表达单株生菜生长势的叶片数、株高、x轴和y轴方向生菜植株的最大宽度、生菜植株某选定叶片的长和宽等6个指标,用主成分分析法从中提取出总生长势信息。将该值作为因变量,图像测得的投影面积和株高值作为自变量并进行回归分析。结果表明,模型的显著性检验概率均小于0.0001,除第4株生菜外,其余模型的决定系数均大于0.80,说明模型极显著且具有较高的拟合精度。对于群体生菜,预试验发现其侧视图像难以准确表达群体生菜生长势信息,故只考虑投影图像,其分割方法与单株生菜侧视图像相同。从中可计算得到群体生菜覆盖指数,再手工测量并算得群体生菜体积指数,以体积指数为因变量,以覆盖指数为自变量建模并进行回归分析。结果表明,模型显著性检验概率均小于0.0001,且决定系数均大于0.89,覆盖指数较好地表达了群体生菜生长势信息。故用图像检测获得的生菜投影面积、株高、群体覆盖指数等三项指标表征生菜生长势一方面具有科学性和可行性,在植物生长状况实时监测领域具有潜在的应用价值,另一方面,其图像分割方法和数据统计方法也可为植物生长状况实时监测等提供一定的借鉴和参考。

    • >农业生物环境与能源工程
    • 玉米秸秆与废弃白菜的混合青贮品质及产沼气能力分析

      2016, 32(12):187-194. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.027

      摘要 (4056) HTML (0) PDF 8.32 M (1045) 评论 (0) 收藏

      摘要:为实现干玉米秸秆(dried maize straw,DMS)的长时间保质贮存,利用青贮原理将DMS与废弃白菜(cabbage waste,CW)连续混贮90 d,设置DMS单贮组和6个不同质量比例(DMS:CW=29:19、27:21、25:23、23:25、21:27和19:29)混贮组,间隔30 d分析其贮存品质,筛选适宜贮存条件,并考察秸秆贮存前后的微观结构变化和产沼气潜力。结果表明,与单贮组相比,6个混贮组的pH值均显著下降(P<0.05),乳酸含量显著升高(P<0.05),混贮品质优于单贮。6个混贮组贮存30 d时的pH值均为最低,乳酸含量最高,感官评价均为优级,30 d后pH值有所上升,乳酸含量急剧下降,60 d时的木质素含量显著降低(P<0.05),综纤维素含量显著升高(P<0.05)。随着CW比例增加,混贮组pH值逐渐减小,乳酸含量逐渐增加,MEⅤ组(DMS:CW=21:27)pH值最低,乳酸含量最高,能使DMS连续贮存60 d不变质。扫描电镜结果显示,青贮发酵使干秸秆原先致密复杂的木质纤维结构开始瓦解,青贮秸秆表面有很多裂缝和孔洞,与微生物或酶的可接触面积增加。沼气发酵试验表明,MEⅤ组混贮秸秆的累积产气量略高于未贮存干秸秆,且累积甲烷产量提高了61.67%,是未贮存干秸秆的1.6倍。Modified Gompertz 模型显示混贮秸秆的甲烷生成速率增加,产甲烷能力提高。总之,当DMS∶CW质量比为21∶27(含水率为73%)时DMS能连续保质贮存2月,且贮存后秸秆的甲烷产量明显提升。

    • 有机胺改性生物质焦改善SO2的吸附性能

      2016, 32(12):195-200. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.028

      摘要 (3279) HTML (0) PDF 1.19 M (1099) 评论 (0) 收藏

      摘要:为改善生物质焦的吸附性能,以玉米芯为原料,在N2和CO2气氛下以"一步法"制备活性焦,再经有机胺甲醇溶液浸渍,获得改性生物质焦。在120 ℃下研究改性焦的SO2吸附特性,获得吸附穿透曲线和吸附量,并对脱硫前后固体焦颗粒的理化结构及元素组成进行分析,探讨浸渍剂浓度对改性生物质焦理化特性及其SO2吸附性能的影响。结果表明,随着有机胺浓度的增加,焦炭表面氮含量和表面官能团数量明显增加,但孔隙结构恶化,而SO2吸附出现先降后增的趋势,CC850-10%的饱和吸附量达156.22 mg/g,相较于前驱体的57.78 mg/g,吸附性能显著提升。有机胺浸渍改性通过增强化学吸附作用,可有效改善生物质焦的吸附性能。研究结果对于生物质焦应用于烟气净化技术具有参考价值。

    • 磷酸二氢钙与生物质共热解提高生物炭固碳效果

      2016, 32(12):201-205. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.029

      摘要 (3072) HTML (0) PDF 384.81 K (1100) 评论 (0) 收藏

      摘要:以木屑和牛粪为生物质原材料,通过添加磷酸二氢钙与生物质原材料共同热解制备生物炭,研究其对生物炭形成过程中碳保留量及稳定性的研究,以期为提高生物炭的固C能力提供新思路,为全面了解生物炭固碳减排效果提供理论参考。结果表明,与不添加磷酸二氢钙制备的生物炭相比,添加磷酸二氢钙制备的木屑和牛粪生物炭碳保留量则分别提高了31.3%和26.1%。尽管与不添加磷酸二氢钙制备的生物炭相比,添加磷酸二氢钙制备的牛粪生物炭被过氧化氢氧化损失C的量增加了8.8倍,但添加磷酸二氢钙制备的木屑生物炭被过氧化氢氧化损失C的量减少了93.1%。此外,添加磷酸二氢钙制备的木屑和牛粪生物炭还降低了其微生物好氧矿化损失C的量,降幅分别为90.3%和72.8%。可见,通过添加磷酸二氢钙对生物质原材料进行共热解,达到了对生物炭进行以固"C"为目的的设计效果,并且效果取决于生物炭原材料的类型。

    • 酸性离子液体催化麦秸液化及其产物分析

      2016, 32(12):206-211. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.030

      摘要 (2759) HTML (0) PDF 483.92 K (1900) 评论 (0) 收藏

      摘要:为降低有机酸催化剂对设备的腐蚀,提高秸秆类生物质原料的利用率,该文以合成的1-甲基-3-(4-磺酸基丁基)咪唑硫酸氢盐离子液体为催化剂,乙醇为溶剂,考察小麦秸秆的液化过程,并对离子液体的结构进行傅里叶红外光谱和核磁共振表征,对液化后的残渣和液相产物进行傅里叶红外光谱、热重和气质联用分析。试验和表征结果表明:合成的1-甲基-3-(4-磺酸基丁基)咪唑硫酸氢盐离子液体对秸秆液化具有较优的催化性能,在反应温度为200 ℃、反应时间为60 min、离子液体用量为26%的条件下,液化率可达85.5%,同时乙酰丙酸乙酯的得率为9.97%,在液化产物中的相对百分含量为29.9%;液化产物中包含有醛、酮、酯、酸和酚类等含氧化合物,其中酚类化合物主要源于木质素的降解,其他化合物则主要源于半纤维素和纤维素的降解。研究结果为开发利用低腐蚀性环保型催化剂催化液化秸秆制备高品位化学品提供理论依据。

    • 旱地测土配方施肥温室气体减排碳交易量核算

      2016, 32(12):212-219. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.031

      摘要 (2854) HTML (0) PDF 381.20 K (954) 评论 (0) 收藏

      摘要:碳排放交易是促进全球温室气体减排,减少全球二氧化碳排放所采用的市场机制。测土配方施肥对于减少中国集约化农业生产区化肥施用量,减排温室气体(greenhouse gas,GHG)具有重要作用。该研究按照碳交易方法学的基本流程,撰写了基于DNDC(denitrification-decomposition)模型的测土配方施肥减排GHG的碳交易计量方法,并以山东省桓台为例,测算了该县实施测土配方施肥减排GHG的可交易碳贸易量。主要结论有1)桓台县麦-玉轮作系统施肥存在着氮、磷过量,钾基本适度的现象,氮、磷、钾平均施肥量达到了515.1、289.5和145.7 kg/hm2。2)山东省桓台县麦-玉轮作系统实施测土配方施肥可交易的碳贸易量为26 485.8 t(以CO2当量计,下同),其中农田减排占35.3%、氮肥生产减排占58.3%、磷肥生产减排占6.8%、钾肥增加排放0.01万t,占?0.4%。各个乡镇由于耕地面积及施肥量的不同,减排量存在一定的差异。3)按照2016年3月深圳碳交易市场中国核证减排量价格计算,桓台县实施农田测土配方施肥GHG减排项目可实现总收入1 286.4万元,满足小型碳交易项目要求。4)以DNDC模型为主要计量工具的测土配方施肥碳交易方法学,可以实现县域或更大区域实施测土配方施肥减排碳交易量核算,对未来测土配方施肥GHG减排碳交易项目的实施具有重要意义。

    • >土地整理工程
    • 基于生态位模型的高标准基本农田建设适宜性评价

      2016, 32(12):220-228. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.032

      摘要 (3310) HTML (0) PDF 2.58 M (1045) 评论 (0) 收藏

      摘要:该研究以生态位理论为基础,以河南省新郑市为研究区域,结合高标准基本农田的建设目标,提出了高标准基本农田生态位的概念,构建了高标准基本农田生态位适宜度评价模型,并在基本农田现实生态位空间与最适宜生态位空间匹配度评判的基础上,将新郑市高标准基本农田划分为4个建设适宜性等级,明确了不同区域高标准基本农田建设的适宜度。同时以区域高标准基本农田生态位最适值作为评判标准,构建了障碍因子诊断模型,分析了各障碍因子的限制程度。研究结果表明:1)新郑市基本具备高标准基本农田建设条件的面积为14 017.72 hm2,占全市耕地面积的25.88%。需稍加整治即可达到基本农田建设条件的区域面积为21 121.15 hm2,占全市耕地面积的38.99%;需全面整治才可达到基本农田建设条件的区域面积为4 559.37 hm2,占全市耕地面积的8.42%;暂不适宜建设的区域面积为14 469.70 hm2,占全市耕地面积的26.71%。2)新郑市耕地整体自然禀赋较好,制约新郑市高标准基本农田建设的主要障碍因子是灌溉保障率和土壤污染指数。3)利用生态位模型进行高标准基本农田建设适宜性评价,丰富了生态位理论在不同领域中的应用,同时也为高标准基本农田建设项目选址及规划方案设计提供了依据。

    • 基于CT分析露天煤矿复垦年限对土壤有效孔隙数量和孔隙度的影响

      2016, 32(12):229-236. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.033

      摘要 (3864) HTML (0) PDF 1.89 M (1203) 评论 (0) 收藏

      摘要:露天煤矿排土场由于排土过程中大型机械压实等作用会对土壤的孔隙结构产生影响,重构适合于植被生长的土壤孔隙结构是排土场土地复垦的重要工作。为对排土场重构土壤孔隙结构进行定量分析,该文采用高精度无损计算机断层扫描技术(CT)对山西平朔矿区安太堡露天煤矿排土场平台全黄土母质覆盖的不同复垦年限(0、20、23 a)以及原地貌的土壤进行分层扫描成像,并利用Photoshop和Arcgis软件对扫描图像进行处理和统计分析,探讨了排土和复垦对土壤孔隙数量和孔隙度的影响,分析了排土场重构土壤大、中和小孔隙的变化。结果表明:原地貌土壤孔隙数量和孔隙度最大,其次是复垦23和20 a的土壤,排土后未复垦土壤孔隙数量和孔隙度最小。采矿和排土等活动由于大型机械压实作用降低了土壤孔隙数量和孔隙度,尤其是大孔隙数量和大孔隙度;土地复垦对增加土壤孔隙数量和孔隙度有一定的作用,但是过程比较缓慢。采矿和排土等活动对表层土壤孔隙数量和孔隙度的影响要高于底层土壤。该研究可为黄土区大型露天煤矿排土场重构土壤结构的优化与土地复垦措施选择提供依据。

    • 新型城镇化背景下昌黎县农村居民点空间重构评价与分区

      2016, 32(12):237-246. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.034

      摘要 (3242) HTML (0) PDF 6.08 M (1083) 评论 (0) 收藏

      摘要:改变农村居民点低效利用的现状,可以对其布局实施空间重构优化,能够促进各项要素在农村地域空间上的合理配置,并使农村和农业自觉适应并融入工业化和城镇化发展进程,促进城乡协调联动发展。该文以昌黎县为例,利用GIS手段提取评价单元并进行空间数据的采集和矢量化。充分考虑不同指标组合对评价目标和评价方向的差异影响,并规避相关案例研究中综合分值法的使用对评价指标相互作用的复杂性考虑不足,融合了分层次评价和综合分值法2种方法,构建出两步评价法,实现农村居民点的空间重构分区的评价。两步评价法:1)构建农村居民点空间重构指标体系及多逻辑条件评价标准,实施分层次评价,剔除禁建区并得到农业产业优势、居民点整治潜力及迁聚条件、居民点综合经济和区位条件分级结果。2)选择判别评价法,结合并继承第1步评价结果,建立重构判别准则,进行昌黎县农村居民点空间重构分区,并将昌黎县宜居评价结果与农村居民点空间重构分区图叠合,调整并完善昌黎县居民点空间迁聚规划方案及策略。该研究结果将昌黎县分成优农区、优城区、分流区和低保区,分区提出迁聚重构策略,并结合昌黎县社会经济发展目标构建了"昌黎县城-一级小城镇-二级小城镇-新农村社区"的空间发展格局,针对昌黎县居民点迁聚过程中需要注意的问题进行了讨论。该方案有利于加快昌黎县"十二五"和"十三五"社会发展规划的实施,可以有效地推动该县域的新型城镇化建设进程,因地制宜的推进新农村建设,为实现农村的现代化、工业化和城镇化提供思路。

    • >农产品加工工程
    • 基于堆积试验的小麦离散元参数分析及标定

      2016, 32(12):247-253. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.035

      摘要 (4040) HTML (0) PDF 930.57 K (1734) 评论 (0) 收藏

      摘要:为确定小麦离散元仿真参数,以真实试验及不同参数组合下仿真得到的小麦颗粒堆休止角为响应值,基于响应面优化标定了小麦离散元仿真参数。研究应用Plackett-Burman试验对8个初始参数进行筛选,发现小麦-小麦静摩擦系数、小麦-有机板静摩擦系数以及小麦-小麦滚动摩擦系数对颗粒堆休止角影响显著。在通过最陡爬坡试验确定显著性参数最优值区间的基础上,根据Box-Behnken试验结果建立了休止角与显著性参数的二阶回归模型并对其进行优化,得到显著性参数的最佳组合为:小麦-小麦静摩擦系数0.58、小麦-有机板静摩擦系数0.61、小麦-小麦滚动摩擦系数0.08。最后将最佳参数组合下仿真得到的休止角与真实试验值进行对比验证,发现二者无显著性差异(P>0.05),表明应用响应面优化标定小麦离散元仿真中所需的参数是可行的;同时,标定所得的最佳参数组合可为小麦离散元仿真参数的选取提供参考。

    • 基于多特征融合的电子鼻鉴别玉米霉变程度

      2016, 32(12):254-260. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.036

      摘要 (2493) HTML (0) PDF 580.98 K (1250) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高电子鼻检测玉米霉变程度的正确率,该文探究了电子鼻信号不同特征组合的表征对霉变玉米鉴别结果的影响。首先,运用电子鼻对霉变玉米的5组样本训练集与测试集进行测试,获得测试信号。其次,分别提取测试信号的积分值(integral value,INV)、平均微分值(average differential value,ADV)、相对稳态平均值(relative steady-state average value,RSAV)作为特征值,5组训练集与测试集均分别采用3种单一的特征值或其组合特征值来表征。然后,运用Fisher判别分析(fisher discriminant analysis,FDA)分别对5组训练集进行判别分析,并用对应的测试集进行检验。FDA分析结果指出,电子鼻测试信息分别在单一特征和2个特征组合表征下,不同霉变程度玉米是不能有效分开的,但在2个特征组合表征下的鉴别正确率比单一特征有所提高;当用3个特征组合来表征测试信息时,FDA鉴别能力得到提高,鉴别正确率在96%以上。另外,借助于Wilks ?统计量考察了电子鼻中每个传感器测试信号表征的差异性,对3个特征组合的表征情况进行了表征变量筛选。FDA分析结果显示,筛选前后的鉴别结果非常相近,最低鉴别正确率均在96%以上,这说明不同传感器需要不同的特征表征,以体现其差异性,由此也减少了计算的复杂性。研究结果表明,用多特征融合模式可更有效地表征电子鼻对霉变玉米的响应信息,有利于提高霉变玉米的鉴别正确率。同时,该研究成果也不失一般性,为电子鼻信号表征提供了一种新思路。

    • 猪肉剩余货架期快速预测电化学设备的设计与试验

      2016, 32(12):261-266. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.037

      摘要 (2684) HTML (0) PDF 510.85 K (1010) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对生鲜猪肉等短货架期食品对微生物快速检测的巨大需求,该研究依据微生物呼吸作用的电子传递规律,采用原电池的工作原理,结合构建的微生物生长预测模型(4~30 ℃)决定系数R2为0.9954以上,试制了操作简单、方便快捷的生鲜猪肉剩余货架期的电化学预测设备,并采用Labview编程语言开发了信号采集和数据分析软件。结果表明该设备检测时间为20 min,可预测4~30 ℃范围内生鲜肉的剩余货架期,预测准确度为1.02~1.06,研究结果为采用电化学方法预测食品中微生物含量及其货架期提供理论参考。

    • 牛肉低温储藏期间质构参数分析及新鲜度指标的确定

      2016, 32(12):267-272. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.038

      摘要 (3543) HTML (0) PDF 505.35 K (1066) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了寻求低温储藏期间牛肉新鲜度的快速检测指标,将牛肉置于5℃冷鲜密封储藏和-5℃冷冻密封储藏2种条件下,用挥发性盐基氮检测(total volatile basic nitrogen,TVB-N)、恒温干燥法与质构多面分析方法(texture profile analysis,TPA)对牛肉样品(储藏时间0、3、6、9、12、15 d)进行检测。发现-5℃冷冻条件下储藏的牛肉比5 ℃冷藏条件下储藏的牛肉保鲜时间更长,且随着储藏时间的增加2种储藏条件下牛肉的含水率都降低。得到0~15 d内5 ℃冷鲜密封储藏和−5 ℃冷冻密封储藏牛肉质地参数(硬度1、硬度2、回复性)的变化规律。用二因素方差分析得知储藏时间、储藏温度对回复性均有显著影响(P<0.05),用相关性分析得知硬度1、硬度2、回复性与新鲜度指标显著相关(P<0.05)。选取2 ℃条件下冷鲜密封储藏牛肉进行试验验证,测定挥发性盐基氮与回复性,对试验数据进行统计分析并线性拟合,挥发性盐基氮与回复性两者的线性函数关系具有较好拟合优度(R2=0.85311),挥发性盐基氮值与回复性呈显著相关(P<0.05)。因此回复性可作为牛肉低温储藏期间新鲜度的检测指标。研究结果可为生产储运过程与日常生活中牛肉保鲜和保持质地口感提供依据。

    • 基于组件库的生鲜农产品冷链物流云服务系统设计与实现

      2016, 32(12):273-279. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.039

      摘要 (3756) HTML (0) PDF 2.31 M (1198) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决中国农产品冷链物流行业中信息化应用系统由于研发成本、个性化需求响应速度以及与第三方系统集成度低等因素造成的推广应用难等问题,该文对12家从事生鲜农产品冷链物流相关业务的企业信息化需求进行深入调研分析,基于云服务及组件集成技术设计了生鲜农产品冷链物流云服务系统。通过设计标准的数据通讯协议实现异构物联网监测设备的统一接入;采用组件库为系统提供独立的功能单元,复用软件资源;通过云服务的方式对组件进行组装集成,快速响应用户需求。系统在北京、上海、新疆3个地区开展应用示范,涵盖生鲜果品、蔬菜、冷鲜肉等农产品生产加工、配送企业。应用结果表明,组件的按需定制与自由组合能够快速满足不同企业的个性化需求,云服务的应用模式能够有效减少研发投入,降低企业负担,系统的设计与服务模式为农业信息化应用系统的推广提供了很好的借鉴经验,具有良好的推广前景。

    • 食盐添加量对预制鲈鱼冷藏保鲜及热加工特性的影响

      2016, 32(12):280-286. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.040

      摘要 (2972) HTML (0) PDF 395.07 K (1092) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究不同食盐添加量(0~2.0%)对鲈鱼冷藏保鲜及热加工特性的影响,采用差示扫描量热法,研究鲈鱼鱼肉的含水率、冰点、变性温度、热焓和比热容等热特性并进行分析。研究发现,预制鲈鱼的冰点和含水率随食盐添加量的增加而逐渐降低;加热温度50 ℃附近吸热峰的起始温度、终止温度及变性热焓随食盐添加量的增加均逐渐降低;70 ℃附近吸热峰仅明显存在于新鲜鲈鱼样品中,其他食盐添加量条件下70 ℃附近吸热峰消失;鲈鱼鱼肉的比热容随食盐添加量的增加未呈现明显的变化趋势(P>0.05),当鱼肉处于冻结状态、肌球蛋白及肌动蛋白处于变性状态时,2.0%食盐添加量鲈鱼的比热容最高,当鱼肉处于未冻结状态时,1.0%食盐添加量鲈鱼的比热容最高。研究表明:在不同食盐添加量(0~2.0%)条件下,随着食盐添加量的增多,鲈鱼冰点和含水率逐渐下降,肌球蛋白变性温度向低温方向移动,峰高逐渐降低,变性热焓逐渐下降,肌动蛋白峰消失;添加食盐的鲈鱼比热容变化皆小于新鲜鲈鱼(除1.0%食盐添加量)(P<0.05);在不同食盐添加量(0~2.0%)条件下,未冻结鱼肉的比热容高于冻结鱼肉(P<0.05),加工后的鱼肉的比热容高于未加工的鱼肉(P<0.05)。研究结果为预制鲈鱼热加工和低温贮藏的品质控制提供参考。

    • 不同发育阶段谷蠹侵害对储藏小麦蛋白结构的影响

      2016, 32(12):287-294. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.041

      摘要 (3567) HTML (0) PDF 968.95 K (15171) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探索谷蠹在不同生长发育阶段对储藏小麦蛋白结构的影响,该文以谷蠹种虫感染后的小麦为研究对象,对谷蠹不同发育阶段(卵期、幼虫期、蛹期、成虫期)侵害后小麦中麦谷蛋白大聚合体(glutenin macropolymer,GMP)、沉降值、面筋蛋白持水力、蛋白二级结构、巯基(-SH)、二硫键(-S-S-)及面筋显微结构进行测定与分析。结果表明:在谷蠹发育的4个阶段,GMP、沉降值、β转角总体呈增加趋势,-SH、β折叠比例变化与之相反;面筋蛋白持水力、-S-S-和α螺旋比例总体呈先降后升趋势,无规卷曲比例变化则与之相反。卵期谷蠹危害较小,只有β转角和面筋蛋白持水力有显著变化(P<0.05);幼虫期和蛹期谷蠹危害严重,与相同试验条件下相应时期的无虫小麦对照样相比,GMP、无规卷曲和β转角比例及沉降值均显著增加(P<0.05),面筋蛋白持水力、-SH、-S-S-、α螺旋和β折叠显著减少(P<0.05)。面筋蛋白显微结构显示:随着谷蠹在小麦籽粒内部发育,面筋表面粗糙程度加重,微纤维状丝增多,结构疏松散乱,断裂严重,至成虫期时,面筋结构已无法识别,因此在实际储藏过程中不仅要关注成虫的数量,还应注意及时控制谷蠹的生长发育。

    • 双孢菇微波冷冻干燥特性及干燥品质

      2016, 32(12):295-302. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.042

      摘要 (3153) HTML (0) PDF 621.31 K (1258) 评论 (0) 收藏

      摘要:为获得干燥时间短、产品质量高的蘑菇制品,采用微波冷冻干燥技术对双孢菇进行干燥处理,研究其在不同微波比功率(0.25,0.5,0.75 W/g)和系统压强(50,100,150 Pa) 下的干燥曲线、有效水分扩散系数、复水比、收缩率、白度、维生素C保存率、能耗及基于模糊数学推理法下感官评定的变化规律;通过非线性拟合建立了适用于双孢菇微波冷冻干燥的数学模型;基于干燥能耗、干燥时间及部分品质指标对不同条件下双孢菇微波冷冻干燥过程进行加权综合评价。结果表明:微波比功率对干燥速率及干制品物理品质指标影响比对其他指标的影响更显著(P<0.05);系统压强对干制品营养含量指标、干燥能耗以及感官评定的影响比对干燥特性的影响显著(P<0.05);采用Henderson and Pabis模型能够准确(R2>0.9)描述干燥过程中水分变化规律;双孢菇有效水分扩散系数在10-10 m2/s数量级且受微波比功率影响更明显(P<0.05);微波比功率和系统压强过高会造成双孢菇干制产品不被消费者接受;当微波比功率和系统压强分别为0.25 W/g和100 Pa时双孢菇微波冷冻干燥的综合评分值最高为0.67847,该条件较适合应用于双孢菇微波冷冻干燥中。研究探索了不同微波冷冻干燥条件下双孢菇干燥及品质特性的变化规律,为双孢菇微波冷冻干燥较优工艺参数组合的选择提供了理论依据。

    • 基于离子排斥色谱的饲料酸化剂中多种有机酸同步检测

      2016, 32(12):303-308. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.043

      摘要 (2236) HTML (0) PDF 399.67 K (1152) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了规范饲用酸化剂的使用和管理,建立一种快速、准确的多种有机酸同步检测方法应需而生。该文以实现饲料酸化剂中多种有机酸的同步检测为目标,基于离子排斥色谱技术,对饲料酸化剂中多种有机酸(柠檬酸、酒石酸、苹果酸、乳酸、甲酸、乙酸、富马酸、丙酸和丁酸)的检测条件进行了优化研究。研究采用Bio-Rad Aminex HPX-87H(300 mm× 7.8 mm Φ,9 μm)离子排斥色谱柱及二极管阵列检测器,以硫酸溶液作为流动相,比较了不同流动相浓度、不同柱温、不同流动相流速、不同检测波长等色谱条件对同步检测饲料酸化剂中9中有机酸的影响;以上述优选的条件建立分析方法,考察此方法的线性范围和检出限、回收率和精密度,并用实际样品进行了验证。研究结果表明:以0.025 mol/L硫酸溶液为流动相,流速0.70 mL/min,柱温30 ℃,DAD检测波长为210 nm,以保留时间结合待测物质的紫外特征吸收光谱进行定性分析,外标法进行定量分析。9种有机酸组分的质量浓度与其峰面积在一定范围内呈良好线性关系,决定系数>0.999,9种有机酸组分在20 min内可以得到良好分离;方法检出限为0.01~2.4 mg/L,加标回收率为90.7%~101.1%,相对标准偏差为0.91%~3.33%。基于上述条件建立的检测方法能够满足饲料酸化剂中多种有机酸成分的同步定量分析。

    • 中性蛋白酶水解鸡骨泥制备短肽工艺优化

      2016, 32(12):309-314. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.044

      摘要 (3325) HTML (0) PDF 407.87 K (1076) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探究酶法制备鸡骨泥短肽的最佳工艺,该文研究了以中性蛋白酶酶解鸡骨泥时各因素对短肽得率和羟自由基清除率的影响,以及鸡骨泥肽清除超氧阴离子自由基和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基(2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl)的能力。试验探究了酶解过程中不同底物浓度、酶浓度、反应温度和反应时间对短肽得率和羟自由基清除率的影响,采用响应曲面优化得到了以短肽得率为目标的中性蛋白酶酶解鸡骨泥的最优工艺,当反应液pH值为7.2,反应温度42 ℃,反应时间2 h,底物质量分数5%,酶添加量200 mg/g,该条件下制备鸡骨泥肽,测得其短肽得率为56.16%,羟自由基清除率为54.12%。采用该酶解工艺制备鸡骨泥肽,测得其对超氧阴离子自由基最高清除率为56.01%,对DPPH自由基最高清除率为81.57%,说明鸡骨泥肽具有一定的抗氧化活性,研究结果为酶法制备鸡骨泥肽提供参考。

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