2016, 32(17):1-11. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.001
摘要:红外光谱不仅可以反应物质的结构组成,还能够随着成分含量变化形成不同响应值,红外技术也被广泛应用于畜产品的化学成分含量检测和质量评估。牛奶是人类膳食结构中的重要组成部分,对其营养成分和质量的准确评估有着非常重要的生产意义。该文介绍了红外光谱技术牛奶生产中各个环节中的应用,通过测定牛奶成分的含量,红外技术被用于产品定价和品质评价;掺假物质在牛奶中会引起光谱的变化,定性和定量模型的建立为牛奶质量快速鉴别诊断提供了便捷途径;牧场生产中,光谱被用于诊断奶牛酮病、机体能量状态。该文对近年来国外利用红外光谱技术在牛奶成分和凝集性能预测、掺假和质量检测、奶牛健康养殖等方面文献进行综述,重点介绍乳蛋白成分、脂肪酸、凝集性能等牛奶性状红外光谱模型以及牛奶光谱特征,对不同研究中模型性能进行比较,以较为全面的评估光谱技术在牛奶性状、质量和奶牛养殖等方面的应用,并为今后的检测和研究发展提供参考。
王庆杰 , 赵宏波 , 何进 , 李洪文 , 陈婉芝 , 曹向红 , Rabi G. Rasaily
2016, 32(17):12-17. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.002
摘要:为了减少农机作业对农田土壤的压实,改善作物生长环境,加强农机与农艺融合,该文结合固定道和保护性耕作技术要求,开发了固定道小麦免少耕播种机,设计了一种楔刀型开沟器与"Y"型、"L"型刀具相结合的防堵开沟装置,并确定了"Y"型、"L"型刀具等关键部件的参数,田间对比试验表明,所设计的固定道小麦免少耕播种机通过性能良好,各项指标满足免耕播种机设计要求。固定道模式下机具各项性能指标均略优于非固定道,种、肥深度合格率均达到84%以上,且一致性好,种肥间距加大5 mm,合格率达到85.2%,有效减少了烧种现象。固定道免少耕作业实施2年后,与非固定道作业模式相比,作业油耗降低22.01%,节油效果显著。因此,固定道免少耕播种技术能够提高播种质量,降低作业功耗。另外,随着我国土地流转政策地推进,研究成果将对土地规模化种植、高效化管理具有一定指导意义。
杨丽 , 张瑞 , 刘全威 , 殷小伟 , 和贤桃 , 崔涛 , 张东兴
2016, 32(17):18-23. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.003
摘要:免耕播种技术能够提高田地的水土保持能力,其在北方平原农作区被广为接受。该地区的耕作制度为小麦与玉米轮流种植的一年两熟制,冬小麦在7月份收获,随后在覆盖小麦秸秆的田地上直接进行玉米的播种作业,受小麦秸秆的影响,玉米种子的粒距均匀性和播种深度的一致性很难保证,另外,覆盖着小麦秸秆的玉米植株容易发生病虫害。为了解决以上问题,发明了一种安装防堵机构和播深控制单体的玉米免耕精量播种机,对该型播种机和不带防堵机构和播深控制单体的普通播种机在4、6和 8 km/h 3个播种速度下的播种性能进行了对比试验,测量并得出了拨秆性能、播种深度、出苗率和粒距一致性(合格率、重播率和漏播率),结果表明:防堵机构和播深控制单体对拨秆性能、播种深度、出苗率和粒距一致性有显著影响,防堵机构使播种机不易堵塞,播种速度为8 km/h时的凉籽率仅为1.8%,并且粒距更为均匀,安装播深控制单体的播种机在所有播种速度下,平均播深接近理论播深,且播种速度为8 km/h时的播深变异系数仅为9.2%,出苗时间也更集中。以上结果说明:安装防堵机构和播深控制单体的玉米免耕精量播种机能够满足小麦秸秆覆盖田地免耕精量播种的要求。
2016, 32(17):24-31. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.004
摘要:随着保护性耕作技术的发展,要求配套机具的性能越来越完善,但是目前适合于东北垄作的玉米垄作免耕播种机的工作质量还无法满足免耕播种技术要求,存在机具质量过重、作业时破坏垄型、破茬率低、清茬效果不显著等不足。为了优化免耕播种机的关键部件,研制了一种免耕播种机土壤工作部件测试装置,可用来对土壤工作部件进行测试。根据测试可以确定土壤工作部件的工作阻力(大小、方向、着力点)、工作深度和机具配重等参数。通过对阿基米德螺线型破茬盘工作性能测试,得出破切开玉米根茬根上节的工作阻力为1 868.38 N,受力方向角度为67.66°,破茬深度为7.52 cm,其着力点的作用线与被测土壤工作部件的中心距离为4.59 cm,装置及配重总质量应大于175.79 kg。研究成果为优化改进适于东北地区玉米垄作免耕播种机的关键部件,以及旱地合理耕层构建土壤工作部件的优化设计提供理论参考。
赵永超 , 孔德刚 , 霍俊伟 , 王业成 , 何宇 , 张韵
2016, 32(17):32-39. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.005
摘要:为了获取气吸式小浆果捡拾输送装置的输送特性及其输送管较佳管径尺寸,该文以黑加仑果实(布劳德品种)为研究对象,运用空气动力学相关原理,计算得到黑加仑果实在输送管中适宜的风速范围为5~73 m/s;通过EDEM-FLUENT软件耦合方式对输送装置进行建模和仿真,对输送管内气体压力云图及压降进行分析,对比分析3种不同管径输送管(32、40和50 mm)的输送效率及输送过程中的破果率;进一步在自制的黑加仑捡拾输送装置上进行试验。试验结论与仿真结果均表明输送管的较佳管径为40 mm,并得出输送效率、破果率与气体流量之间的回归方程(R2均大于0.9),论文结论为气吸式小浆果采摘机具研发提供参考。
陈盛德 , 兰玉彬 , 李继宇 , 周志艳 , 金济 , 刘爱民
2016, 32(17):40-46. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.006
摘要:为了初探小型无人直升机航空喷施雾滴在水稻冠层沉积分布规律,主要通过不同的飞行参数研究了不同喷雾作业参数对水稻冠层的雾滴沉积分布的影响。该试验以HY-B-10L型单旋翼电动无人机搭载北斗定位系统UB351绘制作业轨迹,以质量分数为5‰的丽春红2R水溶液模拟生长调节剂喷施沉积情况,以图像处理软件DepositScan来分析靶区和非靶区的雾滴沉积参数得出雾滴的沉积分布结果。结果表明:3次试验中的雾滴沉积分布趋势均相似,且飞行高度和飞行速度对靶区内采集点上雾滴平均沉积量影响均显著,对雾滴沉积均匀性影响并不显著。3次试验中靶区的雾滴沉积量随着高度的增加而减少,总雾滴沉积量分别为2.380、1.905、1.156 μL/cm2,采集点的平均沉积量分别为0.198、0.159、0.064 μL/cm2;在作业高度为1.92 m时雾滴沉积平均均匀性最佳,且非靶区的雾滴漂移总量最少,为0.174 μL/cm2。另外,第一、二条采集带上靶区内的雾滴沉积量均明显多于作业速度较大的第三条采集带上的雾滴沉积量,3次试验中,第一、二条采集带上雾滴沉积总量的平均值分别高于第三条采集带上雾滴沉积总量的184.27%、53.51%、72.31%;且由于外界风场的影响,作业航线下风向的雾滴沉积量和漂移距离均大于作业航线上风向的雾滴沉积量和漂移距离;以及由于飞行速度的影响,非靶区航线下风向第三条雾滴采集上的雾滴漂移量均大于第一、二条雾滴采集带上的雾滴漂移量。该结果较好地全面揭示了作业参数对航空喷施雾滴沉积分布结果的影响,并从风场因素方面推测了对雾滴沉积的影响,对药液的合理喷施、提高喷施效率具有十分重要的指导意义。
2016, 32(17):47-54. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.007
摘要:为了克服传统压力式和脉宽调制(pulse width modulation)调节控制方式的缺点,以及目前变量喷药系统的"较复杂,实现成本较高"的不足,该文设计了基于多喷头组合的变量喷药系统,建立了变量喷药影响因素模型,设计了变量喷药系统的管路、上位机处理系统及变量喷药控制器,运用流体网络理论建立喷药网络的数学模型,分析了系统的流阻。在喷雾试验台上搭建了变量喷药系统,试验数据分析表明多喷头组合的变量喷药系统是可行的,每种方式下喷药量与理论值误差均小于10%,可调节喷药量范围宽,农药的施用量大幅度减少。
黄豪中 , 史程 , 张鹏 , 王庆新 , 刘庆生 , 班智博
2016, 32(17):55-61. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.008
摘要:为探究柴油/松油混合燃料的喷雾特性,基于高压可视化容弹试验台,通过高速摄影技术对掺松油的柴油混合燃料的喷雾过程进行试验研究,分析了喷射压力、背压和燃料物性的改变对喷雾宏观参数的影响。结果表明:混合燃料的喷雾贯穿距离先呈现一定程度的线性增长,然后增长幅度逐渐变小,喷雾锥角呈先减小再保持在一个相对稳定的数值趋势,但全程锥角变化不大;喷射压力从90 MPa升高至150 MPa,混合燃料的喷雾锥角和贯穿距离的平均增幅分别为9.2%和15%;背压从3 MPa增加到5 MPa,混合燃料的平均喷雾锥角增幅约2.6°,而贯穿距离降低11 mm左右,说明背压的改变对喷雾特性影响显著;将广安公式适当地修正可与混合燃料的贯穿距离相互吻合;向柴油中掺混一定比例的松油后,燃料的黏度降低,会引起喷雾锥角、贯穿距离和油束面积均小幅增大,增强燃料的油气混合。试验研究有助于改善柴油的雾化质量,可为柴油机代用燃料的筛选提供参考。
2016, 32(17):62-68. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.009
摘要:为进一步探究履带车辆双功率流动力差速转向机构的转向性能,需要对载荷比的影响因素进行全面分析。该文主要考虑下陷量及土壤参数的影响,对试验样机进行差速转向试验,得到了下陷量与实际载荷比的关系、下陷量与转向半径的关系以及载荷比与转向半径的关系,根据载荷比公式计算的数值与试验测得的数值接近,误差范围在0.16~1.74。试验中,载荷比从1.65增加到6.08,下陷量从3.60 mm增加到10.42 mm,转向半径从1.00 m减小到0.29 m。试验结果表明:履带车辆在松软地面进行差速转向时,下陷量随着实际载荷比的增加而增大,但随着转向半径的减小而增大。该文试验所得结果与理论分析相吻合,可以进一步完善履带车辆差速转向理论。
2016, 32(17):69-76. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.010
摘要:为了识别出永磁同步电机的噪声来源,该文对常见的机械噪声和不同影响因素下的电磁噪声特点进行研究。首先分析了滚动轴承产生的噪声阶次特征,识别出了滚珠内外圈通过频率对应的分数阶噪声。其次通过麦克斯韦应力张量法推导了理想条件下作用于定子内表面的径向力波的频率阶次,结合实测电流谐波分析了不同电流谐波类型下的径向力波特征,通过引入偏心修正系数分析了转子动态偏心对径向力波的影响,从而识别出了不同影响因素下的电磁噪声源。并且建立了永磁同步电机的有限元模型,通过模态试验对定子铁芯和绕组的等效进行验证,由电机约束模态分析获取了电机在实际安装条件下的模态参数,对实测的共振噪声来源进行解释。最后分析了各影响因素产生的噪声对总体噪声的贡献量,指出电机的主要噪声源。该研究可以识别出永磁同步电机的每一阶次噪声和共振噪声的来源,为进一步的减振降噪奠定基础。
2016, 32(17):77-82. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.011
摘要:双向对冲流滴灌灌水器是1种可形成急转流、正反双向流、以及对冲混掺流等加大能量耗散效果的新型灌水器。为研究灌水器的水力性能以及流道几何参数对水力特性的影响,取灌水器几何参数作为因素,采用正交设计安排25组试验方案,开展水力性能测试,计算流道的局部损失系数,同时对正交试验结果进行直观和方差分析,建立几何参数与流态指数的回归模型。结果表明,灌水器流态指数为0.432~0.464,其水力性能良好。单元流道的局部损失系数为6.698~19.130,显示优越的消能效果。挡水件与分水件最大过水通道宽度对流态指数的影响最大。建立的几何参数与流态指数之间的回归模型R2=0.94,且验证表明其估算值与试验值相对误差小于5%,可可靠地估算流态指数。研究可为双向对冲流滴灌灌水器水力性能预研和评估、结构优化提供参考。
2016, 32(17):83-88. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.012
摘要:冬季渠基冻土中水分迁移及相变产生的巨大潜热对温度场影响显著,由此,该文建立了考虑水分迁移与相变潜热的渠基土体冻胀模型。模型将冻土视为低温膨胀性材料,将相变潜热作为材料的等效热容加入热传导方程中;根据Clapeyron方程和达西定律建立饱和冻土冻结锋面处水分迁移表达式,并以迁移水相变潜热作为热传导方程热源项;采用COMSOL对模型算例求解,与不考虑相变和水分迁移的模型比较发现:相变作用对渠道温度场和变形场影响较大,考虑相变后,冻深推进缓慢,且冻深减小,衬砌板变形整体减小,较不考虑相变的模拟结果更接近实际情况,验证了本模型的合理性,为寒区工程冻胀设计提供参考。
向友珍 , 张富仓 , 范军亮 , 强生才 , 邹海洋 , 闫世程 , 吴悠 , 田建柯
2016, 32(17):89-97. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.013
摘要:临界氮浓度稀释曲线是诊断作物氮营养状况的有效手段。该研究基于2 a温室小区试验,以参考作物蒸发蒸腾量(reference crop evapotranspiration,ET0)为基准,设置4个灌溉水平(105%ET0、90%ET0、75%ET0、60%ET0)和4个氮素水平(300、225、150、75 kg/hm2),构建和验证基于地上部生物量的甜椒在不同水分条件下的临界氮浓度稀释曲线经验模型。结果表明,植株氮素吸收量、地上部生物量、经济产量和水分利用效率(water use efficiency,WUE)随灌水量增加呈先增加后减小的趋势;灌溉水平75%ET0和90%ET0下,最优施氮量差异较小,且可获得较高经济产量和WUE,但经济产量和WUE不能同时达到最佳。75%ET0灌溉水平可获得高于90%ET0灌溉水平约11%的水分利用效率,且经济产量仅降低约3%,鉴于研究区水资源较短缺,灌水量75%ET0施氮量190 kg/hm2左右为最佳策略。该研究可为西北地区温室甜椒实时精准灌水施氮提供理论依据和技术支持。研究可为西北地区温室甜椒实时精准灌水施氮提供理论依据和技术支持。
田慎重 , 王瑜 , 宁堂原 , 董晓霞 , 董亮 , 郑东峰 , 郭洪海
2016, 32(17):98-105. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.014
摘要:土壤深松是解决长期旋免耕农田耕层浅薄化、亚表层(15~30 cm)容重增加等问题的有效方法之一,而将长期旋免耕农田进行深松必然导致农业生态系统中土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)及碳固定速率的变化。因此,为对比将长期旋免耕转变为深松前后农田土壤有机碳库变化,该研究利用连续12a的旋耕和免耕长期定位试验以及在此基础上连续6 a旋耕-深松和免耕-深松定位试验,对比了转变耕作方式对农田土壤0~30 cm有机碳含量、周年累积速率及其固碳量的影响。研究结果表明,经过连续12 a的旋耕和免耕处理(2002-2014),2014年免耕处理土壤0~30 cm有机碳储量比试验初期(2002年)提高38%,旋耕处理降低了30%,而对照常规处理无显著差异。免耕处理土壤0~30 cm有机碳储量比旋耕处理高约2.6倍(2014年)。长期免耕显著提高了土壤0~30 cm的有机碳含量,2002~2014年其土壤0~30 cm固碳量为16.69 t/hm2,但长期旋耕导致土壤0~30 cm SOC含量显著降低,表现为土壤有机碳的净损耗,年损耗速率为?0.75 t/hm2。而长期旋耕后进行深松(旋耕-深松处理)6年其土壤0~30 cm的有机碳含量较原旋耕处理提高32%~67%,且显著提高了土壤固碳量及周年累积速率;免耕-深松土壤0~30 cm的有机碳周年累积速率较免耕处理下降了42%。长期旋耕造成有机碳水平下降的条件下,将旋耕处理转变为深松处理在短期内更有利于促进土壤有机碳的积累,而将长期免耕处理转变为深松措施,降低了土壤有机碳的累积速率和固碳量。
2016, 32(17):106-111. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.015
摘要:集中流引起的细沟侵蚀是黄土高原坡耕地主要侵蚀方式之一,对坡面集中水流动力学特性研究有利于掌握坡面集中流剥蚀产沙的根本原因,但目前哪种集中流水动力学参数最能准确揭示侵蚀动力过程机理尚不明确。该文采用室内集中流放水冲刷试验,以黄土高原典型黄绵土为研究对象,研究坡面平均和瞬时剥蚀率与相应水流剪切力、水流功率、单位水流功率以及过水断面单位能量之间的关系。结果表明,除了瞬时过水断面单位能量拟合效果较差外,其他平均和瞬时水力学参数均能够较好地与坡面剥蚀率建立不同的拟合关系。所有参数中平均水流功率是描述本试验条件下的最优水力学参数。由于细沟发育过程中大量坍塌的出现,导致整个径流剪切力和水流功率与剥蚀率之间的关系曲线整体上升,出现了临界剪切力和临界水流功率为负值的情况。通过与仅考虑水流对坡面直接作用参数所得结果对比,表明坍塌等作用在细沟发育过程中具有重要影响,对剥蚀率的贡献可达90.93%。研究可为控制和预防其发生提供科学依据。
孙宝洋 , 李占斌 , 张洋 , 马波 , 张乐涛 , 肖俊波
2016, 32(17):112-119. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.016
摘要:十大孔兑的风蚀作用过程为河道输沙提供了重要的泥沙来源。为揭示十大孔兑风蚀作用规律,选取3种典型下垫面建立风蚀监测小区,利用侵蚀针法对研究区风蚀量及地表形态进行了为期1 a的实地监测。在此基础上,综合当地气象资料,分析研究区风蚀强度及地表形态变化规律,结果表明:1)研究区风蚀强度与平均极大风速呈指数关系,10-11月和4-5月风蚀强度为全年其他时间,以4-5月风蚀强度最大,是全年平均风蚀强度的2~3倍;2)土壤可蚀性颗粒含量大小分别为库布齐沙漠区(94.95%)>黄土丘陵沟壑区(62.18%)>黄河南岸冲积平原区(44.51%)。库布齐沙漠区属于中度风蚀,黄土丘陵沟壑区和黄河南岸冲积平原区属于轻度风蚀,十大孔兑3种地形年累积风蚀量估算结果分别为8.74、5.95和5.16 Mt,风沙入黄所占总量比例分别为44.03%、29.97%和26.00%;3)研究区风蚀发生的方向主要为东南方向,监测小区的风蚀过程主要为堆积-吹蚀-推移-再堆积,地表起伏度随风蚀强度增加呈线性增加趋势(R2=0.78,P<0.05)。研究结果可为防治十大孔兑泥沙淤积与合理配置水土保持措施提供科学依据。
郑波 , 刘彤 , 孙钦明 , 朱乐奎 , 刘尊驰 , 张礼春 , 欧阳异能
2016, 32(17):120-126. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.017
摘要:防护林对降低风害,促进农作物稳产高产具有重要作用,但目前防护林配置研究仅注意到防护林本身,忽视了果树等植株高大作物对风速的影响。该文选取1种果树(枣树),3种疏透度林带(30.12%、25.01%和20.92%),在3种风速下(8、10、和14 m/s)进行风洞模拟,研究种植枣树等植株高大目标作物时,防护林风场特征及防风效应。结果表明:不同风速和林带疏透度下,枣树对林带前后流场均具有显著影响,特别是林带后近地面风速削减程度较大。1)随风速增大,无枣树林带防风效应减小,有枣树林带变化较小,但增量增大,在8、10、和14m/s风速下分别增大16.40%、23.65%和29.05%;2)疏透度为30.12%时,有枣树林带综合防风效应最佳。随疏透度减小,无枣树林带防风效应增大,有枣树林带变化较小,但增量减小,在3种疏透度下分别增加22.72%、15.22%和1.28%。因此总结认为在集约化和精准农业要求下,进行枣树等植株高大作物防护林带配置时,应考虑目标作物的防风效应,如此可减少防护林面积,显著提高目标作物的经济效益。
王利民 , 刘佳 , 杨玲波 , 杨福刚 , 滕飞 , 王小龙
2016, 32(17):127-135. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.018
摘要:该文针对农业信息服务中冬小麦种植面积调查业务的现状与需求,提出了一种基于NDVI(normal difference vegetation index)时间序列的冬小麦NDVI加权指数(WNDVI,weighted NDVI index)影像算法,可在训练样本、验证样本选择的基础上实现冬小麦面积的自动提取,并以河北省安平县及周边地区2013-2014年度冬小麦面积提取为例,采用GF-1/WFV(wide field view)数据进行了算法实现。算法的主要思路是在时序影像基础上,通过冬小麦NDVI加权指数影像的构建,扩大冬小麦地类与其他地类的差异,结合自适应的阈值获取方法,区分冬小麦地类,获取冬小麦作物面积。算法包括冬小麦时间序列影像的获取、基于网格的样本点设置、构建冬小麦NDVI加权指数影像、迭代确定冬小麦NDVI加权指数提取阈值、精度验证这5个部分。影像的获取根据冬小麦的生长时间确定,保证每月1景GF-1/WFV无云影像,并进行预处理及NDVI计算;同时将研究区划分为一定数量的网格,每个网格再等分为2×2个子网格,根据目视解译、专家知识、实地调查等方法,确定左上网格中心点及右下网格中心点的地物类型。统计该期所有左上网格点冬小麦及其他地物的NDVI均值,冬小麦NDVI大于其他地物的将该期影像的权值设置为1,否则设置为?1,将所有时相NDVI影像进行加权平均,即可获取冬小麦NDVI加权指数影像。获取冬小麦NDVI加权指数影像后,还需设置合适的阈值提取冬小麦。该文选用右下网格点目视解译分类结果作为阈值提取依据,具体方法是将冬小麦指数从小到大按照一定间隔划分,作为冬小麦NDVI加权指数提取阈值,将各阈值二值法运用,与右下网格点的冬小麦提取的目视解译结果对比,精度最高的就是最优冬小麦NDVI加权指数分割阈值。在所有网格中,以初始识别获取的冬小麦面积为准,等概率选择10个样方作为精度验证样方进行验证。精度验证结果表明分类总体精度达到94.4%,Kappa系数达0.88。该文通过构建冬小麦NDVI加权指数,将比较复杂的多个参数转换为一个参数,并且农学意义明确,相比传统的NDVI时序影像进行冬小麦面积的提取,具有自动化程度高、面积提取精度高、分类结果稳定的特点,已经在全国农作物面积遥感监测业务中进行了应用。
杨信廷 , 孙文娟 , 李明 , 陈梅香 , 明楠 , 韩佳伟 , 李文勇 , 陈明
2016, 32(17):136-143. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.019
摘要:为了监测温室黄瓜叶片湿润情况以计算叶片湿润时间并用于病害预警,利用K-均值聚类算法实现黄瓜叶片的水滴荧光图像分割。选择人工气候室培育的健康且洁净的黄瓜叶片作为试验试材,采用移液枪向叶面、叶缘部位上滴水,模拟不同的叶片湿润情形,使用荧光成像仪蓝光镜头在白天(07:00)和夜晚(18:00)分别采集图像。应用K-均值聚类算法在L*a*b颜色空间对水滴图像进行分割,首先要将原始图像由RGB颜色空间转换到L*a*b颜色空间,然后在在L*a*b颜色空间中利用a*b*二维数据空间的颜色差异,以欧式距离度量像素间的相似度,使用K均值对图像进行聚类,聚类得到的图像灰度化后进一步用数学形态学中的开闭交替滤波方法进行校正,最终完成图像分割。利用该方法对10幅含有不同水滴数量的黄瓜叶片荧光图像进行分割,为了验证该方法的有效性,分别采用基于H分量直方图分割算法、主动轮廓即C_V模型分割方法、融合K均值聚类和Ncut算法作对比试验。试验结果表明,该方法的平均匹配率、误分率相较于其他3种方法有明显的优势,平均匹配率为81.27%、平均误分率为9.57%,较之于其他3种方法,平均匹配率分别提高了44.11、11.50、10.90百分点,平均误分率分别降低了23.03、5.47和5.05百分点。该方法能够较为准确地将水滴从图像中分割出来,这为用计算机器视觉的方法监测黄瓜叶片的润湿时间提供了新的思路。
谢成军 , 李瑞 , 董伟 , 宋良图 , 张洁 , 陈红波 , 陈天娇
2016, 32(17):144-151. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.020
摘要:相较于一般物体的图像,农作物害虫图像因具有复杂的农田环境背景,分类与识别更加困难。为提高害虫图像识别的准确率,该文提出一种基于图像稀疏编码与空间金字塔模型相结合的害虫图像表示与识别方法。该方法利用大量非标注的自然图像块构造过完备学习字典,并运用该学习字典实现对害虫图像的多空间稀疏表示。与此同时,结合多核学习,该文设计了一种害虫图像识别算法。通过对35种害虫的识别,试验结果表明:在相同方法下,该文所提特征提取方法可使平均识别精度提高9.5百分点;此外,进一步通过对221种昆虫及20种蝴蝶的识别,试验结果表明:与传统方法相比较,该文所提方法使得平均识别精度提高14.1百分点。
2016, 32(17):152-159. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.021
摘要:保纹理降噪在农业领域图像处理中具有非常重要的作用。现有降噪方法由于无法正确识别纹理和噪声导致降噪效果不理想。针对该问题,该文提出多尺度插值小波框架下的变分法和剪切波变换耦合降噪方法,其中变分法可以识别图像中的主要目标物轮廓,但把纹理识别为噪声;而剪切波变换可识别图像中的纹理细节,但也容易把噪声当作纹理。耦合方法首先对图像进行错切变换,实现图像中纹理区域的降噪,然后通过变分法消除剪切波变换中误将噪声作为纹理重构出现的人工伪影。耦合方法结合了2种方法的优点,使图像降噪效果得到提高。最后以蝗虫切片图像的降噪为例进行数值验证,相对于变分法,峰值信噪比PSNR提高了6.37%;相对于剪切波,PSNR提高了5.90%,数值结果表明了该方法的有效性。
2016, 32(17):160-167. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.022
摘要:立木材积表是常用的森林调查数表,胸径、树高和材积的测量精度直接影响到编制材积表的精度,该文以全站仪无损测量立木的原理和误差传播理论为基础,推导了测算胸径、树高、材积误差的数学模型,研究了各立木因子间的相关性及其误差变化规律。结果表明:树干各分段高度与分段直径间存在弱相关性,树干总材积的误差受各分段材积的方差和相邻两段材积间的协方差影响。全站仪立木因子测量理论误差材积大于树高和胸径,其中胸径、树高和材积的平均相对误差分别为0.070%、0.023%和0.235%,说明全站仪无损测量立木的理论精度均远高于不同目标的林业调查及编制材积表的精度要求,对大范围的林业生产实践有着现实意义。
朱世秋 , 张琳雪 , 陈周 , 徐艳 , 王梦迪 , 闫建河 , 刘滨疆
2016, 32(17):168-173. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.023
摘要:该文试验研究了带电栽培对植物电特性和光合作用的影响。测量了带电栽培时园艺植物辣椒树的电容、电流和叶片边缘及枝条尖端的电场强度。在保持带电栽培箱温度、空气成分、湿度等环境因素相同的条件下,分别测量了3种园艺植物绿萝、金钻和辣椒树在带正电、带负电及不带电栽培时,密闭栽培箱中CO2浓度。结果表明,带电栽培时植物组织电容值略减小约0.01 nF,植物组织内不同点电流增加1.00~2.00 μA,植物叶片边缘及枝条端产生kV/m级的电场强度。带电栽培加速植物对CO2的吸收,植物叶绿素荧光动力学参数均有不同程度的提高。带电栽培促进了植物光合作用,带负电栽培比带正电栽培的促进作用大。
2016, 32(17):174-181. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.024
摘要:为解决养殖水质溶解氧预测传统方法引入不良样本、精度低等问题,该文以2014、2015年江苏常州养殖基地水质和气象数据为基础,提出了一种基于K-means 聚类和ELM神经网络(extreme learning machine,ELM)的溶解氧预测模型。采用皮尔森相关系数法确定环境因素与溶解氧的相关系数,自定义相似日的统计量-相似度,通过K-means聚类方法将历史日样本划分为若干类,然后分类识别获得与预测日最相似的一类历史日样本集,将其与预测日的实测环境因素作为预测模型的输入样本建立 ELM神经网络溶解氧预测模型。试验结果表明,该模型均具有较快的计算速度和较高的预测精度,在常规天气下,平均绝对百分误差(MAPE)和均方根误差(RMSE)分别达到1.4%、10.8%;在突变天气下,平均绝对百分误差(MAPE)和均方根误差(RMSE)分别达到2.6%和11.6%,有利于水产养殖水质精准调控。
2016, 32(17):182-190. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.025
摘要:该文通过构建ABM(agent-based model)与SFA(substance flow analysis)的耦合模型,模拟农地流转对水稻种植与氮素环境效应的影响,为决策者权衡粮食生产与环境风险两者之间的关系,制定合理的调控政策提供参考依据,并以洞庭湖双季水稻种植区大栗港镇为案例,对该耦合模型进行了实证研究。结果表明:1)随着农地的流转,耕地逐渐向规模种植农户转移,提高了双季稻种植比例和区域水稻总产;2)因农地流转引致的作物种植制度的变化,导致氮素通过挥发、反硝化、径流以及淋失方式损失的环境输出量呈现先减少后增加的变化趋势,分别从2000年的286.5、77.3、46.4和100.0 t减少到2003年的252.2、67.0、40.4和86.5 t,再增加到2014年的324.03、82.6、49.4和107.2 t,此外,氨挥发是此区域氮素损失最主要的途径,而氮淋失是南方水稻田氮素进入水体中最主要的方式;3)随农地的流转,农村土地规模化经营面积的扩大,在耕地地力等级较好的区域,其氮淋失量与氮盈余增长放缓,反而在耕地地力等级较差的区域,其氮淋失量与氮盈余量增加明显。
2016, 32(17):191-197. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.026
摘要:对沼液中氨氮进行脱除,有助于降低沼液对环境的潜在危害和在农业生态应用时对植物的生理毒性,但现有沼液氨氮脱除技术存在氨氮分离反应动力学常数较小和耗时较长等问题。基于此,在扩大沼液中氨氮利用价值的目标下,该文在旋转蒸发仪上对沼液进行了减压蒸馏分离研究并探索了温度、压力和NaOH添加量对氨氮分离效果的影响,同时进行了三因素四水平的正交试验,对操作参数进行优化。研究中,采用氨氮分离一级反应动力学常数评价反应速率,用氨氮分离因子评价氨氮分离性能。单因素试验结果表明,NaOH添加量增加有利于同时提升一级反应动力学常数和分离因子。同时,降低操作压力和增加反应温度有助于提升一级反应动力学常数,但却会带来分离因子值的下降。正交试验结果表明,3个操作参数对氨氮分离效果的主次顺序依次为:pH值,压力,温度。筛选出的优方案为NaOH添加量15 g/L(pH值为13.04)、压力15 kPa、温度35 ℃,此时氨氮分离一级反应动力学常数为0.97 h-1,达到90%氨氮去除率时分离因子值为395.96。这意味着对pH值提升后的沼液进行减压蒸馏,不仅可对沼液中氨氮达到较好的分离效果,理论上还能回收较高浓度的氨水用于沼气净化提纯。相比于热吹脱和气体吹脱技术,在同等pH条件下,减压蒸馏技术可在较低温度下获得更高的一级反应动力学常数,且极易通过温度和压力的改变进行提升,说明减压蒸馏法分离氨氮在反应动力学上具有优势。研究结果可为以回收高浓度氨水为目标的沼液高效低耗氨氮分离提供参考。
2016, 32(17):198-205. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.027
摘要:土地整治可提升耕地自然质量,改善耕地生产条件,研究土地整治项目对耕地质量的影响具有一定意义。该文以上高县2012年土地整治项目为例,在耕地质量等别年度更新的基础上,分析土地整治项目工程对耕地自然质量和生产条件的影响,通过判别耕地自然质量稳定因素和变化因素,增加土地利用修正因素构成评价体系,按农用地分等思路,从整治前后耕地质量等别的变化来研究土地整治项目对耕地质量的影响,并通过多元回归分析方法分析对耕地质量影响较显著的因素。研究结果为:整治后研究区自然质量等从9.06等提升至8.81等,利用等从6.03等提升至4.68等;土地整治项目对耕地质量变化影响较显著的因素主要有:有机质含量、土壤pH值、排水条件、灌溉保证率、田块规整度、路网密度。研究结果表明:耕地自然质量变化因素和土地利用修正因素的选取可准确反映土地整治项目工程特征,评价结果也符合耕地质量真实情况。该文的农用地分等修正方法对于整治后耕地质量评价是可行的,同时评价结果可作为土地整治绩效提供依据。
杨永均 , 张绍良 , 卞正富 , Peter Erskine , 李效顺
2016, 32(17):206-214. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.028
摘要:探索土地复垦的区域差异及其形成机制,有助于制定全面推进土地复垦的策略。该文利用探索性空间数据分析、因子分析和面板数据模型分析了1999-2013年中国(除港、澳、台)复垦土地数量水平的空间格局及影响因素。结果表明:中国复垦土地数量水平呈现弱空间自相关和三级梯度空间特征;空间聚集性较弱,探测到一个高-高的复垦数量水平聚集区,位于华东地区;任务、驱动、保障是影响土地复垦格局及数量水平的三类重要因子,当前中国土地复垦主要以经济驱动为主,任务驱动为次;东部地区主要动力为资源压力和经济吸引力,中部地区亦受土地资源压力驱动,但活跃的矿业活动负面影响了复垦土地数量水平,西部地区复垦任务重,但受自然地理条件的限制作用。最后,从完善复垦任务驱动机制、改革复垦政策导向、加强复垦科技转移、统筹协调复垦工程等方面提出了政策建议。
2016, 32(17):215-225. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.029
摘要:受不利的自然条件等因素影响,西北干旱半干旱地区耕地稳定生产和可持续生产能力较弱。基于全国不稳定耕地调查评价成果,系统分析了地区不稳定耕地现状、成因,并进一步以新疆尉犁县为典型案例,建立基于生态约束强度的多情景模拟方法,设置生态安全情景、综合协调情景和耕地保护情景三种不稳定耕地退耕情景,模拟地区不稳定耕地退耕前后土地用途调整及退耕规模,在此基础上评估不同情景下不稳定耕地退耕影响及退耕可行性。研究发现,①西北干旱半干旱地区存在510 021.53 hm2不稳定耕地,集中分布于新疆北部、甘肃中东部和宁夏中南部,以旱地、水浇地为主的地类结构及较低的耕地质量导致不稳定耕地利用状况普遍不佳;②土地荒漠化、沙化是地区不稳定耕地形成的主要原因,草原、林区和内陆河道过度开垦也是造成地区耕地不稳定的因素;③三种退耕情景下,尉犁县棉花产量将分别下降28.64%、20.34%和10.43%,农民短期棉花种植收入虽受到严重影响,但考虑到退耕后土地用途调整带来的林果业等长期收入,农民总收入将分别增长10.41 %、12.01%和15.25%,退耕也有利于改善地区生态环境,地区生态系统服务总价值分别增长26 743.05万元、19 559.81万元和15 147.52万元,综合权衡下尉犁县不稳定耕地退耕具有可行性。西北地区需要制定严格的法律法规限制土地的无序开垦,尽快出台区域生态红线等管制制度,促进土地利用与生态保护达到协调一致。
史倩华 , 王文龙 , 刘瑞顺 , 郭明明 , 欧阳潮波 , 李建明 , 康宏亮
2016, 32(17):226-232. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.030
摘要:为研究排土场边坡细沟侵蚀特征,采用野外调查方法,以内蒙古永利煤矿为研究对象,测定排土年限(1、3、5 a)和植被措施不同(裸地、沙柳方格+沙棘+油菜/沙打旺、沙柳方格+沙打旺)的排土场边坡物理指标和细沟形态指标。结果表明:1)排土年限为5年时,同一措施下分形维数和土壤容重较1年增大3.60%~7.20%和7.26%~20.00%,含植被措施土壤颗粒分形维数较裸地小0.40%~3.80%。2)以排土年限1年为基准,裸地和沙柳方格+沙棘+油菜/沙打旺措施的细沟总长、细沟密度、平均沟深、平均沟宽和细沟割裂度随排土年限增加而加大97.65%~349.76%、10.34%~277.59%、80.51%~205.11%、28.69%~83.50%、50%~625%和86.37%~129.30%、12.96%~175.93%、1.81%~21.32%、60.61%~67.63%、75%~275%。3)排土年限为3和5 a时裸地细沟侵蚀模数较1a增加4.11%和581.28%,沙柳方格+沙棘+油菜/沙打旺减小27.27%和50.65%。4)细沟总长、平均和最大沟深是评价细沟侵蚀和细沟形态的优选指标。研究结果可为矿区生态恢复重建提供参考。
张世文 , 宁汇荣 , 许大亮 , 叶回春 , 郑印 , 张红艳 , 黄元仿
2016, 32(17):233-241. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.031
摘要:采用多时相Landsat TM遥感数据,借助于植被指数与植被覆盖度,基于不同时序植被覆盖度格点回归斜率、标准差和基末年等级转换矩阵等,分析了研究区植被覆盖度空间异质性及其驱动机制,剖析了采复联动下研究区、开采区和复垦区植被覆盖度变化趋势和波动程度,进而揭示随着时间变化采复活动与植被覆盖度间的响应。研究结果表明:不同年份研究区植被覆盖度及其等级空间分布整体上具有一定相似性,矿山采复活动在一定程度上打破了区域植被覆盖度时空演变格局;研究区植被覆盖度以中(Ⅳ等)、中低(Ⅲ等)为主,按多年均值计算,两者之和占研究区总面积的80%以上;植被覆被度呈增加和减少的区域面积比为2∶3,相关系数在-0.9266~0.4805之间,斜率正值范围内相关性并不显著,而负值范围的-0.9266~0.895呈现不同程度显著性相关;露天采区、排土场及其周边1.5 km范围内的植被覆盖度呈显著下降趋势,且趋于一致。矿区植被恢复经历了一个"高-低-高"的周期循环,半干旱草原区复垦管护期限尽量保证在6a以上。70%以上区域在研究时段内植被覆盖度发生转换,转换较为频繁,Ⅰ等植被覆盖度中的90%是由采矿活动转入的。露天煤矿区植被覆盖的提升有赖于矿区社会压力减少和生态恢复力提高两方面。研究成果将为露天煤矿及其所在区域生态环境科学保护与决策、恢复和治理提供信息支撑。
张卫鹏 , 肖红伟 , 郑志安 , 潘忠礼 , 薛令阳 , 张玉明 , 方小明 , 刘嫣红 , 高振江
2016, 32(17):242-251. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.032
摘要:为探索基于碳纤维红外板加热的真空脉动干燥特性,该文将碳纤维红外干燥技术和真空脉动干燥技术相结合,设计了基于碳纤维红外板的真空脉动干燥装备。该装备由干燥室、真空系统、单层干燥单元、控制系统组成。为便于分析,将实际真空脉动过程划分为4个阶段:抽真空阶段、真空保持阶段、破空阶段、常压保持阶段。设计了基于MODBUS协议的控制系统,以触摸屏为主机,单片机为从机,组成控制器网络。基于干燥室内真空度的监测,采用时序控制,实现干燥室内"真空-常压"的连续转换。基于对碳纤维红外板温度的监测,结合物料内部温度的反馈,实现对干燥温度的有效调控。并以20 mm×20 mm×5 mm的苹果块为试验原料进行试验验证。结果表明:1)该干燥装备设计方案和控制方案可靠,可实现"真空-常压"的连续脉动,并有效干燥物料;2)碳纤维红外板功率1.1 kW/m2,发热面距离料盘上表面3 cm情况下,干燥效果较佳;3)当碳纤维红外板表面温度为65 ℃时,在真空保持阶段,苹果块内部温度约为31 ℃,常压阶段,会迅速上升到约37 ℃。干燥后期,碳纤维红外板表面温度有波动下降趋势,适当降低其温度有助于干燥进行。相比红外热风干燥,苹果块干燥时间缩短30%;4)两种干燥方式下干燥的苹果块色泽存在明显差异,真空脉动红外干燥较优。该文研究的干燥装备和研究结果可应用于苹果块等果蔬物料的干燥,并可为红外干燥技术、真空脉动干燥技术的联合应用提供理论依据。
尹慧敏 , 聂宇燕 , 沈瑾 , 吴文福 , 窦建鹏 , 成荣敏 , 陈俊轶
2016, 32(17):252-258. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.033
摘要:为了实现马铃薯的规模化热风干燥,提高脱水制品的品质、降低生产能耗和成本,该文以薄层干燥试验为基础,研究了鲜切马铃薯丁在不同热风温度(40、50、60、70、80、90 ℃)、风速(0.5、1.0、1.5、2.5、3.5 m/s)和切丁长度(2.5、5、10、15 mm)条件下的干燥曲线、水分有效扩散系数和干燥活化能。利用Weibull分布函数拟合了干燥曲线,并建立了风温、风速和切丁长度与模型参数的定量关系。研究表明:鲜切马铃薯丁的热风干燥过程服从Weibull分布函数(R2=0.991~0.999),是典型的降速干燥过程,模型的尺度参数α与热风温度、风速和切丁长度有关;模型的形状参数β与风速和切丁长度有关,而温度对其影响不显著(P>0.05);水分有效平均扩散系数在1.859~12.509×10-9 m2/s之间,与热风温度和风速显著相关(P<0.05),而物料切丁长度对其影响不显著(P>0.05);几何尺寸Rg值与干燥物料的切丁长度和风速有关;马铃薯丁热风干燥的活化能为19.107 kJ/mol。该研究可为马铃薯热风干燥提供理论和技术基础。
钱婧雅 , 张茜 , 王军 , 方小明 , 张卫鹏 , 高振江 , 刘嫣红 , 肖红伟
2016, 32(17):259-265. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.034
摘要:为了解决传统油炸红枣脆片含油率高、维生素C损失严重及褐变等问题,探索红枣脆片新的加工方法,该文以新鲜脆熟期红枣为原料,利用气体射流冲击、中短波红外、真空脉动3种干燥技术进行非油炸红枣脆片的生产加工,对比了3种干燥方式对红枣脆片的干燥特性、色泽、维生素C保留率、复水性能、质地以及微观结构的影响。结果表明:1)红枣脆片在3种干燥方式下均表现为降速干燥,其中气体射流冲击干燥时间最短,为105 min,气体射流冲击、中短波红外、真空脉动干燥方式的水分有效扩散系数分别为1.55×10-9、1.03×10-9、0.89×10-9 m2/s;2)干燥方式对枣片色泽具有显著性影响(P<0.05),真空脉动干燥所得枣片与新鲜枣片色泽最为接近;3)气体射流冲击、中短波红外、真空脉动干燥方式干燥后红枣脆片的维生素C保留率分别为51.5%、49.0%、66.6%,真空脉动干燥所得枣片维生素C含量保存率明显高于其他两种干燥方式(P<0.05);4)气体射流冲击、中短波红外、真空脉动干燥方式加工的红枣脆片脆度分别为8.64、8.77、11.38 N,真空脉动干燥方式所得枣片最为酥脆;5)扫描电镜观测表明3种干燥方式均能得到疏松多孔的组织结构,真空脉动干燥所得枣片比气体射流和中短波红外干燥所得枣片组织结构更为疏松。从干燥时间来看气体射流冲击干燥耗时最短,但3种干燥方式所得红枣脆片色泽、维生素C保留率、复水性能和质地均以真空脉动干燥最优。该研究为低含油率和高品质红枣脆片的加工工艺选择提供了一定的理论依据。
2016, 32(17):266-273. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.035
摘要:溶质在渗透脱水过程中过多渗入组织不利于渗透脱水进程,同时对营养、感官特性与外观形态等均会产生不利影响。为了抑制渗透脱水过程中溶质过多渗入扇贝柱,提高渗透脱水效率,研究了壳聚糖、低甲氧基果胶与海藻酸钠等3种不同成膜预处理对扇贝柱渗透脱水过程中传质特性影响。采用Peleg模型拟合扇贝柱渗透脱水过程中传质和动力学参数;采用Fick's第二扩散定律评估水分扩散系数(Dew)和溶质扩散系数(Des)以及渗透脱水效率(Dew/Des)。扇贝柱渗透脱水过程受到成膜材料种类、渗透溶液温度和氯化钠质量分数影响显著(P<0.05)。成膜预处理扇贝柱的水分损失和氯化钠渗入的初始速率与平衡速率均低于(P<0.05)未经涂膜的对照组。有效扩散系数随着渗透脱水温度的升高而增加,水分和氯化钠有效扩散系数范围分别为1.224×10-9~2.321×10-9 m2/s和1.152×10-9~1.894×10-9 m2/s。成膜预处理可在维持较高失水率的同时有效地控制高温渗透脱水过程中氯化钠的渗入。海藻酸钠与低甲氧基果胶成膜预处理后扇贝柱的脱水效率(Dew/Des)高于(P<0.05)对照组。然而,对于壳聚糖成膜预处理,当氯化钠液质量分数高于30%或者质量分数为20%且温度为25℃时,扇贝柱脱水效率高于(P<0.05)对照组。扇贝柱渗透脱水过程中,为了调控固形物增加和提高渗透脱水效率,成膜预处理是一种行之有效的方法,具有广阔的应用前景。
2016, 32(17):274-280. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.036
摘要:为研究水稻种子浸种过程中内部水分流动情况,可视化内部水分传递过程,利用低场核磁共振及其成像技术,监测沈农9816号、七山占及秀子糯3个品种水稻种子48 h浸种过程。每6 h时间间隔利用自旋回波(spin echo,SE)脉冲序列获取样品的质子密度加权像,利用硬脉冲自旋回波(carr-purcell-meiboomgill sequence,CPMG)序列获取样品的横向弛豫时间T2反演谱,从而分析浸种过程对水稻种子内部水分分布的影响。试验结果表明:核磁共振是一种有效的水分检测技术,可以实现浸种过程中种子内部水分的快速、准确、无损的检测。利用水稻种子的质子密度加权像,能够直观检测到种子内部水分分布情况,动态的监测到种子内部水分流动过程,分析发现水分最初是从胚进入种子内部,继而通过种皮的渗透,最后到达胚乳部分。根据T2反演谱信号幅值计算得到的水稻种子吸水率,发现3个品种在相同浸种时间的各个监测点均反映出秀子糯吸水率最高,沈农9816号吸水率最低,试验结果验证了支链淀粉的吸水性优于直链淀粉。研究结果可以为水稻种子浸种过程中水分传递的理论模型构建提供数据支持。
沙小梅 , 胡姿姿 , 涂宗财 , 王辉 , 黄涛 , 张露 , 杨萍
2016, 32(17):281-286. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.037
摘要:为提升大豆分离蛋白(soy protein isolate ,SPI)的功能性质,该文引入大豆可溶性多糖(soybean soluble polysaccharides,SSPS),构建大豆分离蛋白-大豆可溶性多糖体系(SPI-SSPS),研究动态高压微射流(dynamic high-pressure microfluidization,DHPM)处理对SPI-SSPS功能特性的影响。分别采用0, 60, 100, 140和180 MPa的 DHPM压力处理SPI-SSPS,探究不同压力对SPI-SSPS起泡特性、乳化特性、溶解性、粒度分布和表面疏水性的影响。结果表明,DHPM处理能提高SPI的溶解性和起泡特性,且SSPS的存在能显著提高DHPM对SPI功能性质的改善效果(P<0.05)。100和60 MPa的DHPM处理能使SPI-SSPS呈现较高的起泡能力和起泡稳定性,分别为未处理样品的1.2和2.4倍。140 MPa的DHPM处理使SPI-SSPS溶解性较强,为未处理样品的1.8倍。然而,DHPM处理会显著降低SPI-SSPS的乳化特性、粒径和表面疏水性(P<0.05)。随着处理压力的增加,SPI-SSPS的粒度和表面疏水性逐渐降低,在180MPa的DHPM处理下SPI-SSPS具有较小的粒径和较低的荧光强度。综上所述,DHPM结合SSPS改性技术可用于改善SPI的功能性质(如溶解性、起泡性),促进SPI在食品工业的应用。该文的研究结果可为SPI的功能性质改性提供参考。
2016, 32(17):287-293. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.038
摘要:为了降低大豆酱油的含盐量,该文利用电渗析技术对大豆酱油进行脱盐处理,通过单因素试验探讨了电压、流速、pH值对电渗析脱盐效果的影响,确定了较佳电渗析工艺。结果表明在电压为9 V,流速为2.4 cm/s,pH值为4.2,电渗析50 min时脱盐效果较好,氨基酸态氮损失较小,氨基酸态氮损失19.4%,脱盐率达到81.6%。利用氨基酸自动分析仪和气相色谱-质谱联用仪(gas chromatography-mass spectrometry)分析了电渗析前后游离氨基酸及挥发性风味物质的变化规律,结果表明电渗析过程中氨基酸及风味物质均有损失。几种苦味氨基酸如组氨酸、精氨酸、赖氨酸损失较大,分别损失了23.79%、26.39%和28.5%;电渗析过程中,酱油风味物质中醇类、酚类损失较大,尤其是4-乙基愈创木酚损失最多,但因其气味阈值较低,因此对酱油风味影响较小。研究结果为减盐酱油系列产品的生产提供了参考和依据。
邹小波 , 王圣 , 石吉勇 , 翟晓东 , 黄晓玮 , 赵号
2016, 32(17):294-300. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.039
摘要:为了开发天然的抗氧化活性包装材料,以紫甘蓝、黑米、玫瑰、蓝莓为原料制备天然花青素提取物与壳聚糖明胶的复合膜,比较分析了不同天然花青素提取物对复合膜的物理、机械、抗氧化活性及形貌结构的影响。结果表明:天然花青素提取物的加入,增加了膜的厚度,显著(P<0.05)影响膜的含水率、水溶性及外观形貌。壳聚糖明胶复合膜的水蒸汽透过率(water vapor permeability,WVP)为10.69×10-11 g/(m·s·Pa)。玫瑰花青素提取物的加入使得WVP值降低,而其他花青素提取物的加入使得WVP值增大。玫瑰复合膜的拉伸强度最大,达到27.03 MPa,断裂伸长率最小,黑米花青素提取物可增加复合膜的延展性,断裂伸长率最大为57.67%。傅里叶红外光谱表明天然花青素提取物的羟基基团与壳聚糖的氨基基团产生相互作用。扫描电镜结果表明花青素提取物影响微观结构,而且生物相容性较好。加入天然花青素提取物后,复合膜抗氧化活性均显著(P<0.05)提高,且玫瑰复合膜有着较高的抗氧化活性,1,1-二苯基-2-苦基肼(DPPH)自由基清除能力达到95.47%。结果表明:玫瑰花青素提取物更有利于开发阻湿性能好,水溶性低,抗拉伸和抗氧化活性高的包装材料,具有良好的应用前景。
徐菲 , 杨希娟 , 党斌 , 赵亚东 , 吴昆仑 , 迟德钊
2016, 32(17):301-308. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.040
摘要:为了提高青稞的附加利用价值,该文以青稞麸皮为研究对象,考察了提取试剂、酸质量分数、萃取pH值、料液比和提取温度对多酚质量分数和DPPH·自由基清除能力的影响。采用中心组合设计优化其结合酚提取工艺。结果表明,青稞结合酚提取最优工艺条件为:提取试剂为硫酸,质量分数为11.10%,水料比为1:17 g/mL,提取温度为75℃,pH值不作处理,此条件下提取得到的结合酚质量分数达224.33 mg/(100 g),DPPH·自由基清除能力达9 919.28 μmol/(100 g),与预测值多酚质量分数243.80 mg/(100 g),其DPPH·自由基清除能力9 087.02 μmol/(100 g)基本一致。高效液相色谱法检测到最优工艺下所得青稞结合酚中含有8种酚酸及8种黄酮类物质,总量达325.104 mg/(100 g)。研究结果为全面评价青稞结合酚含量及青稞麸皮的高效利用提供科学依据。
2016, 32(17):309-314. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.041
摘要:为探讨麦秸秆不同处理方法对其制备的聚丙烯(polypropylene,PP)复合材料耐霉菌腐蚀性能影响,采用NaOH、HAc、水热、微波4种方法对麦秸秆纤维进行表面预处理,并对未处理和4种处理麦秸秆制备的复合材料进行霉菌加速腐蚀试验,测试了5种复合材料腐蚀前后的力学性能、颜色变化和吸水性,用傅立叶红外光谱分析其官能团的变化,观察并分析复合材料表面霉菌生长情况及表面微观结构。结果表明:霉菌能腐蚀麦秸秆纤维中的纤维素、半纤维素和木质素,使复合材料表面产生裂纹和孔洞,预处理可改善麦秸秆纤维和PP基体间的界面结合,有效地阻止霉菌腐蚀复合材料中麦秸秆的纤维素、半纤维素和木质素,其中5%NaOH预处理效果最佳,其弯曲强度、拉伸和冲击强度分别比未处理的提高了1.68%、3.67%和75.28%,吸水率和色差值降低12.99%和55.25%,经预处理麦秸秆制备复合材料腐蚀后表面裂纹和较大孔洞减少。该研究结果可为提高木塑复合材料防霉效力提供试验数据和理论参考,有利于延长木塑复合材料使用寿命。