高连兴 , 陈中玉 , Charles Chen , C. L. Butts
2017, 33(12):1-9. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.001
摘要:美国是花生收获机械化最早也是技术最先进国家,花生生产与出口一直保持世界强国地位。为探明美国花生收获机械化高水平发展主要动因,发现可供借鉴的经验和教训,运用文献研究法、社会调查法、经验总结法和一般科学思维方法等,系统地回顾了美国20世纪40年代以来花生收获方式和机械化收获技术衍变历程,深入分析了两段收获方式的选择和农机农艺紧密融合过程及其在花生收获机械化发展中的关键作用。结合中国花生生产与机械化现状,提出了因地制宜确立各主产区适宜的花生收获方式和技术路线,建立区域性花生种植技术体系,处理好花生花生机械技术引进与研发的关系,加强花生收获机械关键技术、产地干燥技术和花生秸秆收获技术研发等建议。
2017, 33(12):10-19. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.002
摘要:畜牧业温室气体排放占人类活动温室气体排放总量的18%,已成为全球温室气体排放的重要贡献部门。运用全生命周期评价法全面测度了2000-2014年中国大陆31个省区的畜牧业碳排放,采用对数平均迪氏指数分解法,将畜牧业碳排放分解为畜牧业生产效率、农业生产结构调整、单位农业人口农业生产收益、城镇化和总人口增长5大因素,从时空2个层面揭示了畜牧业碳排放的驱动效应。结果表明:1)2000-2014年,中国畜牧业碳排放总量由1.374×108 t增长到1.506×108 t,年均增速0.654%,其中畜禽胃肠发酵和粪便管理系统产生的碳排放是其主要来源,两者占畜牧业碳排放总量比例达65.58%~73.23%。2)无论从时间还是空间层面看,畜牧业生产效率都是抑制中国畜牧业碳排放持续增长的最重要因素,单位农业人口农业生产效益则是导致中国畜牧业碳排量持续增长的最重要因素,这一因素对草原畜牧业区和农耕畜牧业区的畜牧业碳排放促进作用非常明显,而对经济发达地区较为有限;总人口增长是促使畜牧业碳排放增长的另一重要因素,尤其是对人口大量流入的经济发达地区和计划生育政策宽松的广大西部少数民族地区更为明显。3)2000-2014年,城镇化是有效抑制畜牧业碳排放的第二大因素,而农业结构调整对畜牧业碳排放变化呈现由正向驱动转为负向驱动的变化特征,这一特征在中国畜牧业较为发达的中东部地区表现较为明显。
2017, 33(12):20-27. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.003
摘要:为解决中国北方旱地谷子播种难、播后出苗率低的问题,根据谷子免间苗精少量播种农艺要求,采用农用保水剂和水配制了谷子种粒混合悬浮液(mixed suspension),并针对其设计试制了谷子精少量流体排种装置。该文设计确定了输送泵滚轮数为6个及分合式排种管组合结构与尺寸参数,其中泵管、长弯排种管、短弯排种管、末端排种管的内径分别为4.8、4、4、4 mm,长度分别为700、100、74.4、20 mm;并阐述了流体排种装置吸种、输种、排种工作过程。以种粒数变异系数为指标对配制的谷子种粒混合悬浮液的均匀性和稳定性进行了试验测定;以种粒破碎率、穴距合格率、穴粒数合格率、空穴率为指标对流体排种装置进行了室内排种试验;以穴距合格率、穴株数合格率、出苗率为指标进行了田间播种试验。结果表明,谷子种粒混合悬浮液中保水剂、谷子种粒、水的质量比为1.1∶10∶200,其静置0.5 h后种粒数变异系数为9.8%,谷子种粒混合悬浮液在静置5 h内的种粒数变异系数为9.7%~10.4%,谷子种粒未发生沉降现象;室内排种试验种粒破碎率小于0.01%、穴距合格率大于86%、穴粒数合格率大于75%、空穴率小于4.0%;田间播种试验穴距合格率大于77%、穴株数合格率大于74%、出苗率大于87 %。该研究可为小颗粒种子精少量流体播种技术与装备的研发提供参考。
2017, 33(12):28-33. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.004
摘要:针对联合收割机的振动问题,该文以4L-0.2微型联合收割机为研究对象,利用最小幅值点法,通过优化割台与整机的连接点,减小振动能量的传递。首先,对比割台有限元仿真模态和试验模态,验证仿真模型和试验数据的正确性,为后续分析确定模态分析的阶次。其次,利用电机驱动割刀模拟工作工况,发现5、10和15 Hz 3个频率的频谱幅值较大,对整机的振动影响明显。而后,利用激振器作激励源,测量单频激励时分布在拟挂接区域内选定点的振动幅值,以这些点的坐标和振幅为采样,拟合二次曲线,(拟合度取值范围0.879~0.975),得到单频极小振动幅值点。最后,以频谱幅值比例和人体对不同方向振动的敏感度作为影响系数,求出3个频率极小振动幅值点的加权重心,作为连接点的优化解。为了验证优化解的正确性,试验测量该点在工作工况下的振幅,结果表明振幅小于拟挂接区其他各点,为该区域平均加权幅值29.707 m/s2的89.29%,最大振幅点幅值35.044 m/s2的74.92%,达到优化要求。
2017, 33(12):34-39. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.005
摘要:针对现有用于番茄果秧分离的双偏心块振动发生器运动参数易受载荷影响、分离滚筒易堵塞以及前期研究的单组非圆行星轮系振动发生器传动部件载荷不均衡等问题,设计了一种三组非圆行星轮系振动发生器。对双偏心块式振动发生器驱动下分离滚筒的运动进行了分析,获取了分离滚筒拟合角位移、角速度曲线,并将其作为三组非圆行星轮系振动发生器的输出目标曲线。通过建立非圆齿轮传动比方程以及节曲线方程,确定了三组非圆行星轮系振动发生器非圆齿轮的基本参数。搭建了分离滚筒运动测试试验台,利用高速摄像系统在振动发生器输入转速为111 r/min,高速摄像系统帧率为800 帧/s的参数条件下获得实测角位移、角速度,通过MATLAB软件获取了分离滚筒在三组非圆行星轮系振动发生器驱动下的角位移和角速度拟合曲线,并分别与对应的仿真曲线和目标曲线进行对比分析,结果表明:试验角位移和角速度曲线与仿真及目标曲线基本吻合。验证了非圆行星轮系振动发生器设计的合理性。通过ADAMS获取了三组和单组非圆行星轮系振动发生器的齿面接触力,通过对比分析,发现单组非圆行星轮系振动发生器的齿面接触力变化范围为0~200 000 N,三组非圆行星轮系振动发生器齿面接触力为0~125 N,验证了三组相对于单组非圆行星轮系振动发生器更加均衡的特性。该研究为多组非圆行星轮系番茄果秧分离振动发生器的开发提供参考。
初 麒 , 辜 松 , 杨 意 , 黎 波 , 吕亚军 , 胡俊生 , 杨艳丽
2017, 33(12):40-47. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.006
摘要:多手并行移植作业可有效提高接种效率,而现有组培苗接种移植手结构复杂、占用空间大,不适于狭小空间内多移植手并行接种作业,且对组培苗个体差异适应性较差,存在夹苗不稳或伤苗的情况,针对上述问题该文设计了一种负压引导式气力把持移植手,通过负压气流对马铃薯组培苗进行引导与把持,强化对组培苗个体差异的适应能力,实现组培苗的柔性容偏把持。该文对移植手吸嘴进行了三维建模及流体仿真分析,确定移植手吸嘴形式为外径5 mm、内径 4 mm圆管状,前端设置90?夹角引导翅,引导翅顶点间距为10 mm。针对移植手引导性能进行正交试验,结果表明:对于平均苗径为(1.23±0.21) mm接种期马铃薯组培苗,当吸嘴真空度为8.6×10?3 MPa时,对组培苗容偏引导半径为4 mm。在移植手吸嘴真空度为8.6×10?3 MPa条件下进行茎段切割及扦插作业性能试验,结果表明:当利用厚度0.3 mm、直径45 mm圆盘切割刀以7 r/s以上转速切割茎段时,保证正常切割效果的进给速度可达0.03 m/s;对于直径为(0.7±0.1)、(1.1±0.1)、(1.5±0.1)mm条件下茎段,扦插速度为0.01 m/s时,茎段扦插成功率可达100%。该研究可为马铃薯组培苗自动移植设备开发提供技术参考。
2017, 33(12):48-55. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.007
摘要:为研究联合收获机脱粒装置脱出物喂入量对清选装置内部气流场的影响,研制了多风道清选试验台,在清选室内振动筛上、下方分别布置25个气流速度测点,并在风机转速1 350 r/min、鱼鳞筛开度22 mm、分风板Ⅰ倾角24°、分风板Ⅱ倾角20°的额定工作参数下,采用VS110型热线式风速仪对清选装置内部无脱出物和1~4 kg/s脱出物喂入量工况分别进行气流场测量试验。试验结果表明:各测点的气流速度随脱出物喂入量的增大而有着不同程度的减小;无脱出物时各测点的气流速度最大,喂入量每增大1 kg/s,振动筛上方测点的气流速度下降1.2%~16.4%,振动筛下方测点的气流速度下降1.4%~9.3%;特别是在最大4 kg/s喂入量时,振动筛上方气流速度衰减较多,比无脱出物时气流速度下降12.6%~30.7%;相同喂入量条件下,振动筛横向1/3、2/3处的气流速度比1/2处大,振动筛纵向筛面上方前部气流速度较小、中后部气流速度较大、筛尾处气流有所回升。研究结果为多风道清选装置的设计和田间试验时参数调整提供依据。
郭 慧 , 陈 志 , 贾洪雷 , 郑铁志 , 王 刚 , 王 奇
2017, 33(12):56-65. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.008
摘要:为简化机具结构,同时解决传统播种作业过程中覆土及镇压作业稳定性不佳的问题,该文设计了一种兼具覆土和镇压功能的覆土镇压器,该装置由左右2个具有锥形结构的覆土镇压轮组成。通过对覆土镇压作业过程种沟土壤受力情况和运动过程的分析,明确了该装置的覆土和镇压作用机理,及覆土镇压器主要结构参数和作业参数(外径、覆土镇压器宽度、内倾角和载荷)的取值范围,同时确定了影响覆土和镇压性能的3个主要影响因素(外载荷、左右覆土镇压轮间距和内倾角)。通过三因素三水平Box-Benhnken试验,以作业后的覆土厚度和种沟上方距离地表5 cm处土壤紧实度为试验指标,得到了影响土壤紧实度的各因素的主次顺序为:载荷、左右覆土镇压轮间距、内倾角,影响覆土厚度的各因素的主次顺序为:内倾角、载荷、左右覆土镇压轮间距。通过Design-Expert软件获得了覆土镇压器最佳参数组合为:载荷900 N,左右覆土镇压轮间距为13 mm,内倾角为16?。最佳参数组合的验证试验得出,作业后种沟上方距离地表5 cm处土壤紧实度均值为(43.8?1.9) kPa,变异系数为4.3%;覆土厚度均值为(32.9?2.3) mm,变异系数为6.9%。满足既定的设计目标,且具有较好的作业稳定性,该研究可为播种机覆土镇压器的设计提供参考。
2017, 33(12):66-73. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.009
摘要:针对目前雾化栽培领域所用喷嘴无法兼具雾滴粒径细小及大雾化量特性的问题,该文设计了一种带阶梯型谐振腔的流体动力式Hartmann低频超声雾化喷嘴,为了使喷嘴喷雾方向可控,对雾化区域进行了流场主动控制,即在喷雾出口区域设置了圆锥罩,通过数值模拟研究了小尺寸阶梯型谐振腔的振动特性,对其雾化效果进行了试验对比。结果表明:在相同参数条件下,当阶梯型谐振腔第二级阶梯孔与第一级阶梯孔深度比超过2时,其谐振频率达到了传统圆柱型谐振腔谐振频率的1.6~1.7倍;圆锥罩的加入使得腔内流体压力振幅变大,初段起振特性更优;阶梯型谐振腔两级阶梯孔孔径比是影响阶梯腔谐振特性的重要因素,阶梯孔孔径比的改变会使阶梯型谐振腔的谐振模式由"回流模式"转变为"尖声模式"或使谐振现象消失;带阶梯型腔体的低频超声雾化喷嘴比带普通圆柱型腔体喷嘴的雾化效果更好,在0.1 MPa~ 0.5 MPa的进气压力下,前者比后者雾滴粒径小2~6 ?m;阶梯型谐振腔式超声雾化喷嘴在加装圆锥罩之后,低压时的雾滴粒径随供气压力变化更大,而在高压时,其雾化效果与没有加装圆锥罩的阶梯型谐振腔式超声雾化喷嘴相比基本一致;索太尔平均粒径SMD(Sauter mean diameter)随Laval管出口与谐振腔之间的距离的变大呈现出先变小后变大的趋势,SMD的变化趋势与腔内声压级SPL的变化趋势基本一致。雾化量为2 L/h下时,阶梯腔式超声雾化喷嘴的最小雾滴粒径为42 μm。该研究可为阶梯腔式超声雾化喷嘴在雾化栽培领域的应用提供参考。
闻德生 , 商旭东 , 顾 攀 , 潘为圆 , 石滋洲 , 郑 伟
2017, 33(12):74-81. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.010
摘要:为了详细分析双定子摆动液压马达的泄漏和容积效率,获得合理的间隙密封尺寸和密封结构改进方案,基于双定子摆动液压马达内部结构的分析,归纳出内、外马达的几何排量计算式,分析出该马达的主要泄漏途径。通过建立各泄漏途径的流量数学式,得到马达在不同连接形式下总泄漏量的一般公式。对不同连接形式下马达的容积效率进行了理论计算,针对马达的端面泄漏提出了密封结构改进方案,同时搭建试验台对改进前后的双定子摆动液压马达样机进行了容积效率测试。结果表明,随着马达进出口压差从1 MPa逐渐升高到10 MPa,马达的容积效率随之降低;且在不同的连接方式下,马达的容积效率也不相同,当进出油口压差一定时,外马达单独工作容积效率最高,内、外马达差动工作容积效率最低。如当马达行程时间为3 s,进出油口压差为4 MPa时,马达容积效率最大值约为92%,最小值约为86%。并且对该马达端面密封的改进可使其容积效率在一定程度上有所提高。该研究为双定子摆动液压马达的设计和应用提供 参考。
2017, 33(12):82-90. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.011
摘要:为提高软性磨粒流切削的效能,研究了利用超声空化作用加快材料去除的方法。在分析磨粒抛光试验和计算流体动力学仿真结果的基础上,提出并验证磨粒碰撞壁面的动能是影响切削效率主要因素的假设;根据对超声空化气泡溃灭,及其在外围水域中冲击波形成与传播的研究结果,分析气泡溃灭在推动磨粒改变其动能时所起的增强湍流效果的作用。在此基础上搭建了超声辅助磨粒流试验装置,以表面覆有氧化层的硅片为试验对象,根据其表面氧化层的去除情况,分析超声空化对硅片表面材料去除能力的影响,并在磨粒流加工无氧化层硅片表面的试验中,观察到超声空化对磨粒流切削的显著影响。验证了超声空化能使磨粒流中的磨粒的动能发生改变,从而起到提高切削效率和提高表面质量的作用,以期为超声波作用下磨粒流加工工艺的改进提供参考。
石 刚 , 刘 洋 , 韩 笑 , 吴 潇 , 郭 伟 , 徐向阳
2017, 33(12):91-98. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.012
摘要:为解决传统自动变速器与发动机怠速启停系统匹配时产生的起步迟滞和发动机启动失败等问题,该文设计了变速器控制器TCU(transmission control unit)、发动机管理系统EMS(engine management system)和电动泵的协同控制策略,通过所设计的协同控制极大地提高了启动成功率,并通过电动泵智能调速控制方法为自动变速器离合器提前建立油压,避免起步迟滞。该文设计的电动泵的智能调速方法可以减小油泵泵油损失,提高液压系统效率。为了实现平稳舒适的起步换挡,推导了液力机械式自动变速器AT(automatic transmission)车辆起步动力学模型和离合器控制系统模型,基于模型设计了起步离合器油压控制方法,提出了离合器卸油至接触点的控制方法,当车辆再次起步时可以提早响应约400 ms。在自动启停过程中还考虑了换挡杆切换的特殊工况,保证了系统的大覆盖率。通过整车搭载试验验证了所设计的控制策略具备可行性,起步过程中变速器输出轴转速变化平顺,起步冲击度大大降低。电动泵的智能调速控制方法可降低油耗约1.5%。该文的研究方法首次实现了自主品牌AT变速器与启停系统的良好匹配及应用,具有一定的参考意义。
2017, 33(12):99-106. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.013
摘要:针对一般车辆碰撞时间(time to collision,TTC)算法预警阈值固定造成车辆低速行驶中出现预警过早及高速行驶出现预警不及时的问题,该文提出一种基于行驶车速的车辆防撞时间预警方法。行驶车辆通过车载设备实时获取自车与他车的状态信息,根据车辆状态信息建立高斯平面坐标系获取车辆位置坐标,对车辆可能发生的碰撞进行分类处理,依据车辆行驶速度设定相应的安全防撞时间,然后将车辆发生碰撞需要的时间与安全防撞时间进行比较,存在碰撞危险则通过预警显示提醒驾驶员。试验结果表明:该方法预警准确率达88.89%,而一般TTC固定阈值方法则预警过早率达81.48%,预警过晚率达70.37%,故该方法对进行车辆危险预警更有效,更符合实际车辆防撞情形,提高了车辆行驶的安全性,可为车辆的及时预警提供参考。
2017, 33(12):107-115. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.014
摘要:药箱的液量是植保无人机精准作业中需要监测的重要信息之一。为了实现对植保无人机药箱液量的实时监测,针对植保无人机作业过程中存在的液面波动剧烈、药液的理化特性各异、药箱空间小、防腐蚀要求高等特点,该文提出一种双气压式液量监测装置的设计方案,包括双气压式液位监测、药箱液面震荡干扰滤波、机身倾斜干扰校正以及液位-液量换算模型等。为了验证方案的可行性,制作了液量监测装置的样机,并设计了相关的验证试验进行性能测试。试验结果表明:采用同时监测环境气压和密闭气室内气压的双气压式差值法,液位高度与气压差值之间呈线性负相关关系,决定系数为0.998 9,可有效消除环境气压变化对测量精度和稳定性带来的影响;融合了中位值平均滤波法与滑动平均滤波法优势的混合数字滤波算法,使药箱液位数据的变异系数由滤波处理前的28.45%降低到12.27%,对液面震荡干扰具有较好的滤波效果;基于微机械陀螺仪的校正算法,在机身倾斜30°时,气压差值误差从校正前的-1.09 hPa,降低至校正后的0.05 hPa,可较好地消除植保无人机飞行中机身倾斜带来的药箱倾斜干扰误差;在植保无人机机载动态测试试验中,设计了前进、后退、田间掉头移行等3种常见的飞行工况中进行测试,在2、4、6 L的载药量时,液量监测器输出的液量数据均值分别为1.985、3.942、5.984 L,经过校正处理后液量相对误差分别为0.75%、1.45%、0.77%,均方根误差分别为0.182、0.199、0.180 L,表明液量监测器在不同实际作业工况中的数据输出较稳定可靠。
2017, 33(12):116-121. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.015
摘要:该文研究毛管射流脉冲三通水力特性并提出毛管脉冲三通水力设计方法。在脉冲三通2个出口端,安装6组不同长度的毛管(30、40、50、60、70、80 m),在5种压力条件下(5、6、8、10、12 m水头),分别测试6组不同长度毛管的脉冲水力特性,建立描述射流脉冲三通的脉冲水力特性和水头损失的非线性方程,以及脉冲特性和灌水均匀系数的非线性方程,经验证,拟合公式计算值与试验值相对误差不大于1.5%,表明得到的非线性方程可反映脉冲三通的水力特性与水头损失及灌水均匀系数的变化规律。以此为基础,提出设计情况下脉冲三通进口压力计算步骤,通过设计实例表明,基于水头振幅和脉冲频率获得的灌水均匀系数分别为98.13%和98%,绝对误差仅0.13%,可以简便快速地确定不同需水作物条件下毛管脉冲三通的进口压力,预测毛管的灌水均匀系数。该研究结果为射流脉冲三通滴灌系统水力设计提供计算方法。
2017, 33(12):122-129. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.016
摘要:为确定适于江苏沿海滩涂地区农田高标准降渍要求的暗管排水系统布置方案,该文根据江苏东台1953?2015年的逐日气象资料,以棉花为例,雨后3 d内将地下水埋深降至地表以下80 cm为排水降渍指标,运用DRAINMOD模型模拟了降渍保证率为95%的暗管排水系统布置方案,并在此基础上分析了相应的田间水文效应,以及补充灌溉对产量的作用。结果表明:在满足95%保证率的高标准降渍要求下,棉田的最大暗管间距与暗管埋深的模拟值大致呈对数函数关系;8月进行补充性灌溉后,满足降渍指标的暗管排水布局可获得的棉花多年平均相对产量为84.3%~86.3%;随着暗管埋深的增大,总排水量模拟值逐渐升高,生育期地下水埋深下降明显,花铃期受渍期间地下水埋深小于30 cm的累计值逐渐降低。综合考虑研究区除涝降渍、排水洗盐、作物产量、环境保护和经济效益等多重目标,推荐埋深120~150 cm、间距15~20 m为研究区适宜的暗管排水系统布置参数。研究成果可为沿海地区滩涂农业综合开发及生态环境保护提供理论依据。
2017, 33(12):130-135. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.017
摘要:为了描述稻田塘堰系统水转化过程,以水量平衡原理为基础,建立稻田塘堰系统水转化系统动力学模型。利用漳河灌区三干渠中游区域尺度塘堰日水位观测资料对模型进行检验,模拟结果的复相关系数、Nash-Sutcliffe系数和均方根误差分别为0.90、0.79和0.155 m/d。在浅水灌溉模式下,对研究区域内塘堰调蓄方式进行动态模拟,结果表明,塘堰在完全调蓄时可以保障作物充分灌溉,在部分调蓄与不调蓄时作物分别在第72天和45天发生水分胁迫,塘堰灌溉对保证作物正常生长天数具有显著效果。当塘堰完全调蓄时,在浅水灌溉、湿润灌溉及间歇灌溉模式下,塘堰最低蓄水量占最大蓄水量的比例分别为2.0%、18.9%和41.3%,塘堰的有效水利用率分别为84.7%、80.9%和67.7%。研究可为稻田塘堰系统合理利用雨水资源、灌溉管理提供理论依据。
姜秋香 , 周智美 , 王子龙 , 付 强 , 王 天 , 赵蚰竹
2017, 33(12):136-143. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.018
摘要:黑龙江省水资源系统的平衡对保障区域工农业发展至关重要。由于粮食主产区发展过程中水资源存在许多不确定性因素,在追求经济增长的同时,黑龙江省水资源也存在着较大的风险。该文以黑龙江省及其13个地级市为研究区域,基于熵权物元模型评价水资源短缺风险,利用平均迪氏分解法(logarithmic mean Divisia index, LMDI)分析影响用水量变化的驱动因素,通过耦合协调模型和GIS软件分析影响水资源短缺的因素及其区域差异性,采用经济与资源双重导向的优化路径,解决水资源短缺风险问题。结果表明,2014年黑龙江省整体水资源短缺处于III级-中等风险,水土资源处于拮抗耦合中度协调级别且土地资源发展略微滞后;鹤岗、双鸭山、大庆和佳木斯水资源短缺为V级,其中大庆市水资源发展明显滞后。随着经济社会的持续发展,应结合区域资源禀赋和风险特征,制定合理的水资源开发利用方案。
2017, 33(12):144-152. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.019
摘要:为探明干旱地区膜下滴灌玉米土壤水热盐效应及秋浇洗盐灌溉的效果,该文根据2014-2015年进行的田间试验,分析膜下滴灌不同灌溉制度下生育期土壤水分盐分剖面分布特性、土壤温度变化及对玉米产量品质的影响和非生育期洗盐灌溉(秋浇)效果。结果表明,不同滴灌制度下土壤剖面水分、盐分剖面分布极不均匀,盐分均由膜内向膜外地表裸露区定向迁移,趋于膜外地表积累。膜下滴灌土壤温度受气温、玉米叶面积指数、灌水及土壤含水率共同作用。灌水后各处理土壤温度均剧烈下降,2~3 d后恢复,玉米营养生长阶段控制灌水下限为?30 kPa最有利于土壤温度积累。玉米生育期各处理膜内0~40 cm不积盐,控制灌水下限为?10 kPa可有效淋滤0~100 cm土壤盐分,而其他处理对0~100 cm土层盐分的影响差异性短期内不明显,需对不同处理长期膜下滴灌的盐分进一步观测。非生育期洗盐灌溉效果显著,秋浇灌黄河水180 mm后,次年春播前0~100 cm土壤盐分平均下降10.86%~26.14%,剖面分布较均匀。河套灌区膜下滴灌土壤盐分调控建议为生育期滴灌灌溉制度和非生育期洗盐灌溉双重调控。玉米生育期灌水下限建议控制为?30 kPa,非生育期洗盐灌溉由于河套灌区冻融影响及特殊的水文地质条件,膜下滴灌盐分累积到何种程度洗盐灌溉及具体合理的洗盐灌溉制度还需进一步深入研究。
杜 璇 , 冯 浩 , Matthew J. Helmers , 齐志明
2017, 33(12):153-161. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.020
摘要:在玉米-大豆轮作系统中种植冬季覆盖作物黑麦有助于减小地下排水量和硝态氮(NO3?-N)的流失量。该研究利用美国爱荷华州的试验数据校正和验证了DRAINMOD-N II模型在美国寒冷地区的适用性,并模拟长期(20 a)种植冬季覆盖作物黑麦对地下排水量和氮素运移的影响。结果表明,模型模拟地下排水量和NO3?-N流失量时,Nash-Sutcliffe模型效率系数(Nash-Sutcliffe efficiency,NSE)>0.65、百分比偏差(percent bias,PBIAS)在±25%之间、均方根误差与标准差比值(ratio of root mean square error to standard deviation,RSR)≤0.7均在误差范围内;模拟地下排水中NO3?-N浓度时,NSE>0.50、PBIAS在±15%之间、RSR≤0.5均在误差范围内,说明模型模拟的效果好。长期种植冬季覆盖作物黑麦可降低排水量8.1 %(2.5 cm),减小NO3?-N流失量16.6 %(6 kg/hm2),NO3?-N流量加权平均浓度下降了8.6 %(1 mg/L,以N计),增加蒸散值5.9 %,模型模拟值与实测值拟合效果好,表明模型具有良好的水文和氮素运移模拟功能,可以模拟不同农田管理措施对地下水和氮素运移的长期影响,为优化农田管理措施提供参考。
2017, 33(12):162-169. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.021
摘要:确定不同滴灌和秸秆覆盖模式下的光合参数是理解其节水增产内因的基础。该研究通过4 a连续试验测定了覆盖和滴灌结合的6种处理(T1~T6分别表示低水覆盖、低水不覆盖、中水覆盖、中水不覆盖、高水覆盖和高水不覆盖处理)冬小麦旗叶的关键光合参数,并分析了光合参数处理间差异来源及其与作物产量的关系。结果表明:提高滴灌水量和覆盖处理能显著提高光合能力和最大羧化速率(P < 0.05),而二者交互作用对光合参数影响不显著(P > 0.1)。多重比较结果显示T5的光合参数最大(P < 0.05);除2016年第一次测定外,T6和T3的相应值略低但与T5差异不显著(P > 0.1);而T2的相应值则均显著低于T5(P < 0.05),即高水处理下,覆盖与否对光合参数的影响不大,中水结合覆盖处理可使光合参数不显著降低,而低水处理下不覆盖则会使光合参数显著降低。处理间光合能力和最大羧化速率的差异能用叶片氮含量来解释,而所有年份的产量又均与光合能力和最大羧化速率分别线性相关(R2 > 0.80)。因此,通过测定叶片氮含量,可以推算光合能力和最大羧化速率,研究结果可为产量估算提供参考。
2017, 33(12):170-177. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.022
摘要:为了研究土壤水分胁迫对设施甜椒结果期叶面积扩展及果实发育动态的影响,以品种"凯瑟琳"(Catherine)为试材,于2016年在南京信息工程大学Venlo型玻璃温室内对甜椒植株进行全生育期土壤水分胁迫试验,设置正常灌溉CK(田间持水率的70%~80%)、轻度胁迫(田间持水率的60%~70%)、中度胁迫(田间持水率的50%~60%)、重度胁迫(田间持水率的40%~50%)4个土壤水分处理,采用土壤水分传感器EM50监测土壤含水率,于结果期测定甜椒单叶叶面积扩展动态、果实发育动态和产量。结果表明:1)甜椒植株叶片和果实发育均经历了缓慢生长、线性生长和稳定生长3个阶段。随水分胁迫程度的加剧,叶面积和果径明显减小,重度胁迫处理的单叶叶面积、果实横径、果实纵径的最大值分别比CK显著减小57.48%、38.83%、52.85%(P<0.05)。2)水分胁迫降低了甜椒叶片、果径的最大生长速率,且叶片和果实的生长速率峰值出现时间随土壤水分胁迫程度的加剧而明显提前,轻度胁迫下的果径生长速率和叶片相对扩展速率均在果实或叶片发育的后期高于其他处理,但差异并不显著(P>0.05)。3)水分胁迫延长了叶片和果实横径的迅速生长时间,轻度、中度和重度胁迫下的叶片迅速生长时间分别比CK延迟1.18 d、1.18 d、1.46 d(P<0.05)。4)中度和重度水分胁迫显著降低了甜椒单株果实数、平均单果质量和产量(P<0.05),但轻度胁迫下单株果实数较CK增加了23.61%,且产量与CK无显著差异(P>0.05)。研究认为土壤水分胁迫致使甜椒叶面积和果径减小,但轻度水分胁迫能够锻炼甜椒对干旱逆境的耐受性,有利于叶片及果实的后期发育和果实数量的增加。研究结果为设施甜椒环境优化控制提供参考。
丁幼春 , 詹 鹏 , 周雅文 , 杨军强 , 张闻宇 , 朱 凯
2017, 33(12):178-185. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.023
摘要:针对轮式田间信息采集平台在田间复杂环境下定速直线跟踪问题,设计了一种横向纠偏与纵向定速行走的运动控制器。控制系统采用低精度北斗定位模块、电子罗盘、旋转编码器、角度传感器获取田间信息采集平台的状态信息(包括位置、航向、速度、转向角)作为运动控制器的输入,通过构建的横向纠偏模糊控制器和纵向定速PID(proportion integration differentiation)控制器,实现行走过程中的横向纠偏和纵向定速行走。为获取更准确的位置信息,采用3个低精度北斗定位模块以边长1 m的等边三角形方式放置对数据求均值得到中心点定位数据的方法,将北斗接收模块的平均静态定位精度从2.06 m提高到了1.50 m,动态定位精度提高到0.78 m以内。信息采集平台田间试验结果表明:车体系统能按照规划的路径行走,在设定速度0.4 m/s时,纵向速度稳态误差小于7%,在外界扰动下响应调节时间小于3 s;以相同的速度行驶,初始横向偏距分别为1.4、2.0和2.5 m时,稳定跟踪需要的时间分别为11、15 和25 s且稳定跟踪后最大横向偏距在0.31 m以内,满足农业田间信息采集的需要。该控制系统实现了信息采集平台在田间的定速直线跟踪和稳定行走,为其高效智能化作业提供了技术参考。
屈 莎 , 李振海 , 邱春霞 , 杨贵军 , 宋晓宇 , 陈召霞 , 刘 畅
2017, 33(12):186-193. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.024
摘要:籽粒蛋白含量(grain protein content,GPC)是衡量小麦品质的重要指标,及时准确的预测小麦GPC有利于小麦的分类收割和分级存储。为了能够选择一个合适的氮素营养指标作为中间变量来反演小麦GPC,该文研究分别以开花期植株氮素累积量(plant nitrogen accumulation,PNA)、植株氮素含量(plant nitrogen content,PNC)、叶片氮素累积量(leaf nitrogen accumulation,LNA)和叶片氮素含量(leaf nitrogen content,LNC)4个氮素营养指标为中间变量,并运用支持向量机(support vector machines,SVM)算法实现4个氮素营养指标的估测,最后构建及评价基于开花期"植被指数(vegetation index,VI)-氮素营养指标(nitrogen nutrition index,NNI)-GPC"模式的冬小麦GPC预测模型。结果表明:1)通过分析植被指数与氮素营养指标的相关性,选择植被指数MSAVI、PSRI、DVI、RDVI和GNDVI作为氮素营养指标模型的构建变量;2)运用SVM方法构建的VI-NNI模型中LNC的建模精度与验证精度相对最优,其建模决定系数(coefficient of determination,R2)和验证集标准均方根误差(normalized root mean squared error,nRMSE)及验证标准化平均误差(normalized average error,NAE)分别为0.820、9.553%、?1.4%,验证结果稳定性较好;3)构建NNI-GPC模型中PNC的建模精度与验证精度相对最好,其建模R2和验证nRMSE及NAE分别为0.653、9.843%、?0.3%;4)最终构建的VI-NNI-GPC模型中,以开花期PNC为中间变量的模型建模及反演精度最好,其建模R2和验证nRMSE及NAE分别为0.631、8.564%、?0.9%。以氮素营养指标为中间变量的GPC遥感反演是可行的,并且比较4个氮素营养指标为中间变量反演GPC,PNC具有较高精度的预测结果,为精确反演GPC提供一个可靠的依据,具有一定的应用前景。
2017, 33(12):194-200. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.025
摘要:人类活动对全球碳循环过程的影响是全球气候变化研究中争论的主要焦点问题之一。不同区域、不同自然和人为因素对碳循环的作用机制十分复杂且差异很大,通过探讨人类开垦活动对干旱区绿洲生态系统净初级生产力(net primary productivity, NPP)分布格局的影响,将有助于增加人类活动对干旱区陆地生态系统及碳循环影响的认识和理解。该文基于长时间序列的Landsat遥感数据,利用CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型估算了1976年6月-2016年6月新疆奇台新人工绿洲扩张过程中NPP的变化情况,结果表明:1)1976年研究区主要是荒漠草原景观,农田仅有5 150 hm2,占研究区面积的3.25%,到2016年,农田面积扩大到64 675 hm2,增加11倍以上;2)人工绿洲扩张的同时,泉水溢出带消失,水库干涸,灌丛面积从17 871 hm2下降到5 202 hm2;3)土壤盐碱化发育进程中断,裸碱地面积减少近70%,并且开始向新生草地演替;4)2016年6月,研究区NPP总量达到了90 602 t,是1976年6月的2.2倍,农田对NPP增量的贡献超过93%,同期,灌丛则净损失了8 265 t NPP,沼泽净损失3 319 t;5)1976年的NPP主要由天然草地和灌丛构成,分别占56.68%和26.61%,2016年的NPP主要由农田和新生草地构成,分别占65.23%和31.85%。
2017, 33(12):201-208. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.026
摘要:棉田冠层覆盖度是监测棉田棉花长势的重要指标,针对棉田复杂环境中冠层图像难以准确分割的问题,该文提出了一种基于逻辑回归算法的复杂背景棉田冠层图像自适应阈值分割方法。首先将棉田冠层图像像素分成叶片冠层和地表背景2类,在HSV颜色空间中分别提取两类像素的H通道值,在RGB颜色空间中分别提取绿色占比值(G/(G+R+B))作为颜色特征;再利用逻辑回归算法确定出各颜色特征的分割阈值,通过H通道分割阈值实现图像的初次分割;再对初次分割结果中的低亮像素使用逻辑回归算法计算出的超绿特征阈值进行低亮像素分割,同时采用绿色占比分割阈值对图像高亮像素及低亮像素分割结果整体实现二次分割,最后采用形态学滤波方法对分割结果进行优化。为评价该分割方法,利用从新疆棉花产区采集到的320幅棉田冠层图像进行试验。结果表明,该方法可在棉田复杂自然背景下,有效分割出棉田冠层区域,平均相对目标面积误差率仅为5.46%,总体平均匹配率达到93.07%;优于超绿特征OTSU分割方法(平均相对目标面积误差率11.78%,总体平均匹配率76.43%)、四分量分割方法(平均相对目标面积误差率24.11%,总体平均匹配率71.67%)、显著性分割方法(平均相对目标面积误差率36.92%,总体平均匹配率66.92%)。该方法的平均处理时间为4.63 s,相对于超绿特征OTSU法(3.84 s)和四分量分割法(2.56 s),耗时多一些,但与显著性分割法(6.25 s)对比,花费时间要少。研究结果可为棉田自然复杂环境下机器视觉技术监测棉花覆盖度提供一种有效途径。
2017, 33(12):209-217. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.027
摘要:规模化奶牛场粪便养分产生量大,因种养分离引发严重环境污染,亟需建立粪便综合养分管理模式,以实现奶牛粪便养分的合理施用。该文以典型种养结合模式"固液分离-堆肥+氧化塘-农田利用"的奶牛养殖场为案例,通过实地调研、粪便及土壤样品采样测定、以及文献参数收集等研究方法,制定了奶牛场粪便综合养分管理模式。主要结果为该存栏量2 978头的奶牛场粪便氮、磷年产生量为204和33 t/a,粪便经过收集和处理后,可供农田利用的氮磷养分为126和27 t/a。基于作物养分需求量和土壤供肥量,以及粪肥投入占总养分的比例为50%和粪肥养分的当季利用率为30%,据估算,1 473 hm2奶牛场配套农田可施用的粪肥氮、磷养分总量分别为727.6和131.2 t/a。因此,奶牛场配套农田可有效承载粪便氮磷养分供给量。实施粪便综合养分管理模式,可充分利用粪便养分资源用于作物生长,减少粪便养分直接排放到环境,从而确保种养结合模式奶牛场长期可持续生产。
2017, 33(12):218-223. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.028
摘要:为研究生物滤塔中优势菌种杂色云芝净化甲苯的性能。选择松树皮和火山石为生物滤塔填料,杂色云芝为功能微生物,甲苯为目标污染物,研究杂色云芝在生物滤塔中的生长情况及不同停留时间和进气载荷对去除率、去除负荷,系统压降变化的影响等。结果表明:采用强制循环挂膜法,在20 d内即可完成微生物挂膜,且在木质素氧化酶没有参与的条件下杂色云芝生物滤塔对甲苯表现出较好的去除效果。生物滤塔净化过程中气体停留时间(Gas rentention time, GRT)为148.3 s,进口负荷为7.28 g/(m3·h)时,生物滤塔的最大去除能力为6.73 g/(m3·h),该系统的最高去除率为92.4%;GRT为37.1s,进口负荷为58.25 g/(m3·h)时,生物滤塔的最大去除能力为47.07 g/(m3·h),去除率在80%以上。试验条件下,系统的压降均在500 Pa以下,说明系统的经济性良好。
胡志超 , 梅艳阳 , 杨 晴 , 王贤华 , 杨海平 , 邵敬爱 , 陈汉平
2017, 33(12):224-229. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.029
摘要:烘焙和酸洗都是可提升生物质品质的预处理方法。烘焙可以脱除生物质中的氧,酸洗则可有效脱除碱金属及碱土金属,而氧和AAEMs对热解油的品质和产率均具有影响。该文研究了酸洗-烘焙两级耦合预处理对玉米秸秆热解特性的影响。试验用酸液取自热解联产联供示范项目热解油的水相部分,烘焙温度选取230、260、290 ℃。研究发现,酸洗预处理能够有效脱除AAEMs,对K、Na、Mg脱除率分别达到97.53%、81.38%、84.86%。两级预处理能明显降低O/C;酸洗?290 ℃烘焙半焦相比玉米秸秆原样,O/C降低了25.32%。两级预处理能明显削弱烘焙对热解油产率的不利影响,酸洗?290 ℃烘焙半焦相比290 ℃烘焙半焦,其热解油产率提高127.66%;两级预处理显著提高了热解油中糖类的含量,同时降低了酚类和酸类的含量;对酸洗?290 ℃烘焙半焦,其热解油中糖类含量高达45.89%,酚类和酸类则低至9.76%和6.31%。其他化学组成如酮类和呋喃类的含量存在一定程度的下降,醛类含量则有小幅度的提升。该文提出的利用热解联产联供示范项目热解油的水相部分对秸秆进行酸洗,并结合烘焙的两级预处理方法可为对生物质热解提供参考。
2017, 33(12):230-239. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.030
摘要:为快速高效的获取高标准基本农田建设区域土壤重金属信息,以新郑市高标准基本农田建设区域为研究对象,共采集154个土壤样品,在室内利用ASD Field Spec3型地物光谱仪获得土壤高光谱数据,对土壤样品在400~2 400 nm的光谱反射率进行多元散射校正(multiplicative scatter correction,MSC)和Savitzky-Golay(SG)平滑后,进行一阶微分(first order differential reflectance,FDR)和二阶微分(second order differential reflectance,SDR)变换,并与Cr、Cd、Zn、Cu、Pb 5种重金属含量进行相关性分析,遴选出通过P = 0.01显著性检验的高光谱特征波段作为反演模型的自变量,采用116个建模集样本构建偏最小二乘模型(partial least square regress , PLSR),通过精度检验筛选每个土壤重金属的最佳反演模型,并采用最佳地统计插值方法对高标准基本农田建设区域土壤重金属进行空间插值。结果表明:Cr的SDR-PLSR模型为最佳反演模型(=0.88,RPD=1.68),Cd的R-PLSR模型为最佳反演模型(=0.70,RPD=1.50),Zn的R-PLSR模型为最佳反演模型(=0.88,RPD=2.05),Cu的R-PLSR模型为最佳反演模型(=0.99,RPD=3.36),Pb的SDR-PLSR模型为最佳反演模型(=0.93,RPD=3.16);采用构建的土壤重金属的最佳模型,对土壤重金属含量进行空间插值,结合高标准农田建设标准可知Zn含量符合土壤环境质量Ⅱ类标准且均低于土壤背景值,Cr、Cd、Cu和Pb符合土壤环境质量Ⅱ类标准,但是部分区域超过了土壤背景值。该研究为高光谱反演模型用于高标准基本农田建设区域土壤基础信息的实时监测提供了参考。
2017, 33(12):240-248. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.031
摘要:由于废弃时间长、成因复杂、不确定性因素多,历史遗留工矿废弃地复垦后的地力提升与质量改善需较长的过程,跟踪监测评价工作至关重要。本文基于3S技术和地统计学,整合复垦前、中、后不同阶段不同部门的多源数据,提出了包含监测点布设、监测指标最小数据集确立、监测手段选择为一体的面向复垦区内的土壤、地表水、地下水和农作物的工矿废弃地复垦跟踪监测方案制定方法,并以西南地区某历史遗留硫磺矿采选废弃地复垦后土地为对象进行实证研究。采用该文提出的方法,该项目复垦土地跟踪监测分别布设了由面状复垦单元生成的复垦土壤、农作物、地下水、地表水监测点53、5、5和1个,以及1类点状地物(集水池)和4类线状地物(生产路、田间路、沟渠和河流)2种监测类;建立了涵盖建设、环境和肥力等3方面内容15个指标的监测最小数据集。采用变异系数和相对偏差、变异函数变程和全局莫兰指数,从监测点数量、空间布局2个方面验证评价监测点布设方案的合理性。布设监测点数(53个)与验证计算得到的样本数(51个)较为接近,符合数量要求;实际取样间距(平均456 m)未超过各监测指标变异函数变程,无需细化监测单元或监测点;监测点空间分布特征介于随机或集聚与随机之间,显著性不明显(0.05水平),监测点空间布局比较理想。基于验证评价结果可知,该文制定的实证区复垦土地跟踪监测方案是合理的,提出的监测方案制定方法是可行的,能够指导工矿废弃地复垦后管护与质量提升工作,为制定工矿废弃地复垦跟踪监测技术标准提供技术支撑与实证依据。
2017, 33(12):249-254. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.032
摘要:洼地蓄水是坡耕地重要的水文要素,由于它与坡耕地产流、土壤入渗能力有关,故也是坡面水土流失研究的重要对象之一。为了进一步认识坡耕地洼地蓄水作用,该研究通过人工模拟降雨试验方法,对3种常用农业耕作措施(人工锄耕、人工掏挖、等高耕作)条件下地表填洼量特征与变化进行了深入研究,以平整坡面为对照措施。研究结果表明,实施农业耕作措施的粗糙坡面平均填洼量较平整坡面提高4~13倍,洼地蓄水量依次为等高耕作>人工掏挖>人工锄耕>平整坡面;坡度对填洼量具有重要影响,洼地蓄水量随着坡度的变化可以用幂函数关系表达(R2>0.70)。对于粗糙坡面,当坡度从15°增大到25°过程中,洼地蓄水量逐渐趋于稳定,受坡度的影响变小;在耕作坡面上,由于降雨侵蚀造成地表微地形变化,地表糙度减小,洼地蓄水量减小,地表填洼量变化可以通过地表糙度变化进行计算。
2017, 33(12):255-261. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.033
摘要:为提高农用地分等中最高单产和最高产量-成本指数确定方法的科学性和合理性,该文以土地报酬递减理论为基础,应用河南省农用地分等的小麦投入产出调查数据,将样点小麦单位面积产量(kg/hm2)作为土地报酬递减曲线中的总产量(纵坐标),将样点小麦单位面积投入(元/hm2)作为土地报酬递减曲线中的总投入(横坐标),从而使土地报酬递减理论中的平均产量(kg/元)与产量-成本指数具有相同的内涵。依据边际产量曲线的变化,分2种情况最高单产的确定:1)边际产量曲线表现为下降趋势,但没有与横坐标轴相交即边际产量仍大于0,这时单产曲线最右端的产量为最高单产;2)边际产量曲线向下与横坐标轴相交即边际产量递减为0时,边际产量曲线与横坐标轴相交点对应的产量为最高单产。依据产量-成本指数和边际产量2条曲线间的关系可以确定最高产量-成本指数:产量-成本指数曲线向上与边际产量曲线相交点的产量-成本指数为最高产量-成本指数,并建立了异常产量-成本指数的修正方法。采用研究数据和验证数据确定的最高单产和最高产量-成本指数分别相差0.12%、0.50%,表明该研究方法确定的区域最高单产和最高产量-成本指数具有相对稳定性。该研究为确定最高单产和最高产量-成本指数提供了理论依据,丰富了土地利用系数和土地经济系数的内涵。
2017, 33(12):262-269. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.034
摘要:为分析城镇化与耕地利用集约化的动态关系,促进新型城镇化与农业现代化协调发展,该文在构建城镇化与耕地利用集约化动态响应关系理论框架的基础上,基于传统农区安徽省1998-2014年相关数据,建立向量自回归(vector autoregression VAR)模型,检验两者之间的协整关系,并在此基础上运用脉冲响应分析和方差分解分析城镇化与耕地利用集约化的互馈关系。结果表明,复种指数对城镇人口比例冲击的响应先为负向后为正向,贡献率为14.4%;对二三产业比例和土地城镇化则均产生负向响应,并呈先增加后减少的趋势,贡献率分别为10.4%、15.6%。化肥投入对城镇人口比例的冲击产生正向的响应,贡献率为12.1%;对二三产业比例有正向和负向响应,反应强度先增加后减少,解释水平为1.2%;对土地城镇化产生先增加后趋于平稳的负向响应,贡献率为22.3%。农业机械总动力对城镇人口比例的反应为正向的先增加后趋于平稳,贡献率为20.3%;对二三产业比例的负向响应的解释水平为2.4%;对土地城镇化的冲击呈现负向增加的响应,且贡献率高达66.3%。总体来看,城镇化水平的提高对耕地利用集约化有正向推动作用,但集约化需要适度发展,过快的城镇化不利于可持续集约化的实现;耕地利用集约化对城镇化的影响程度相对较低,说明耕地集约利用水平的提高仅可在一定程度上支持城镇化的发展。
2017, 33(12):270-277. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.035
摘要:农村宅基地整理是推进低效建设用地减量复垦的有效举措。该文以上海市奉贤区8个建制镇约374个自然村为例,综合运用GIS空间分析技术与层次分析法,融合自上而下宅基地整理潜能的镇域分区和自下而上宅基地整理效能的自然村分类,统筹农村建设用地减量化范围与目标,将奉贤区宅基地整理划分为5类区域3种模式。结果显示:异地迁移和减量储备区可通过复垦还耕推进基本农田集中区建设;调整归并和组团保留区可培育中心村以新增建设用地指标并优化用地布局;腾退并点区可强化新市镇建设以提升镇域用地效益。该研究拟在时序上形成"整理"、"储备"、"保留"渐进式的整理过程,在空间上推进节约集约的减量化实践。
张 列 , 王 成 , 杜相佐 , 王钟书 , 邓 春 , 李颢颖
2017, 33(12):278-285. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.036
摘要:受农户生计方式多元化和城市文化的影响,农村居民点内部用地分工更为明显且呈多功能性,探讨农村居民点用地的多功能性及农户个体利用的差异性特征,既利于客观测算农村居民点用地资产价值,又能为合理设计农民新居内部构型提供理论基础。研究以重庆市江津区燕坝村1 923处农村居民点用地为研究对象,在农村居民点用地的多功能性划分基础上构建多功能评价指标体系,测算农村居民点用地的优势功能,进而辨析不同生计类型农户的农村居民点用地优势功能差异性。其结果为:按照二级分类体系,农村居民点用地可划分为居住用地、农业生产用地、非农生产用地、附属用地4个1级地类,堂屋用地、圈舍养殖用地、院落用地等11个2级地类;不同生计类型农户的农村居民点用地优势功能差异明显,农业专业化发展型农户以农业生产功能为主导(优势度达1.987 8),而兼业发展型农户优势功能不明显,具均衡性;农业多样化发展型农户、非农多样化发展型农户、非农专业化发展型农户分别以服务功能(优势度1.873 0)、居住功能(优势度1.569 2)、非农生产功能(优势度2.387 9)为主导。农户生计方式与农村居民点用地优势功能是相适应的,农民新居建设应根据不同生计类型农户的生计方式设计不同的农村居民点用地组合模式。
2017, 33(12):286-292. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.037
摘要:针对传统解析粗对准算法中水平对准精度同时受陀螺仪和加速度计测量误差影响的问题,提出一种双矢量定姿粗对准算法,该算法在选定重力矢量为主参考矢量的前提下,预先对参与姿态解算的矢量作单位正交化处理。理论分析表明,所述算法使得水平对准精度只受加速度计水平测量误差影响,提高了捷联惯导系统粗对准精度;实测数据的试验结果表明,所述粗对准算法的水平误差角的大小不超过1°,方位误差角的大小不超过3°,在粗对准所要求的误差范围之内,为后续利用滤波方法进行精对准提供了有效的初始条件。
2017, 33(12):293-300. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.038
摘要:为了改善马铃薯脱水制品的干燥工艺,该文以薄层干燥试验为基础,研究了不同热风温度(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)对马铃薯全粉的糊化特性的影响。采用扫描电子显微镜和差示扫描量热仪对马铃薯全粉的微观结构和糊化特性进行分析,并测定了其吸水性。研究表明,糊化焓值可以表征马铃薯全粉的糊化水平,焓值越高,糊化水平越低;糊化起始温度的范围为62.31~64.96 ℃,终止温度的范围为70.16~74.19℃,比纯淀粉制品糊化温度高;高于糊化温度进行干燥时,淀粉不会完全糊化;0.5~2.5 m/s 风速干燥的样品糊化焓值没有显著差异(P>0.05),3.5 m/s干燥的样品焓值显著小于其他风速干燥样品;马铃薯全粉焓值随切丁长度增大而显著减小(P<0.05);不糊化样品吸水性没有显著差异(P>0.05),吸水性随糊化程度的增强而显著增强;热风干燥条件为温度70 ℃,风速1.0 m/s和切丁长度10 mm时,马铃薯全粉的糊化程度较低。研究可为热风干燥制备未糊化的马铃薯全粉提供理论基础。
张 楠 , 卢中山 , 陈玉仑 , 孙晨阳 , 李春保 , 周光宏
2017, 33(12):301-307. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.039
摘要:针对宰后猪胴体在冷却过程中因前期体温高、蒸发快而致24 h干耗高,传统的喷淋降耗工艺作业时间长,及现有研究关于喷淋冷却对猪胴体色泽影响探讨不足等问题,该文通过采用冷却前期高频、后期低频的分段式喷淋工艺,运用正交试验法研究了各喷淋参数对胴体冷却干耗、表面亮度L*值及绿度a值的影响,建立了各显著性喷淋参数与干耗的线性回归方程。结果表明,影响干耗的主次因素依次为:高频喷淋总时长、高频喷淋间歇时长、低频喷淋间歇时长、单次喷淋时长、低频喷淋总时长,其中高频喷淋总时长对干耗有极显著的影响(P<0.01),单次喷淋时长、高频喷淋间歇时长、低频喷淋间歇时长有显著影响(P<0.05);影响中部亮度L*值及绿度a值的主次因素分别为:高频喷淋总时长、低频喷淋间歇时长、高频喷淋间歇时长、低频喷淋总时长、单次喷淋时长和高频喷淋总时长、高频喷淋间歇时长、低频喷淋间歇时长、单次喷淋时长、低频喷淋总时长,其中高频喷淋总时长对亮度L*值有极显著影响(P<0.01),对绿度a值有显著影响(P<0.05),其他因素对亮度L*值(除低频喷淋间歇时长)及绿度a值影响均不显著;优化结果为高频喷淋总时长为2 h,单次喷淋时长为10~20 s,高频喷淋间歇时长为5~9 min,低频喷淋总时长为4 h甚至更短,低频喷淋间歇时长为30~ 50 min,该参数下胴体24 h冷却干耗约1%,中部表面亮度L*值约74~77、a值约?0.5~3,不仅可满足企业的降耗要求,还可获得利于销售的胴体色泽;与传统喷淋冷却工艺相比,分段式喷淋工艺可缩短作业时间1~5 h。研究结果可为猪胴体喷淋降耗方式及参数的选取提供参考。
2017, 33(12):308-314. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.040
摘要:为实现生猪瘦肉率的快速无损检测,以机器视觉为主要技术,通过生猪的外形特征图像进行瘦肉率估测,为饲养者与收购者提供生猪品级的决策依据。采用MATLAB为开发工具,通过图形用户界面(graphical user interface,GUI)实现软件操作界面,以生猪的侧面及背面图像为研究对象,利用图像处理技术从目标中提取体长、体高、胸深、腹长、臀宽、腰宽等数据,以这些体尺的比例(胸深体高比、臀宽体长比、臀宽腰宽比、腹长体长比)为参数,通过径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络进行瘦肉率估测。该文分别对7组生猪外形图像进行处理,4项比例指标的平均估测准确率分别为92.90%、92.44%、95.17%、96.51%,瘦肉率的平均估测准确率为94.35%。结果表明,该文所构造的基于生猪外形特征图像的瘦肉率估测方法工作效率高,成本低,可用于估测生猪瘦肉率。