2018, 34(1):1-7. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.01
摘要:为识别雄安新区耕地质量现状空间特征,以2016年雄县、容城县、安新县的耕地质量等级补充完善成果作为基础数据,应用面积加权平均法、等别均值二分法、局部自相关分析法,揭示新区耕地等别的空间分布特征,分析不同尺度的耕地等别特征、平均等别、质量差异以及新区耕地质量空间聚集特征,并以此作为建设用地占用耕地分区的基础。研究表明雄安新区耕地质量分布在6~14等之间,平均等别为9.42等,总体上以中等地为主;耕地质量离差在-3.42~4.58之间,质量离散程度较低耕地主要分布在新区北部和东部,离散程度较高的耕地主要分布在中部和南部;耕地质量在空间分布上表现出较强的正相关性,LL型(高等地聚集型)耕地主要分布在新区东北部和西南部,HH型(低等地聚集型)耕地主要分布在新区西北部、东部及南部的部分区域。根据耕地局部空间自相关类型制定了建设占用耕地区域划定规则,将新区耕地划分为建设优先占用区、建设后备占用区、耕地保持区和水系调控区等建设占用耕地推荐分区,并对其合理性进行了分析。基于以上结果以及新区建设不可避免会占用耕地的现实,建议优先安排占用建设优先占用区耕地,尽量保护耕地保持区和水系调控区的现状。
丛宏斌 , 赵立欣 , 孟海波 , 姚宗路 , 霍丽丽 , 贾吉秀 , 吴雨浓
2018, 34(1):8-14. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.02
摘要:推进北方地区冬季清洁取暖,关系北方地区广大群众温暖过冬,关系雾霾天能不能减少。该文在总结中国北方农村地区采暖现状的基础上,阐释了清洁采暖的现实问题和基本需求。归纳梳理了生物质热解多联产的技术特征和主要多联产模式。在此基础上,提出了以生物质热解多联产技术为核心,适合中国北方农村地区清洁供暖的技术路径与应用模式,对各模式技术可行性、经济可行性和环境影响等进行了分析。研究结果表明,现有经济技术条件下,生物质热解多联产适用于北方地区农村清洁供暖,尤其适合优先示范推广以自然村或新型农村社区为单位的小型集中或分散供暖,200户左右的自然村供暖项目初投资一般不超过300万元,投资回收期为4~5 a。该研究为破解北方地区农村清洁取暖问题提供了新思路、新途径。
刘兆朋 , 张智刚 , 罗锡文 , 王辉 , 黄培奎 , 张健
2018, 34(1):15-21. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.03
摘要:为减少农药喷雾作业对人体造成的化学损害,该研究以雷沃高地隙喷杆喷雾机为平台,基于GNSS开发了自动导航作业系统,实现喷雾机在极少人工干预情况下的自动导航作业。通过对平台的机-电-液改造,实现了喷雾机作业系统的电气化控制。基于简化的二自由度车辆转向模型设计了以位置偏差和航向偏差为状态变量的直线路径跟踪控制算法,基于纯追踪模型设计了曲线路径跟踪控制算法。根据喷雾机田间作业需要设计了喷雾机一体化自动导航作业控制方法,使系统能够自动控制喷雾机完成直线、地头转弯行驶和喷雾作业,油门调节以及车辆启停控制。在1.3 m/s左右的前进速度条件下,分别在水泥路面、旱田、水田环境中进行了试验,测试结果表明:水泥路面车身横滚在-1.6?~1.5?范围,直线路径跟踪误差最大值为3.9 cm,平均值为?0.15 cm,标准差为1.0 cm;旱田地块车身横滚在-1.4?~3.3?范围,跟踪误差最大值为9.8 cm,平均值为1.3 cm,标准差为3.3 cm;水田环境车身横滚在-2.4?~5.2?范围,跟踪误差最大值为17.5 cm,平均值为2.2 cm,标准差为4.4 cm。试验数据表明,所设计的自动导航作业系统初始上线快速、地头转弯对行平顺、各设计功能执行可靠;导航系统具有良好的稳定性和控制精度,能够满足水田、旱田环境下的喷雾作业要求。
2018, 34(1):22-27. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.04
摘要:为克服舰船摇摆所带来的影响,拓宽电视跟踪设备的使用环境,该文提出了一种五自由度具有2层结构的自稳跟踪平台。上层为两自由度的跟踪平台,采用串联式U-U结构,即U型外框绕外环轴(铅垂)旋转,U形内框绕内环轴(水平)旋转;下层为三自由度的自稳平台,采用并联式3UPS/PU结构,3个UPS为驱动分支,中间PU为约束分支。分别建立了跟踪平台和自稳平台的数学模型,推导了跟踪平台引导算法和自稳平台运动学反解算法。试验结果表明:当选用0.5 Hz、5.1?幅值的正弦曲线作为目标跟踪曲线时,自稳跟踪平台跟踪精度优于0.02?;自稳平台的稳定频率优于1 Hz(双十,幅值1.5?);以频率0.1 Hz,幅值30?进行正弦摇摆时,动态自稳精度优于0.3?。该研究将跟踪功能和自稳功能相结合,可为渔船定点撒网、收网以及农作物精准种植、收割等设备的开发提供参考。
邸志峰 , 崔中凯 , 张华 , 周进 , 张明源 , 卜令昕
2018, 34(1):28-34. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.05
摘要:为解决黄淮海地区玉米直接进行籽粒收获破碎率和未脱净率高的问题,该文在分析现有脱粒滚筒结构特点的基础上,设计了组合式轴流玉米脱粒滚筒,选取滚筒转速、滚筒倾角和凹板间隙为试验因素,在自制的玉米脱粒试验台上进行了单因素试验和正交试验,并运用SAS统计分析软件对试验结果进行了分析。单因素试验结果表明:随着滚筒转速的增大,籽粒破碎率先降低后升高,未脱净率则急剧减小并趋于稳定;随着滚筒倾角的增大,籽粒破碎率和未脱净率则逐渐变小;随着凹板间隙的增大,籽粒破碎率先降低后升高,未脱净率先升高后降低并趋于稳定。正交试验结果表明:影响籽粒破碎率和未脱净率的主次因素顺序均为滚筒转速、滚筒倾角、凹板间隙,且转速430 r/min、滚筒倾角6?和凹板间隙55 mm时籽粒破碎率和未脱净率均最低。该研究可为高含水率玉米脱粒滚筒的设计提供参考。
杨立权 , 王万章 , 张红梅 , 李连豪 , 王美美 , 侯明涛
2018, 34(1):35-43. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.06
摘要:对玉米脱粒过程的研究,理论分析与数学建模存在着理想假设的局限性,整机田间试验受制于系统结构、环境条件而不能深入测试分析。为便于室内研究玉米脱粒过程,以4YL-4/5型收获机脱粒系统为参照,设计了切流-横轴流脱粒试验系统,结构设计模块化,可根据需要更换脱粒滚筒等关键零部件或调整技术参数,以便兼顾开展多种谷物脱粒试验研究。工作参数标定表明,试验台架可满足最高37 kW的工作负载,满足滚筒线速度为0~29.06 m/s、喂入量为0~8.08 kg/s的谷物脱粒试验。在入口脱粒间隙为36 mm,出口间隙为12 mm,喂入量为2.6 kg/s的条件下,切流滚筒采用螺旋柱齿结构、横轴流滚筒采用柱齿-板齿结构形式,以不同的横轴流滚筒线速度为测试速度,对含水率在22%~32%的玉米果穗进行脱粒试验,试验表明:切流滚筒的脱粒物质量占比随着含水率的增加而减弱,当含水率在28%以下,切流滚筒与横轴流滚筒脱粒筛分段的脱粒能力几乎相当,当含水率高于28%,切流滚筒的脱粒物质量占比下降明显。脱粒系统在线速度15.84~18.72 m/s和含水率为22%~26%的条件下,籽粒破碎率指标满足国标规定值≤5%。在滚筒线速度为17.28 m/s、含水率为24%~26%区间内,脱粒系统的籽粒破碎率最低,平均值为1.7%。通过脱粒试验台,将玉米脱粒过程的试验研究与田间测试有效结合,可为玉米籽粒收获机脱粒系统的设计提供科学依据。
张均华 , 林育炯 , 黄洁 , 白志刚 , Sajid Hussain , 朱练峰 , 曹小闯 , 金千瑜
2018, 34(1):44-52. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.07
摘要:为明确基质类型及烯效唑对不同秧龄晚稻秧苗生理特征及本田期生长发育特性的影响,确定适宜晚稻机插育秧的基质类型、烯效唑浸种措施及秧龄,该研究以嘉58为供试晚稻品种,以2种代表性育秧介质(营养土和轻型无土育秧基质)为研究对象,采用2种(清水浸种和25 mg/L烯效唑浸种)外源生长调控措施,阐明了不同育秧介质和烯效唑浸种对不同秧龄晚稻秧苗生理特征、机插质量的影响及调控技术。结果表明,随晚稻秧龄延长,秧苗地上部分干物质量显著增加,叶片SPAD值和根系活力先增加后降低;水稻全生育期延长,大田生育期缩短。采用烯效唑浸种可提高秧苗素质,浸种处理秧苗茎基宽约增加0.1~0.2 mm,株高显著降低,叶片SPAD值和根系活力显著提高。短秧龄条件下烯效唑浸种对秧块质量和机插质量影响较小,长秧龄条件下烯效唑浸种可有效提高成苗率和大田基本苗数,降低漏插率和伤秧率。采用营养土育秧时最适机插秧龄为18 d,轻型无土基质育秧适宜机插秧龄为18~24 d。秧龄大于24 d时,烯效唑浸种可提高营养土育秧晚稻有效穗数和每穗粒数,增加晚稻产量,且秧龄越长,烯效唑浸种的增产效果越显著。烯效唑浸种对轻型无土基质育秧的产量影响较小。采用轻型无土育秧基质培育机插晚稻秧苗,产量高于常规营养土处理,适宜晚稻机插育秧。研究结果可为提升晚稻种植机械化水平提供重要参考。
2018, 34(1):53-62. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.08
摘要:为了有效解决低压平直管道在田间长距离调水中泥沙淤积问题,该文设计了一种螺旋流起旋装置:螺旋流起旋器。与传统的起旋装置相比,螺旋流起旋器的导叶被固定在与管道保持同心状态的料筒外壁面。该文基于RNG k-ε湍流模型,采用Fluent 12.0对不同导叶长度条件下螺旋流起旋器内部流场水力特性进行了非定常数值模拟,并将模拟值与试验值对比分析,结果表明:螺旋流起旋器内部流场模拟值与试验值基本吻合,且流速场和压力场的最大相对误差分别不超过6.4%和1.3%,进一步表明采用Fluent数值模拟求解螺旋流起旋器内部流场是可行的;随着导叶长度的增加,螺旋流起旋器下游流场的轴向流速的影响区域将逐渐减小,而径向流速、周向流速及涡量的影响区域将逐渐增大;螺旋流起旋器能耗损失与起旋效率均随着导叶长度的增加呈现出增大的变化趋势;螺旋流起旋器内部流场涡量主要分布于料筒近壁面、导叶近壁面及螺旋流起旋器的下游流场。该研究不仅为螺旋流起旋器的设计与优化提供了参考依据,同时还为进一步完善管道螺旋流长距离输固理论提供了坚实的理论基础。
2018, 34(1):63-69. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.09
摘要:装载机动力传动系统的设计借鉴了汽车动力传动系统的设计理念,而循环工况是汽车动力传动系统参数设计的重要参考依据。由于目前还没有装载机的循环工况,所以在设计阶段也无法利用循环工况考察其燃油经济性和动力性。根据装载机发动机功率分流情况,装载机循环工况应由装载机典型工况液压系统载荷时间历程、铲斗工作阻力时间历程、工作速度时间历程构成。针对这一情况,以ZL50装载机为例,构建了试验方案,分别试验测试了装载机液压泵消耗发动机转矩的时域波形数据,前、后传动轴消耗发动机转矩的时域波形数据,以及前传动轴转速时域波形数据。对液压系统试验获取的数据进行分段、合并、去除异常值等预处理后,采用加权求和方法,制取了典型工况液压系统载荷时间历程。应用同样的数据处理方法,分别获得典型工况工作速度时间历程,以及典型工况传动系统载荷时间历程。根据典型工况传动系统载荷时间历程,应用装载机工作过程中力的平衡方程方程,求得典型工况铲斗工作阻力时间历程。典型工况液压系统载荷时间历程、铲斗工作阻力时间历程、工作速度时间历程组合在一起,共同构成装载机循环工况。应用该循环工况,虚拟试验ZL50装载机燃油经济性,与实车试验结果的一致性较好,构建的循环工况可行。装载机循环工况可为虚拟试验装载机动力性、燃油经济性提供加载数据,具有重要的工程实践意义。
2018, 34(1):70-77. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.010
摘要:针对如何高效地从无人机遥感影像中提取农作物样方数据,用于农作物面积遥感估算,该文以浙江省平湖市为例,利用面向对象分类方法对无人机影像进行水稻自动化识别,作为样方数据与卫星遥感全覆盖空间分布分类结果结合,采用分层联合比估计进行2014年单季晚稻面积估算。然后,与人工目视解译识别方法获取的水稻样方数据推断的区域水稻面积估算的结果进行精度、效率对比分析。研究结果表明:1)利用面向对象分类方法对无人机影像进行分类,总体分类精度达到93%以上,满足构建样本的要求;2)通过区域作物估算对比分析发现,面向对象分类方法对无人机影像进行水稻识别,构建平湖市单季晚稻的样方数据,能够替代人工目视解译样方准确推断区域作物种植面积,有效地提高了无人机影像在遥感面积估算中的应用效率。
2018, 34(1):78-84. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.011
摘要:为研究浑水水肥一体化灌溉过程中,不同肥料对滴头输沙能力的影响,合理配置滴灌系统首部的过滤设备和设施,降低过滤设施的成本,提高滴灌系统工作效率,选取了常用的3种肥料(尿素、硫酸钾和水溶性复合肥)及其3种肥料质量分数(1%、2%和3%),在含沙量为1 g/L的浑水条件下进行间歇灌水堵塞试验,分析了滴头累积泥沙输出量、出流含沙量和泥沙输出率。结果表明:浑水施肥可以增强滴头的输沙能力,肥料类型和浓度不同,对滴头输沙能力的影响也不同。滴头输沙能力随着尿素浓度的增大而增大,当尿素质量分数为3%时,滴头输沙能力比未施肥处理增加了11%(P<0.05)。滴头输沙能力随硫酸钾和复合肥浓度的增大而减小,当硫酸钾质量分数为1%时,滴头输沙能力大于未施肥处理,增大了25%;当复合肥质量分数>2%时,滴头输沙能力小于未施肥处理。标准化的累积泥沙输出量与标准化的累积灌水量的拟合直线斜率也可作为滴头输沙能力的判断依据,肥料质量浓度是影响滴头输沙能力的重要因素,应根据不同的肥料类型,确定适宜的施肥浓度。研究结果对确定滴头防堵塞策略提供一定的参考。
2018, 34(1):85-92. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.012
摘要:为发展负压灌溉中简单实用、高效精确的负压维持方法及其设备,该文设计了一种重液式负压阀(heavy liquid-type negative pressure valve, HLNPV),基本构件包括一个U型玻璃管、一个S型玻璃控压管、一个空心玻璃球以及能在这三者之间进行循环流动的重液-水银,利用水银的静压力维持负压,并且在负压阀和大气之间设计了一个进气速度限制器,利用石蜡油或水覆盖在水银液面上防止其挥发。实验室检测结果表明,在?30 kPa以内的负压下,HLNPV维持负压的相对误差小于5%。实际田间条件下,以石蜡油作为覆盖液时,大部分HLNPV能够在2~3个月的试验期间内平稳运行,有15.5%的HLNPV在运行了1~3个月后发生水银氧化变黑现象,6.2%的HLNPV因为黑色氧化沉淀物堵塞管道而导致负压维持功能丧失。所有以水作覆盖液的HLNPV在2~4个月的试验期间内均能够平稳运行。该文详细地介绍了重液式负压阀的原理、结构、实际使用效果以及进一步改进的建议,以期为促进负压灌溉设备创新研发提供参考。
2018, 34(1):93-101. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.013
摘要:针对内蒙古河套灌区井渠结合的问题,基于SaltMod模型建立井灌区和渠灌区水盐均衡模型,并引入含水层侧向交换量对模型进行改进,利用隆胜井渠结合试验区15 a水盐观测资料对改进的模型进行率定和验证,采用验证后的模型分析了隆胜井渠结合区在现状条件下以及在井渠结合膜下滴灌推广实施后区域的土壤盐分演化规律。结果表明,现状条件下隆胜井渠结合区土壤盐分基本稳定,尤其是渠灌区根系层盐分基本稳定,保持在较低水平,可以在长时期内满足作物生长的需求。当推广井渠结合膜下滴灌后,井灌区的生育期灌溉定额和地下水埋深对其灌溉用地根系层土壤盐分积累的影响较小,而地下水矿化度与秋浇频率的影响较大。对于井灌区,建议采用黄河水2年1次进行秋浇压盐,可以长期将土壤全盐维持在3 g/kg以下,以满足作物生长需求。
黄权中 , 徐旭 , 吕玲娇 , 任东阳 , 柯隽迪 , 熊云武 , 霍再林 , 黄冠华
2018, 34(1):102-109. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.014
摘要:土壤盐渍化信息是评价灌区节水的生态环境效应的重要指标。该文主要研究内蒙古河套灌区土壤盐分空间分布及对作物生长的影响。于2015年4-8月在全灌区布设了281个监测点,开展了灌区尺度的逐月土壤盐分、作物生长等野外系统的采样工作,并结合开展了基于Landsat OLI数据的土壤盐分反演,分析了土壤盐分的时空分布特征及其与灌溉、地下水埋深间的关系,探讨了土壤盐分含量对作物生长的影响。结果表明,基于遥感反演的土壤盐分空间分布与样点分析的土层含盐趋势基本一致,二者相关系数高达0.87;结合样点分析与遥感反演可得出重度盐化土和盐土占灌区面积的14%左右,呈零散的斑状分布,主要受灌溉、排水条件及地下水埋影响;当地下水埋深在2.0 m以下时,土壤表层及其主根区含盐量基本在0.20%以内;土壤含盐量对种植结构、作物叶面积指数、株高和产量均有明显影响,对叶面积指数和产量的影响更为明显;向日葵则因耐盐性强而广泛种植于高含盐区,而玉米高产田的根区盐分基本均在0.05%~0.20%之间。研究结果可为河套灌区的盐渍化防治、水土资源的科学管理及农业生产提供参考。
张贤龙 , 张飞 , 张海威 , 李哲 , 海清 , 陈丽华
2018, 34(1):110-117. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.015
摘要:该文探索基于光谱变换建立光谱指数,进而建立土壤盐分反演模型的可行性。运用倒数、导数、对数等15种光谱变换对土壤含盐量进行反演,并利用原始光谱的波段反射率构造光谱指数对土壤盐分进行建模。在15种高光谱变换中,一阶微分R?和一阶对倒数(log1/R?)变换下土壤盐分估算模型的精度较高。但总体而言,基于单一光谱变换和光谱指数的模型模拟精度均较低。采用光谱变换建立光谱指数,并进一步建立土壤盐分反演模型,结果表明,基于(log1/R?)光谱变换构建归一化植被指数,然后建立的土壤盐分精度最高,经验证,其R2为0.89,均方根误差为3.34 g/kg,高于单一方法构建的模型,可为半干旱地区土壤盐分反演提供参考。
张明 , 高超 , 尹爱经 , 鲍征宇 , 陈国光 , 梁晓红 , 雍太健 , 朱意萍 , 周墨
2018, 34(1):118-126. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.016
摘要:为了研究江苏沿海百年尺度滩涂围垦区土壤含盐量、Cl?、SO42?、HCO3?、Na+、K+、Ca2+、Mg2+等盐基离子变化规律及影响因素,采用了数量统计、相关分析、因子分析等方法对大丰典型滩涂5个不同时段围垦区表层土壤含盐量、Cl?、SO42?、HCO3?、Na+、K+、Ca2+、Mg2+等盐基离子的含量变化、相关关系、盐渍化特征及土壤理化性质对脱盐的影响进行了研究。研究结果显示:随着围垦年限增加土壤含盐量及盐基离子含量逐渐降低,围垦到60 a左右土壤含量平均值低于1g/kg,基本完成脱盐过程,并且盐渍化类型以氯化物型为主转变成以硫酸盐型为主;随着脱盐过程进行,盐基离子之间相关关系和组合特征发生了明显变化,从初期以Cl?、Na+作为主控因子,到围垦后期以SO42?、Ca2+为主控因子;土壤有机质和粉砂粒的增加加速了土壤脱盐进程;盐基离子变化是围垦过程中土壤酸碱度变化驱动因素之一。
刘焕军 , 潘越 , 窦欣 , 张新乐 , 邱政超 , 徐梦园 , 谢雅慧 , 王楠
2018, 34(1):127-133. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.017
摘要:为了对田块尺度土壤有机质进行空间反演并提高模型精度和稳定性,该文以黑龙江省黑土带41.3 hm2田块为例,获取2016年5月中下旬两期(受限于拍摄周期和天气原因而选择不同卫星影像,2016年5月17日Landsat 8影像和5月25日Sentinel-2A影像)裸土时期遥感影像和4 m分辨率DEM数据;分析单期影像与土壤有机质(soil organic matter,SOM)的关系,两期影像所包含的土壤含水量变化信息与地形因素对SOM预测模型精度的影响,建立基于BP神经网络的SOM遥感反演模型。结果表明:该田块内SOM含量差异较大;利用单期影像预测SOM时,基于红波段和785~899 nm波段建立的预测模型精度(建模均方根误差RMSE 1.033,检验RMSE 1.079)和稳定性(建模决定系数R2 0.677,检验R20.644)较高;两期影像时,基于红波段和1 570~1 650 nm波段建立的预测模型精度(建模RMSE 0.855,检验RMSE 0.898)和稳定性(建模R2 0.792,检验R2 0.797)显著提高;在两期影像模型基础上,加入地形因子作为输入量,模型精度(建模RMSE 0.492,检验RMSE 0.499)和稳定性(建模R2 0.917,检验R2 0.928)进一步提高。研究成果可为土壤碳库估算和农田精准施肥提供理论与技术支持。
2018, 34(1):134-140. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.018
摘要:为了明确生物炭与氮肥不同配比条件下的应用效果,探寻最佳配比施肥量,为枣园土壤资源高效利用、培肥改良技术提供可靠的科学依据。通过3 a(2013~2015)田间定位试验,选择14 项反映土壤质量的理化及生物学指标作为评价指标,采用因子分析对各配施处理下的土壤质量进行综合评价,并对其进行聚类分析,最后利用红枣产量结果进行验证。结果表明:通过因子分析法将原14个土壤性质指标降维,提取出3个公因子,反映了原信息量的82.49%。第1 公因子以全氮、全钾、速效钾、微生物量碳贡献最大,可作为保肥供肥因子。 第2 公因子上以脲酶、微生物量氮、蔗糖酶贡献最大, 可作为微生物活性因子。碱性磷酸酶为第3 公因子上的主要影响因子。土壤养分、微生物量、酶活性及微生物数量之间存在多种显著或极显著正相关关系。枣园土壤质量综合得分以C3N1处理最高,其次为C2N3和C2N2处理,这一结果与产量的变化趋势比较吻合。聚类分析将不同处理分为5类,分析结果与各处理因子综合得分评价较为一致。在本研究试验条件下,10 t/hm2的生物炭,配施300 kg/hm2的氮肥为最佳培肥模式。 研究结果对生物炭和氮肥配施在农田果园的合理施肥和科学管理提供科学依据。
2018, 34(1):141-148. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.019
摘要:为研究区域农业干旱时空分布特征,以及干旱对作物产量的影响,建立了基于信息扩散和分形技术的农业干旱特征量化分析模型。以西安市为典型研究区,根据1951-2010年降水、气温资料和1949-2015年玉米产量等数据,利用该文提出的评估指标和技术方法对西安市玉米干旱特征分析计算,验证了模型的有效性。结果表明:1)60年来,西安市玉米共发生30次气象干旱,平均2年1次。2001-2010年以来,频次增多,平均1.25年1次。气象干旱发生的时间具有分形特征,经大量试验,发现当计算样本数量约14时,重标极差方法可取得很好效果。2)玉米气象干旱的程度呈现很缓慢上升趋势,Hurst指数0.930 7,而玉米趋势产量波动上升,玉米当前(2011-2015年)平均趋势产量为5 468 kg/hm2,作物干旱程度(减产率)呈缓慢下降趋势。3)玉米气象干旱程度和作物干旱程度相关性不明显,但两者变化周期基本相同,经信息扩散技术处理后,趋势呈现明显波峰、波谷交替变化。4)预测西安市2023年(第40个干旱年)气象干旱程度约1.2,按照当前的抗旱能力和技术水平,产量损失估计约1.35%,预估玉米单产约5 394 kg/hm2。该研究尝试基于信息扩散和分形技术对西安市玉米干旱发生时间和程度的特征进行分析,为该地区玉米干旱防灾减灾提供技术参考。
孙红 , 郑涛 , 刘宁 , 程萌 , 李民赞 , Zhang Qin
2018, 34(1):149-156. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.020
摘要:为了检测马铃薯作物叶绿素含量,该文按照叶片垂直分布位置采集马铃薯叶片样本的成像高光谱数据,提取并计算了400个划分区域的平均光谱,使用手持式SPAD-502叶绿素仪测定了相应位置的SPAD(soil plant analysis development)值。采用标准正态变量校正(standard normal variate,SNV)方法对光谱数据进行预处理,分析了开花期植株自下而上垂直叶位间光谱和叶绿素分布关系,其光谱反射率在382~700 nm区间随叶位的升高反射率增加(上>中>下),在700~1 019 nm范围下叶位反射率高于上部和中部叶位(下>上>中),且SPAD均值依次为36.41、43.11、47.04。分别采用相关系数分析法和随机蛙跳(random frog,RF)算法筛选叶绿素含量敏感波长,并建立偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)模型。结果如下:基于相关系数分析法筛选的12个敏感波长主要位于530~550和706~708nm范围,建模精度RC2为0.7 588,验证精度RV2为0.5 773;基于random frog算法筛选的11个敏感波长(554.62、560.26、575.04、576.35、595.09、604.7、649.44、731.8、752.78、786.38、789.97 nm),建模精度RC2为0.8 423,验证精度RV2为0.7 676。选取RF-PLS模型计算马铃薯叶片每个像素点的叶绿素含量,绘制不同叶位马铃薯叶片叶绿素含量可视化分布图,结果可反映马铃薯在开花期植株上叶片叶绿素动态响应关系,实现了不同叶位马铃薯叶片叶绿素含量无损检测以及分布可视化表达。
2018, 34(1):157-163. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.021
摘要:为探究数码相机监测甜菜冠层叶片氮素的可行性,2014年于内蒙古赤峰市松山区太平地镇采用不同种植方案设计了田间试验。利用数码相机获取甜菜冠层数字图像,基于灰度值的阈值分割方法提取冠层图像的红光值(R)、绿光值(G)和蓝光值(B),交互调优R、G、B单色分量权重,提出三原色权值调优方法,并挖掘出适宜于表征甜菜冠层LNC(leaf nitrogen content)的基础调优参数BOP(basic optimal parameter)和归一化调优参数NOP(normalized optimal parameter)。结果表明:采用常规方法选取的敏感颜色参数G/R、NRI(R/(R+G+B))与冠层LNC的相关系数分别为0.80和0.79,三原色权值调优方法确定的调优参数BOP、NOP与冠层LNC的相关系数分别为0.83和0.84,算法优化后提高了颜色参数与冠层LNC的相关性。对比常规参数和调优参数对冠层LNC的预测精度,结果显示调优参数BOP、NOP建立模型的预测精度均高于常规参数G/R、NRI,BOP预测模型的决定系数R2和均方根误差RMSE(root mean square error)分别为0.69和2.65,NOP预测模型的R2和RMSE分别为0.68和2.73。该研究表明,在大田自然光照条件下,借助数码相机实时、准确监测甜菜氮素营养丰缺水平具有较高的可行性,数字图像处理技术在作物营养无损诊断中存在很大的应用潜力。
杨信廷 , 刘蒙蒙 , 许建平 , 赵丽 , 魏书军 , 李文勇 , 陈梅香 , 陈明 , 李明
2018, 34(1):164-170. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.022
摘要:为了监测温室黄瓜作物虫害种类、数量变化情况以预测虫害发展趋势,该文以粉虱和蓟马为例,提出了一种基于Prewitt、Canny边缘检测算子分割和SVM(support vector machine)的温室粉虱和蓟马诱虫板的图像识别算法。该方法利用HSI(Hue-Saturation-Intensity)颜色空间的I分量与L*a*b*颜色空间的b分量二值图像中害虫目标与背景的高对比性,再分别相应地利用Prewitt算子和Canny算子进行单头害虫边缘分割,再经过形态学处理,最后融合这两幅二值图像完成单头害虫区域的提取。然后提取害虫的5个形态特征(面积、相对面积、周长、复杂度、占空比)及9个颜色特征(Hue-Saturation-Value颜色空间、HSI颜色空间、L*a*b*颜色空间各分量的一阶矩),并对这14个特征参数进行归一化处理,将特征值作为SVM的输入向量,进行温室粉虱和蓟马的诱虫板图像识别。通过分析比较不同向量组合的BP(back propagation)与SVM的害虫识别率、4种不同SVM核函数的害虫识别率,发现颜色特征向量是粉虱和蓟马识别的主成分,且SVM的识别效果优于BP神经网络、线性核函数的SVM分类性能最好且稳定。结果表明:平均识别准确率达到了93.5%,粉虱和蓟马成虫的识别率分别是96.0%和91.0%,能够实现温室害虫的诱虫板图像识别。该研究可以为虫害的监测与预警提供支持,为及时采取正确的防治措施提供重要的理论依据。
2018, 34(1):171-177. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.023
摘要:为了解决水稻群体动态生长模拟过程中叶片间碰撞检测效率较低的技术问题,该文利用水稻叶片抛物线的形态结构特性以及CPU/GPU硬件加速特性,提出了水稻叶片混合层次包围盒树(mixed level tree, MLT)快速构造方法以及基于CPU/GPU的群体叶片快速相交检测方法。提出了新的OBB包围盒方向轴计算方式,降低了OBB包围盒构建的复杂度,在此基础上,利用单株叶片之间、群体叶片之间碰撞检测计算关系的依赖性,设计了CPU/GPU加速方案,并使用CUDA在Tesla 40加速卡上实现。对分蘖期大规模水稻群体叶片进行了效率对比试验,结果表明,水稻群体规模从2 000株增长到10 000株的过程中,本文提出的基于MLT的碰撞检测方法耗时是传统的AABB方法耗时的50%,是OBB方法耗时的30%,有效地提升了叶片之间的碰撞检测速度;同时,基于CPU的碰撞检测方法耗时呈线性增长,而利用CPU/GPU并行加速耗时相较于在CPU上的运行时间节省了98%,大幅度提升碰撞检测效率。该研究可为虚拟作物可视化仿真提供参考。
2018, 34(1):178-185. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.024
摘要:针对审定品种在推广阶段表现差异巨大、特征规律没有充分挖掘等问题。该文结合1982?2012年玉米新品种推广面积数据,选取种植面积曾达到666 67 hm2、推广时间大于5 a的品种,以推广时间、最大推广面积等为关键指标,从全国和省份空间尺度分类选取优良品种,发现2类优良品种:在全国推广面积大时间长、具有普遍适宜性的大品种;仅在有限省份推广面积大时间长、具有特殊适宜性的区域特色品种,分析了其推广重心转移及扩散规律。优良品种在不同空间尺度扩散方式一致,呈现2种扩散模式:1)大品种推广重心呈辐射邻近扩散;2)区域品种推广重心呈跳跃式扩散且跳跃距离较远,在1~2个省份出现空间聚集性。优良品种在不同空间尺度都具有扩散效应和重心变化,不同省份品种结构和更替无明显空间相关。该研究可为按省级建立品种推广方案提供参考。
徐贵玲 , 李梦慧 , 卢平 , 宋恒衡 , 梁财 , 陈晓平
2018, 34(1):186-192. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.025
摘要:在BT-1000粉体综合特性测试仪和有机玻璃下料试验系统上,分别进行了烘焙生物质与煤粉二元混合物的流动及下料特性试验,重点探讨了烘焙生物质质量分数对烘焙生物质与煤粉二元混合物流动特性的影响规律,并对不同烘焙生物质与煤粉混合物流动特性的差异进行了比较;进而考察了烘焙生物质质量分数(0~100%)和下料口直径(15、17、21、24和27 mm)对烘焙生物质与煤粉二元混合物下料特性的影响规律,并提出了预测烘焙生物质与煤粉二元混合颗粒系统下料质量流率的经验公式。结果表明:随着烘焙生物质质量分数的增加,混合物的休止角和压缩度逐渐增大,Carr流动性指数(FI)逐渐减小,混合物的流动特性逐渐变差。与休止角法和压缩度法相比,采用Carr流动性指数法对于烘焙生物质与煤粉二元混合物流动特性的评价更加细致全面。该文所研究的4种原料的FI从大至小依次为:无烟煤1>无烟煤2>烘焙生物质1>烘焙生物质2。对于4种不同烘焙生物质/煤粉混合物,其流动特性由一般(common)过渡至较差(poor)的转折点(即FI=60)所对应的烘焙生物质质量分数从小到大依次为:无烟煤2(平均粒径为120 μm) /烘焙生物质2(平均粒径为115 μm)(34%)<无烟煤1(平均粒径为250 μm) /烘焙生物质2(52%)<无烟煤2/烘焙生物质1(平均粒径为230 μm)(70%)<无烟煤1/烘焙生物质1(85%)。随着烘焙生物质质量分数的增加,不同烘焙生物质与煤粉混合物的下料质量流率均逐渐减小。混合物的下料过程是否能够正常进行主要取决于混合物中烘焙生物质的添加量,即烘焙生物质的质量分数,其下料极限生物质添加量可以通过测定烘焙生物质/煤粉混合物的FI进行预测。当烘焙生物质的添加量使得烘焙生物质/煤粉混合物的FI<55时,即流动特性处于较差(poor)且接近非常差(bad)的区域,甚至进入非常差(bad)范畴时,混合物的下料过程将无法进行。随着下料口直径的增大,不同配比的烘焙生物质与煤粉混合物的下料质量流率均逐渐增大。该文所获得的不同配比烘焙生物质与煤粉混合物下料质量流率经验公式可以在?15%到+25%的误差范围内对烘焙生物质与煤粉二元混合物的下料质量流率进行较好地预测。
吴丹焱 , 辛善志 , 刘标 , 陈应泉 , 杨海平 , 王贤华 , 陈汉平
2018, 34(1):193-197. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.026
摘要:该研究采用固定床热解炉,研究不同木质素含量花生壳、核桃壳样品的裂解行为,利用元素分析、工业分析、气相色谱-质谱联用以及气相色谱法对原料和热解产物进行分析,探究木质素与综纤维素在原始交联结构下的交互作用及其对热解产物分布特性影响。研究结果发现,300 ℃热解条件下,随着木质素含量的增加,样品中固体产率增加,液体产率和气体产率下降。500、700 ℃热解条件下,固体产率相比300 ℃有大幅度的下降,且随样品中木质素含量的增加,固体产率无明显变化,液体产率稍微增加,气体产率下降。500 ℃时,H2产率很低,随样品中木质素含量的增加,CO2含量减少,CH4含量增加,CO含量有稍微的上升。而700 ℃时,综纤维素的脱氢、缩合、成环会生成大量的H2。同时,木质素能够促进综纤维素分解生成大量左旋葡聚糖,并抑制其分解;而综纤维素抑制木质素单体愈创木基的脱甲氧基反应,促进苯丙烷基的脱烷基反应,形成更多的酚类化合物。该研究对于生物质组分间交互和产物形成特性研究具有积极意义。
2018, 34(1):198-203. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.027
摘要:为了研究玉米秸秆与木屑及木钠的混配成型特性,该文采用5因素的响应面中心组合设计,在WD-100KE型电子压力机上进行单颗粒压缩试验,研究了成型参数木屑质量分数(0~40)、木钠质量分数(2%~10%)、温度(40~160 ℃)、水分(4%~20%)、压力(1~9 kN)对成型指标松弛密度、比能耗、径向最大抗压力的影响。通过对试验数据的回归,建立了响应面模型,分析了参数间的交互作用,获得了较佳的成型参数,并进行了试验验证。结果表明:温度和水分、水分和压力对比能耗起显著交互作用;木钠质量分数和温度、温度和水分、水分和压力对径向最大抗压力起显著交互作用。较佳的参数为:木屑质量分数10.15%,木钠质量分数8%,温度95.83 ℃,水分15.83%,压力3 kN,验证试验参数修正为:木屑质量分数10%,木钠质量分数8%,温度96 ℃,水分16%,压力3 kN,响应指标结果为:松弛密度1 054 kg/m3、比能耗8.02 kJ/kg、径向最大抗压力685N,与预测值误差值在8%以内,可为相关生产提供理论参考。
王明 , 赵胜雪 , 李旭荣 , 晏水平 , 袁巧霞 , 张衍林
2018, 34(1):204-209. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.028
摘要:为改善猪粪在连续型沼气工程中的容积产气效率和降低其进出料过程的热损失,该研究拟采用高浓度和小体积喂料方式进行,将新鲜猪粪分别稀释成总固体质量分数(total solid, TS)为10%、12%和14% 3个水平,通过逐级缩短水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)(HRT:25 d→20 d→18.5 d)的方式来改变各组反应器的负荷。试验结果表明,当HRT:25 d时,各组平均日产气量均表现最高,约为460 mL/g,此阶段可获得85%以上的沼气转化效率;当HRT:20 d时,各组均获得最大容积产气率,最高达到2.29 L/(L·d)(TS:14%);当HRT下降至18.5 d时,各组产气量均呈下降趋势,表明有机负荷已超出反应器的最大转化能力。通过综合原料产气转化效率和容积产气效率2个指标,发现进料TS为14%和HRT为25 d为较优组合条件。该研究可为在实际沼气工程中如何协调进料浓度和HRT的关系提供参考。
2018, 34(1):210-216. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.029
摘要:随着城市化进程在全球范围内的快速推进,对城市区域土地覆被/土地利用变化产生影响。采用1990、2000和2011年3期Landsat TM5遥感数据,提取乌鲁木齐市土地覆被/土地利用信息,并将各期用地分类数据分别转入250 m×250 m的矢量网格单元,计算每个网格单元内各类用地面积占网格单元面积比例的变化,探讨乌鲁木齐市1990-2011年土地覆被/土地利用时空变化特征及驱动因素,并通过相关和回归分析,研究1990-2011年各用地类型之间相互转移和替代的关系。结果表明:1)1990-2011年乌鲁木齐市城市快速扩展,大面积裸地和绿地转化为建设用地,建设用地持续增加,从1990年157.37 km2增加到2011年的444.89 km2,裸地持续减少,绿地先减少后增加,水体则呈现缓慢增长的趋势。2)研究区内不同区域和方向由于受到地形条件、政策、城市规划以及道路交通网络等因素的影响,土地覆被/土地利用呈现出不同的时空变化趋势,建成区老城区内部呈现挖潜的集约式增长,外围则是蔓延式扩展。该研究对该地区城市建设和发展具有借鉴意义。
郑涵 , 安平 , 段淑辉 , 王萌 , 李杉杉 , 李晓越 , 孟楠 , 陈世宝
2018, 34(1):217-223. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.030
摘要:高效、低成本钝化材料的研发及盆栽与田间试验结果的一致性仍然是目前重金属污染土壤原位钝化修复的技术难点。该文以镉(Cd)污染的湖南红壤与浙江水稻土为对象,以2种不同Cd敏感性水稻(Cd低吸收品种JH212、Cd高富集品种XS09)为试材,通过盆栽与田间对比试验,基于水稻籽粒Cd消减率、修复边际效率及土壤中Cd有效态含量的变化等对不同钝化剂的修复效果进行了测定。结果表明:不同钝化剂对2种不同Cd敏感性水稻籽粒Cd的吸收、转运均有显著(P<0.05)降低作用。盆栽试验条件下,与对照相比,不同钝化剂处理后湖南红壤中水稻籽粒Cd浓度最大降低65.3%,浙江水稻土中籽粒Cd浓度最大降低61.4%;在田间试验条件下,不同钝化剂处理的红壤中水稻籽粒Cd浓度最大降低61.8%,水稻土中籽粒Cd浓度最大降低60.1%。就2种不同的Cd敏感性水稻品种而言,不同钝化剂对Cd高富集品种XS09的钝化效果要优于Cd低吸收品种JH212。总体而言,不同钝化剂对2种不同Cd敏感性水稻籽粒Cd消减率为41.6%~65.3%,对XS09的籽粒Cd消减率略高于JH212,在酸性红壤的钝化效果高于水稻土;不同钝化剂对水稻籽粒Cd消减效果依次为黏土矿物钝化剂AT>腐殖质钝化剂WG≈岩基钝化剂FS。不同钝化剂对Cd污染红壤与水稻土的修复边际效率为9.10%~15.4%,最高为AT处理,其次为WG与FS处理;综合籽粒Cd消减率与修复边际效率2个指标进行考虑,不同钝化剂对Cd污染土壤的修复效果顺序为AT>WG>FS。
李晓丹 , 杨灏 , 陈智婷 , 王振 , 郭璐杰 , 宋咏洁 , 刘露
2018, 34(1):224-231. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.031
摘要:为提高煤矿废弃工业广场再开发效率,从"城市双修"视角出发,基于驱动力-状态-响应(driving force-state-response,DSR)模型框架,建立由3个一级指标、7个二级指标、16个三级指标组成的煤矿废弃工业广场再开发时序评价体系。以北京京西煤矿为例,采用赋值法进行指标量化分级,利用四象限法对驱动力D、状态S和响应R结果进行耦合处理。结果表明:长沟峪(D=3.818,S=3.848)、大台(D=3.732,S=4.603)和木城涧(D=2.646,S=4.522)划属近期开发;王平(D=4.240,S=3.187)、千军台(D=2.248,S=3.887)和大安山(D=1.792,S=4.39)划属中期开发;安家滩(D=2.118,S=1.464)和花坡根(D=2.798,S=1.907)划属远期开发。该时序评价体系将煤矿废弃工业广场再开发与城市发展紧密结合,以更全面的视角进行时序评价,准确性更高、适宜性更强,为同类型废弃工业广场再开发时序评价提供借鉴参考。
2018, 34(1):232-240. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.032
摘要:为分析稀土开采的时空分布及矿区土地毁损与恢复过程,该文以岭北稀土矿区为例,以1990-2016年的HJ-1B CCD、Landsat 5和Landsat 8遥感数据为数据源,结合回归分析法、遥感时序NDVI分析方法,对岭北稀土矿区的稀土开采状况及土地毁损与恢复情况进行分析。为减少不同数据由于传感器自身原因而带来的NDVI误差,采用回归分析法构建HJ-1B CCD、Landsat5/8数据的NDVI转换方程并利用均方根误差对转换方程的精度进行检验。结果表明:HJ-1B CCD、Landsat5/8数据的NDVI 影像对应转换方程的R2值均超过0.9以及模拟影像与真实影像之间的均方根误差值均小于0.05,说明HJ-1B CCD、Landsat5/8的NDVI数据之间存在较为显著的线性正相关,所求的转换方程具有较高精度,可以消除数据来源差异对NDVI的影响;稀土开采时空分布分析表明岭北稀土矿区在2001-2004年、2006年的开采面积较大,均超过1 km2,其中2006的开采面积最大,达到2.546 1 km2;稀土开采在空间分布上较为分散,不仅增加了监管的困难,造成了资源的浪费,还一定程度上增加了治理困难;土地毁损与恢复分析表明受到人为扰动的区域占矿区总面积的54.59%,其中受森林砍伐扰动影响的面积最大,为86.5341 km2;稀土开采扰动的土地面积为11.354 4 km2,其植被恢复的平均加权时长为11年。其中复垦恢复的面积为5.004 9 km2,仍有6.349 5 km2的区域植被未恢复,急需治理。该研究能较好的反映稀土干扰下的土地毁损与恢复过程,为岭北稀土矿区的生态环境治理及矿区的可持续发展提供借鉴。
2018, 34(1):241-249. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.033
摘要:针对长株潭城市群的湿地景观面积迅速减少、破碎化程度增加等情况,该文基于时间序列Landsat数据及物候特征参数,采用面向对象方法的随机森林算法获得了长株潭城市群2000-2015年湿地时空格局及变化数据,利用景观格局指数、质心迁移等方法分析了近16 a来长株潭城市群湿地时空格局及变化特征,并通过Logistics回归模型分析了城市群湿地演化的驱动力因素。研究结果表明:1)湿地类型主要为人工湿地水田,其次为河流湿地与库塘湿地,湖泊湿地与苔草沼泽分布面积相对较小;2)2000-2015年研究区湿地总面积呈减少趋势,减少231.12 km2,减少6.64%,同时湿地的空间转移也十分剧烈。3)研究期间,长株潭城市群湿地景观破碎度在呈增强趋势,且景观形状也趋于复杂。同时,研究区景观连通性在不断降低,而景观丰富度在不断增加。4)研究期间,长株潭城市群5种湿地类型的质心在均发生了不同程度的的迁移,其中河流、库塘和水田的质心迁移相对较大,湖泊的质心位置相对稳定。5)长株潭城市群地区降水量的减少及气温的升高,加之高强度人类干扰是近年来湿地变化的主要原因,其中人类活动加剧了湿地变化的复杂性和差异性。该研究可为长株潭城市群湿地资源的可持续发展提供科学、可靠的数据支持。
2018, 34(1):250-257. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.034
摘要:为了探究油料品质及制油工艺对花生毛油中邻苯二甲酸酯类塑化剂(phthalatic acid esters,PAEs)的影响规律,对未脱皮花生仁和脱皮花生仁分别采用压榨法和浸出法提取花生毛油,对未脱皮和脱皮花生仁及其对应毛油中PAEs含量进行检测分析,研究原料品质和制油工艺对花生毛油中PAEs含量的影响。结果表明:未脱皮和脱皮花生仁中均含有PAEs且在制油过程向毛油中迁移和富集,在不同制油工艺中迁移率的差别致使不同毛油中PAEs含量也有明显差别。7个未脱皮花生仁样品中邻苯二甲酸二丁酯(dibutyl phthalate,DBP)、邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯(di(2-ethtlhexyl) phthalate,DEHP)、邻苯二甲酸二异壬酯(diisononyl ortho-phthalate,DINP)和8种塑化剂总的(total content of 8 PAEs,∑8PAEs)质量分数分别为0.085~0.540、0.325~1.372、0.422~0.771和0.964~3.403 mg/kg。花生浸出毛油中DBP、DEHP、DINP及∑8PAEs平均含量是压榨毛油的1.39、1.23、1.16、1.22倍。花生仁脱皮制油可使毛油中DBP、DEHP、DINP、∑8PAEs含量分别降低33.0%~36.4%、26.7%~29.4%、15.0%~18.7%、22.5%~23.0%。在花生油生产尤其是炒香型花生油生产时,严格对花生仁原料中PAEs含量进行监控,同时采用花生脱皮压榨取油,对花生油产品的PAEs风险防范和控制有重要意义。研究结果可为企业生产高品质花生油,降低PAEs风险提供参考。
陈红 , 尹伊君 , 潘海兵 , 鲍秀兰 , 李善军 , 徐勤超 , 徐翔宙
2018, 34(1):258-266. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.035
摘要:为了探究宽皮柑橘在采摘、贮运、加工过程中机械损伤规律,该文通过挤压、跌落、振动等不同载荷条件下的宽皮柑橘机械损伤特性试验,分析了柑橘果实在固定贮藏时间段内的质量损失和细胞渗透变化等生物学特性,结合试验数据和数学建模,定量估算柑橘机械损伤程度,运用机器学习问题中的k近邻分类,建立了评判宽皮柑橘机械损伤情况的二分类预测模型,试验准确率大于80%。探究了胶合板、瓦楞纸、泡沫(聚苯乙烯泡沫塑料,EPS)和塑料(高密度低压聚乙烯,HDPE)在挤压、跌落、振动等不同受载情况下的减损效果。结果表明:在不加防护措施情况下,柑橘受到的挤压力不宜超过10 N,柑橘的单次铅直跌下落高度应控制在90 cm内,尽量减少柑橘堆码层数,直接接触堆码的层数建议不超过2层,应对上层进行必要的缓冲保护,振动时间不宜大于0.5 h,加速度建议不超过0.8 g;挤压时瓦楞纸减损效果最好,柑橘机械损伤程度为0.4%;跌落后EPS减损效果最好,柑橘机械损伤程度为6.46%;振动时HDPE减损效果最好,柑橘机械损伤程度为4.33%。研究结果可为宽皮柑橘采收和采后处理中的有关装备设计和减损防护提供参考。
2018, 34(1):267-272. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.036
摘要:为探索安全高效实用的果汁类食品砷吸附材料,以天然植物副产物荔枝皮为材料,通过共沉法制备砷吸附材料磁性荔枝皮(magnetic litchi peel,MLP),采用电感耦合等离子体质谱法测定砷含量,以砷清除率为判断指标,研究了MLP对三价砷和五价砷吸附效果及机理。结果表明:改性MLP表面含有粉末状的Fe3O4,与未改性荔枝皮相比部分官能团增加,表面粗糙、更加凹凸不平,结构疏松,微孔数量增加,有利于吸附作用的进行,在砷浓度为0.20 mg/L水溶液中三价砷和五价砷吸附率为88%和90%,对苹果汁中的三价砷和五价砷吸附率为83%和93%;MLP对三价砷和五价砷溶液吸附等温线符合Langmuir等温线模型,拟合决定系数R2均大于0.99,为单分子层吸附,在298 K条件下饱和吸附量三价砷为0.181 mg/g,五价砷为0.225 mg/g;MLP对砷溶液吸附动力学可以通过准二级吸附动力学模型描述,R2均高于0.99;MLP对三价砷和五价砷的吸附过程中吉布斯自由能小于0,吸附反应是自发进行的,焓变小于0,MLP对两种价态砷的吸附都是放热反应。研究结果可为改性荔枝皮在果汁类食品中砷脱除方法和工艺的应用提供理论与数据参考。
2018, 34(1):273-278. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.037
摘要:为了探究风浪造成的船只摇摆和工艺参数设置对南极磷虾挤压脱壳加工效果的影响,该文测量记录了不同横摇和纵摇状态下脱壳加工的得肉率和虾壳残留,分析了不同条件下脱壳滚轴长度区域的脱壳完成率。结果表明:船舶摇摆会对脱壳加工得肉率与虾壳残留率造成影响,但差异均不显著(P>0.05),在纵摇7?和横摇5?时虾壳残留率分别达到1.07%和1.64%。船舶的摇摆对脱壳完成率有一定影响,随着摇摆幅度的增加,同一区域内脱壳完成率呈下降趋势。增加滚轴的长度能有效防止由于摇摆幅度增加而造成脱壳完成率降低的问题,当滚轴长度为1 200 mm时,脱壳完成率大于95%。放置时间对脱壳效果的影响较大(P<0.05),放置2 h后的磷虾在区域Ⅳ的脱壳完成率降低至94%,虾壳残留率也相应增多。研究结果可为南极磷虾脱壳设备的应用和产业化提供参考。
2018, 34(1):279-286. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.038
摘要:低压过热蒸汽干燥与其他传统干燥方法相比,能够较好地保留果蔬类物料中的营养成分,但只有当干燥温度超过逆转点温度时,过热蒸汽干燥才具有干燥效率优势。为了研究果蔬类物料在低压过热蒸汽干燥过程中是否存在逆转点温度,本文以青萝卜为试验物料,分别基于第一降速干燥阶段与整个干燥阶段平均干燥速率,对其低压过热蒸汽干燥过程逆转点温度进行求解。研究结果表明:基于上述2种计算方式,青萝卜片在低压过热蒸汽干燥过程中都存在逆转点温度。在干燥压力为0.009 5 MPa时,基于整个干燥阶段与第一降速干燥阶段计算的逆转点温度分别为92.7 ℃和86.1 ℃,当干燥温度为100 ℃时(逆转点温度以上),低压过热蒸汽与真空干燥的青萝卜片中维生素C的保留率分别为35.13%和33.29%。低压过热蒸汽干燥在逆转点温度以上不仅干燥效率要高于真空干燥,而且青萝卜片中维生素C的保留率也高于真空干燥。
季丽丽 , 梁芸志 , 陈存坤 , 董成虎 , 于晋泽 , 纪海鹏 , 王成荣
2018, 34(1):287-293. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.039
摘要:为了延长西葫芦的采后保鲜期和减少营养物质的损耗,本文以西葫芦(Cucurbita pepo.L)为试材,比较了不同预冷温度对西葫芦预冷后的冷藏效果,分别置于?3、0、3和6 ℃差压冷库中,预冷到10 ℃,然后在10 ℃条件下冷藏。期间每4 d取一次样,测定其各项指标。结果表明:6 ℃预冷速度最慢,0和3 ℃快于6 ℃,?3 ℃预冷速度最快。与冷藏前相比,冷藏结束(16 d)时,0和3 ℃预冷组的丙二醛含量分别上升了66.76、71.63 %,显著(P<0.05)低于其他2个处理;4个组(分别为?3,0,3和6 ℃预冷组)的硬度分别下降了9.89%、7.46%、7.89%和11.19%;CAT活性分别为16.25、19.79、17.58和16.63 U/min?g;各组的维生素C含量分别下降了32.61%、20.65%、26.09%和30.87%;香气成分中醛类相对含量分别为69.94%、76.33%、71.47%和70.97%。与?3和6 ℃预冷相比,0和3 ℃预冷处理能够显著的延缓硬度的下降,降低呼吸速率和乙烯的释放量,因此能延缓西葫芦的采后衰老和延长货架期;并抑制了丙二醛的积累,减少组织损伤且抗坏血酸过氧化物酶活性和过氧化物酶的活性也受到抑制,提高了过氧化氢酶活性,因而可以降低活性氧伤害;并保持了较高的香气成分含量,而?3和6 ℃预冷的西葫在冷藏后期的呼吸强度及抗坏血酸过氧化物酶活性迅速升高,且?3 ℃的预冷处理使得西葫芦在之后的冷藏过程中出现了明显的冷害现象,即表皮长斑。因此0和3 ℃差压预冷对西葫芦的冷藏效果较好,研究结果为西葫芦采后冷链技术的发展提供了参考。
2018, 34(1):294-300. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.040
摘要:为了提高JS25噬菌体的稳定性及在不同液态食品中的应用,该研究通过海藻酸钠微囊化JS25噬菌体,对制备的JS25噬菌体微囊粉进行结构表征和稳定性分析,并研究微囊粉在不同液态食品中的释放规律及稳定性,确定其对液态食品的生物防制作用。结果表明,JS25噬菌体微囊粉包埋率可达87.4%;该条件下的微囊粉粒径分布在20~90 ?m之间,且呈正态分布;并且与浮游态噬菌体相比,微囊化的JS25噬菌体稳定性显著增加至35 d(4 ℃和20 ℃)。另外,JS25微囊粉在不同液态食品中均可迅速释放,并有较高的稳定性;鲜牛奶、蛋清液及肉汤中,当S25噬菌体微囊粉添加量分别超过0.1、1.0、2.0 g/kg时,对鲜致病菌有较强的清除作用。说明该工艺可以有效固定JS25噬菌体,并且对液态食品有较高的生物防制作用。因此,海藻酸钠微囊化JS25噬菌体可以用于JS25噬菌体微囊粉的生产加工及液态食品保鲜。
傅玉颖 , 沈亚丽 , 陈国文 , 王美 , 李肖蒙 , 张豪 , 倪俊杰
2018, 34(1):301-307. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.041
摘要:为了探讨盐离子对魔芋葡甘聚糖(konjac glucomannan,KGM)与黄原胶(xanthan gum,XG)复配凝胶体系动态流变学特性的调控机制,该文以KGM-XG(konjac glucomannan-xanthan gum,KGM-XG)复配凝胶为研究对象,选取了具有代表性的Na+ 与Ca2+,按照1~15 mmol/L 的浓度分别加入到KGM-XG复配凝胶中,测定复配凝胶体系的动态流变学特性,即应变扫描、应力扫描、频率扫描、温度扫描、蠕变-恢复等。结果表明:盐离子的加入会破坏KGM与XG形成的空间网络状结构,造成复配凝胶体系弹性降低,同时盐离子的加入会使得复配凝胶体系的溶胶-凝胶转化温度降低,凝胶体系的损耗因子不断升高。Ca2+ 由于具有更高的价态,因此对KGM-XG复配凝胶体系的凝胶强度减弱作用更强,但高浓度的Ca2+ 能在一定程度上提升其黏弹性质。研究结果可为含有 KGM-XG复配凝胶的体系提供从质构设计到工业生产等多方面的实践指导。
孙恩惠 , 武国峰 , 张彰 , 靳红梅 , 徐跃定 , 叶小梅 , 黄红英
2018, 34(1):308-314. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.042
摘要:为提高大豆蛋白胶黏剂的胶合强度,开发环境友好型木材用生物质胶黏剂,采用玄武岩纤维(basalt fiber,BF)作为增强改性剂,成功制备了胶接性能优良的玄武岩纤维改性大豆蛋白胶黏剂(basalt fiber/soybean protein isolate adhesive,BF/SPIA),并对BF/SPI的胶接强度、流变特性、化学基团及形态结构进行了分析。研究结果表明:随着玄武岩纤维用量的逐步提高,改性大豆蛋白胶黏剂的力学强度呈先增加后下降的趋势。当BF质量分数为5%时,BF/SPIA干、湿状胶接强度分别达2.15和0.92 MPa。流变特性测试结果表明BF/SPI胶黏剂的剪切模量有所增加;傅里叶红外光谱(fourier infrared spectrum,FTIR)显示出改性大豆蛋白胶黏剂中亲水基团降低,Si-O键特征峰明显,BF与大豆蛋白分子间相互作用,形成新的复合结构;扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)图谱印证了BF与SPAI两相体系融合性良好,且固化胶接界面较为致密。中试试验结果进一步表明玄武岩纤维改性大豆蛋白胶黏剂具有良好的稳定性,其湿状胶接强度可高达1.05 MPa,木材压缩率仅14.92%,实用性较强。该研究可为改性大豆蛋白胶黏剂的工业化应用及推动环保木材胶黏剂的应用进程提供理论参考。