• 2019年第35卷第23期文章目次
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    • >农业装备工程与机械化
    • 杂交稻气力滚筒集排式排种器楔形搅种装置设计与试验

      2019, 35(23):1-8. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.001

      摘要 (1080) HTML (0) PDF 1.59 M (707) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高杂交稻气力滚筒集排式精量排种器的排种精度,该文设计了一种楔形搅种装置,以解决滚筒型排种器由于充种时间短和吸种区稻种架空造成吸种精度低的问题。以厚度1、2和1-2 mm带有坡度(其最薄处厚度为1 mm、最大厚度处为2 mm)3种楔形搅种装置为研究对象,简化排种器模型,进行了搅种过程离散元仿真模拟,以吸孔附近稻种层的平均法向接触力和平均三轴合速度为评价指标,分析了不同搅种装置对种群内摩擦力变化的影响,得出1-2 mm带有坡度的搅种装置对稻种种群的搅动效果较好;以杂交稻种晶两优1212为研究对象,采用三因素五水平二次回归正交旋转组合试验,研究在1-2 mm带有坡度的楔形搅种装置下吸种负压、滚筒转速、清种距离(清种指到吸孔边缘距离)对滚筒型排种器排种性能的影响。结果表明:以漏吸率(X1)(0粒/穴),合格率(X2)(1~3粒/穴),重吸率(X3) (≥4粒/穴)为评价指标,预测最优组合为吸种负压为1.60 kPa、滚筒转速为10 r/min、清种距离为1.94 mm,其合格率为84.67%,重吸率为7.92%,漏吸率为7.41%,试验验证上述最优组合:合格率为86.00%,重吸率为8.47%,漏吸率为5.53%。该研究结果表明,安装1-2 mm带有坡度楔形搅种装置对稻种的分离、搅动和助吸有明显作用,可提高排种器吸种性能,为进一步优化杂交稻气力滚筒集排式精量直播机排种性能提供依据。

    • 气送式高速玉米精量排种器设计与试验

      2019, 35(23):9-20. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.002

      摘要 (1117) HTML (0) PDF 5.62 M (712) 评论 (0) 收藏

      摘要:为满足在高速条件下玉米精量播种的要求,从工作原理出发,设计一种可从根本上解决因高速作业带来的充种性能不佳、清种结构复杂等问题的高速精量排种器,其利用高速作业产生的离心力进行充种与清种,将现行的种子堆积依靠重力充种的形式改成气送充种,对排种盘、型孔插件、护种板结构形状进行了理论分析和参数设计,采用文丘里管进行有序气吹送种,型孔插件与护种板相配合充种与携种,护种板宽度变化清种。分别对排种器工作速度、种子喂入速度、气送风压进行单因素试验,以合格指数、漏播指数、重播指数为试验指标,得出各因素对排种性能的影响,其中此工作原理下增加排种器工作速度不但不会增加漏充指数,反而降低并基本保持不变。为得到排种器的最佳性能参数,进行正交旋转组合试验并构建各因素与指标间的关系式。采用响应曲面法对试验结果进行目标优化,并通过台架试验进行验证:得到工作速度为9 km/h,种子喂入量为1.91 kg/min,气送风压为492.17 Pa时,排种合格指、漏播指数、重播指数分别为93.14%,1%,5.86%,经台架试验验证,优化结果可靠。试验结果表明此种气送式高速玉米精量排种器很好的解决了在高速作业下充种难,清种复杂的问题,在高速工作条件下能保持良好的排种性能。

    • 基于微波反射法的谷物含水率在线检测装置研制

      2019, 35(23):21-28. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.003

      摘要 (838) HTML (0) PDF 3.03 M (564) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对稻麦联合收割机在收获作业时难以对小麦、水稻等谷物的含水率进行准确在线测量的问题,本文基于微波反射法研究了谷物含水率在线检测方法,建立了稻麦含水率检测模型,研发了一种稻麦联合收割机谷物含水率在线检测装置。该装置采用微波测量模块对稻麦含水率进行非接触式测量,设计了电压转换电路将微波参数转换成电压信号,采用滑动平均滤波算法进行信号滤波,最后通过标定试验所建立的含水率检测模型进行稻麦含水率计算,计算结果经CAN总线通讯在显示器上实时显示。基于上述理论研究、技术开发和结构设计对所研制的谷物含水率在线检测装置分别进行了室内静态试验和田间收割试验研究,试验结果表明:检测装置的对稻麦含水率的测量范围为14%~38%,在室内静态试验和田间收割试验中的性能标准差分别为0.458 3和1.078 0,相对误差分别在2.5%和5%左右,具有良好的准确性与实用性。

    • 全喂入花生捡拾收获机喂入量建模与试验

      2019, 35(23):29-36. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.004

      摘要 (737) HTML (0) PDF 2.23 M (527) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决中国全喂入花生捡拾收获机作业时因喂入量波动导致作业性能下降甚至出现机械故障,而花生捡拾收获机喂入量相关基础研究又缺失的问题,该文以团队前期所研制的4HLJ-3000型全喂入花生捡拾收获机为研究对象,提出了基于捡拾台动力输入轴扭矩的喂入量监测方法。通过对捡拾台进行动力分析,得出了捡拾台动力输入轴扭矩和喂入量的数学模型。利用捡拾台动力输入轴转速、扭矩和功率等工况数据监测存储分析管理系统进行了扭矩和喂入量的道路监测试验。对试验结果进行了线性函数、幂函数、指数函数和二次函数拟合回归分析,结果表明二次函数模型拟合度较高,其决定系数R2为0.990。对二次函数拟合曲线进行分析,结果表明,当喂入量小于等于3.0 kg/s时,随着喂入量的增加扭矩缓慢增加;当喂入量大于3.0 kg/s时,随着喂入量的增加,扭矩急剧增加,且转速随之降低。模型验证试验的结果表明,所建立的二次函数模型具有较好的准确性,绝对偏差率范围为0.42%~2.43%,平均偏差率为1.40%,且喂入量越大,偏差率越大。对喂入量和扭矩的函数模型进行了田间试验,结果表明,扭矩偏差率范围为1.90%~3.58%,平均偏差率为2.65%。研究结果可为全喂入式花生及其他作物捡拾收获机结构优化设计及喂入量的智能测控提供参考。

    • 并联机器人串类水果抓取模型及抓取位姿计算

      2019, 35(23):37-47. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.005

      摘要 (772) HTML (0) PDF 4.95 M (547) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对随机放置串类水果图像中主果梗和非主果梗间特征区别不明显、平面轮廓法获取的机器人抓取位姿信息较少的问题,该文构建了并联机器人串类水果三维抓取模型,并提出一种基于主果梗骨架和三维抓取模型的4-R(2-SS)并联机器人随机放置串类水果抓取位姿计算方法,以获取较高精度、包含较多信息的抓取位姿,进一步提高机器人对串类水果的抓取成功率。采用果粒和果梗区域的轮廓间距构建用于提取串类水果果梗轮廓的形态学图像分割法,并基于多维特征向量和高斯混合模型聚类算法提取主果梗;根据主果梗三维位姿和机器人夹持机构特征构建4种基于主果梗骨架的随机放置串类水果三维抓取模型,获取夹持机构的空间位置、绕Z轴的旋转角度以及手指开口宽度的抓取位姿信息。将提出的抓取位姿计算方法应用于课题组研制的4-R(2-SS)并联机器人串类水果机器视觉自动分拣系统进行试验验证。试验结果表明,相对于基于平面轮廓的抓取位姿获取方法,基于本文方法的有分支主果梗和无分支主果梗串类水果的抓取成功率分别提高14和12个百分点,平均抓取成功率提高13个百分点。本文提出的抓取位姿计算方法可有效提高4-R(2-SS)并联机器人机器视觉系统对随机放置串类水果抓取位姿的获取精度,有助于进一步实现串类水果的准确快速自动分拣。

    • 大视场下荔枝采摘机器人的视觉预定位方法

      2019, 35(23):48-54. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.006

      摘要 (1209) HTML (0) PDF 2.94 M (766) 评论 (0) 收藏

      摘要:机器人采摘荔枝时需要获取多个目标荔枝串的空间位置信息,以指导机器人获得最佳运动轨迹,提高效率。该文研究了大视场下荔枝采摘机器人的视觉预定位方法。首先使用双目相机采集荔枝图像;然后改进原始的YOLOv3网络,设计YOLOv3-DenseNet34荔枝串检测网络;提出同行顺序一致性约束的荔枝串配对方法;最后基于双目立体视觉的三角测量原理计算荔枝串空间坐标。试验结果表明,YOLOv3-DenseNet34网络提高了荔枝串的检测精度与检测速度;平均精度均值(mean average precision,mAP)达到0.943,平均检测速度达到22.11帧/s。基于双目立体视觉的荔枝串预定位方法在3 m的检测距离下预定位的最大绝对误差为36.602 mm,平均绝对误差为23.007 mm,平均相对误差为0.836%,满足大视场下采摘机器人的视觉预定位要求,可为其他果蔬在大视场下采摘的视觉预定位提供参考。

    • 农用柔性底盘偏置轴转向机构联动耦合控制策略及试验

      2019, 35(23):55-65. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.007

      摘要 (727) HTML (0) PDF 7.76 M (527) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对农用柔性底盘前轮转向时两偏置轴转向机构难以保持联动关系而影响顺利转弯的问题,基于阿克曼转向几何与交叉耦合控制原理,设计了偏置轴转向机构联动耦合控制策略,采用模糊PID控制算法对两转向轮转角联动轮廓误差进行补偿,并依据方向盘信号大小和变化率对电磁摩擦锁PWM控制信号占空比进行调节,以匹配偏置电动轮转向的角速度,使两转向机构形成耦合而保持期望联动关系;基于MATLAB/Simulink对控制策略进行了仿真,且在硬化路面上实施了阶跃转向、蛇行转向及随机转向3种运动方式的试验验证,并对比分析了转角分配控制下的前轮转向效果。试验结果表明:耦合控制方法下柔性底盘前轮阶跃转向响应均在0.8 s内,左、右侧转角最大超调为1.3°;电磁摩擦锁的开闭可较好匹配电动轮的转向;左、右前轮对于各自目标角具有良好的跟踪性能;3种转向方式下最大与平均跟随误差值均小于分配控制方法;两轮联动的最大与平均转角轮廓误差分别为:阶跃转向1.2°与0.6°、蛇行转向1.1°与0.6°、随机转向1.0°与0.5°;耦合控制下仿真与试验转角的轮廓误差变化趋势一致,最大误差为2.2°,证明仿真模型合理有效。耦合控制下偏置轴转向机构联动控制效果优于转角分配控制,转向效果良好,该文提出的柔性底盘偏置轴转向机构联动耦合控制策略有效且可行。

    • 气液两相离心泵受力特性研究

      2019, 35(23):66-72. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.008

      摘要 (891) HTML (0) PDF 3.46 M (519) 评论 (0) 收藏

      摘要:离心泵在气液两相流工况运行时,叶轮内部流动极不稳定,为了研究叶轮在该工况下的受力情况,该文采用计算流体动力学的方法对某一气液两相离心泵进行了研究。基于欧拉-欧拉非均相流模型及SST湍流模型求解气液两相流离心泵的三维湍流流场,并将数值模拟结果与试验数据对比,两者吻合较好。通过对不同含气率工况下的离心泵瞬态特性进行分析发现,叶轮所受轴向力的大小随着时间的变化而波动,进口含气率达到3%时,轴向力脉动出现明显的峰值,这些峰值所对应的频率均为叶轮转频,随着进口含气率的增加,出现了2个及以上的峰值,进口含气率为7%工况的轴向力脉动峰值是3%工况的3倍,是5%工况的2倍;叶轮所受径向力大小及径向力脉动幅值均随进口含气率的增加呈先增加后减小的趋势,各工况下径向力脉动峰值所对应的频率均为叶片转频的倍数;通过分析进口含气率分别为1%、3%及7%工况下叶轮中间截面的含气率分布、涡量分布以及静压分布可得,叶轮内含气率较高区域的涡量也较大,而该区域的压力分布也不均匀,由此可见,叶轮内气液分布不均导致了叶轮内的压力分布不均,从而使叶轮受力不均。

    • 叶片数对离心泵振动噪声性能的影响

      2019, 35(23):73-79. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.009

      摘要 (879) HTML (0) PDF 4.95 M (587) 评论 (0) 收藏

      摘要:叶片数是离心泵的主要几何参数之一。为研究叶片数对离心泵振动噪声性能的影响,以比转速为97的离心泵为例,对比了不同叶片数下的水力和振动噪声性能,并采用FEM\BEM声振耦合计算方法对流动激励下的振动及其声辐射噪声进行了数值模拟,同时与试验数据进行对比分析。结果表明:提出的数值模拟方法可用于预测泵的流动诱导振动和声辐射性能,且在模拟中考虑口环泄漏的影响能够提高计算精度,有口环方案预测得到的振幅较无口环方案的预测精度提高了13.5%。随着叶片数的增加,扬程和轴功率均逐渐增大,最大增幅分别为15.9%和14.1%;效率随叶片数的增加呈先增大后减小再增大的趋势。离心泵蜗壳的压力脉动幅值随叶片数的减小而增大。由于叶轮蜗壳动静干涉的作用,蜗壳隔舌处、第1到第2断面间和扩压管壁面等3个区域的压力脉动幅值相对较高。随着叶片数的减少,蜗壳壁面的振动位移有所增大,最大位移主要发生蜗壳第8断面处。振动速度随着叶片数的增大后减小,与振动位移的规律有一定的差异,振动高速区主要集中在隔舌、蜗壳的第4与第6断面之间和靠近扩压管的第8断面处。设计工况下,泵在叶频对应的声压级和声强随着叶片数的增加先增大后减小,高声压级区域主要出现在泵出口附近的高振动速度引起的垂直方向。综合考虑水力和振动噪声性能,确定该模型泵的最佳叶片数为6。

    • 柴油机CDPF被动再生特性及再生机理分析

      2019, 35(23):80-86. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.010

      摘要 (813) HTML (0) PDF 3.91 M (549) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探究CDPF(catalyzed diesel particulate filter)的再生性能及再生机理,该文利用发动机试验台,分别对催化剂负载量为0、530和636 g/m3的3组CDPF开展耐久循环工况下的再生特性试验研究。试验结果表明,测试过程中被动再生消耗NO2,530 g/m3 CDPF(CDPF1)在大负荷工况下,后端NO2浓度低于前端,随着催化剂负载量增加,636 g/m3 CDPF(CDPF2)的后端NO2浓度高于前端。在耐久循环的首个3 000 r/min、100%负荷工况时,CDPF1与CDPF2的排气压降比DPF(diesel particulate filter)低约14 kPa。耐久循环测试中,CDPF1的再生效率为87.5%,CDPF2的再生效率达到93.1%。利用量子化学密度泛函理论DFT(density functional theory),构建了组成Soot的大分子菲与NO2,在Pt(111)晶面氧化为CO和CO2的反应模型。通过DFT计算呈现NO2的N=O化学键断裂、解离产生的活性氧O与菲基的1号C在Pt晶面滑移并结合的反应历程。利用DFT计算得到的化学反应动力学参数,对CDPF1进行再生过程的一维仿真计算,排气压降的模拟值与试验值误差范围在3%以内。研究结果可为提高CDPF再生效率提供理论依据与工程指导。

    • >农业航空工程
    • 多翼单臂纵列式电动无人机旋翼间距优化及能耗试验

      2019, 35(23):87-95. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.011

      摘要 (871) HTML (0) PDF 3.15 M (551) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现代农业航空技术的发展对电动多旋翼农用无人机的载荷能力、持续作业能力、作业效率提出更高的要求,而目前电动多旋翼植保无人机存在续航时间短、载质量小、作业效率低等问题,该文通过试验测试平台,首先对共轴式双旋翼进行不同纵向间距下的升力性能及能耗测试,分析纵向间距对双旋翼升力的影响规律,根据分析结果,针对纵列式双旋翼进行升力随横向间距的变化规律研究,得出横向间距比等于1.8为双旋翼纵列式方式的最优横向间距比。随后对不同尺寸纵列式双旋翼和纵列式多旋翼升力随横向间距比的变化规律进行测试,验证最优横向间距比1.8的普遍适用性。最后,对多旋翼单机臂结构六轴十二旋翼纵列式布局无人机的综合性能参数进行优化分析,并对平面式、纵列式布局方式下的六轴十二旋翼无人机进行飞行试验,验证旋翼间距的优化结果。优化分析结果表明,横向间距比均分别在最优化条件下时,纵列式和平面式布局的升力远高于共轴式布局。与纵列式布局相比,平面式布局机型升力差别不大,但机身尺寸增加38.70%。飞行试验结果表明,在相同负载下,相对于优化后的纵列式机型,平面式机型在单位时间内悬停功率仅减小0.062%,而机身质量增加6.8%。该研究在保证无人机能效的前提下,通过改变旋翼间的相对位置,对多旋翼单机臂结构电动无人机的旋翼间距进行优化,从而优化机身尺寸及质量,改善多翼单臂结构无人机的气动特性,降低惯性,提升有效负载能力,从而提升整机性能。

    • 基于机载三维激光扫描的大豆冠层几何参数提取

      2019, 35(23):96-103. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.012

      摘要 (1142) HTML (0) PDF 2.68 M (708) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了实现大田大豆单株植株几何参数(高度、体积)准确获取,该文构建了基于机载激光雷达(LiDAR)的农作物表型探测系统,并开展了大田标定和探测试验。针对大田大豆垄上种植模式下地面平整度差异大、植株枝叶交接难以区分的问题,提出了一种LiDAR表型探测系统下的基于局部邻域特征分割与均值漂移算法的提取方法。在获取的点云中,首先使用基于局部邻域特征的语义分割方法提取一垄植株行,然后采用均值漂移算法提取单株植株,最后进行植株表面重建和植株几何参数统计。LiDAR表型探测系统在沿探测系统前进运动方向、垂直运动方向、垂直地面方向最大误差分别为0.58%(5.8 cm)、?1.75%(?7.0 cm)、?1.74%(?3.4 cm)。该文采用的基于局部邻域特征的分割方法,植株与地面分类的效果良好,人工统计植株数量相比,检测植株数量的平均相对误差为11.83%。相对于常用的RANSAC(random sample consensus)方法,使用该文提出的高度计算方法,大豆植株高度平均相对误差从9.72%下降到5.14%,利用alpha-shape算法重建后的冠层体积平均值为48.5 dm3。该文工作可为作物植株分割和体积统计提供借鉴。

    • 小麦生物量及产量与无人机图像特征参数的相关性研究

      2019, 35(23):104-110. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.013

      摘要 (1180) HTML (0) PDF 494.38 K (1024) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了明确无人机图像信息与小麦生物量、产量之间的相关性,该文利用无人机航拍获取田间小麦主要生育时期的RGB图像,通过影像处理获取小麦颜色指数和纹理特征参数值,并通过田间取样获取同时期小麦生物量和最终产量,分析不同颜色指数和纹理特征参数与小麦生物量和产量的关系。结果表明:利用无人机图像可提取归一化差分指数(NDI)、超绿植被指数(ExG)、可见光大气阻抗植被指数(VARI)、超红植被指数(ExR)、绿叶植被指数(GLI)、绿红差值指数(ExGR)、改良绿红植被指数(MGRVI)、红绿蓝植被指数(RGBVI)共8个颜色指数和能量(ASM)、对比度(CON)、相关度(COR)、熵(ENT)共4个纹理特征参数。各颜色指数在小麦拔节期、孕穗期与生物量和产量都有较好的相关性。拔节期所有颜色指数与生物量的相关性均达到极显著水平,其中ExGR与生物量的相关性最高,相关系数r达到0.911,孕穗期除RGBVI未达到显著相关外,其余均达到显著或极显著相关,其中MGRVI相关性最高,相关系数r为0.817。各颜色指数与产量的相关性趋势同生物量一致。越冬前期和开花期各颜色指数与生物量及产量的相关性较拔节期和孕穗期略有下降。而各纹理特征参数中,只有越冬前期的ASM和ENT、拔节期的CON和COR以及孕穗期的CON与生物量的相关性达到显著或极显著水平,其中COR相关性最高(负相关),相关系数r为-0.574。拔节期的CON和COR、孕穗期的CON、COR和ENT与产量的相关性达到显著或极显著水平,其中拔节期COR相关性最高(负相关),相关系数r为-0.530。将颜色指数与纹理特征参数相结合后,其与小麦生物量及产量的相关性均有提高,其中生物量相关性在4个时期分别提高0.27%、0.11%、8.81%和2.65%,产量相关性在4个时期分别提高7.05%、0.72%、0.58%和0.12%。因此,将无人机图像颜色指数与纹理特征参数结合可以提高小麦生物量和产量的估测精度。

    • 基于无人机数码影像和高光谱数据的冬小麦产量估算对比

      2019, 35(23):111-118. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.014

      摘要 (1431) HTML (0) PDF 3.38 M (711) 评论 (0) 收藏

      摘要:作物产量准确估算在农业生产中具有重要意义。该文利用无人机获取冬小麦挑旗期、开花期和灌浆期数码影像和高光谱数据,并实测产量。首先利用无人机数码影像和高光谱数据分别提取数码影像指数和光谱参数,然后将数码影像指数和光谱参数与冬小麦产量作相关性分析,挑选出相关性较好的9个指数和参数,最后以选取的数码影像指数和光谱参数为建模因子,通过MLR(multiple linear regression,MLR)和RF(random forest,RF)对产量进行估算。结果表明:数码影像指数和光谱参数与实测产量均有很强的相关性。利用数码影像指数和光谱参数通过MLR和RF构建的产量估算模型均在灌浆期表现精度最高,在灌浆期,数码影像指数和光谱参数构建的MLR模型R2和NRMSE分别为0.71、12.79%,0.77、10.32%。对模型对比分析可知,以光谱参数为因子的MLR模型精度较高,更适合用于估算冬小麦产量。利用无人机遥感数据,通过光谱参数建立的MLR模型能够快速、方便地对作物进行产量预测,并可以根据不同生育期的产量估算模型有效地对作物进行监测。

    • >农业水土工程
    • 秸秆还田量对土壤团聚体有机碳和玉米产量的影响

      2019, 35(23):119-125. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.015

      摘要 (956) HTML (0) PDF 934.52 K (600) 评论 (0) 收藏

      摘要:为明确秸秆深还田对土壤团聚体及有机碳和作物产量的影响,在辽宁省半干旱地区进行了6年秸秆深还田小区定位试验,秸秆施用量分别为0(CK)、6 000 kg/hm2(T1)、12 000 kg/hm2(T2)、18 000 kg/hm2(T3)、24 000 kg/hm2(T4),将秸秆还入>20~40 cm土壤亚表层,利用干筛、湿筛得到不同粒级土壤团聚体。结果表明:秸秆添加与CK比可降低土壤0~20 cm和>20~40 cm土层土壤容重;土壤机械性团聚体主要集中在>0.25 mm粒级,而水稳性团聚体主要集中在<0.25 mm粒级,与CK处理比秸秆的添加增加了土壤机械稳定性团聚体平均重量直径(MWD)和土壤水稳性团聚体MWD,随秸秆还田量增加,MWD值增大;秸秆深还田使各粒级团聚体有机碳均高于CK,对>20~40 cm土层土壤团聚体碳含量的影响大于0~20 cm土层;秸秆深还田可增加玉米产量,随秸秆还田时间延长,不同秸秆还田量对玉米产量增加存在差异,2016年玉米产量测定结果各处理与CK比,T1增产4.66%、T2增产6.71%,T3增产5.37%、T4增产8.82%。秸秆深还田,能够提升土壤团聚体的稳定性,有利于增加土壤团聚体碳含量,对土壤质量和玉米产量的提高具有促进作用。

    • 新疆叶尔羌河流域平原区浅层地下水咸化空间分布及成因

      2019, 35(23):126-134. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.016

      摘要 (755) HTML (0) PDF 4.59 M (486) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解新疆叶尔羌河流域平原区地下水咸化特征及成因,运用多元统计、地统计等方法并结合遥感技术和地球化学方法对浅层地下水(井深≤100 m)水质演化进行分析。结果表明,研究区地下水呈中性或弱碱性,水化学类型以HCO3·SO4-Ca·Mg、SO4·HCO3-Na·Ca、SO4·Cl-Na·Ca(Mg)和Cl·SO4-Na型为主。咸化系数计算结果表明,单一结构潜水咸化程度较高,承压水区潜水咸化程度相对较低,浅层承压水咸化程度最高。潜水和浅层承压水Cl-、SO42-、溶解性总固体(TDS)半变异函数分析表明,各指标的空间相关性较强;沿地下水流向,潜水Cl-、SO42-、TDS总体呈现升高的趋势,浅层承压水则呈现高低值相间分布的特征。因子分析和聚类分析表明,地下水咸化的影响因素可分为水文地质条件控制(GW1)、地下水化学环境影响(GW2)和人为活动影响(GW3)3类。GW1类地下水分布范围较广,离子浓度主要受蒸发岩矿物的溶解控制;GW2类地下水分布于草地,地下水化学环境对地下水咸化影响相对较大;GW3类地下水主要分布于耕地和建设用地,地下水咸化受人为活动的影响显著,潜水受到农业灌溉、生活污水和工业污水影响较大,浅层承压水受污染程度相对较低。

    • 生物结皮坡面不同降雨历时的产流特征

      2019, 35(23):135-141. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.017

      摘要 (1885) HTML (0) PDF 1.77 M (13805) 评论 (0) 收藏

      摘要:黄土高原退耕还林(草)工程实施后,生物结皮广泛发育,显著影响坡面产流。已有大量研究探索了生物结皮对径流的影响,但相关结论存在较大分歧。该研究以黄土高原典型生物结皮坡面为研究对象,通过人工模拟降雨试验,研究了生物结皮坡面产流过程。结果表明:生物结皮坡面较裸土坡面显著降低了初始产流时间,裸土初始产流时间是生物结皮坡面的1.59~3.04倍。生物结皮盖度与初始产流时间之间呈显著的负相关关系;降雨15 min时与60 min时生物结皮对坡面径流的影响发生逆转,90 mm/h的雨强下,当降雨历时为15 min时,生物结皮坡面较裸土增加75.42%的径流;当降雨历时为60 min时,生物结皮坡面径流量较裸土降低52.42%;生物结皮影响了土壤水分入渗速率,导致生物结皮坡面与裸土坡面随降雨历时变化的产流特征出现差异,裸土坡面降雨60 min时的入渗率较15 min时降低了34.30%,高盖度生物结皮坡面降低了6.38%;生物结皮对坡面入渗产流的影响与降雨历时有极大的关系,降雨历时不同,很可能得到截然相反的结论,考虑生物结皮因素的野外降雨试验,降雨历时应不少于45 min。研究结果为解释生物结皮影响坡面入渗产流方面存在的分歧提供了科学依据,进一步明确了干旱半干旱地区生物结皮的水文效应。

    • 中国粮食主产区化肥施用时空特征及生态经济合理性分析

      2019, 35(23):142-150. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.018

      摘要 (963) HTML (0) PDF 2.04 M (527) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究粮食主产区化肥施用状况能够为化肥减量增效、防治化肥损失引起的面源污染、保障国家粮食安全提供决策参考。该研究在分析中国粮食主产区化肥施用强度的时空变化特征的基础上,根据大田粮食作物对氮磷钾的养分要求,构建化肥施用生态经济合理性评价方法,并对中国粮食主产区化肥施用生态经济合理性进行评价。研究表明:从1993到2017年,中国粮食主产区化肥施用强度从205.5 kg/hm2增加到319.9 kg/hm2,其中氮、磷、钾化肥的施用强度分别从133.8、48.0、23.7 kg/hm2增加到162.6、84.2、73.2 kg/hm2;总化肥及氮、磷、钾化肥施用生态经济适宜量分别从217.4、108.7、54.4、54.4 kg/hm2增加到300.6、150.3、75.2、75.2 kg/hm2;氮肥施用强度在1993年已经超过了其生态经济适宜量,磷肥从2001年开始超过了其生态经济适宜量,钾肥在2009年后逼近其生态经济适宜量;1993-2007年间,河南、山东、江苏一直是高强度施肥省份,其它次高强度施肥的省份由高强度施肥省份逐步向周围扩散。2017年,河南为化肥施用生态经济不合理区,化肥施用明显过量;河北、江苏、安徽、山东和湖北则属于经济合理生态不合理区,化肥施用有所过量;湖南、吉林、辽宁和内蒙古施肥适当,属于施肥生态经济合理区;黑龙江、四川和江西为施肥生态合理经济不合理区,化肥施用不足。因此,中国粮食主产区化肥施用强度及生态经济合理性差异较大,总体施肥过量,部分地区存在施肥不足的情况。节肥增效、防治农业面源污染要坚持分类指导、因地减量的原则,完善配方测土施肥政策和技术手段,大力推进信息技术和有机肥利用,走有机无机肥相结合道路。

    • 淀粉基赋钾保水剂的制备表征与保水释钾性能优化

      2019, 35(23):151-160. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.019

      摘要 (669) HTML (0) PDF 2.80 M (458) 评论 (0) 收藏

      摘要:为优化合成一种兼具吸水和释钾功能的淀粉基赋钾保水新材料,该研究通过单因素和正交试验,比较分析了不同反应条件对淀粉基赋钾保水剂吸液释钾性能的影响;并通过红外光谱和扫描电镜表征了原矿白云母、活化白云母和赋钾保水剂的结构和形貌特征。结果表明:反应温度950 ℃,助熔剂NaCl和白云母质量比2:1,煅烧2 h时对白云母的活化效果最好,释钾率和释钾量分别达到92%和32.4 mg/g。淀粉、交联剂、引发剂、丙烯酰胺添加量和中和度分别为20%、0.02%、0.4%、25%和80%,活化白云母用量20%时,赋钾保水剂达到最大吸液倍率358 g/g(蒸馏水)和155 g/g(自来水),且重复吸水倍率也明显大于纯淀粉基保水剂;40 ℃下,25 h后赋钾保水剂仍能维持40%以上的初始水分。该赋钾保水剂吸水溶胀过程符合非Fickian扩散,由水分子扩散和高分子链段松弛过程共同决定。赋钾保水剂的累积释钾量随活化白云母用量的增加而增大,静水浸提9 d后,钾释放量和释放率分别增加2.59和3.64倍。活化白云母除了部分以物理填充形式存在于淀粉基保水剂中外,还有部分粉末在聚合过程中与有机物发生了反应。赋钾保水剂粗糙的表面有利于其吸水释钾性能的发挥。分析认为,该研究中合成的淀粉基赋钾保水剂兼具保水持水和重复吸水性能,而且对钾素具有缓释和促释作用。

    • >农业信息与电气技术
    • 多粒度光谱特征的牧草粗蛋白含量高光谱遥感估算

      2019, 35(23):161-169. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.020

      摘要 (809) HTML (0) PDF 4.48 M (479) 评论 (0) 收藏

      摘要:快速准确地估算牧草粗蛋白(crude protein, CP)含量是开展草原牧草生长监测和管理的重要内容之一。高光谱数据是牧草CP含量监测的理想数据源,然而,现有牧草CP含量高光谱反演方法缺乏对光谱多粒度信息的有效利用。针对该问题,提出一种新的多粒度光谱特征提取方法MGSS(multi-granularity spectral segmentation),以青海高原典型牧场为样区,对MGSS估算牧草CP含量的有效性进行验证。结果表明:1)在相同数量的自变量下,MGSS均能取得优于原始光谱的CP含量估测性能;2)MGSS最优估测模型的决定系数(coefficient of determination, R2)、均方根误差(root mean squared error, RMSE)和平均相对误差(mean relative error, MRE)分别为0.937、1.906 g/m2和8.82%,比原始光谱最优模型的R2高0.06,RMSE和MRE分别低0.75 g/m2和1.37个百分点。可知,MGSS实现了高光谱影像对牧草CP含量的高性能估算,相比原始光谱性能更优,验证了其有效性,可为牧草CP含量的准确估算提供新的技术手段。

    • 单子叶作物叶片气孔自动识别与计数技术

      2019, 35(23):170-176. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.021

      摘要 (1296) HTML (0) PDF 4.07 M (601) 评论 (0) 收藏

      摘要:为实现作物叶片气孔的自动识别与快速计数,该研究采用卷积神经网络中高计算效率的YOLOv3算法,开发了一种全自动气孔识别和计数解决方案。该算法优化了物体检测性能,可准确识别显微图像中的气孔。其中,对指甲油印迹法获得照片的气孔检测精确率、召回率和F1值分别为0.96,0.98和0.97,便携式显微镜拍摄法照片气孔检测精确率、召回率和F1值分别为0.95,0.98和0.96,具有很好的鲁棒性。该算法检测速度快,可实现对30帧/s的视频文件进行快速气孔识别,实现了实时检测。此外,采用拍摄的小麦叶片照片进行训练得到的气孔识别模型,还可同时实现对大麦、水稻和玉米等单子叶作物叶片气孔的识别,其中,大麦的检测精确率、召回率和F1值分别为0.94,0.83和0.88;水稻的检测精确率、召回率和F1值分别为0.89,0.42和0.57;玉米的检测精确率、召回率和F1值分别为0.91、0.76和0.83;显示出模型良好的泛化能力。

    • 基于OpenCV的动态葡萄干色泽实时识别

      2019, 35(23):177-184. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.022

      摘要 (823) HTML (0) PDF 1.92 M (575) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了实现新疆吐鲁番地区"无核白"葡萄干的自动化色泽识别,该文利用OpenCV对无核白葡萄干的表面色泽识别进行研究,设计了一套可以实时、动态、多条输送通道同时处理的葡萄干色泽识别设备。为保证葡萄干色泽特征提取的正确率,对实时获取的每一帧图像进行预处理,获得平滑无孔洞的葡萄干二值图像;去除每一帧二值图像两侧边缘处不完整的葡萄干轮廓,从而保证获取葡萄干的完整色泽信息;定义图像上、下2部分掩膜,并分别仅保留图像右侧第一个葡萄干轮廓,利用上、下掩膜对每一帧图像分别处理,实现2条输送带上葡萄干的同时识别,以提高葡萄干色泽识别效率;在HSV空间下对保留的图像右侧第一颗葡萄干提取各通道的均值,以绿色、黄色、褐色葡萄干各40粒进行测试取值,统计数据并分析,确定色调通道H值23、亮度通道V值80为阈值进行葡萄干色泽识别;以3种颜色葡萄干各150粒分3次进行试验,结果表明,绿、黄、褐色葡萄干的识别正确率分别为89.33%,92.00%和96.67%,识别效率为21s/百粒葡萄干,识别方法简单有效。该方法的识别效率高于人工分选方式的110s/百粒葡萄干,但识别正确率低于人工分选方式的100%;相比于现有研究方法对各色葡萄干93%以上的识别正确率,该识别方法对褐色葡萄干的识别正确率较高,但对黄、绿色葡萄干的识别正确率较低;市场上现有的葡萄干分级设备使用的识别方法几乎无法区分黄、绿色葡萄干,与其相比,该文提供了一个可以较好区分黄、绿色葡萄干的方法。该文基于OpenCV设计的葡萄干色泽识别算法具有分选可行性和较好的识别正确率,可为后续分选执行机构和控制系统的搭建提供算法基础,为葡萄干色选的商业化提供算法参考。

    • 改进YOLOv3网络提高甘蔗茎节实时动态识别效率

      2019, 35(23):185-191. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.023

      摘要 (1079) HTML (0) PDF 2.54 M (721) 评论 (0) 收藏

      摘要:为推广甘蔗预切种良种、良法种植技术,结合甘蔗预切种智能横向切种机的开发,实现甘蔗切种装置对蔗种特征的连续、动态智能识别。该文通过甘蔗切种机黑箱部分内置的摄像机连续、动态采集整根甘蔗表面数据,采用改进的YOLOv3网络,建立智能识别卷积神经网络模型,通过拍摄装置内部的摄像头对输入识别系统的整根甘蔗的茎节图像特征进行实时定位与识别,并比对识别信息,及时更新茎节数据,识别、标记出茎节位置,再经过数据处理得到实时的茎节信息,输送到多刀数控切割台进行实时切割。经过训练及试验测试,结果表明:经过训练及试验测试,模型对茎节的识别的准确率为96.89%,召回率为90.64%,识别平均精度为90.38%,平均识别时间为28.7 ms,与原始网络相比平均精确度提升2.26个百分点,准确率降低0.61个百分点,召回率提高2.33个百分点,识别时间缩短22.8 ms,实现了甘蔗蔗种的连续、实时动态识别,为甘蔗预切种智能横向切种机的开发提供数据基础。

    • 群养猪侵略性行为的深度学习识别方法

      2019, 35(23):192-200. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.024

      摘要 (1350) HTML (0) PDF 3.00 M (3876) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决因传统机器视觉和图像处理方法的局限性以及复杂的猪体姿态和猪舍环境导致对群养猪侵略性行为识别的有效性、准确率较低的问题,该文基于深度学习的方法,提出使用3D CONV的群养猪侵略性行为识别算法- 3DConvNet。分3个批次采集18头9.6 kg左右的大白仔猪视频图像,选用第一批次中包含28 d内各个时段的撕咬、撞击、追逐、踩踏4大类,咬耳、咬尾、咬身、头撞头、头撞身、追逐以及踩踏7小类侵略性行为以及吃食、饮水、休息等非侵略性行为共计740段(27 114帧)视频作为训练集和验证集,训练集和验证集比例为3:1。结果表明,3D ConvNet网络模型在训练集上的识别准确度达96.78%,在验证集上识别准确度达95.70%。该文算法模型对于不同训练集批次的猪只以及不良照明条件下依然能准确识别侵略性行为,算法模型泛化性能良好。与C3D模型进行对比,该文提出的网络模型准确率高出43.27个百分点,单帧图像处理时间为0.50 s,可满足实时检测的要求。研究结果可为猪场养殖环境中针对猪只侵略性行为检测提供参考。

    • 多视角深度相机的猪体三维点云重构及体尺测量

      2019, 35(23):201-208. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.025

      摘要 (1590) HTML (0) PDF 3.13 M (984) 评论 (0) 收藏

      摘要:对活体牲畜三维重构,数据采集方式、快速配准融合方法、表型体尺测量方法缺乏成熟有效的方案,因此目前活体牲畜的自动体尺测量技术难以在养殖场中推广应用。该文以猪为研究对象运用消费级深度相机KinectV2从正上方和左右两侧3个不同角度同步获取在采集通道中自由行走猪的局部点云。局部点云采用邻域曲率变化法去噪,并运用基于轮廓连贯性点云配准融合,最后采用多体尺数据精确估算技术测定包括体长、体高、胸宽、腹围等数据。该文分别对比实验室中模型猪由传输带以5种不同速率经过通道和养殖场内25头猪逐一经过通道,2种情况下采集数据进行各项体尺测算结果。其结果显示模型猪在传输带上以0、0.3、0.6、0.9和1.2 m/s等5种不同速率下测量体长、体高、胸宽、腹围值与实测值的平均相对误差分别为1.77%、1.36%、2.74%和2.17%。养殖环境下对25头猪同样4种体尺值与实测值的平均相对误差分别为2.56%,2.32%,3.89%和4.51%。试验结果发现养殖场活体猪测量最小误差可以达到实验室环境下的效果,但是最大相对误差变化较大,其原因在于养殖场中猪自由行走采集数据时行为姿态发生很大变化。

    • >农业生物环境与能源工程
    • 日光温室装配式土质夹心墙体热湿迁移及蓄放热性能研究

      2019, 35(23):209-217. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.026

      摘要 (879) HTML (0) PDF 4.58 M (591) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究日光温室装配式土质夹心墙体的热湿迁移及蓄放热性能,通过可控式墙体热湿耦合试验台控制墙体两侧温度、相对湿度的不同,实测墙内温度、相对湿度的稳态分布及瞬态变化,并对墙体的蓄放热性能进行定量计算与分析。结果表明:该层状异质结构复合墙体,热湿迁移存在耦合但并不明显;墙内填土始终保持高湿状态,有利于墙体蓄放热,是该墙体的主要蓄放热体;外侧墙板保温隔热效能明显,室外环境变化对墙体保温蓄热性能影响较小,且能使墙内热量主要向室内单向释放;墙内热量释放存在滞后效应,最长可持续6 d+6.5 h,但以快速放热期(4 d+8 h内)所释放热量为主,约占总放热量的85.64%~91.21%;所建立的数值分析方法可为不同厚度的同类墙体设计与建造提供参考,具有指导生产意义。该新型墙体设计理念先进,蓄放热性能优越,且能够快速装配、重复利用、就地还田,适于在中国大面积推广应用。

    • 层叠式笼养肉鸭舍冬季环境测试及通风窗位置优化模拟

      2019, 35(23):218-225. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.027

      摘要 (889) HTML (0) PDF 4.01 M (563) 评论 (0) 收藏

      摘要:肉鸭产业规模化程度越来越高、空间集聚日益明显,层叠式笼养是发展最为迅速的立体养殖模式。该文对层叠式笼养鸭舍内的温湿度、气流、CO2及NH3质量浓度进行测试,构建了鸭舍的CFD模型,开展温度场和气流场的环境模拟,并提出现有鸭舍气流组织形式的优化方案。研究结果表明,测试期间(2018-12-18 00:00~2018-12-22 00:00),鸭舍内气温11.35~20.68 ℃,舍内外平均温差10.86 ℃;舍内平均相对湿度70.27%,略高于舍外;舍内CO2、NH3平均质量浓度分别为3285、0.33 mg/m3。模拟原有鸭舍的温度场和气流场,与实测结果进行对比,平均相对误差为7.21%~8.87%,说明该文所建模型的数值模拟与试验数据具有很好的一致性。进一步通过降低一侧通风小窗的高度来优化鸭舍的气流组织,模拟发现优化后模型的舍内温度范围为11.07~19.71 ℃,其温度波动范围较原模型有明显减小,降低了肉鸭对温度的应激效应;优化后模型W1、W2、W3的平均风速分别为0.34、0.34、0.31 m/s,较原模型更加均匀。通过该研究,可为同类型鸭舍合理规划设计与改善舍内环境质量提供理论依据。

    • 奶牛热应激指数的研究现状及问题分析

      2019, 35(23):226-233. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.028

      摘要 (1003) HTML (0) PDF 528.76 K (779) 评论 (0) 收藏

      摘要:热应激严重影响奶牛的生产力、繁殖力和福利。为降低奶牛热应激的风险,国内外学者一直在寻求预测和评估热应激的方法,在诸多方法中综合多个环境因子的热应激指数模型目前最为常用。为避免在指数选择上的盲目性,该文系统地梳理了温湿指数、基于温湿指数的修正指数和其他指数,对比分析了不同评价指数在奶牛热应激时表征指标的差异,其中涉及指数阈值、环境因子及传热性质、奶牛生理反应与指数间的关系。目前奶牛热应激指数存在的问题有指数包含的环境参数不能反映奶牛与环境的换热机理,以及环境条件不同导致评价结果差异较大等。随着数字化技术的应用,多参数获取技术得到了根本性改变,有必要提出更加精细的指数评价模型以满足提高家畜生产力、实现福利化养殖的需要。作者对未来奶牛热应激指数发展方向上的建议是:1)应涉及更多的环境参数,并且环境参数应体现出一定的换热机理;2)构建特定气候类型指数的同时,还应适当考虑指数在其他环境下的适应性;3)指数要有适用信息和阈值,指数的阈值要能够进行动态调整以扩大其适用范围;4)指数的构建应综合考虑动物因素和环境因素,可考虑与动物热平衡原理相结合。

    • 改进灰色模式识别模型评价洱海雨季灌排沟渠水质

      2019, 35(23):234-241. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.029

      摘要 (534) HTML (0) PDF 1023.49 K (467) 评论 (0) 收藏

      摘要:为揭示洱海流域农田生产与农村生活单元交替分布对灌排沟渠水质的综合影响及污染物贡献率,选取流域典型灌排沟渠不同断面进行连续取样观测,在分析化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)、总氮(total nitrogen,TN)、总磷(total phosphorus,TP)及铵态氮(ammonium nitrogen,NH4+-N)浓度变化特征基础上,采用"中心化"灰色模式识别模型和综合平均污染指数对沟渠农田入口-农田出口-村落出口-农田出口-村落出口-农田出口断面水质进行综合评价。结果表明:沟渠断面TP和总可溶磷(total dissolved phosphate,TDP)浓度沿水流方向持续增加,TN和硝态氮(nitrate nitrogen,NO3--N)浓度先增加随后稳定,沟渠农田出口段NH4+-N和COD浓度分别削减13.43%~57.88%和2.88%~19.33%,而流经村落段浓度相应增加。灰色模式识别模型分析发现沿水流方向沟渠断面水质类别分别为Ⅲ类、Ⅱ类、Ⅳ类、Ⅳ类、Ⅴ类和Ⅴ类,综合平均污染指数法表明沟渠中TN和COD是水体主要污染因子,而NO3--N是水体TN的最主要形态。该研究可揭示洱海流域氮磷污染来源与贡献,为明确面源污染防治的主要污染因子提供科技支撑。

    • >农业资源循环科学与工程
    • 积分方法改进的生物质热解反应速率模型构建

      2019, 35(23):242-249. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.030

      摘要 (649) HTML (0) PDF 4.30 M (416) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对经典Arrhenius方程中温度积分项不可积的问题,通过设定热解过程中生物质转化率同时为时间t和温度T的函数,使温度积分项可积分,有效避免积分法动力学分析中因简化而导致的计算误差。基于此热动力学方程(II类热动力学方程)采用等转化率线性积分法求解反应活化能E,并结合模型拟合法选取最优反应机理函数,将选取的机理函数重新代入II类热动力学方程积分式解得指前因子A的值。基于等转化率线性积分法分别采用I类及II类热动力学方程对玉米芯等5种生物质热解过程进行动力学分析,结果显示2类热动力学方程求得生物质活化能E的相关系数均高于0.95。II类动力学方程求解的动力学参数计算的动力学分析值与试验值的吻合度高于I类动力学方程。根据热解反应的活化能E与lnA具有高度线性拟合性,且转化率0.05~0.9间活化能波动不大这一特点,采用最大热解速率处转化率对应的热解动力学参数简化热解过程的动力学参数,可减小数值模拟的计算成本,为工程上热解反应的数值模拟提供一定的基础。

    • 碳氮比对干黄秸秆贮存过程及后续甲烷产量的影响

      2019, 35(23):250-257. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.031

      摘要 (586) HTML (0) PDF 2.54 M (448) 评论 (0) 收藏

      摘要:采取一定技术手段实现秸秆的有效贮存,是保证秸秆沼气工程全年稳定运行的前提。干黄秸秆因其处于可溶性碳源与氮源双重缺乏状态,对贮存过程会有一定影响。该文以干黄玉米秸秆为原料,通过补充可溶性碳源(蔗糖)与蛋白氮源(豆粕)调节秸秆初始C/N比后,分析其对秸秆湿贮存过程及后续甲烷产量的影响。当原料初始C/N比分别为30:1、25:1和20:1时。经60 d湿贮存试验结果表明,与仅添加蔗糖处理组相比,对贮存过程的pH值和干物质损失无显著影响(P>0.05),但有效降低了半纤维素含量,乳酸产量分别提高了19.0%、22.2% 和31.7%;通过分析贮存前后的细菌群落多样性,结果表明,可提高秸秆湿贮存过程中有益菌(乳酸菌)的相对丰度,腐败菌(梭菌属)的相对丰度降至0%;对湿贮存前后原料进行产甲烷潜力测试,结果表明,与贮存前相比,累积甲烷产量分别提高3.9%、6.1%和10.8%。综上所述,通过补充可溶性碳源与蛋白氮源调节干黄秸秆C/N比,可改善干黄秸秆湿贮存过程的品质、稳定性和生物可降解性,并有效提高后续甲烷产量。研究结果可为秸秆沼气工程的贮存环节提供技术支撑。

    • >土地整理工程
    • 煤矿排土场复垦干扰指数构建及其时空分异

      2019, 35(23):258-265. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.032

      摘要 (954) HTML (0) PDF 3.06 M (466) 评论 (0) 收藏

      摘要:排土场复垦后受干扰情况影响重建生态系统的稳定性,直接关系煤矿区生态修复成败,针对长期恢复过程的干扰状况评价尤其重要。该文在MODIS全球干扰指数的基础上,将地表温度与增强型植被指数相结合,构建基于Landsat影像的排土场复垦干扰指数(dump reclamation disturbance index, DRDI),并计算山西平朔安太堡露天矿排土场28年间的干扰指数及其时空分异特征。结果表明:复垦初期干扰强烈区呈现较强空间聚集特性,植被结构和功能恢复至自然水平的平均时长约为10 a,单个排土场受干扰面积可下降至1.32%~17.76%之间。平朔安太堡露天煤矿4个排土场在稳定时限和干扰分布特征上呈现典型差异,受排矸方式、复垦方向、年限及地形地貌等因素驱动。DRDI可评估复垦排土场重建生态系统稳定时限,有效识别重建生态系统因干扰造成植被退化的空间范围和严重程度,应用于排土场复垦效果评价将为优化复垦模式、提高复垦效率提供参考。干扰指数对自然及人为因素响应的定量分析是未来研究重点。

    • 湖北省耕地压力的区域差异及动态演进分析

      2019, 35(23):266-272. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.033

      摘要 (609) HTML (0) PDF 3.27 M (446) 评论 (0) 收藏

      摘要:为充分认识湖北省耕地压力区域差异、动态演进规律,以保障湖北省的粮食安全,该文用修正耕地压力指数测度湖北省及其17个城市耕地压力大小,从时序和空间两方面分析湖北省区域内耕地压力变动差异,并利用核密度估计方法分析湖北省区域内耕地压力演变规律。结果表明:1)2000-2016年,湖北省平均耕地压力为警报压力,区域内人均所需最小耕地面积与实际人均供给面积差距较小,能够实现湖北省区域内粮食安全有效供给。2)2000-2016年,湖北省区域内耕地压力变化不一,其中鄂东区域耕地压力最大,鄂中区域耕地压力最低。3)耕地压力的总体水平在2000-2016年间逐渐减小,但是地区差距也不断加剧,极化现象十分明显。4)分区域看,鄂东地区的耕地压力总体水平不断减小,地区差距较大,两极化现象较突出;鄂中耕地压力水平低,地区差距不大,两极分化不明显;鄂西耕地压力水平居中,存在地区差距,两极分化没有鄂东地区明显。

    • 都市郊区乡村景观多功能权衡-协同关系演变

      2019, 35(23):273-285. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.034

      摘要 (719) HTML (0) PDF 8.47 M (509) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对景观功能相互表征的科学性和景观多功能间关系定量化问题,采用Spearman秩次相关系数分析和双变量空间自相关相方法,对上海市青浦区184个行政村1980-2015年的乡村景观多功能间权衡-协同关系变化特征进行研究,结果表明:1)农业生产功能不能取代经济发展功能,青浦区经济发展功能已成为主导的功能形态。2)该区乡村景观多功能间权衡-协同关系时空差异显著,表现为:生产功能-生活功能以协同为主,空间上沿中轴线扩散;生产功能-生态功能以权衡为主,空间上从中部向东部扩散;生活功能-生态功能权衡-协同关系较为均衡,权衡区由中部向东部扩散,协同区由西部向北部和南部扩散。农业生产功能与经济发展功能、经济发展功能与生态调节功能/环境维衡功能为该区不可回避的矛盾;经济发展功能与景观美学功能间权衡关系显著,且两者关系格局呈东部权衡西部协同,且权衡区的数量递增;经济发展功能与空间承载功能呈现东部权衡和西部协同,且协同区呈增长趋势;景观美学功能与生态调节功能/环境维衡功能间权衡区集中在青东区域,协同区分布于青西区域,且权衡区数量先增后减,协同区先减后增。3)时空结合的分析方法能准确全面的反映乡村景观多功能间权衡-协同关系演变特征。

    • >农产品加工工程
    • 稻谷逆流循环干燥瞬态解析模型

      2019, 35(23):286-295. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.035

      摘要 (572) HTML (0) PDF 4.90 M (472) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解析稻谷逆流循环干燥过程,基于热质传递理论构建了瞬态解析模型,并采用一阶迎风有限差分格式数值求解,给出了整仓含水率、粮温、干燥段介质温度、含湿量的瞬态变化特征。模拟研究显示,当干燥条件恒定时,系统内含水率随时间和空间均呈现下降期、平台期交替的阶梯变化特征,稻谷温度沿粮流方向呈现下降期、上升期交替的锯齿状分布特征;含水率极大值点在第一干燥段内往复迁移,极小值点则始终处在第二干燥段出粮口处;整仓含水率变异系数随时间变化范围0.006~0.059,当干燥经历完整循环周期时,变异系数最小。不同干燥条件下的模拟发现,进气温度、初始含水率越大,平均干燥速率越大,但粮流速度的变化对平均干燥速率的影响较小。干燥试验显示,在动态干燥条件下,排粮含水率和温度解析值与实测值的变化趋势一致,含水率的解析均方根误差为0.99%,粮温的解析均方根误差为0.49 ℃,证实了循环干燥解析模型的有效性与可靠性。研究结果为循环干燥系统分析、状态跟踪与参数动态匹配提供了数学解析方法。

    • 基于三维湿热传递的玉米籽粒干燥应力裂纹预测

      2019, 35(23):296-304. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.036

      摘要 (930) HTML (0) PDF 5.51 M (523) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了揭示热风干燥过程玉米籽粒的应力裂纹形成机理。该文利用图像处理技术构建玉米籽粒的三维几何模型,将湿热传递数学模型与应力模型耦合获得应力信息,并与其屈服应力比较以预测玉米籽粒开裂特性。结果表明:该模型模拟的含水率和温度与试验值的最大误差分别为7.28%和9.64%,可以用于模拟玉米籽粒温度梯度、水分梯度和应力分布变化。干燥过程玉米籽粒的温度、水分梯度和应力表层较大而内部较小,干燥过程玉米籽粒主要受湿应力作用。干燥过程(热风温度40℃~80℃、相对湿度12%~52%)玉米籽粒的最大应力逐渐减小,其随着热风温度的升高而增大、随着相对湿度的升高而减小。玉米籽粒的最大应力在干燥前期大于其屈服应力而发生开裂,较低的温度和较高的相对湿度可以抑制玉米籽粒在干燥前期形成裂纹。研究结果为预测干燥过程玉米籽粒应力裂纹提供参考。

    • 不同冰温条件对长期贮藏牛肉品质和货架期的影响研究

      2019, 35(23):305-311. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.037

      摘要 (648) HTML (0) PDF 1.41 M (495) 评论 (0) 收藏

      摘要:该研究旨在探究标准冰温(实验室恒温条件,-2~0 ℃)和商业冰温(工厂冰温库(-4~4 ℃))对长期贮藏牛肉品质的影响,以此明确当前商业冰温条件对牛肉的保鲜效果。试验测定了贮藏期间(20周)两种冰温条件下真空包装牛肉的pH值、肉色、微生物菌落数、挥发性盐基氮(total volatile base-nitrogen,TVB-N)、脂肪氧化和感官品质等指标。结果表明:2种冰温条件下,牛肉在20周的贮藏期内均可以维持良好的肉色及感官品质。贮藏第9周时,商业冰温条件下牛肉样品的菌落总数和TVB-N值就已分别达到7.09 lg CFU/cm2和15.59 mg/100g。而标准冰温条件下的牛肉样品在贮藏期间其菌落总数始终低于7.00 lg CFU/cm2,TVB-N值在贮藏第12周时才超出限量阈值(≤15 mg/100 g),达到16.66 mg/100 g。总体来看,标准冰温条件对真空包装牛肉的保鲜效果更佳,依据TVB-N值的限量标准,建议标准冰温和商业冰温条件下牛肉的货架期分别不超过9周和12周。

    • 绿豆干法脱皮设备关键参数优化与试验

      2019, 35(23):312-318. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.038

      摘要 (630) HTML (0) PDF 1.54 M (557) 评论 (0) 收藏

      摘要:绿豆干法脱皮设备脱皮合格率低、出米率低,关键参数研究缺乏的现状已成为制约产业健康发展的问题之一。针对这些问题,该文结合绿豆物理特性研究,采用二次正交旋转组合设计试验及响应曲面分析方法,开展绿豆干法脱皮设备关键参数中脱皮滚筒转速、砂辊转速、脱皮时间优化与试验,利用Design-Expert对数据进行了分析并探讨了各参数及其交互作用对脱皮合格率、整米率的影响,并利用该软件进行了多目标优化。试验结果表明:影响脱皮合格率的因素依次为:脱皮滚筒转速>作业时间>砂辊转速;影响出米率的因素依次为:作业时间>脱皮滚筒转速>砂辊转速;脱皮滚筒转速与作业时间交互作用对脱皮合格率影响极显著(P<0.01),其余参数交互作用影响不显著;脱皮滚筒转速与作业时间交互作用对出米率影响极显著(P<0.01),脱皮滚筒转速与砂辊转速交互作用对出米率影响不显著。多目标优化结果表明:绿豆干法脱皮设备作业关键参数的最优参数组合为脱皮滚筒转速25.20 r/min、砂辊转速1 642.61 r/min、脱皮时间108.8 min。此时,脱皮合格率、出米率均达最大值,分别为99.72%、86.57%。将最优组合参数应用在设备上并开展累计20批次绿豆脱皮加工作业,得到脱皮合格率、出米率的均值分别为99.3%、85.6%,脱皮质量大幅提升,有效降低了脱皮损失。该研究为绿豆脱皮机作业质量改善提供参考。

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