摘要:为了解决耕层残膜污染问题，该研究设计了一种梳齿起膜气力脱膜式耕层残膜回收机。该机主要由机架、梳齿、梳齿辊、重力沉降室、离心风机组成。梳齿辊是该回收机的核心机构，其辊筒上布置有多排梳齿，通过梳齿辊的旋转实现松土和残膜-土壤分离；利用EDEM离散元软件建立梳齿辊模型，仿真研究了梳齿排列方式和梳齿结构对梳齿辊入土过程中前进阻力和阻力矩的影响，确定了齿刀螺旋排列方式。吸膜机构的作用是实现残膜的连续回收及膜土分离。建立了残膜在吸膜区的运动学方程，通过对方程分析求解，探明了梳齿辊转速和吸膜口风速对残膜运动轨迹的影响，确定梳齿辊转速应小于120 r/min，吸膜口风速应大于15 m/s。为了获得回收机的最佳作业参数组合，进行了土槽响应曲面优化试验，得出最佳参数组合：吸膜口与竖直面之间的角度为-7°、机具前进速度为2 km/h、梳齿辊转速为100 r/min、吸膜口风速为22 m/s。田间试验结果表明：最佳参数组合作业时，残膜拾净率为55.04%，比预测值小1.63%，优化方法可靠。

摘要:针对谷子机械收获作业过程中存在的秆叶易缠绕问题，该研究以晋谷21、张杂10为对象，分别对谷子不同节间的茎秆、叶鞘、叶片和叶环各部位进行拉伸力学测试，并利用SAS统计软件对测试数据做分析，在此基础上分析了相关力学参数沿茎秆节间的变化规律。2个谷子品种的茎秆在上下节间处的弹性模量、抗拉力和抗拉强度均差异显著（P<0.05）。由茎秆表皮拉伸测试测得晋谷21的茎秆弹性模量为4.15～6.64 GPa，抗拉强度为67.65～130.13 MPa，抗拉力为343.97～1 598.37 N；张杂10的茎秆弹性模量为4.54～7.98 GPa，抗拉强度为73.22～136.50 MPa，抗拉力为167.66～567.54 N。2个谷子品种在不同节间位置、不同部位（叶鞘、叶片及叶环）的抗拉力和抗拉强度差异均极显著（P<0.01）。晋谷21的中上部节间叶鞘、叶片及叶环平均抗拉强度分别为13.30、10.13和4.18 MPa，平均抗拉力分别为122.16、41.23和25.80 N。张杂10的中上部节间叶鞘、叶片及叶环平均抗拉强度分别为13.30、11.77和4.24 MPa，平均抗拉力分别为104.30、59.48和22.87 N。测试结果表明，谷子茎秆、叶鞘、叶片和叶环部位中抗拉强度最弱位置在鞘叶相连接的叶环位置处。谷子机械收获时可选择在茎秆中部以上、穗部第2节间以下各节间的叶环位置处进行秆叶分离，施力大小20～25 N。研究结果可为谷子收获装置的设计与优化提供参数依据。

摘要:针对当前杂交水稻制种对机械化授粉装备的迫切需求，设计了气力式杂交水稻制种授粉机。首先对其关键部件授粉管建立了计算流体力学模型，进一步以授粉管内径、气流出口长度与宽度为因素，以气流出口流速变异系数、气流覆盖高度为指标，利用Design Expert软件设计了三因素三水平的Box-Behnken仿真试验，并对授粉管结构参数进行优化。结果表明：在授粉管内径为60～80 mm、气流出口长度为100～200 mm、气流出口宽度为4～10 mm的范围内，授粉管内径、气流出口宽度及授粉管内径与气流出口宽度的交互作用、气流出口长度与宽度的交互作用、气流出口宽度平方对气流出口流速变异系数影响极显著（P<0.01）；授粉管内径、气流出口长度与宽度及二者的交互作用、授粉管内径与宽度的交互作用对气流覆盖高度的影响极显著（P<0.01）。授粉管较佳结构为内径64.49 mm，气流出口长度、宽度分别为200.0、7.25 mm，此时出口气流速度变异系数为9.10%，气流覆盖高度187.57 mm。为便于加工，选用授粉管内径61.5 mm的标准不锈钢管，取气流出口长度、宽度分别为200、7.5 mm并进行验证试验，气流出口流速实测值与仿真值基本一致，实测流速变异系数为8.83%～9.25%，气流出口流速分布均匀。研究结果可为气力式杂交水稻制种授粉机参数优化提供参考。

摘要:水产长距离运输保证鲜活需要保持水产原生存环境的压力、水质、溶氧度等条件，其中溶氧度直接关系水产的存活，因此增氧装置的设计成为活体水产运输的关键技术之一。为了解决电解水增氧方式能耗大、难以小型化的问题，该研究设计了适用于小型水产运输箱的电解水增氧装置。首先根据计算流体力学软件仿真计算结果设计了装置中可在正负电极间产生恒稳均匀流场的整流结构参数；然后通过试验探索水溶氧和装置总能耗在电解电压与水交换流量影响下的关系。试验结果表明：在容积为8×10-3 m3的箱体内，采用直流电解，当电解电压为37 V、水交换流量为6.97×10-5 m3/s时，总能耗最低为39.39 kJ。该装置设计和试验结果可为电解水增氧方法在水产运输和养殖中的实际应用提供了依据。

摘要:为探明阀门调节式比例施肥泵的工作原理及水力性能，该研究针对施肥泵的结构原理及主要性能参数进行了分析，同时还进行了其水力性能的相关试验。研究结果表明：在进出口压差一定时，随着施肥泵三通阀角度的增大，进口流量先减小后增大，在所有正常工作压力下都呈现同样的趋势。施肥比例与三通阀的水平分流比成正比，且可以实现0.07%到0.35%范围内的连续变化。在正常工况下（进出口压差在0.06～0.18 MPa），三通阀角度为90°时，能量转换效率随着进出口压差的增大而增大；施肥比例稳定度为95.91%，表明施肥泵在不同进出口压差下工作时的施肥比例较为稳定。研究结果可为比例施肥泵的整体设计及优化提供指导。

摘要:针对农业机械无人化作业的应用需求，该研究基于SF2104动力换向线控底盘拖拉机和全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS），研发了拖拉机自主行驶与作业控制系统。该系统针对田内直线作业与地头转弯，采用分层控制思想，将控制系统划分为规划层、控制层和执行层。规划层生成U形转弯所需的路网数据，控制层进行拖拉机横向控制、速度控制、转弯控制、机具升降控制、当前路径更新及终止作业等行为决策；执行层负责以上行为的配置执行。拖拉机挂载深松机进行深松作业，并与有人驾驶深松作业进行对照。结果表明，拖拉机自主行驶与作业控制系统横向偏差的平均标准差为4 cm，平均作业速度及其平均标准差分别为1.66和0.09 m/s，稳定作业时发动机转速的平均标准差为7.9 r/min，平均机具位置的极差为23.8，均优于有人驾驶。该研究初步实现了拖拉机的自主行驶与作业，有助于解决农村劳动力紧缺问题。

摘要:针对海南热带农业区香蕉地现有深松机具匮乏、松土质量差等问题，该研究研制了一款预破土凿式深松机，首先确定整机深松方式，并采用三维建模方法建立深松机整体模型；进一步确定了深松机的整体结构与工作原理，并设计阐述了深松机的关键结构参数。基于田间试验，对深松作业后的土壤坚实度及土壤容重进行测定，确定了前进速度、深松深度、破土刃入土深度为对土壤坚实度及土壤容重有显著影响效果的因素。进一步以土壤坚实度及土壤容重为响应值，基于Box-Behnken设计试验得到响应值与显著性参数的二阶回归模型，并针对显著性参数进行寻优，得到最佳组合：前进速度为1.15 m/s、深松深度为350 mm、破土刃入土深度为250 mm。在标定的最优参数下进行的田间验证试验结果表明，土壤坚实度为752 Pa，土壤容重为1.48 g/cm3，与预测值（734 Pa、1.42 g/cm3）之间的误差分别为2.4%、4.2%，验证了分析的可信性。最后通过与现有传统深松机具开展的对比试验得出：相较于传统深松机具，预破土凿式深松机作业后，土壤坚实度下降6.39%，土壤容重下降9.76%，进一步证明该试验研制样机适用于海南热区香蕉地深松作业，该机器的设计可为海南热带地区香蕉地深松技术的推广与应用提供参考。

摘要:整秆式甘蔗收割机剥叶机构的作业质量对收获后甘蔗茎秆的蔗叶残留有重要影响，合理的作业参数可有效改善剥叶机构的剥叶质量。该研究通过建立甘蔗剥叶过程仿真模型分析茎秆和剥叶元件的相互作用过程及其应力变化以及茎秆的受力情况，采用单因素仿真试验研究喂入辊筒转速、剥叶辊筒转速及茎秆与剥叶元件搭接长度对茎秆和剥叶元件所受峰值应力的影响规律。在仿真分析的基础上建立甘蔗剥叶作业试验台，采用Box-Behnken试验方案研究关键作业参数对茎秆未剥净率（剥叶后残留蔗叶和叶鞘占剥叶前全部蔗叶和叶鞘的比值）的影响规律并获得最佳作业参数：喂入辊筒转速250 r/min，剥叶辊筒转速540 r/min，茎秆与剥叶元件搭接长度13.9 mm，甘蔗喂入根数1.68根，此时茎秆未剥净率为2.2%。验证试验结果表明，在单根和双根喂入时，甘蔗茎秆未剥净率分别为2.0%和3.1%。通过高速摄像分析叶鞘的剥离过程，并获得最优作业参数下茎秆的输送速度区间为2.3～2.9 m/s。该研究结果为改善甘蔗收割机剥叶效果、提高作业适应性提供参考。

摘要:目前国内柑橘育苗钵装填转运基本靠人工作业，生产效率低下。为了解决这一问题，该研究提出了一种可一次装填105钵的间歇式柑橘育苗钵机械装填转运机，采用EDEM对装填转运机基质分流过程进行分析，确定了基质分流部件分流板偏移量及高度的参数组合，设计了卸料机构的连杆传动方案，计算了各杆长度，分析了车架结构的强度，确定了车架结构的尺寸参数，并设计了整机的控制电路。加工试验样机，在搅拌机设定转速下，重复装填转运试验10次。试验结果表明，样机运行稳定，单次基质装填平均量330.5 kg，单次装填钵数105钵，平均装填时间约60 s，转运装置行走速度可达1.2 m/s，苗钵卸载下落可靠，排列整齐；单个育苗钵的平均最大装填量3.23 kg，最小装填量3.03 kg，平均装填量3.15 kg。样机结构设计合理，装填效率高，能够实现均匀装填、稳定转运的作业要求。研究结果可为后续柑橘苗钵装填转运设备的研制和优化提供参考。

摘要:为解决嫁接机人工上苗过程中砧木子叶损伤和叶柄劈裂问题，采用正压气流压苗和负压吸附定位原理，设计一种辅助自动上苗作业的砧木上苗定位机构。通过建立机构有限元分析模型，在给定边界约束条件下利用CFD软件对吸附块内部气流场进行动力学仿真，获得气室内部流场分布情况及各因素对砧木子叶吸附力的影响。采用仿真正交试验对吸附块结构参数进行优化设计，确定吸附块各因素对吸孔平均吸力影响的主次顺序依次为出口负压、吸孔直径、吸孔深度；当吸附块出口负压3 kPa，吸孔直径1 mm和吸孔深度4 mm时，吸附块对子叶具有较好的吸附能力。上苗试验结果表明：该机构对白籽南瓜苗子叶吸附成功率为96.67%，压苗成功率为99.33%，综合上苗成功率为96.03%，伤苗率仅为0.67%，作业性能满足嫁接机自动上苗作业要求。子叶吸附失败原因是子叶方向和上苗高度控制不准确，以及子叶展角过小导致叶柄劈裂。吸附块作业面仿形和结构参数仿真试验对提高砧木柔性和安全上苗具有重要意义，大幅缩短了吸附块设计周期，研究结果为解决嫁接机自动上苗问题提供理论依据和设计参考。

摘要:振动能量俘获是获取可再生清洁能源的一种有效途径，具有广阔的应用前景，有利于社会的可持续性发展。目前，随机功率谱激励下的高功率密度和宽频能量回收仍然是研究的难点。该研究设计了一种可有效利用宽频振动能量的高功率密度磁浮式俘能器，采用COMSOL Multiphysics软件计算悬浮磁体非线性回复力与位移的关系式，根据磁浮振动系统的控制方程和基尔霍夫定律建立俘能器的数学模型，详细研究了模型参数变化对俘能器性能的影响。随后进行正弦扫频和驻频试验以验证俘能器的发电能力。同时，从俘能器的效率、效能和体积优值3个指标对俘能性能进行评价；并结合实际应用，设计俘能器稳压电路。根据丘陵山区农业机械工作的随机路谱特性，建立随机激励的数学模型，根据响应幅值的概率密度函数的FPK方程表达式，得到了平稳概率密度函数的解。结果表明：在激励频率从9.77到31.75 Hz变化时，俘能器最大输出电压在5.92和21.52 V之间；最大输出功率在10 Hz时达81.93 mW，从5到50Hz，输出功率范围为5.76到81.93 mW；俘能器的效率、效能和体积优值分别为2.85%、9.85%和39.74%；俘能器电压输出的功率谱密度有5个峰值点，对应频率分别为9.80、29.41、36.76、36.76、51.47和71.08 Hz，进一步验证了该研究提出的磁浮式俘能器具有宽频发电性能，并可满足丘陵山区农机设备监测传感器的供电需求。

摘要:植被根系对岸坡侵蚀具有明显影响作用，为定量揭示植被根系对黏性岸坡侵蚀过程的网络作用、护挡作用和牵拉作用，开展红柳和胡杨典型植被根系的概化水槽试验。结果表明：1）在根系网络作用下，黏性岸坡固土能力显著提高，有植被根系比无植被提高了30%～56%，其中红柳根系比胡杨根系平均提高了24.2%；2）不同布置方式的固土效果差异较大，红柳和胡杨根系固土效应V型布置比竖直布置分别提高了27.1%和18.6%；3）根系护挡作用对坡脚保护作用显著，有植被岸坡近岸纵向时均流速和无量纲紊动能分别减小至无植被的45%～67%和75%～91%；4）根系牵拉作用主要表现在对岸坡崩塌根土黏结体的堆积和分解以及床面淤积的影响等，其中牵拉作用越强，崩塌堆积体的体积占比就越大，根土黏结体被分解时间也越长，试验结果得到根系牵拉作用对河床保护贡献值平均提高了20%。研究结果可为干旱区荒漠植被固土护堤作用机理提供技术支持和理论参考。

摘要:基于小样本历史灾害数据和长序列气象、林果生长数据的林果灾害判识，对目前历史灾害数据匮乏的林果等经济作物气象灾害研究具有重要意义。该研究以中国陕西省富士系苹果干旱灾害为例，利用气象资料、苹果干旱灾情史料和富士系苹果发育期资料，充分考虑苹果不同发育阶段的水分需求和降水供给情况，以及前期水分盈亏状况对当前发育阶段苹果生长的影响，在水分盈亏指数计算的基础上，构建苹果干旱指数。通过概率分析、K-Means聚类、欧式距离等方法，厘定陕西省富士系苹果的干旱触发阈值。采用致灾因子序列对比分析、预留样本验证相结合的方法，验证苹果干旱触发阈值有效性。结果表明：1）苹果干旱触发阈值分别为：苹果果树萌动-萌芽期0.87，萌芽-盛花期0.84，盛花-成熟期0.73；2）基于阈值提取的苹果干旱年份的干旱指数序列与历史灾害样本干旱指数序列具有同一性；预留独立样本指标判识准确率为85.58%；典型站点长时间序列检验判识结果准确率为80.95%。研究结果可为林果灾害指标研究提供技术支撑。

摘要:为探究沙障影响下的风沙运动规律，明晰不同情况高立式尼龙网沙障周围的风速变化和积沙分布，补充野外试验数据不足的问题。该研究以磴口-乌斯太的穿沙公路为研究背景，基于FLUENT数值模拟的方法，对不同障排数量、沙障高度及入口风速下高立式尼龙网沙障周围的风速和积沙分布进行数值模拟，并通过野外试验进行验证。结果表明：不同情况高立式沙障沿水平方向的流场形式均以"V"和"W"型存在，而高立式沙障背风侧垂直方向的风速廓线形式主要以"S"型为主；风速为8 m/s，相邻障排间距为3 m条件下，分析不同障排数量对风沙运动的影响发现，单排、双排和三排高立式沙障的防护范围分别为第一排沙障至其后的6、13和20 m处，随沙障排数的增加总积沙量呈现递增趋势；风速为10 m/s，双排沙障间距8 m条件下分析沙障高度对风沙运动的影响发现，60、100、120和150 cm高立式沙障的水平流场分层点分别为0.8、1.2、1.5和2.0 m；沙障高度150 cm，双排沙障间距20 m条件下分析入口风速对风沙运动的影响发现，当风速增至15 m/s以上时，150 cm的双排沙障背风侧基本上无积沙分布，高立式沙障逐渐失去了防护作用。经野外验证真实值与模拟值的最大相对误差为8.18 %，最小相对误差为1.32 %，验证了模拟的合理性，该研究成果较好地反映了高立式沙障周围的风沙运动情况，为后续研究提供了数据基础和依据。

摘要:高温季节土壤表层温度非常高，土壤内部含水率较低，突发性降雨对于土壤温度动态变化和水热交换运移影响极大。为了揭示降雨非饱和入渗对土壤热量运移变化的影响，该研究建立了反映降雨入渗过程的土壤热量运移数学模型，编制了有限元数值计算程序，针对南京雨花台区典型土壤，开展了降雨非饱和入渗对土壤热量运移影响的数值计算与分析研究。结果表明：不考虑降雨入渗情况下，土壤温度变化与热量运移主要是表层土壤与环境之间的热交换作用引起，热量运移影响深度约0.2 m；降雨强度45 mm/h作用下，随降雨历时增加，雨水全部自由入渗到土壤内部，土壤内部基质吸力呈线性递减趋势，湿润锋面逐渐下移，土壤体积含水率快速增加；湿润锋过后的土壤体积含水率逐渐接近于饱和体积含水率，土壤入渗能力逐渐下降，直至趋于饱和入渗率；在降雨非饱和入渗影响下，入渗到土壤孔隙中的低温雨水与土壤颗粒发生热量交换，进而改变了原有土壤温度场分布，并随着降雨入渗深度的持续增加，降雨入渗过程对土壤热量运移的影响呈现逐渐减弱趋势。经过现场实测数据与模拟计算结果验证，随着降雨历时增加，土壤体积含水率实测值和数值计算值相对误差保持在±3.99%以内，均方根误差RMSE为0.01 cm3/cm3；土壤温度实测值和数值计算值的相关误差保持在±2.72%以内，均方根误差RMSE为0.55℃，模拟计算结果和现场实测数据均吻合较好，表明该模型对描述降雨非饱和入渗过程土壤热量运移规律的适应性较强，数值计算程序合理。研究成果可为农业水利工程与水土保持、土壤水文水资源的分布与利用、城市水资源控制与生态环境保护等领域提供重要参考。

摘要:为研究不同耕作措施对坡耕地土壤养分坡面分布特征及作物产量与肥料利用率的影响，该研究在2017-2018年期间，以宁南山区10°缓坡耕地为研究对象，开展传统平作（CK）、垄沟种植（NH）、垄沟+秸秆覆盖（SM）和垄沟+地膜覆盖（PM）4种不同耕作措施对坡耕地耕层养分、作物产量的影响及其坡位效应分析研究，探讨不同耕作措施下作物肥料利用率。结果表明，相较于CK，NH、SM和PM 3种耕作措施显著提高耕层土壤有机质和土壤速效氮含量，分别提高了18.50%和14.47%、18.22%和17.64%、21.75%和18.71%，3种耕作措施之间差异并不显著。CK处理下耕层土壤有机质含量和速效氮随着坡位自上而下的变化而增加，表现出流失风险，而PM、SM和NH 3种措施表现出能够削弱坡位效应的作用，由高到低顺序为坡中、坡下、坡上。相对于CK，其他3种耕作措施下坡耕地土壤有效磷、速效钾有所降低，其中PM措施下土壤有效磷显著低于其他耕作处理。NH、SM和PM显著增加作物产量，玉米和马铃薯产量比CK分别增加27.03%和2.89%、12.85%和8.50%、204.56%和2.52%，且具有显著的坡位效应。2个覆盖措施SM和PM显著提高作物肥料利用率，种植玉米N、P利用率分别提高7.92%和16.83%、217.03%和241.59%，种植马铃薯分别提高89.43%和44.62%、97.31%和49.66%。由此可知，以垄沟、覆盖为核心的保护性耕作措施能够有效阻断养分损失途径，阻控土壤养分的坡面运移，提高肥料利用率和作物产量。

摘要:研究复垦后不同施肥措施下有机碳（OC）和全氮（TN）在水稳性团聚体及粉黏粒组分中的分布特征，以期深入理解不同施肥措施下土壤有机碳的固持机制。以生土和连续6年不同施肥措施的复垦土壤为研究对象，采集0～20 cm耕层土壤样品，利用湿筛法进行土壤粒径分组，分析大粒径大团聚体（> 2 mm）、小粒径大团聚体（>0.25～2 mm）、微团聚体（0.053～0.25 mm）和粉黏粒组分（< 0.053 mm）中OC和TN含量，判断各粒径团聚体及粉黏粒组分中有机碳储量的驱动因素，探究团聚体及粉黏粒组分中有机碳含量与作物产量之间的关系。试验设不施肥（CK）、施氮磷钾化肥（NPK）、单施有机肥（M）和有机无机肥配施（MNPK）4个处理。结果表明：1）整个试验周期（2008-2013年），同CK相比， NPK、M以及MNPK处理均显著提高了玉米籽粒产量，且以MNPK处理的效果最显著，分别提高了79.49%、116.07%和113.85%。

摘要:基于沙生植物微需水量的特点，利用聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，PAM）和蒙脱土（Montmorillonite，MMT）复合制备了一种渗灌复合材料，研究了材料的成膜性能和吸释水性能，并对渗灌系统的自调节导水性能进行了研究，然后在乌兰布和沙漠进行了渗灌系统的野外试验，最后利用X射线衍射仪、红外光谱分析仪和扫描电子显微镜对复合材料自调节导水机理进行分析。结果表明：PAM与MMT的最佳质量比为0.25，PAM和MMT制备的复合导水材料可在纤维表面形成均匀连续的膜，且导水材料的吸水和释水性能较为均衡，干湿交替试验显示其可根据土壤湿度自调节导水速率。沙漠野外试验表明，肉苁蓉接种率从对照组的23%提高到86%。材料微观分析表明：PAM通过插层作用进入MMT片层间形成复合导水材料，导水材料主要依靠PAM和MMT的相互作用传导水分，PAM的干燥收缩和吸水溶胀会引起MMT的连接和分开，从而引起水分传导速率的变化。研究结果可为渗灌材料的应用提供参考。

摘要:为探究土壤水盐交互作用对Sentinel-2卫星光谱特征的影响，该研究以内蒙古河套灌区沙壕渠灌域为研究区域，分别在2018年和2019年的4-5月共采集280个裸土期表层土壤样本，测定其土壤含水率和含盐量，并获取同步的Sentinel-2卫星遥感数据，构建基于土壤水盐-反射率原理的土壤光谱特征理论模型，在此基础上结合土壤水盐交互作用构建水盐交互模型，并比较2种模型对土壤光谱的模拟效果，分析土壤水盐交互作用对土壤光谱估算的影响。结果表明：1）土壤水盐交互作用对光谱的影响因波段类型和水盐含量的不同而有所不同。在可见光范围上影响相对较弱，其作用范围为-0.11～0.29；在近红外和短波红外范围上影响相对较强，其作用范围为-0.35～0.61；当水分或盐分中某个含量较高时对光谱影响较弱，在水盐含量程度相似时影响较强。2）与土壤光谱特征理论模型相比，水盐交互模型能明显地改善土壤光谱的模拟效果，能将模拟相关系数由0.14～0.44提升到0.29～0.59，均方根误差由0.032～0.082降低到0.029～0.068。该研究结果揭示了盐分和水分对光谱特征的干扰过程，为土壤盐分的估算提供策略与方法，对实现区域尺度上土壤盐分的精准监测具有一定的意义。

摘要:多源遥感信息和特征优选是提高农作物识别精度的重要支撑，高分六号（GF-6）卫星作为首次引入红边波段的国产卫星，其丰富的光谱信息为作物识别提供了新的思路和解决途径。该研究基于宁夏回族自治区银川市永宁县2018年6月-2019年3月的GF-6数据，充分利用红边优势提取光谱特征、纹理特征和植被指数特征，构建多种特征组合方案，并根据随机森林算法对特征重要性进行度量，选取最优特征组合对酿酒葡萄进行精准识别。结果表明，与单一特征相比，多源遥感特征的增加显著改善了酿酒葡萄分类效果，其中，植被指数贡献程度最大，光谱特征次之；基于随机森林的优选特征组合分类效果最佳，其中，总体分类精度为94.15%，酿酒葡萄用户精度为94.23%，制图精度为92.59%；以实地调查的4个酒庄为验证区，将酿酒葡萄提取结果与统计数据进行对比，面积相对精度均在70%以上，其中优选特征结果相对精度在90%以上，研究结果将为国产卫星红边波段在植被分类和识别方面的应用提供数据参考。

摘要:农田环境实时语义分割是构成智能农机的视觉环境感知的重要环节，夜间农田语义分割可以使智能农机在夜间通过视觉感知农田环境进行全天候作业，而夜间无光环境下，可见光摄像头成像效果较差，将造成语义分割精度的下降。为保证夜间农田环境下红外图像语义分割的精度与实时性，该研究提出了一种适用于红外图像的红外实时双边语义分割网络（Infrared Real-time Bilateral Semantic Segmentation Network，IR-BiSeNet），根据红外图像分辨率低，细节模糊的特点该网络在实时双边语义分割网络（Bilateral Semantic Segmentation Net，BiSeNet）结构基础上进行改进，在其空间路径上，进一步融合红外图像低层特征，在该网络构架中的注意力提升模块、特征融合模块上使用全局最大池化层替换全局平均池化层以保留红外图像纹理细节信息。为验证提出方法的有效性，通过在夜间使用红外热成像采集的农田数据集上进行试验，数据集分割目标包括田地、行人、植物、障碍物、背景。经试验验证，提出方法在夜间农田红外数据集上达到了85.1%的平均交并比（Mean Intersection over Union，MIoU），同时达到40帧/s的处理速度，满足对夜间农田的实时语义分割。

摘要:胡萝卜等级分类是提高胡萝卜市场竞争力的关键环节。传统的胡萝卜外部缺陷检测采用特征提取+分类器模式，需要手工定义特征，客观性差。为了解决上述问题，该研究提出一种基于知识蒸馏的网络模型，通过引入教师模型来指导学生模型的训练，在保证准确率的情况下减少网络模型的参数量和运行时间消耗。该试验采集了外观无缺陷以及黑斑、弯曲、带须根的四类胡萝卜样本图片，将其导入网络模型中进行训练。通过使用Resnet34、Resnet50、Resnet101这3个不同教师模型来指导学生模型Resnet18的训练，蒸馏模型平均准确率从94.3%分别提高到94.8%、95.2%、95.8%，其中Resnet101模型指导的Resnet18模型中正常胡萝卜识别率提高到100%，正常、黑斑、须根识别率提高约2%，模型训练时间为11.3 h。此外，传统Resnet50模型和Resnet101模型对数据集的识别准确率分别是96.3%和96.9%，模型训练时间分别是19.3和31.3 h。试验发现：蒸馏模型识别率大幅优于基于特征提取+分类器的传统模型，且随着教师模型网络深度的增加，模型识别率也进一步提高。从模型训练时间和模型部署上考虑，知识蒸馏是很有必要的，通过牺牲小部分准确率可以大大缩短模型训练时间和降低模型部署成本。该研究所提出的知识蒸馏模型作为一种轻量级前端部署方法，对于改进胡萝卜外观品质自动检测装置的性能具有积极意义。

摘要:挥发性脂肪酸（Volatile Fatty Acids，VFA）作为厌氧发酵过程的重要中间产物，其在厌氧反应器中的累积能够反映出产甲烷菌的不活跃状态或厌氧发酵条件的恶化。为了实现对农牧废弃物厌氧发酵进行过程分析和状态监控，将近红外光谱（Near Infrared Spectroscopy，NIRS）与偏最小二乘（Partial Least Squares，PLS）相结合构建玉米秸秆和畜禽粪便厌氧发酵液乙酸、丙酸和总酸含量快速检测模型。将竞争自适应重加权采样法（Competitive Adaptive Reweighted Sampling，CARS）与遗传模拟退火（Genetic Simulated Annealing，GSA）算法相结合构建CARS-GSA算法对沼液中的乙酸、丙酸和总酸进行特征波长优选，原始光谱数据1 557个波长点经预处理和波长优选后，得到乙酸、丙酸和总酸特征波长变量分别为135、101和245个，建立的回归模型验证决定系数分别为0.988、0.923和0.886，预测均方根误差（Root Mean Squared Error of Prediction，RMSEP）分别为0.111、0.120和0.727，相对分析误差分别为9.685、3.685和3.484，与全谱建模相比RMSEP分别减少了17.78%、15.49%和1.22%，能够满足农牧废弃物厌氧发酵过程发酵液中乙酸和丙酸含量的快速检测需求，基本满足总酸的检测需求。结果表明，通过构建CARS-GSA算法优选乙酸、丙酸和总酸的敏感波长变量，参与建模的波长点数量显著减少，有效降低了变量维度和模型复杂度，提升了回归模型检测精度和预测能力，为快速准确检测沼液VFA提供了新途径。

摘要:不同垫料生产方式因工艺差异导致垫料存在生物安全隐患，不利于垫料技术的推广，滚筒发酵具有高温、快速等优势，探讨其垫料生产过程的致病菌变化特征，可为解决产业问题提供支持。该研究以滚筒好氧发酵生产牛粪再生垫料过程为研究对象，采用平板培养法对夏季和冬季垫料生产过程中滚筒不同位置处奶牛乳房炎主要致病菌（大肠杆菌、链球菌、金黄色葡萄球菌和克雷伯氏菌）数量进行检测，同时检测了物料的理化特性，并进一步探究了影响奶牛乳房炎致病菌变化的主要因素。结果表明，夏、冬季滚筒发酵生产牛粪再生垫料过程中筒仓内温度较稳定，滚筒内部温度可维持在55 ℃以上；成品垫料的含水率均低于45%；链球菌和克雷伯氏菌在垫料成品中均未检出，夏季垫料成品中的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌检测数量高于冬季；Pearson相关性分析结果表明，在选取的理化指标中影响致病菌数量变化的最主要因素为滚筒温度，其次为总碳。该研究为滚筒发酵生产牛粪再生垫料技术的应用及推广提供支撑。

摘要:随着大规模集约化畜牧业的发展，畜牧生产过程中产生的大量悬浮颗粒物（Particulate Matter，PM），已成为大气颗粒物PM10和PM2.5的重要来源。畜舍粉尘主要来源于饲料、粪便、皮屑、毛发等，其表面附着有细菌、真菌、病毒等致病微生物以及氨气、硫化氢等有害气体，不但严重威胁畜牧场工作人员和家畜的健康，还导致周边大气环境污染。科学适用的PM减排技术是保障畜舍及周边环境空气质量的重要手段。该研究概述了畜舍PM的排放源、特征及危害，从源头、过程、末端3个环节分别论述了国内外畜舍颗粒物减排技术的研究现状及存在问题。源头减排包括饲料、清粪工艺、饲养模式等方面的优化，经济且高效。过程减排包括喷雾降尘、通风除尘、静电除尘等技术，旨在降低舍内悬浮在空气中的颗粒物。喷雾技术相对成熟，但易滋生细菌且不适用于低温季节；通风技术对去除畜舍PM上应用最为广泛且高效，需要综合考虑满足畜舍通风换气与降尘的要求；静电除尘技术对人畜无干扰，但在除尘效率和二次扬尘方面有待进一步优化。末端减排包括洗涤降尘技术与过滤降尘技术，目的是减少PM对外界大气环境的污染。洗涤技术可以去除排气中多种污染物，但设备易腐蚀；过滤技术成本低，对大颗粒物的去除效率高，但易堵塞。该研究对畜舍PM减排技术研究现状进行综述，以期为未来开发高效、节能、经济、环保的畜舍PM减排技术提供参考。

摘要:木质素目前是唯一可持续生产芳香基化合物的可再生资源。然而，当前绝大多数的木质素未能得到有效利用。热解可以将木质素快速转化为生物炭、生物油和生物气等产物并实现其资源化和高值化利用的有效途径。愈创木基单元是针叶木木质素的主要组成单元，且其结构中的甲氧基和酚羟基等官能团在木质素中广泛存在，因此作为模型化合物被广泛应用。愈创木酚类化合物直接热解产物以苯酚类和邻苯二酚类化合物为主，且热解温度对其热解过程具有一定影响，提高热解温度提高转化率且产生少量芳烃和更多的烯烃，且愈创木基结构单元的C4取代基官能团对愈创木酚直接热解的影响较小。分子筛由于具有独特结构和酸性位点，是催化裂解愈创木酚脱氧制备芳烃和单酚的有效催化剂。催化热解反应条件（如热解温度、重时空速和原料分压等）对催化热解产物具有重要影响；且在热解过程中添加氢供体可以显著提高愈创木酚脱氧率并降低催化剂的积碳。热解机理方面，愈创木酚基化合物直接热解反应主要反应途经是自由基反应，且结构单元中的甲氧基与焦炭形成具有直接关系。初步热解产物邻苯二酚及其衍生的邻羟基苯醌是形成气体产物的重要中间体。与直接热解不同的是，愈创木酚催化热解的主要反应机理是"烃池机理"。该研究通过对愈创木酚类化合物直接热解研究、催化热解研究和反应机理等方面进行总结和综述，期望加深对木质素热解过程的理解，为木质素热解产物的调控提供理论指导。

摘要:三生空间的科学划分是国土空间规划与治理体系的基础，而划分的关键在于定量识别与测度土地利用功能。该研究基于土地利用多功能价值评估方法体系，提出"三生"空间表达模式，并以张家口市为例进行"三生"空间识别与分区调控。结果表明：1）张家口市"三生"空间共涵盖9种功能组合模式，其中生态-生产-生活均衡空间比例最大，且超过80%的空间存在三重功能；2）张家口市不同功能组合模式在空间分布上呈现"局部集聚，全局分散"特征。生产功能主导空间与生活功能主导空间主要分布在洋河、桑干河和壶流河谷地，而生态功能主导空间则主要分布于东部的燕山余脉和南部太行山脉附近；3）张家口市"三生"空间优化分区可划为5种类型，生产和生活功能为主的空间分区要在强化主导功能的基础上，实现"三生"功能的协调发展，而生态功能为主的空间分区则以生态保育为首要目标。

摘要:喀斯特地区贫困程度深且致贫原因复杂，科学划分喀斯特贫困乡村地域类型并提出差异化振兴对策，是喀斯特贫困地区的现实需要。该研究通过构建喀斯特贫困乡村地域系统评价指标体系，对贫困村主导致贫因素进行分级与空间排列组合，划分喀斯特贫困乡村地域类型，提出喀斯特贫困乡村的振兴策略。结果表明：1）喀斯特贫困乡村的空间分异主要受地势起伏度、坡度、耕地比例和人均纯收入等的影响，贫困程度与贫困聚集规模均呈现出南高北低的空间格局。2）喀斯特贫困乡村可划分为：弱综合制约型、强综合制约型、单致贫维度制约型、双维度制约型和三维度制约型贫困村。3）生态脆弱性在喀斯特贫困乡村地域分异中起决定性作用，经济基础薄弱是喀斯特贫困乡村的共性特点，生产资源禀赋与区位交通条件起重要作用。该研究能够为喀斯特贫困乡村减缓相对贫困的模式与路径设计及乡村振兴战略实施提供理论支撑。

摘要:预冻是果蔬真空冷冻干燥（Freeze Drying，FD）的必须工艺环节，预冻冻结速率和冻融处理（Freeze Thaw Cycles，FTC）可用于调控果蔬FD干燥效率和改善产品品质。为探究冻结速率和冻融处理对FD苹果片干燥特性和品质的影响，缩短干燥时间并保持原料品质，该研究采用不同温度（-20 ℃、-80 ℃、液氮冻结）预冻和1～3次冻融（FTC-1、FTC-2、FTC-3）处理苹果片，探讨预冻处理对FD苹果片冻结特性、干燥特性，及微观结构、色泽、硬脆度和营养功能等核心品质的影响。结果表明，相较快速冻结处理（-80 ℃），缓慢冻结（-20 ℃）处理的苹果片FD干燥时间缩短5%，脆度提高50.1%，感官评价得分较高；相比于-20 ℃预冻组，FTC-1处理的苹果片具有较均匀的大孔隙结构，比孔容提高37.2%，FD干燥时间缩短15.3%，干燥能耗降低约14.6%，脆度增加117.6%；-20 ℃缓慢冻结联合冻融1次处理可显著提高苹果片干燥效率及综合品质。

摘要:为研究爆炒中食品多孔介质热/质传递机制及烹饪成熟和品质变化规律，考虑收缩-水分损失关系，基于多孔介质理论，结合傅里叶定律、牛顿冷却定律和达西定律，构建了爆炒中有蒸发、考虑收缩的食品含湿非饱和多孔介质热/质传递数学模型，开展了爆炒数值模拟。考虑收缩后模拟值与实测温度历史（Least Summation of the squared Temperature Difference for overall target，LSTD=4.40 ℃）、平均含水率（LSTD=1.42%）和体积收缩率（LSTD=1.05%）吻合更为良好。模拟分析了爆炒热/质传递对颗粒表面蒸发、收缩、内部压力、水分和温度分布的影响机理及火候控制手段的作用，结果表明：爆炒强对流传热使颗粒蒸发剧烈造成水分损失；收缩主要由水分损失引起，可以增大传热效率并影响颗粒内部压力变化，由成熟值理论研判，蒸发收缩对烹饪成熟起到促进作用，并有利于提高烹饪品质，是爆炒技术优势的一部分；火候控制手段通过改变颗粒特征尺寸、能量传递速率和流体-颗粒的换热时间/接触面积对颗粒成熟时间和含水率等烹饪品质产生极显著（P<0.01）影响。

摘要:为了深入挖掘利用丙酮丁醇梭菌产生物丁醇过程中氨基酸代谢的动态过程，探究利用廉价氮源玉米浆中的氨基酸用于丙酮丁醇梭菌产生物丁醇的生产策略，寻找生产丁醇的高效率廉价氮源来降低发酵生产成本。该研究首先利用高通量测序技术对玉米浆中微生物多样性进行分析；同时基于丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicum）生产丙酮-丁醇-乙醇（Acetone-Butanol-Ethanol，ABE）碳代谢动态模型的基础上，构建氨基酸代谢模型，以此模拟15种氨基酸在利用木糖为碳源发酵生产ABE中的氨基酸代谢过程，并对氨基酸的代谢与丙酮丁醇梭菌的生物量以及ABE的合成相关性关系进行冗余分析；通过模型预测实际生产中利用玉米浆发酵时氨基酸的消耗过程。结果表明，梭状芽胞杆菌属（Clostridium）占细菌总数的68.76%，是玉米浆中的优势菌群；最佳参数校正后构建了氨基酸代谢模型，模拟值与试验值有较好拟合度；11种氨基酸（苯丙氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、酪氨酸、甘氨酸、丝氨酸、精氨酸、天冬酰胺）在培养过程中迅速消耗用于细胞生长和溶剂生成，3种氨基酸（脯氨酸、组氨酸、天冬氨酸）保持稳定状态，同时发酵过程中谷氨酰胺积累；冗余分析表明其中5种氨基酸对发酵产物及生物量影响具有相关性，相关性排序从大到小依次为丝氨酸、甘氨酸、亮氨酸、缬氨酸、天冬酰胺；模拟预测玉米浆中缬氨酸、甘氨酸、丝氨酸在发酵过程中基本被消耗，推测其为发酵后期的营养限制性因子。该结论可证实玉米浆可作为丙酮丁醇梭菌发酵丁醇的优势氮源，为丙酮丁醇梭菌的氨基酸代谢调控及下一步利用并优化玉米浆作为氮源生产生物丁醇提供一定的理论参考和数据支撑。

摘要:为了全面表征不同种属肉骨粉的组成特性，并进一步挖掘肉骨粉种属鉴别标志性变量，研究基于166个来源可靠的不同种属肉骨粉样本（猪、鸡、牛、羊源），从基本组分、元素组成、脂肪酸组成和氨基酸组成4个方面全面获取物料组成特性信息。对比分析不同种属肉骨粉的69个组成变量，其中31个组成变量在种属间差异性显著（P<0.05）。主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）结合偏最小二乘判别分析（Partial Least Square-Discriminant Analysis，PLS-DA）对肉骨粉种属间特异性进行探索性分析。结果表明，元素组成和脂肪酸组成可以为猪、鸡、牛、羊肉骨粉提供特异性组成标志变量；氨基酸组成是反刍动物肉骨粉的特异性组成标志变量来源。综合PLS-DA和单因素方差分析结果，以VIP值大于1，P<0.05为指标，研究获取了不同种属肉骨粉之间的特异性组成标志变量，分别为：C10∶0、C18∶0、C18∶2n6c（猪肉骨粉）；Ca、K、Zn、C18∶0、C18∶2n6c（鸡肉骨粉）；Sr、C14∶1、C17∶0、C17∶1、C18∶0、C18∶2n6t（牛肉骨粉）；H、Mg、Sr、C10∶0、C16∶0、C17∶0、C17∶1、C18∶0（羊肉骨粉）；Sr、Ba、C14∶1、C17∶0、C15∶0、C17∶1、C18∶0、C18∶2n6t、C18∶2n6c、丝氨酸（反刍动物肉骨粉）；K、Zn、C18∶0、C18∶2n6c（哺乳动物肉骨粉）。该研究可以为肉骨粉种属鉴别方法及其多元应用机理分析提供数据支持，并可以为肉骨粉多元应用细化至不同种属提供理论基础。

摘要:茶叶在种植、生产、加工及消费环节中会产生大量的茶剩余物，茶生物质呈中空多孔隙结构，富含纤维素、木质素、半纤维素及茶多酚、茶多糖等多种活性成分，在农牧业、医疗健康、食品、环境治理及复合板材领域具有广泛应用前景，尤其是茶生物质/高分子复合材料的研究与应用得到快速和广泛发展。该文首先概述了茶生物质资源特点及其化学组成，然后综述了茶生物质填充不同高分子复合材料的研究进展，并介绍了茶生物质填充高分子复合材料在刨花板、仿木材料、吸声材料、制浆造纸、环境治理及功能食品中的应用研究现状。并指出今后须加强：1）茶生物质中多种组分的综合化、集成化利用研究；2）茶生物质木塑复合材料在阻燃、电学、热学及抗菌除臭等性能研究；3）茶生物质填充高分子复合材料在旅游、养生、装修等领域的应用基础研究；4）茶生物质生化成分变化对茶食品口味、外观及保健功能的影响机制研究。

摘要:为了深入了解国内外生物质炭的研究现状与研究热点，为相关研究领域的科研工作者与决策者提供参考，该文以Web of Science 核心数据库为数据源，采用文献计量学方法对2003-2020年间全球发表的生物质炭研究文献进行分析。全球生物质炭研究的发文量呈快速增长趋势，其中中国总发文量和总被引频次均位居世界首位。中国-美国是生物质炭研究最大的合作关系体。发文量最多的机构是中国科学院。中国有8名学者发文量进入世界前20名，上海交通大学曹心德的总发文量和总被引频次位列大陆学者榜首。发文量最大的学科方向是环境科学。中国在生物质炭研究方面发展快、成果产出多，但缺乏有国际影响力的核心成果，在研究创新性和发文质量上还有待提升。关键词分析表明，生物质炭在土壤改良和农业生产中的应用、利用生物质炭处理废水及修复污染土壤，以及生物质炭制备方法和工艺的创新是生物质炭的主要研究热点。而生物质炭制备材料与工艺的创新、各类功能型生物质炭纳米复合材料的开发，以及继续拓宽生物质炭在不同领域的高效利用可能成为今后的研究热点。

摘要:生境质量的高低与土地利用/土地覆被类型为生物多样性提供的栖息地适宜性有直接关系，尤其是农业开发活动、城市、道路等严重威胁生境质量，为了评估西北生态脆弱地区生境质量和退化程度，该研究以甘肃省为例，应用INVEST模型和莫兰指数对甘肃省生境质量和生境退化空间特征进行分析，明确其热点区域，并探讨了生境质量与退化度及其热点与各类自然保护地的关系。结果表明：甘肃省生境质量从南到北逐渐下降，而生境退化度从北到南逐渐升高，自然生态条件好的区域这种变化主要取决于人类活动的位置和强度；甘肃省生境质量热点区面积占到全省国土面积的25.59%，高于全省自然保护地面积占比，形成了保护空缺，甘肃省生境退化热点地区面积虽然不高，但多为自然生态条件较好的区域；各类保护地中，国家公园是各类保护地类型中生境退化度最低的类型，保护水平相对较低的其他保护地类型在生境质量和退化程度上表现出相反的结果。研究结果对精准实施生物多样性保护战略和生态系统管理决策具有重要意义。

摘要:为了准确检测单粒小麦内部是否感染米象（Sitophilus oryzae），利用软X射线成像检测技术对感染不同生长阶段米象的小麦颗粒进行成像，试图通过图像分析来确定小麦内部米象的幼虫、蛹和成虫等不同生长阶段，并利用随机重复抽样建模来评价结果可靠性。通过对被感染米象虫卵不同天数小麦的图像分析发现，图像灰度分布直方图随感染天数变化明显，低灰度值区域（灰度值为10～102）的灰度区域像素点随感染天数增加而减少，中灰度（灰度值为103～162）和高灰度区域（灰度值为163～232)则随感染天数增加而增多。使用包括图像灰度分布和纹理特征等47个特征值，利用线性判别分析（Linear Discriminant Analysis，LDA）与二次判别分析（Quadratic Discriminant Analysis，QDA）建立判别模型，并通过多次随机重复抽样（1 000次）对模型预测效果进行评估分析。结果表明：在95% 置信区间下，在感染与未感染小麦的分类判别中，LDA的判别准确率都在76%以上，除幼虫外生长阶段判别正确率达到95%以上；而QDA的平均判别准确率较低且判别误差也相对较高。因此，该研究使用随机重复抽样方法LDA模型判别小麦是否受到米象感染和区分不同生长阶段是准确可靠的。