• 2020年第36卷第23期文章目次
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    • >农业装备工程与机械化
    • 分段螺旋式甘草茎秆揉切装置设计与试验

      2020, 36(23):1-11. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.001

      摘要 (851) HTML (0) PDF 3.55 M (766) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对全混合日粮饲草料揉切需求,该研究设计了一种分段螺旋式甘草茎秆揉切装置,对分段螺旋叶片的主体结构和搅龙结构参数进行设计,建立了刃口曲线方程,分析了装置揉切机理,并试制了分段螺旋式甘草茎秆揉切装置试验台。以搅龙转速、加工时间、填充系数、刀片与底壳间隙为因素,以粒度、破节率、单位质量能耗为指标,开展四因素三水平Box-Behnken试验,对试验结果进行方差分析和二次回归拟合,得出各因素对粒度影响显著性由大到小为加工时间、搅龙转速、填充系数、刀片与底壳间隙;对破节率的影响显著性由大到小为加工时间、填充系数、搅龙转速、刀片与底壳间隙;对单位质量能耗的影响显著性由大到小为填充系数、加工时间、搅龙转速、刀片与底壳间隙。对交互影响因素进行响应曲面分析并进行参数优化验证试验,结果表明:当搅龙转速为25 r/min、加工时间为12 min、填充系数为0.46、刀片与底壳间隙为15 mm时,甘草茎秆的揉切粉碎粒度为11.76 mm,破节率为83.27%,此时单位质量能耗为9 959.82 J/kg,试验值与模型理论值误差不超过7%,参数优化模型合理,满足作业要求。研究结果可为全混合日粮搅拌机的研发提供理论依据。

    • 端壁开缝改善轴流泵驼峰的机理

      2020, 36(23):12-20. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.002

      摘要 (601) HTML (0) PDF 6.37 M (558) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探索可有效抑制轴流泵特性曲线驼峰区的方法,该研究针对某轴流泵开展端壁沿轴向开缝的数值模拟研究,分析缝数目、缝长度和缝角度对轴流泵性能的影响规律,结合全通道非定常模拟揭示端壁开缝对轴流泵驼峰区的改善机理。研究结果表明,端壁开缝能够有效抑制轴流泵的驼峰现象,失速工况的扬程和效率分别提高了83.5%和8.13%。增加缝的数目和缝长可提高开缝抑制驼峰的能力,但缝过长会降低设计工况的效率,在一定范围内增加缝的径向倾角有利于驼峰区的改善,但不宜超过45°。在驼峰工况区,叶顶泄漏流呈旋涡状向叶轮进口方向发展,与来流共同作用堵塞叶顶通道,导致叶顶区域扬程突降。在叶片正背面压差作用下,缝内建立的喷射与抽吸的流动循环可使相对液流角在0.9倍相对叶高处以上部分明显降低,最大降幅62°,平均泄漏强度降低41.4%,叶顶中部附面层厚度降低18 mm,有效抑制由叶顶泄漏涡与主流相互作用造成的堵塞,并可削弱叶顶部位由叶顶泄漏涡等二次流诱发的压力脉动,是改善轴流泵驼峰区以及提升小流量工况效率的原因。端壁开缝具有改善轴流泵驼峰的巨大潜力。

    • 基于规模与区域差异的蛋鸡养殖机械化对劳动力替代关系

      2020, 36(23):21-29. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.003

      摘要 (650) HTML (0) PDF 821.86 K (489) 评论 (0) 收藏

      摘要:在畜禽养殖规模化的大背景下,机械化成为蛋鸡产业提质增效、转型升级的关键,研究蛋鸡养殖机械化对劳动力的替代关系对于产业规模化发展及政策制定具有重要意义。该研究利用超越对数生产函数测算不同规模(存栏量300~1 000、>1 000~10 000和10 000只以上3种规模)及不同区域(东部、中部、西部和东北4个区域)蛋鸡养殖机械化对劳动力的替代弹性,并从规模及区域差异的角度对蛋鸡养殖机械化对劳动力的替代弹性进行分析。结果表明:1)国内蛋鸡养殖呈现机械化替代劳动力的发展趋势,且存在规模及区域差异;2)小、中、大3种养殖规模机械化对劳动力替代弹性平均值分别为0.988 4、0.303 3和0.343 5,不同蛋鸡养殖规模机械化对劳动力替代弹性差异较大;3)蛋鸡养殖机械化对劳动力的替代存在区域差异:各区域机械化对劳动力均存在不同程度的替代,蛋鸡产业布局较为稳定,蛋鸡产业区域布局要在现有基础上继续发挥东部地区优势,并推动产业“南下西进”,优化产业区域布局。研究表明,蛋鸡养殖机械化与劳动力替代关系存在明显的规模与区域差异,要根据蛋鸡养殖机械化对劳动力替代的特点,因地制宜,强化政策聚焦。

    • 花生种子颗粒离散元仿真参数标定与试验

      2020, 36(23):30-38. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.004

      摘要 (1029) HTML (0) PDF 3.17 M (917) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于花生排种装置在优化设计过程中缺乏准确的仿真模型参数,从而造成仿真与理论计算结果存在较大误差,一定程度上制约了花生排种装置的发展。该研究系统测定了花生种子的三轴尺寸、颗粒密度、弹性模量、泊松比等本征参数及其静摩擦因数、滚动摩擦因数、恢复系数。通过开展花生种子颗粒堆积试验,标定得到花生种间静摩擦因数为0.213,种间滚动摩擦因数为0.035。为检验标定参数的可靠性,开展了花生堆积角仿真与物理试验对比,结果表明花生物理堆积角和仿真堆积角相对误差为0.22%。通过开展机械式花生精量排种器的仿真与台架排种性能的对比试验,得到排种性能中漏播指数、重播指数相对误差分别为8.24%、5.12%,结果表明花生标定参数具有可靠性。该研究结果可为排种装置的优化设计与仿真研究提供理论参考。

    • 不同机采棉种植模式和种植密度对棉田土壤水热效应及产量的影响

      2020, 36(23):39-47. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.005

      摘要 (482) HTML (0) PDF 4.97 M (561) 评论 (0) 收藏

      摘要:新疆机采棉生产中农机农艺的不融合是导致棉花纤维品质下降和采净率低的主要原因,优化机采棉株行距配置是实现农机农艺融合的重要途径。该研究于2018-2019年进行了"矮密早"(1膜6行,66+10 cm宽窄行)、"宽早优"(1膜3行,76 cm等行距)2种种植模式和13.5、18.0和22.5万株/hm2三个种植密度的定位试验,监测棉花全生育期的土壤温度和土壤水分动态变化,结合棉花产量分析农田水分利用效率,综合评价不同机采棉种植模式的生产适应性。结果表明,不同种植模式和密度影响土壤温度,但不存在互作效应。不同处理下耕层土壤温度变化规律一致,随着气温升高土壤温度逐渐增加,棉花封垄郁闭后,土壤温度迅速下降并波动。在生育前期(5月-6月),不同种植模式和密度下耕层土壤温度无显著性差异,而"宽早优"模式提高了花期和铃期的土壤温度,比"矮密早"模式平均高1.7 ℃。"宽早优"模式的全生育期耕层土壤积温较"矮密早"模式显著提高8.3%~9.9%(P<0.05),主要提升了花铃期的土壤积温(35.1~88.8 ℃);从全生育期耗水量来看,"宽早优"模式的耗水量低于"矮密早"模式,降低0.8~6.7mm;提高种植密度会降低耕层土壤积温,增加棉田耗水量。"宽早优"模式提高了棉花籽棉产量和水分利用效率,其中2019年较"矮密早"模式分别显著提高17.5%和18.8%(P<0.05)。"宽早优"模式可以改善棉花生长的土壤水热条件,实现产量和水分利用效率的大幅提高,是更为优化的机采棉种植模式,适合大面积推广。

    • 批次式种子清选装置设计与试验

      2020, 36(23):48-58. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.006

      摘要 (635) HTML (0) PDF 3.69 M (687) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对试验小区种质材料"批次式、无残留、易清机、高效率"特殊加工要求,该研究采用开放式组合框架结构、变频振动清筛技术,系统集成批次供种、风选除杂、筛选分级、筛面清理等作业工序,设计了批次式种子清选装置,并对供料系统、风选系统、筛分装置等关键部件进行了设计与分析。以玉米种子为试验对象,以给料速度、振动频率、振幅、筛面倾角为试验因素,以物料净度、获选率和作业时间为试验指标,开展了四因素三水平Box-Behnken试验,建立了响应面数学模型,并进行了参数优化和试验验证。结果表明,振幅、振动频率及二者的交互作用是影响净度和获选率的主要因素;给料速度、振幅、振动频率、筛面倾角均对作业时间有较大影响;优化参数组合为给料速度0.072 kg/s、振幅5 mm、振动频率6.25 Hz、筛面倾角4.6°,在此参数下的验证试验结果为净度98.8%、获选率为99.7%、作业时间约50 s,与模型优化预测结果基本一致。生产性能试验结果表明,处理量15 kg/批时清选装置加工能力达到10批/h,各项指标均满足设计要求。研究可为种质材料及其他颗粒物料批次式清选装备的设计提供参考。

    • >农业航空工程
    • 多旋翼无人机避障航迹规划算法

      2020, 36(23):59-69. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.007

      摘要 (718) HTML (0) PDF 6.65 M (644) 评论 (0) 收藏

      摘要:多旋翼无人机的自主避障能力是安全作业的重要保证。该研究针对多旋翼无人机自主避障问题,提出了一种改进的双向RRT快速随机树航迹规划算法,结合最小化位移四阶导数的动力学优化方法,生成更符合多旋翼无人机动力学性能的避障航迹,解决避障过程中重复搜索、航迹曲率波动性大等问题,实现平稳避障;提出了以随机采样算法规划难度(用时)为核心的场景复杂度评价方法,在不同复杂度场景下进行了仿真试验。结果表明:与改进前相比,避障航迹再规划迭代次数减少23.69%;有效避障航迹规划用时不高于0.33 s、平均避障速度不低于1.16 m/s、避障航迹延长率最多达20.82%。所提出的避障航迹规划方法,提升了避障航迹的规划效率与效果,可为多旋翼无人机自主作业过程中的避障航迹规划提供参考。

    • 多尺度特征融合的柑橘冠层施药沉积量分类模型

      2020, 36(23):70-76. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.008

      摘要 (843) HTML (0) PDF 2.44 M (649) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统农作物冠层施药沉积量分类模型分类准确率低、网络模型参数量大且运算速度慢的问题,该研究提出一种改进的SPP-Net-Inception-v4模型。该模型通过构建稀疏网络结构平衡各个模型子网间的计算量,利用3个Inception模块生成施药沉积量在柑橘冠层热红外图像的稠密有效特征数据;在模型的卷积层与全连接层间创新性接入空间金字塔池化网络(Spatial Pyramid Pooling Network, SPP-Net),进行一次历遍提取热红外图像特征信息,再通过空间池化操作融合3种池化方式提取的多尺度特征,实现柑橘冠层热红外图像施药沉积量表现特征的提取与融合。搭建多环境因素自主控制试验环境,模拟无人机低空采集柑橘冠层热红外图像,应用3个分类模型进行对比试验,试验结果表明,SPP-Net-Inception-v4模型与Inception-v4和ResNet-152两种模型相比,准确率分别提高1.58%和3.26%,模型训练完成冻结后占用计算机存储空间大小分别降低13%和24%,表明SPP-Net-Inception-v4模型在降低模型规模的基础上,提高了柑橘树冠层施药沉积量分类的准确率,可为精准农业航空中无人机植保技术的进一步发展提供参考。

    • >农业水土工程
    • 特大暴雨下不同土地利用类型坡面切沟发育特征

      2020, 36(23):77-84. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.009

      摘要 (624) HTML (0) PDF 4.57 M (553) 评论 (0) 收藏

      摘要:切沟侵蚀是黄土高原丘陵沟壑区水土流失的重要形式之一,然而极端暴雨条件下不同土地利用类型坡面切沟侵蚀研究还鲜见报道。该研究以陕北2017年"7·26"特大暴雨为例,研究了岔巴沟流域3种土地利用类型(农地、休闲地和撂荒地)坡面切沟发育形态特征及体积估算模型。结果表明:1)农地、休闲地和撂荒地切沟长度分布在20 m内的占比分别为55.6%、34.8%和44.8%;农地切沟平均深度为110 cm,分别比休闲地和撂荒地高18.3%、19.2%;农地和休闲地切沟平均宽深比分别为0.87和0.84,横断面呈"宽-浅型",而撂荒地切沟呈"方型"(宽深比1.01)。2)撂荒地切沟侵蚀体积分别比农地和休闲地减少47.8%和28.3%,表明植被恢复有效地削弱了极端暴雨作用下的切沟侵蚀。3)农地切沟不同坡段侵蚀体积由高到低为下坡、上坡、中坡,而休闲地和撂荒地切沟侵蚀体积沿坡长方向呈递增趋势;3种土地利用类型切沟在上坡段的沟岸拓宽速率大于下切速率,中下坡则相反。4)农地、休闲地和撂荒地切沟侵蚀体积均与切沟长度、横断面面积呈极显著幂函数关系(P<0.001),横断面面积是切沟体积估算更为有效的参数。研究结果可为黄土高原丘陵沟壑区不同土地利用类型坡面切沟侵蚀体积估算及其防治提供重要依据。

    • 填埋复垦侵蚀沟的导排水功能和秸秆腐解速率

      2020, 36(23):85-91. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.010

      摘要 (501) HTML (0) PDF 1.82 M (528) 评论 (0) 收藏

      摘要:秸秆填埋复垦技术主要用于修复东北地区耕地中的侵蚀沟,研究复垦后原沟道的导排水能力以及秸秆的腐解速率,旨在为沟毁耕地修复提供科学依据。该研究在黑龙江省海伦市光荣村选取一条复垦后的侵蚀沟为试验区,对土壤入渗能力、渗井入渗能力、秸秆层的持水能力、复垦后的土体排水能力系统测定分析,评价复垦后的导排水能力;对填埋不同年限的秸秆取样分析,评价秸秆腐解速率。结果表明:1)复垦后原沟道位秸秆层储水量为463 kg/m3,雨季产生径流能够完全被秸秆层储存,复垦后耕地能承受44~80 mm/h的均匀降雨,95%的地表汇流转为地下径流,大大减少径流对地表的冲刷,实现了变地表径流为地下导排水,复垦后未二次冲刷成沟。2)秸秆捆的厚度平均每年下降1.4 cm,秸秆层下降部分可被春季翻耕以及雨季汇流带来的泥沙沉积填充,复垦后原沟道位未出现塌陷。3)经过20 a的填埋,秸秆不同组分的腐解速率不同,其中半纤维素与纤维素腐解较快,木质素几乎不发生腐解,其占比由26.8%上升至38.8%。填埋的秸秆长期处于厌氧环境,且被水浸泡,加之约半年处于冻结状态故腐解缓慢。秸秆填埋侵蚀沟,可以修复沟毁耕地,实现复垦和地块的完整,可广泛用于东北黑土区约20万条耕地中侵蚀沟的修复。

    • 基于实测水位和流量数据的渠道控制模型参数辨识与验证

      2020, 36(23):92-98. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.011

      摘要 (367) HTML (0) PDF 3.15 M (479) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统渠道控制模型推导求解复杂,难以在实际工程中应用的问题,该研究以渠道积分延迟(Integrator Delay,ID)模型和积分延迟零(Integrator Delay Zero,IDZ)模型为研究对象,利用递推最小二乘法对2种渠道控制模型进行了参数辨识和分析。结果表明,参数辨识方法可以简单、有效地获取渠道系统的控制模型;在模型试验中,辨识误差基本分布在(−1,1)cm之间,在南水北调原型工程中,辨识误差基本分布在(−2,2)cm之间;2种辨识模型的均方误差均小于7.675×10-5 m2,且针对水流变化复杂的大型渠道工程,IDZ模型的辨识精度和稳定性整体高于ID模型。该研究结论对于渠道控制建模理论及控制器设计方法具有一定的参考价值,可应用于灌区或调水工程的输配水渠道系统建模。

    • 天然钠基膨润土菌渣复合材料对提高沙土保水保肥效应的影响

      2020, 36(23):99-108. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.012

      摘要 (708) HTML (0) PDF 8.63 M (515) 评论 (0) 收藏

      摘要:中国西北地区沙漠边缘地带存在干旱缺水、土壤沙化程度高、漏水漏肥严重等问题,严重影响了植物正常生长,制约了农业和林果业可持续发展。该研究探究天然钠基膨润土菌渣复合材料对沙土保水保肥性能的影响。通过室内模拟试验,采用茶袋法及土柱模拟法,研究不同用量膨润土P(3%、5%、7%、9%),不同膨润土菌渣复合材料JF(膨润土+菌渣+腐植酸)、JA(膨润土+菌渣+氨基酸)、JN(膨润土+菌渣+牛粪)及不同主材比例(膨润土与菌渣比分别为1:2、1:2.5、1:3、1:3.5)对改善沙土漏水漏肥的效果。结果表明,JF、JA及JN组处理较P组处理可更大程度地提高沙土吸水倍数及持水性能;土柱淋溶条件下,P组处理可明显降低沙土水分累积渗漏量达18.00%~26.17%,氮素累积渗漏量达11.58%~27.22%,钾素累积渗漏量达2.82%~7.78%;JF1、JA1及JN1处理可明显降低沙土水分累积渗漏量达25.53%~30.31%,氮素累积渗漏量达25.66%~32.36%,钾素累积渗漏量达6.35%~10.73%),其中JF1处理降幅最大,且当膨润土用量为菌渣用量的一半,辅材为腐植酸时效果最佳,这也反映出菌渣及腐植酸的添加对膨润土提高沙土保水保肥性能具有明显的促进作用。试验表明在沙土中添加钠基膨润土菌渣复合材料可提高沙土保水保肥性能,特别是在减少氮素淋溶损失方面具有良好效果,研究结果能够为西北风沙区生态修复及乡村振兴提供策略和依据。

    • 基于双同位素图谱评估肥料类型对滴灌白菜地N2O来源的影响

      2020, 36(23):109-116. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.013

      摘要 (780) HTML (0) PDF 1.81 M (495) 评论 (0) 收藏

      摘要:N2O是一种重要的温室气体,菜地高水高肥导致其排放量大。该研究通过解析滴灌条件下不同肥料处理对白菜地N2O排放的影响,以阐明滴灌下不同肥料处理的N2O来源,为菜地土壤N2O减排提供理论依据。设置无机复合肥(NPK)、有机肥(M)、无机水溶肥(WS)和无肥(NF)4种常见肥料处理,采用滴灌方式灌溉,收集菜地土壤排放的N2O,并利用稳定同位素技术分析N2O的同位素特征值,通过15N在N2O分子中的位置偏好值、N2O和H2O之间的净同位素效应值搭建双同位素图谱,分析N2O产生途径及其贡献。结果表明,对于NPK、M、WS和NF处理,N2O排放通量分别为1 074、146.5、116.2和112.9 μg/(m2•h);NPK、M、WS处理的氮肥利用效率分别为45.1%、22%、45.2%;NPK、M、WS和NF处理下N2O主排期的硝化作用贡献分别约为38%、46%、54%和49%,N2O主排期的N2O还原程度分别约为14%、71%、46%和70%。可见,无机水溶肥处理显示了最高的氮素利用效率和较低的N2O排放量,且其与无机复合肥处理的N2O还原程度都相对较低不利于反硝化过程中的N2O减排;有机肥处理则有最高的N2O还原程度,是减少反硝化作用N2O产生的主要途径。综合考虑,该研究推荐菜地施肥时采用有机肥作为底肥,管理过程中配合水肥一体化技术,达到促进N2O还原以减少N2O排放和提高肥料氮素利用效率的效果。

    • 除草剂配施安全剂对土壤酶活性与糜子根系生理代谢的影响

      2020, 36(23):117-123. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.014

      摘要 (585) HTML (0) PDF 1.81 M (502) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究安全剂与除草剂复配施用对除草剂药害的缓解以及对糜子田土壤酶活性、根系活性氧代谢和糜子生长发育的影响。于2019年5-10月在陕西省榆林市小杂粮试验示范站进行试验,选用糜子品种‘榆糜2号’为试验材料,选取苗前除草剂:谷友(10%单嘧磺隆,2.4 kg/hm²)与3种安全剂:芸苔素(300 mL/hm2)、赤霉素(300 mL/hm2)、奈安(1.2 kg/hm2)复配使用,设置清水不除草对照与人工除草对照。测定杂草鲜重防效、药害指数、根际土壤酶活性、糜子根系抗氧化酶活性与丙二醛含量及糜子农艺性状与产量。结果表明:1)芸苔素、赤霉素、奈安与单嘧磺隆复配后药害指数显著下降,分别降低了20.27%、21.63%、20.94%;2)单嘧磺隆处理(H1)的土壤蔗糖酶、脲酶活性在施药后7~42 d时相较于不除草处理CK1被显著抑制,活性抑制率随时间降低,添加安全剂后土壤蔗糖酶和脲酶活性显著提升,抑制率显著降低;3)与单施除草剂相比,安全剂复配施用的糜子根系超氧化物歧化酶活性在施药后14~28 d时显著升高;过氧化氢酶活性显著降低;丙二醛含量明显降低;4)单嘧磺隆导致糜子株高、穗长、主穗质量降低,安全剂复配施用减少了除草剂的不利影响,其中单嘧磺隆与赤霉素复配施用产量最高,达5 035 kg/hm2,较CK1增产1 114 kg/hm2,较单施单嘧磺隆处理的增产1 061 kg/hm2。安全剂与单嘧磺隆复配使用能延缓单嘧磺隆对糜子根际土壤酶活性的抑制,提高土壤蔗糖酶、脲酶活性,提高糜子根系超氧化物歧化酶活性,减缓了药害胁迫造成的膜脂过氧化作用,减少细胞膜系统的损伤,延缓了根系衰老进程,提高了糜子的株高、茎粗、穗长、主穗质量及产量。其中赤霉素与单嘧磺隆复配使用在缓解除草剂药害,促进糜子增产方面效果较好。

    • 基于Menger海绵模型的煤矸石粉改良膨胀土微结构特征

      2020, 36(23):124-130. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.015

      摘要 (417) HTML (0) PDF 2.12 M (477) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决膨胀土对工程结构以及农业生态环境的危害,进行煤矸石粉改良膨胀土的试验研究。对煤矸石粉掺量为0、3%、6%、9%的膨胀土土样进行压汞试验,测得微观孔隙特征值;选取Menger海绵模型建立孔隙分形模型,计算土体孔隙分形维数,探究土体孔隙分形维数与孔隙特征参数以及煤矸石粉掺量变化的关系。结果表明:随着煤矸石粉掺量增加,土中大孔隙所占的含量较素膨胀土减少61.5%,孔隙类型从团粒间孔隙转化为颗粒间孔隙;煤矸石粉的掺入改变了土体的孔隙结构特征,煤矸石粉与膨胀土发生胶结反应,孔隙连通性降低,使得总孔隙体积、孔隙率、孔隙平均孔径、孔隙临界孔径等孔隙特征参数呈减小趋势;基于分形理论分析孔隙分形维数,分形维数随煤矸石粉掺量的增加而增加,且与孔隙特征参数呈显著相关性。孔隙分形维数反应了孔隙特征参数以及孔隙发育程度,为土的孔隙表征提供方法借鉴。

    • 毛乌素沙地风沙土粒径和矿物组成对固定态铵含量的影响

      2020, 36(23):131-138. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.016

      摘要 (479) HTML (0) PDF 3.05 M (533) 评论 (0) 收藏

      摘要:固定态铵是土壤氮素的一种重要形态,对植物生长具有十分重要的作用;然而,风沙土中固定态铵的含量及其影响因素目前并不清楚,限制着对沙地土壤肥力来源及其维持机制的认识。该研究测定了毛乌素沙地裸沙地、沙柳(Salix psammophila)和油蒿(Artemisia ordosica)林地风沙土固定态铵的含量,并分析了土壤粒径及矿物组成对其的影响。结果显示,1)研究区土壤固定态铵平均含量为18.63 mg/kg,占土壤氮库的8.77%,不同植被下土壤中固定态铵含量存在明显差别,油蒿林地土壤固定态铵含量(23.03±1.88 mg/kg)显著高于裸沙地(16.63±0.61 mg/kg)和沙柳林地(16.82±1.25 mg/kg);2)风沙土粒径组成与固定态铵含量显著相关,粒径越细,固定态铵含量越高,粒径越粗,含量越低;3)风沙土矿物组成与固定态铵含量间无显著关系。研究表明,毛乌素沙地风沙土中固定态铵含量取决于土壤物理构成而非矿物化学组成,植被主要通过影响粒径组成而影响其含量。固定态铵是荒漠土壤肥力的重要组成部分,通过合理的植被建设增加土壤细粒物质,有利于提高固定态铵含量,对土地荒漠化治理和生物生产力的提高具有十分重要的意义。

    • 作物主动汲水技术内涵与研究进展

      2020, 36(23):139-152. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.017

      摘要 (893) HTML (0) PDF 809.46 K (480) 评论 (0) 收藏

      摘要:持续创新农田灌溉技术,有利于应对农业水资源短缺、耕地资源不足,也是确保中国粮食安全的重要技术基础。该研究提出了“作物主动汲水”(Crop Initiate Drawing Water,CIDW)概念,并分析其得以实现的基本条件是土壤水非饱和性、外界水水势始终小于大气压、外界水和作物根系的距离有效性、高效的水势能差转化界面。综合文献划分出了压力势差(Pressure Potential Difference, P-CIDW)、渗透势差(Osmotic Potential Difference, O-CIDW)和重力势差作物主动汲水(Gravitational Potential Difference,G-CIDW)等3种形式的CIDW,并分析了其势能特征和基本实现途径。进一步,从硬件设备技术、作物表现、水盐运移与分布、土壤生境等几个方面,重点综述了P-CIDW的研究进展。近十多年来的研究表明,相比漫灌、沟灌、滴灌等传统灌溉技术,适宜参数的P-CIDW能够显著地提高作物产量与水分利用效率、养分吸收和肥料利用率、根际土壤酶活性和微生物多样性、水肥耦合效应,明显地影响了作物生理生化指标、土壤养分有效性和养分空间分布;土壤质地及其剖面构型显著地影响了P-CIDW下的水盐运移与分布;利用初始土壤含水率和基质势、渗水器导水率、供水压力以及时间等参数,可以半机理半经验地估测P-CIDW的累积入渗量。最后展望了CIDW研究的未来,认为,土壤水分-作物关系的基础理论急需要突破、研发高效的势能转化界面材料仍然是发展CIDW技术的关键任务、尽快制定P-CIDW技术标准、P-CIDW控压方法还需要革命性的创新。

    • 不同释放期控释肥和水氮用量对冬小麦产量的综合影响

      2020, 36(23):153-161. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.018

      摘要 (673) HTML (0) PDF 2.21 M (575) 评论 (0) 收藏

      摘要:为揭示不同释放期控释肥及其水肥用量对冬小麦产量的影响,优化冬小麦水氮管理措施,采用裂区设计进行田间试验,以灌水量为主处理,施氮量和控释肥类型分别为副处理和次副处理,其中,灌水量设30、60和90 mm;施氮量设0、75、150和225 kg/hm2的施肥梯度;控释肥类型包括释放期分别为60、120 d的聚氨酯包膜尿素(PCU60,PCU120),以普通尿素作为对照(U)。结果表明:灌水量、施氮量、控释肥类型单一因素均对冬小麦有效穗数、千粒质量、干物质质量、籽粒产量有显著影响。各因素两两之间的交互作用对籽粒产量有显著影响。相较于U处理,增加灌水使PCU60产量平均提高308 kg/hm2,PCU120产量平均下降270 kg/hm2;增施氮肥刚好相反,使PCU60产量平均下降289 kg/hm2,PCU120产量平均提高118 kg/hm2。根据所构建3种肥料的水氮生产函数可知,在U处理取得最高理论产量6 823 kg/hm2时的水氮用量下,2种释放期的控释肥PCU120和PCU60可分别获得14.31%和12.08%的增产效果。利用水氮生产函数和频率分析法得到不同控释肥类型获得较高产量的水氮用量区间,以PCU120产量最高、所需灌水量最低,分别为7 744~7 906 kg/hm2、47.72~52.28 mm;PCU60所需施氮量最低,为145.42~187.91 kg/hm2。综合考虑增产节肥节水效果,推荐PCU120为冬小麦季适宜的控释肥类型,其适宜水氮用量区间分别为47.72~52.28 mm、159.23~199.47 kg/hm2。

    • >农业信息与电气技术
    • 红边位置改进算法的冬小麦叶绿素含量反演

      2020, 36(23):162-170. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.019

      摘要 (685) HTML (0) PDF 1.79 M (624) 评论 (0) 收藏

      摘要:植被反射光谱的红边位置对叶绿素含量高度敏感,利用遥感数据建立基于红边位置的作物叶绿素含量反演模型,可实现大范围作物及时的长势监测。该研究以冬小麦为研究对象,在学习6种经典红边位置求解算法的基础上,提出牛顿-切比雪夫插值法和牛顿八点插值法2种改进红边位置求解算法。根据不同算法的红边位置分布特征综合分析了改进算法的优缺点,并在此基础上建立基于红边位置的冬小麦叶绿素含量反演模型。结果表明,与传统算法相比,2种改进算法均显著改善了双峰现象和红边位移,且基于改进算法的模型预测值与叶绿素含量实测值的决定系数>0.619,较最大一阶导数法,牛顿八点插值法提高了6.321%~9.947%,牛顿-切比雪夫插值法提高了5.024%~10.480%,具有更高的精度。同时,在2种改进算法中,牛顿八点插值法具有更高的稳定性与实用性。研究结果为植被理化参数反演与农业生产应用提供理论与技术支撑。

    • 基于迁移学习的卷积神经网络花生荚果等级图像识别

      2020, 36(23):171-180. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.020

      摘要 (1813) HTML (0) PDF 3.89 M (13423) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对花生荚果人工分级效率低、机械分级不精确等问题,该研究提出一种基于迁移学习的卷积神经网络花生荚果等级图像识别方法。利用翻转、旋转、平移、对比度变换和亮度变换等操作,对获取的5个等级花生荚果图像进行数量扩充和预处理,得到花生荚果等级图像数据集;对比分析了GoogLeNet、ResNet18和AlexNet 3种基本模型下花生荚果图像分级识别的性能;通过迁移AlexNet卷积层对花生荚果等级识别模型进行了改进,用批归一化替换局部响应归一化且将激活函数置于批归一化层前后不同位置,设计了4种不同的识别训练模型;对改进的4种AlexNet模型进行迁移学习对比试验和超参数学习率优化试验,研究了非饱和激活函数和改进的非饱和激活函数对模型性能的影响。试验结果表明,在满足测试精度的基础上AlexNet模型所用训练时间最少;基于AlexNet的改进模型的迁移学习中学习率是需要优化的超参数,合适的学习率能够加快模型的训练并提升识别能力;改进模型中批归一化的引入及网络参数的减少,缩减了220 s训练时间,模型性能提高。所构建的花生荚果等级识别模型(Penut_AlexNet model,PA模型)对花生荚果5个等级分类识别准确率达到95.43%,该模型对花生荚果等级识别具有较高的准确率,也可为其他农产品精确分级提供参考。

    • 基于无人机数码影像的马铃薯生物量估算

      2020, 36(23):181-192. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.021

      摘要 (805) HTML (0) PDF 5.84 M (619) 评论 (0) 收藏

      摘要:株高和植被覆盖度(Vegetation Coverage, VC)是估算生物量的重要参数,而生物量的准确估算对农业生产具有重要作用。该研究获取马铃薯现蕾期、块茎形成期、块茎增长期、淀粉积累期和成熟期的无人机和地面数码影像,并实测株高、地上生物量和地面控制点(Ground Control Point, GCP)的三维空间坐标。首先基于数字表面模型(Digital Surface Model, DSM)提取马铃薯株高,其次利用地面和无人机数码影像提取马铃薯VC实测值和估测值,然后将提取的株高、VC和二者乘积与选取的11种植被指数和生物量作相关性分析,挑选出相关性较好的前6种植被指数和3种农学参数,最后通过线性回归(Linear Regression,LR)、偏最小二乘回归(Partial Least Square Regression,PLSR)、随机森林(Random Forest,RF)算法和支持向量机(Support Vector Machine, SVM)估算生物量。结果表明,提取株高和实测株高拟合的决定系数为0.86,标准均方根误差为13.42%;提取VC值和实测VC值拟合的决定系数为0.84,标准均方根误差为15.76%;利用LR建模和验证精度由低到高依次为提取的株高、VC和二者乘积,每种变量的估算效果均从现蕾期到块茎增长期逐渐变好,从淀粉积累期到成熟期逐渐变差;每个生育期利用3种方法以不同变量估算生物量效果依次由低到高为植被指数、植被指数结合提取株高、植被指数结合提取VC、植被指数结合提取的株高和VC,其中PLSR模型效果优于RF和SVM模型。该研究为马铃薯长势快速监测提供参考。

    • 基于像元物候曲线匹配的生长季内河北省冬小麦空间分布识别

      2020, 36(23):193-200. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.022

      摘要 (493) HTML (0) PDF 4.44 M (491) 评论 (0) 收藏

      摘要:及时、准确的农作物空间分布信息是进行作物长势监测、灾害评估与产量估计的基础。传统方法一般在作物收获期前后进行作物的识别,时间上滞后,难以满足农业生产的应用,时空泛化能力差,模型复用程度低。该研究以历史知识为支撑,提出冬小麦像元匹配模型(Pixel-Matched Model,PMM)进行冬小麦空间分布提取,旨在生长季内实现冬小麦空间分布的快速提取。研究结果表明,PMM能充分利用作物物候特征变化,排除冬小麦种植物候空间异质性的影响,能够在播种后2个月内实现冬小麦的准确提取,总体精度达到了95.49%,F1分数为0.83,且不随物候曲线的延伸而大幅提高精度。与传统参考曲线模型(Reference Curve Model,RCM)相比,PMM在消除区域内冬小麦生长物候差异方面具有优势,可在年际间实现冬小麦的准确识别,具有较强的时间泛化能力,能够实现冬小麦的自动化识别。

    • 多时相MODIS影像的黑龙江省水稻种植面积提取

      2020, 36(23):201-208. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.023

      摘要 (468) HTML (0) PDF 3.73 M (620) 评论 (0) 收藏

      摘要:黑龙江省稻田面积扩张引起农区地类发生巨大变化,利用遥感手段快速动态监测稻田面积扩张的变化,可为水稻产量估算、水土资源开发利用和评价提供科学决策依据。该研究以中分辨率成像光谱仪(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS)地表反射率和植被指数数据为主要数据源,融合归一化光谱特征、分层分类、最大似然法、阈值和指数时间序列等方法建立决策树模型,对2003-2018年黑龙江省的稻田、旱地、草甸、滩地、森林、水体、城镇等进行遥感解译,并采用混淆矩阵法验证结果精度。结果表明2003-2018年稻田识别Kappa系数达到0.899~0.961,总精度达到了85.5%~92.3%。黑龙江省新增稻田主要由旱地、草甸和滩地转变,水稻种植面积从2003-2018年扩大了3倍,平均每年扩张158 100 hm2,稻田播种区域的中心向北延伸约160 km。该研究基于黑龙江省不同植被的物候特征,确定了不同地类的决策树分类判定标准,为黑龙江省稻田面积变化提供有效的方法。

    • >农业生物环境与能源工程
    • 中国农村厕所改造及粪污处理标准体系研究

      2020, 36(23):209-214. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.024

      摘要 (657) HTML (0) PDF 1.03 M (590) 评论 (0) 收藏

      摘要:农村无害化卫生厕所改造可以有效地减少农村地区粪-口传播疾病的发病率,保障人民群众身体健康和生活品质。2018年以来,农业农村部会同有关部门积极行动,大力推进农村厕所革命,取得了积极成效。然而,一些地方农村厕所"建不好、用不好、不好用"等情况仍有发生,究其根源,农村厕所改造及粪污处理标准规范缺失是重要原因。农村厕所改造及粪污处理标准体系是科学指导农村改厕和粪污资源化利用、规范行业进步和产业发展的重要手段。该研究从基础、通用、专用标准3个层次,系统梳理了中国农村厕所改造及粪污处理现行国家和行业标准,分析了存在的问题,明确了标准体系构建原则和目标,研究构建了标准体系结构和框架,提出了标准体系重点内容和制修订建议,以期为推动中国农村厕所革命提供支撑。

    • 中小型沼气工程撬式沼气提纯系统设计与应用

      2020, 36(23):215-221. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.025

      摘要 (445) HTML (0) PDF 1.74 M (456) 评论 (0) 收藏

      摘要:根据中国中小型沼气工程分布范围广、地区差异性大、统筹规划难的现状,考虑到中小型沼气工程中出现的沼气净化提纯效率低、净化提纯效果差、成本高等问题,该研究设计了一套撬装式集约型的沼气提纯净化系统,分别从脱硫系统、脱碳系统、控制系统等方面设计出适合于装置制造的工艺方法。系统集成了干法脱硫、膜法脱碳和分子筛工艺,在进气量为500 Nm3/d、粗沼气压力为104 kPa的沼气工程条件下,进行了工程应用试验。通过检测,该装置稳定运行35 min后,提纯气中CH4质量分数可以达到97.88%,CO2低于2.5%,H2S质量浓度仅为16.7 mg/m3,CH4回收率为86.5%。设备运行成本为0.09元/Nm3沼气,且投资回收期仅为1.5 a。经过对比,该装置的提纯指标达到了国内生物天然气相关标准,且具有移动灵活、提纯效率高、成本低等优点。通过对该装置的应用研究表明,沼气提纯净化可实现中小型沼气工程生物天然气的高值化利用,为中小型沼气工程的发展拓宽途径。

    • 农村生活垃圾厌氧发酵产沼气潜力研究

      2020, 36(23):222-228. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.026

      摘要 (681) HTML (0) PDF 1.97 M (508) 评论 (0) 收藏

      摘要:旨在对农村有机生活垃圾厌氧发酵产沼气的潜力进行研究。对江苏省徐州市沛县大屯街道王庄村生活垃圾分类处置中心每月1次采集样品,并对一周年十二个月份的生活垃圾样品进行批式中温厌氧发酵产气潜力研究,考察农村生活垃圾作为发酵原料周年沼气产量和甲烷产量的变化,各月份试验组的累积沼气产气量范围为447~1 398 mL、累积甲烷产气量范围为215~865 mL。并用SPSS数据分析发现农村生活垃圾含水率、总磷TP、总钾TK、总氮TN、有机质、C/N、半纤维素、纤维素、木质素的含量均对产沼气潜力有影响,其中纤维素含量会对产沼气潜力有显著的正向影响关系,而TP会对产气潜力产生显著的负向影响关系,最后,该研究根据生活垃圾理化性质数据基础上建立了多元线性逐步回归最优方程,可根据农村有机生活垃圾的含水率、纤维素和木质素的含量预测其厌氧发酵产沼气潜力。

    • 基于UWB与物联网的移动式温室环境监测系统设计与实现

      2020, 36(23):229-240. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.027

      摘要 (888) HTML (0) PDF 4.94 M (794) 评论 (0) 收藏

      摘要:为低成本实现对温室不同区域环境的全面感知,该研究设计了移动式温室环境监测系统,其采用超宽带(Ultra Wide Band,UWB)网状拓扑结构进行分布式组网,节点设备以一主多从的形式对移动工作台实时定位。利用优化后的双向双边测距算法计算各基站与标签之间的距离,通过距离的归一化残差分布判断是否存在非视距(Non Line of Sight, NLOS)误差,利用改进后的增量卡尔曼滤波算法消除NLOS误差,通过Chan算法解算标签准确位置。移动工作台以Arduino控制器为核心,搭载温度、湿度、二氧化碳和光照度传感器,实现对温室环境的实时监测和对移动工作台的远程控制。测试结果表明,系统静态定位最大横向偏差为7.92 cm,最大纵向偏差为7.98 cm,横向和纵向偏差的平均值均<5 cm;移动工作台以0.4 m/s的平均速度行驶,动态定位最大横向偏差为8.7 cm,平均横向偏差为4.7 cm;采集参数上传平均丢包率为2.78%;温度、湿度、光照度和二氧化碳浓度监测相对误差分别低于0.63%、0.34%、0.70%和0.67%,满足温室环境信息移动监测要求。该研究对温室环境调控和温室内作业机具精准定位技术的发展具有一定的理论意义和参考价值。

    • 生物反应器电子受体反硝化聚磷PAOs-GAOs竞争及N2O释放特性

      2020, 36(23):241-249. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.028

      摘要 (643) HTML (0) PDF 6.43 M (447) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用厌氧-缺氧-好氧序批式生物反应器(Anaerobic/Anoxic/Oxic-Sequencing Batch Reactor, An/A/O-SBR),以乙酸钠为电子供体,NO3-/NO2-为电子受体,控制反硝化电子受体电子需求为90 mmol/L,经长时间驯化,考察了不同电子受体驯化SBR反硝化除磷及N2O释放特性,并利用化学计量法确定了聚磷菌(Phosphorus Accumulating Organisms, PAOs)和聚糖菌(Glycogen Accumulating Organisms, GAOs)间竞争关系。结果表明,NO3-还原过程中,SBR系统总氮(Total Nitrogen, TN)和总磷(Total Phosphorus, TP)去除率均达95%以上,平均N2O产率为2.4%,PAOs转化碳源(CODin)和反硝化脱氮比例分别为62.0%和76.2%。NO2-增加,厌氧段糖原(Gly)酵解性能增强,Gly消耗与碳源转化比例(ΔGly/CODin)由0.67增至0.80,PAOs活性受抑制,聚磷(Poly-P)合成减少,GAOs竞争优势增强。NO2--N为30 mg/L,SBR内TP去除率降至50.5%,PAOs转化碳源和脱氮比例分别降至36%和50.6%。PAOs-GAOs共生体系内,GAOs反硝化脱氮过程,削弱了高NO2-对PAOs反硝化除磷的抑制,缺氧阶段NO2-/HNO2积累耦合GAOs反硝化脱氮比例增加,导致高NO2-下TP去除率下降和N2O产率增加。

    • 秸秆热解炭气联产热解焦油雾化试验

      2020, 36(23):250-257. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.029

      摘要 (352) HTML (0) PDF 2.70 M (433) 评论 (0) 收藏

      摘要:热解焦油作为秸秆热解炭气联产过程中的副产物,直接排放会造成严重的环境污染,通过雾化燃烧的方式能实现清洁利用。为探究热解焦油雾化规律,优化雾化工艺参数,该研究基于双流体空气雾化技术和散射谱粒度分析技术,设计了热解焦油雾化试验系统,并开展了单因素试验和正交试验,对比研究热解焦油温度、气体温度、气体压力对热解焦油稳态自由喷雾粒度及粒度分布的影响。结果表明,随着热解焦油温度、气体温度和气体压力的增加,热解焦油的索特平均直径不断减小并且均匀性更好。各因素对雾化效果的影响强弱顺序分别为热解焦油温度、气体压力、气体温度,最优雾化参数为热解焦油温度100 ℃,气体温度120 ℃,气体压力0.5 MPa,在此条件下热解焦油雾化液滴平均粒径为81 μm,粒径200 μm以下颗粒占比85%以上,雾化均匀性较好,该结果为热解油后续充分燃烧提供数据支持。

    • >土地保障与生态安全
    • 撂荒耕地信息获取方法研究进展与展望

      2020, 36(23):258-268. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.030

      摘要 (797) HTML (0) PDF 1.48 M (617) 评论 (0) 收藏

      摘要:撂荒作为耕地利用边际化的最终表现形式,是中国近20 a以来耕地利用亟需解决的重要问题之一,而有效获取撂荒耕地信息是探究撂荒耕地时空变化与影响因素的基础前提,也是政府进行耕地政策调整,保障耕地资源可持续利用的重要依据。该研究应用文献综述法与归纳总结法,基于国内外学者在撂荒耕地信息获取研究上的成果,对撂荒耕地信息获取方法进行归纳总结,并对未来研究方向进行了展望。结果表明:1)综合前人研究成果,撂荒耕地信息获取方法可以分为基于抽样调查、文献荟萃分析以及遥感获取的3种类型。2)基于抽样调查的撂荒耕地信息获取方法在案例研究上应用较广,且有着近乎一致的研究范式,但数据空间表征能力较弱。全国家庭调查数据在一定程度上增加了数据的空间属性,但对原始数据的二次筛选减少了样本容量,降低了数据的可信性。3)文献荟萃法基于“二手”的文献或数据,研究结果受已公开发表文章数量的限制,且需要研究人员对相关领域热点关键词有全面了解,目前该方法在撂荒耕地信息获取应用上相对较少。4)遥感卫星与计算机技术发展给撂荒耕地信息获取提供了便利,基于地物特征规则与土地利用信息变化,多种耕地撂荒检测方法被开发,但受限于高空间分辨率与大范围提取需求,仍存在较大的优化空间,未来研究可在数据选择与处理、特征和方法融合上进行更深一步的探索。

    • 鲁中南山丘区耕地地力的遥感反演模型与应用

      2020, 36(23):269-278. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.031

      摘要 (670) HTML (0) PDF 4.12 M (504) 评论 (0) 收藏

      摘要:耕地地力是耕地生产能力的重要表征,地力的遥感快速准确反演是耕地资源利用管理的客观需求。该研究针对鲁中南山丘区,选择东平县和滕州市2个代表性县市,利用东平县的TM影像构建与筛选光谱指标,通过经典统计分析(一元线性回归、曲线回归、多元逐步线性回归)和机器学习(BP神经网络、极限学习机)方法构建与优选反演模型,进而在滕州市进行模型的验证和应用,同时对不同时相的反演模型进行了比较分析。结果表明:5类光谱指标与耕地地力综合指数均有显著的相关性,其中改进型光谱指数的r均>0.684,能更好地反映耕地地力状况;最佳反演模型为经典统计分析方法中的改进指数组-多元逐步线性回归(IIG-MLSR)模型(R2=0.684,RMSE=5.674)和机器学习算法的改进指数组-BP神经网络(IIG-BPNN)模型(R2=0.746,RMSE=5.089);模型在山丘区具有较好的普适性,地力反演与评价的结果具有相似的空间分布特征、相近的耕地面积比例和较高的空间契合度。其中2个最佳模型的高中低3级耕地的面积比例差普遍低于5.55个百分点,空间契合度分别为84.50%和88.76%;模型动态反演分析结果显示,2007—2016年滕州市耕地地力不断提升,高级地由67.30%增加至80.72%;不同时相模型比较结果显示,多时相遥感反演耕地地力具备可行性,4月份冬小麦返青拔节期是反演的最佳时相,10月份裸土时相次之,8月份夏玉米时相最差。该研究提出了山丘区耕地地力快速定量遥感反演的有效方法,对完善遥感反演指标与模型,提高评价效率有参考价值。

    • >农产品加工工程
    • 鸡油组织中的磷脂对鸡油挥发性风味化合物形成的影响

      2020, 36(23):279-284. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.032

      摘要 (706) HTML (0) PDF 612.82 K (576) 评论 (0) 收藏

      摘要:磷脂是肉类特征性风味的重要前体物质。鸡油具有浓郁的脂香和鸡汤香气,磷脂可能对其风味有重要作用。该研究采用去除鸡油组织中的磷脂,以及在鸡油中添加磷脂等处理方法,结合顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术和感官评价方法研究经不同处理鸡油中的挥发性风味物质相对含量和风味的变化。结果表明添加了磷脂的鸡油,其特征性风味成分显著增加,特别是(E,E)-2,4-癸二烯醛和1-辛烯-3-酮分别增加了4.5倍和10.4倍;而去除磷脂鸡油的挥发性风味物质种类和丰度显著减少;感官评价结果也表明添加磷脂鸡油的风味最浓郁,而去除磷脂鸡油的风味最弱。因此,该研究证明鸡油组织中的磷脂对鸡油的风味具有重要的贡献作用,添加磷脂可显著增加鸡油的香气。该研究结果为浓香鸡油的开发提供理论依据和参考工艺。

    • 利用低场核磁共振进行活体玉米籽粒水分动态测试与成像

      2020, 36(23):285-292. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.033

      摘要 (719) HTML (0) PDF 3.17 M (499) 评论 (0) 收藏

      摘要:籽粒脱水速率慢是影响中国玉米机械化粒收的重要原因。精确测定玉米籽粒含水率是实现筛选脱水速率快玉米种质材料的重要方法。该研究设置玉米新鲜籽粒脱水(D)、干籽粒吸水(H)和再脱水处理(T),利用低场核磁共振(Low-Field Nuclear Magnetic Resonance, LF-NMR)单籽粒无损测试及核磁成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)技术,分别对郑单958及其亲本郑58和昌7-2籽粒含水率进行测定,采集T2弛豫反演谱和可视化图像,分时段监测3个处理的含水率变化及水分迁移过程。研究结果表明,新鲜籽粒在D的D01~D02阶段含水率下降20.93~21.94个百分点,而在T中同等含水率的籽粒T01~T02阶段含水率下降25.13~27.69个百分点,2个阶段失水速率差异显著。在2次脱水处理中,昌7-2籽粒在D01~D03和T01~T03阶段的脱水速率均大于郑58和郑单958,而在D03~D06和T03~T06阶段,昌7-2籽粒的脱水速率均显著低于郑58和郑单958,显示不同种质材料籽粒在D与T处理中表现相似趋势。成像结果显示,籽粒脱水过程先从胚乳开始,而在籽粒吸水过程中,种脐部位水分增加速度快,说明种脐是籽粒吸水过程的主要通道。该研究结果表明,LF-NMR可以反映不同处理方式及种质材料间的水分变化,有助于解析玉米籽粒水分动态变化规律,可为籽粒水分的相关研究及宜机收种质改良和新种质材料创制提供重要手段。

    • 胡萝卜微观区室结构对红外干燥效率和水分迁移的影响

      2020, 36(23):293-300. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.034

      摘要 (636) HTML (0) PDF 2.68 M (543) 评论 (0) 收藏

      摘要:为充分利用果蔬微观结构的特点提高干燥效率,探究切片方式对胡萝卜干燥效率的影响,根据胡萝卜切片的微观区室结构具有各向异性多孔介质的特征,在红外干燥过程中,分别对样品采用纵切和横切方式进行对照试验,在加热功率为800 W,辐照距离为50 cm,表面温度为60 ℃条件下,直径40 mm、厚度为 5mm的圆饼状横切薄片,比35 mm× 35 mm×5 mm的长方体纵切薄片,湿基含水率到达10%的时间少1.5 h,说明横切胡萝卜薄片的干燥速率高于纵切薄片,横向切片的干燥效率更高,能耗更低。对干燥后横切样品的中心和边缘部位分别取样,利用扫描电镜观察,由扫描电镜图像分析得到:失水后干物质形成蜂窝状区室结构,各区室形成的内部孔隙在轴向上前后连接;横截面方向上,孔隙被干物质隔断为独立的单元空间,且样品中心部位比边缘部位孔隙率高,物料弯曲度低,区室舒展,孔隙系数大,区室空间开阔,微孔半径大。用高光谱技术测定胡萝卜薄片干燥过程中的含水率,发现在同一时间点上,中心部位的含水率始终高于边缘部位,两部位的含水率变化率基本相同,说明物料中心和边缘部位的水分迁移相互独立,水分沿横向迁移不明显,由于中心部位的初始含水率高,所以中心部位对红外辐射能量的利用率更高。在新鲜胡萝卜和干燥后样品的同一位置取样,根的上部方向为上表面,根冠的方向为下表面,利用透射电镜对细胞的超微结构进行对照观察,由透射电镜图像分析得到:失水后的细胞内容物沉积于细胞壁横截面的四周,与细胞壁紧密结合在一起,降低了该区域细胞壁的通透性;在细胞壁横截面的顶部和底部,未发现细胞内容物形成的干物质沉积,孔隙的通透性较高。在垂直于区室壁的方向上,水迁移受到的阻力较大,物料中的水主要沿区室连通的方向进行迁移。研究结果为胡萝卜横向切片具有较高干燥效率做出了微观解释。

    • 采用多元统计分析方法构建南极磷虾粉品质评价体系

      2020, 36(23):301-308. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.035

      摘要 (583) HTML (0) PDF 732.38 K (493) 评论 (0) 收藏

      摘要:南极磷虾是一种重要的战略性海洋生物资源,营养价值高,资源量大,开发利用前景广阔。为了构建南极磷虾粉品质评价体系,为南极磷虾粉品质的科学评价提供依据。通过检测15项南极磷虾粉品质指标,采用因子分析筛选品质评价指标,应用概率分布分级品质评价指标,通过层次分析确定品质评价指标权重,利用K-均值聚类分析和判别分析建立南极磷虾粉品质判别函数。结果表明:1)南极磷虾粉品质指标之间离散度有差异,变异系数在8.89%~84.46%;2)从15项指标中选择6项作为南极磷虾粉品评价指标(蛋白质、脂质、盐分、赖氨酸、生育酚、挥发性盐基氮);3)建立了南极磷虾粉品质评价指标的分级标准和评分标准;4)建立了南极磷虾粉品质判别函数,判别率较高。该研究构建的南极磷虾粉品质评价体系为南极磷虾粉品质评价提供了科学依据,可以用于南极磷虾粉的品质定性判别和评价。

    • 电子鼻和电子舌单独与联合检测掺大豆蛋白或淀粉的鸡肉糜

      2020, 36(23):309-316. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.036

      摘要 (839) HTML (0) PDF 2.68 M (540) 评论 (0) 收藏

      摘要:为实现掺杂掺假鸡肉的快速、客观评价,该研究利用电子鼻和电子舌联合检测技术对掺杂鸡肉糜进行快速检测,通过对采集的数据进行主成分分析和偏最小二乘法分析,所得结果表明,采用主成分分析,电子鼻和电子舌联合检测掺大豆蛋白鸡肉糜和掺淀粉鸡肉糜的主成分总贡献率分别为99.8%和99.1%;采用偏最小二乘法分析,电子鼻和电子舌联合检测鸡肉糜中掺杂大豆蛋白含量的预测值与真实值之间的决定系数为0.992,均方根误差为2.8%;联合检测鸡肉糜中掺杂淀粉含量的预测值与真实值之间的决定系数为0.996,均方根误差为2.4%。表明电子鼻和电子舌联合检测对鸡肉糜的掺杂情况具有良好的区分和预测能力,并且是一种有效、高精度的肉类掺假检测方法。

    • 宽皮柑橘贮藏用薄膜包装机的设计与试验

      2020, 36(23):317-323. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.037

      摘要 (587) HTML (0) PDF 3.10 M (557) 评论 (0) 收藏

      摘要:宽皮柑橘在入库贮藏前需要用薄膜袋包装以延长货架期,为了代替人工操作实现自动包装,该研究打破传统的套袋包装模式,采用上、下双层膜,结合热封切机构,设计了一种新型的4边封口制袋包装机。该机主要由双排进料装置、送膜装置、封切升降装置、组合封切装置组成。利用封合后的前膜带动后膜的方式送膜,避免了薄膜撕裂;采用半球形结构承载宽皮柑橘,可实现多排多列果实的连续制袋包装;通过ADAMS软件对以曲柄滑块机构为主体的升降装置进行运动学分析,配合内置弹簧刀架中弹簧的压缩与放松,在升降装置不停止的情况下,研究电机转速与热封时间的关系,确定电机转速为20 r/min。以温州蜜柑为对象进行试验,结果表明,宽皮柑橘薄膜包装机的包装率为98.6%,优质率为93.3%,包装效率为97.6个/min,实现了贮藏用果实的自动套袋包装。研究结果可为宽皮柑橘贮藏用薄膜包装机的研制与优化提供参考。

    • >专题论坛
    • 农机购置补贴对农户购机投入模型与影响分析

      2020, 36(23):324-334. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.038

      摘要 (822) HTML (0) PDF 591.66 K (454) 评论 (0) 收藏

      摘要:农业机械购置补贴是一项重要的现行农业政策,但现有文献对补贴效果的时空差异、农机类型差异和内生性问题讨论不足。为了更准确地评估政策效果,并分析政策效果的时空差异和农机类型差异,该研究基于国家油菜产业体系18省(区)农户固定观察点3 287个农户2008-2018年之间15 089个样本的大样本调查数据,采用非平衡面板固定效应模型、面板高维固定效应模型、Box-Cox模型和分位数回归模型,考察了农业机械购置补贴对农户农业机械购置金额投入在不同年度、地形区域和不同类型农机具之间的差异化影响,并分别采用面板工具变量固定效应模型、面板Tobit固定效应模型和Heckman样本选择模型进行了稳健性检验。结果显示:1)农机补贴金额对农户农机购置投入金额的边际效应为2.530 8,激励效应显著,有效带动了农户购机投入;2)补贴在平原县的边际效应为1.408 5,在丘陵山区县的边际效应为3.108 2,在平原地区和丘陵山区之间存在显著差异;3)补贴的激励效应在年度间存在明显波动,部分年份表现为挤出效应;4)补贴效果总体上随着农机具价值增加而增强,对大中型农机具的政策效果更高。因此,建议未来继续实施农机补贴政策,并继续坚持向非平原地区和大中型农机具适当倾斜,对农机生产企业研发丘陵山区机械化所需机型和大型先进农机具给予适当研发补贴,鼓励各地在农机补贴新产品补贴试点目录中及时纳入丘陵山区适用机型和大型先进农机具,加快新产品转化和推广应用步伐,同时,根据补贴实施情况和农机化发展情况不断调整完善补贴方式。

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