• 2022年第0卷第3期文章目次
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    • >农业装备工程与机械化
    • 水稻秧盘自动码垛机的设计与试验

      2022, 38(3):1-10. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.001

      摘要 (992) HTML (0) PDF 4.15 M (1979) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对水稻工厂化育秧播种完成的秧盘人工取盘和层叠堆放劳动强度大、效率低、后续运输不便等问题,该研究设计了一种水稻秧盘自动码垛机,可完成秧盘精确夹取、转移和码垛;阐述了码垛机的基本结构和工作原理,对关键部件进行设计,以可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller, PLC)作为控制核心,搭建了秧盘码垛层检测和码垛控制系统;采用Box-Behnken试验设计方法,对码垛机作业性能的主要影响因素(生产率、码垛层检测机构的检测时间和放盘高度)与码垛性能指标(码垛合格率和种子外露率)的关系进行研究,分析各影响因素及其交互作用对码垛性能指标的影响,并根据育秧播种生产线实际生产需求,设定生产率为400、500和600盘/h,采用多目标优化方法进行参数优化,得出主要影响因素间的最优参数组合为码垛层检测机构检测时间1.15 s和放盘高度1.10 cm,在最优参数组合下,进行秧盘码垛试验,得出码垛合格率分别为99.33%、99.50%和99.20%,种子外露率分别为0.40%、0.53%和0.70%。试验结果满足水稻工厂化育秧秧盘码垛作业要求,对提高水稻工厂化育秧的自动化水平具有实际应用价值。

    • 基于LiDAR的果园对靶变量喷药控制系统设计与试验

      2022, 38(3):11-21. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.002

      摘要 (729) HTML (0) PDF 6.36 M (1800) 评论 (0) 收藏

      摘要:传统果园喷药方式带来的非靶标区域农药沉积和飘移造成了环境污染,同时农药过量喷施导致农药残留。该研究基于前期获得的果树冠层网格化体积计算方法建立单喷头流量脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)控制模型,根据果园喷药作业需求建立控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)总线通讯协议,采用高速摄影方法获得喷头开闭延时补偿距离为96 mm,通过实验室试验确定作业速度1m/s下的最佳网格宽度为210 mm,融合对靶喷药控制方法研发果园激光对靶变量喷药控制系统,并将该系统搭载在果园喷药机上集成研制果园对靶变量喷药机样机。实验室试验表明,喷头开启滞后距离为19 mm,喷头关闭滞后距离为41 mm。果园试验表明,喷头开启滞后距离为122 mm,喷头关闭滞后距离为185 mm;雾滴沉积密度大于20滴/cm2下,对靶变量喷药的雾滴覆盖率低于30%;在设定试验区域内,连续和对靶变量喷药的农药用量分别为4.53和1.71 L,对靶变量喷药节约药量62.25%。该系统可根据果树冠层位置和冠层体积变化实现对靶变量喷药。本研究将推动果园精准喷药技术的快速发展和应用。

    • 含气率对小流量下混流式混输泵轴系振动的影响

      2022, 38(3):22-29. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.003

      摘要 (475) HTML (0) PDF 6.03 M (8237) 评论 (0) 收藏

      摘要:振动是反映混输泵运行稳定性的关键指标,液体含气率对混输泵的振动强度有重要影响。为探究小流量工况下含气率变化对混输泵轴系振动的影响规律,该研究以某3级混流式气液混输泵为研究对象,采用建立的多通道振动测试系统采集小流量工况下混输泵输送不同含气率的水时主轴和轴承座的振动信号,然后分析水中含气率对主轴和轴承座振动特性的影响规律。结果表明:针对该研究的混流式混输泵,主轴径向振动幅值随含气率的增加呈现明显的非线性变化规律,含气率增加导致的主轴径向振动增幅可达纯水工况下的3.2倍;含气率的增加主要影响轴承座的轴向振动而径向振动受影响较小,不同含气率下轴承座的轴向振动幅值均高于径向振动;在8%~14%含气率范围内,混输泵内部出现气液两相流型过渡转换,从而导致主轴振动特性变化;含气率的增加对叶轮出口与导叶进口间的动静干涉作用具有一定的强化效应;0~20%含气率范围内,主轴径向振动的概率密度极值随着含气率的增加而降低,当含气率超过20%以后,主轴径向振动的概率密度极值随着含气率的增加而提高,两者趋势相反,该结论可为混流式混输泵内含气率的判定提供依据。

    • 抗结壳厌氧发酵反应器的研制与试验

      2022, 38(3):30-37. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.004

      摘要 (430) HTML (0) PDF 5.31 M (3421) 评论 (0) 收藏

      摘要:以玉米秸秆为主要原料进行厌氧发酵时,发酵液上部极易形成浮渣结壳层,严重影响秸秆产气效率。为了有效抑制浮渣结壳层的产生,该研究设计了一种抗结壳厌氧发酵反应器,首先阐述破壳装置的工作原理;其次进行主要部件设计,运用Adams对破壳装置机构进行动力学仿真,并对搅拌叶片进行受力分析,依据仿真结果,确定破壳机构的传动比以及搅拌叶片安装角;进一步以DEM-CFD耦合仿真方法对斜桨式叶片仿真模型的流场和颗粒场进行了数值模拟。仿真结果表明,斜桨式叶片转动时使颗粒产生轴向流与径向流,轴向流触底延壁面上升与推进式搅拌叶片产生共同作用形成涡流,径向流增加颗粒横向移动速度,流场产生大范围横向流动打破浮渣结壳层。为了探究抗结壳反应器对浮渣结壳层的抑制作用效果,以破壳装置搅拌转速、搅拌间隔时间及单次搅拌时间为因素,浮渣层厚度为指标,进行了三因素三水平试验。试验表明,当破壳装置主轴转速为120 r/min,每次搅拌间隔时间为3 h,搅拌时间为30 min时,浮渣结壳层厚度为16.1 cm,相比对照组,浮渣结壳层厚度减小了36.1 %,该抗结壳反应器明显改善了秸秆厌氧发酵的结壳问题,可为后续抗结壳厌氧发酵反应器研制提供新思路。

    • 基于活立木介电特性的茎干蓄水量检测传感器研制

      2022, 38(3):38-46. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.005

      摘要 (343) HTML (0) PDF 3.42 M (749) 评论 (0) 收藏

      摘要:活立木茎干含水率(Stem Water Content,StWC)是揭示树木抗旱机理的重要水分信息。为了提高基于驻波原理的茎干含水率传感器的实用性,该研究基于活立木介电特性和多传感器融合技术,设计了一款可适应树干径向生长的茎干水分复合传感器。传感器主要由弧形探头、压力传感器、固定绳索、传动装置等部分组成,可同时检测StWC及探头与茎干间的压力,以单片机为控制器控制固定绳索的收放以维持压力稳定。传感器的动静态特性试验结果表明,在相对介电常数6~53.3(20 ℃)范围内,传感器的StWC检测单元输出电压与相对介电常数具有良好的线性关系(R2=0.990 5),StWC的测量范围为0~85%。试验表明该传感器可适应茎干的径向生长,输出稳定性良好,测试时长内最大波动小于0.3%FS(全量程,Full Scale)。研究结果可为林木健康评估无损检测提供支撑。

    • >农业水土工程
    • 兼顾排涝标准与水质净化要求的农业圩区最优水面率确定

      2022, 38(3):47-54. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.006

      摘要 (530) HTML (0) PDF 2.29 M (818) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对农业圩区的排涝以及水环境问题,该研究以江苏里下河地区为研究对象,以满足里下河圩区设计排涝标准与水质净化要求为目标,构建农业圩区坑塘-排水沟道湿地系统最优水面率数学模型。模型以工程系统总费用现值最小为目标函数,以泵站涝水外排能力与圩内水面率、水面率上下限、水环境容量与圩内坑塘与排水沟道系统的关系(主要包括圩内坑塘沟道湿地系统对总氮、总磷以及铬的化学需氧量的去除率)等为约束条件,以圩内坑塘(湖泊)水面率、排水沟道水面率、外排涝水泵站设计排涝流量为决策变量,采用遗传算法对模型进行求解。对江苏里下河地区阜宁县渠南灌区的圩区河湖与排水工程系统进行实例优化分析可知:当采用明沟排水系统,圩内总水面率为11.35%(其中坑塘、排水沟道系统水面率分别为8.15%、3.20%)、设计排涝模数为0.86 m3/(s·km2)时,工程建设费用现值最小;此时,圩区可达到20年一遇设计排涝标准、且圩外周边水体为V类时,圩内水体可达到IV类水标准。该方法可为同类地区在国土整治、防洪排涝规划、河湖水体净化等提供参考。

    • SWAT模拟耕作方式与盐分对区域土壤氮运移及作物产量影响

      2022, 38(3):55-65. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.007

      摘要 (539) HTML (0) PDF 2.54 M (876) 评论 (0) 收藏

      摘要:耕作方式与土壤盐渍化是影响河套灌区氮素流失及作物产量的重要因素。明确不同耕作方式与盐渍化水平下硝态氮运移量及作物产量的变化,可为制定合理的灌区耕作措施及盐渍化治理方案提供理论依据,对于揭示灌区氮素流失控制及不同作物增产潜力具有重要意义。该研究基于验证后的SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型,以河套灌区2种主要土壤类型为研究对象,设置不耕作(指不添加耕作管理,CK)、免耕(T1)、少耕(T2)、常规春耕(T3)和模板犁(T4)5种耕作处理,非盐化土(S1)、轻度(S2)、中度(S3)、重度(S4)4种盐分水平,研究耕作方式与土壤盐分对灌区产水量、作物吸氮量、硝态氮淋溶量及运移量、作物产量的影响。结果表明:耕作方式与土壤盐分对区域总产水量、作物吸氮量、硝态氮淋溶量、硝态氮运移及作物产量均有显著影响(P<0.05)。其中,区域产水量、硝态氮淋溶量、不同水文路径(地表、侧向和地下径流)硝态氮运移量及小麦产量均随耕作混合深度与混合效率的增加逐渐减少;作物吸氮量、玉米与葵花产量均随耕作混合深度与混合效率的增加逐渐增加。与CK相比,模板犁耕作作物吸氮量平均增加11.78%,硝态氮淋溶量平均减少16.5%,有效降低了土壤养分流失和地下水污染。增加土壤盐分通过降低土壤层有效持水量,显著增加了区域总产水量、硝态氮淋溶量(草甸盐土除外)及硝态氮地下运移量,减少了作物吸氮量和作物产量。与非盐化土相比,重度盐化土处理小麦、玉米、葵花产量平均显著减少19.15%、27.31%、26%(P<0.05)。增加土壤盐分相比转变耕作方式更能影响区域产水量、土壤养分和作物产量。因此,为更好解决灌区污染严重和作物产量下降等问题,仍需将区域土壤盐渍化防控与治理放在首要位置。

    • 基于高光谱技术的退耕还林地年限判别

      2022, 38(3):66-74. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.008

      摘要 (499) HTML (0) PDF 1.39 M (1536) 评论 (0) 收藏

      摘要:自2000年以来,黄河中游坡度较大的不同区域、同一区域的不同部位在不同年度实施了退耕还林工程,促进了黄河中游土壤质量及生态环境的改善。为了研究退耕工程对土壤及环境的影响机制,需要快速获取退耕年限及土壤特征。该研究以黄河中游大宁县不同年限退耕还林土壤为研究对象,获取不同年限退耕还林土壤理化性质,同时测定不同退耕年限土壤光谱特征曲线,以表征不同退耕年限的土壤属性及光谱特征;以土壤原始光谱反射率数据(Reflectance,R)为基础,采用Savitzky-Golay平滑(Savitzky-Golay smooth,SG)、倒数的对数(Reciprocal of Logarithm,RL)、一阶微分(First Order Differential,FD)、去包络线(Continuum Removal,CR)、主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)以及光谱特征参数(Spectral Characteristic Parameter,SCP)等光谱预处理,以原始反射率主成分(R-PCA)、倒数的对数主成分(RL-PCA)、一阶微分主成分(FD-PCA)、去包络线主成分(CR-PCA)、SCP为输入因子,采用K均值聚类(K-means Clustering Algorithm,K-means)、支持向量机(Support Vector Machine,SVM)和线性判别分析(Liner Discriminant Analysis,LDA)构建退耕年限的分类模型并选取最优模型。结果表明:1)退耕年限的增加会导致土壤理化性质的显著变化,土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)含量、土壤含水率逐渐增加,土壤黏粒含量逐渐减少,土壤粉粒、砂粒及饱和导水率呈现先增加后减少的趋势;2)不同退耕年限土壤光谱曲线差异细微,预处理CR可显著提升光谱曲线的吸收特征,在480、900、1 100、1 400、1 900、2 200和2 350 nm处出现明显的吸收特征;3)3种分类模型取得了较为理想的分类精度,其中LDA模型最优,Kappa系数最大为0.83;5种输入因子分类效果差异显著,其中CR-PCA分类效果最好,不同模型分类精度均达到75%以上。该研究通过土壤光谱曲线探索不同年限退耕还林土壤的光谱特征及分类方法,可实现退耕年限的快速区分,为退耕还林工程对土壤属性及环境影响的进一步研究提供参考。

    • WGDWS天气发生器在中国五大气候区的适用性

      2022, 38(3):75-83. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.009

      摘要 (345) HTML (0) PDF 3.14 M (1507) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了检验基于干湿期的天气发生器(Weather Generator based on Dry and Wet Spells,WGDWS)在中国不同气候区的应用效果,该研究利用中国五大主要气候区16 个站点57 a的逐日天气数据,通过对比生成与实测气象要素统计值,及比较WGDWS与随机天气模拟器(Daily Weather Stochastic Simulator,DWSS)生成的气象要素统计值,测试 WGDWS 的可用性和准确性。显著性检验表明,WGDWS产生的每个气象要素的月值和干湿期长度与实测值相比没有显著差异。月最高、最低气温绝对误差≤0.5 ℃的站点比例分别达93.8%和96.4%,月降水日数绝对误差≤1 d的站点比例达95.8%,月降水量绝对误差有91.7%的站点在10 mm之内,月太阳总辐射绝对误差2 MJ/m2以内的站点比例达90.1%;月最长干期、最长湿期、平均干期、平均湿期的平均绝对误差分别为4.16、0.76、1.00、0.15 d。WGDWS在温带季风和亚热带季风气候下的干湿期模拟效果优于温带大陆气候和热带季风气候。比较WGDWS和DWSS生成的逐日模拟序列的误差分布,月最高气温、月最低气温和月总太阳辐射的误差分布高度一致。WGDWS对月降水日数的模拟效果优于DWSS,即等概率条件下,WGDWS相对误差更小,而DWSS对月降水量的模拟效果优于WGDWS。因此,WGDWS能够准确反映长期干旱或长期阴雨天气的实际情况,可用于生成长序列逐日天气数据,以满足气候模型、水分模型和作物生理模型的需求。

    • 长江流域降雨侵蚀力时空变化及成因分析

      2022, 38(3):84-92. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.010

      摘要 (588) HTML (0) PDF 6.20 M (1588) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于1961-2017年均一化逐日降水资料,采用线性回归及Mann-kendall 显著性检验、Spearman秩偏相关、广义极值分布等方法对长江流域年降雨侵蚀力及侵蚀性的降雨特征时空分布特点、变化趋势和成因、10年一遇次降雨侵蚀力极端变化进行分析,并从总体趋势和极端变化角度综合探讨导致土壤水蚀加剧的气候危险性格局,为长江流域生态环境保护、可持续发展及制定针对性精细化水土保护措施和流域治理提供参考。结果表明:1)1961-2017年,长江流域年降雨侵蚀力和年侵蚀性的降雨量、降雨日数、雨强变化速率增加,雨强增加趋势明显;2)流域和大部分分区年降雨侵蚀力增加主要受年侵蚀性降雨量和雨强增加变化的影响,多数分区因雨强的显著增加起主导作用;3)71.6%的站点年降雨侵蚀力变化速率增加,10年一遇次降雨侵蚀力1961-2017年相对1961-1990年时段增加的站点比例为61.2%;4)1961-2017年年降雨侵蚀力增加趋势和/或10年一遇次降雨侵蚀力后一时段增加,均可能造成土壤水蚀加剧的危险,长江流域水蚀气候危险性增加的站点范围广,比例多达81.5%,对水土流失预防和治理十分不利。

    • 南方丘陵区油茶气孔导度模型修正

      2022, 38(3):93-102. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.011

      摘要 (336) HTML (0) PDF 2.60 M (1040) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探求南方丘陵地区油茶叶片气孔导度最优响应模型,该研究于2020年和2021年对油茶叶片的气孔导度、净光合速率、CO2浓度等参数进行观测,运用9种不同组合的Jarvis模型以及2种不同CO2浓度(叶片CO2浓度和胞间CO2浓度)计算的Ball-Woodrow-Berry(BWB)模型和Ball-Berry-Leuning(BBL)模型对油茶叶片气孔导度进行模拟,并引入油茶叶片叶气温差、气孔内外CO2浓度差对Jarvis模型和BBL模型进行修正和比较。结果表明:去除土壤水分函数提高了Jarvis模型的模拟效果,说明在南方丘陵区利用Jarvis模型时可以忽略土壤水分这一因子的影响。Jarvis-8模型以及用叶片CO2浓度计算出的BWB和BBL模型对油茶气孔导度模拟效果较好。在三种经典模型中,BBL模型的决定系数最大(R2=0.76),绝对值平均误差最小(0.015),说明其对油茶气孔导度模拟的效果较好。在引入两种参数后,叶气温差对Jarvis-8模型和BBL模型的模拟效果有所提高,但不显著;气孔内外CO2浓度差对Jarvis-8模型无明显改变,但显著提高了BBL模型的精度,引入气孔内外CO2浓度差后的BBL-C模型决定系数从BBL模型的0.76提高到了0.95,模型斜率非常接近于1(1.004),模拟结果贴近于实测的气孔导度值,很好地模拟了2020年(R2=0.92)和2021年(R2=0.95)油茶生长关键期的叶片气孔导度值以及不同场景下的油茶气孔导度日变化值。因此推荐引入气孔内外CO2浓度差的 BBL模型作为南方丘陵区油茶叶片气孔导度响应模型。研究结果可为南方丘陵区油茶气孔导度模型选取提供参考依据。

    • Meta分析养分管理措施对菜田土壤硝酸盐累积淋溶阻控效应

      2022, 38(3):103-111. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.012

      摘要 (499) HTML (0) PDF 2.56 M (1619) 评论 (0) 收藏

      摘要:根系密集层以下土壤剖面硝态氮累积导致的土壤氮淋溶是活性氮损失的主要途径,然而不同养分管理措施对菜田土壤硝酸盐累积和淋溶的系统性影响尚不清楚。该研究通过搜集整理2000-2021年间发表的国内外相关文献数据,分别以农民传统施肥(TF)、单施化肥(CF)和不添加抑制剂(WI)为对照组,应用Meta分析方法整合分析了减量施氮(RF)、有机无机配施(OF)和抑制剂调控(IF)三种主要优化养分管理措施对菜田土壤硝酸盐累积淋溶的影响。结果表明,与各自的对照相比,三种养分管理措施均可以有效降低0~100 cm土壤剖面的硝酸盐累积量及淋溶量。RF、OF和IF分别显著降低0~100、60~80和0~80 cm土层硝酸盐累积量;RF的氮淋溶阻控效应值为-4.301,硝酸盐淋溶量下降43.19%;OF的氮淋溶阻控效应值为-4.279,淋溶量下降36.79%,但有机氮肥替代率大于60%时阻控效应反而下降;对于IF来说,单施脲酶抑制剂或硝化抑制剂,以及二者同时配施对硝酸盐淋溶均具有显著的阻控效应,但以二者同时配施最好,效应值为-4.373,淋溶量下降37.12%。施氮量和水分投入量是影响菜田硝酸盐累积淋溶的两个主要因素,二者总的贡献度达43.2%~47.3%。综合分析表明:对于减氮施肥措施而言,水分、纯氮投入量分别为430.74 mm和646.53 kg/hm2左右时,减氮比例以30%~50%为宜;对于有机无机配施措施而言,在土壤有机质含量较高的土壤上,水分、纯氮投入量分别为360.28 mm和432.18 kg/hm2左右时,有机肥替代化肥比例以30%~60%为宜;抑制剂调控氮素转化则以脲酶/硝化抑制剂配合施用效果最佳。该研究可为蔬菜生产中制定适宜的养分管理策略提供依据。

    • >农业信息与电气技术
    • 基于BERT的多特征融合农业命名实体识别

      2022, 38(3):112-118. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.013

      摘要 (888) HTML (0) PDF 1.76 M (1655) 评论 (0) 收藏

      摘要:命名实体识别是农业文本信息抽取的重要环节,针对实体识别过程中局部上下文特征缺失、字向量表征单一、罕见实体识别率低等问题,提出一种融合BERT(Bidirectional Encoder Representations from Transformers,转换器的双向编码器表征量)字级特征与外部词典特征的命名实体识别方法。通过BERT预训练模型,融合左右两侧语境信息,增强字的语义表示,缓解一词多义的问题;自建农业领域词典,引入双向最大匹配策略,获取分布式词典特征表示,提高模型对罕见或未知实体的识别准确率;利用双向长短时记忆(Bi-directional Long-short Term Memory,BiLSTM)网络获取序列特征矩阵,并通过条件随机场(Conditional Random Field,CRF)模型生成全局最优序列。结合领域专家知识,构建农业语料集,包含5 295条标注语料,5类农业实体。模型在语料集上准确率为94.84%、召回率为95.23%、F1值为95.03%。研究结果表明,该方法能够有效识别农业领域命名实体,识别精准度优于其他模型,具有明显的优势。

    • 用于灌溉耕地制图的特征变量优选

      2022, 38(3):119-127. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.014

      摘要 (389) HTML (0) PDF 2.19 M (1522) 评论 (0) 收藏

      摘要:灌溉耕地制图可以为粮食安全、水资源管理和气候变化等相关研究提供数据基础。构建和选择表征灌溉耕地信息的特征变量是灌溉耕地制图最重要的环节之一。该研究选择有良好灌溉信息数据基础的美国内布拉斯加州为研究区,基于已有灌溉耕地空间分布图和灌溉信息数据,提取灌溉耕地和雨养耕地的样本,计算了样本的4类82个特征变量,利用随机森林对比分析了82个特征变量对灌溉耕地识别的重要性。研究结果显示四类特征变量对灌溉耕地识别的贡献程度由高到低为综合特征变量、植被特征变量、土壤特征变量、气象特征变量。不同时相的特征变量对于灌溉农田的识别效果存在差异。重要性排序前4的特征变量包括4月和5月的作物水分胁迫指数,7月的增强型植被指数以及灌溉概率指数。利用重要性前16的特征变量分类得到的灌溉农田的总体精度最高,为88.44%。研究可为灌溉耕地制图相关研究中特征变量的选择提供参考。

    • 基于Mask R-CNN的番茄植株整枝操作点定位方法

      2022, 38(3):128-135. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.015

      摘要 (787) HTML (0) PDF 3.37 M (1717) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对工厂化番茄智能化整枝打叶作业需要,研究了基于Mask R-CNN模型的整枝操作点识别定位方法,以期为整枝机器人的精准操作提供依据。鉴于丛生植株中主茎和侧枝茎秆目标随机生长、形态各异,结合植株在不同生长阶段、远近视场尺度和观测视角等条件下的成像特征,构建了温室番茄植株图像样本数据集。采用学习率微调训练方法,对Mask R-CNN预训练模型进行迁移训练,建立了主茎和侧枝像素区域的识别分割模型。在对视场内同株相邻主茎和侧枝目标进行判别基础上,提出基于图像矩特征的茎秆中心线拟合方法。以中心线交点为参考,沿侧枝进行定向偏移,实现对整枝操作点图像坐标的定位。最后,通过测试试验评估该方法对目标识别和定位的效果。试验结果表明,模型对番茄主茎和侧枝目标识别的错误率、精确率和召回率分别为0.12、0.93和0.94,对整枝操作点平均定位偏差与对应主茎像素宽度的比值为0.34,模型对于近景仰视图像中目标的识别和定位效果优于其他视场的图像。该研究可为整枝机器人视觉系统的研发提供技术依据。

    • 基于无人机图像分割的冬小麦叶绿素与叶面积指数反演

      2022, 38(3):136-145. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.016

      摘要 (760) HTML (0) PDF 6.12 M (1729) 评论 (0) 收藏

      摘要:叶绿素含量与叶面积指数是反映作物长势的重要理化参数,准确、高效定量估计小麦叶绿素含量与叶面积指数对于产量预测和田间管理决策具有重要意义,无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)遥感影像具有高空间分辨率的优势,被广泛应用于作物理化参数反演,但现有叶绿素含量与叶面积指数反演模型受土壤、阴影等背景噪声的影响较大,该研究旨在探索去除无人机多光谱影像中的背景像元能否提高作物叶绿素含量和叶面积指数反演精度。首先通过过绿-过红植被指数对多光谱图像阈值分割,提取试验小区所有小麦像元平均反射率。然后选择与冬小麦叶绿素相对含量值(Soil and Plant Analysis Development,SPAD)、叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)和冠层叶绿素相对含量(Canopy Chlorophyll Content,CCC)相关性最高的5个敏感植被指数,最后利用偏最小二乘回归(Partial Least Squares Regression,PLSR)建立冬小麦拔节期、挑旗期和开花期3个关键生育期的SPAD、LAI和CCC反演模型。结果表明:1)利用冬小麦像元光谱建立的SPAD、LAI和CCC反演模型(VI_GreenPix)比所有像元构建的反演模型(VI_AllPix)精度更高,基于VI_GreenPix的SPAD建模集与验证集决定系数分别为0.85和0.93,均方根误差分别为3.51和2.67;LAI建模集与验证集决定系数分别为0.70和0.80,均方根误差分别为0.42和0.38 m2/m2;CCC建模集与验证集决定系数分别为0.79和0.69,均方根误差分别为21.14和23.50。2)不同覆盖度下,VI_GreenPix对SPAD、LAI和CCC的精度提升效果不同。在所有覆盖度下VI_GreenPix都能提高SPAD的反演精度,覆盖度低于40%时提升效果最好;覆盖度低于80%时能提升LAI的反演精度,覆盖度低于40%时提升效果最好;所有覆盖度下都能提高CCC的反演精度,覆盖度低于70%时提升效果更好。VI_GreenPix能有效提升冬小麦SPAD、LAI和CCC的估测精度,研究结果可为冬小麦长势监测和生产管理提供技术支持。

    • 林农间作模式下和田绿洲特色林果结构遥感信息提取

      2022, 38(3):146-154. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.017

      摘要 (444) HTML (0) PDF 3.94 M (1467) 评论 (0) 收藏

      摘要:实时准确地获取林农间作模式下的果树结构信息对推进新疆特色林果业的提质增效,增加农民收入,稳定脱贫攻坚成果,实现乡村振兴具有重要意义。该研究以新疆和田绿洲林农间作区为研究对象,提出一种综合高分遥感数据的纹理和光谱特征以及中分遥感数据的时序物候特征的果树提取方法。基于GF-2遥感数据利用面向对象方法提取高分辨率的林田地块空间信息;基于多时相Sentinel-2遥感数据构建植被归一化指数(Normalized Difference Vegetable Index,NDVI)时间序列产品,并依据果树物候特征建立决策树模型,提取间作核桃、纯核桃、枣树和葡萄4种类型;最后将多时相的分类结果与高分的林田地块叠加,获取和田绿洲特色林果作物分布信息。该方法对2020年和田绿洲核桃、枣树和葡萄提取结果的用户精度和总体分类精度均在90%以上,Kappa系数为94.95%,能够满足县市级尺度的林果遥感监测精度需求。基于遥感提取的和田绿洲主要林果作物面积为4.28×105 hm2,以核桃(间作和纯核桃)为主,间作核桃面积占比63.80%,该方法可为林农间作立体种植模式下的果树类型和面积精确信息提取研究提供参考和借鉴。

    • 基于ResNeXt单目深度估计的幼苗植株高度测量方法

      2022, 38(3):155-163. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.018

      摘要 (549) HTML (0) PDF 2.65 M (1633) 评论 (0) 收藏

      摘要:幼苗高度是幼苗培育过程中的重要性状,是幼苗生长状况和优良性状筛选的重要参考指标。针对目前研究多选用专业测量工具、使用带有标记的测量手段这一现状,该研究提出了一种基于单目图像深度估计技术的幼苗高度无参测量方法。首先以NYU Depth Dataset V2深度数据集为基础,以ResNeXt 101网络为深度估计网络主体实现植株图像深度估计。通过深度信息计算出拍摄点到植株的真实距离,结合图像中幼苗植株的像素高度和标定好的视场角实现幼苗高度的测量。为验证该方法的有效性,通过采集不同距离下的番茄幼苗图像1 728幅,辣椒幼苗图像160幅,甘蓝幼苗图像160幅进行植株高度测量试验。试验结果表明,在拍摄距离为105 cm内番茄幼苗平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE)为0.569 cm,均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)为0.829 cm,平均植株高度比例为1.005。辣椒,甘蓝幼苗的MAE为0.616和0.326 cm,RMSE为0.672和0.389 cm。每株幼苗高度的平均计算时间为2.01 s。试验结果表明该方法具有较好的可行性和普适性。不同光照强度下植株高度测量结果表明,在感光度小于160时,植株高度测试结果的MAE为0.81 cm,仍具有较好的测量准确度。当单幅图像中植株个数处于5以内时,MAE和RMSE的平均值分别为0.652和0.829 cm。研究结果表明,该模型可以较准确地从单幅图像中检测出多株植株高度,且在不同距离和一定光照强度变化内均可完成多种幼苗植株高度的精确测量。可为幼苗培育和成长时期判断等研究提供一种无损的植株高度测量方法。

    • 改进YOLOv3算法检测三七叶片病害

      2022, 38(3):164-172. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.019

      摘要 (1027) HTML (0) PDF 4.29 M (1755) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决三七叶片密集病害和小区域病害检测不准确的问题,该研究提出了一种改进的YOLOv3(You Only Look Once v3)目标检测算法(AD-YOLOv3)对三七叶片各种病害进行检测。AD-YOLOv3使用注意力特征金字塔(Attention Feature Pyramid,AFP)替代YOLOv3中的原始特征金字塔,解决了特征融合过程中的干扰问题,提升了病害检测精度。使用双瓶颈层(Dual Bottleneck,DB)筛选注意力特征金字塔提取到的特征,增强特征的特异性,提升了算法的鲁棒性。AD-YOLOv3与YOLOv3相比在各项性能指标上均有提升,精确率提升2.83个百分点,F1精度提升1.68个百分点,平均精度均值(Mean Average Precision,mAP)提升1.47个百分点,针对小区域病害和密集病害的检测能力明显增强。此外,AD-YOLOv3在雾,雨,暗光等复杂环境下的抗干扰能力明显提升,该研究为三七叶片的病害检测提供了一种更优的智能检测方法。

    • >农业生物环境与能源工程
    • 圆形吸收体贝壳形复合抛物聚光器模型构建及其性能

      2022, 38(3):173-181. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.020

      摘要 (317) HTML (0) PDF 5.36 M (1488) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决沿东西方向放置的标准复合抛物聚光器(Standard-Compound Parabolic Concentrator,S-CPC)在有效工作时长内南边面形利用率低、遮挡光线、不能有效聚光的问题,该研究基于非成像光学边缘光线原理,构建了圆形吸收体贝壳形复合抛物聚光器(Shell Shaped -Compound Parabolic Concentrator,SS-CPC)的面形结构数学模型,采用可视化激光试验装置对SS-CPC模型聚光过程进行了验证。分析了旋转角对SS-CPC光学性能的影响,研究发现,旋转角β越大,SS-CPC的光学效率越低,但光口宽度、能流分布的均匀度越大。与相同接收半角的S-CPC对比试验结果表明:β值为0°、7°、34°、44°的SS-CPC平均光学效率为0.639 8、0.635 2、0.620 1、0.609 3,均高于S-CPC,且在工作时长、能流分布及均匀性方面,SS-CPC都优于S-CPC。SS-CPC有效消除了S-CPC聚光器南边面形拦截光线导致不能聚光的现象,提高了太阳辐射能的利用率。

    • 冬季肉牛加热饮水围栏育肥模式适用性分析

      2022, 38(3):182-188. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.021

      摘要 (483) HTML (0) PDF 1.59 M (1510) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究冬季中国西北地区肉牛加热饮水条件下围栏育肥模式的适用性,该研究实测了加热水围栏育肥(平均饮水温度:(20.58±0.91)℃)和常温水舍内育肥(平均饮水温度:(7.20±1.70)℃)2种模式下的相关环境指标,并计算环境温湿指数(Temperature Humidity Index, THI)、风冷指数(Wind Chill Index, WCI)、综合气候指数(Comprehensive Climate Index, CCI)和冷应激指数(Cold Stress Index, CSI),探究两种育肥模式对肉牛生长性能的影响。结果表明:与常温水舍内育肥相比,加热水围栏育肥的环境温度、湿度和有害气体浓度均显著降低(P<0.05),风速显著升高(P<0.05)、THI、WCI和CCI显著降低(P<0.05),CSI显著升高(P<0.05)。此外,加热水围栏育肥肉牛的平均日增质量为(1.40±0.39)kg/d,显著高于常温水舍内育肥组的(1.14±0.47)kg/d(P<0.05),加热水围栏育肥肉牛的日采食质量与日增质量比为8.83±3.63,显著低于常温水舍内育肥组的12.11±6.34(P<0.05),且建筑成本较常温水舍内育肥降低37.78%。综上所述,冬季采用加热水围栏育肥模式能够显著提高肉牛生长性能,并节约建筑成本。

    • 严寒地区保温型塑料大棚土壤蓄放热特性

      2022, 38(3):189-196. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.022

      摘要 (363) HTML (0) PDF 1.71 M (1474) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤温度及蓄放热特性是保温型塑料大棚土壤传热特性的重要体现。因此,为定性、定量地阐明棚内土壤温度变化规律和蓄放热特性,在严寒地区生产性大棚内进行了试验测试,并通过构建大棚土壤热量平衡简化方程、温差拟合等方法对土壤蓄放热特性进行了理论分析。研究结果表明:1)土壤温度波幅随深度的增加呈乘幂函数递减,通过计算得出测试地区大棚土壤的蓄热层平均厚度约为0.55~0.80 m;2)棚内土壤横向地中传热损失占土壤总热损失的9.8%~24.7%,若将此部分热量用于提高土壤温度,则棚内土壤平均温度可提高0.3~0.5 ℃;3)天气条件对土壤蓄放热性能的影响较大:晴天日累积蓄热量比多云天多37.2%~50.6%左右,日累积放热量比多云天多44.7%~64.3%;晴天的最大蓄热流量和日累积蓄热量均是阴天的4倍以上,与蓄热性能相比,晴天与阴天的土壤放热性能差异较小。土壤蓄放热量主要受表层土壤与气温温差的影响,棚内外气温差对其影响较小。

    • 废液添加量对麦草废渣颗粒燃料成型及性能的影响

      2022, 38(3):197-203. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.023

      摘要 (452) HTML (0) PDF 2.62 M (915) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高麦草制浆过程废弃物的资源化利用价值,采用液压压缩成型方法将备料工段麦草废渣和生物机械制浆废液混合处理后放入模具在室温、成型压力为10 MPa和保压时间3 min条件下制备成直径为13 mm的麦草废渣颗粒燃料,并在密封袋中进行平衡。探究了废液添加量(麦草废渣和废液混配质量比)分别在1:1、1:5、1:10、1:15和1:20时对麦草废渣颗粒燃料的密度、抗跌碎性、横向抗压强度、径向抗压强度和抗渗水性的影响,以此来表示废液添加量对麦草废渣颗粒燃料的成型效果的影响。同时通过对其灰分、实际燃烧时间和燃烧热值测定,分析研究其燃烧性能,最后综合考虑成型效果及燃烧性能,优化出麦草废渣颗粒燃料在混合制备过程的中试验参数。结果表明:当麦草废渣和废液混配质量比为1:10时,制备的麦草废渣颗粒燃料的物理化学性能较优,其松弛密度高达1.24 g/cm3,抗跌碎值达到98.88%,横向抗压强度为69.71 MPa,径向抗压强度为1.23 MPa,抗渗水能力为10 min,灰分为22.91%,燃烧火焰在点火110 s后熄灭,热值为14 689 J/g。研究可为生物质颗粒燃料的制备提供数据参考。

    • 基于环境与光谱相似性的橡胶树叶片磷含量局部估测模型

      2022, 38(3):204-211. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.024

      摘要 (268) HTML (0) PDF 3.27 M (943) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决现有基于光谱相似性的局部样本搜索方法存在样本误选引起模型预测性能降低的问题,该研究提出先利用环境因子对叶片样本进行类别划分,然后在与待估测样本具有相同类别的样本集内进行局部样本搜索的方法。为验证该方法的有效性,将其用于实际案例中。在案例研究中,分3个时期(4-6月:抽叶期,7-9月:成熟期,10-12月:衰老期)在相同地块采集橡胶树叶片样品,然后利用该方法分别构建每个时期橡胶树叶片磷含量高光谱估测模型,并将模型预测精度与利用现有局部样本搜索方法构建的模型进行比较。为体现该研究提出方法的稳定性和可靠性,将每个时期采集的叶片样本随机分割5次,然后利用方差分析比较不同模型之间的预测精度是否存在显著差异。结果表明,利用该研究提出的方法构建的3个时期的橡胶树叶片磷含量高光谱估测模型预测精度(抽叶期:RMSE分别为(0.031±0.003)%和(0.030±0.004)%,成熟期:RMSE分别为(0.030±0.002)%和(0.029±0.003)%,衰老期:RMSE分别为(0.026±0.002)%和(0.024±0.003)%)都要高于利用现有局部样本搜索方法构建的高光谱估测模型(抽叶期:RMSE分别为(0.034±0.002)%和(0.034±0.002)%,成熟期:RMSE分别为(0.042±0.002)%和(0.042±0.003)%,衰老期RMSE分别为(0.034±0.003)%和(0.035±0.003)%),且在成熟期和衰老期的差异达到了P<0.05的显著性水平,这就证明了在进行局部样本搜索时必须要考虑橡胶树叶片样本所处环境的差异,以避免选择到与待估测样本不属于同一环境条件的局部样本,进而可显著提高估测模型的预测性能。

    • 基于APCS-MLR受体模型的贵州喀斯特矿区水田土壤重金属源解析

      2022, 38(3):212-219. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.025

      摘要 (453) HTML (0) PDF 3.57 M (948) 评论 (0) 收藏

      摘要:水田重金属污染对粮食生产和人体健康造成严重危害,喀斯特矿区周边土壤受到地质和工矿活动的双重污染,而备受关注。为探讨贵阳市开阳县喀斯特矿区水田土壤重金属污染来源,应用绝对主成分得分-多元线性回归(Absolute Principal Component Score-Multiple Linear Regression,APCS-MLR)与地统计学分析相结合,对水田土壤中重金属Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni的来源进行解析。结果表明:研究区Hg的变异系数最强(384.56%),其均值(1.51 mg/kg)是贵州省土壤背景(0.11 mg/kg)的13.73倍,表现出很高的外源Hg富集;8项重金属均有点位超农用地土壤污染风险筛选值,Cd超的比例最高(47.54%),污染风险最为突出。Cd、Cr、Cu、Zn和Ni的高值区主要分布于中部,且位置相对一致;Hg的高值区分布于西南部;As的高值区分布于西北部、中部和西南部,具有明显的连续性;Pb的高值区主要分布在西部。各重金属在空间分布上具有一定的相似特征,高值区以点状形式分布,并未出现明显的大范围聚集区域。通过分析最终解析出3个主要污染源,Cd、Cr、Cu和Ni主要受自然源影响,其中Cd的污染来源较为复杂,受人为源的影响也较大;Pb和Zn主要是受工矿业与农业混合源的影响;Hg和As主要受到大气沉降与农业混合源的影响,特别是Hg受到极强的人为活动影响,应引起相关部门的重视,采取措施对其进行污染防治。研究结果可为喀斯特高背景矿区水田重金来源解析、水田土壤重金属综合防控和水稻安全生产提供参考和科学依据。

    • 水热碳化技术处理畜禽粪便的研究进展

      2022, 38(3):220-229. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.026

      摘要 (541) HTML (0) PDF 1.58 M (1559) 评论 (0) 收藏

      摘要:水热碳化是一种实现废弃生物质高值化再利用的热化学转化技术,特别是针对含水率高的畜禽粪便处理,与其他碳化技术相比具有明显的优势,不仅能解决畜禽粪便随意堆积造成的环境污染问题,还能快速杀死致病微生物、获得高值生物炭产品,为实现畜禽养殖粪污减量化排放、资源化利用,推动乡村振兴、建设美丽乡村具有重要意义。文章基于畜禽粪便主要组分和水热碳化机理,重点介绍了温度、液固比、反应停留时间、添加剂等因素对水热炭产率及理化性质的影响,并讨论了水热炭作为生物燃料、吸附剂、土壤改良剂和功能材料前驱体的应用前景,为通过调整水热碳化过程参数以提高产物应用潜能提供参考。通过梳理,总结目前研究存在的问题,为未来研究工作指明方向,以期推动水热碳化技术在畜禽粪便处理和资源化利用的应用。

    • 棉秆生物炭去除水中Pb(Ⅱ)吸附机理的量化分析

      2022, 38(3):230-238. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.027

      摘要 (318) HTML (0) PDF 5.35 M (1496) 评论 (0) 收藏

      摘要:为消除酸洗对生物炭吸附量的影响,更精确地量化分析各吸附机理在生物炭吸附重金属过程中的作用,该研究以棉花秸秆为原料,采用慢速热解法制备棉秆炭,棉秆炭经酸洗后制得脱矿炭;以吸附水中Pb2+为例,研究该过程中棉秆炭的各吸附机理。采用先进技术表征吸附前后棉秆炭的表面形貌结构和理化特性,定量分析吸附前后棉秆炭上的含氧官能团和吸附溶液中可交换阳离子,从而计算出各吸附机理的贡献。结果表明,棉秆炭吸附Pb2+的过程中包含沉淀、离子交换、π电子、络合及物理吸附五种作用机理;随热解温度升高,沉淀和π电子作用增强,离子交换和络合作用减弱;Ca2+和Mg2+在离子交换中起主导作用,占比超过95%;吸附机理的量化分析结果表明:无机组分对棉秆炭吸附Pb2+具有重要作用,沉淀和离子交换的贡献不低于70.6%。研究结果可为生物炭/改性炭吸附重金属机理的量化分析、废弃棉秆的资源化利用、水体和土壤重金属污染防治提供理论依据。

    • 温度-压力解耦条件下汽爆玉米秸秆物化作用及酶解效果

      2022, 38(3):239-246. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.028

      摘要 (429) HTML (0) PDF 5.64 M (1529) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究温度-压力解耦条件下汽爆玉米秸秆物化作用及其酶解效果,分别采用不同蒸煮温度(453、471和485 K)和不同爆破压力(1.0、1.5和2.0 MPa)对玉米秸秆进行汽爆处理,测定并分析对其物理结构(微观形貌和多孔特性)、化学组成(组分含量、官能团结构和结晶程度)和热力学性质的影响。结果显示:随蒸煮温度增加,汽爆秸秆中半纤维素和乙酰基含量最高降低50.69%和67.11%,木质素含量最高增加17.66%,整体热稳定性增加;水洗液中糖类产物含量最高降低45.37%,而有机酸和糠醛类含量最高增加37.66%和73.21%。随爆破压力增加,汽爆秸秆多孔特性得到改善,具体表现为累积孔体积、累积孔面积、平均孔径、孔隙率、渗透率和迂曲度均有不同程度增加。汽爆水热改性作用对提升秸秆酶解效果的贡献大于其物理爆破作用,但在较高温度条件下对结构性成分的过度降解可能导致回收率降低,从而影响葡萄糖得率。在471 K低温维持和2.0 MPa高压爆破条件下,汽爆秸秆纤维素水解率最高达到87.99%,表明温压分控汽爆预处理策略有效促进秸秆纤维素酶解转化。研究可为揭示木质纤维素类物料汽爆过程物化作用机理、提高预处理和后续转化利用效果提供理论依据。

    • >土地保障与生态安全
    • 青海诺木洪地区多源遥感及多特征组合地物分类

      2022, 38(3):247-256. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.029

      摘要 (463) HTML (0) PDF 8.55 M (1550) 评论 (0) 收藏

      摘要:遥感技术是研究土地覆盖类型的重要手段,但大部分研究仅采用单一数据源、少特征,分类精度低,该研究基于GEE环境对多源遥感数据、多特征协同进行地物类型分类研究。采用哨兵一号(Sentinel-1)合成孔径雷达数据、哨兵二号(Sentinel-2)多光谱数据和国产高分二号(GF-2)多光谱数据,构建了青海省诺木洪地区地表8类地物的波段特征、植被指数特征、纹理特征和极化特征空间,利用特征优化算法和随机森林(Random Forest,RF)算法实现了研究区域地物的有监督分类,以此评估构建的多特征空间性能及多源数据协同分类的能力。结果表明,基于Sentinel-1与Sentinel-2数据源,使用多特征空间协同分类时的总体精度和Kappa系数可达到97.62%和0.971 6,精度均高于使用单一数据或部分特征的分类精度(总体精度为95.91%,Kappa系数为0.951 1)。而基于Sentinel-1、Sentinel-2与GF-2数据提取的波段、植被指数、纹理特征和极化特征进行的协同地物分类结果总体精度达到了96.67%,Kappa系数达到了0.960 2。总体上,基于多数据源、多特征协同分类结果精度要优于单一数据源或少特征分类结果,而不同空间分辨率图像提取的纹理特征对分类结果有着不同影响,在适宜的分辨率下提取纹理特征参与分类才能达到更好的效果。

    • 基于生态系统服务功能的东江流域关键性生态空间识别

      2022, 38(3):257-266. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.030

      摘要 (399) HTML (0) PDF 6.71 M (1539) 评论 (0) 收藏

      摘要:东江流域生态环境脆弱,水土流失现象频发,进行关键性生态空间识别对维护其生态环境安全和促进区域可持续发展有着极其重要的意义。该研究通过重要性-敏感性构建关键性生态空间识别评价体系,使用NPP(Net Primary Productivity)定量评价法、模型评价法,定量揭示其关键性生态空间的分布特征。结果表明:1)东江流域的关键性生态空间面积为16 734.48 km2,面积占比50.49%,主要位于在中游、下游地区。其中,底线型生态空间面积为5 481.21 km2,集中分布在自然保护地、风景名胜区之中;危机型生态空间面积为11 253.27 km2,主要位于下游的经济发达的珠三角城市中;2)面积占比分别高达47.04%、66.66%的建设用地、耕地占用关键性生态空间,且都集中分布在危机型生态空间中,各生态空间地类以林地和耕地为主。最后将识别结果与土地利用状况结合分析,以期为东江流域分区管控的实施、生态保护策略的制定提供参考。

    • 农村居民点用地混合利用特征及驱动力

      2022, 38(3):267-275. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.031

      摘要 (249) HTML (0) PDF 2.42 M (1498) 评论 (0) 收藏

      摘要:土地混合利用是提高土地利用效率、激发地区发展活力的重要途径,当前少有对农村居民点用地混合利用的系统解析。该研究探索性提出基于多样性和兼容性的农村居民点用地混合利用测度方法,通过实地调研、兴趣点(Point of Interest,POI)数据抓取、GIS与遥感技术,以珠三角东莞市石排镇塘尾村、谷吓村和福隆村为例,剖析不同类型农村居民点用地混合利用特征及驱动力。结果表明:1)农村居民点用地多样性从小到大为谷吓村、塘尾村、福隆村,其中,土地利用多样性从小到大为谷吓村、福隆村、塘尾村,住宅用地非居住功能多样性从小到大为谷吓村、塘尾村、福隆村,工业用地商业功能多样性从小到大为谷吓村、塘尾村、福隆村;2)农村居民点用地兼容性从小到大为谷吓村、福隆村、塘尾村,其中,土地利用兼容性从小到大为福隆村、谷吓村、塘尾村,业态兼容性从小到大为谷吓村、福隆村、塘尾村;3)综合多样性和兼容性指标的农村居民点用地混合利用度从小到大为谷吓村、福隆村、塘尾村。塘尾村受乡村旅游政策及村域的历史和人文资源驱动,农村居民点用地混合利用程度高;谷吓村交通和区位良好,但仅有沿交通干道两侧的村民发展商业,农村居民点用地混合利用度相对较低;福隆村受珠三角外向型经济带动并充分利用产城融合更新政策发展工业,农村居民点用地混合利用程度较高。农村居民点用地混合利用由多样性和兼容性共同决定,研究可为编制村庄规划、协同推进乡村产业发展与人居环境提升提供决策依据。

    • >农产品加工工程
    • 采用改进稠密连接网络的防风药材的道地性识别

      2022, 38(3):276-285. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.032

      摘要 (256) HTML (0) PDF 3.86 M (1376) 评论 (0) 收藏

      摘要:目前市场上对防风药材的质量鉴定,仍停留在依靠专业人员的自身经验,对药材表型观察进行划分定级,这样的做法具有一定的主观性和局限性。针对上述问题,该研究建立具有18 543张包含5个主要产区防风药材图像的标准数据集,并基于深度学习的方法改进稠密连接网络来区分防风药材的产地,对防风药材品质进行精确、高效的智能分类,判断防风药材的道地性及品质优劣。该神经网络的具体建立过程为:首先对残差模块进行优化改进,将协调注意力(Coordinate Attention,CA)模型与残差模块进行融合,以增加特征图中待识别区域的特征权值,降低背景信息对识别任务的干扰;然后将改进的残差模块嵌入到稠密连接网络,以减少模型运算参数、增强网络对特征信息的高效利用能力;最后重构全连接层,来适应对数据集的识别分类,并增强网络的学习能力。在迁移学习和数据扩充方式下新模型的识别准确率可达97.23%;且训练约48轮便可达到收敛状态,极大地提高了收敛速度。该方法能够高效准确地识别防风药材的产地及道地性并有较强的鲁棒性,可为防风药材质量智能鉴定提供参考。

    • 植物乳杆菌对苏尼特羊肠道菌群、血浆代谢物及肉品质的影响

      2022, 38(3):286-294. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.033

      摘要 (510) HTML (0) PDF 1.47 M (1142) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究植物乳杆菌对苏尼特羊肠道菌群、血浆代谢物和肉品质的影响及其作用机理,选取三月龄苏尼特羊为试验对象,随机分为2组:对照组(C组,基础日粮)和植物乳杆菌组(R组,基础日粮、活菌数为3×1010cfu/g植物乳杆菌),进行为期90 d的饲喂试验。屠宰后取其肠道内容物及背最长肌,利用高通量测序技术、代谢组学液相-色谱联用技术等对苏尼特羊肠道菌群、血浆代谢物及肉品质进行测定,探究肠道菌群与血浆代谢物之间的关系。结果表明:饲喂植物乳杆菌显著提高了肠道拟杆菌门(Bacteroidetes)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、拟杆菌属(Bacteroides)、克里斯滕森菌属(Christensenellaceae_R-7_group)、理研菌属RC9肠道群(Rikenellaceae_RC9_gut_group)和瘤胃球菌属(Ruminococcaceae_UCG-010)的丰度(P<0.05),减少了厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)、另枝菌属(Alistipes)和普雷沃氏菌UCG-003菌属(Prevotellaceae_UCG-003)的丰度(P<0.05)。血浆代谢组分析结果显示植物乳杆菌显著增加了吲哚-3-丙酸、皮质醇、甘氨胆酸、L-精氨酸等含量(P<0.05),降低了3-羟基月桂酸含量(P<0.05)。通过相关性分析发现,肠道中Bacteroidetes、Prevotellaceae_UCG-001均与血浆代谢物甘氨胆酸呈显著正相关(P<0.05)。此外,在肉品质分析中植物乳杆菌显著提高了肉的亮度值(L*)、黄度值(b*)、pH24h值(P<0.05),显著降低肉的蒸煮损失、剪切力(P<0.05)。由此可见,日粮添加植物乳杆菌能够通过改变苏尼特羊肠道菌群结构,调节血浆代谢物参与机体脂肪代谢,进而改善羊肉品质,试验结果为今后提高蒙古羊肉品质提供理论参考。

    • 基于高通量测序技术的燕窝罐头腐败嗜热菌分析

      2022, 38(3):295-303. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.034

      摘要 (407) HTML (0) PDF 5.31 M (609) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究燕窝罐头生产过程微生物结构的变化,同时筛查出造成燕窝罐头安全隐患的嗜热微生物,该研究通过16S rRNA高通量测序技术结合传统培养分离方法研究燕窝生产中燕窝原料、冰糖原料、蒸煮锅糖液、灌装车间毛巾、灌装口糖液、挑毛车间毛巾、汽蒸后燕窝、灌装后产品的微生物组成。Alpha多样性研究结果表明灌装工序是微生物可能显著增加的高危工序;热力图结合主成分分析表明冰糖原料和灌装后产品具有相同的优势菌属与相似的菌群结构,并且测序结果表明冰糖原料与灌装后产品都携带了腐败微生物Geobacillus(地芽孢杆菌属)与Bacillus(芽孢杆菌属),再结合微生物由原料引入的假设一与微生物由工序引入的假设二,推断出造成罐头腐败的嗜热菌是由冰糖原料引入的而非生产工序;并且由于Bacillus在冰糖管道运输工序中显著增加,因此冰糖管道运输工序应该作为生产中的高危工序重点监控。再通过55 ℃培养分离结合一代测序技术鉴定了燕窝原料、冰糖原料与高危工序的冰糖管道运输工序存在5株嗜热菌种Bacillus smithii(史密斯芽孢杆菌属)(相似度99.93%)、Bacillus smithii(史密斯芽孢杆菌属)(相似度99.40%)、Bacillus gelatini(明胶芽孢杆菌属)(相似度99.27%)、Aeribacillus pallidus(苍白芽孢杆菌属)(相似度97.43%)、Bacillus licheniformis(地衣芽孢杆菌属)(相似度99.47%)。该研究为燕窝罐头安全生产提供了理论依据与防控方向,从而降低了燕窝罐头生产的食品安全隐患,并且为其他食品生产企业微生物防控提供参考依据。

    • 低共熔溶剂提取厚朴渣中木脂素类化合物

      2022, 38(3):304-310. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.035

      摘要 (415) HTML (0) PDF 4.68 M (574) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高中药废弃物资源化利用效率,该研究以厚朴渣为研究对象,采用微波加热辅助低共熔溶剂法选择性提取木脂素类化合物,在最优提取条件(氯化胆碱/乙酰丙酸摩尔比1:2、含水率30%、固液比1∶25 g/mL、90 ℃、1.5 h)下:和厚朴酚、厚朴酚的提取率分别为9.93、22.95 mg/g,总提取率为32.87 mg/g,较相同条件下中国药典甲醇法总木脂素类化合物提取率(6.64 mg/g)提高了395.03%。采用密度泛函理论研究低共熔溶剂在木脂素类化合物提取过程的分子作用机制,发现氯化胆碱/乙酰丙酸与厚朴酚的相互作用以氢键为主,范德华力为辅,但与和厚朴酚相互作用以范德华力为主,无氢键作用,说明低共熔溶剂与提取物之间氢键强度显著影响提取效果。研究结果可揭示低共熔溶剂-木脂素类化合物组分之间相互作用关系,为低共熔溶剂提取高值组分提供理论基础。

    • 基于文献计量学与知识图谱的中华绒螯蟹研究进展与趋势分析

      2022, 38(3):311-322. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.03.036

      摘要 (577) HTML (0) PDF 5.65 M (1594) 评论 (0) 收藏

      摘要:中华绒螯蟹凭借其较高的经济价值和较高的营养品质引起国内外学者对其进行各项研究,但缺乏世界范围的系统性文献计量学分析与知识图谱研究以帮助快速掌握该领域的研究动态。该研究基于科学引文数据库(Web of Science,WoS)和中国知网数据库(China National Knowledge Infrastructure,CNKI),根据科学计量学中的本地总引用分数和全球总引用分数等指标、以及共词网络、共被引网络、共同作者网络、期刊双图叠加分析、时间线图谱等知识图谱方法对相关领域的研究进行分析。结果表明,该研究领域属于活跃的研究领域,其中中国和美国是最活跃的国家,且最活跃的10所研究机构中有8所来自中国;该领域的研究热点主要集中在基因表达、免疫反应等生物信息学研究,生长性能、营养成分分析等生物化学研究以及人工育苗、病虫害防治、养殖模式等生态养殖研究;在未来的研究中,有走向绿色化、生态化、数字化、智能化的发展趋势。该研究为全面了解中华绒螯蟹研究领域的整体研究现状以及发展趋势提供了参考依据。

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