2022, 38(Z):1-7. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.001
摘要:农业劳动力短缺与成本高涨问题日益凸显,研发农机无人驾驶技术势在必行。该研究针对无人驾驶农机对高精度农田地图的需要,提出一种高精度农田地图构建方法。将地图分为地块信息层、障碍物层、作业信息层和动态感知层,并定义前两层的地图模型。针对地块信息管理,采用地块边界层为数据管理单元,定义了边界层的拓扑关系与限制信息。针对障碍物管理,并定义了不同几何属性的障碍物,分别表达形状、类型及语义等信息。同时提出了一种基于多旋翼无人机和Autoware的地图数据采集、标注与发布方法。在北京市密云区开展了地图构建试验,布设了12个检验点用于地图精度评价。结果表明,本研究制作的高精度地图的绝对定位精度优于0.1 m,平面误差的标准差小于2 cm,因建图产生的地图拉伸与压缩误差在厘米级以内。所提出的农田高精度地图架构可满足无人驾驶农机作业对地图精度的需求,可为农机作业路径规划和障碍物感知提供先验信息,降低无人驾驶应用对单机智能化的要求。
2022, 38(Z):8-17. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.002
摘要:针对现有马铃薯联合收获机清选装置除杂率低、伤薯率和破皮率高等问题,该研究以装袋型马铃薯联合收获机为基础,设计了一种适用于黏重土壤条件下的清选装置。该装置通过清选辊与光辊交替排列、两辊差速转动的形式,提升了对马铃薯收获物的清选效果。采用Box-Benhnken响应面试验设计理论,以上料量、装置倾角、清选辊转速、光辊转速、辊距和相对高度为影响因素,以伤薯率、破皮率及除杂率为作业质量评价指标,进行六因素三水平正交试验。建立各影响因素与指标之间的回归数学模型,并分析各因素对响应值的交互影响,同时对模型进行优化求解,获得最优参数组合为:上料量4.3 kg/s、装置倾角10.3°、清选辊转速119 r/min、光辊转速148 r/min、清选辊与光辊的辊距16.8 mm、两辊相对高度40.5 mm,对应的伤薯率为1.06%、破皮率为0.54%、除杂率为96.15%。对优化结果进行田间验证试验,试验结果表明,在最优参数组合下,伤薯率为1.10%、破皮率为0.55%、除杂率为95.04%,满足马铃薯联合收获机的作业性能要求。研究结果可为黏重土壤条件下马铃薯联合收获机清选装置结构设计提供参考。
2022, 38(Z):18-26. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.003
摘要:针对现有农田施药系统变量喷雾精准化程度低、喷头不能独立控制等问题,该研究设计了具备流量调节功能的电控精量喷嘴体。根据精量喷雾系统工作需求,基于电磁学理论设计了由电磁线圈、定铁芯、阀芯和复位弹簧组成的电磁吸合机构,实现阀芯的高频往复运动。结合喷嘴体水流通道结构和阀芯往复运动过程,设计了阀芯末端型式和双向通水阀,实现水流的通断控制。采用脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)信号控制电磁吸合机构的动作状态,改变每个周期内出水通道的开启时间,实现喷头流量的实时调节。设置不同的PWM信号频率和占空比、水泵压力,并采用高速相机测量电控精量喷嘴体在不同压力下单个周期内的喷雾时间,验证所设计的电控精量喷嘴体的工作性能。试验结果表明,当PWM信号频率为20 Hz、系统压力为0.3 MPa时,阀芯可开启的最小占空比为7%,阀芯可关闭的最大占空比为96%;在占空比区间[7%,96%]内,单个周期喷雾时间的平均相对误差为7.5%,相对误差最大值为55.1%;在占空比区间[20%,96%]内,单个周期喷雾时间的平均相对误差为3.1%,相对误差最大值为13.1%。说明该电控精量喷嘴体在占空比[7%,19%]范围内控制效果较差,在占空比[20%,96%]范围内具备良好的控制稳定性和准确性,能够满足精量喷雾的基本要求。
2022, 38(Z):27-36. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.004
摘要:土壤是耕地的重要组成部分,也是农田生态系统的基础,健康的农田土壤对抵抗自然营力如风力、水力、风力等导致的土壤侵蚀至关重要。但随着近些年来农业机械的普及发展,农田土壤也遭受更严重的机械压实。机械作业过程中农田土壤遭受的压实对农田土壤理化性质及土壤生物产生不良影响,机械压实也使农田土壤抵抗侵蚀的能力受到影响,这种影响主要通过机械压实对土壤物理性质的影响间接实现。为明确农田机械压实的研究现状及压实对土壤侵蚀的影响机理,该研究概述了农田土壤机械压实的起因,阐述了机械压实对土壤性质的影响及其作用机理,讨论了机械压实间接影响土壤侵蚀的因素。总结发现,目前研究主要集中在机械压实对土壤性质的影响、土壤性质对土壤侵蚀的影响方面,鲜有研究机械压实对土壤侵蚀的影响机制。最后针对目前机械压实研究的不足提出了未来研究的方向,并探讨了农田土壤机械压实与土壤侵蚀之间的联系,以期将现有机械压实研究理论更好应用到实践,趋利避害,为国内农田土壤侵蚀防治提供参考。
2022, 38(Z):37-46. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.005
摘要:农业机械零部件烘房的温度及温度均匀性是影响涂料烘干的重要因素。针对所设计的零部件烘房存在平均温度低于目标温度和烘房工作区前后部温度低于中部温度的问题,该研究采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,建立烘房的模型,进行不同送风参数下速度场和温度场分布的仿真和优化。仿真值与试验值差值最大2.83 ℃,误差不超过2.5%,仿真结果准确可靠,可为送风参数的优化提供参考。仿真和试验结果表明,在60~150 ℃的温度区间对送风温度进行线性调整,可以显著提升烘房平均温度,减小平均温度与目标温度差值;送风速度对温度提升有促进作用,送风速度从14 m/s提高至17 m/s时,温度提升效果较好,送风速度从17 m/s提升20 m/s时,温度没有明显提高。送风参数组合方案为温度62.3 ℃风速14 m/s、温度93.2 ℃风速14 m/s、温度124.1 ℃风速20 m/s、温度155 ℃风速17 m/s时符合烘房温度和温度均匀性要求;针对仿真和试验结果得到烘房前后部相较于烘房中部温度偏低的问题,对前、后部送风口增设了导流板,仿真结果表明导流板的增设能提高温度均匀性。
2022, 38(Z):47-58. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.006
摘要:土壤盐渍化是干旱灌区农业可持续发展亟待解决的关键问题,膜下滴灌加适宜的节水控盐灌溉制度可有效控制根区土壤盐分,并提升作物产量。该研究以河套灌区玉米膜下滴灌田间试验为基础,应用农业水文模型(Agro-Hydrological & Chemical and Crop systems simulator, AHC)模拟分析了膜下滴灌农田土壤盐分胁迫和玉米产量对不同灌溉制度的响应,以期获得不同程度盐渍化土壤膜下滴灌玉米适宜的节水控盐灌溉制度。结果表明,土壤盐渍化、灌水下限及淋盐灌溉显著影响玉米灌溉制度和玉米耗水、产量与水分利用效率。轻度和中度盐渍化土壤玉米膜下滴灌适宜的节水-控盐-增产灌水下限分别为–25和–15 kPa,次灌水量为对应灌水下限无淋盐处理的灌水量与淋盐水量之和。轻度盐渍化土壤灌水下限为–25 kPa时,与不淋盐处理相比,淋盐处理盐分胁迫系数平均值可提高12.4%,产量可提高16.9%;中度盐渍化土壤灌水下限为–15 kPa时,与不淋盐处理相比,淋盐处理盐分胁迫系数平均值可提高31.1%,产量可提高25.2%。研究结果为河套灌区及类似干旱灌区玉米农田土壤水盐调控与灌溉管理提供科学依据。
2022, 38(Z):59-67. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.007
摘要:为研究种植密度与调亏灌溉对玉米蒸发蒸腾和产量的影响,该研究2017—2019年连续3 a设置2个种植密度(常规低密度、高密度)和不同灌溉处理开展田间试验。2017年设当地灌溉(W1)、充分灌溉(W2)、全生育期轻度亏缺(W3)、抽穗期充分灌溉其余生育期轻度亏缺(W4)4个水分处理;在2017年试验结果基础上,2018年调整了试验设计,设充分灌溉(W2)、营养生长阶段(苗期末、拔节期)轻度亏缺(W5)、营养生长阶段中度亏缺(W6)3个水分处理;2019年设充分灌溉(W2)、营养生长阶段和灌浆末期轻度亏缺(W7)、营养生长阶段和灌浆末期中度亏缺(W8)3个水分处理。测定和计算了玉米植株茎流、棵间蒸发、冠层覆盖度、产量等指标。结果表明:玉米单株茎流速率受种植密度和水分亏缺的影响明显,复水可以缓解水分亏缺造成的茎流速率降低。高种植密度下,玉米植株对水分胁迫的反映更为敏感,相同水分亏缺程度会造成更严重的减产。相较于低种植密度(当地密度),充分灌溉下(W2)增大种植密度使2017、2018、2019年玉米产量分别提升15.82%、34.89%、22.64%;高密度处理下,相较于当地的经验灌水模式,在作物营养生长阶段后期及灌浆后期进行轻度亏水处理可在产量下降不显著的情况下节水约23.14%。因此,增大种植密度并在作物营养生长阶段后期及灌浆后期进行轻度亏水,可在显著增大产量的同时大幅减少耗水,结果为西北地区玉米节水增产提供科学依据。
2022, 38(Z):68-75. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.008
摘要:为探究地面灌溉和滴灌条件下覆膜对土壤剖面盐分、硝态氮和铵态氮空间分布特征的影响,指导土壤水分和养分的调控,于2021年在河套灌区盐碱地玉米种植农田,开展了覆膜地面灌溉和覆膜滴灌条件下的田间试验,测量玉米拔节期和成熟期膜内膜外土壤不同深度和距离覆膜不同位置的盐分、硝态氮和铵态氮含量,分析其分布特征。研究结果表明:地面灌和滴灌下覆膜均能明显抑制膜内表层土壤盐分,在玉米拔节期(7月17日)地面灌溉下覆膜可使膜内0~20 cm土层含盐量相比于膜外平均减少55.94%,但是2种灌溉方式下膜内和膜外的氮素含量差异明显。相比于覆膜滴灌,覆膜地面灌溉模式下追施氮肥产生的硝态氮更易大量积累在膜外0~40 cm(尤其是0~20 cm)土层,7月24日(拔节期)地面灌溉处理下膜内中心处0~20 cm硝态氮含量仅为4.88 mg/kg,明显低于膜外含量(46.48 mg/kg),然而滴灌膜内中心处0~20 cm土硝态氮含量(34.18 mg/kg)却明显高于膜外(4.06 mg/kg)。>40 cm土层,覆膜对土壤盐分和硝态氮的影响较小,不同灌溉方式和覆膜对土壤铵态氮分布影响都较小。针对地面灌溉下覆膜对土壤养分分布的影响,提出了提高养分利用效率的措施。研究结果可为河套灌区覆膜灌溉下玉米水肥调控和高产栽培提供科学依据。
2022, 38(Z):76-86. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.009
摘要:随着新疆机采棉膜下滴灌技术的发展,滴灌带的布置模式不断发生改变。为研究新疆地区膜下滴灌带的布置模式对土壤水热盐分布特性及棉花生长的影响,探索新疆机采棉种植最适宜的滴灌带布置模式,该研究采用2 a田间小区试验,设置2种膜下滴灌机采棉种植模式(T1:一膜两管六行模式;T2:一膜三管六行模式),另设置传统种植模式(T3:一膜两管四行模式)作为对照处理。结果得出T1和T2模式下土壤的保温隔热效果均优于常规模式T3,地膜覆盖下土壤温度增温快、降温慢,表现出较好的保温效果,有利于棉花早期的出苗发育;棉花生长中后期,T2模式下0~60 cm土层土壤平均含水率显著高于T1和T3模式(P<0.05),其耕层中上部保水能力更优;在棉花生长中期,T2模式下棉花主根系层形成一个脱盐区;整体而言,棉花生长后期0~60 cm土层土壤平均盐分T2
2022, 38(Z):87-97. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.010
摘要:为明确内蒙古春玉米气候资源变化规律,量化气候变化对春玉米需水量和产量的影响,促进该区水资源优化配置和粮食安全保障,该研究基于内蒙古113个气象站点及统计作物系数值,利用五日滑动平均法,在80%保证率下分析了积温(≥10℃)及春玉米栽培模式(早熟、中早熟、中熟、中晚熟和晚熟)的空间变化,计算了春玉米生长季有效降雨量和作物需水量,采用逐步回归模型建立了气象因子和春玉米产量的关系。结果如下:1)1959—2018年内蒙古地区积温呈增加趋势,2009—2018年较1959—1968年积温增加了263℃,积温等值线发生明显偏移。不同熟型春玉米边界线北移东扩明显,中东部地区春玉米由不适宜种植区向早熟型和中熟型转变。2)1959—2018年春玉米生长期有效降雨量为114 mm,整体呈下降趋势。作物需水量为481 mm,整体呈显著增加趋势。作物需水量与有效降雨量和地下水补给量耦合度在0.02~0.40之间,整体呈下降趋势。3)气象因子中,温度呈上升趋势,其余因子整体呈下降趋势,逐步回归分析表明,降雨为影响该地区春玉米产量的主要因子。研究可为内蒙古地区春玉米空间布局及水资源高效利用提供依据。
2022, 38(Z):98-105. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.011
摘要:为了明确施肥和秸秆还田等措施对华北地区设施蔬菜土壤有机碳的影响,该研究以寿光设施蔬菜生产为对象,进行了连续11 a的长期定位试验,设置了对照(CK)、有机肥+秸秆还田(MS)、有机肥+优化氮肥(N1M)、有机肥+常规氮肥(N2M)、有机肥+优化氮肥+秸秆还田(N1MS)、有机肥+常规氮肥+秸秆还田(N2MS)6个处理,通过测定分析土壤有机碳含量、储量、有机物料碳转化效率、固碳速率等,探讨不同施肥和秸秆还田措施下土壤有机碳的变化规律。结果表明,施加有机肥+优化氮肥条件下,N1MS处理可以提高>30~60 cm土壤有机碳含量,比N1M处理显著提高了40.5%(P<0.05),而施加有机肥+常规氮肥条件下,施加秸秆的增碳效果不明显;N2M显著增加表层(0~30 cm)土壤有机碳含量(P<0.05),比N1M处理提升47.0%;在有机肥+秸秆还田条件下,0~30 cm土层土壤有机碳随着施氮量的增加而增加,增加量大小顺序为N2MS(106.5%)>N1MS(64.2%)>MS(39.9%);N2MS的土壤固碳速率在0~30和0~90 cm土层分别为1.85和3.74 t/(hm2?a)。因此,只考虑表层(0~30 cm)土壤固碳是远远不够的,应重视设施蔬菜等集约农业生产方式的深层土壤固碳。施用氮肥有利于提高有机物料转换为土壤有机碳的效率,且随着氮肥量的增加,有机物料的碳转化效率明显提高。设施蔬菜生产中,由于有机肥投入水平较高,秸秆还田转化为土壤有机碳的效率反而降低,秸秆还田和氮肥之间并未显现出对土壤有机碳的正交互作用,应进一步优化肥料和秸秆投入方式和水平,在维持蔬菜高产的前提下提高资源利用效率。
2022, 38(Z):106-113. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.012
摘要:为探明干湿循环频度与强度对花岗岩红壤孔隙分布的影响,该研究通过测定不同干湿循环条件下土壤水分特征曲线计算孔隙分布,并采用孔隙分形维数量化干湿循环效应对土壤孔隙结构变异的影响。结果表明:干湿循环对<0.2 μm、>3~15 μm和>57 μm三类当量孔隙产生了显著影响。孔隙结构的再分布主要集中于前4次干湿交替之中,其后干湿交替的影响效应随着频度的增加逐渐减小并趋于稳定。随着强度增强,非活性孔隙(<0.2 μm)和中孔隙(0.2~30 μm)逐渐发育成大孔隙(>30 μm)。同时,干湿循环强度对大孔隙(>30 μm)影响显著(P<0.05),贡献率达65.2%,而干湿循环频度对非活性孔隙(<0.2 μm)影响显著(P<0.05),贡献率达91.9%。此外,土样孔隙分形维数D经干湿循环后逐渐减小,且与强度呈负相关(R2=0.868),表明孔隙结构向大孔隙均质化方向发展。研究结果说明季节性降雨干旱引发的干湿循环效应主要影响大孔隙的生成,增强了土体的均质性和导水能力,加剧了岩土体失稳崩塌的风险。
2022, 38(Z):114-121. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.013
摘要:为探究侵蚀泥沙粒径分布及分选特征,更好地理解紫色土坡面泥沙分离、输移和沉积过程,该研究以西南地区典型紫色土为研究对象,通过室内放水冲刷试验,开展了不同流量条件下10°和15°坡面细沟侵蚀过程以及泥沙颗粒变化特征研究。结果表明:1)各坡面产流率、产沙率均随冲刷流量的增加而增大,当冲刷流量从4 L/min增加至8 L/min,坡面平均产流率增加了1.35~2.37、1.70~1.97倍,坡面平均产沙率增加了1.31~3.51、7.70~8.58倍,产沙率受坡度影响高于产流率。2)各坡面侵蚀泥沙中粉粒占比最高,介于47%~55%。黏粒的富集率(Enrichment Ratio,ER)<1,团聚率(Aggregation Ratio,AR)>1,表明该粒级的泥沙颗粒在侵蚀过程中发生了损耗,并以团聚体的形式迁移;粉粒的ER>1,AR≈1,表明该粒级的泥沙颗粒发生了富集,并且大部分颗粒以单粒方式被运移。各坡面黏粒与粉粒富集率随流量增加而增大,且在高流量下,细颗粒更易富集。3)体积分形维数变化范围为2.43~2.63。各坡面随着冲刷时间的持续,体积分形维数呈现降低的趋势,且分形维数与黏粒含量、粉粒含量呈极显著正相关关系(P<0.01),与砂粒含量呈极显著负相关关系(P<0.01)。该研究结果有助于阐明坡面侵蚀过程中泥沙粒径的变化规律,可为指纹因子的粒径选择及揭示紫色土坡面流失机理提供数据支撑和理论依据。
2022, 38(Z):122-130. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.014
摘要:生态沟渠是中国南方地区农业面源重要拦截磷污染的措施,受生态沟渠自身特征和环境因子影响,不同研究中生态沟渠对磷的去除效率差异较大。通过文献检索平台CNKI和Web of Science,收集研究磷在生态沟渠迁移转化过程的文献,经过筛选后,建立生态沟渠磷迁移数据库,共包含334项数据,通过统计分析系得到生态沟渠对总磷(Total Phosphorus,TP)的平均去除效率为47.16%。基于Mann-Whitney U检验和K-W检验方法,分析不同因素(植被类型、沟渠材质类型、强化措施、气候温度、水力停留时间)对生态沟渠TP去除效率的影响。研究结果表明:不同植被类型中,多种人工植被的生态沟渠去除效果最好,其TP平均去除效率为53.93%;不同沟渠材质中,边坡半衬砌的生态沟渠的TP平均去除效率为58.22%,效果最佳;不同强化措施类型中,基质类更有助于提高生态沟渠对TP的去除效果,其去除平均去除效率达到53.53%;不同气候温度区间中,温度在>25~35 ℃时生态沟渠对TP去除效率最高,平均值为57.18%;不同水力停留时间条件下,超过24 h时生态沟渠对TP的平均去除效率最佳,达到72.12%。该研究成果可为中国南方生态沟渠磷拦截效应评估、沟渠设计提供技术支撑。
2022, 38(Z):131-141. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.015
摘要:针对三七收获过程中根土分离率低、根茎损伤率高等问题,该研究深入分析土壤与三七黏附特性,明确影响根土黏附参数间的制约关系,建立考虑土壤粒径、含水率、孔隙率、三七根茎表面粗糙度因子及根土接触面积的黏附力数学模型,实现了种植土壤与三七根茎黏附力量化求解。通过三七种植区土壤粒径、含水率与孔隙率之间的土力学分析,确定了三七收获时三七种植土壤平均粒径为0.058 mm,平均含水率为20.95%,以及土壤孔隙率可由平均含水率线性表征;对三七根茎表面进行光学全矢量可视化处理,实现了三七根茎表面粗糙度因子、表观表面积与比表面积求解与耦合,试验结果得出三七根茎表面平均粗糙度因子为4.14,在纳米尺度上表面粗糙度显著,三七根茎比表面积为粗糙度因子与表观表面积构成的二元二次函数,且含水率一定时,三七根土壤黏附力与三七根茎表面粗糙度因子、三七根茎表观表面积均成正比。在此基础上开展三七根土黏附力测定试验并进行试验验证,结果表明:构建的数学模型计算值与试验值相对误差为5.65%,模型准确可靠,为研究三七收获机械分离装置提供科学的理论依据。
孙勋来,陈家宁,孙怀卫,阳 勇,宋 亮,邹朝望,廖卫红,陈皓锐
2022, 38(Z):142-151. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.016
摘要:为高效准确地开展区域干旱监测,该研究基于最大熵增原理构建了一种基于实际蒸散发的干旱监测指标(标准化降水实际蒸散指数,Standardized Precipitation Actual Evapotranspiration Index,SPAEI),以河南、湖北、湖南为研究对象对SPAEI进行了适用性验证,并采用该指标对华中地区进行了干旱变化趋势和周期性分析。研究结果表明:1)由最大熵增蒸散模型计算所得的SPAEI指数对华中地区的干旱评估具有较好的适用性;其中,SPAEI相比于SPEI-Th与SPEI-PM(分别由Thornthwaite和Penman-Monteith方法获得)更符合历史旱灾中的实际干旱面积(SPAEI3,即3个月时间尺度SPAEI)与受灾面积相关系数为0.56~0.65)、植被健康状态等特征,也具有更高的历史旱灾识别率。2)对华中地区干旱指标的趋势分析表明,鄂西南恩施地区、湘南衡阳郴州地区的春/冬季、鄂西北和湘西邵阳地区的夏季、鄂西北部分地区的冬季呈现干旱加重的趋势。3)华中地区存在16个月左右的干旱主周期、6~8个月的短周期以及6 a左右的长周期。研究提出的SPAEI确定方法预计可为区域干旱监测提供参考,对农业、气象等方面的监测、预警具有广泛应用潜力。
2022, 38(Z):152-160. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.017
摘要:在作为中国“一带一路”倡议的先试区和重点区的中巴经济走廊,极端降水事件是导致洪涝灾害频发的主要原因,因此有必要开展极端降水事件研究,促进其有效风险管理,进而推动中国“一带一路”战略的顺利开展。该研究利用中巴经济走廊0.25°×0.25°的逐日降水数据集从强度、面积、持续时间3个方面进行极端降水事件的识别,通过强度-面积-持续时间(Intensity-Area-Duration,IAD)包络线分析三维特征的相关关系,分析中巴经济走廊多年以来极端降水的变化趋势。结果表明:1)1961—2013年间,中巴经济走廊年降水量呈现波动上升趋势;2)根据极端降水三维特征利用 IAD 聚类模型识别历史时期极端降水事件,发现2—4 月、7—8 月的旱雨季是极端降水事件的高发期,一年内极端降水事件频次出现明显的双峰值现象。同时极端降水事件逐年呈现波动增加趋势,但是增加趋势不显著;3)持续 1 d 极端降水事件单次影响面积呈现明显的上升趋势,其余事件处在波动状态,趋势不明显,极端事件影响的范围随时间推移在进一步扩大;4)随着时间的推移,持续 1 d 极端降水事件相对强度有明显的增加趋势,持续 3 d 事件也在增加但不明显,持续 5 d 和7 d 事件无显著趋势,呈波动变化,总体上极端降水事件强度增加。
2022, 38(Z):161-169. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.018
摘要:针对常态养殖下视频图像中常见的遮挡问题,该研究借鉴深度学习技术中的实例分割和关键点检测算法,提出了基于深度学习的妊娠母猪体质量智能测定模型(Intelligent Mass Measurement Model for Gestating Sows, IMMM-GS)。该模型包括基于Mask R-CNN的猪只实例分割算法、基于Keypoint R-CNN的猪只关键点检测算法和基于改进的ResNet网络的猪只质量估测算法3个主要算法,用以处理常态环境下围栏、食槽、排泄物等影响猪体质量估测的典型遮挡问题。试验使用48头妊娠母猪6个月的常态视频图像和猪体质量数据进行数据集构建和试验分析,模型在测试集上的均方根误差为3.01 kg,相较于以ConvNeXt和ResNet为骨干网络的模型分别降低2.14和7.86 kg,模型精度得到较大提升。此外,该模型还对10头妊娠母猪进行了3个月的猪体质量跟踪监测验证,在图像大小为2 688×1 520的情况下,每幅图像的平均估算速度为0.684 s,估测质量与真实质量的均方根误差平均值为3.24 kg,计算速度与精度基本满足实时运算需求。IMMM-GS模型能够利用常态视频长时间实时评估母猪妊娠期的质量增长规律、妊娠母猪发育状况、估测预产期和产仔数等繁殖性能提供了数据支持,具有广阔的应用前景。
2022, 38(Z):170-175. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.019
摘要:高原鼠兔目标检测是统计高原鼠兔种群数量和研究其种群动态变化的基础。基于深度卷积神经网络的目标检测模型在训练数据缺乏时会导致模型的检测性能下降,甚至出现过拟合现象。基于GAN(Generative Adversarial Network)的数据增强方法可以生成与原始数据集同分布的目标图像,能够有效解决训练数据缺乏的问题。然而GAN生成的目标图像与背景图像相融合时采用逐像素相加或直接像素替换生成新图像的方法会造成融合图像边界突出,且当被融和的目标图像和背景图像的颜色差异较大时,会产生融合图像的目标颜色与实际场景不符的问题。针对以上问题,该研究提出了一种基于多尺度梯度生成对抗网络MSG-GAN(Multi-Scale Gradients for Generative Adversarial Networks)的自适应图像融合数据增强方法。首先将训练样本中的目标图像提取出来,用于训练多尺度梯度生成对抗网络MSG-GAN,使其能够生成新的目标图像;其次,采用颜色直方图自适应地选择颜色相近的目标图像和背景图像;然后,采用泊松融合方法对自适应选择的目标图像和背景图像进行融合得到新图像,从而使得融合图像的目标边界更为平滑,减小融合图像中目标与背景之间的颜色差异;最后,将融合图像加入到原始训练集得到增强训练集,对目标检测模型进行训练。对自然场景下的高原鼠兔目标检测的试验结果表明:该研究所提出的数据增强方法训练的目标检测模型的平均精度为89.3%,高于未数据增强方法 (86.5%)、Cutout 方法(87.2%)、Random Erasing 方法(87.9%)、Kisantal方法(87.0%)和Maeda方法(87.9%)增强数据集训练的目标检测模型的平均精度,能有效提高目标检测模型对高原鼠兔的检测性能。
2022, 38(Z):176-183. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.020
摘要:准确识别农作物病害并及时防护是保障农作物产量的重要措施。针对传统农作物病害识别模型体积大、准确率不高的问题,该研究提出一种基于注意力机制和多尺度特征融合的轻量型神经网络模型(Lightweight Multi-scale Attention Convolutional Neural Networks,LMA-CNNs)。首先,为减少参数量,使模型轻量化,网络主体结构采用深度可分离卷积;其次,在深度可分离卷积基础上设计出残差注意力模块和多尺度特征融合模块;同时引入Leaky ReLU激活函数增强负值特征的提取。残差注意力模块通过嵌入通道和空间注意力机制,增强有用特征信息的权重并减弱噪声等干扰信息的权重,残差连接能够有效防止网络退化。多尺度特征融合模块利用其不同尺度的卷积核提取多种尺度的病害特征,提高特征的丰富度。试验结果表明,LMA-CNNs模型在59类公开农作物病害图像测试集上的准确率为88.08%,参数量仅为0.14×107,优于ResNet34、ResNeXt、ShuffleNetV2等经典神经网络模型。通过比较不同研究者在同一数据集下所设计的网络模型,进一步验证LMA-CNNs模型不仅拥有更高的识别精度,还具有更少的参数。该研究提出的LMA-CNNs模型较好地平衡模型复杂程度和识别准确率,为移动端农作物病害检测提供参考。
2022, 38(Z):184-192. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.021
摘要:商用玻璃pH电极应用于农业监测中存在探头易碎、接入阻抗大、易极化等问题,该研究利用喷墨打印技术制备了基于单壁碳纳米管介导质子酸掺杂聚苯胺柔性pH传感芯片,通过交流阻抗谱法比较分析了柔性芯片与商用电极在接入阻抗及电荷转移上的优势,系统测试了柔性pH芯片在灵敏度、响应时间、稳定性、重复性、抗干扰性、弯折影响等性能参数,验证了其在无土栽培生菜营养液pH值动态监测中的应用可行性。试验结果表明:柔性pH传感芯片电荷转移阻抗约为230.8 Ω,商用pH传感器达到9 879 Ω,两参数相差40倍以上,柔性pH传感器在频率全谱段皆表现出更为优越的仪器仪表阻抗匹配性能。在pH值2~10范围内,柔性pH传感芯片的灵敏度为–61.9 mV/pH,响应时间约为15 s,12 h内最大漂移不超过5.44 mV,重复性、抗干扰性指标理想,0°~120°弯折影响可忽略,温度变化40 ℃,柔性传感芯片所测pH值随温度漂移小于0.23,寿命达到14 d。连续10 d的水培生菜pH在线监测中,柔性芯片与商用电极一致性表现出良好,最大误差为0.12,可快速准确监测营养液pH值变化,具有良好农业应用前景。
2022, 38(Z):193-200. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.022
摘要:针对传统的香蕉吸芽形态参数手工测量方法效率低下、人为主观性强等问题,提出了基于三维点云的田间香蕉吸芽形态参数信息提取方法,并针对吸芽茎秆直径小,普通测量算法误差大的问题,使用曲面平滑和圆柱拟合算法提高了茎粗测量精度和准确性。使用Kinect V2、PMD CamBoard pico flexx、ZED双目视觉相机和Velodyne 16线激光雷达 4种深度传感器采集不同尺寸的香蕉吸芽点云,对比了不同深度传感器对于香蕉吸芽点云采集的效果和提取表型参数的精度。基于点云库开发了香蕉点云处理和表型参数提取算法,对从两侧获取的香蕉点云进行配准,提取了香蕉吸芽的株高、茎粗和叶面积参数。Kinect V2取得了最优的点云重建效果和表型参数获取精度,与人工测量值相比,测得株高、茎粗和叶面积的平均绝对百分比误差分别为4.79%、9.20%、16.59%,均方根误差分别为5.46 cm、4.44 mm、197.8 cm2,决定系数分别为0.96、0.87、0.92。研究表明,Kinect V2和该文的形态参数提取方法适用于香蕉吸芽的形态参数获取,可以为果园管理提供一种快速、准确的香蕉吸芽株高、茎粗和叶面积形态参数测量方案。
2022, 38(Z):201-208. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.023
摘要:犊牛是养殖场可持续发展的关键,为提高犊牛产活率和成活率,进而提升养殖场的管理效率和生产效益,提出一种无接触式自动化监测母牛产犊行为的方法。母牛产犊前起卧频率会加快,采用YOLOv5模型检测牛的站立和躺卧行为,然后构建跟踪算法对母牛持续跟踪,获取其起卧行为及时间点并记录于数据库中,经过K折交叉验证对6种模型进行试验对比,最终选用支持向量机模型通过起卧频率预测其是否即将产犊,其平均精确率、平均召回率、准确率和Macro-F1值分别达到了98.28%、95.45%、97.44%和96.74%。该方法实现了起卧频率异常检测,为牛产犊自动预警提供技术支持,降低牛产犊监测成本。
2022, 38(Z):209-217. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.024
摘要:产后母猪行为监测是智慧养殖的重要研究方向。该研究基于可穿戴设备对母猪产后行为进行识别。可穿戴设备内置9轴姿态传感器(包括加速度计、陀螺仪和磁力计)分别固定在母猪的耳部和后腿,采集体动、饮水、进食、哺乳、熟睡和静卧6种典型产后行为数据。根据实际应用场景中的硬件和网络条件,采用适用于低功耗可穿戴设备数据流的时域特征提取方法和随机森林算法构建母猪产后行为识别模型。行为识别试验结果显示,部署在后腿的传感器能够更好地识别母猪的产后行为,基于随机森林算法的母猪行为识别模型的平均准确率为96.16%。与基于逻辑回归、朴素贝叶斯、支持向量机、决策树、全连接神经网络和卷积神经网络6种行为识别模型的对比试验结果显示,基于随机森林的母猪行为识别模型的准确率明显提高。研究结果可为母猪产后行为监控和健康评估提供参考。
2022, 38(Z):218-225. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.025
摘要:为得到一种可行的日光温室夜间逐时气温预测方法,从而提高主动集放热系统的适应力,该研究尝试从中国天气网发布的天气预报中获取试验地点72 h天气状况、室外气温等气象信息,同时将爬取筛选的天气状况简分为晴天、多云天以及阴天三类,并基于多元线性回归、支持向量机回归和随机森林回归方法,选取2020年11月-2021年2月中晴天、多云天和阴天各25 d的数据作为训练集,选取训练集外的三种天气各10 d的数据作为测试集,分别构建了三种天气状况下温室内夜间逐时气温预测模型。该研究使用均方误差(MSE)和决定系数(R2)对各类模型预测精度进行评价:晴天和多云天时,随机森林回归模型预测精度最高,MSE、R2分别达到了0.37、0.94和0.05、0.98,而阴天时支持向量机回归模型预测精度最高,MSE、R2分别达到了0.40、0.87;根据不同的天气状况选用精度最高的回归模型进行气温预测,经验证预测气温和实测气温的变化曲线拟合度较高,单因素方差分析显示两者间无显著差异(P>0.05),在晴天、多云天和阴天MSE分别为0.19、0.19和0.15,R2分别达到了0.98、0.95和0.90,平均绝对误差依次为0.1、0.3和0.3℃。因此,该研究所构建的基于天气预报的日光温室夜间逐时气温预测模型预测精度较高,可以为主动集放热系统放热策略的制定提供指导。
2022, 38(Z):226-231. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.026
摘要:为提高草莓原种苗繁育效率和种苗整齐度,设计了一种草莓原种苗高效扦插育苗工艺,通过构建原种苗繁育过程的数学模型,预测了可控环境下草莓原种苗的周年繁育量。通过预测母株和原种苗数量的动态变化,可以为草莓原种苗工厂化育苗的生产管理决策提供参考。模拟结果表明,在20 m2育苗面积内,由1株草莓原原种苗繁育一年可以累计收获12 697株茎粗10 mm且具有6片叶的优质原种苗,单位育苗面积原种苗繁育量达635株/m2,是露地育苗的10倍以上。在4~5层立体育苗方式下,单位占地面积原种苗繁育量是现有高架育苗方式的7~13倍。草莓原原种苗数量、母株的匍匐茎数量、匍匐茎萌发时间间隔、子苗扦插培养时间等因素对草莓原种苗繁育量均具有较大影响,建议在工厂化育苗生产时对其进行优化。
张志伟,秦晓波,樊建凌,魏显虎,万运帆,王金明,廖育林,鲁艳红
2022, 38(Z):232-239. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.027
摘要:减排技术适用性评估的缺失,限制了区域水稻生产精准减碳政策的制定和中国双碳战略相关体系的完善。该研究通过对湖南水稻生产现状分析和干湿交替灌溉甲烷(CH4)减排技术区域适用性评估,力求为湖南水稻主产区提供精准的丰产减排水分管理措施。收集2016—2019年湖南水稻生产数据及各地市多年(1960—2017年)气象数据,利用基于稻田水分平衡模型的干湿交替灌溉技术适用性评估方法并结合地理信息系统工具,评估了该方法在湖南稻区的适用性及其加权CH4减排潜力。结果表明:2016—2019年湖南水稻播种面积略有下降,其中早、晚稻播种面积且单季稻播种面积逐年增加;而水稻单产稳步增加,单季稻4 a内年均单产为7 259 kg/hm2,比双季早、晚稻分别高21.68%、13.19%。在湖南省地市和县区两级层面上,干湿交替灌溉适用性均具有显著的时间和空间差异,市、县两级层面上,相比早稻和中稻,晚稻更适宜实施干湿交替灌溉。针对水稻生育期,早稻季生长后期干湿交替灌溉适宜性较高,单季稻生长中、后期适宜性更好,而晚稻除分蘖期,其余生育期均适合执行干湿交替灌溉技术。干湿交替灌溉技术在湖南稻区有较大的减排潜力(51.16%),考虑适用性情景的干湿交替灌溉(Alternate Wetting and Drying,AWD)加权减排量达49.36万t,占全国稻田CH4排放的5.54%。在确保稻谷供应的基础上,因时因地制宜的实施动态的干湿交替灌溉精准调控技术,是湖南水稻生产低碳转型高质量发展的关键举措。
2022, 38(Z):240-249. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.028
摘要:集约化养猪生产是氨气和二氧化碳排放的重要来源。为探究中国新建大规模猪场具有代表性的妊娠猪舍气体排放规律,选取寒冷气候区平层与楼房养殖模式下2个典型机械通风妊娠猪舍进行试验,猪舍清粪方式分别为尿泡粪和刮粪板清粪,在冬夏季节测算NH3和CO2排放规律。研究结果表明,平层猪舍冬季和夏季NH3日均排放量分别为(17.4±5.3)和(65.8±4.8)mg/kg,楼房猪舍夏季排风过滤器前后NH3日均排放量分别为(150.9±8.6)和(84.6±6.8)mg/kg;平层猪舍冬季和夏季CO2日均排放量分别为(8.9±0.8)和(18.1±3.1)g/kg,楼房猪舍夏季排风过滤器前后分别为(11.7±1.8)和(15.7±1.9)g/kg;平层猪舍夏季NH3和CO2排放量均高于冬季。平层“尿泡粪”猪舍NH3日均排放量在1个排污周期内呈现波动性变化;楼房“刮粪板清粪”猪舍NH3日均排放量表现为日周期波动性且呈双驼峰趋势,峰值区间与每日清粪时间一致。平层猪舍和楼房猪舍冬夏季CO2排放率均呈现日变化规律,峰值区间与猪只饲喂时间相符,排放率与猪只活动量和日龄正向相关。该研究为寒冷气候区规模化平层和楼房养殖典型妊娠猪舍的NH3和CO2排放规律提供了基础数据支撑。
龙沈飞,王汐琳,吴竞,张校军,贺腾飞,王美芝,马一畅,阳林芳,武振龙,陈昭辉
2022, 38(Z):250-256. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.029
摘要:为探究定量机械通风对华南地区哺乳猪舍环境和母猪繁殖性能的影响,该研究实测并比较了该地区冬季自然通风和定量机械通风2种模式对两广小花猪哺乳猪舍的环境温度、湿度、二氧化碳、氨气浓度和母猪繁殖性能、呼吸频率、直肠温度等指标的影响。结果表明,在夜晚期间,自然通风哺乳舍的二氧化碳和氨气浓度分别为(817.16±25.28)和(7.88±0.34)mg/m3,均显著高于定量机械通风哺乳舍的(645.71±9.49)和(5.59±0.14)mg/m3(P<0.01);自然通风哺乳舍的全天二氧化碳和氨气浓度分别为(707.34±20.42)和(6.63±0.27)mg/m3,均显著高于定量机械通风哺乳舍的(583.25±10.06)和(4.81±0.13)mg/m3(P<0.01)。定量机械通风模式下的出生活仔猪数为(12.50±0.55)头,与自然通风模式的(11.13±0.66)头相比具有升高的趋势(P=0.08);定量机械通风模式的仔猪平均日增质量为(146±40)g,与自然通风模式的(133±70)g相比也具有增加的趋势(P=0.09)。然而,与定量机械通风相比,自然通风模式下的母猪平均日体质量损失(P=0.06)和平均日背膘损失(P=0.08)均有降低的趋势。此外,在哺乳第21天,自然通风模式的母猪呼吸频率为(69.50±3.85)次/min,显著高于定量机械通风模式的(57.29±1.54)次/min(P<0.05)。综上,定量机械通风模式可对冬季华南地区两广小花猪哺乳母猪舍内空气质量有明显改善,提高母猪繁殖性能。
高振军,李斯亮,司长青,丁小明,Nyam-Osor Batkhuu,李浩
2022, 38(Z):257-264. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.030
摘要:针对大型玻璃连栋温室(Venlo温室)在夏季湿帘-风机联合机械降温过程中出现的温度垂直梯度大、降温不充分、冷量浪费的问题,该研究设计并优化了不同湿帘和风机的安装高度(即设备距离地面的最低高度),分析其对温室降温效果的影响。采用试验和仿真相结合方法,通过与试验温室对比验证仿真模型准确性,并以仿真的方式设计不同的安装高度方案。结果表明,在3.2 m安装高度内,当湿帘安装高度为0.8 m,风机安装高度为3.2 m时降温效果最明显,温室平均温度降低了2.1℃;湿帘安装高度为3.2 m,风机安装高度为3.2 m时温度垂直梯度最小,温室平均温度的垂直梯度降低了5.8℃。湿帘和风机安装高度的变化对Venlo温室的综合降温效果影响较大,适当的降低湿帘安装高度和提高风机安装高度,可以加强温室流场换热过程,进一步强化温室湿冷空气流场的流动均匀性。该研究为温室湿帘和风机降温系统设计提供了进一步优化的理论依据。
2022, 38(Z):265-272. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.031
摘要:中国秸秆资源丰富,通过生物质气化技术对秸秆进行能源化高值利用,对中国实现“碳中和”和“碳达峰”有重要意义。该文选取玉米秸秆为原料,采用自制的小型固定床气化炉装置,开展玉米秸秆气化多联产试验,研究了当量比和气化温度对玉米秸秆气化性能的影响,并且对气化产生的气体、固体和液体产物的特性进行了分析。结果表明,随着气化温度的升高和当量比的增加,可燃气的质量产率逐渐增加,而生物质炭的质量产率逐渐下降。较高的气化温度和较低的当量比有利于提升可燃气的热值,当气化温度为900?C,当量比为0.05时,可燃气中可燃气体组分含量最高,H2、CO、CH4和CnHm含量分别为22.00%、25.91%、13.59%和1.12%(以体积分数计,下同),最高热值为11.26 MJ/Nm3。随着气化温度的升高和当量比的增加,生物质炭中的C元素、H元素、挥发分含量大幅下降,而灰分含量大幅上升。随着气化温度的升高,液体产物中酚类、醇类、酸类和醛类物质含量下降,而芳烃类和酯类物质含量大幅增加;随着当量比的增加,液体产物中芳烃类和酚类物质含量下降,酯类物质含量大幅增加。基于小试规模的玉米秸秆气化多联产试验研究,可为大规模的玉米秸秆气化项目设计和投产提供参考依据。
2022, 38(Z):273-282. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.032
摘要:为探讨PBAT/PLA全生物降解地膜在新疆棉花上的应用效果,以PE地膜为对照,在新疆石河子垦区开展PBAT/PLA全生物降解地膜应用试验,系统分析了PBAT/PLA地膜的降解性能及其对土壤温湿度、棉花长势和产量的影响。结果表明:PBAT/PLA地膜降解较快,在覆膜43 d即进入诱导期;红外、X射线衍射、扫描电镜等测试也表征出PBAT/PLA地膜田间降解后分子链、晶体结构和微观形貌等发生的一系列变化;在棉花生育前期,PBAT/PLA地膜膜面保持完整,增温保墒效果良好,两组出苗率一致;但随着PBAT/PLA地膜逐渐裂解,其应用效果开始下降,棉花进入盛蕾期后,PBAT/PLA地膜覆盖下土壤温度和含水率比PE地膜覆盖分别低0.30~1.15℃和2.31~3.46个百分点,最终导致PBAT/PLA地膜组的株高和茎粗较PE地膜组分别降低22.08%和12.82%,籽棉减产20.24%。因此,PBAT/PLA全生物降解地膜还需从材料分子链结构层面进行配方改良、推迟降解诱导期、提高棉田覆盖应用潜力,使其能更好在新疆棉花生产中进行试用推广。
常远,陈睿,詹亚斌,刘勇迪,张利萍,李若琪,许艇,魏雨泉,李季
2022, 38(Z):283-291. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.033
摘要:为有效控制餐厨废弃物生物干化过程中H2S排放并保留干化产物中的硫素营养,该研究通过优化通风模式及速率,探究不同通风方式(连续通风(CAR)和间歇通风(AR))和不同通风速率(0.25、0.50、0.75 L/(min·kg))对餐厨废弃物辅热生物干化中硫素转化的影响。结果表明:生物干化结束时,AR0.5(间歇通风方式,通风速率为0.50 L/(min·kg))处理的有效积温指数(606.60℃)和种子发芽指数(100.00%)最高,含水率最低(38.05%),有利于堆体升温脱水和腐熟。相关性分析表示H2S累积排放量和水溶态硫呈显著正相关(P<0.01)与盐酸可溶态硫呈显著负相关(P<0.01);AR0.25和AR0.5处理的盐酸可溶性硫下降最多,分别为83.93%、79.23%,同时水溶态硫增加量分别为337.06、585.36 mg/kg,由此可知,连续通风速率为0.25、0.50 L/(min·kg)有利于堆体盐酸可溶性硫活化和水溶态硫积累,但H2S累计排放量也最高,分别达到123.60、103.00 mg/kg。H2S累计排放量随着通风速率增大而减小,连续通风处理的H2S累积排放量要低于间歇通风处理。当通风速率小于0.50 L/(min·kg),总硫损失随通风速率增大而增大;大于0.50 L/(min·kg)时,总硫损失随通风速率增大而减小;同时CAR0.75处理的总硫损失比AR0.75低3.46%。因此,综合评价连续通风速率为0.75 L/(min·kg)有利于生物干化过程减排保硫。
2022, 38(Z):292-300. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.034
摘要:鱼菜共生利用水产养殖废水为植物提供营养,由一种氮源(饲料)生产两种农产品(鱼和蔬菜),具有节水节能、环境友好的优点,是一种极具可持续发展潜力的现代化农业技术。该研究从鱼菜共生系统的运行工艺条件、系统设计和生物制剂3个方面对系统氮、磷利用效率的研究现状展开论述。总结了鱼菜共生系统运行工艺条件优化效果及原理,包括pH值、溶解氧、水力负荷的调节,喂食频率和投喂策略的改善,植物挑选及精确种养比例等;分析了鱼菜共生系统设计包括不同种植模式和耦合模式对提高系统氮、磷利用效率的优越性和局限性;概述了鱼菜共生系统中生物制剂的应用前景,包括水质改良调节剂和饲料添加剂等对系统氮、磷利用效率的影响;提出了为优化鱼菜共生系统,进一步提高系统对氮、磷营养物质的利用率,应加强不同条件对鱼菜共生系统氮、磷元素转化规律影响研究的建议,为微生物制剂在生产实践中科学、合理、高效地使用提供参考和理论依据。
2022, 38(Z):301-309. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.035
摘要:乡村治理是国家治理的基石,开展乡村治理现代化战略研究对于明晰中国乡村治理现代化中长期战略部署方向、助力国家治理体系与治理能力现代化具有重要意义。该文立足工程科技创新视角,剖析了乡村治理面临的主要困境及其对工程科技创新的战略需求,详细分析了工程科技赋能中国乡村治理现代化的中长期战略构想、战略路径与政策建议。结果表明,1)现阶段中国乡村治理面临着治理过程碎片化、治理主体不协同、治理方式不科学、治理成本较高昂、治理效率不均衡等问题。2)随着中国进入新的发展阶段,中国乡村治理工程科技取得积极进展,亟需积极发挥工程科技在夯实乡村治理物质基础、提升乡村治理综合效能、精准对接多元主体需求方面的作用,从工程科技战略层面谋划乡村治理现代化的新路子。3)面向2050年,在乡土中国向城镇中国、传统社会向信息社会、全面小康向共同富裕转变进程中,建议聚焦乡村公共服务、公共管理、公共安全、环境治理等乡村治理重要领域和关键环节,推动工程科技与乡村治理深度融合,积极构建起“政策环境支撑、现代科技支撑、工程项目支撑、高素质人才支撑”的乡村治理现代化支撑体系,助力实现党建引领下的乡村自治、德治、法治与智治相融合的现代化治理目标,支撑乡村振兴与共同富裕的实现。4)建议从顶层设计、科技立项、企业经营、农民参与、工程试点、人才支撑等方面推动乡村治理工程科技的落地转化。
王崑仑,管立军,高扬,任传英,严松,李家磊,季妮娜,李波,周野
2022, 38(Z):310-320. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.036
摘要:为解决糙米口感差,食用不便等问题,以粳稻糙米和早籼米为原料,采用双螺杆挤压和高温干燥制备糙米速食米粥。在单因素试验基础上,通过Plackett-Burman设计对影响速食米粥的感官评分和复水时间的7个因素进行筛选,确定4个显著因素(淀粉直/支比、复合改良剂用量、物料含水率和干燥温度)。再采用响应面Box-Behnken设计进一步优化4个显著因素,得到优化制备工艺条件为淀粉直/支比 0.26,复合改良剂用量0.65%,物料含水率35.4%,干燥温度 165℃。此工艺条件下,糙米速食米粥感官评分为94分,复水时间为5.3 min。并通过差示扫描量热分析法和扫描电镜对糙米速食米粥的结构表征进行分析,结果表明复合改良剂和淀粉直/支比调配可以提高糊化温度和降低焓变值,使淀粉变得更稳定,更易被糊化;添加复合改良剂和高温干燥能促进粥体孔洞形成,提高其吸水能力,缩短米粥的复水时间。
2022, 38(Z):321-330. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.037
摘要:咸干花生是中国最受欢迎的休闲食品之一,不同花生品种之间原料特性差异较大,对咸干花生的加工品质有不同程度的影响。为获得适于加工咸干花生的花生品种,试验选取14个花生品种,对原料特性及制备的咸干花生理化品质和感官品质等进行测定。结果表明:不同品种花生的原料特性存在差异,其中总糖含量差异最大(变异系数为38.54%),该值最高的品种为安化小籽(6.54%)。不同品种的咸干花生中,咀嚼性差异最大(变异系数为分别为47.03%),该值最低的品种为HY23(24.75)。相关性分析表明:原料的百果质量和百仁质量与咸干花生的过氧化值呈极显著正相关 (P<0.01),百仁质量与咸干花生的感官评分呈极显著负相关(P<0.01);原料脂肪含量与咸干花生色差的b*值之间有极显著正相关性(P<0.01);原料中的蛋白质含量与咸干花生的感官评分存在显著正相关性(P<0.05);原料的灰分与咸干花生的硬度有显著正相关性(P<0.05)。主成分分析和聚类分析表明:14个品种花生中适宜加工咸干花生的为蓝山红籽,其次是DL123和四粒红。研究结果可为咸干花生加工品种的选择提供参考和借鉴。
2022, 38(Z):331-338. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.z.038
摘要:论文采用热风辅助射频干燥和间歇缓苏技术进行了稻谷产后处理。研究了极板间距(100、110、120 mm)、物料温度(50、55、60°C)、风速(0.5、1.5、2.5 m/s)等参数对稻米品质(整精米产量、破碎率、垩白度、长宽比、不良粒率、脂肪酸值和新鲜度)的影响,获得了最优干燥工艺条件为:极板间距110 mm、物料温度60°C、风速2.5 m/s。研究表明,与热风干燥相比,射频加热提高整精米产量、新鲜度,降低破碎率分别高达16.21%、36.48%和26.45%。热风辅助射频干燥和热风干燥样品的黄度、长宽比和脂肪酸值差异不显著(P > 0.05),而前者的垩白度略高于后者。研究结果对于工业规模上应用热风辅助射频干燥技术改善稻米品质具有重要的指导意义。