摘要:针对农机无人化作业需求，该研究基于DF2204无级变速拖拉机和机器人操作系统（Robot Operating System，ROS），研发了一种适于田间作业的农机无人驾驶自主作业系统。系统由控制、规划、安全和总线通信等模块组成。对DF2204无级变速拖拉机进行硬件改造与集成，设计满足农机无人驾驶要求的控制器局域网（Controller Area Network，CAN）总线协议和ROS与CAN总线通信的消息结构，包括5类控制帧和2类状态帧；设计了基于比例-积分-微分（Proportion Integration Differentiation，PID）控制器的横向跟踪与纵向速度控制算法。在北京密云试验田开展田间小麦播种实际作业试验。试验结果表明，消息结构满足50 Hz通信负载，横向跟踪平均绝对误差为2.96 cm，纵向速度平均绝对误差0.68 m/s。研究结果可为无级变速拖拉机的无人化升级改造提供参考，提高农机智能化水平和作业效率。

摘要:针对长江中下游稻麦轮作区的稻茬地根茬量大韧性强、土壤黏度高不宜粉碎等问题，该研究基于仿真试验研制双轴破茬免耕装置。通过EDEM软件建立破茬开沟装置-秸秆-土壤离散元模型，采用正交试验得到破茬开沟装置的刀型、排列方式以及刀具数量，基于EDEM-ADAMS联合仿真，采用单因素试验、正交试验、二次回归正交旋转试验和响应曲面法对甩刀、粉碎装置以及双轴破茬免耕装置进行动力学分析，得到甩刀具参数、旋耕刀轴和粉碎刀轴转速以及双轴轴心水平与垂直高度，得到机具最佳参数：破茬装置选用30把旋耕刀采用双螺旋排列，刀轴转速为286 r/min；粉碎装置选用L型（32把）和直刀（8把）采用双螺旋排列，刀轴转速为605 r/min；双轴水平距离548 mm、垂直高度168 mm。根据优化参数试制样机并进行田间性能测试。田间试验结果表明，秸秆和稻茬以0.93 kg/m2全量覆盖时，双轴破茬免耕装置对水稻秸秆、根茬的平均切断率以及切茬率分别为95.09%和95.16%，机具通过性良好，田间平均出苗率为95.29%，符合当地农艺要求，适用于秸秆覆盖量大的作业情况。所设计的双轴破茬免耕装置满足长江中下游稻麦轮作区小麦免耕播种作业要求，可为双轴旋转型耕作装置以及根茬不易粉碎、土壤黏度高条件下的免耕播种提供参考。

摘要:针对液压机械无级变速器在换段过程中的动力中断和换段冲击问题，该研究以三段式液压机械无级变速器第二段切换第三段为例，通过建立动力学模型分析理论换段点下两段位的液压路功率方向变化规律，提出基于液压路功率方向的两阶段换段离合器转矩交接方法，并使用分段函数对两阶段离合器转矩交接轨迹进行优化，通过仿真对转矩交接方法正确性进行了验证。为了实现转矩的跟踪控制，基于终端滑模控制的方法设计了离合器控制器，通过对油压的跟踪控制实现转矩的跟踪控制，通过试验验证了控制器有效性。仿真和试验结果表明：在负载换段过程中，所提换段离合器转矩交接方法能够实现动力的平稳过渡，终端滑模控制器能够实现离合器油压的跟踪控制，从而实现转矩控制。在输入轴转速1 000 r/min，负载700 N·m工况下，使用终端滑模控制器控制两换段离合器进行换段，输出轴转速的波动范围为-20.6～7.4 r/min，输出轴转矩波动范围为-117.4～107.9 N·m，换段过程中最大冲击度为-6.16 m/s3，换段离合器的最大滑摩功为508.45 J，换段过程中无动力中断。该研究可为液压机械段变速器的换段控制提供参考。

摘要:精准描述无级变速系统特性是拖拉机动力装置设计和控制策略制定的前提，是节能减排和动力提高的关键。为解决拖拉机常用无级变速系统特性随工况变化而导致原理论模型精度受限问题，该研究对受工况影响最为显著的液压传动系统的调速和效率特性进行研究。采用台架试验获取液压传动系统特性的样本数据，基于偏最小二乘法对比不同工况对调速和效率特性的影响，结合原理论模型和改进的模拟退火算法，提出液压传动系统特性的模型修正及其参数辨识方法，并分别建立调速特性和效率特性的改进半经验模型。结果表明，输入转速和输出端负载转矩对调速特性的影响程度分别为0.36和0.92；输入转速、输出端负载转矩和排量比对效率特性的影响程度分别为0.05、0.71和0.26；修正后模型参数较少，辨识容易，且精度高，估测值与实际值基本吻合（2参数调速特性半经验模型的决定系数R2为0.97、平均绝对百分比误差为7.93%，5参数效率特性半经验模型的决定系数R2为0.93、平均绝对百分比误差为2.50%）。研究以期为拖拉机等农业机械的动力传动装置的特性分析与评估、优化设计和控制策略制定提供依据和参考。

摘要:为了提高复杂泵站系统水力瞬变数值模拟的高效性和稳定性，该研究基于泵站系统水力瞬变问题，建立有限体积法Godunov格式的数学模型，对简单管道系统和复杂泵站系统进行模拟研究。与常用的特征线法求解泵站水力模型方程不同，该模型引进有限体积法二阶Godunov格式对模型进行离散，用Riemann求解器对离散通量进行求解。使用MUSCL-Hancock方法进行界面数值重构，采用MINMOD斜率限制器避免虚假震荡。提出双虚拟单元边界处理方法，实现计算区域与边界同时达到二阶精度。将所建模型计算结果与精确解、经典算例数据进行对比，并针对库朗数取值和计算网格数进行敏感性分析。结果表明：所建模型模拟结果与精确解、经典算例数据吻合较好；与特征线法相比，二阶Godunov格式更加准确、稳定且高效。对于简单管道系统，特征线法计算耗时0.227 s，二阶Godunov格式计算耗时0.017 s。对于实际泵站系统，由于存在多特性的管道结构，二阶Godunov格式模拟时需稍微降低库朗数。而采用特征线法进行泵站水力过渡过程计算时，若不调整管道长度或者波速，管道中库朗数会小于1，在该文算例中，库朗数为0.72～0.76，模拟计算结果偏差很大。所以需要调整局部管道长度或波速，以达到库朗数为1的条件，这样处理因改变管道特性而引入计算误差。综上，二阶Godunov格式模拟方法可以更有效提高传统泵站系统水力瞬变模拟的高效性、稳定性以及准确性。

摘要:针对现有根茎类作物收获机用于藠头收获时存在的果土分离不彻底、埋果率高、地形适应性差等问题，该研究研制了基于"杆筛式振动碎土+拨辊推送式多级分离"技术的自走式藠头收获机。对挖掘和果土分离过程中的物料状态和作业机理进行了分析，建立模型计算得到了挖掘装置的位置和深度、杆筛式振动装置的振幅和曲柄转速、拨辊的尺寸和位置等关键参数，基于可调式挖掘装置、杆筛式振动装置、拨辊推送式多级分离装置组成加工了藠头收获机样机。针对研究内容设计了田间挖掘试验和整机性能试验，对以上装置及整机的作业性能进行验证。田间试验表明：该机实际挖掘深度稳定，漏挖率、埋果率、总伤果率分别为0.31%、3.20%、5.87%，有效收获率为93.23%。整机结构及布局合理，性能稳定，能够满足当前丘陵山区条件下藠头机械化收获的需求。

摘要:围栏养殖是一种发展迅速的新型生态养殖模式。网衣系统是围栏养殖设施的核心组成部分，与设施的安全密切相关。该研究针对缝边式围栏网衣系统，采用集中质量点法研究其在波流复合工况下的受力特性。研究结果表明：在波高4～6 m、流速1.0 m/s、入射角度0°时，纲绳最大受力出现在距水面下1～2.5 m处的第二、三根横向纲绳两端处；网线最大受力出现在水面下第二根横向纲绳与中间两根竖向纲绳连接处；网衣受力呈现对称分布，整片网衣的载荷主要来自上半部分网衣，约占总荷载的80%；随着入射角度的增大，纲绳和网线的最大受力以及网衣的最大偏移量逐渐减小；同等波高条件下，入射角度0°～40°时，围栏网衣受力及最大偏移量下降速率较慢，入射角度40°～80°时，下降速率较快；位于两侧桩柱上的系缚点的最大受力出现在水面下第二、三根横向纲绳两端处。在工程运用过程中，建议将以上最大受力部位进行加固处理，以提升围栏网衣抗破坏能力。该研究结果可为围栏实际工程建设和维护阶段提供技术支撑。

摘要:为了减少泵站侧向进水结构内的不良流态，提高泵组运行效率，基于计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）和响应面法（Response Surface Method，RSM）对泵站侧向进水前池进行几何参数优化。采用参数化设计对泵站侧向进水前池进行建模，通过与Workbench关联以对侧向进水前池的扩散角α、坡度β以及转向角γ实现指定值，采用典型Box-Behnke设计（Box-Behnke Design，BBD）方法得到17组三因素三水平试验方案，利用响应面法建立喇叭管出口断面流速分布均匀度与侧向进水前池扩散角α、坡度β以及转向角γ的回归方程，以最大出口断面流速分布均匀度为响应目标，确定最优参数组合，并将最优侧向进水结构的内部流动特性同原模型进行对比分析。研究结果表明，扩散角α、坡度β以及转向角γ对喇叭管出口断面流速分布均匀度具有显著影响（P<0.05），扩散角α与转向角γ的交互项对出口断面流速分布均匀度耦合作用显著，扩散角10°~13°、坡度8°~9°、转向角74°~75°时喇叭管出口断面流速分布均匀度达到最优。同原模型相比，优化后的侧向进水结构在设计水位下，断面流速分布均匀度至少提高23.41个百分点，流速加权平均偏流角提高13.95°，在低水位下断面流速分布均匀度至少提高18.30个百分点，流速加权平均偏流角提高14.79°，流道内没有偏斜流和大面积回流产生。该研究对于促进泵站侧向进水结构的优化设计具有一定的参考意义。

摘要:深入理解农田耗水组分特征对提高干旱地区作物产量和水资源利用效率具有重要意义。该研究利用1981－2020年西峰国家农业气象试验站冬小麦定位观测资料，分析黄土旱塬区冬小麦田耗水组分特征及年代际变化规律，并探究其对叶面积指数（Leaf Area Index，LAI）、干物质积累分配和转运、产量及水分利用效率（Water Use Efficiency，WUE）的影响。结果表明：近40年研究区冬小麦田全生育期耗水量平均为315 mm，生育期降水和休闲期土壤贮水消耗占比分别为69.4% 和30.6%，不同年代、不同生育阶段耗水组分存在差异，起身-开花期是休闲期土壤贮水消耗的主要时期；随着年代际推移，LAI、干物质量、产量及WUE均呈现增加趋势，其中LAI增加主要受年际降水的调控作用，且与耗水组分中生育期内降水增加密切相关，而近10年（2011－2020年）受生育期降水增加及抗旱高产品种影响，冬小麦干物质量、产量及WUE显著增加（P<0.05）。研究成果可为黄土高原旱作农业水资源高效利用提供参考。

摘要:为了揭示石墨烯浸种和处理对萝卜生长的影响，该研究开展石墨烯4个浓度处理萝卜种子和浇灌土壤，对萝卜发芽和田间生长影响试验，分析石墨烯浸种对萝卜种子发芽、植株生长生理及肉质根品质指标影响。结果发现，石墨烯浓度在20～100 mg/L范围内，对萝卜种子萌发均有促进作用，40 mg/L的石墨烯促进效果最显著；石墨烯施加浓度为40 mg/L时，在萝卜叶片生长旺盛期可显著提高叶片叶绿素含量，增强光合作用，提高植株对氮吸收能力，并促进植株增高；石墨烯能够提高萝卜肉质根产量3.6%～13.8 %，显著提高萝卜肉质根可溶性糖和维生素A含量。研究结果对促进萝卜生产和品质提高具有较大参考意义。

摘要:滤层孔隙结构直接影响过滤过程中的颗粒沉积和运移效果。为了掌握砂石过滤器不同粒形滤料组成滤层的内部孔隙结构特征，该研究以粒径为1～1.18 mm的普通石英砂（QS1）、天然海砂（SS2）、改性玻璃（MG3）和玻璃微珠（GB4）4 种滤料为研究对象，采用CT 扫描技术对滤层孔隙模型进行了三维重构，利用VGStudio MAX、Image J等计算机图像处理软件，分析了 4 种滤层的孔隙率、孔径大小及孔隙形状参数，并结合分形理论确定了 4 种滤层孔隙结构的计盒分形维数。结果表明：4种滤层的表观孔隙率范围分别为39.7%～44.6%、38.5～42.3%、40.7%～45.6%、34.8%～38.7%，对应体积孔隙率分别为0.422、0.412、0.441、0.366；对应孔径范围分别为75～960、80～760、70～1 050、85～930 μm，圆度值区间分别为1.59～1.78、1.35～1.54、1.65～2.03、1.20～1.36，扁平度值区间分别为2.62～2.75、2.05～2.20、3.04～3.21、1.94～2.04，计盒维数均值分别为1.621、1.566、1.661、1.446。该研究定量表征了滤层孔隙结构特性，得出不同粒形滤料细观孔隙结构的差异：滤层表观孔隙率呈现“上高下低”分布规律，孔径分布规律表明滤层内均是小孔隙占多数，大孔隙占少数，且孔隙以狭长型为主。随着滤料棱角度增加，表观孔隙率分布越分散，体积孔隙率越大，大孔隙占比也相应增加，最大达到17.24%（MG3），孔隙形状更加偏离球形，表征孔隙结构复杂性的计盒维数相应增加，且分形维数与孔隙率呈负相关关系。滤层孔隙结构研究可为后续研究滤层内颗粒沉积和运移规律奠定基础。

摘要:为科学评价区域稻米气候品质提供技术支撑，该研究基于2008—2018年安徽省区域性试验稻米品质资料及对应站点气象数据，采用数理统计方法，明确了稻米品质形成关键期和最佳温度，建立了中籼和中粳稻米气候品质评价模型，并利用2018年分期播种试验稻米品质资料对模型进行验证。结果表明：中籼和中粳稻米品质形成关键期分别为齐穗后33 d和36 d，稻米品质形成的适宜温度分别为24.8 ℃和23.0 ℃。将稻米气候品质划分为“特优”“优”“良好”“一般”4个等级，对应中籼稻米气候品质指数（IACQ）范围分别为：IACQ≥3.40、3.09≤IACQ<3.40、2.73≤IACQ<3.09、IACQ<2.73，中粳稻米气候品质指数范围分别为：IACQ≥3.36、3.08≤IACQ<3.36、2.68≤IACQ<3.08、IACQ<2.68。经验证，与实际等级相比，模型计算得到的中籼和中粳稻米气候品质等级准确率均为80%。该研究建立的评价模型可用于中籼和中粳稻米的气候品质评价工作。

摘要:自然环境下果实的准确分割与快速识别是采摘机器人作业面临的难题之一。针对自然环境中的成熟苹果，该研究提出一种基于Otsu与分水岭相结合的两级分割算法与区域标记梯度Hough圆变换的苹果识别方法。首先，使用亮度自适应校正算法对表面亮度分布不均的苹果图像进行校正，增强图像的细节信息。结合果实颜色特征，提取YCbCr颜色空间的Cr分量图像作为预处理样本。然后，采用改进后的Otsu算法进行初次分割，得到苹果目标的二值图像，该算法通过引入形态学开-闭重建滤波去除大量背景噪声，通过缩减灰度级遍历范围提高分割速率。采用基于距离变换的分水岭算法进行二次分割，分离粘连果实区域，提取目标苹果的外部轮廓。最后，在轮廓外设置最小外接矩形标记有效区域，在标记区域内进行梯度Hough圆变换实现苹果目标的自动识别。对自然环境中采集的200幅苹果图像进行测试，并与传统梯度Hough圆变换方法进行对比，该文方法在顺、逆光下的识别准确率为90.75%和89.79%，比传统方法提高了15.03和16.41个百分点，平均识别时间为0.665和0.693 s，比传统方法缩短了0.664和0.643 s。所提的两级分割算法不仅可以从复杂环境中准确分割果实目标区域，而且可以从粘连果实区域中提取单个果实边界。利用区域标记的梯度Hough圆变换方法能够快速准确地对果实进行识别。研究结果能满足苹果采摘机器人对不同光照下目标识别速度和精度的要求，可为苹果等类球形果实的快速识别提供参考。

摘要:为提高香蕉采摘机器人的作业效率和质量，实现机器人末端承接机构的精确定位，该研究提出一种基于YOLOv5算法的蕉穗识别，并对蕉穗底部果轴进行定位的方法。将CA（Coordinate Attention）注意力机制融合到主干网络中，同时将C3（Concentrated-Comprehensive Convolution Block）特征提取模块与CA注意力机制模块融合构成C3CA模块，以此增强蕉穗特征信息的提取。用 EIoU（Efficient Intersection over Union）损失对原损失函数CIoU（Complete Intersection over Union）进行替换，加快模型收敛并降低损失值。通过改进预测目标框回归公式获取试验所需定位点，并对该点的相机坐标系进行转换求解出三维坐标。采用D435i深度相机对蕉穗底部果轴进行定位试验。识别试验表明，与YOLOv5、Faster R-CNN等模型相比，改进YOLOv5模型的平均精度值（mean Average Precision, mAP）分别提升了0.17和21.26个百分点；定位试验表明，采用改进YOLOv5模型对蕉穗底部果轴定位误差均值和误差比均值分别为0.063 m和2.992%，与YOLOv5和Faster R-CNN模型相比，定位误差均值和误差比均值分别降低了0.022 m和1.173个百分点，0.105 m和5.054个百分点。试验实时可视化结果表明，改进模型能对果园环境下蕉穗进行快速识别和定位，保证作业质量，为后续水果采摘机器人的研究奠定了基础。

摘要:为提高复杂果园环境下苹果检测的综合性能，降低检测模型大小，通过对单阶段检测网络YOLOX-Tiny的拓扑结构进行了优化与改进，提出了一种适用于复杂果园环境下轻量化苹果检测模型（Lightweight Apple Detection YOLOX-Tiny Network，Lad-YXNet）。该模型引入高效通道注意力（Efficient Channel Attention，ECA）和混洗注意力（Shuffle Attention，SA）两种轻量化视觉注意力模块，构建了混洗注意力与双卷积层（Shuffle Attention and Double Convolution Layer，SDCLayer）模块，提高了检测模型对背景与果实特征的提取能力，并通过测试确定Swish与带泄露修正线性单元（Leaky Rectified Linear Unit，Leaky-ReLU）作为主干与特征融合网络的激活函数。通过消融试验探究了Mosaic增强方法对模型训练的有效性，结果表明图像长宽随机扭曲对提高模型综合检测性能贡献较高，但图像随机色域变换由于改变训练集中苹果的颜色，使模型检测综合性能下降。为提高模型检测苹果的可解释性，采用特征可视化技术提取了Lad-YXNet模型的主干、特征融合网络和检测网络的主要特征图，探究了Lad-YXNet模型在复杂自然环境下检测苹果的过程。Lad-YXNet经过训练在测试集下的平均精度为94.88%，分别比SSD、YOLOV4-Tiny、YOLOV5-Lite和YOLOX-Tiny模型提高了3.10个百分点、2.02个百分点、2.00个百分点和0.51个百分点。Lad-YXNet检测一幅图像的时间为10.06 ms，模型大小为16.6 MB，分别比YOLOX-Tiny减少了20.03%与18.23%。该研究为苹果收获机器人在复杂果园环境下准确、快速地检测苹果提供了理论基础。

摘要:基于有监督深度学习的图像分割任务通常利用像素级标签来保证模型的训练和测试精度，但受植株复杂形态影响，保证像素级标签精度的同时，时间成本也显著提高。为降低深度模型训练成本，同时保证模型能够有较高的图像分割精度，该研究提出一种基于边界框掩膜的深度卷积神经网络（Bounding-box Mask Deep Convolutional Neural Network，BM-DCNN），在有监督深度学习模型中融入伪标签生成模块，利用伪标签代替真值标签进行网络训练。试验结果表明，伪标签与真值标签的平均交并比为81.83%，平均余弦相似度为86.14%，高于Grabcut类方法生成伪标签精度（与真值标签的平均交并比为40.49%，平均余弦相似度为61.84%）；对于玉米苗期图像（顶视图）计算了三种人工标注方式的时间成本，边界框标签为2.5 min/张，涂鸦标签为15.8 min/张，像素级标签为32.4 min/张；利用伪标签样本进行训练后，BM-DCNN模型的两种主干网络当IoU值大于0.7时（AP70），BM-DCNN模型对应的实例分割精度已经高于有监督模型。BM-DCNN模型的两种主干网络对应的平均准确率分别为67.57%和75.37%，接近相同条件下的有监督实例分割结果（分别为67.95%和78.52%），最高可达到有监督分割结果的99.44%。试验证明BM-DCNN模型可以使用低成本的弱标签实现高精度的玉米苗期植株图像实例分割，为基于图像的玉米出苗率统计以及苗期冠层覆盖度计算提供低成本解决方案及技术支持。。

摘要:针对目前垃圾检测算法在农田复杂环境下检测精度不高、检测效率低，模型复杂等问题，该研究提出了基于YOLOv5s的农田垃圾轻量化检测方法。首先，使用轻量级分类网络ShuffleNetV2的构建单元作为特征提取网络，降低模型的计算量和参数量，提高运行速度，以满足移动端的应用要求；其次，为应对模型轻量化后带来的检测精度降低，该文相继对ShuffleNetV2的构建单元进行了卷积核扩大化改进和激活函数优化，在增加部分计算量的前提下提高了模型精度；此外，为增强模型在田间环境下对目标的精准定位能力，该研究针对边界框损失函数进行了优化，将CIoU边界框损失函数高宽纵横比的损失项拆分为预测框的高宽分别与最小外接框高宽的差值，然后通过不断迭代减小差值，提高模型的收敛速度和回归精度。试验结果显示，最终的改进模型检测精度达到了90.9%，此时检测速度为74 ms/帧，计算量仅为3.6 GFLOPs，与当前主流的目标检测算法SSD、YOLOv3等相比，不仅具有更优越的检测精度和推理速度，同时还大幅减少了计算量；最后，将改进前后的模型部署到Jetson TX1和Raspberry 4B 两种边缘计算设备上进行测试，测试结果表明，改进后的YOLOv5s模型在边缘计算设备上的检测速度相对原模型提高了至少20%，同时保持了较好的检测效果，平衡了边缘计算设备对精度和速度的性能需求，为田间垃圾检测任务提供了参考。

摘要:针对目前在茶园垄间导航路径识别存在准确性不高、实时性差和模型解释困难等问题，该研究在Unet模型的基础上进行优化，提出融合Unet和ResNet模型优势的Unet-ResNet34模型，并以该模型所提取的导航路径为基础，生成路径中点，通过多段三次B样条曲线法拟合中点生成茶园垄间导航线。该研究在数据增强后的茶园垄间道路训练集中完成模型训练，将训练完成的模型在验证集进行导航路径识别，根据梯度加权类激活映射法解释模型识别过程，可视化对比不同模型识别结果。Unet-ResNet34模型在不同光照和杂草条件下导航路径分割精度指标平均交并比为91.89%，能够实现茶园垄间道路像素级分割。模型处理RGB图像的推理速度为36.8 帧/s，满足导航路径分割的实时性需求。经过导航线偏差试验可知，平均像素偏差为8.2像素，平均距离偏差为0.022 m，已知茶园垄间道路平均宽度为1 m，道路平均距离偏差占比2.2%。茶园履带车行驶速度在0～1 m/s之间，单幅茶垄图像平均处理时间为0.179 s。研究结果能够为茶园视觉导航设备提供技术和理论基础。

摘要:雪灾是导致日光温室倒塌的主要原因之一。为探明几字型钢日光温室在雪荷载作用下的失稳机理，该研究采用有限单元法，以8 m跨日光温室为研究对象，模拟其在雪荷载（均匀分布雪荷载和非均匀分布雪荷载）作用下的失稳破坏过程，计算其极限承载力，并探究纵向系杆、初始几何缺陷、截面参数对极限承载力的影响。结果表明：对于净截面面积、上翼缘宽度、腹板高度和壁厚均相同的几字型钢和空心矩形钢管，几字型钢日光温室极限承载力稍高于空心矩形钢管日光温室极限承载力；相较于均匀分布雪荷载，日光温室拱架对非均匀分布雪荷载更为敏感，非均匀分布雪荷载作用下的极限承载力约是均匀分布雪荷载作用下的28%，在日光温室结构设计中，应重点考虑非均匀分布雪荷载工况；在非均匀分布雪荷载作用下，屋脊和后屋面支座处为危险截面，最先进入全截面屈服状态；纵向系杆的设置可有效抑制结构平面外变形，进而提高结构极限承载力，有纵向系杆约束条件下的结构极限承载力约是无纵向系杆约束条件下的1.25倍；该日光温室拱架对初始几何缺陷敏感度较低，当最大初始几何缺陷幅值从5 mm增加到20 mm时，极限承载力降低约2%；在几字型钢截面选取时，在满足规范要求宽厚比前提下，建议上翼缘宽度与翻边宽度之比控制在4.17左右，腹板高度与翻边宽度之比不大于9.25，下翼缘宽度与翻边宽度之比不大于1.7，上翼缘宽度与下翼缘宽度之比控制在3.33左右，腹板高度与下翼缘宽度之比控制在4.67左右。该研究结果可为开口冷弯薄壁型钢日光温室拱架抗雪设计提供参考。

摘要:秸秆具有较大的比表面积，对猪场废水中悬浮固体及氮素等养分具有较好的截留及吸附特性，有助于猪场废水后续资源化利用，但过滤后秸秆滤料的高效再利用又成为新的研究热点。该研究利用玉米秸秆过滤猪场废水，研究过滤后的秸秆滤料与猪粪好氧堆肥效果，堆肥过程中碳、氮转化及有害气体的排放规律。结果表明：玉米秸秆过滤猪场废水最优工艺条件为：滤层容重为0.15 g/cm3，过滤管径为9 cm，装填高度为40 cm，此条件下猪场废水总氮（Total Nitrogen，TN）、总悬浮固体和化学需氧量的去除率分别为22.80%、51.60%和76.81%。在初始C/N、环境温度、含水率、通风速率分别为20～35、22.32～32.05 ℃、65%、0.2 m3/h条件下，初始C/N越高，堆肥效果越好，堆体总有机碳（Total Organic Carbon，TOC）损失越大，而TN损失越小，有害气体排放主要集中在堆肥前期；初始C/N为35时，最高堆体温度达65.96 ℃，高温期（>50 ℃）可维持21 d，其中60 ℃高温长达12 d，种子发芽指数和TOC、TN损失率分别为81.03%、57.73%和10.08%，虽然CH4、CO2排放有所增加，但NH3、N2O排放和氮素损失显著降低（P<0.05），CH4、CO2、N2O 3种温室气体的温室效应影响潜值为137.53 kg/t（以CO2为当量）。研究为秸秆滤料和猪粪的资源化利用及其好氧堆肥过程有害气体的减排提供基础依据。

摘要:含盐量过高会对堆肥有机质腐殖化过程产生抑制作用，但作用规律仍不清楚。该研究以餐厨垃圾为研究对象，以不添加盐分的处理为对照，设置添加食用盐的处理作为试验组（添加质量分数分别为0.5%、1%和1.5%），进行好氧堆肥，研究不同盐分含量对基本腐熟度指标、有机质组成、腐殖质（Humus，HS）的影响，并结合微生物群落结构和相关性统计分析阐明其作用规律。结果表明，4个处理温度、碳氮比（C/N）、有机质组成等达到腐熟要求，但盐分添加提高了堆体电导率（Electrical Conductivity，EC），添加比例达到1.5%时，高温期缩短至13 d，种子发芽指数（seed Germination Index，GI）降低至65.5%，总有机物降解率降低6.5%，有机质腐殖化过程受到限制。高通量测序和相关性分析的结果表明，添加1.5%盐分主要通过抑制高温双岐菌（Thermobifida）、糖单孢菌（Saccharomonospora）和曲霉（Aspergillus）、毛孢子菌（Trichosporon）的活性，降低总糖、木质纤维素等有机物质的降解和后续HS形成，从而限制餐厨垃圾堆肥过程中腐殖化效果的提升。该研究将为餐厨垃圾等农村有机废弃物处理技术应用提供理论指导。

摘要:通过16SrRNA高通量测序技术，以自然纳潮和微孔曝气两种水质调控方式池塘为对照，研究了养水机水质调控方式对春秋季刺参养殖池塘水细菌菌群结构的影响。结果表明：各池塘水前10优势门和前3优势纲组成基本一致，但优势属组成差异较大；试验后期（11月份），养水机池塘水与自然纳潮池塘水和微孔曝气池塘水中某些种群丰度具有明显的差异，养水机显著提高了池塘水乳酸菌目的丰度（lefse分析LDA Score＞4），分别提高了251和343倍，显著降低了交替假单胞菌科和Glaclecola属的丰度（t-test检验），各池塘水优势功能菌为化能异养菌12.78%～19.65%和好氧化能异养菌0.96%～4.97%，各功能菌丰度均值差异不显著，但试验后期养水机池塘水发酵菌和植物致病菌丰度增加明显，比自然纳潮池塘和微孔曝气池塘分别提高了32、50和159、216倍；硝酸盐还原菌丰度降低明显，养水机池塘水α-多样性最高，养水机显著提高了池塘水乳酸菌和植物致病菌丰度，提高了细菌种群的α-多样性，前者抑制池塘大型藻生长，后者有益于水质稳定。

摘要:水产种业的高质量发展是推动养殖业发展的基础，现阶段中国鱼类人工繁育生产方式设施装备化程度低，产业大而不强，转型升级的需求迫在眉睫。该研究在文献调研整理的基础上，首先就循环水人工繁育设施装备在亲鱼产卵、鱼卵孵化、鱼苗培育等方面的研究和应用情况展开论述。相对于常规培育方式，循环水系统能够最大程度上构建出符合亲鱼交配和产卵的环境条件，养殖密度0.01～4.5 kg/m3，系统循环率9～76%/h，换水率0.7～3%/d；针对不同性质的鱼卵，介绍了国内外目前常用的孵化器主要有瓶式孵化罐、平列式孵化槽、漏斗式孵化器等，阐明了其适用对象、工作原理和主要性能表现；针对育苗和养殖系统构建需求的差异，综述了目前在循环水育苗设施装备应用研究中关注的重点和难点。其次，概述了中国鱼类人工繁育发展现状和问题，分析了循环水人工繁育技术的优势和面临的挑战。最后提出，鱼类工厂化循环水人工繁育具有较高的可行性和引领性，但是要实现产业化应用仍需要进一步开展基于品种对象的人工繁育环境构建及循环水处理、繁育过程鱼类对环境应激源的生物学响应、智能繁育装备等方面技术攻关和装备研发。

摘要:针对红壤、棕壤、褐土、黑土4种中国典型的Cd污染土壤，应用Ca(OH)2、Ca(H2PO4)2以及层状双金属氢氧化物（Layered Double Hydroxides，LDHs）、水化氯铝酸钙（CaAl-Cl LDH）开展钝化修复，并从土壤Cd的生态风险和健康风险角度进行修复效果对比研究。分析钝化剂对土壤pH值、土壤Cd的赋存形态以及土壤Cd直接经口摄入的生物可给性的影响，并对修复机理进行深入探究。结果表明，在Ca(OH)2、Ca(H2PO4)2和CaAl-Cl LDH各自相对最优施用量下，3种钝化剂均可显著降低土壤Cd的活性系数（P<0.05），平均降幅分别为16.1%、56.9%和29.2%，可降低土壤Cd的作物吸收量及Cd对周边生态环境的风险。此外，施用CaAl-Cl LDH能显著且更为有效地降低土壤Cd的生物可给性（P<0.05）及Cd对人体的健康风险，在胃和小肠阶段的平均降幅为19.2%和33.0%，其中胃阶段分别达到施用Ca(OH)2和Ca(H2PO4)2的3.11和1.99倍，小肠阶段为5.99和2.72倍。该研究为Cd污染土壤钝化修复剂的开发、改进和选择提供了科学依据和参考。

摘要:生物质热解产物中热解气和热解油具有较高能源利用价值，可作为替代燃料或化工原料，但伴随热解过程迁移至热解气/油中的氮元素不仅会影响其品质，热解气/油进一步利用后也会污染大气环境。该研究围绕生物质资源制备清洁能源的总目标，系统分析生物质热解过程中氮迁移转化机理，重点论述气相氮、液相氮和焦炭氮的生成与转化机理。通过总结前人研究，得出生物质热解气中的含氮物质主要为HCN、NH3等，其中NH3主要来源于氨基酸热解释放的氨基以及HCN在焦炭表面的水解转化；HCN主要来源于腈、含氮杂环等一次热解产物的二次裂解；热解油中的含氮物质主要为含氮杂环、腈与酰胺，其中含氮杂环主要由部分氨基酸片段或氨基酸间的脱水缩合反应产生；腈主要来源于氨基酸分子脱H2反应以及酰胺脱H2O反应；酰胺主要来源于NH3与羧基的置换反应。不同生物质种类与热解工况下氮的迁移转化特性复杂多样，生物质种类以及热解过程中的压力、停留时间、升温速率、温度、热解气氛、粒径、催化剂等因素均会影响热解过程中氮的迁移转化路径，最终影响生物质热解气/油中含氮物质的组成及分布。进一步提出生物质热解过程中氮排放控制未来研究方向，以期为实现农村生物质资源高效清洁利用提供参考。

摘要:结合国土空间规划与耕地质量自相关属性优化耕地保护空间布局，对于耕地质量提升、保障粮食安全具有重要意义。该研究采用改进空间自相关模型，将生态环境作为耕地质量空间相关性分析框架的“第四维”，从地块尺度模拟位于“三线”内地块耕地质量指数的空间自相关性，据此提出优化耕地保护空间布局的方案。结果表明：1）高淳区高质量耕地呈现出东部集中连片、西部零散分布的特征，低质量耕地集中分布在高淳东部，各耕地自然指数均呈现出“西高东低”的特征。2）各耕地质量指数正、负相关类型分别与高、低质量耕地的空间高度吻合，均表现出较强正相关性的空间聚集特征。自然质量、利用管理、经济价值及生态环境指数的Moran’s I值分别为0.79、0.92、0.89、0.77，空间集聚性从大到小的顺序为利用管理、经济价值、自然质量与生态环境指数。3）结合国土空间规划与耕地质量自相关优化耕地布局，永久基本农田新增968.15 hm2，等级提升0.94，确定永久基本农田保护区、城镇发展缓冲区、生态环境保护区及综合调节区4个一级类与14个二级类。其中，永久基本农田保护区综合质量最优，耕地质量表现出较强的空间扩散效应，应禁止非农建设；城镇发展缓冲区耕地质量较差但区位优势突出，是城镇建设理想区；生态环境保护区耕地综合质量较差但生态优势明显，应开展生态防护工程，形成生态保护格网；综合调节区应判明耕地障碍因素的作用机理，有序开展田间整治，实现向永久基本农田的跃迁。

摘要:国土空间生态保护修复是维护国家生态安全格局的重要保障，科学划定与管控保护修复关键区对维持区域生态系统功能与可持续发展具有重要意义。该研究以福建上杭县作为典型研究案例区，在综合生态系统完整性、系统性与生态效益的基础上，构建了"重要性-脆弱性-服务价值"（I-F-V）的多维生态系统测度框架，进而分析了区域生态系统的多维特征、测度因子间的权衡与协同关系，运用空间聚类（分组分析）划定了生态保护与修复空间，并基于各分区的空间分异性及生态系统结构特征，提出分区管控措施。结果表明：1）上杭县生态系统具有较强的空间异质性，整体上呈现重要性较高、脆弱性程度低、服务价值较高的空间分异格局；2）上杭县各生态系统测度因子间协同与权衡关系并存，综合重要性、脆弱性和服务价值之间均为协同关系，生态系统保护与修复区域可能存在高度重叠；3）上杭县可划分为III-I-V（中等重要-一般脆弱-极高价值）、III-III-V（中等重要-中等脆弱-极高价值）、III-II-V（中等重要-较为脆弱-极高价值）、III-III-IV（中等重要-中等脆弱-较高价值）、II-III-I（较为重要-中等脆弱-低价值）和IV-I-I（高度重要- 一般脆弱-低价值）6个分区，其中，III-I-V和III-II-V两个分区面积较大，是区域发展的生态系统功能基底，各分区所在的土地覆被类型构成也存在明显的空间异质性，林地、灌丛、耕地和园地属于优势土地覆被类型；4）依据生态保护与修复措施将研究区进一步划分为生态保护区（生态保育区、绿色发展区、适度开发区）和生态修复区（生态修复区、保护修复统筹发展区）。研究结果可为区域国土空间生态保护修复规划与建设、生态安全格局维护提供较为科学、全面的研究思路和实践借鉴。

摘要:淮海经济区垦殖率约70%，是中国粮食主产区之一，掌握其耕地碳储量时空变化规律、识别耕地碳汇碳源区，对保护区域耕地质量和发挥耕地生态系统碳汇功能，助力"双碳"目标实现有重要意义。该研究基于淮海经济区土壤类型碳密度计算耕地土壤碳储量，再运用NEP（Net Ecosystem Productivity）模型计算耕地植被固碳量，同时借助ArcGIS空间分析和地理探测器等方法研究2005-2020年淮海经济区耕地碳储量时空演变特征、耕地"碳"属性及其驱动因子。结果表明：1）2005-2020年淮海经济区耕地土壤碳储量由于地类转移总体减少了1.393×107 t，在空间上呈"东高西低"分布；耕地植被固碳量则呈现出以2015年为拐点"先增加后减少"变化趋势，NEP在空间上呈现出"东南高，西北低"分布特征；随时间推移，耕地总碳储量空间分布集聚性呈下降趋势，其"高-高"类型区数量也逐渐减少，主要向不显著区和"低-高"离散区转变；2）淮海经济区耕地碳汇区县数32个，中强度碳汇区21个主要分布于淮海经济区西部，高强度碳汇区5个集中分布于东北部；3）驱动淮海经济区耕地碳储量时空分异的因子中，主要因子是交通通达度、粮食产量、归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）、高程、坡度和坡向，次要因子是人口。未来耕地保护过程中，耕地碳源区县可借鉴碳汇区耕地保护政策和管理措施，以减少耕地碳储量的流失、维持耕地质量，同时也让更多区县的耕地生态系统发挥碳汇作用。

摘要:为了将预乳化工艺更好应用于大豆拉丝蛋白（Textured Fibril Soy Protein，TFSP）素食香肠的加工，该研究通过采用不同的蛋白乳化剂和调控均质条件，探究预乳化油脂对TFSP素食香肠流变特性、质构和微观结构的影响。结果发现随着均质压力从0增大到30 MPa，大豆分离蛋白（Soybean Protein Isolate，SPI）乳液和酪蛋白酸钠（Sodium Caseinate，SC）乳液的表观黏度都逐渐增大，SPI乳液粒径为24.80～0.39 μm，SC乳液粒径为12.37～0.12 μm。对TFSP素肉糜进行温度扫描和频率扫描结果发现，所有的素肉糜在蒸煮后都形成了具有黏弹性的乳液凝胶，并且预乳液的均质压力越大，素肉糜的弹性模量越大。沃-布剪切测试和质构特性（Texture Profile Analysis，TPA）测试发现，TFSP素食香肠的剪切力和TPA质构特性都随着预乳液均质压力的增大而增大。采用激光共聚焦显微镜观察分析了不同预乳液和TFSP素食香肠的微观结构，当预乳化的均质压力为0～20 MPa时，SC乳液制备的TFSP素食香肠在蒸煮后发生了明显的乳液滴聚结；然而SPI乳液制备的TFSP素食香肠在蒸煮后表现出对抗乳液滴聚结的能力强。因此，采用SPI对植物油脂进行预乳化过程中，均质压力为20 MPa时，可以有效提升TFSP素食香肠的切片性和质构特性，研究结果为油脂预乳化工艺在素食产品中的开发和应用提供参考。

摘要:为提高淀粉-脂质复合物制备效率，拓宽其在低血糖指数食品中的应用，以高直链玉米淀粉和胡麻油为原料，双螺杆挤压为核心制备技术，复合指数为评价指标，采用单因素和正交优化试验获取最佳制备工艺条件，并对复合物结构及特性进行测定分析。结果表明，优化工艺参数为胡麻油与淀粉质量比0.24、喂料水分40%、机筒温度125 °C、螺杆转速150 r/min，在此条件下复合物的复合指数为85.63%。通过傅里叶红外光谱及形态学观察，表明胡麻油与淀粉分子发生结合，说明双螺杆挤压制备淀粉脂是可行的；挤压淀粉-脂质复合物表现较强的热稳定性、抗消化特性和较低的黏弹性。根据以上结果可知挤压处理促进淀粉与脂质分子的有效复合，进而改变淀粉分子的结构及理化特性, 研究结果可为淀粉-脂质复合物在低血糖指数食品中的应用提供参考。

摘要:谷朊粉经水合作用形成面筋蛋白（Wheat Gluten Protein，WGP）网络结构，具有良好的黏弹性和延展性，但加热后其网络结构易破裂，稳定性较低。该研究利用谷朊粉、大豆分离蛋白（Soy Isolated Protein，SPI）、甲基纤维素（Methylcellulose，MC）、谷氨酰胺转氨酶（Glutamine Transaminage，TG酶）的原料特性，建立植物蛋白、亲水胶体、促凝胶酶的共混黏合体系，研究各组分对其理化性质、凝胶特性及结构的贡献和影响。结果表明，随着三种原料依次递进加入WGP，混合体系中二硫键含量分别较前一组降低81.03%、升高248.50%和0.70%，游离巯基含量升高68.79%、降低28.90%和20.44%，表面疏水性升高5.07%、降低6.85%、再升高17.17%，高分子量麦谷蛋白组分分子量则逐渐增加；持水性升高5.25%、2.91%、2.79%，凝胶强度升高104.14%、24.66%、3.52%；共混凝胶的储能模量和损耗模量均逐渐升高；TG酶加入后，阻止了α-螺旋逐渐向β-转角、无规则卷曲的转化，α-螺旋和β-折叠含量上升。可见共混黏合体系凝胶的分子间缠结点增多、凝胶性变强。虽然SPI的添加部分破坏了WGP网络结构，但SPI、MC、TG酶增加了蛋白的聚集程度和凝胶强度。扫描电镜观察显示，SPI镶嵌在WGP网络骨架中，形成半网络半填充的新架构形式；随着MC和TG酶的依次加入，在形成大量交联丝状结构的基础上，局部形成连续膜状结构将大豆拉丝蛋白（Soy Drawing Protein，SDP）粒子覆盖。说明SDP粒子被完整、紧密地包裹于谷朊粉-SPI-MC-TG酶共混黏合体系中。利用此黏合体系制成SDP基素肉饼，依次向复水SDP中添加四种原料，显示素肉饼的硬度、内聚性、咀嚼性和弹性等均得以提升。因此，该研究建立谷朊粉基共混黏合体系是改善SDP为主要原料的素肉制品品质的有效方法。

摘要:为提高大豆副产物利用率，拓展豆皮果胶类多糖（Soybean Hull Pectin Polysaccharide, SHPP）在凝胶类食品的应用，该研究采用盐辅助结合水热处理技术提取大豆豆皮中的豆皮果胶类多糖，并对其基本理化性质进行表征。通过以大豆蛋白为主要成分的凝胶类食品豆腐花为模型，探究不同添加量豆皮果胶类多糖（0～2.0%）与大豆蛋白的离散型相分离行为，分析其微相分离行为与宏观流变学性质、机械性能、持水性与感官评定的关联性，并与商品化柑橘果胶（Citrus Pectin, CP）作对比。结果表明，该提取法所得豆皮果胶类多糖提取率为17.95%±0.21%，其半乳糖醛酸含量为42.13%±2.05%，平均粒径为（210.3±2.9）nm，多分散性指数（Polydispersity Index, PDI）为0.466±0.037，豆皮果胶类多糖具有良好的亲水性和低黏度特性，易分散于水。添加0～0.5%豆皮果胶类多糖制备豆腐花，发现其微观上无相分离产生，具有良好的网络微结构；宏观上表现为外观白嫩，黏弹性、持水性与口感均良好。添加1.0%豆皮果胶类多糖的豆腐花宏观上出现明显析水，凝胶黏弹性和持水性均显著（P<0.05）减少。继续增加豆皮果胶类多糖至1.5%添加量则会导致相分离产生，蛋白凝胶网络微结构变得无序，网状孔隙增大，凝胶强度进一步减弱，保水性极差（46.2%±3.2%）。由此确定，豆皮果胶类多糖适宜添加量为0.5%。与经优化的柑橘果胶添加量为0.1%的豆腐花作比较，发现添加0.5%豆皮果胶类多糖的豆腐花在质构特性以及色泽、组织状态、滋味气味、口感、可接受度各方面的感官评分上均优于含柑橘果胶的豆腐花。结果表明豆皮果胶类多糖更适用于蛋白凝胶类食品。研究结果为豆皮果胶类多糖的应用开发，大豆副产物的再利用以及全豆食品的发展提供一定推动作用。