摘要:奶牛乳房炎是影响奶牛健康的主要疾病之一，发病率高、发病范围广、经济损失严重。目前奶牛乳房炎的检测大多是采集奶牛乳汁进行理化性质检测，该方法对检测环境有着较高要求，且检测周期长。随着信息技术的迅速发展，奶牛乳房炎的自动检测技术取得了较好的研究成果。该研究根据数据的传感器类型，从视觉传感器、自动挤奶系统与其他传感器3个方面阐述了奶牛乳房炎自动检测的研究进展。基于视觉传感器的奶牛乳房炎自动检测方法包括基于乳房热红外图像和基于乳汁图像的检测方法，该方法较大程度上保障了动物福利，但检测精度有待提升；基于自动挤奶系统（automatic milking systems, AMS）的奶牛乳房炎自动检测方法利用AMS获取乳汁信息，然后构建乳房炎检测模型，该方法检测误差较小，但成本较高；基于其他传感器的奶牛乳房炎检测方法采用独立研发的传感器获取乳汁数据，预测乳房炎发病情况，该方法操作简便，但使用不同传感器构建的检测模型精度差异较大。该文还探讨了目前奶牛乳房炎自动检测领域存在的精度低、实时性差、自动化不足等问题，并展望了该领域未来的发展趋势，以期为开展奶牛乳房炎自动检测技术与方法研究提供参考。

摘要:针对发酵厩肥长期堆放过程中易结块，肥料破碎条施困难等问题，该研究提出了螺旋桨叶与差速对辊组合的固体有机肥破碎条施机，以解决传统链排式运肥装置作业过程中肥料结块架空、条施排肥困难、施肥不均匀等问题。将Hertz-Mindlin with bonding和Hertz-Mindlin with JKR模型结合建立结块和散体肥料共同组成的固体有机肥离散元模型，并以肥料颗粒质量变化、螺旋桨叶扭矩，有机肥颗粒受力和平均运动速度为评价指标对桨叶的运肥和碎肥过程进行分析，明确参数变化对肥料运动的影响；进行桨叶和肥箱受力分析，探明运肥和碎肥过程中的应力分布情况；对开沟施肥铲和镇压轮的工作过程进行分析，明晰开沟深度、铲尖倾角、镇压倾角对开沟和镇压过程的影响。离散元仿真分析结果表明，碎肥过程肥箱前段、中段位置的桨叶平均扭矩为52.05和58.75 N·m，有机肥颗粒平均受力为343.25和374.38 N，远高于运肥过程的平均扭矩20.42 N·m 和有机肥颗粒平均受力224.22 N；其中，运肥和碎肥过程中有机肥颗粒运动速度稳定在0.6 m/s左右，肥箱内有机肥颗粒质量变化稳定，无明显波动；螺旋桨叶和肥箱受力较大的区域主要集中在桨叶齿爪和肥箱的底部与侧壁。基于上述分析结果，对固体有机肥破碎条施机开展样机试制并进行田间试验，结果表明，9 组作业参数组合下施肥量变异系数平均值为21.5%，条施机最优工作参数组合为：镇压倾角120°，前进速度5 km/h，开沟施肥深度150 mm，此时施肥量变异系数为15.2%，施肥过程稳定可靠。研究结果可为东北黑土区耕地保护和固体有机肥破碎条施提供装备支撑。

摘要:针对果园秸秆覆盖机解捆铺料装置易堵塞问题，该研究基于秸秆解捆过程力学分析，设计了一种弹齿式防堵装置。首先建立防堵装置-秸秆捆离散元模型，通过EDEM仿真比较了加装和未加装防堵装置情况下秸秆扰动情况和出料口秸秆密度变化，阐释了解捆铺料作业过程中秸秆堵塞的形成机制。与未加装防堵装置的仿真结果相比，在刀齿线速度2.3 m/s、秸秆捆前进速度0.05 m/s下，加装防堵装置后出料口内侧秸秆平均密度降低了46%，出料区单位质量流率下的解捆阻力矩降低了28.1%，表明防堵装置可有效降低刀齿扰动区域和出料口秸秆密度，避免秸秆在下料口滞留和高压区形成，进而降低解捆阻力矩。以解捆铺料装置阻力矩标准差为指标开展正交试验，得到最佳工作参数为解捆铺料装置主动辊转速225 r/min、刮板主动辊转速5.0 r/min、弹齿间距100 mm。验证试验表明，与未加装防堵装置相比，185、225和265 r/min三个解捆铺料装置主动辊转速下（刮板主动辊转速和弹齿间距不变），解捆铺料装置阻力矩标准差降低率分别为29.5%、34.0%和30.7%，同时平均阻力矩和峰值阻力矩降低率分别为16.1%和28.5%，所设计的防堵装置作业效果良好。研究结果可为果园秸秆覆盖机防堵装置研制提供依据。

摘要:针对稻茬田小麦机械化带状播种时受黏重土壤与秸秆还田耦合作用制约存在导种装置壅堵导致断条的问题，该研究设计了一种分引组合式双行宽条带导种装置，导种过程中利用球面弹籽部件对下落种群左右均匀分种、借助坡度斜面对分流种群宽带引种。运用质点运动学理论建立了小麦分种、引种过程的力学模型，明确了球面弹籽部件直径和斜面坡度对导种均匀性有影响。运用EDEM软件对小麦导种装置关键结构参数进行优化设计，以球面弹籽部件直径和斜面坡度为试验因素，以各行排量一致性变异系数和行内横向均匀度变异系数为评价指标，通过单因素和二次正交旋转组合试验获取相关试验数据，应用Design-Expert软件对试验数据进行回归分析，建立了试验因素与试验指标之间的回归方程。结果表明，球面弹籽部件直径对各行排量一致性影响显著（P＜0.05），斜面坡度对行内横向均匀度有极显著影响（P＜0.01），斜面底板导种装置最优结构参数为球面弹籽部件直径40 mm、斜面坡度10°。并与市场上已有的波浪底板、弧面底板、平面底板3种型式导种装置进行3种播量下的仿真对比试验。仿真试验结果表明，各播量下的各行排量一致性变异系数和行内横向均匀度变异系数由大到小均为平面底板、弧面底板、波浪底板和斜面底板型导种装置，在播量450 kg/hm²下，斜面底板型导种装置播种效果最佳，各行排量一致性变异系数为2.92%，行内横向均匀度变异系数为14.19%。台架与田间对比试验表明，斜面底板型导种装置的各行排量一致性变异系数和行内横向均匀度变异系数均最小，此时各行排量一致性变异系数均不大于4.0%，行内横向均匀度变异系数均不大于16%；田间对比试验中，在播量450 kg/hm²下，斜面底板型导种装置较其他3种导种装置各行排量一致性变异系数最低下降了2.73个百分比，行内横向均匀度变异系数最低下降了10.61个百分点。试验结果与仿真结果误差不超过5%，表明装置结构参数优化结果可靠，满足国家播种机质量评价技术规范及大田播种农艺要求。研究结果可为稻茬黏壤土环境下小麦宽条带导种装置优化设计提供参考。

摘要:针对多个农机社会化服务平台联合，实现跨平台任务匹配中存在的敏感数据泄露和集中式服务器不可信问题，该研究提出了基于密文策略属性基可搜索加密（ciphertext-policy attribute-based searchable encryption，CP-ABSE）的农机社会化服务联盟链隐私匹配方案。该方案基于联盟链构建农机社会化服务联合平台，为多平台数据共享提供去中心化的可信环境；基于CP-ABSE技术实现跨平台的任务匹配，支持对任务密文数据的检索以及细粒度的访问控制，保护作业任务发布方和农机手的敏感数据；使用智能合约实现农田作业任务与农机手之间的匹配服务，避免集中式服务器存在的单点故障和恶意违规操作等问题。安全性分析表明，该方案能够保证数据的完整性、机密性以及匹配结果的可信性。基于Hyperledger Fabric构建了一个原型系统，测试结果表明，当全局属性数量为200时，系统构建和私钥生成的运行时间分别约8和2.5 s，搜索令牌生成与数据加密的计算开销分别为60和80 ms，匹配智能合约平均时延约为250 ms。该方案破解了农机社会化服务平台间的“数据孤岛”问题，对于促进农机社会化服务的推广具有重要的意义。

摘要:为探究匹配冬小麦氮素需求规律的最佳缓释氮肥与尿素配施比例，优化施肥结构，达到氮肥高效利用与经济效益“双赢”的目标，该研究以冬小麦为研究对象，通过2 a（2019—2020年和2020—2021年）田间试验，设置7个施肥处理：仅施尿素（U）、仅施缓释氮肥（S）、缓释氮肥与尿素1:3配施（SU1）、缓释氮肥与尿素1:1配施（SU2）、缓释氮肥与尿素3:1配施（SU3）、不施氮肥（N0）和不施肥（CK），研究缓释氮肥配施比例对冬小麦干物质积累和转运、产量和氮肥利用效率的影响。结果表明，冬小麦干物质快速生长期和最大累积速率随缓释氮肥配施比例的增加而增加，缓释氮肥与尿素配施的冬小麦干物质平均累积速率比普通尿素提高1.90%～19.91%。缓释氮肥与尿素配施可在改善花前干物质转运量的同时提高花后生产量，花后干物质生产量对籽粒贡献率达53.18%～71.83%。产量随缓释氮肥配施比例的增加而显著提高，SU3处理2 a产量分别为7 243和8 021 kg/hm²，较S和U处理分别提高了7.25%和16.07%，其经济效益较S和U处理提高了15.18%和25.67%。与仅施尿素相比，缓释氮肥与尿素配施可显著提高氮肥利用效率，但SU2和SU3处理无显著差异（P>0.05）。综合考虑，在施氮量180 kg/hm²条件下，缓释氮肥与尿素配施比例50%（SU2），可实现冬小麦绿色高产高效，其产量为7 458 kg/hm²，氮肥吸收利用效率为45.97%，农学利用效率、生理利用效率和偏生产力分别为16.07、30.49和42.09 kg/kg。该研究可为冬小麦合理施肥提供理论依据。

摘要:基于观测数据和作物模型相同化的田块尺度作物生长监测，对于农田精准管理具有重要意义。为构建能准确模拟旱区春小麦长势和产量的同化模拟模型，该研究利用SWAP（soil-water-atmosphere-plant）模型和迭代集合平滑器算法（iterative ensemble smoother，IES），构建了适合旱区春小麦的SWAP-IES同化模拟系统，并利用2019—2020年田间观测试验数据，评估了同化叶面积指数（leaf area index，LAI）、土壤水分（soil water content，SW）及其组合在旱区春小麦生长模拟和估产中的作用。结果表明，相较于无同化情景，在吸收6次土壤水分观测数据后，模型对土壤水分模拟的R²从0.48提升到0.87。同化LAI时，各水分胁迫处理下LAI的模拟精度均最高，R²从无同化的0.35～0.62提升到0.76～0.96。同化LAI+SW时，各处理对生物量模拟的精度均最高，R²从无同化的0.40～0.67提升到0.73～0.96。轻度水分胁迫处理（T4～T5）下，仅同化LAI即可达到较好的估产效果，相对误差为4.05%～9.17%，而在中度或重度水分胁迫处理（T1～T3）下，准确的产量估算需同时吸收LAI和SW，相对误差为3.87%～8.38%。开花期和拔节期的观测数据对提高SWAP-IES系统估产精度的作用最大，同时吸收开花期和拔节期LAI+SW观测数据时估产的R²可从无同化的0.45提高到0.79。说明所构建的SWAP-IES同化模拟系统，在融入开花期和拔节期等关键生育期的观测数据后能有效模拟不同水分处理下春小麦生长和产量形成过程，可为田块尺度下旱区春小麦精准监测提供技术参考。

摘要:土壤盐碱化是中国西北干旱灌区农业可持续发展的关键制约因素之一。为探讨联合施用褐煤有机肥与脱硫石膏对盐碱土改良的效果，该研究在内蒙古河套灌区开展了连续2 a的田间试验，分析了褐煤有机肥与脱硫石膏联合施用对种植向日葵的盐碱农田土壤理化性质和水肥利用效率的影响。试验设置了6个处理：只施用化肥的对照处理（CK）、只施用2 t/hm²褐煤有机肥的处理（LBF），以及4个褐煤有机肥与脱硫石膏联合施用的处理，即在施用2 t/hm²褐煤有机肥基础之上再分别施用5（LBF+F5）、10（LBF+F10）、15（LBF+F15）、20（LBF+F20）t/hm²脱硫石膏。结果表明：在0～40 cm土层，褐煤有机肥和脱硫石膏联合施用显著改变了土壤盐分组成，增加了土壤中可溶性Ca²⁺、SO₄^2-和Mg²⁺的含量，降低了可溶性Na⁺、CO₃^2-和HCO₃^-的含量。与对照处理相比，褐煤有机肥和脱硫石膏联合施用处理使0～20 cm土层土壤pH值和碱化度分别降低了0.29～0.88和18.34%～43.42%，有机质含量增加了39.89%～131.65%。此外，褐煤有机肥与脱硫石膏联合施用显著降低了土壤容重，提高了土壤团聚体稳定性，但过高的脱硫石膏施用量（≥15 t/hm²）会显著增加土壤盐分含量。总体而言，2 t/hm²褐煤有机肥与10 t/hm²脱硫石膏联合施用时对改善盐碱土壤理化性质的效果最显著，并可获得最高产量和水氮利用效率。与对照处理相比，其向日葵产量、水分利用效率和氮肥偏生产力分别提高44.45%、44.62%和80.46%。研究结果为河套灌区盐碱农田土壤改良与产能提升提供科学依据和参考。

摘要:为探明油菜精量联合直播同步分层施肥机械作业条件下，深浅层施肥比例对油菜根系生长、植株抗倒伏能力和产量等农艺性状的影响，该研究选用“华油杂62”油菜品种作为供试作物，在施肥量600 kg/hm²条件下，以10 cm定位侧深施肥CK1和机械旋耕浅层混施CK2作为对照，设置机械旋耕浅层混施-定位侧深施肥量分层比例为1∶3（FL）、1∶1（FM）和3∶1（FH）3个施肥处理，于2020年和2021年在长江中游冬油菜区开展田间试验，研究不同分层施肥处理对油菜根系分布、耕层土壤坚实度变化、倒伏指数和产量的影响。结果表明，分层深施处理能显著（P＜0.05）改善油菜根系构型并促进根系下移，平均根表面积、根体积、根干质量和主根长分别是CK1处理的1.58、1.47、1.29和1.16倍，是CK2处理的3.63、2.79、1.46和1.28倍，且土壤坚实度相较于CK1和CK2处理平均分别降低4.91%和15.25%。不同分层施肥处理的油菜主根长、根表面积、根体积和根干质量在处理间从大到小依次均为：FM、FH、FL；FH处理植株的根茎粗、倒伏角度、抗折力分别是FM处理的1.11、1.25和1.31倍，倒伏指数相较于FM处理平均降低了26.90%，但植株田间倒伏角度比FM处理增加了25.14%。分层深施肥处理的产量、单株分枝数、角果数和千粒质量均显著（P＜0.05）大于定位深施和机械混施处理，其中FM处理平均产量与FL、FH、CK1和CK2相比，分别提高9.85%、16.35%、26.88%和37.75%。综合考虑不同施肥处理下冬油菜根系分布、土壤坚实度、倒伏指数和籽粒产量，分层深施肥处理中FM处理为田间机械化直播冬油菜实现高产且抗倒伏的较优施肥方式，研究为提升油菜机械直播农机农艺融合和肥料运筹策略提供了理论依据和技术支撑。

摘要:针对设施土壤栽培中缺乏简单实用灌溉策略的问题，该研究以黄瓜‘中农26’为试材，在典型土壤质地（壤土、黏壤土和砂壤土）下，控制同一质地土壤相同太阳辐射量累积下总灌水量一致，探究基于太阳辐射累积量的灌溉策略（分别以15、20和25 MJ/m²的辐射累积量作为灌水起始点）对日光温室秋冬茬黄瓜植株生长、产量、灌溉水分利用效率和品质的影响。结果表明，对于壤土、黏壤土和砂壤土，以25 MJ/m²的辐射累积量作为灌水起始点，分别对应单次3.22、3.56和2.77 mm的灌水量，有利于植株获得更高的光合速率、叶面积、株高和节间数；但同一质地土壤相同灌水量下基于太阳辐射累积量的灌溉策略并未对黄瓜产量和灌溉水分利用效率产生显著影响（P>0.05）。对于壤土、黏壤土和砂壤土，以20 MJ/m²的辐射累积量作为灌溉起始点，分别对应单次2.59、2.85和2.22 mm的灌水量，果实可获得较高的可溶性糖和维生素C含量，较低的硝酸盐含量，品质较优。因此，基于太阳辐射累积量作为灌水起始点的灌溉策略可用于设施黄瓜栽培，但单次灌水量需综合考虑土壤质地类型和高产/优质的栽培目标进行设定。

摘要:南方丘陵灌区因其地势起伏、塘堰众多，为农田灌溉储水、用水提供了便利，导致灌区水循环路径复杂、不同系统水量交换不清晰、回归水重复利用无法定量计算。为了探明灌区水循环规律，通过2 a（2021—2022年）现场观测试验，对水田、塘堰和沟道分别构建水量平衡模型，提出“首尾比较法”来复核田间灌溉水量，区分了回归水重复利用的发生场所，分生育期评价水循环规律和回归水重复利用程度。结果表明，通过水田水量平衡公式并结合DRAINMOD模型计算的田间灌水量， 2 a的结果与塘堰、沟道和渠道灌溉实测值之和的相对误差分别4.65%和−2.74%，表明“首尾比较法”复核灌溉水量较为可靠。在田间灌溉水不同来源中，渠道直灌、沟道、塘堰分别占9.77%、71.81%和18.42%。由于灌溉需求，整个生育期塘堰消耗了82.73%的初始蓄水量，渠道补给、降雨、沟道来水分别补充了38.15%、29.98%和14.60%。塘堰回归水重复利用率全生育期呈逐渐减小的趋势，沟道是回归水重复利用的主要场所，且回归水重复利用率是塘堰的2倍（80.86%）。渠道灌溉水初次分配仅有29.44%进入田间，但是塘堰和沟道二次分配使得至少72.10%的渠道水进入田间。南方丘陵灌区塘堰和沟道水循环受人类活动影响严重。灌区管理者“补给塘堰为主、直灌田间为辅”的灌溉策略符合农民需求、实际灌溉效率较高。

摘要:气候变化相关的环境因素可能会影响谷物营养质量。气候变化引起的CO₂浓度升高、温度升高、降水量变化对作物营养质量的影响，特别是在中国范围内对谷物蛋白质含量的影响尚未量化。为此，该研究对中国各试验站点的现有文献数据进行Meta分析，并利用中国小麦籽粒蛋白质含量数据结合气象数据评估关键气候因素对中国主要小麦种植区小麦籽粒蛋白质含量的影响。Meta分析结果表明，增温显著提升了小麦籽粒蛋白质含量（P＜0.05），CO₂浓度上升显著降低了小麦籽粒蛋白质含量，降水对小麦籽粒蛋白质含量影响较为复杂。温度升高可以部分抵消由于CO₂升高和降水对小麦籽粒蛋白质产生的负面影响。2010－2018年各省份小麦生育期内平均气温呈升高趋势，在所有调查的研究区内，小麦总生育期平均温度约上升了1.27 ℃，不同小麦种植区内生育期平均气温变化趋势存在差异。中国不同小麦产区籽粒蛋白质含量对生育期平均温度的响应以正向为主，并且生殖生长阶段的平均温度在小麦籽粒蛋白质含量变率中起主导作用。研究结果可为气候变化对小麦籽粒蛋白质含量的影响提供科学依据，有助于区域决策，制定适当的气候变化适应战略，以促进中国的可持续农业和营养安全。

摘要:气候变化通过大气CO₂浓度、温度和降雨的改变，直接或间接影响农田温室气体排放，研究未来气候情景下农田温室气体排放对实现农业碳减排具有重要意义。为探究气候变化背景下农田温室气体排放特征，该研究在长期田间定位试验基础上，利用当前大气CO₂浓度与CO₂浓度升高条件下旱作玉米农田温室气体排放通量的田间观测数据，采用“试错法”对DayCent模型进行校验，并利用校验后的模型，根据第六次国际耦合模式比较计划（Coupled Model Intercomparison Project phase 6，CMIP6）气候情景数据，预测未来SSP126（低排放水平）与SSP245（中等排放水平）气候情景下旱地玉米农田温室气体排放通量。结果表明，DayCent模型对不同大气CO₂浓度下N₂O、CH₄和CO₂排放通量的模拟值与观测值高度一致，模拟效率（modeling efficiency，EF）分别为0.58～0.87、0.45～0.65和0.25～0.62，均方根误差（root mean square error，RMSE）分别为0.83～1.33 g/(hm²·d)、0.67～0.82 g/(hm²·d)和0.58～0.80 g/(m²·d)，决定系数（coefficient of determination，R²）分别为0.80～0.91、0.53～0.80和0.53～0.85。SSP126和SSP245气候情景下，在玉米单作种植模式下旱地农田N₂O和CO₂年排放量均呈现上升趋势，以2001—2020年农田温室气体排放通量为基准，到2060年N₂O年排放量分别增加22.8%和24.9%，CO₂年排放量分别增加6.7%和8.0%；旱地农田CH₄年吸收量呈下降趋势，两个气候情景下分别减少13.6%和13.4%。未来气候情景下旱地农田仍是温室气体排放源，优化氮肥管理和农田耕作措施对实现温室气体减排具有重要意义，模拟结果可以为制定农业适应气候变化对策提供基础数据支持。

摘要:为明确新疆不同植被类型对水热变化响应的滞后时间，对新疆植被活动及其与气候变化的响应进行分析，研究基于1982—2015年的新疆GIMMS NDVI（normalized difference vegetation index）数据集、CRU降水与气温数据集，采用Sen + Mann-Kendall趋势分析、时滞偏相关分析、GIS空间分析和数理统计等方法，给出了34 a新疆植被格局动态变化特征，以及植被NDVI与气候响应的关系，探讨不同植被类型对气候响应的时滞效应。结果表明：1）新疆地区植被分布呈现北疆高于南疆、西部高于东部的空间格局，34 a来，研究区植被整体上呈现“变绿”趋势，在环塔里木盆地绿洲和天山山脉北段NDVI显著增加，伊犁地区呈现退化趋势；2）在月尺度时间分辨率下，新疆有72%植被区域对降水的响应存在滞后性，平均滞后时间为1.1个月，有70%的植被区域对气温的响应存在滞后性，平均滞后时长1.4个月，植被与气候要素时滞偏相关系数越高的区域，响应速度越快，总体上看，新疆地区植被对降水更为敏感；3）不同类型植被与降水和气温的响应程度不同，在新疆地区降水是草甸、灌丛和针叶林的主要促进因子，气温对阔叶林的影响最强，不同植被与降水的时滞偏相关系数均高于气温，不同植被对气温的响应时间均长于降水。总体上看，新疆地区植被与降水的相关性更高，植被对降水的响应比气温更迅速。

摘要:针对葡萄园害虫识别过程中害虫种类繁多、形态属性复杂、实体间深层次关联关系差等因素导致的识别准确率不够高的问题，该研究提出一种基于属性特征知识图谱的细粒度葡萄害虫识别模型。该模型以视觉编码器作为提取图像高层表征的骨干网络，并结合知识图谱具有在描述害虫实体属性特征和害虫实体间关联方面的优势，将知识图谱所提供的细粒度属性特征和害虫实体关联特征信息用于葡萄园害虫分类研究。该方法在2个数据集上进行了测试：一是GP21数据集，该数据集由公开大规模害虫数据集IP102中21类葡萄园相关害虫类别图像构成；二是GP8数据集，该数据集包含从农业生产基地实地采集并手工标注的8种葡萄园害虫。试验结果表明，该文所提模型性能明显优于普遍通用预训练网络模型，分类准确率在GP21数据集和GP8数据集上分别达到了91.21%和95.03%，相比于仅使用视觉编码器分别增加1.64和1.17个百分点。这证明属性特征知识图谱的引入能够辅助视觉编码器捕获细粒度更高的葡萄园害虫特征信息，有效解决了葡萄园害虫识别中的精度不够高的问题。

摘要:针对传统机器视觉技术对淡水鱼种类进行检测时特征提取过程复杂的问题，该研究提出了基于特征点检测的淡水鱼种类识别方法。以鳊、鳙、草鱼、鲢、鲤5种大宗淡水鱼为对象，构建了淡水鱼特征点检测数据集；以AlexNet模型为基础，通过减小卷积核尺寸、去除局部响应归一化、引入批量归一化、更换损失函数，构建了改进AlexNet模型用于特征点检测；并以特征点为依据提取特征值、构造特征向量，使用Fisher判别分析方法实现了淡水鱼的种类识别。试验结果表明：改进AlexNet模型在测试集上的归一化平均误差的均值为0.0099，阈值δ为0.02和0.03时的失败率F_0.02、F_0.03分别为2.50%和0.83%，具有较好的精准度和误差分布情况；基于该模型和Fisher判别分析的淡水鱼种类识别方法对5种淡水鱼的识别准确率为98.0%，单幅图像的平均识别时间为0.368 s，保证了时效性。由此可知，提出的改进AlexNet模型能实现淡水鱼的特征点检测并具有较高的精度，可为淡水鱼种类识别、尺寸检测、鱼体分割等提供条件，该方法可为淡水鱼自动化分类装置的研发奠定基础。

摘要:再生稻具有一种两收的优势，其再生力直接决定了水稻再生季产量，而水稻再生力与再生季再生芽的数量密切相关。传统人工水稻再生芽检测方法存在接触损伤、主观低效和重复性差等缺点，该研究提出了一种基于Micro-CT（computed tomography）和改进的DeepSORT（simple online and realtime tracking）的再生芽多目标追踪计数和再生力评价方法。首先采用Micro-CT成像获取再生季水稻断层图视频流，然后利用YOLOv5s网络作为再生芽追踪检测器，最后通过改进的DeepSORT追踪算法实现水稻再生芽的精准追踪计数。其中DeepSORT改进包括优化再生芽追踪过程中的ID错误；增加再生芽目标追踪的匹配次数，改善ID跳变的问题；计算再生芽的高度信息，实现对再生芽中有效芽的判别。试验结果表明，在目标检测上，YOLOv5s对再生芽和茎秆的平均检测准确率分别为97.3%和99.1%，在再生芽多目标追踪上，改进的DeepSORT算法的多目标跟踪准确度为77.61%，高阶跟踪精度为61.73%，ID跳变为6，与改进之前相比，多目标跟踪准确度和高阶跟踪精度分别提升了1.5和8.5个百分点，ID跳变降低了94%。对8种不同处理共104盆水稻再生芽进行追踪计数，将系统测量值与人工测量值进行统计对比，结果证明本文方法测量的再生芽数量和人工观测值的决定系数为0.983，均方根误差为3.460，平均绝对百分比误差为5.647%，两者具有较高的回归性。研究基于有效再生芽和茎秆数量的比值得到水稻早期再生力，对2个水稻品种共38盆水稻的再生力和再生季实际产量进行相关分析得到决定系数分别为0.795和0.764。该研究为水稻再生芽无损检测和再生力早期评价提供了一种技术途径。

摘要:为了实现含水量早期变化的精准识别并进行迅速干预，减少植物缺水带来的损失，该研究基于双波片旋转法搭建了一套偏振光成像系统，通过对冬青叶片Mueller矩阵图像及退偏指数图像的分析与试验。实现了对冬青叶片含水量的早期检测。结果表明：首先，退偏指数图像可以清晰地反映冬青叶片含水量的变化，经分析发现随着冬青叶片含水量的逐渐降低，叶肉组织上的退偏指数在不断增大；其次，进一步建立了冬青叶片的含水量预测模型，得到退偏指数与含水量的拟合曲线，拟合曲线的决定系数值为0.95。随后，选用不同部位的冬青叶片对预测模型进行验证，含水量预测值与实际值间的最大相对误差为4.90%，即只需对叶片退偏指数进行探测即可获取到该叶片当前的含水量状态。该研究为植物含水量变化的早期识别提供了新方向，同时也为植物盐、酸和肥胁迫等生理状态的快速无损检测提供了理论基础。

摘要:杂草作为一种常见的农业问题，对农作物的生长造成比较严重的影响，控制和管理杂草是农业生产活动中的重要一环。近年来，随着无人机技术和人工智能技术的快速发展，基于无人机平台的特定区域杂草管理是目前除草作业的主流研究，而精确高效地对田间杂草进行识别和检测是实现自动化杂草管理的重要前提。但高效的识别模型往往意味着大量的农业数据。为了降低对农业标签数据的依赖性，该研究提出了一种UANP-MT (uncertainty aware and network perturbed mean teacher) 的半监督语义分割网络。该模型基于PSPNet结构与MT (mean teacher) 的思想，首先通过对教师网络做扩增输出，令该部分做出若干次推理并取其均值，以此来保证网络预测的鲁棒性，其次在网络的一致性学习部分构建不确定性系数来约束不同网络间的输出差异，提高预测的置信度和可靠性，从而提高模型的识别准确度。为了验证所提出的模型的有效性，设计消融试验，包括对网络参数的取值设置，特征提取网络backbone的选取，以及在不同数据量的数据集下对模型进行性能测试，试验过程中确定了模型的一些最佳的参数设置。结果表明，在与原监督网络的对比试验中，在所提出的UANP-MT模型在标签数据低于原监督网络的前提下，其F1分数，像素精确度PA (pixel accuracy) 以及交并比Iou (intersection over union ) 3个评估指标或皆比原监督网络更高，性能更优。此外，在与常用的语义分割模型的对比中，UANP-MT也体现出了其优越性，在1/4数据集的标签数据量参与训练的情况下 F1分数为81.83%, 像素准确度为95.84%, 交并比为90.70%。评估指标分别优于次之的Deeplabv3+模型 4.71，7.94，8.27个百分点。该模型能够较好地在低标签数据量情况下对杂草数据集做出高质量的检测和识别，极大地减少物力和时间成本，对后续开发无人机平台的自动化除草作业有一定的参考作用。

摘要:为提高金银花采摘机器人的工作效率和采摘精度，实现将模型方便快速部署到移动端，该研究提出一种基于改进YOLOv5s的轻量化金银花识别方法。用EfficientNet的主干网络替换YOLOv5s的Backbone层，并在改进之后的Backbone层加入原YOLOv5s的SPPF特征融合模块，减少了模型的参数量和计算量，同时降低模型权重的大小，便于之后移动端的部署；其次，为提高模型对于金银花的识别效果，该研究在Neck层中用CARAFE上采样模块替换原始模型中的上采样模块，在略微提高参数量的前提下提高了模型识别金银花的精确度和平均精度，提高了采摘效率。试验结果显示，改进后的轻量化模型参数量仅为3.89×10⁶ M，为原始YOLOv5s模型的55.5%；计算量仅为7.8 GFLOPs，为原始模型的49.4%；权重仅为7.8 MB，为原始模型的57.4%，并且精确度和平均精度达到了90.7%和91.8%，相比原始YOLOv5s模型分别提高1.9和0.6个百分点。改进后的轻量化模型与当前主流的Faster-RCNN、SSD、YOLO系列目标检测模型相比，不但提高了检测精度，还大幅减少了模型的参数量、计算量和权重大小，研究结果为后续金银花采摘机器人的识别和移动端的部署提供了参考和依据。

摘要:在植物图像实例分割任务中，由于植物种类与形态的多样性，采用全监督学习时人们很难获得足量、有效且低成本的训练样本。为解决这一问题，该研究提出一种基于自生成标签的玉米苗期图像实例分割网络（automatic labelling based instance segmentation network，AutoLNet），在弱监督实例分割模型的基础上加入标签自生成模块，利用颜色空间转换、轮廓跟踪和最小外接矩形在玉米苗期图像（俯视图）中生成目标边界框（弱标签），利用弱标签代替人工标签参与网络训练，在无人工标签条件下实现玉米苗期图像实例分割。试验结果表明，自生成标签与人工标签的距离交并比和余弦相似度分别达到95.23%和94.10%，标签质量可以满足弱监督训练要求；AutoLNet输出预测框和掩膜的平均精度分别达到68.69%和35.07%，与人工标签质量相比，预测框与掩膜的平均精度分别提高了10.83和3.42个百分点，与弱监督模型（DiscoBox和Box2Mask）相比，预测框平均精度分别提高了11.28和8.79个百分点，掩膜平均精度分别提高了12.75和10.72个百分点；与全监督模型（CondInst和Mask R-CNN）相比，AutoLNet的预测框平均精度和掩膜平均精度可以达到CondInst模型的94.32%和83.14%，比Mask R-CNN模型的预测框和掩膜平均精度分别高7.54和3.28个百分点。AutoLNet可以利用标签自生成模块自动获得图像中玉米植株标签，在无人工标签的前提下实现玉米苗期图像的实例分割，可为大田环境下的玉米苗期图像实例分割任务提供解决方案和技术支持。

摘要:茶树废弃物引起的环境破坏和病虫害爆发问题日益突出，对其进行无害化和资源化利用具有重要意义。该研究以修剪的茶树枝叶提取液作为还原剂和封端剂，以提取后的残渣作为炭源，成功制备了一种可高效去除水中六价铬（Cr(VI)）的生物炭负载纳米零价铁复合材料（nanoscale zero-valent iron embedded tea leaves，TLBC-nZVI）。分析了材料用量、溶液初始pH值和温度等对Cr(VI)去除效果的影响；利用扫描电子显微镜结合能量色散X射线光谱仪（SEM-EDS）、傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）、X射线粉晶衍射仪（XRD）和X射线光电子能谱仪（XPS）等对材料进行表征，结合吸附动力学、吸附等温线和吸附热力试验探讨了去除机制。结果表明酸性条件、高温、增加材料用量有利于TLBC-nZVI对Cr(VI)的去除。TLBC-nZVI吸附过程符合准二级动力学模型、颗粒内扩散模型和Freundlich吸附等温模型，该吸附是自发的化学吸热过程。TLBC-nZVI与Cr(VI)的反应机制为吸附在材料上的Cr(VI)被零价铁（Fe⁰）和还原性官能团还原为三价铬（Cr(III)），随后通过络合、吸附和共沉淀等方式以Cr(OH)₃、Cr₂O₃和Fe_xCr_1-x(OH)₃的形式实现去除。研究结果可为茶园废弃生物质资源的无害化和资源化利用及其对水体环境中Cr(VI)污染的净化提供一定理论依据。

摘要:生物炭和腐殖酸对土壤C、N循环和作物产量均具有深刻影响。该试验以稻麦轮作系统为研究对象，探究生物炭和腐殖酸在经过1 a陈化后对土壤肥力、作物产量和温室气体排放的持续影响。设置了6个处理：B0F0（对照，不添加生物炭和腐殖酸）；B0F1（不添加生物炭，腐殖酸添加量为0.6 t/hm²）；B0F2（不添加生物炭，腐殖酸添加量为1.2 t/hm²）；B1F0（生物炭添加量为20 t/hm²，不添加腐殖酸）；B1F1（生物炭添加量为20 t/hm²，腐殖酸添加量为0.6 t/hm²）；B1F2（生物炭添加量为20 t/hm²，腐殖酸添加量为1.2 t/hm²）。结果表明：1）试验期内，与B0F0相比，生物炭显著增加了稻麦两季土壤有机碳含量；腐殖酸增加了稻季土壤有机碳含量，对麦季土壤有机碳含量无显著影响；单独施用生物炭或腐殖酸对水稻和小麦产量均没有显著影响，生物炭和腐殖酸混施处理显著提高了小麦产量，增幅为1.0%～5.0%，对水稻产量没有显著影响。2）试验期内，与B0F0相比，单独施用生物炭或腐殖酸以及二者混施均降低了土壤CH₄累积排放量，降幅分别为11.1%、21.8%～25.8%和24.7%～34.1%；单独施用生物炭或腐殖酸以及二者混施均增加了N₂O累积排放量，增幅分别为33.3%、10.0%～30.1%和7.2%～23.7%。3）生物炭和腐殖酸主要通过降低甲烷的排放，显著降低了稻麦轮作系统的综合温室效应和温室气体强度，B1F1处理（生物炭和腐殖酸用量分别为20和0.6 t/hm²）的综合温室效应和温室气体排放强度均为最低水平。这表明在稻麦轮作系统，生物炭和腐殖酸在土壤中经1 a陈化后仍然具有固碳减排能力，是稻麦轮作系统缓解土壤酸化、提高土壤肥力、减少温室气体排放的有效措施。

摘要:为解决规模化胡萝卜种植过程尾菜处理难的问题，在通风速率为0.05 m³/min的条件下，探讨不同添加比例的玉米秸秆对胡萝卜尾菜堆肥过程中腐熟度、气体排放和酶活性的影响。通过分析腐熟度、气体排放和酶活性之间的响应关系，确定最优辅料添加比例，以期实现胡萝卜尾菜无害化、资源化利用。结果表明：不同胡萝卜尾菜好氧堆肥产品均能满足种子发芽率指数≥70%的无害化标准；NH₃和CO₂排放集中在前7 d，排放速率主要受温度、pH值等理化性质影响，同时鸡粪的添加导致NH₃ 累积排放量增加，不添加任何辅料的胡萝卜尾菜单独堆肥处理（CK）其CO₂ 排放速率最高； 胡萝卜尾菜单独堆肥处理（CK）及7.5%秸秆添加处理（T1）在堆肥期间含水率较高，易产生渗滤液；通过相关性热图、冗余分析对5个处理的气体排放、腐熟度、酶活性进行显著性、相关性分析，进一步证实NH₃、CO₂的排放与温度呈正相关，与pH值呈负相关关系；同时过氧化氢酶与腐熟度指标有显著正相关关系，纤维素酶活性影响堆肥产品的腐熟度。因此，胡萝卜尾菜好氧堆肥过程中，添加15%玉米秸秆辅料（T2）可以提高C/N比、孔隙度，降低渗滤液产出，同时CO₂ 排放量较胡萝卜尾菜单独堆肥（CK）降低6.63%。该研究可为胡萝卜尾菜无害化和资源化利用提供技术支持。

摘要:为明确不同自然环境过程（氧化还原、降雨、光照）对生物炭的老化作用及其对重金属吸附能力的影响，该研究以不同温度（200、500 ℃）和气氛（O₂、N₂）下热解的小麦秸秆生物炭为研究对象，采用化学氧化、干湿交替、紫外光照氧化3种人工老化方法模拟生物炭在自然环境中的老化过程，并分析老化作用对生物炭理化性质及镉（Cd）吸附能力的影响。结果表明：与初始生物炭相比，老化作用使生物炭表面破碎，孔隙结构增多，提高了生物炭比表面积。干湿交替老化使低温生物炭的比表面积增大0.85倍，而经过化学氧化后的低温生物炭、高温生物炭比表面积分别增大8.81、0.37倍。老化过程使生物炭的官能团种类减少，且含氧官能团数量发生不同程度的变化，其中化学氧化使羧基、内酯基等含氧官能团增多，而干湿交替及紫外光照老化主要引起含氧官能团数量的减少。此外，热重分析结果表明化学氧化使低温生物炭热稳定性降低，经过不同方式老化后的高温生物炭热稳定性均增强。化学氧化、紫外光照、干湿交替3种老化处理均可提高低温类和高温类生物炭的吸附能力，Cd²⁺吸附量分别提高498.95%～799.36%、436.10%～768.43%、35.53%～128.10%。因此，生物炭实际应用时需综合考虑其环境过程、特性变化以及目标污染物种类，以促进生物炭环境应用的长远发展。

摘要:农村居民点是农村社会经济活动的综合载体，其空间布局优化是全面推进乡村振兴的重要手段。为合理优化农牧交错带农村居民点空间布局及全面推进乡村振兴战略实施，该研究以武川县可可以力更镇（可镇）为例，以乡村发展要素为纽带，在界定乡村振兴、人口流动与农村居民点空间布局优化内在逻辑基础上，从产业、人才、文化、环境及组织5个维度构建农村居民点要素禀赋评价指标体系，评价居民点要素配置状况；借助社会网络分析法构建人口流动网络，以反映要素流动能力；综合要素禀赋及流动能力评价结果组合特征识别农村居民点优化类型，剖析各类型内生发展动力并提出各自优化路径。结果表明：1）乡村振兴的全面实现亟需乡村各要素的科学配置，人口流动作为要素流动的桥梁对于各类要素的合理配置起到关键作用，而农村居民点空间布局优化通过要素在布局优化动态过程中的调配流通可助推乡村振兴战略实施；2）可镇农村居民点要素禀赋得分中等及以上居民点占农村居民点总面积74.32%，评价结果呈现“南高北低，中间高边缘低”分布特征，两极化格局明显；3）可镇农村居民点程度中心度总体偏低，程度中心度等级低的居民点空间分布广泛，面积占比52.67%，可镇人口流动规模小，要素流动缺乏活力；4）可镇农村居民点优化类型划分为特色保护类（9个）、城郊融合类（20个）、集聚提升类（40个）、原地观察类（24个）、搬迁撤并类（87个）。研究结果可为乡村振兴战略下农村居民点空间布局优化提供参考。

摘要:以往对城镇化与碳排放关系的研究，通常强调“人”的作用，而忽视“人-地-碳”的耦合效果。为探索城镇化、碳排放与“三生”空间的交互机制，该研究基于DNA模型三级结构视角，构建城镇化、碳排放与“三生”空间耦合模型，并采用环境库兹涅茨曲线、Logistic方程和脱钩分析方法，对三者间存在的数量关系进行验证和分析，以揭示其交互机制。结果表明：1）人口与土地城镇化导致生态、生产、生活空间结构失衡，影响生态环境品质，表现出城镇化发展水平与碳排放水平严重负脱钩，伴随城镇化升级推进，生产、生活、生态空间将进一步融合，空间布局将趋于协调，严重负脱钩逐步向适度耦合转型，逐渐形成“人-地-碳”最佳耦合关系。2）河南省城镇化率与碳排放量间存在显著的倒“U”型曲线关系，两者脱钩状态表现出较强的阶段性，整体呈现“增长负脱钩向强脱钩转变，间歇性夹杂弱脱钩与增长耦合”的特点，并预测河南省将在2026年实现碳达峰，随后进入碳减排阶段。3）河南省“三生”空间总体呈现生产空间有序减少、生活空间稳步扩张、生态空间稳定发展的趋势，“三生”空间变化与碳排放相关关系表现为生产空间对碳排放的贡献增加，生活空间对碳排放的贡献减小，生态空间对碳排放的贡献基本稳定，由此提出空间布局应减缓生活空间扩张，提高生态空间占比增加碳汇，降低生产空间产生的碳排放。研究结果能够为区域新型城镇化建设、双碳战略实施提供定量参考和决策依据。

摘要:豆浆富含植物蛋白，但由于植物蛋白相较动物蛋白不易被人体吸收。利用产蛋白酶菌株发酵豆浆，可将植物蛋白降解成多肽和氨基酸，提高其消化吸收率。传统农家酱是以大豆为主要原料的传统发酵食品，含有大量能够水解大豆蛋白的优良菌株。该研究从传统农家酱中分离到8株产蛋白酶的芽孢杆菌并用于豆浆处理，处理后豆浆的可溶性肽含量显著提高，其中菌株BJ-20处理效果最显著；氨基态氮含量和水解度也有显著变化，其中BJ-6处理后的豆浆最佳，氨基态氮含量提高了10.87%，水解度为23.49%。同时，处理后豆浆的组织状态得到了明显改善。该研究丰富了豆类发酵菌种库，提高了大豆蛋白利用率，丰富了大豆产品种类，为大豆保健产品开发提供参考及理论支持。

摘要:在干扰、遮挡等复杂环境下，对鸭蛋进行快速、准确识别定位是开发鸭蛋拾取机器人的关键技术，该研究提出一种基于改进YOLOv7（you only look once）模型的复杂环境鸭蛋检测方法，在主干网络加入卷积注意力模块（CBAM，convolutional block attention module），加强网络信息传递，提高模型对特征的敏感程度，减少复杂环境对鸭蛋识别干扰；利用深度可分离卷积(DSC，depthwise separable convolution)、调整空间金字塔池化结构（SPP，spatial pyramid pooling），降低模型参数数量和运算成本。试验结果表明，与SSD、YOLOv4、YOLOv5_M以及YOLOv7相比，改进YOLOv7模型的F1分数（F1 score）分别提高了8.3、10.1、8.7和7.6个百分点，F1分数达95.5%，占内存空间68.7 M，单张图片检测平均用时0.022 s。与不同模型在复杂环境的检测对比试验表明，改进的YOLOv7模型，在遮挡、簇拥、昏暗等复杂环境下，均能对鸭蛋进行准确快速的识别定位，具有较强鲁棒性和适用性。该研究可为后续开发鸭蛋拾取机器人提供技术支撑。

摘要:农药环境行为及其风险评估是农产品质量安全与生态健康领域重点关注问题，为明确典型农用化合物吡唑醚菌酯在农作物中的行为特征及其暴露风险差异，该研究结合中国农作物主产区分布，运用确定性和概率性双风险模型评估吡唑醚菌酯长期膳食风险，结果表明，吡唑醚菌酯在小麦、花生、黄瓜和西瓜上的原始沉积量高达0.209 mg/kg，半衰期为1.9～9.9 d。作物秸秆中的残留浓度（0.187～75.291 mg/kg）远大于籽粒（≤0.096 mg/kg）。通过膳食途径造成的吡唑醚菌酯暴露会对消费人群造成不可接受的慢性风险，风险商值为123.959%～406.415%。城镇人群的风险显著大于乡村人群（P<0.05），且风险商值随年龄的递增而降低。概率性模型被进一步引入以量化风险评估的不确定性。该研究根据多作物中吡唑醚菌酯残留水平的概率分布，预警其存在高潜在的长期膳食暴露风险。乡村儿童群体的摄入风险明显高于其他群体，需重点关注。

摘要:作物力学性能广泛应用于作物抗倒伏性、机器-作物-土壤互作系统和作物栽培等领域的研究，为培育抗倒伏品种、提高机器作业质量和改进栽培措施提供理论支持。作物的力学性能与其形态结构、解剖学特征、化合物组分等有密切关系。该研究在梳理作物力学性能研究的基础上，将作物多尺度力学概括为以作物为研究对象，分别以细胞壁层、细胞壁、细胞、组织和器官为基本元件，依次建立细胞壁、细胞、组织、器官和植株的几何结构与力学模型，并解析其力学性能的科学。进一步对细胞壁结构力学、细胞结构力学、组织结构力学、器官结构力学和植株结构力学的研究内容进行了归纳总结。该研究明确提出作物多尺度力学的概念、系统归纳其研究内容和方法，有利于促进作物多尺度力学理论的形成、数据库的建立和分析软件的开发。