摘要:变量播种技术可依据农田环境空间异质性调整玉米播种量，实现生长环境与播种量的合理精准匹配，是突破玉米单产提升瓶颈、提高资源利用效率、实现玉米生产提质增效的重要手段。该研究按照玉米变量播种技术实施过程，从土壤肥力指标精确获取技术、最佳播量决策技术以及播量精准调控技术3个方面对玉米变量播种技术与装备进行综述。阐述了基于近地传感和遥感的土壤肥力指标快速获取的研究与应用现状，并对影响土壤肥力指标由点到面转化的土壤属性空间插值方法和影响土壤肥力分类结果的农田管理区划分方法进行了系统总结；重点分析了基于农田管理区和基于模型的变量播种决策方法的研究现状与优缺点，依据国外变量播种决策研究思路，同时结合中国国情提出了基于模糊推理、田间试验和机器学习的3种播量决策方法；综述了国外变量播种控制系统的结构组成与工作原理，归纳了国内电驱排种系统在作业速度测量、排种器驱动方式等方面取得的研究进展，并重点剖析了变量播种过程中存在的播种滞后问题及其补偿方法。针对中国玉米变量播种技术仍处于初级阶段，最佳播量决策技术与播量精准调控技术薄弱的问题，提出未来在玉米变量播种领域需开展的研究重点和发展建议：1）研发符合中国国情的变量播种装备，实现玉米单产的进一步提升，应加快对土壤肥力指标原位动态检测方法及装备的研究，实现土壤肥力指标的精准快速高密度获取；2）应着重对变量播种决策技术进行研究，开展广泛的基于土壤属性的玉米播量决策试验，建立试验数据查询平台；3）应加强对玉米精量排种器、电驱式排种控制系统的深入研究，特别是对作业速度高精度检测方法和无刷电机高精度控制算法的研究，研制具备高排种质量、高响应速度的玉米精量播种单体。

摘要:退役农机产品回收再利用，不仅是对其剩余价值的再利用，也是实现可持续发展和循环经济的客观要求，对实现碳达峰、碳中和目标有重要意义。该研究基于双碳目标要求剖析退役农机产品拆解规划和EOL (end-of-life)决策集成优化问题，考虑拆解再制造过程中碳排放成本，以实现经济环境效益的最优化。首先，构建拆解再制造集成优化模型(disassembly remanufacturing integrated optimization, DRIO)；其次，提出一种改进的人工蜂群算法(improved artificial bee colony algorithm, IABC)对构建的数学模型进行迭代求解，引入logistic映射生成初始解，雇佣蜂阶段和守望蜂阶段加入邻域搜索机制，侦察蜂阶段采用了轮盘赌方法，以获得利润高且碳排放成本低的拆解再制造帕累托方案；最后，通过联合收获机电机拆解再制造实例验证所提模型的有效性和改进算法的可行性。结果表明，所提DRIO模型的经济效益相较于DRIO-D和DRIO-R模型分别提高了62.1%和54.8%，碳排放成本比DRIO-D模型减少约50%。IABC算法相比于经典人工蜂群算法的求解时间缩短了19.3%，可行解数量增加了28.6%，相比于蚁群算法的求解时间缩短47.8%，可行解数量增加1倍。对于超体积值，人工蜂群算法（2.695）与蚁群算法（2.377）相近，但均小于IABC算法（2.813）。对于间距度量值，蚁群算法（0.0523）低于人工蜂群算法（0.0682），IABC算法（0.0416）最低。运用该研究所构建的拆解规划集成优化模型，可有效提高废旧农机产品拆解回收的经济效益，减少碳排放，可为相关标准制定提供重要依据，为农机可拆解性设计提供决策支撑。

摘要:针对植保无人机受大气环境影响导致的旋翼气动性能降低、无人机荷载量下降等问题，该研究设计了一种旋翼转速可调且具备实时监控发动机转速、旋翼升力及输出扭矩的植保无人机旋翼试验台，主要包括DLE430型双缸直列两冲程航空发动机、翼型NACA 8-H-12的半径1.51 m旋翼2片、动力输出装置、控制系统和数据采集系统。运用数值模拟、CFD(computational fluid dynamics)方法与台架试验，在海拔0、1、2、3、4 km高度下，分别以800、1 000、1 200 r/min的转速测试旋翼气动性能，通过二次旋转正交组合试验探究桨叶角和旋翼转速对旋翼升力、输出扭矩和功率的影响。结果表明，随着海拔高度的增加，旋翼的升力和功率明显降低，海拔4 km时，旋翼转速1116 r/min、桨叶角10.44 °的升力最大值为356.28 N，扭矩为227.35 N·m，功率为26.54 kW，旋翼试验台效率为85.92%。与海拔134 m相比，海拔1.941 km下的旋翼升力下降22.38%，与数值模拟结果下降的20.22%相吻合，旋翼驱动扭矩下降约24.21%，发动机功率下降约3.99%，试验结果与数值模拟结果的变化趋势一致，误差在合理范围内，该研究所采用的数值模拟方法有效。研究结果可为研制高海拔地区大载荷植保无人机提供参考。

摘要:针对现有立辊式玉米收获机割台夹持输送装置存在的夹持稳定性差、断茎率高等问题，该研究基于立辊式玉米割台摘穗特点，设计了一种夹持输送间隙随植株茎秆粗细自适应调节的夹持输送装置。该装置由分禾机构和夹持输送机构组成，分禾机构保证玉米植株的单株有序喂入，并辅助往复式切割器完成植株根部的切割；夹持输送机构实现切断植株在立辊式割台上的有效夹持和输送。通过对拨禾喂入过程植株的运动分析以及夹持切割和夹持输送过程植株的姿态变化规律分析，确定夹持输送装置有效拨禾段链条长度为500 mm，夹持输送机构轨道长度为1 100 mm，割台最大夹持输送量为3株，夹持轨道间的垂直距离为40 mm，两夹持链条间的夹持间隙可调节范围为16～40 mm。采用响应曲面法分析了收获机前进速度、主动链轮转速、割台倾角和植株喂入角对夹持输送装置作业性能的影响。试验结果表明，当收获机前进速度为2.8 m/s、主动链轮转速1 210 r/min、割台倾角18°、植株喂入角为60°时，果穗总损失率为0.83%，断茎率为0.12%；相比现有普通夹持输送装置，果穗总损失率和断茎率分别由2.80%和0.98%降低到0.83%和0.12%，分别降低了30%和12%。研究结果可为立辊式玉米收获割台的优化改进提供理论依据和参考。

摘要:针对目前普遍使用且依靠人力喂入及反拉的苎麻剥麻机劳动强度大、安全性差、剥麻质量不稳定等问题，该研究以“川苎11号”苎麻为研究对象，设计了一种自动反拉式换位夹持苎麻剥麻机。首先对苎麻茎秆物理尺寸和力学性能参数进行测量，确定采用双夹持机构与同步带夹持输送、电机驱动夹持机构翻转换位、双滚筒反向剥麻的技术方案。进而对剥麻装置、夹持机构等主要部件进行结构设计和理论分析，确定苎麻剥麻机结构和剥麻滚筒转速、反拉速度、喂入角度等工作参数。然后分析苎麻茎秆剥打过程并建立仿真模型，运用ANSYS/LS-DYNA模块对剥麻过程进行单因素仿真试验，分析了木质部去除量、韧皮部损失量等，仿真结果表明，剥麻滚筒转速、反拉速度、喂入角度分别在350～650 r/min、0.2～0.4 m/s、5°～15°范围内时的剥麻效果较好。根据Box-Behnken试验设计方法，开展三因素三水平正交试验，通过方差分析和响应面分析，得出反拉式换位夹持苎麻剥麻机的最优工作参数为：剥麻滚筒转速451.047 r/min，反拉速度0.319 m/s，喂入角度10.728°；样机试验表明最优工作参数下的平均鲜茎出麻率为5.03%，平均原麻含杂率为1.14%，满足苎麻剥麻机技术标准。该换位夹持装置能够实现苎麻夹持喂入与自动反拉，简化剥麻机结构，提高剥麻机作业性能和剥麻质量，研究结果可为轻简型苎麻自动剥麻机的研发提供技术参考。

摘要:直升机施药在林业病虫害防治中应用广泛，药箱作为药液载体，合理的防晃结构对其作业稳定性具有重要意义。为降低作业过程中药液晃动，通过布置防晃栅格结构对药箱内腔进行优化设计，并借助Fluent中流体体积多相流及Realizable$ k-\varepsilon$湍流模型进行数值模拟。结果表明，增加栅格结构高度，参考点的最大压力值随之增加且高度选为100 mm时液体晃动的频率更低；增加栅格槽数量，参考点的最大压力值随之变小，且在数量为9时趋于稳定。通过构建药箱晃动试验台模拟直升机作业飞况进行防晃效果验证，结果表明药箱加速度越大，箱壁所受最大压力越大，受到最大压力的时间提前；充液率越大，箱壁所受最大压力越大，充液率为0.8较0.4时的最大压力增长了27.7%，同时高充液率下箱体不易受到激励后的二次冲击。随着前倾角度的逐步增加，液面所需稳定时间减小，从0°转变为20°，稳定时间相对减少了44.6%，而出现侧倾时液位较低的一侧晃动更加激烈，所需稳定时间更长。根据仿真结果选择高度为100 mm，栅格数量为9个的竖直阻尼栅格结构，对比数值仿真和试验结果，防晃阻尼栅格能有效减小受激励后箱体内液体晃动幅度，相较于原箱液体从开始晃动到液面平稳的时间降低了54.8%，具有较好的抑制效果。该优化箱体对提升直升机植保作业的安全可靠性具有一定价值。

摘要:为探究相分离结构作用下细通道流动沸腾传热特性，该研究加工制作了带有不同相分离结构的平行逆流细通道试验段，通过相邻两通道间的高低压切换实现气相分离作用。相分离结构通道加工有：少排气孔的1型相分离结构通道（SPS1通道）（structure of phase separation, SPS）和多排气孔的2型相分离结构通道（SPS2通道），并与无相分离结构的通道（SPS3通道）进行对照试验。以质量分数为30%的甘油水溶液为试验工质，在有效热流密度为103.54～151.43 kW/m²，质量流率为121.25 kg/(m²·s)，入口温度为70℃的工况下，在截面为2 mm×2 mm的矩形细通道内开展流动沸腾试验，研究不同相分离结构对细通道内流动沸腾传热特性和均温性的影响规律，并采用高速摄像机对受限气泡长径比变化进行可视化分析。研究结果表明，与SPS3通道相比，SPS2通道的局部饱和沸腾传热系数最大提高了26.65%。在两相区内，SPS2通道的均温性最好，SPS1次之，SPS3最差，SPS2通道的沿程壁面温度标准差最大降低了18.91%。可视化分析结果表明，相分离结构能减小受限气泡的长径比，并影响通道内的流型转变，进而强化传热。

摘要:液压机械传动装置（hydro-mechanical transmission, HMT）是一种机-液耦合的强非线性系统，在换段过程中存在外界负载扰动和建模误差等因素影响其换段品质。该研究在分析HMT组成及工作原理的基础上，建立了HMT换段过程动力学模型和线性二次型控制模型，提出一种基于扰动前馈补偿的换段离合器控制方法，借助扰动观测器估计HMT换段过程的总扰动，将扰动补偿增益引入控制器的前馈项，实现扰动前馈补偿，并设计了抑制换段过程扰动的控制器。仿真结果表明，与未采用扰动前馈补偿控制相比，扰动前馈补偿控制的扰动值最大降低了48.9%、冲击度降低了27.8%、滑摩功减少了29.6%、换段时间减少了15.3%。最后通过试验验证了所提方法在快速处理换段过程扰动的同时，可较好地提升HMT的换段品质。研究结果可为液压机械传动装置的工程应用提供参考。

摘要:浑水土壤入渗具有复杂的上边界变化过程，其上边界导水能力的变化规律是研究浑水土壤入渗特性的重要基础。为研究浑水入渗形成致密层过程中导水率的变化情况，该研究进行了17组（9组正交试验处理，8组用于模型验证）浑水饱和土柱入渗试验，通过对试验结果进行多元回归构建多因素（浑水含沙率、黏粒含量及入渗时间）影响下砂土导水率动态模型；并结合浑水饱和土柱入渗特性进行合理假设，分别建立浑水砂壤土和粉壤土饱和土柱导水率动态模型并进行验证。结果表明：浑水含沙率、黏粒含量及入渗时间对砂土导水率影响极显著（P<0.01），入渗时间为砂土影响导水率变化的主要因素，其次为含沙率和黏粒含量；建立的砂土导水率动态模型决定系数为0.853，均方根误差为0.004 cm/min，表明该模型可客观反映各因素与导水率之间的关系；模型验证试验结果中均方根误差小于0.01 cm/min，相对误差绝对值均值小于7%，说明该导水率动态模型可靠性较高；砂壤土和粉壤土导水率动态模型决定系数分别为0.912和0.930，均方根误差分别为2×10^-3和5×10^-5 cm/min；模型验证中均方根误差小于0.01 cm/min，相对误差绝对值小于17%，表明模型计算值与实测值的一致性较好。研究结果有助于揭示浑水土壤入渗规律，为进一步探明浑水入渗过程及致密层阻渗机理提供理论依据。

摘要:为探究全球气候变暖对东北农田黑土氮、磷有效性的影响，该研究以东北农田黑土为研究对象，采用红外辐射增温技术模拟气候变暖（增温5 ℃），将样地分为增温组（W）和对照组（C）来进行野外原位试验，通过测定土壤温度、土壤湿度、冻融循环次数、积雪厚度、冻结深度、铵态氮（ammonium N，${\rm{NH}}_4^+-{\rm{N}}$）、硝态氮（nitrate N，${\rm{NO}}_{3}^{-}-{\rm{N}}$）、全氮（total N，TN）、微生物量氮（microbial biomass N，MBN）、速效磷（available P，AP）、全磷（total P，TP）浓度，分析不同指标在冬季增温下的动态变化过程及其响应。结果表明：冬季增温显著提升土壤温度和含水率，进而增加土壤的冻融循环次数，并且减少了土壤积雪深度和冻结深度，使冻结时间点延后和融化时间点提前。增温组土壤相较于对照组，经过整个冬季后，土壤${\rm{NH}}_4^+ -{\rm{N}}$、${\rm{NO}}_{3}^{-}-{\rm{N}}$、TN、MBN和TP浓度分别降低126.38%、146.98%、51.23%、21.48%和12.61%， AP浓度提升了25.54%（P<0.05）。在冬季增温过程中，各时期土壤温度的提升会对土壤有效养分产生显著影响，导致在融化期氮素大量的流失。研究结果可为后续春季合理高效施肥，改善东北农田土壤质量提供理论基础。

摘要:东北黑土区农业机械化水平高，农机作业压实导致的土壤结构和物理性状退化问题日益严重，压缩特性是定量分析土壤压实过程的有效手段，但目前黑土压缩特性随初始含水量和初始容重的变化规律尚不明确。为了解初始含水量和初始容重对黑土压缩特性的影响程度及其变化关系，该研究以重塑黑土为对象，设0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40 g/g共6个初始含水量水平，设1.00、1.10、1.20、1.30、1.45、1.60 g/cm³共6个初始容重水平，使用固结仪进行单轴压缩试验测定土壤压缩曲线，分析初始含水量和容重对压缩特性影响。结果表明，土壤初始含水量、容重及两者交互作用均极显著影响重塑黑土压缩特性（P<0.001），据此建立了预测压缩特性的土壤传递函数。黑土的预固结压力为10.42～1 106.17 kPa，与初始含水量显著线性正相关、与初始容重显著线性负相关（P<0.05）；压缩指数为0.311～0.852，与初始含水量和容重呈二元多项式方程的关系，随初始容重的增大而降低，在中等含水量时最大；回弹指数为0.007～0.321，与初始含水量正相关，与初始容重负相关。初始含水量大于70%田间持水量或初始容重小于1.20 g/cm³时，土壤预固结压力小于200 kPa且压缩指数大于0.4，压实风险高，应避免田间作业。建立的土壤传递函数可以较好地预测黑土压缩特性，还可用于土壤压实模型评估农机作业压实风险，为适耕性判断提供参考。

摘要:为探究长江中下游地区耕地土壤固碳增汇措施，该研究收集与整理长江中下游地区59处长期定位试验观测数据，量化不同类型耕地土壤有机碳密度变化率的差异特征，运用随机森林模型与线性规划探究土壤有机碳密度变化率的驱动因素与提升途径。结果表明：水田和旱地土壤有机碳密度变化率范围分别为−1 548.15～3 577.10 kg/(hm²·a)和-261.89～3 245.01 kg/(hm²·a)，差异不显著（P=0.85）。有机肥氮量、土壤pH值、化肥氮量、秸秆氮量对水田土壤有机碳密度变化率的影响较大；有机肥氮量和化肥氮量对旱地影响较大。因此，建议长江中下游地区可通过有机无机肥科学配施，合理调控水田土壤pH值和秸秆还田量。该研究可为长江中下游地区耕地固碳增汇的技术推广提供参考。

摘要:土壤湿度是大气陆面异常的最敏感指示要素，在土壤和植被作用下土壤湿度变化具有一定持续性，能够不同程度地保留前期土壤湿度的状态，对干旱、洪水等极端事件具有显著的影响和调节作用，开展土壤湿度记忆性研究对农业、水利部门具有重要意义。为探究多个时间尺度下土壤湿度记忆性时空特征及演变趋势，该研究基于欧洲中心再分析产品（ERA5-Land）中国区域1979—2018年的土壤湿度数据，结合滞后自相关分析，计算中国区域1979—2018年土壤湿度记忆性（soil moisture memory，SMM），探究不同时间尺度（季节、年、年际）及干湿条件下SMM的时空分布特征及演变趋势。结果表明：1）从多年平均状态来看，土壤湿度在滞后时间超过300 d后无显著相关；空间上北方地区SMM远高于南方地区，其中西南地区记忆时长不足20 d，南方地区小于40 d，北方大部分地区则超过80 d。2）季节上，大部分区域表现为冬季长、夏季短、秋春季次之的规律，其中华北地区季节性差异较大，冬季记忆时长超过70 d，夏季则低于20 d；同时在不同干湿条件下，土壤湿度在干燥期的记忆性明显强于湿润期，干燥期青藏高原、华北和东北地区记忆时长超过90 d，湿润期则比干燥期少60～80 d。3）从演变趋势来看，北方地区土壤湿度记忆时长呈下降趋势，其中华北和青藏高原地区较为显著，南方地区则呈增长趋势；此外，大部分地区记忆时长的变化趋势与滞后30 d记忆性的变化趋势较为一致。研究可为气候预测和农业干旱监测提供参考。

摘要:为明确缙云山火灾后边坡的失稳机制并预测未来滑坡风险，该研究通过对火林地根-土体物理性质勘测和试验，借鉴森林砍伐与根系强度预测模型-SIDLE曲线模型预测了根系强度的衰减和恢复动态，并采用COMSOL模拟了未来40 a林地边坡在正常状态和极端降雨事件后的稳定性动态。结果表明：1）缙云山林缘边坡为约1.5 m厚的砂质壤土-砂质泥岩双层土坡结构，上下层渗透性和土体强度差异悬殊；2）林缘边坡在自然状态下处于稳定状态，潜在滑动面位于深层（稳定系数F_OS>2）；极端降雨条件下，潜在滑动面位于土层结构面上，该处易出现带状积水，正孔隙水压力约10 kPa，极端降雨后无根系状态临界F_OS为1.13，根系固土状态下临界F_OS为1.32；3）火灾发生后对自然状态下边坡深层稳定性影响较小，而极端降雨后边坡浅层稳定性随火灾后的年动态呈现快速降低而后缓慢恢复的趋势，期间F_OS谷值处便出现长达数年的浅层滑坡易发期。缙云山林缘边坡的失稳机制为降雨过程中土层界面处正孔隙水压力积累弱化了有效应力。结合文献已有灌木根系数据和本区植物根系固土特性和土层特征，保守估计该次火灾发生后6～9 a为滑坡易发期, F_OS为1.22～1.32，至少18～24 a后才可完全恢复至火灾前的稳定条件。研究结果有助于了解区域浅层滑坡形成机制，为火后森林恢复和边坡风险评估提供初步参考。

摘要:为探究渠道衬砌与冻土接触面间存在的冻结约束、相对滑动与分离等接触作用对渠道衬砌冻胀破坏的影响，该研究以整体式U型渠道冻胀破坏监测试验为原型，构建了考虑接触和不考虑接触两类渠道冻胀模型，结合现场试验结果评估模型的合理性，并分析衬砌的冻胀变形与受力变化过程。结果表明：相比于不考虑接触模型，考虑接触模型的模拟结果更符合现场试验情况。在边坡处，考虑接触模型的法向应力峰值与试验监测峰值接近，不考虑接触模型的法向应力峰值可达前两者的3.3倍。试验与考虑接触模型的渠底法向应力基本为0，而不考虑接触模型中则存在持续增大的拉应力。现场试验的衬砌-冻土接触面间存在渠底分离与渠坡相对滑动过程，因此需由考虑接触模型模拟分析该过程。在试验与考虑接触模型中，渠底处衬砌与基土由于发生分离而产生空隙，此后悬空衬砌与渠坡基土发生相对滑动，释放了冻胀基土对衬砌的挤压力。考虑接触模型中的相对滑动改变了衬砌应力的发展趋势，由不考虑接触模型的“增力”变为考虑接触模拟的“卸力”。与不考虑接触模型相比，考虑接触模型的衬砌上、下表面正应力峰值分别降低了903%和164%，下表面切向力峰值降低了248%。在渠道冻胀模型中考虑接触作用更加合理，研究可为寒区渠道防冻胀设计与结构优化提供参考。

摘要:为解决现有的田间杂草识别方法无法兼顾高准确率与实时性的问题，该研究提出了一种基于改进MobileViT网络的轻量化杂草识别方法。首先，该方法使用高效的MobileViT网络构建杂草特征提取网络，在保证特征提取能力的同时实现更少的模型参数量与计算量；其次，通过高效通道注意力机制加强下采样后特征图中的重要特征，进一步提升模型的特征提取能力；最后，特征提取网络中的MobileViT模块被用于同时学习局部语义信息和全局语义信息，仅通过少量模块的组合便能够准确地捕捉到不同类别杂草与作物间细微差异。为验证该方法的有效性，该研究以农田环境下采集的玉米幼苗及其4类伴生杂草图像为数据进行了模型训练，试验结果表明，该方法的识别准确率、精准度、召回率和F1分数分别为99.61%、99.60%、99.58%和99.59%，优于VGG-16、ResNet-50、DenseNet-161、MobileNetv2等常用卷积神经网络；同时，可视化结果表明该方法能够有效提取杂草图像中的关键特征，并抑制背景区域对识别结果的影响。该研究提出的方法能够精准、快速地区分出农田环境下形态相似的多种杂草与作物，可为智能除草设备中的杂草识别系统设计提供参考。

摘要:为满足高通量作物表型分析需求，提升三维点云重建效率和精度，该研究针对不同作物、不同生育时期、不同植株部位（地上部和根系），基于研发的多视角自动成像系统和SFM（structure from motion）-MVS（multi-view stereo）算法，采用不同视角和不同相机数获取的图像重建作物三维点云，通过重建效率和精度（Hausdorff距离）评估，以及基于点云提取表型参数（株高、幅宽、凸包体积和总表面积）的可靠性评价，优化作物三维点云重建策略。结果显示，对于结构相对稀松、遮挡较少的盆栽植株（苗期、蕾薹期、盛花期、成熟期油菜）、结构相对紧凑、遮挡较多的植株地上部（花铃期棉花、抽穗期水稻、拔节期和灌浆期小麦）以及器官密集、遮挡严重且有较多细长结构的地上部和根系（分蘖期小麦和成熟期水稻地上部、成熟期玉米和油菜根系），分别采用3～4、6和10个相机为其最优重建策略（Hausdorff距离小于或接近0.20 cm，且重建时长和Hausdorff距离归一化值之和最小）。采用不少于4个相机获取的图像重建作物三维点云，可提取较为可靠的表型参数（决定系数R²>0.90，相对均方根误差R_RMSE≤9%）。该研究提出的最优重建策略平衡了自动成像系统构建成本、三维重建效率和精度以及适用植株复杂程度，为实现多种作物高效、低成本、高精度三维重建和表型参数提取提供了重要依据。

摘要:马铃薯种薯芽眼属于小目标物体，识别难度大、要求高。为了在试验台（芽眼识别装置）上快速、准确地完成识别任务，该研究提出一种基于轻量型卷积神经网络的芽眼检测模型。首先，为了降低模型的计算量和聚焦小目标物体，替换YOLOv4的主干网络CSPDarkNet-53为GhostNetV2轻量型特征提取网络；其次，在YOLOv4的颈部网络中，使用深度可分离卷积（depthwise separable convolution，DW）模块代替普通卷积块进一步降低模型计算量；最后，更改边界框损失函数为具有角度代价的边界框损失函数（SIoU），避免因预测框的位置不确定，而影响模型收敛速度和整体检测性能。结果表明，改进后芽眼检测模型参数量为12.04 M，使用笔记本电脑CPU检测单张图片的时间为0.148 s，从试验台收集的测试数据显示平均精度为89.13%。相对于其他主干特征提取网络CSPDarkNet-53、MobileNetV1、MobileNetV2、MobileNetV3、GhostNetV1，其检测精度分别高出1.85、0.75、2.67、4.17、1.89个百分点；与同类目标检测模型SSD、Faster-RCNN、EifficientDet、CenterNet、YOLOv7相比，在检测精度上，分别高出23.26、27.45、10.51、18.09、2.13个百分点，在检测时间上，分别降低0.007、6.754、1.891、1.745、0.422 s，且模型参数量具有明显优势。该研究为小目标物体检测和模型部署提供技术支撑。

摘要:针对目前养殖过程中海珍品计数方法成本高、效率低、计数精度难以保障等问题，该研究以真实底播养殖环境下的海珍品为研究对象，以水下拍摄的海珍品视频为数据源，提出一种基于视频多目标跟踪的多类别海珍品计数方法。首先，采用性能优异的YOLOv7算法实现海珍品目标检测器，为多目标跟踪提供输入；然后，结合真实养殖环境下同类别海珍品外观相似性高、不清晰等特点，借鉴BYTE算法的多目标跟踪思想，设计多类别轨迹生成策略和基于轨迹ID号的计数策略，提出一种多类别海珍品跟踪与计数方法。并提出一套更适用于基于轨迹ID号计数方法的评估指标。试验结果表明，改进平均计数精度、改进平均绝对误差、改进均方根误差及帧率分别为91.62%、5.75、6.38和32帧/s，各项指标多优于YOLOv5+DeepSORT、YOLOv7+DeepSORT、YOLOv5+BYTE、YOLOv7+BYTE等算法，尤其改进平均计数精度、帧率指标比YOLOv5+DeepSORT高了29.51个百分点和8帧/s，且在改进平均绝对误差、改进均方根误差指标上分别降低19.50和12.08。该研究方法可有效帮助水产养殖企业掌握水下海珍品数量，为现代化渔业的测产研究提供技术参考，为水产养殖的智慧管理提供科学决策依据。

摘要:广东省是经济强省也是农业大省。为保障粮食安全，近年来农业发展速度加快，化肥、农药、地膜的大量使用以及畜禽养殖业的迅猛发展等，使得广东省农业面源污染问题日渐凸显。为揭示广东省农业面源污染物排放量和排放来源，阐明农业面源污染的主要特征及发展趋势，该研究基于1991—2021年历史统计数据分析，运用排污系数法估算了广东省各农业面源污染物排放负荷，阐明了农业面源污染的主要来源及其随时间发展的变化趋势。结果显示：1）1991—2021年广东省农业源化学需氧量（chemical oxygen demand，COD）、氨氮（ammonia nitrogen，NH₃-N）、总氮（total nitrogen，TN）和总磷（total phosphorus，TP）排放量整体呈现增加趋势，2018年以来各污染物排放量出现小幅度降低。与1991年相比，2021年农业源COD、NH₃-N、TN和TP排放量分别增长至1.9、1.9、1.7和2.2倍。2）种植业和畜禽养殖业是广东省农业面源污染的主要来源，种植业对农业源NH₃-N、TN排放量的贡献率最大（占比分别为48%、52%），而畜禽养殖业对农业源COD、TP排放量的贡献率最大（占比分别为90%、51%）；此外，水产养殖业对农业源各项水污染物排放总量的贡献率在10%～16%之间，但其排放量及贡献率均呈逐年上升趋势。研究客观分析了1991年来广东省农业面源污染特征及变化趋势，结果可以为农业面源污染防治对策提供科学依据。

摘要:对奶牛舍颗粒物浓度和分布进行实时连续监测，是评估其环境风险和制定科学减排措施的前提。随着大型奶牛舍的快速发展，对尽可能少且科学地布置测点数量和位置并能够对舍内颗粒物浓度进行精准监测，提出了新的挑战。为探究测点优化布置方案，该研究基于物联网技术在大型自然通风奶牛舍内3个相邻饲养区域布置17个采样点，对总悬浮颗粒物（total suspended particle, TSP）和细颗粒物（PM_2.5）浓度进行了连续6个月监测，得到舍内浓度平均值（视为“真值”）；利用系统聚类和误差分析方法得到优化的测点方案，并将其颗粒物浓度结果与6种传统测点方案进行对比，以确定最优的测点数量和位置方案。结果表明，舍内3个饲养区域内颗粒物浓度分布均匀，PM_2.5浓度在不同采样高度上无统计差异（P>0.05），而TSP浓度在屋顶通风口下方（9.0 m）明显低于1.5和2.5 m高度（P<0.05）。与真值相比，优化测点方案的TSP和PM_2.5浓度监测误差绝对值之和分别为6.4%～22.6%和4.7%～14.2%，均低于传统测点方案。综合考虑优化方案的科学性和传统方案的易操作性，确定最优测点方案为：在奶牛舍中央屋顶通风口下方1.0～2.0 m处布置1个测点，在奶牛卧床上方2.5 m高度布置2个测点，上述3个测点按奶牛舍斜对角线进行布置；另外，分别在挤奶通道、饲喂通道、清粪通道上方2.5 m高度处各布置1个测点；共计6个测点。该优化测点方案可满足监测准确性和易操作性要求。

摘要:规模化奶牛养殖产生的颗粒物会对人员和奶牛的呼吸道以及周边环境健康产生不利影响。对于奶牛舍空气颗粒物的实时连续监测，除了监测点数量和位置外，监测设备的采样间隔同样会影响监测结果的准确性。为确定合理的采样间隔，该研究采用环境物联网技术在大型自然通风奶牛舍内共计布置了17个采样点，对秋季至冬季舍内的总悬浮颗粒物（total suspended particulate, TSP）和细颗粒物（PM_2.5）浓度进行连续6个月的实时监测，计算舍内17个采样点的平均浓度（视为“真值”）。基于误差分析法，分别计算了30 min和1、2、3、6、12 h采样间隔下秋季和冬季的颗粒物浓度日均值，以及10、15、20、30 min和1 h采样间隔下白天、夜间与生产管理操作期间的颗粒物浓度小时均值及其与真值的相对误差（E_r），统计了E_r在5%与10%范围内的占比情况，以66.7%作为可接受标准，确定了秋冬季节颗粒物浓度日均值和小时均值的最大可接受采样间隔。结果显示，在5%的相对误差允许范围内，秋冬季节TSP日均值的最大可接受采样间隔为2 h（秋季）和1 h（冬季），PM_2.5为3 h（秋季）和1 h（冬季）；白天TSP小时均值的最大可接受采样间隔为20 min（秋季）和15 min（冬季），夜间TSP为30 min（秋季）和15 min（冬季），秋冬季节白天和夜间的PM_2.5的最大采样间隔均为30 min；当TSP和PM_2.5的最大可接受采样间隔为10 min和20 min时，测量数据可以较好地反映秋冬季节生产管理操作对舍内颗粒物浓度的影响。研究对于畜禽舍颗粒物监测中传感器采样频率的设定具有重要意义。

摘要:昆虫生物转化有机废弃物是缓解饲料蛋白源短缺和生态环境压力的有效手段。受限于养殖工艺复杂，获取的昆虫蛋白和虫粪常存在物料特性均一性低、稳定性差等问题，加之对产物特性影响作用不明，导致市场接受度低而限制其产业化应用。该研究以获取优质蛋白原料和肥料为目的，以预处理餐厨残渣-腐生链生物转化中的过程产物为研究对象，分析蝇蛆生物转化餐厨残渣对蛆虫、虫粪理化特性的影响，并探究重金属、霉菌等有害物质消减规律。研究结果表明：蛆虫幼虫饲喂4 d收获最佳，此时蛆虫蛋白质质量分数超过14.79%，粗脂肪质量分数超过6.80%，蛆虫干粉氨基酸组成基本符合FAO/WHO推荐值，有害微生物和霉菌含量低于微生物饲料添加剂规定的最高允许量，可替代中国饲料原料三级红鱼粉使用。蛆虫对砷、铅、汞、镉、铬等重金属元素的生物富集系数分别为0.08、<0.01、0.17、3.71、0.04，对镉元素的富集能力最强，对铅元素的富集能力最小。经蛆虫生物转化处理后，虫粪中重金属元素质量分数明显降低，分别为0.25、1.50、0.03、<0.01、10.90 mg/kg，在与其他样品有机质含量差异不大的情况下，可作为优质肥料使用。该研究可为蝇蛆生物转化餐厨残渣提供重要的基础数据，为后续蛆虫品质评价、资源筛选及饲料化应用提供理论依据。

摘要:耕地是在自然资源要素和人为活动的共同作用下，以食物生产为核心，兼具生活、生态、文化等多重功能的复杂综合体，其成为资源的本质是“空间的可利用性”。地理学特有的“要素、空间与时间相互融合的视角”为理解耕地资源空间格局、时空变化及影响、驱动因素等问题提供了重要支撑。发展地理空间视角下耕地资源综合认知理论与方法，是探索耕地保护与利用协同路径的关键环节。该文根据已有耕地资源质量、价值研究探讨耕地资源内涵，包括：解析耕地资源自然层、生计层、制度层、意识层的“要素-功能-价值”级联关系；梳理耕地资源多尺度、整体性、区域性与动态性特征。在此基础上，该文提出耕地资源认知理论框架，提出从耕地资源利用-本底-效益三方面综合认知耕地资源格局；发展耦合利用-本底-效益的耕地资源过程模型；解析文化传统、社会经济发展对农作物产量未来需求的影响机制。探讨了土地适宜性、资源环境承载力、耕地质量与价值、耕地集约利用、地理权衡、地理耦合、复杂地理系统等领域理论研究对认知耕地资源的支持。最后，从星空地一体化耕地资源感知、高性能时空数据处理、时空格局与过程分析、多情景空间模拟与优化四方面探讨耕地资源认知关键技术体系及面临难题。

摘要:摸清生态系统敏感性时空演变格局，对其驱动因素及未来发展趋势进行探测是修复和提高生态系统稳定性的重要内容。黄土高原是世界上水土流失最严重和生态环境最脆弱的地区之一，探究该地区生态敏感性时空演变特征及驱动因素，科学划分生态敏感性治理分区对于促进国家生态文明建设具有重要意义。基于“驱动-压力-状态-影响-响应”（driving-pressure-state-impact-response，DPSIR）框架，耦合空间距离指数和全排列多边形图示指标法构建生态敏感性指标体系，使用地理信息演变图谱和地理探测器研究黄土高原2000—2020年5个时间点生态敏感性时空格局和驱动力，最终划分生态敏感性治理分区。结果表明：1）研究期内黄土高原生态敏感性表现为西北高、东南低的分布特征，时间上先增加后下降。2）研究期内黄土高原生态敏感性转移类型以波动稳定型为主，生态改善区面积占比最大（35.17%），变化0次和1次的面积占比62.06%，生态环境演变稳定向好。3）生态敏感性的各驱动因素中，NDVI和降水量以及两者与其他因子的交互作用对于黄土高原生态敏感性具有明显的驱动作用。4）2030年低度敏感将成为黄土高原的主要敏感类型；沙地和农灌区以及黄土高塬沟壑区的中西部是生态敏感性治理的重点地区。整体来看，黄土高原生态环境有所好转，生态治理措施取得了积极成效，该研究可为黄土高原生态治理及高质量发展提供参考。

摘要:科学准确地刻画耕地系统弹性时空分异格局是制定耕地保护差别化管理制度的基本前提。为此，该研究以下辽河平原典型地域沈阳市为研究区，基于社会生态系统弹性思维的抵抗力-适应力-转型力视角，重构耕地系统弹性的科学内涵，探讨2009—2018年研究区耕地系统弹性时空分异特征及影响因素。结果表明：1）耕地系统弹性是由耕地系统的抵抗力、适应力和转型力共同作用的结果，分别发挥维持现状、治理弹性和优化弹性的作用；2）2013年为研究区耕地生产力发生突变的时间节点，突变后期研究区整体和各区县的耕地系统弹性均显著减弱，耕地系统适应力减弱是耕地系统弹性减弱的主要因素，其次为转型力和抵抗力；3）突变前后研究区耕地系统弹性整体均呈现出中部高，西北部低的空间分布格局，高高型集聚的耕地向西部和北部迁移，低低型集聚的耕地集中于南部；4）耕地系统弹性变化同时受人类活动和自然禀赋综合影响，农业建设活动和自然条件分别是研究区中南部和西北部的耕地系统弹性空间分异的主要原因。研究表明阐明耕地系统抵抗力、适应力和转型力之间的作用关系可为刻画耕地系统弹性的时空分异格局提供有效途径，据此构建差别化的耕地保护制度体系，为实现下辽河平原农业的永续发展提供科学依据。

摘要:为了探究不同时间微波处理对大豆蛋白氧化聚集体的结构和功能性质的影响，由偶氮二异丁脒盐酸盐（2,2′-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride，AAPH）诱导构建大豆蛋白氧化反应体系，采用功率为350 W的微波对其照射不同时间(0、10、20、30、40、50、60、70 s)，探究微波处理对氧化聚集大豆蛋白的结构特性和加工特性的影响。结果表明，氧化可诱导形成粒径、分子量更大，结构更致密的蛋白质聚集体，同时对加工特性造成损害。适当时间（<30 s）的微波处理会导致氧化聚集体的分子结构打开、粒径降低和浊度降低，无序结构减少，进而改善了起泡性、乳化性和持水、持油性。长处理时间（＞30 s）的微波处理导致已解聚的大豆蛋白分子重新形成更大的分子聚集体，降低功能性质。这表明微波物理场可以通过改变大豆蛋白氧化聚集体的结构和聚集行为调节其功能性质，为大豆蛋白功能性质的改善及微波在大豆蛋白氧化聚集体行为调控的应用方面提供参考。

摘要:豆浆的钙含量相对较低，且具有令人不愉快的豆腥味，限制了豆浆产品的消费需求。该研究以羟基磷灰石（hydroxyapatite, HA）为钙强化剂，研究了钙添加量和均质压力对豆浆粉理化性质、感官评价和挥发性风味物质组成的影响。结果表明：钙的添加会降低豆浆粉粉体的流动性，润湿和分散时间显著（P<0.05）增加；豆浆粉冲调后，剪切黏度增加，口腔摩擦系数明显提高，口感变得稠厚。在1.5%的钙添加量基础上，采用均质处理进一步改善豆浆粉的品质。低压均质（≤60 MPa）改善了豆浆粉的流动性、润湿和分散性。随着均质压力的升高，豆浆粉颗粒的表面变得光滑，坍塌减少，呈现接近球体的形态。当均质压力继续增大至80 MPa时，豆浆粉颗粒形貌略有破损。均质处理能使冲调后豆浆的黏度减小，口腔摩擦系数明显降低，口感变得顺滑。相比未加钙豆浆粉的风味物质种类（26种），钙强化豆浆粉的风味物质种类达35种。相比于未均质钙强化豆浆粉，20 MPa均质处理显著（P<0.05）降低关键性豆腥味物质（正己醛等）检测的含量，且关键性非豆腥味物质（正壬醛、反-2-辛烯醛、反-2-壬烯醛等）得到较好的保留，豆浆粉的色泽、风味、顺滑度和滋味显著（P<0.05）改善，感官评分最高。然而，过高的压力处理（80 MPa）使检测的正己醛含量略有上升，而正壬醛、反-2-壬烯醛的含量显著（P<0.05）下降，劣化了豆浆粉的感官品质，感官评分降低。该研究结果可为钙强化豆浆粉的加工及感官品质改善提供科学依据。

摘要:为实现虾只机械剥壳环节裸肉虾与带壳虾自动分选，该研究提出一种基于改进YOLOv4模型的虾只肉壳辨识方法。将YOLOv4模型中CSP-Darknet53网络替换为GhostNet网络，增强模型自适应特征提取能力及简化模型参数计算量。在YOLOv4主干特征提取网络Resblock模块中引入轻量级注意力机制，增强主干特征提取网络的特征提取能力。将YOLOv4模型中GIoU损失函数替换为CIoU损失函数，提高模型预测框的回归效果。为检测改进效果进行了不同模型对比验证，轻量化结果表明改进YOLOv4模型参数量最少、计算量最小；消融试验表明改进YOLOv4模型的平均精度均值为92.8%，比YOLOv4模型提升了6.1个百分点。不同场景下应用改进YOLOv4模型进行虾只肉壳辨识性能试验。结果表明：同品种不同环境的虾只肉壳辨识总体平均准确率为95.9%，同品种不同剥壳方式的虾只肉壳辨识准确率平均值为90.4%，不同品种虾只肉壳辨识准确率平均值为87.2%。研究结果可为裸肉虾与带壳虾自动分选提供技术支撑。

摘要:针对高维光谱纹理特征空间的降维和特征优化算法结果的不确定性问题，该研究在提取多尺度纹理图像构建高维光谱纹理特征空间的基础上，将遗传算法（genetic algorithm，GA）、粒子群优化算法（particle swarm optimization，PSO）等传统特征优化算法和广义正态分布优化算法（generalized normal distribution optimization，GNDO）、原子搜索算法（atom search algorithm，ASO）、海洋捕食者算法（marine predators algorithm，MPA）等特征优化算法与随机森林（random forest，RF）图像分类算法相结合，提出了GA-RF、PSO-RF、GNDO-RF、ASO-RF和MPA-RF算法，并应用于青海省海西蒙古族藏族自治州都兰县宗加镇附近区域资源一号02D（ZY1-02D）高光谱数据的植被类型分类。结果显示，在高光谱反射率数据基础上加入多尺度纹理特征使总体分类精度（overall accuracy，OA）提升了8.02个百分点。与传统RF方法相比，提出算法的植被分类 OA提升了1.32～2.40个百分点，其中MPA-RF方法取得了最高的分类精度，OA和 Kappa系数分别为88.92%和0.86。研究表明从不同窗口大小、窗口移动方向提取的纹理图像有利于区分不同的植被与地物类型，在光谱特征基础上加入多尺度纹理特征能有效提升植被识别精度。以迭代优化的方式将特征优化算法与图像分类算法相结合，缓解了优化算法结果的随机性，克服了高维特征的休斯效应，提高了植被分类精度。该研究为高光谱遥感植被分类中特征提取、特征优化与分类算法选择提供了思路。

摘要:为了探讨一种以软骨提取物、姜黄、葛根粉和薏苡仁粉为主要组分制成的压片糖果的改善膝骨关节炎临床疗效。该试验采用人体试食试验，通过对比试食压片糖果（试验组）和安慰剂（对照组）两组受试人群在试验前后的视觉模拟评分（visual analogue scale, VAS）、西安大略和麦克马斯特大学骨关节炎指数（WOMAC）、临床症状积分和血清白细胞介素-6（interleukin-6, IL-6）、超敏C反应蛋白（high-sensitivity C reactive protein, hs-CRP）水平等试验结果，发现试验组的VAS评分、WOMAC评分中疼痛、关节僵硬、生理功能评分和总分均在试食结束后显著降低（P < 0.01），明显低于对照组；且临床症状评分中关节疼痛、压痛、晨僵时间、肿胀评分和总评分均得到显著减低（P < 0.01），并呈现出较高的有效率（61.02%），显著高于对照组（有效率15.25%）（P < 0.01）；此外，试食后试验组的IL-6水平显著降低（P < 0.05），且试食期间未见不良反应和安全性指标异常。由此可见，该压片糖果具有明显改善膝骨关节炎的疗效，能够缓解膝关节疼痛和肿胀、改善膝关节功能和活动度，控制病情，且可能与调节炎症因子IL-6有关，是一种安全有效改善膝骨关节炎症状的健康食品。