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    2024年第40卷第19期
    2024,40(19):1-11, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202403041
    摘要:
    针对新疆秋季棉田挑膜回收残膜机捡拾过程中撕裂地膜并使膜杂缠绕,并且在输送过程中膜杂混合物无法有效分层,造成膜杂分离效果差,地膜含杂率高的问题,该研究设计了一种二阶钉齿链板式残膜回收装置。该装置通过多齿协同作业实现地膜完整连续捡拾、地膜逐阶铺展输送,达到回收过程中膜杂有效分层的效果;并设计了由23条钉齿链板纵向布置构成的收膜机构,确定了钉齿链板的结构与参数。进一步通过分析地膜被钉齿组挑起时的受力情况,明确了钉齿不撕裂地膜条件下相邻两条钉齿链板的间距为84 mm;确定了收膜机构中主、被动辊和脱膜圈的结构参数,各阶收膜机构输送倾角为:第一阶钉齿链板式收膜机构的输送倾角为125°;第二阶钉齿链板式收膜机构的输送倾角为105°。通过对收膜机构提升膜杂过程的运动学及动力学分析,确定了实现整膜连续捡拾和逐阶铺展输送的条件。最后试制样机,以机具作业速度为影响因素,以残膜回收率和回收地膜内的含杆率为试验指标,开展单因素试验。田间试验结果表明:机具作业速度范围在5.5~7.5 km/h之间时,均可实现整膜连续捡拾和逐阶铺展输送,机具平均残膜回收率为89.4%,平均含杆率为8.6%。回收地膜中含杆率明显降低,研究结果可为残膜回收机的设计提供参考。
    2024,40(19):12-20, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404024
    摘要:
    针对RGBD相机和Delta并联机械臂棉花打顶装置视觉系统标定精度低、相机视野区与机械臂工作区分离导致标定难度增加的问题,该研究提出了一种适用于相机视野区与工作区域分离的DAHEC(disjoint area visual calibration)视觉标定方法。搭建搭载RGBD相机和Delta并联机械臂传送带试验台,构建完整视觉关联系统,借助Python/OpenCV视觉程序与TSAI视觉标定法进行对比试验。对试验平均定位误差、离散情况及偏移误差统计分析,结果表明:DAHEC视觉标定法偏移误差为(4.72±0.86) mm,TSAI视觉标定法偏移误差为(7.97±1.46) mm,DAHEC标定法优于TSAI法。依据Box-Behnken设计三因素试验,以光照强度、机械臂累计运动次数、相机标定板距离为试验因素,以偏移误差小于圆盘刀半径为评价指标,分析各因素对偏移误差的影响,确定了棉花打顶刀的工作参数。正交试验结果表明:各因素对偏移误差影响显著性顺序为相机标定板距离、机械臂累计运动次数、光照强度;工作参数最优组合为光照强度为800 lux,机械臂累计运动次数为99次,相机标定板距离(RGBD相机到棉花顶芽的距离)为300~560 mm。最优工作参数下,打顶验证试验的平均偏移误差为9.76 mm,偏移误差在圆盘刀半径范围内,打顶率为93.75%,漏打率为6.25%。该研究结果可为棉花打顶装置视觉系统标定和作业参数设置提供科学依据。
    2024,40(19):21-32, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202403193
    摘要:
    针对香蕉收获后剩余的香蕉茎秆废弃物难处理以及蕉农的劳动强度大和效率低等问题,该研究设计了一种香蕉茎秆轧辊式压榨脱水机,适用于需收集香蕉茎秆汁液和茎秆纤维的南方香蕉种植地区。该机构根据茎秆易缠绕、难粉碎或难切片的特性采用逐渐开口减小的四级轧辊式压辊,并对压辊表面进行了花纹设计。根据结构紧凑、功率消耗少、动力分配合理等原则,设计了同步四级压辊转速以及驱动输料和排渣机构的传动机构。通过力学分析得到了压辊间隙作为压辊对茎秆压力大小的影响因素之一。利用ANSYS/LS-DYNA模块对香蕉茎秆进行压榨脱水分析,验证压榨机构压榨脱水的可行性和可靠性。香蕉茎秆压榨脱水试验结果表明香蕉茎秆脱水率在28%~47%左右,所设计的压榨脱水机极大地减少了香蕉茎秆的体积和质量,减少了蕉农的劳动强度和运输成本,便于香蕉茎秆废弃物的后续的高值化利用。
    2024,40(19):33-41, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404171
    摘要:
    针对流体/半流体物料在流动状态下开展射频杀菌、钝酶、提取时加热不均匀的问题,该研究设计了一套适用于英国Strayfield SO6B型射频加热系统的流体/半流体物料连续流辅助装置。该装置主要由蠕动泵、电动机、料槽和控制系统等组成,料槽内部装有一组剪切折叠满面式螺旋桨实现对物料的混合搅拌。选取生牛乳、羧甲基纤维素(carboxymethylcellulose,CMC)溶液以及苹果渣-柠檬酸混合溶液(PS5)3种物料分别进行射频处理,结果显示,相同条件下3种物料的升温速率从大到小依次为生牛乳、CMC溶液、PS5,且在20 min内所有物料即可达到目标温度,证实该装置可以辅助不同特性流体/半流体物料实现射频连续均匀加热。与无螺旋搅拌相比,在物料静止状态,螺旋搅拌可以改善射频加热均匀性,其中CMC溶液改善最为明显,其射频加热均匀性指数由0.139降为0.068;在物料流动状态,螺旋搅拌可以改善CMC溶液与PS5的加热均匀性,CMC溶液和PS5的最大温差分别下降了13.4和11.4 ℃,但在低速搅拌时固液混合物料易因颗粒漂浮而降低加热均匀性。整体来看,该装置可以实现流体/半流体物料的射频连续均匀化处理,可为该类物料的射频连续化加热及工业化处理提供技术与理论支持。
    2024,40(19):42-51, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202403073
    摘要:
    风力机在风沙环境中运行时,沙尘颗粒会对风力机叶片表面造成冲蚀磨损,出现形貌变化,导致气动性能变化。为了深入理解风力机叶片在风沙环境中的磨损程度及其随时间的变化规律,并为风沙环境中风力机的运行与维护提供科学依据,有必要系统地研究叶片表面的冲蚀磨损动态演化过程以及这一过程中气动性能的变化情况。该研究采用流-固-侵蚀耦合的数值模型,基于颗粒浓度-时间换算方法,通过模拟风沙对风力机专用翼型S809的冲蚀过程,探讨了翼段表面在沙尘颗粒冲蚀作用下的形貌动态演化过程,分析了翼段表面的冲蚀深度及形貌特征,进一步研究了不同攻角下,风沙颗粒对S809翼段表面形貌变化及其气动性能的影响规律。研究表明:随着冲蚀时间的推进,沙尘颗粒对翼型表面造成的磨损程度不断加剧,使得冲蚀小坑的深度逐渐加深,使得翼型表面的压力系数波动逐渐剧烈。与此同时,升力系数呈现出先轻微升高后缓慢降低的趋势。当攻角为10°时,冲蚀40 h后的翼段升力系数相较光滑翼段在含沙气流中的升力系数升高可达6.3%,然后随冲蚀时间的推进缓慢降低。通过分析含沙气流和洁净空气环境下升阻比的比值 β 与攻角的关系,可得翼段升阻比在小攻角下受风沙来流影响较大,在大攻角下受风沙来流影响较小。研究成果可为风力发电机组在风沙环境下的维护与修理工作提供科学的指导和建议。
    2024,40(19):52-61, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202406060
    摘要:
    泵站前池中存在复杂的水沙两相流结构,开机组合方式对水流流态与悬移质泥沙运动规律的影响尚不明确。针对该问题,该研究采用Mixture多相流理论和Realizable k-ε紊流模型,模拟不同开机组合条件下的泵站前池水沙运动,分析前池内各个漩涡流区域特征及其形成机理,预测泥沙淤积范围,同时利用多普勒流速剖面仪(acoustic doppler current profilers)等仪器对前池内流速与泥沙淤积进行测量,验证数值模拟结果。在此基础上,分析了典型正向前池泵站5组不同开机组合下的两相流流态,结果表明:前池内漩涡区域致使悬移质泥沙向正向前池边壁区域运移,漩涡流速下沉加速悬移质泥沙沉降;已经形成的泥沙淤积体对泵口流态影响存在明显空间异质性,中间区域水泵受影响程度低于两侧水泵,开机组合工况优化大幅减小了水流偏流角度,提高了前池流速均匀度,降低了前池内泥沙含量。研究成果可为抑制漩涡区域与泥沙淤积对正向泵站前池的危害和泵站优化运行提供理论支撑。
    2024,40(19):62-71, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404019
    摘要:
    以化石能源为主的农业机械在保障国家农产品供给安全方面发挥着越来越重要的作用,但这与“双碳”国家战略目标存在冲突,在大规模能源替代发生前,提高农用柴油技术效率对于缓解这一冲突具有重要意义。该研究基于2000—2020年全国内陆31个省份的省级面板数据和DEA-SBM(data envelopment analysis slack-based measure)模型、固定效应模型和中介效应模型,实证分析农田宜机化水平对农用柴油技术效率的影响,并从农田宜机化视角探究农用柴油技术效率的提升路径。结果表明:农田宜机化水平越低的省份农业机械化水平越低,实现全程机械化的顷均油耗越高;农田宜机化水平从0提升至1,农用柴油技术效率提高10.06 hm2/t,即每吨柴油可以保障的全程机械化作业面积在原有基础上增加10.06 hm2;由于农田宜机化水平推进了农机装备结构大型化,而农机装备结构大型化增加了农机作业复杂度和农机自重进而会降低农用柴油技术效率,产生一定的遮掩效应,农田宜机化水平对农用柴油技术效率提升的最终总效应下降为6.75 hm2/t。因此,该研究认为,应大力推进农田宜机化改造以提高农用柴油技术效率,进而促进农业机械化和“双碳”目标协同发展,并应持续推动农机装备轻量化,大力发展能源替代绿色农机装备与技术。
    2024,40(19):72-82, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202403063
    摘要:
    土壤水分入渗是受土地利用类型(覆盖)变化影响显著的水文过程。为探明坡式经济林开发对土壤水分入渗的影响及其影响因素,该研究选取安徽省金寨县4种开发栽培模式(板栗经济林、板栗+茶间作、油茶经济林和油茶+茶间作,以杂木林为对照),选取Philip、Kostiakov、Kostiakov-lewis和Horton 4种模型对其在不同开发栽培模式下的适用性进行评价。结果表明:1)坡式经济林开发为板栗经济林、板栗+茶间作、油茶经济林和油茶+茶间作后,土壤水分入渗性能显著降低,平均入渗率、初始入渗率和稳定入渗率下降幅度分别为46.14%~64.88%、39.60%~58.97%和49.88%~72.84%。初始入渗率和稳定入渗率的大小排序为杂木林、板栗+茶间作、油茶+茶间作、板栗经济林、油茶经济林;而平均入渗率在板栗+茶间作和油茶+茶间作中无显著性差异(P > 0.05)。2)相关性及通径分析表明,力稳性>5.00 mm粒级团聚体、水稳性平均重量直径和力稳性平均重量直径与土壤水分入渗性能(初始入渗率、平均入渗率、稳定入渗率)呈显著正相关(P < 0.05),是影响土壤水分入渗特征的主要因素,且力稳性>5.00 mm团聚体是主要影响因子。3)Kostiakov模型最适合描述土壤入渗速率的特征。研究结果可为研究区开发栽培模式的选择提供参考。
    2024,40(19):83-92, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202402101
    摘要:
    为深入研究坡面薄层水流的滚波特性,该研究对坡面薄层水流深度测量系统的精度进行标定,并将其优化为双线激光水深测量系统,在3种坡度和6种流量条件下,采用非接触式测量方法实时测量滚波成熟断面位置的水深。结果表明:坡面薄层水流深度测量系统的精度确认为0.473 mm/格,双线激光水深测量系统的最佳间距为0.04 m。流量和坡度显著影响滚波波速、波高、波高差值及频率,流量的影响(效应量0.655~0.963)大于坡度(效应量0.232~0.874)。坡度显著影响波长,而流量对波长无显著影响。波速随流量增加而增加,但随坡度增加,流量对波速的影响降低。在不同坡度条件下,波高对流量的响应各异。3°坡度下,波高随流量增加先增高后降低,而在较大坡度下(9°和15°),波高处于小流量条件下(2~8 L/min)增幅较大,分别为3.74和4.63 mm。随着流量增大,3°与9°的波高差异增加,但9°与15°之间的差异则减小。此外,波高差值随流量增加显著增大,但随坡度的变化受到流量的影响差异呈现出先增大再减小的趋势。流量增加会导致频率增加,且15°坡度下增幅最大,为2.37 Hz。各坡度的频率差异随流量增大表现为先减小后增加,其临界流量值为8 L/min。小坡度下(3°)波长随流量波动增加,而在大坡度下(15°),较大流量会抑制波长发展。大流量条件下(16~20 L/min),各坡度的波长差异显著。该研究为提高坡面薄层水流测量精度,进一步探明薄层水流滚波的动力学特性提供理论依据。
    2024,40(19):93-104, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202403020
    摘要:
    玉米是黄河三角洲(简称黄三角)滨海盐碱区主要粮食作物之一,氮肥合理施用对于促进该地区玉米产量提升、养分资源高效利用以及生态环境改善至关重要。为了明确该地区玉米的适宜施氮量和施氮制度,该研究基于2 a(2019—2020年)玉米栽培田间滴灌施肥试验,校验和评估DRAINMOD-S和DRAINMOD-N Ⅱ模型在该地区的适用性和可靠性,从而确定田间排水沟/管间距和建立玉米适宜施氮量估算模型与施氮制度。结果表明:1)DRAINMOD-S和-N Ⅱ模型可较准确地模拟黄三角滨海盐碱农田地下水埋深、土壤含盐量和硝态氮含量分布的动态变化,其模拟值与实测值之间的决定系数R2均大于0.80,标准化均方根误差(normalized root mean squared error,NRMSE)均低于25%;2)通过分析排水间距与土壤渍水和盐分胁迫减产效应间的关系,推荐该地区排水间距可设为17 m;3)在兼顾作物氮素需求(即吸氮量满足玉米自身需求)、土壤持续供氮能力(收获后土壤无机氮储量与播种时大抵相近)及养分淋失风险可控(氮淋失量尽量小)等目标的前提下,基于数值模拟确定了不同气候和初始土壤无机氮含量条件下的玉米适宜施氮量,并建立了其与主要环境变量如降雨量、降雨强度和初始土壤无机氮含量之间的定量关系(R2 = 0.70,P < 0.01);4)评估了典型枯水年、平水年、丰水年施肥1~3次下不同施肥时期组合的影响,表明不同水文年里都可选择在玉米拔节期-抽雄期(或拔节期-抽雄期-灌浆期)追施氮肥2(3)次。研究结果可为黄河三角洲滨海盐碱农田玉米氮素管理提供参考。
    2024,40(19):105-113, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202405203
    摘要:
    为提高盐碱地生产效能及农业废弃物利用率,将腐殖酸混掺到由酒糟、秸秆等农业废弃物拌制成的基质模块中,研究不同基质对盐碱地土壤盐分及“金棚8号B型”供试番茄生长特性的影响。选取轻度S1(Ec=1.15 mS/cm、pH=8.63)、中度S2(Ec =3.67 mS/cm、pH=9.13)、重度S3(Ec =6.39 mS/cm、pH=9.69) 3种盐碱土,设置6组腐殖酸添加量T0(0)、T1(2‰)、T2(4‰)、T3(6‰)、T4(8‰)、T5(10‰),以基质中不添加腐殖酸的处理为对照组,构建TOPSIS多目标综合评价模型对番茄株高、茎粗、叶绿素相对含量(soil and plant analyzer development,SPAD)、根系特征、产量及品质进行综合评价,确定不同类型盐碱土最优基质配施模式。结果表明:从番茄苗期、花期、果实膨大期到成熟期,不同类型盐碱土土壤盐分均呈先增大后减小趋势;随着土层深度的增加,盐分呈先上升后下降趋势;同一深度,随着基质中腐殖酸添加量的增加土壤盐分呈下降趋势;与对照组相比,基质中均添加10‰腐殖酸处理的轻度、中度、重度盐碱土各土层平均盐分分别降低60.57%、13.14%、8.31%,对轻度盐碱地改良效果更好;基质中添加腐殖酸处理对番茄株高、茎粗、SPAD值、根系发育、产量与品质具有显著优势(P<0.05);基于TOPSIS多目标综合评价模型,得出在轻度、中度、重度盐碱土中分别添加4‰、6‰、8‰腐殖酸,番茄的综合指标贴近度最大,其综合评价最优。研究结果可为农业废弃物高效利用及盐碱地高品质果蔬的科学管理提供理论依据。
    2024,40(19):114-123, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202311026
    摘要:
    农业测控系统的用户交互性存在改进空间,随着自然语言语义处理技术的不断进步,提升农业测控领域中复杂的控制和查询操作的用户友好性变得至关重要,这有助于降低用户的操作成本。本文提出了一种面向农业测控领域的自然语言接口(Agricultural Measurement and Control Natural Language Interface,AMC-NLI),旨在改进农业测控平台的用户体验。通过BERT-BiLSTM-ATT-CRF-OPO(Bidirectional Encoder Representations from Transformers-Bi-directional Long Short-Term Memory- Attention-Conditional Random Field)的语义解析模型,识别并提取农业指令中的实体,并进行操作-地点-对象三元组语句(operate-place-object,OPO)的槽填充。使得用户的自然语言输入能够被转化为结构化的三元组语句,实现用户输入的指令转换为相应的参数,并通过物联网网关发送到相应的设备。试验结果表明在AMC-NLI农业测控指令交互方面,该模型表现出色,准确率,精确率、召回率,F值和平均最大响应时间分别达到了91.63%、92.77%、92.48%、91.74%和2.45 s,为农业信息化管控提供了更为便捷的互动方式。
    2024,40(19):124-134, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.20240407019
    摘要:
    为解决自然环境下西瓜分布不均且遮挡严重导致的人工计数困难问题,该研究提出一种YOLOv7-GCSF模型与DeepSORT算法相融合的无人机视频西瓜自动计数方法。采用GhostConv及C2f模块轻量化YOLOv7模型,以减少模型冗余信息;引入SimAM注意力机制,构建MP-SimAM模块,用于提高模型特征提取能力;替换CIoU为Focal EIoU损失函数,以增加模型收敛性能;在DeepSORT中提出一种掩模撞线机制,用于提高计数精度。结果表明,YOLOv7-GCSF目标检测模型精确率(P)、均值平均精度(mAP0.5)分别达到94.2%、98.2%,相比YOLOv7模型分别提高2.3、0.3个百分点,在模型轻量化方面,较YOLOv7模型浮点运算数下降77.5G,模型参数量、模型大小分别下降0.57M和18.88MB;与传统Tracktor和SORT算法相比,改进的DeepSORT算法跟踪准确率分别提高5.0和13.7个百分点;三白瓜及宁夏硒砂瓜计数结果决定系数为0.93、平均计数精度为96.3%、平均绝对误差为0.77。该方法可有效统计西瓜园西瓜数量,为西瓜产量预测提供一种行之有效的技术途径。
    2024,40(19):135-145, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404119
    摘要:
    农业大棚作为一种特殊的地物类型,在高空间分辨率遥感影像上识别相对容易,且精度高,但高分影像大多需商业购买,可获取性受限。为提高县域农业大棚精确提取的经济性和便捷性,该研究利用免费、方便获取的非高分Sentinel-1(雷达)和Sentinel-2(光学)遥感数据进行融合,结合光谱指数、纹理提取和主成分分析等方法,构建了多维特征集空间,采取多种分类识别方法(案),对县域农业大棚进行识别提取。研究结果表明:1)仅使用Sentinel-1/2(10 m分辨率)遥感影像,在适当分类方法(案)的支持下,可实现县域农业大棚的高精度提取;2)利用Sentinel-1(雷达)和Sentinel-2(光学)遥感数据的融合有助于提升农业大棚的识别精度。Sentinel-1/2数据融合相较于仅使用Sentinel-2(光学)遥感数据,总体精度平均提升1.72个百分点,最大提升3.29 个百分点;3)文中所用识别方法(案)中,面向对象方法在大棚密度高的区域表现良好;但在大棚密度较低的区域,精度一般,表现出较强的区域(或场景)依赖性。而光学与雷达信息融合后基于像素的递归特征消除随机森林(random forest - recursive feature elimination,RF-RFE)方法(案)平均精度可达96.45%,精度高且稳定,区域适应性强,适合非高分影像县域农业大棚的精确、高效提取。研究提出的基于Sentinel-1/2影像县域农业大棚提取方案,可为广大县域农业大棚经济、快速、高效提取,提供技术支持。
    2024,40(19):146-158, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202405051
    摘要:
    基于热成像仪获取作物冠层温度可以实现作物水分胁迫状态的非接触式、无损检测,并且具有高通量检测的潜力。然而热红外图像存在作物边缘分布不清晰、噪声强、缺乏形状、纹理信息等问题,无法实现作物冠层温度自动化提取,利用可见光与热红外图像间的信息互补性,通过图像自动配准技术可以弥补热红外图像缺点,为自动化检测提供基础。为解决可见光图像与热红外图像之间辐射、形状和纹理差异,导致不同模态图像配准难度较大问题,该研究提出了一种融合改进头脑风暴(brain storm optimization algorithm,BSO)与Powell算法的可见光与热红外图像配准方法。研究通过对原始BSO优化算法进行改进使得整体算法更好寻找到最优仿射变换矩阵进而完成图像配准任务,具体改进包含以下5个方面:使用混沌映射函数初始化BSO群体分布、修改新个体变异范围、手肘法动态调整BSO中K-means聚类数、在个体变异方式策略中加入混沌本地搜索方法、在算法执行过程中根据BSO算法前期后期不同特性动态调整概率参数。研究选用互信息值(mutual information,MI)、归一化互信息值(normalized mutual information,NMI)、均方根误差(root mean square error,RMSE)和平均结构相似性指数(mean structure similarity index measure,MSSIM)作为评价指标。该研究算法相对比Powell优化算法、遗传算法(genetic algorithm,GA)和BSO_Powell算法在温室数据中MI指标分别提升0.0542、0.0769、0.0405,NMI指标分别提升0.0159、0.0231、0.0527,RMSE指标分别降低15.02、13.03、27.08,MSSIM指标分别提升0.0523、0.0488、0.1224;大田数据中MI指标分别提升0.0642、0.0667、0.0355,NMI指标分别提升0.0077、0.0125、0.0124,RMSE指标分别降低14.06、10.57、15.40,MSSIM指标分别提升0.0471、0.0381、0.0429。结果表明,所提出算法具有很强的鲁棒性,能够准确完成复杂环境下马铃薯多模态图像配准任务。
    2024,40(19):159-167, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404106
    摘要:
    针对统计和线性回归模型难以完全揭示花期影响因子与花期之间的复杂非线性关系及油菜花期样本稀少的问题,提出了一种结合虚拟样本生成的集成学习算法来实现油菜花期的预测。该研究利用浙江省衢州市龙游县1999—2023年油菜盛花期与1998—2023年气象数据,通过基于高斯混合模型的虚拟样本生成(GMM-based virtual sample generation,GMM-VSG)算法与三次样条插值法(cubic spline interpolation)分别对原始样本进行扩充,采用8种机器学习算法建模并基于贝叶斯优化器进行超参数优化,最后通过Stacking集成学习方法,对 8种算法进行不同的组合,建立了油菜花期预测模型。研究结果表明:相较于原始数据集,通过三次样条插值法与高斯混合模型生成的两个扩展数据集在各种机器学习算法中的性能显著提升,其中通过三次样条插值法生成的数据集表现最为优异。通过Stacking思想能提升模型的精度,其中以核岭回归(kernel ridge regression ,KRR)、支持向量回归(support vector regression, SVR)、极端梯度提升树(extreme gradient boosting, XGBoost)这3种算法作为基模型,线性回归作为元模型的SRX_L模型表现最优,其平均绝对误差、均方根误差和决定系数,分别为0.105 6 d、0.122 7 d和0.9997。该研究结果可为油菜花期的准确预测提供有效方法。
    2024,40(19):168-176, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404155
    摘要:
    腐败病、叶斑病、病毒病、斜纹夜蛾等荷叶病虫害严重影响莲子的产量与品质。开展疫病叶片检测是防治荷叶病虫害的重要措施。该研究以提高对荷叶病虫害的检测精度、减少模型的计算规模、提升可部署性为目标,提出了一种基于改进YOLOv8的轻量化荷叶病虫害检测模型,同时,建立了一种考虑不同环境条件的荷叶病虫害数据集。首先,将YOLOv8颈部网络中的卷积模块(Conv)替换为GSConv,将C2f模块替换为VoV-GSCSP,形成了Slim-neck架构,使模型在保持较高识别准确性的基础上降低计算复杂度。同时,使用融合了EMA高效多尺度注意力机制的C2f_EMA模块替换主干网络中的C2f模块,提升模型对复杂环境中荷叶病虫害的特征提取能力。试验结果表明,建立的改进YOLOv8荷叶病虫害检测模型能够对荷叶病虫害进行有效检测,实现的平均精度均值(mean average precision,mAP)为89.3%,较基线模型提高了1.6个百分点;模型的参数量较基线模型降低了0.2 M,模型大小仅为5.6 MB。与其他主流检测模型相比,改进YOLOv8模型在检测精度、参数量和模型大小等方面表现出显著优势。将模型部署至Jetson Xavier NX和树莓派4B边缘计算设备上,模型实现的检测帧率分别为27和0.7 帧/s,展现了良好的移动端部署前景。所提模型实现了对荷叶病虫害的精准识别,可为荷叶病虫害自动防治提供支撑。
    2024,40(19):177-185, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404108
    摘要:
    杨树是木材生产加工的重要来源和防护林建设的重要树种,中国的杨树人工林栽培规模居世界首位。然而,全球变暖加剧使得干旱成为杨树培育中最为严重的典型的非生物胁迫,给木材原料形成、森林资源保护带来挑战。该研究采用低成本的机器视觉成像研究干旱胁迫杨树苗表型快速解析方法。首先,提出了基于YOLOv8-pose的杨树骨架提取算法,识别植株上的叶片个体及内部的关键节点,实现植株整体形态结构信息的提取。其次,引入小样本学习技术,提出基于极少量人工标注的训练数据集扩充方法,大幅降低YOLOv8-pose模型训练的人工标注成本。然后,依据杨树骨架信息计算每个叶片主叶脉、叶柄的倾角,并将倾角信息转换为频数分布,便于人工智能算法建模。最后,研究并对比了传统机器学习及深度学习分类器,选择最优算法建立干旱胁迫等级分级模型。结果表明,小样本学习YOLOv8-pose模型在叶片识别、关键点提取任务中表现优异(交并比阈值为0.5时的平均精度分别为0.798和0.914);基于一维卷积神经网络分类模型和倾角频数分布特征的杨树苗干旱胁迫等级分级模型优于其他对比方法,分类准确率为0.850。该研究提出的杨树表型解析方法可为缺水杨树识别、抗旱杨树筛选提供新的技术支持。
    2024,40(19):186-196, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202311129
    摘要:
    针对温室采用土壤源热泵供暖存在土壤热失衡明显、土壤温度和供暖能效逐年降低的问题,该研究在112 m2玻璃温室建设了耦合太阳能跨季节蓄热的土壤源热泵供暖系统,通过两个供暖周期试验,对热泵机组的运行、土壤热失衡、太阳能跨季节蓄热以及太阳能直供-土壤源热泵耦合供暖的运行特性进行深入分析。结果表明,在土壤源热泵供暖结束后,工作井温度下降2.40~2.97 ℃、监测井土壤温度下降0.60~1.00 ℃,土壤热失衡问题突出;太阳能跨季节蓄热使得监测井土壤温度较初始地温上升约0.2 ℃,有效解决了土壤热失衡问题;耦合供暖时太阳能直供可承担11%的热负荷,使得温室供暖能效系数从上一年度的2.79提升至3.19,提高了14.3%,节能效果明显。该研究揭示了供暖系统全年度和典型工况下的运行特性,实证了耦合太阳能解决土壤源热泵热失衡问题的可行性和高效性,并给出了系统高效运行主要操作参数的推荐值,为温室供暖相关研究与工程应用提供案例参考和数据支撑。
    2024,40(19):197-207, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202403163
    摘要:
    针对循环水养殖尾水污染物浓度低、处理通量大、净化成本高等问题,研发新型环保生物质灰滤材,以实现养殖尾水绿色、经济、高效脱氮除磷。围绕生物质灰滤材冷压烧结过程,研究不同睏料时间、烧结温度、保温时间下制得滤材的性能差异与结构特征,解析滤材性能调控机制,阐明滤材烧结成型机理,并对其氮磷吸附效果进行评估。结果表明,烧结温度为影响滤材性能的主控因素。更高烧结温度下,生物质灰中硅灰石与黄长石相向钙长石相的转变,促进了滤材透水孔隙向气孔孔隙的转化,进而实现滤材的性能调控。不经睏料,在1 170 ℃保温40 min制得生物质灰滤材具有较好综合性能,对磷酸盐-磷与亚硝酸盐-氮的单位吸附量和去除率分别达到0.996 mg/g、2.767%与0.317 mg/g、0.881%,优于陶粒、天然沸石、生物炭等主流商用滤材。该研究结果表明生物质灰滤材能够满足循环水养殖尾水脱氮除磷需求。
    2024,40(19):208-216, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404146
    摘要:
    厌氧发酵广泛用于猪场废水的前端处理,该过程将产生大量沼液。在中国受土地消纳能力限制,相当一部分猪场沼液不得不经处理后达标排放。猪场沼液含有高浓度污染物,目前仍缺少高效的处理工艺。化学磷回收与A/O工艺均已有较好应用基础,该研究尝试联合结晶磷回收与A/O系统设计了一套具有工程可行性的猪场沼液处理工艺,并以实际猪场沼液为处理对象,探究了该工艺的污染物去除效能与机制。A/O系统缺氧、好氧反应器水力停留时间(HRT,hydraulic retention time)分别为3.4、8.6 h,硝化液回流比为200%,结晶反应器HRT为15min。试验结果表明,所设计工艺获得了较好的污染物去除效果,TP(总磷)、NH4+-N、TN(总氮)、COD(化学需氧量)的去除率分别达到91.20%、94.67%、83.28%和96.18%;工艺同时实现了磷的高效回收,磷回收率(结晶单元对TP去除的贡献率)达到93.44%。缺氧、好氧单元对COD、TN、NH4+-N的去除贡献率分别为75.24%、47.66%、17.30%与24.76%、30.92%、62.75%;该工艺条件下,缺氧单元发生了明显的厌氧氨氧化过程,好氧单元可能通过同步硝化反硝化、厌氧氨氧化等过程实现了部分TN的去除。结晶单元主要结晶产物为MgNH4PO4,同步去除了部分TN、NH4+-N,去除贡献率分别为21.39%、19.92%。该研究可为猪场沼液处理及资源回收提供参考。
    2024,40(19):217-224, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202402011
    摘要:
    非点源污染影响因素复杂,实时监测与模拟具有难度,而景观生态风险评价从景观格局与生态过程的角度为区域污染风险评价与识别提供了新的思路。以深圳河湾流域为案例,基于“源-汇”理论,通过源汇景观识别、景观空间负荷对比指数评价污染风险,且与实地监测污染物数据进行数值与空间相关性分析,验证其结果准确性与科学性。研究结果表明:1)污染物监测数据表明流域内雨季总氮、总磷平均浓度超标率为12.99%、11.89%,非雨季超标率为8.61%、9.44%,雨季风险高于非雨季,5、7、9、10、12、13号子流域水环境质量相对较差,下游污染风险高于上游,沿海污染风险高于非沿海。2)非点源污染风险指数法评价结果表明7、9、10、12、13号子流域处于污染高风险区,集中在布吉河流域与福田河下游,占流域总面积的16.93%。3)两种风险结果具有一致性,数值上具有高度显著性,空间上具有聚集性。基于“源-汇”理论的非点源污染风险指数法适用于区域非点源污染风险评价。
    2024,40(19):225-230, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202403141
    摘要:
    针对中国废弃物资源化利用污染物排放高、机械化水平低等问题,该文在实地调研的基础上,梳理了澳大利亚、新西兰、新加坡等3个国家的废弃物处理技术体系,总结了3个国家在技术创新、平台建设、人才培养、推广应用等方面的典型经验和做法,目的是为中国农业废弃物清洁高效利用提供借鉴。澳大利亚、新西兰是世界重要的农业大国,均建立了较为完善的农业废弃物循环利用体系,澳大利亚构建了“资源化+”技术体系,新西兰构建了“源头减量+过程控制”协同处理技术体系,新加坡探索构建了城市生活垃圾厌氧发酵资源化新技术,本研究从科研团队协作、科研投入、成果推广应用等方面提出对策建议,助力推进我国废弃物资源化利用和循环农业发展。
    2024,40(19):231-239, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202305059
    摘要:
    把握生态安全格局动态变化的趋势和特征,识别亟需修复的生态区域,对维系区域生态安全,促进区域可持续发展具有重要意义。基于形态学空间格局分析方法并叠加国家自然保护区筛选生态源地,使用电路理论模型识别生态廊道、生态夹点区和生态障碍区,构建黄河中游地区2000—2020年的生态安全格局并分析其时空动态变化特征。结果表明:生态源地的数量和面积基本保持稳定,东部盆地和山区分布密集,西部高原分布较为稀疏。生态廊道由2000年的96条演变为2020年的103条,密集分布在山地广布的东部,西部生态廊道稀疏且跨越距离较长。生态夹点区面积保持稳定,障碍区面积呈小幅下降趋势,夹点区和障碍区以源地和廊道连接的区域及廊道的中间位置分布最为密集。生态安全格局呈现东南密集、西北稀疏的空间格局,夹点保护区在西部廊道稀疏区域变动频繁,障碍修复区集中分布在人类活动强度较大的盆地或平原,源地保护区稀疏的区域更需要稳定的“中转站”以维持长距离的廊道连接,廊道数量和长度呈增加趋势,生态安全格局整体朝着良好方向发展。黄河中游地区东部和西部生态安全格局的空间差异是由东部集中分布的高强度人类活动与生态环境良好的山区、西部脆弱的生态环境与不合理的开发活动共同作用所导致的。针对黄河中游生态安全格局存在的具体问题及实际生态状况,提出了保护与修复生态源地、生态廊道等生态要素的措施。研究结果可为黄河中游地区生态安全格局的优化及生态环境高质量发展提供科学参考与借鉴。
    2024,40(19):240-249, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404130
    摘要:
    为探索各种空间因素作用下耕地未来空间布局的发展方向及其管控策略,该研究以位于长三角地区的常州市为例,采用机器学习算法构建了土地资源可耕性评价模型,并分别用PLUS模型和InVEST模型计算城市发展潜力和生境保护潜力,最后使用蚁群优化算法实现权衡多目标的耕地空间配置模拟并划定优化分区。结果表明:1)通过土地资源可耕性评价发现,常州市不可耕作区中有168.25 km2现状为耕地,高度可耕作区中有254.11 km2为非耕地,耕地资源分布存在明显的不均衡性。2)对比不同情景下的耕地空间配置结果,确定城市发展-生境保护-集中耕作情景取得了最理想的效果,平均可耕作潜力为0.9387,有助于优化耕地资源合理布局。3)统筹耕地空间配置结果与土地利用现状将常州市划分为核心保护区、质量提升区、潜力储备区、建设缓冲区、生态保育区共5区并提出差异化的优化管控策略。该研究的技术路径和结果对于重新认识区域耕地资源本底、有效调节土地资源错配具有参考意义。
    2024,40(19):250-261, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202407060
    摘要:
    综合探究修河流域景观生态风险时空演化特征及其影响因素对构筑区域国土空间生态屏障,优化生态风险管理机制具有重要意义。该研究以平原山地混合分布典型区修河流域为例,以2002、2007、2012、2017、2022年为研究时点,在测度景观生态风险指数的基础上,借助空间自相关、地形梯度分级等模型综合探究区域景观生态风险时空演化特征,并采用最优参数地理探测器识别其影响因素。结果表明:1)2002—2022年,修河流域景观生态风险指数呈下降趋势,低风险与中-低风险区域共增加491.89 km2,高风险与中-高风险区域共减少926.17km2,生态风险基本由高风险向低风险等级转移。2)修河流域景观生态风险在水平尺度上呈空间正相关性,局部集聚特征主要以“高-高”“低-低”为主;垂直空间上,景观生态风险呈明显地形梯度效应,高风险区在低地形梯度范围内呈优势分布,低风险区在中高地形梯度范围内呈优势分布。3)景观生态风险易受多维因素的影响,各时期地形因子、人类干扰指数、年均温等因素的影响效应始终较强;因子间的交互作用后对景观生态风险的解释力显著增强。研究结果可为流域生态风险管控及生态空间布局优化提供有益参考。
    2024,40(19):262-271, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404222
    摘要:
    为了实现油菜叶片锌含量的快速无损检测,该研究采用一种基于高光谱成像技术结合深度迁移学习算法的高精度检测方法,通过无土栽培的方式,设置10个不同胁迫类别(2种不同硅浓度环境结合5个不同锌胁迫梯度),获取无硅环境和有硅环境中重金属锌胁迫下总计4 000个油菜叶片样本。利用高光谱成像设备采集油菜叶片样本高光谱图像信息,并将整个叶片作为感兴趣区域获取其平均光谱信息。通过对比不同预处理后光谱对硅作用下油菜叶片锌含量预测性能,确立标准正态变量变换(standard normalized variable,SNV)算法作为最佳预处理方法,并对SNV处理的光谱数据进行进一步分析。利用堆叠自编码器(stacked auto-encoder,SAE)对预处理后的最佳光谱数据进行降维,并与传统的降维算法进行比较。最后,对最优SAE深度学习网络进行迁移学习,得到迁移堆叠自编码器(transfer stacked auto-encoder,T-SAE)模型,验证无硅环境和有硅环境中深度学习模型之间的可迁移性。结果表明,基于SAE提取深度特征的支持向量机回归(support vector machine regression,SVR)模型对无硅环境或有硅环境中油菜叶片中锌含量的预测效果较好。无硅环境和有硅环境中所建立的SNV-SAE-SVR模型性能较佳,预测集的决定系数(Rp2)、均方根误差(RMSEP)和相对分析误差(RPD)分别为0.850 7、0.034 66 mg/kg和2.607,0.876 6、0.028 54 mg/kg和2.732。此外,基于T-SAE提取深度特征的SVR模型能有效实现无硅环境和有硅环境中锌含量的预测,最佳SNV-T-SAE-SVR模型预测集的Rp2、RMSEP和RPD分别为0.881 0、0.027 48 mg/kg和2.966。研究结果表明,深度迁移学习方法结合高光谱成像无损检测技术能够有效实现油菜叶片锌含量检测。
    2024,40(19):272-280, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202405074
    摘要:
    为实现留兰香产地的快速鉴别,该研究提出了一种核主成分分析(kernel principal component analysis,KPCA)与核局部保持投影(kernel locality preserving projections,KLPP)及Wilks Λ统计量序贯融合的特征波长提取策略,在此基础上鉴别5个产地的留兰香。首先,在采集5个产地300个留兰香样本的三维荧光数据后,运用三角形内插值法去除原始光谱中的瑞利散射和拉曼散射,并运用SG(Savitzky-Golay)对数据进行平滑预处理。然后,对预处理后的荧光光谱数据分别利用KPCA、KPCA+KLPP、KPCA+Wilks Λ统计量、 KPCA+KLPP+Wilks Λ统计量4种方法提取特征激发波长和特征发射波长。接着,按特征激发波长从小到大顺序将其对应的特征发射波长光谱值首尾相连转换成行向量;4种方法从300个样本中各得到1个300行的特征波长光谱值矩阵。再者,运用Fisher判别分析(fisher discriminant analysis,FDA)对特征波长光谱值矩阵进行数据可分性融合,生成可分性FD(fisher discriminant)变量。选取前4个累计判别能力达到99%的FD变量作为鉴别模型的输入向量。最后,用支持向量机(support vector machine,SVM)算法分析4个FD变量,分别得到对应于4种特征提取波长方法的FDA+SVM鉴别结果,其正确率分别为92.00%、96.00%、94.67%、100%。结果表明,所提出的KPCA+KLPP+Wilks Λ统计量序贯融合的特征波长提取策略能够有效减少三维荧光光谱数据的冗余,并能表征原始荧光数据的信息特征,实现了5种留兰香产地的正确鉴别。该研究可为后续利用三维荧光光谱开展留兰香重要组分量化分析提供一定的基础。
    2024,40(19):281-291, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404021
    摘要:
    为提高太阳能联合空气源热泵干燥系统的经济效益、环保效益以及太阳能利用率,提出了一种太阳能多热源热泵(solar assisted multi-heat source heat pump, SMSHP)干燥系统。采用模糊层次分析法,该研究选取集热器倾角、集热器面积、水箱容积、热泵功率、水泵流量、空气流量为变量,以SMSHP干燥系统的经济性、系统性能、节能性为优化目标,建立SMSHP干燥系统基于模糊层次分析法的多目标优化模型,得到SMSHP干燥系统的多目标优化函数,并通过正交试验法选出25组优化组合。另外,基于TRNSYS软件搭建了SMSHP干燥系统仿真模型,将25组优化组合参数下的系统进行仿真分析,得出最优参数组,并通过TRNSYS仿真模型验证了最优参数组的实用性和可靠性。研究结果表明,最优参数组为:集热器倾角为35 °、集热器面积为40 m2、水箱体积为1.5 m3、热泵功率为10 kW、集热泵流量为2700 kg/h、空气流量为3500 m3/h,此组参数下,SMSHP干燥系统成本降低了4.78%,系统性能提高了17.08%,节能性提高了9.41%,各项指标综合提升了6.27%。该研究从多影响因素出发,采用模糊层次分析法对太阳能多热源热泵干燥系统进行多目标优化分析,对提高系统的综合性能具有重要的指导意义。
    2024,40(19):292-299, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202405167
    摘要:
    聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)是一种常用的种子引发剂,利用PEG调节种子在引发过程中的水分吸收,是提高种子引发效果的关键。为探究不同PEG引发浓度和引发时间条件下玉米种子水分吸收对引发效果的影响,该研究采用低场核磁共振(low-field nuclear magnetic resonance,LF-NMR)技术动态监测不同浓度PEG引发下玉米种子水分相态变化情况,分析种子水分吸收和引发效果的关系,并结合机器学习算法构建玉米种子引发效果预测模型。结果表明:随着引发时间的增加(0~48 h),结合水含量呈现先增加后逐渐趋于稳定的趋势,而自由水含量则持续上升,总水含量呈现先增加后逐渐减缓的趋势。结合水含量刚进入滞缓阶段,即A21信号幅值基本不再增加,可作为判断玉米种子适宜引发时间的一个指标。此外,利用高斯过程回归(gaussian process regression,GPR)算法结合核磁参数和引发条件构建的模型,对玉米种子发芽率预测的R2达到0.920,能够快速检测种子的引发效果。通过LF-NMR检测种子引发过程中的水分变化能够实现最优引发条件的快速筛选,该研究为玉米种子引发参数设置和引发效果快速评价提供了新思路。
    2024,40(19):300-309, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202406088
    摘要:
    为明确光照刺激微生物合成β-胡萝卜素具体代谢过程中的分子机制,该研究使用超高效液相色谱法及Illumina Hiseq 2000平台分别对卷枝毛霉WJ11光照刺激后β-胡萝卜素积累及代谢通路中的基因变化及功能注释进行转录组学分析。结果表明光照后细胞干质量比黑暗条件稍高,葡萄糖的消耗速率更快且脂质含量明显提高,达到细胞干重的35.3 %,而光照后β-胡萝卜素合成急剧增加,持续光照1 440 min时β-胡萝卜素含量达到最大值458.3 μg/g,是黑暗条件的2.1倍。分别收取光照与黑暗条件下不同时间点的样品进行转录组学分析,结果表明光照刺激后120 min糖酵解途径增强,积累的丙酮酸在细胞质中转化为乙醛并激活细胞质中丙酮酸-乙醛-乙酸循环,从而提供更多的前体乙酰辅酶A,甲羟戊酸途径基因表达量增强,使得β-胡萝卜素合成剧烈增加。而光照1 440 min后脂质和β-胡萝卜素合成趋于稳定,推测乙酰辅酶A有所积累导致乙酰辅酶A乙酰转移酶活性增强甲羟戊酸途径活性反而下降,β-胡萝卜素积累有所下降。此外乙酰辅酶A合成酶和ATP:柠檬酸裂解酶的表达量下降,使得碳源更多流向三羧酸循环。3个与光响应相关的光受体蛋白-1转录水平在光照120 min后均发生显著下调,推测其是光照刺激β-胡萝卜素合成的关键调控蛋白。研究结果为β-胡萝卜素合成分子机制研究及深化β-胡萝卜素遗传改造提供了理论支持。
    2024,40(19):310-318, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404132
    摘要:
    为实现废弃茶渣中活性物质的提取和资源化利用,该研究利用水热技术高效提取茶渣中的咖啡因,并结合响应面法(response surface methodology,RSM)和人工神经网络(artificial neural network,ANN)对提取过程进行建模与预测,获得最优的浸提条件。结果表明,水热法能够实现咖啡因等高值活性成分的高效浸出,通过RSM对提取过程中的关键参数(水热温度、时间、液固比和pH值)进行了系统优化,发现水热温度对咖啡因提取率的影响最为显著。此外,还建立了ANN模型以进一步验证和对比优化效果,试验表明,ANN模型预测的最佳条件为水热温度220 ℃,水热时间3.5 h,液固比50 mL/g,pH 9.0,ANN的预测结果(66.19 mg/g)与实际试验(65.81±0.47 mg/g)结果较为接近,具有更高的预测精度(R2 = 0.999)。该研究利用水热技术从茶渣废弃物中回收咖啡因,为废弃生物质资源的高值化循环利用提供了有益的参考和借鉴。
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      2024,40(18):1-12, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404074
      摘要:
      针对康乃馨自动化标准扦插作业需求,解决现有人工扦插模式劳动强度大的问题,该研究设计了一种抓取-扦插一体化作业的扦插机器人系统。以康乃馨生根用插穗为对象,根据插穗物料特性参数和高产栽培农艺要求,提出辅助栽植式末端执行器作业方式和抓插协同运动规划模型,基于YOLOv5s深度学习网络构建多目标插穗检测模型,建立扦插机器人运动学模型,提出基于改进MD-H(modified denavit-hartenberg)规则的逆运动学建模方法和时间最优轨迹规划算法。仿真结果表明,改进后的逆解算法和轨迹规划算法的运行时间与常规算法相比分别降低了38.3%和72.5%。搭建扦插机器人试验台,进行定位误差及整机性能试验。试验结果表明,抓取作业时XY方向的平均定位误差分别为2.33和2.38 mm;扦插作业时XYZ方向的平均定位误差分别为2.21、2.25和2.05 mm;机器人单株平均作业总时间为14.787 s,其中识别抓取平均工作周期为6.803 s,占作业总时间的46.01%,扦插作业的平均工作时间为5.104 s,占作业总时间的34.52%;插深合格率为88%,扦插直立度为92%,漏插率和根部损伤率分别为5%和2%,基本满足自动化标准扦插作业要求。研究结果可为温室标准化扦插设备的研发与应用提供参考。
      2024,40(18):13-22, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202402106
      摘要:
      为解决油菜籽收获、运输、存储、销售等过程中对含油量、蛋白质、硫苷等内部品质的检测需求,实现油菜籽多指标、便携式、快速无损的检测目标,设计了一种基于近红外光谱的便携式油菜籽内部品质检测装置,集成微型光谱仪、LCD触摸屏、树莓派处理器、箱体、样品杯和电源,装置尺寸为246 mm×128 mm×127 mm,可在户外环境稳定工作6 h。以不同产区的65个油菜籽品种为研究对象,采集900~1633 nm的近红外漫反射光谱,使用竞争性自适应重加权、最小角回归、无信息变量消除等降维算法与偏最小二乘、极限学习机、支持向量等回归算法,建立了含油量、蛋白质、硫苷、含水率和芥酸高精度预测模型,决定系数R2分别为0.949、0.861、0.730、0.976、0.862,均方根误差RMSE分别为1.39、1.46、20.7、0.36、3.63。使用 QT Creator 作为集成开发环境, PyTorch 作为框架,实现了模型的嵌入式部署与应用,实现了油菜籽的多品质参数一键式无损检测。使用Flask、MQTT等技术,开发了APP端、网页端和小程序端软件,实现了预测数据的多端同步和实时监控。经检验测试,含油量、蛋白质、硫苷、含水率和芥酸的预测决定系数R2分别为0.932、0.855、0.734、0.968、0.761,均方根误差RMSE分别为1.35、1.67、19.6、0.34、2.96,检测过程为13 s,在相对湿度40%~70%、温度15~35 ℃的环境下,装置对含杂量不大于2%、质量3~7 g的成熟期油菜籽具有数据采集稳定性;该仪器可用于对油菜籽的快速无损检测。
      2024,40(18):23-31, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202403217
      摘要:
      针对农田扬尘研究过程中现有扬尘监测装置易受环境温湿度影响,发生零点漂移,导致测量误差大的问题,该研究设计了一种基于温湿度补偿的扬尘监测装置,该装置包括温湿度传感器、质量传感器、数据采集系统等,可实现农田扬尘在线实时监测。通过温湿度与零点漂移相关性试验对采集的4个扬尘监测装置零点漂移与温湿度数据分析,温湿度与扬尘监测装置零点漂移具有显著相关性(皮尔逊系数的绝对值|p| > 0.5),且绝对湿度与零点漂移的相关性表现较相对湿度更加稳定,提出了绝对湿度与扬尘监测装置零点漂移的线性函数,函数的湿度系数与温度呈正相关。温度从40 ℃升至60 ℃,通过温度与扬尘监测装置输出信号单因素试验表明,零点漂移量是灵敏度变化量的65.7倍,零点漂移是影响扬尘监测装置测量精度的关键因素。建立了基于温湿度的BP网络扬尘监测装置零点漂移补偿模型,试验表明,此模型较基于温湿度的二阶多项式补偿模型数据波动幅度降低了8.8%,较基于温度的BP网络补偿模型降低了60.3%。对本文基于温湿度补偿的扬尘监测装置进行田间测量试验,结果表明,本文监测装置较无补偿扬尘监测装置的最终测量误差降低了57.5%,测量结果波动幅度降低了34.2%,有效降低了扬尘监测装置的测量误差。研究结果可为农田扬尘在线实时监测研究提供技术支撑。
      2024,40(18):32-41, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202403204
      摘要:
      为克服油茶果人工采摘率低,该研究根据油茶树体合轴分枝生长方式,结合树体异速生长法则,建立油茶分形树体理想模型,提取二分叉基本单元。基于经典质量-弹簧分析方法,建立3种不同质点分布的二分叉基本单元动力学模型,推导一阶自然频率计算表达式。以湖南省华鑫油茶品种为应用实例,通过测量油茶树形态学参数,辨识面积缩减系数和异速生长系数,采用水浸法和三点弯曲试验分别测量油茶树枝密度和弯曲弹性模量。计算不同分枝角度下二分叉基本单元的一阶自然频率理论值。创建二分叉基本单元ANSYS有限元仿真模型,通过模态分析得到自然频率仿真值,质量均分在刚性杆两端的动力学模型的自然频率ANSYS仿真值与理论计算值较接近,平均相对误差为7.3%。基于带端部质点的悬臂梁一阶自然频率计算公式,采用参数辨识方法推导二分叉基本单元一阶自然频率经验公式,自然频率的经验公式计算值与仿真值最大误差仅为0.41%,验证了经验计算公式的准确性。研究结果可为油茶果振动式采摘装置的激振参数设置供理论依据。
      2024,40(18):42-50, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202406138
      摘要:
      为解决粮食平房仓通风能耗大、储粮成本高的问题,该研究提出太阳能-地源热泵供冷系统,研究太阳能光伏-地源热泵供冷系统在粮食平房仓建筑中的可行性以及节能效果,以实现“零能耗”和“零排放”绿色储粮。基于粮食平房仓实际尺寸,建立了空气源热泵与太阳能光伏-地源热泵供冷系统仿真模型,并通过与仓房实测数据的对比进行了模型验证,从运行性能、光电适配性、经济性、节能以及环保效益等方面对供冷系统进行了分析。结果表明:系统运行1 a后性能系数(coefficient of performance,COP)最大值为4.76,最小值3.3;运行10 a后COP最大值为3.96,最小值3.07;系统年实际发电量与库区用电量之比为192%~270%;投资回收期为7.8 a;与传统空气源热泵系统相比,太阳能-地源热泵供冷系统节能率达59%,研究结果可为粮食平房仓供冷系统优化提供理论依据和设计参考。
      2024,40(18):51-61, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202403021
      摘要:
      确定作物合理的灌溉制度和灌水技术要素组合是科学管理农业水资源的基础,可有效缓解水资源短缺矛盾和保障区域粮食安全。基于此,该研究利用在陕西省杨陵区(2022年)和武功县(2017年)进行的夏玉米田间试验,分别对AquaCrop模型和WinSRFR软件进行校准和验证,确定了研究区夏玉米典型水文年(丰水年、平水年和干旱年)的灌溉制度;通过反演沟灌土壤入渗参数和田面糙率,结合确定的灌溉制度,优化了沟灌灌水技术要素组合(入沟流量和灌水时间),并量化评价了优化灌溉制度和灌水技术要素组合对夏玉米的增产能力。结果表明,AquaCrop模型能准确模拟研究区夏玉米生长过程,其中产量模拟值与实测值的相对误差绝对值均值分别为1.85%和7.47%;研究区夏玉米丰水年(灌浆期)和平水年(拔节期)需灌水1次,干旱年(拔节期和灌浆期)需灌水2次,单次灌水量均为55 mm;反演所得研究区沟灌土壤入渗参数kα取值范围分别为是55.416~98.437 mm/hα和0.351~0.858,田面糙率n均值为0.056;合理的入沟流量和停水时间取值范围分别为2.2~3.3 L/s和35~16 min,可获得高灌水质量(综合灌水质量指标Ci ≥ 85%);以2022年夏玉米优化的灌溉制度和灌水技术要素优化组合为基础,模拟所得夏玉米产量为7.819 t/hm2,与无灌溉(5.972 t/hm2)、现状条件(7.424 t/hm2)和仅对灌溉制度优化(7.659 t/hm2)情景相比较,分别提高了30.9%、5.3%和2.1%,且所需灌水量较现状条件可减少59 mm。研究结果可为研究区域夏玉米灌溉制度制定和沟灌方案设计提供理论基础和技术支撑。
      2024,40(18):62-69, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202401182
      摘要:
      入渗参数和糙率是沟灌设计和管理中需要确定的重要基本参数。该研究基于WinSRFR软件模拟结果构建样本集,通过最小二乘支持向量机(least squares support vector machines,LSSVM)回归模型来映射水流推进时间、消退时间与入渗参数、糙率之间的非线性关系,并在此基础上提出了结合最小二乘支持向量机和遗传算法(least squares support vector machines-genetic algorithm,LSSVM-GA)的参数估算方法,即利用LSSVM回归模型构建目标函数,并利用GA获得入渗参数和糙率的最优值。在4组尾端封闭沟试验基础上,将LSSVM-GA法与多元非线性回归(multiple nonlinear regression,MNR)及WinSRFR中的Merriam-Keller post-irrigation volume balance analysis(MK-PIVB)进行对比,结果表明,LSSVM-GA法估算的参数对进退水过程的拟合效果较优,其模拟的推进和消退过程均方根误差分别介于1.06~2.12 min和2.28~3.11min之间,表明LSSVM-GA在估算入渗参数和糙率方面的可靠性,这有助于获得更精确的灌水技术要素,进而提高沟灌性能。
      2024,40(18):70-80, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202406027
      摘要:
      为了明确耕作方式与养分管理对华北潮土土壤有机碳矿化的影响。基于连续15a(2007—2022年)耕作与养分管理模式长期定位试验开展研究,长期定位试验分为农民习惯耕作管理模式(秸秆不还田+浅旋耕RP-S,rotate plow without straw return)和高产耕作管理模式(秸秆还田+深翻耕DP+S,deep plow with straw return)2个主处理,以及对照施肥(CK)、农民习惯施肥(CON)和优化施肥(OPT)3个副处理,共计6个处理。于2022年10月,采集表层(0~20 cm)土壤样品,分析土壤有机碳及活性碳组分含量与土壤碳库管理指数,并采用室内培养法,测定土壤有机碳矿化速率,利用一级动力学方程拟合土壤有机碳潜在可矿化量和碳半周期,应用结构方程模型揭示长期不同耕作模式与养分管理措施下,土壤有机碳的周转规律。多年试验数据得出,在RP-S条件下,C/N(SOC and TN ratio)总体呈逐渐下降趋势,在DP+S条件下,C/N总体呈先降后增趋势。秸秆还田+深翻耕处理显著提高了土壤活性有机碳组分含量(P<0.05),且碳库管理指数(CPMI, carbon pool management index)提升显著(P<0.05)。与农民习惯施肥相比,优化施肥可以显著提高土壤有机碳含量12.35%。在DP+S条件下,优化施肥显著提高了土壤易氧化有机碳(ROC,readily oxiedozable carbon)与CPMI。各处理土壤有机碳矿化速率均在1 d达到最大,而后1~10 d迅速下降,10 d后缓慢下降直至稳定,有机碳矿化速率随时间呈对数函数型变化,不同处理土壤有机碳矿化速率均符合一级动力学模型。秸秆还田+深翻耕显著提高了累积矿化率(潜在可矿化量与土壤有机碳的比值)23.59%,而优化施肥可以显著降低累积矿化率22.12%。土壤有机碳矿化累积量(Ct)与土壤有机碳(SOC,soil organic carbon)、土壤活性碳组分和土壤碳库管理指数均呈极显著正相关关系(P<0.01),与土壤潜在可矿化有机碳量(C0)呈显著正相关关系(P<0.05),结构方程模型表明,耕作管理、微生物碳(MBC,microbial biomass carbon)和ROC是影响土壤有机碳周转能力和固碳能力的直接因素,耕作与施肥管理可通过对土壤有机碳及活性碳组分的影响,间接影响土壤有机碳周转能力,进而影响土壤固碳能力。长期秸秆深翻耕还田结合优化施肥有利于提高土壤固碳能力,促进农田资源的增碳及可持续利用。
      2024,40(18):81-89, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202311075
      摘要:
      不同类型土壤孔隙结构会随生物活动和非生物作用发生形变,从而影响其生态功能,准确分割不同类型的孔隙结构对于研究孔隙结构与生态功能演变关系具有重要意义。针对单个类别孔隙的分割方法分割精度低、分类标准单一、鲁棒性差,无法准确分割和判别生物孔隙、裂隙等相交部分孔隙结构的问题。该研究针对不同类型孔隙尺度差距大的特点,提出了一种改进UNet-VAE网络模型,实现土壤多类型孔隙分割。改进UNet-VAE网络引入多尺度特征融合注意力模块,以实现多尺度信息融合和冗余信息筛选。结合变分自动编码器生成网络(variational autoencoder,VAE),引入噪声和辅助损失函数,以增强网络的泛化能力和鲁棒性。试验结果表明:改进UNet-VAE方法在土壤多类型孔隙(裂隙、生物孔、不规则孔隙和球状孔隙)三维分割中达到了93.83%的平均准确率,与次优VNet方法相比,平均准确率、精确率、召回率和F1值分别提升了3.32,5.06,8.97和8.63个百分点,特别是对于不规则孔隙四项指标分别提升了4.88,15.46,15.70和15.50个百分点,表明改进UNet-VAE法可准确分割多类型孔隙,也验证了深度学习技术在多类型孔隙判别的有效性,可为揭示土壤孔隙结构与演化研究提供有效工具。
      2024,40(18):90-99, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404035
      摘要:
      土壤肥力是影响水稻产量的重要因素,研究土壤理化性质和水稻产量的关系有助于优化不同区域水稻生产和科学培肥。该研究基于县域研究尺度,选取了中国东北的方正县、长江中游的宁乡市和长江中下游的进贤县,分析水稻绝对产量、相对产量和可持续产量指数,并探讨不同区域影响水稻产量的关键肥力因素。结果表明:由于稻作模式不同,宁乡市的两季水稻产量(9414.89 kg/hm2)显著高于方正县的一季稻产量(8224.31 kg/hm2)和进贤县的晚稻季产量(5691.38 kg/hm2),但方正县的水稻相对产量均值(89.88%)显著高于宁乡市(73.84%)和进贤县(65.67%),且方正县的可持续产量指数也相对较高(0.86),显示出该县域在产量和稳定性方面的优势;依据相对产量划分的低、中、高产水平的分析表明,高产水平下方正县、宁乡市、进贤县的土壤肥力指标和综合肥力指数较高。不同县域影响相对产量的主要肥力因子不同,方正县、宁乡市、进贤县水稻可持续产量指数变化的关键肥力因素分别是土壤有效磷(贡献度为8.68%)、碱解氮(贡献度为12.92%)、有机质(贡献度为15.37%)。在后续的水稻生产中,建议方正县重点关注土壤有效磷的管理,宁乡市和进贤县则应注重提升土壤碱解氮和有机质含量。
      2024,40(18):100-109, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404175
      摘要:
      准确监测水稻田间生长过程中的氮含量,保证按需高效施肥,对提高水稻产量和肥效利用率具有重要意义。该研究基于无人机遥感与地面观测的多模态数据融合构建了水稻拔节后期叶片(leaf nitrogen content,LNC)和植株氮含量(plant nitrogen content,PNC)反演模型,显著提高反演水稻氮含量的准确性。通过2021和2022年开展两次田间试验,利用无人机搭载多光谱和RGB相机在拔节后期获取稻田冠层遥感影像;从多光谱影像中提取植被指数(vegetation index,VI)和纹理特征值(texture feature value,TFV),TFV使用灰度共生矩阵方法提取,对TFVs进行组合构建纹理指数(texture index,TI);使用RGB影像结合地面参考法获取各小区估测冠层高度(estimating canopy height,ECH);人工收集各小区实测冠层高度及田间氮素管理数据(field nitrogen management data,FN)作为地面观测数据;使用凯氏定氮法获取水稻LNC和PNC;采用最大互信息系数评估和筛选特征;使用随机森林回归算法分别构建水稻LNC和PNC反演模型。结果表明:使用TFVs组合构建的TIs能显著提升纹理信息与 LNC和PNC的相关性,当无人机飞行高度为100 m时,灰度共生矩阵的滑动窗口尺寸为9×9时构建的比值纹理指数表现最优,相比最优TFV,MIC值均提升了11.48%;从遥感影像提取的估测冠层高度具有较高的估测精度,决定系数(coefficient of determination,R2)、均方根误差(root mean squared error,RMSE)和平均绝对误差(mean absolute error,MAE)分别为0.77、3.4 cm和2.8cm;无人机遥感与地面观测的多模态数据融合可显著提升LNC和PNC的反演精度,综合考虑反演精度和实际操作的便捷性,推荐田间生产中使用特征组合为:VI+TI+ECH+FN。与单独使用VI相比,该特征组合在反演LNC时,R2提升了6.73%,RMSE和MAE分别降低了13.62%和14.68%,在反演PNC时,R2提升了12.53%,RMSE和MAE分别降低了22.09%和19.80%。研究结果表明,无人机遥感与地面观测的多模态数据融合构建随机森林回归模型可准确反演水稻氮含量,可为水稻田间管理和施肥决策提供科学依据。
      2024,40(18):110-119, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202403138
      摘要:
      微根管法采集的作物根系图像具有复杂的土壤背景和较小的根系占比,当深度学习的感受野较小或多尺度特征融合不充分时,会导致根系边缘处的像素被错分为土壤。同时,微根管法的图像采集周期长且在初期很难采集到大量有效样本,限制了根系提取模型的快速部署。为提升根系表型测算精度和优化提取模型部署策略,该研究设计了一种原位自动根系成像系统以实时获取作物的微根管图像,构建全尺度跳跃特征融合机制,使用感受野丰富的U2-Net模型对微根管图像中的根系像素进行有效分类。结合数据增强以及迁移学习微调训练,实现对目标种类根系提取模型的快速部署。试验结果表明,使用加入全尺度跳跃特征融合机制的改进U2-Net模型对蒜苗根系分割的F1得分和交并比IoU分别为86.54%和76.28%,相比改进前、U-Net、SegNet 和DeeplabV3+_Resnet50模型,F1得分分别提高0.66、5.51、8.67和2.84个百分点;交并比IoU分别提高1.02、8.18、12.52和4.31个百分点。迁移学习微调训练相比混合训练,模型的F1得分和交并比IoU分别提高了2.89和4.45个百分点。改进U2-Net模型分割图像的根系长度、面积和平均直径与手动标注结果的决定系数R2分别为0.965、0.966、0.830。研究结果可为提升基于微根管图像的根系表型测算精度和根系提取模型的快速部署提供参考。
      2024,40(18):120-131, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202401011
      摘要:
      快速精准确定牛只身份对于牛只活体贷款,改善牛只骗保等问题具有重要意义。针对不同牛只面部差异小,FaceNet网络层数深,推理速度较慢,模型分类精度不足等问题,本文提出了一个新的基于FaceNet的牛脸识别方法,称为VanillaFaceNet。该方法首先将FaceNet的主干特征提取网络替换为了最新的极简网络VanillaNet-13并提出动态激活和增强型线性变换的激活函数两种方法来提高网络的非线性;然后,提出一种新的DBCA(Dual-Branch Coordinate Attention)注意力模块,能够更好地反映不同牛只面部特征之间的差异,从而提高网络的识别精度;最后,针对triplet loss仅能减小牛只类间差异的问题,采用一种center-triplet loss联合监督来减少牛只类内差异,从而提高了相同牛只身份比对的准确性。基于自建的牛脸数据集对该模型进行训练和测试,试验结果表明,VanillaFaceNet对牛只识别的准确率达到88.21%,每秒传输帧数为26.23帧/s。与FaceNet、MobileFaceNet、CenterFace、CosFace和ArcFace算法相比,本文算法的识别准确率分别提高了2.99、9.58、6.26、3.85和4.49个百分点,推理速度分别提升了2.67、0.77、0.10、1.28和0.94帧/s。该模型对牛只有较为优秀的识别效果,适于在嵌入式设备上部署,实现了牛只面部识别精度和推理速度之间的平衡。
      2024,40(18):132-146, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404229
      摘要:
      准确和持续的牛只个体识别对于精准养殖具有重要意义。中远距离和跨摄像头场景下的牛只个体识别是监测个体采食量和进食时间的基础。肉牛具有在采食过程中频繁移动和改变采食位置的特点,牛只方向变化频繁,加之牛只个体的生物相似性以及复杂的环境变化(光线、遮挡和背景),导致跨摄像头牛只个体识别困难。本研究基于AlignedReID++模型可充分利用全局信息和局部信息进行高效图像匹配的优点,并在此基础上进行了改进,以实现更优的牛只重识别效果。在改进模型中,ResNet50主干网络的BottleNeck结构应用了三重注意力机制模块,以实现在引入少量参数量的情况下,通过跨维交互,加强模型对于个体图像的特征提取能力;基线模型的全局分支中的交叉熵损失函数被替换成CosFace损失函数,并与困难三元组损失函数共同训练改进后的模型,以提升模型分辨相似个体的能力。改进模型的rank-1准确率为94.42%,平均精度均值为63.90%。与基线模型相比,rank-1准确率提高了1.84个百分点,平均精度均值提高了6.42个百分点。与PCB (Part-based Convolutional Baseline) 相比,在rank-1准确率和平均精度指标上分别超出了4.72个百分点和5.86个百分点。与MGN (Multiple Granularity Network) 相比,在rank-1准确率和平均精度均值指标上分别超出了0.76个百分点和4.30个百分点。与TransReID相比,在rank-1准确率指标上低了0.98个百分点,在平均精度均值指标上超出了3.90个百分点。与RGA (Relation-aware Global Attention) 相比,在rank-1准确率和平均精度均值指标上分别超出了5.36个百分点和7.38个百分点。此外,改进模型的浮点运算次数为5.45 G,仅比基线模型大0.05 G,分别比PCB、MGN、RGA和TransReID小0.68 G、6.51 G、25.4 G和16.55 G。同时,改进模型的模型大小为23.78 M,在对比模型中,其模型大小是最小的。改进模型在CPU上的推理速度为5.64 FPS,低于PCB、MGN及其基线模型,高于TransReID和RGA。t-SNE特征嵌入可视化结果显示,改进模型提取的个体样本的全局特征和局部特征可以实现良好的类内紧凑性和类间差异性。本研究结果表明,所提出的方法能够有效地重识别自然养殖场景下的肉牛个体,对个体采食量和进食时间的监测具有较好的指导意义。
      2024,40(18):147-154, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404190
      摘要:
      针对未成熟柑橘果实智能检测存在精度低、模型大的问题,该研究提出了一种基于YOLOv5s改进的绿色柑橘检测算法模型YOLO-GC,实现对复杂自然环境中果实的实时准确检测。首先,针对YOLOv5s网络模型较大且难以部署的问题,以轻量级GhostNet网络替换原始的骨干网络,同时为减小模型轻量化后精度下降的影响和提高对绿色柑橘特征的关注度,嵌入全局注意力机制(global attention mechanism,GAM)增强网络在复杂环境下对果实特征的提取能力;其次,为了改善密集与小目标果实的检测效果,引入BiFPN(bi-directional feature pyramid network)架构进行多尺度的加权特征融合;最后,为减少果实与枝叶遮挡、重叠造成的漏检,采用GIoU(generalized intersection over union)损失函数结合Soft-NMS(soft-non-maximum suppression)算法优化边界框回归机制。试验结果表明:相较于YOLOv5s,YOLO-GC的权重模型内存减小了53.9%,参数量减少了55.2%,平均精度AP0.5提升了1.2个百分点,平均推理时长减少46.2%。YOLO-GC模型的综合检测性能优于YOLOv8等7种常用网络模型,在安卓手机APP中检测准确率达到97.2%,推理时长减少了85.8%。研究表明,该研究模型为复杂环境中绿色果实检测及模型部署应用提供了技术支撑。
      2024,40(18):155-166, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404120
      摘要:
      柑橘采摘机器人连续采摘过程中因各种因素会引起其他待采柑橘无规则扰动,扰动状态下的柑橘无法在线快速准确检测与定位,影响机器人采摘效率。针对此问题,该研究提出一种基于改进YOLOv5s+DeepSORT算法的扰动柑橘在线目标检测与快速定位方法。首先在YOLOv5骨干网络中融入卷积注意力机制(convolutional block attention module, CBAM),提升模型对复杂目标的检测能力;用SIoU(scalable intersection over union)损失函数增强预测框与标定框之间的方向匹配,提升回归收敛速度。其次在DeepSORT算法中改进目标重识别网络(re-identification, ReID),增强网络特征提取能力,提升目标跟踪准确度与精度;在算法中融入Count计数机制,实时反馈每个扰动柑橘跟踪帧数,并改进算法实现对预测坐标值进行实时更新,提升预测准确率。最后结合深度相机排除背景柑橘影响并限制每次跟踪目标数目为3个,提升扰动柑橘预测定位速度。试验结果表明,与原算法相比,改进YOLOv5s算法的准确度、平均检测精度分别提升3.9、1.1个百分点,检测速率69.3帧/s。改进DeepSORT算法的跟踪准确度、跟踪精度分别提升9.2、5.4个百分点,ID(identity)切换次数减少32次。当预测定位时间为3 s时,定位平均准确度为81.9%,在试验室进行模拟试验,将盆栽柑橘果实沿不同方位随机摆动,摆幅约10 cm,单个柑橘平均抓取时间为12.8 s,比未使用改进算法缩短5.6 s,效率提升30.4 %。该研究可为扰动状态下的柑橘快速采摘提供技术支持。
      2024,40(18):167-175, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202405044
      摘要:
      为解决草莓采摘机器人工作过程中果梗采摘点定位精度低和遮挡草莓识别困难等问题,该研究提出一种改进后YOLO v8算法与Pose关键点检测技术相结合的草莓识别定位方法。通过对YOLO v8进行优化,引入BiFPN(bidirectional feature pyramid network)和GAM(generalized attention module)模块以强化模型的双向信息流,动态分配特征权重,并专注于小目标特征的提取和强化被遮挡区域特征,旨在提升模型复杂环境中采摘点定位准确率和遮挡识别的预测准确性。试验结果显示,相比于原始模型,经过改进的YOLO v8-pose模型在草莓识别准确率(precision,P)、召回率(recall,R)、平均精度(mean average precision,mAP)及关键点平均精度(mean average precision - key point,mAPkp)上分别提高6.01个百分点、1.98个百分点、6.67个百分点和7.85个百分点,基于关键点检测的果梗采摘点在XYZ方向定位误差分别为1.4mm、1.4mm和2.2mm。此外,根据草莓遮挡重叠区域面积对草莓遮挡程度分类,利用不同遮挡程度对模型性能验证,在遮挡情况下改进后YOLO v8-pose,mAPkp比原模型提高9.78个百分点。基于该研究所提出的视觉模型,机器人在田间试验下的采摘成功率为95%,单个草莓的采摘耗时10 s,为实现机器人精准采摘提供重要的技术支持。
      2024,40(18):176-183, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202405178
      摘要:
      为对番茄根系表型进行有效检测,该研究基于THz(Terahertz)成像和集成学习提出一种根系检测技术。首先,对20天生长过程中番茄根系进行多次THz成像。其次,对最优重构后的根系THz伪彩色图去除根系重叠和主根区域的噪声数据。再次,采用Rosenfeld细化算法和滑动窗口遍历法计算根系长度。最后,提取根系有效区域中THz时域光谱和折射率光谱,由Stacking集成模型对番茄根长进行预测。由THz成像计算的番茄根长结果误差小,平均相对误差仅为4.16%;由THz时域数据预测的根长与计算得到的根长之间最大决定系数为0.999,最小均方根误差为0.743;由折射率光谱数据预测根长的最大决定系数为0.998,最小均方根误差为0.976。该方法不仅能根据THz图像准确地计算出番茄根系的长度,还能由番茄根系的THz光谱有效地预测番茄根长表型,该研究为根系表型检测方法提供了理论依据。
      2024,40(18):184-193, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202402087
      摘要:
      在中国西北地区夏季蛋鸡养殖中,由于昼夜温差显著,需对蛋鸡舍的通风换气量进行频繁调整以适应环境变化。在连续通风策略下,对风机运转数量的调整常导致舍内负压值的较大波动,并且难以实时准确的通过进风口来调控舍内负压水平,导致舍内温度波动大、热环境分布不均匀。为探究间歇通风策略在西北地区夏季蛋鸡舍的应用效果,该研究在两栋不同进风模式的商品代蛋鸡舍进行试验。通过对两栋鸡舍内温湿度、风速及内外压差的连续监测,对比间歇通风和连续通风策略下,侧墙小窗进风及纵向通风鸡舍内的热环境分布,并对风机的间歇调控策略进行分析。结果表明:间歇通风策略下,侧墙小窗进风和纵向通风鸡舍内的平均温度波动分别为0.6、0.7 ℃,水平方向最大温差分别为0.3、5.2 ℃;连续通风策略下,侧墙小窗进风和纵向通风鸡舍内的平均温度波动分别为;1.2、1.0 ℃,水平方向最大温差分别为0.8、4.7 ℃。开启风机数量相同时,两栋鸡舍内外压差和风速均不随通风策略的改变而发生变化,侧墙小窗进风鸡舍风机相对山墙至风机排风端的内外压差由17 Pa增大至19 Pa,纵向通风鸡舍相对山墙处舍内外压差为11 Pa;侧墙小窗进风鸡舍平均进风风速和走道平均风速分别为3.30、0.49 m/s,与纵向通风鸡舍相比分别提高1.86、0.12 m/s。综合间歇和连续通风策略下两栋鸡舍内热环境情况,间歇通风策略应用于西北地区夏季蛋鸡舍可有效降低舍内温度波动并维持舍内外压差水平的稳定,间歇通风策略更适用于侧墙小窗进风式鸡舍,可提高舍内温度分布均匀性。
      2024,40(18):194-201, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404199
      摘要:
      构建精确的温室空气温度预测模型是采用模型预测控制等控制算法实现温室空气温度精准控制的前提条件。长短记忆神经网络(long short-term memory,LSTM)以处理时间序列数据方面的优势而广泛应用于温室空气温度预测,然而其面对长时间序列数据存在由于数据遗忘而导致温室空气温度预测精度降低的问题。为解决以上问题,该研究将LSTM模型与注意力机制(attention mechanism,AT)结合构建LSTM-AT模型,根据LSTM模型隐藏层输出状态重要性程度为隐藏层输出分配权重,以提高温室空气温度长时间预测精度。该研究在不同预测时长(12、24和48 h)和不同天气状况两种情况下将LSTM-AT模型与递归神经网络、门控循环单元、双向长短记忆网络、LSTM模型进行对比。结果表明, LSTM-AT模型空气温度预测值与测量值变化趋势较为一致,模型计算值与空气温度测量值的决定系数最小为0.95,均方根误差最大为1.34 ℃,平均绝对误差最大为10.51%;LSTM-AT模型、LSTM模型、门控循环单元、递归神经网络、双向长短记忆网络 5种模型温室空气温度预测均方根误差平均值分别为:0.89、1.42、1.89、2.10、1.51 ℃,平均绝对百分比误差平均值分别为:4.26%、8.96%、13.57%、17.70%、10.67%。由此可知,相较于其他 4种模型,该研究提出的LSTM-AT模型具有更高的预测精度,能够精确预测温室空气温度。
      2024,40(18):202-209, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202402048
      摘要:
      氨气是畜禽场景中的主要有害气体之一,针对有源传感器不适于电路有线连接受限的畜禽场景问题,该研究基于高频电磁仿真软件(high frequency structure simulator,HFSS)设计了无源传感器仿真模型,选择聚酰亚胺(polyimide,PI)作为基板材料,采用丝网印刷技术研制了基于射频识别(radio frequency identification,RFID)原理的无源氨气传感标签。通过对氨气无源检测原理的解析,选择了具有高表面积的碳纳米管作为氨气敏感材料,推导了通过测量射频接收功率变化实现无源检测的数学模型;考虑谐振频率的动态调整,无源RFID传感标签采用开口间隙可调的裂环谐振器结构,通过分析传输系数的变化对RFID传感标签的检测过程进行模拟;搭建了用于实验室和畜禽场景氨气检测的射频测试系统,围绕功率反射系数、谐振频率、传输系数开展测试分析。试验结果表明,该标签检测效率易受到到二氧化碳、温湿度因素的影响,由于人工切割、基板变形、环境干扰等因素,实物标签的谐振频率与2.4 GHz的仿真谐振频率之间存在0.05 GHz左右的偏差,传感标签的灵敏度约为15 MHz·L/mg,最大阅读距离为24 cm,相比于商用氨气传感器,该传感标签在使用寿命、响应时间方面有明显优势。研究结果为畜禽场景的氨气无源检测提供了有效的理论和实践依据。
      2024,40(18):210-219, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202405212
      摘要:
      为探讨陆基循环水养殖系统与现有淡水池塘如何有机结合,本研究将养殖池塘改造为“菌-藻-鱼-水生植物”联合的水处理区,并与陆基养殖单元结合,构建成一套陆基循环水养殖系统,并开展瓦氏黄颡鱼(Pelteobagrus vachelli)养殖试验。试验过程中监测了各水处理单元水质理化指标及陆基养殖单元鱼类生长情况,评估了养殖系统氮磷收支情况及养殖单元与水处理单元面积配比关系。结果表明:经8周运行,水处理单元对氨氮(NH4+-N)、亚硝酸盐(NO2--N)、总氮和总磷的总去除率分别为75.69%、64.99%、29.1%和43.29%,养殖尾水经水处理单元净化后能够满足《淡水池塘养殖水排放要求(SC/T 9101-2007)》。陆基养殖单元瓦氏黄颡鱼(Pelteobagrus vachelli)的成活率为97.5%,单位产量为6.38 kg/m3,增重率平均为71.57%,特定生长率(RSGR,m)平均为0.96 %/d,饵料系数平均为1.48。氮磷收支结果表明,饲料是系统氮、磷的主要来源,分别占氮、磷总输入的61.71%、61.85%。瓦氏黄颡鱼和综合积累(包含底泥沉积、水体渗漏、吸附等)分别是氮、磷输出的主要项目,分别占氮、磷总输出的50.26%、38.53%。瓦氏黄颡鱼对氮、磷的利用率分别为29.12%、10.65%,鲢(Hypophthalmichthys molitrix)和鳙(Aristichthys nobilis)对氮、磷的利用率分别为0.06%、1.14%和0.02%、0.33%,瓦氏黄颡鱼对氮、磷的利用率均显著高于鲢、鳙(P<0.05)。养殖桶与水处理单元实际面积配比关系为0.043:1,尚有进一步优化空间。因此,本研究表明基于养殖池塘改造的陆基循环水养殖系统在养殖尾水净化、氮磷利用等方面具有良好效果,值得进一步的优化和推广。
      2024,40(18):220-227, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202403148
      摘要:
      针对农村庭院厨余垃圾处理设备缺乏、就地就近利用率低等问题,该研究按照分段发酵-精准控制-一体化集成的思路,研制了一种供农村联户或单户家庭庭院使用的厨余垃圾好氧发酵设备,设备设置多级分仓结构,将不同阶段物料分隔发酵和延长物料停留时间,并集成了控制单元、渗滤液收集单元和除臭单元。以厨余垃圾为原料、以木屑为辅料,开展了为期20 d的好氧发酵试验,试验结果表明:堆肥高温期(55 ℃)高于5 d,连续发酵20 d后,粪大肠杆菌检测为≤3.0个/g,蛔虫卵死亡率为100 %,种子发芽指数为73%,均满足好氧发酵无害化和资源化的要求。该设备具有发酵品质高、人机交互性好、无污染气体排放等优点,可为农村地区厨余垃圾就地就近的资源化、无害化处理及肥料利用提供技术参考。
      2024,40(18):228-239, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202403002
      摘要:
      研究黔西北土法炼锌矿渣集聚区土壤、水系沉积物和水体重金属污染状况以及潜在生态危害,是保护土地和水资源的重要基础,对维护当地粮食安全和人民身体健康具有重要意义。该研究系统采集不同介质样品,测定其8种重金属含量及pH值,分析重金属在不同介质中的空间分布和来源,确定影响区域,对其进行污染和潜在生态危害评价,圈定重金属污染范围及强生态风险区域。结果表明,研究区表层土壤中除Hg和pH值外其他元素含量均高于毕节地区表层土壤背景值;As、Cd、Pb和Zn在空间分布上极不均匀,主要集中于表层土壤中,深部则主要受地质背景和原生土壤控制;约12.5%的研究区存在强或极强潜在生态风险,主要位于土法炼锌矿渣周边。土法炼锌矿渣集中的小流域2500 m内水体为重度污染,在矿渣集中分布区下游Cr、Cu、Ni、Pb和Zn含量存在叠加现象,As和Cd受集中连片矿渣影响最为明显;水系沉积物中As、Cd、Cu、Pb和Zn在矿渣集中区为重度污染,在下游2500 m外As、Pb和Zn未污染,Cd和Cu受地质背景影响为轻度污染。在高地质背景下,土法炼锌矿渣重污染区域主要分布于集中堆存区周边,受地形地貌及水文地质制约其影响范围较为有限。
      2024,40(18):240-250, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202405110
      摘要:
      实施土地休耕是落实“藏粮于地”战略的关键,目前宏观尺度的全国休耕空间布局尚未确定,该研究探究了粮食安全约束下的全国范围内最大休耕规模以及中国省域休耕空间优化布局。以耕地数量、质量和生态“三位一体”保护为研究视角,该研究通过系统动力学、灰色预测模型等方法构建最大休耕规模预测模型,并结合“压力-状态-响应”模型构建休耕迫切度评价体系,依据评价结果分配各省休耕规模,从而得到中国省域休耕空间布局。结果表明:1)预计在90%、95%、100%的粮食自给率下,到2030年中国最大休耕规模分别为3237.310万、2678.970万、2120.640万hm2;2)省域之间的休耕迫切度水平存在差异,上海、内蒙古等地休耕迫切度较高,四川、广西等地休耕迫切度较低;3)在耕地三位一体保护的约束条件下,地区之间休耕规模差异较大,内蒙古、甘肃等地休耕规模较大,北京、上海等地休耕规模较小。该研究将数量、质量和生态多元目标融合进休耕空间分区研究,能够为未来休耕制度的全面建立以及精准落地提供思路与方法参考。
      2024,40(18):251-261, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202403144
      摘要:
      辨识粮食主产区耕地碳源汇平衡特征及驱动因素,对推动耕地低碳生产跃迁和稳固粮食安全至关重要。该研究基于碳源—碳汇双重视角测度2005—2021年长江中游粮食主产区耕地利用净碳汇量,运用空间自相关、核密度估计和地理探测器等方法探究其时空演化特征及驱动因素,并提出固碳减排策略。结果表明:1)长江中游粮食主产区耕地净碳汇总量从2005年2674.09万t增加至2021年3757.58万t,年均增幅2.22%,碳汇功能愈发凸显,空间上各地市耕地净碳汇呈“低值区点状分散、高值区片状集聚”的差异分布态势;2)长江中游粮食主产区耕地净碳汇空间相关性存在“正集聚—负集聚—正聚集”交替变化规律,整体和省域耕地净碳汇均存在扩散现象且区域差异有所增强;3)长江中游粮食主产区耕地净碳汇时空格局演化受耕地利用和农业经济因素影响显著,其中,耕地规模和农业机械化水平是关键主导因素且影响力区域异质性明显;4)应推动耕地规模化与机械化经营、科学量化物资投入及重视耕地生产主体素质培养,带动长江中游粮食主产区耕地利用固碳减排。研究结果可为科学测度耕地碳源汇、完善耕地碳循环机制提供决策参考。
      2024,40(18):262-271, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404010
      摘要:
      查明农牧交错区生态工程建设对区域生态系统服务的影响可为生态环境建设和优化管理提供有益参考。该研究以农牧交错区典型县域张北县为例,综合利用光谱混合分解模型、InVEST模型和回归分析方法,基于原始影像的端元分解、土地利用/覆被制图和生态系统服务评估,从生态用地数量和质量变化两个角度探析生态工程建设对区域生态系统服务的影响。结果表明:1)2000—2020年间,生态工程建设影响下张北县林地分布范围迅速扩张,耕地和草地面积持续收缩,林地扩张与耕地和草地缩减存在一定的空间重合现象。张北县土壤保持、水源涵养和防风固沙3种服务整体表现为强化趋势,但具体分布存在明显的空间异质性;2)在生态用地数量变化方面,生态用地总面积不断增长,20 a间增加了687.67 km2。其中,林地面积、草地面积及其总面积增加对土壤保持和水源涵养服务的提升效果明显,而仅有林地面积增加对防风固沙服务具有积极作用。在生态用地质量变化方面,20 a间林地端元要素丰度值平均含量下降了0.108,其质量整体呈衰退趋势。20 a间草地端元要素丰度值平均含量增加了0.099,其质量整体表现为微弱上升的态势。林地和草地质量改善均增强了土壤保持、水源涵养和防风固沙服务,但防风固沙服务对林地和草地质量变化最为敏感。研究结果为生态工程建设对生态系统服务的影响研究提供了新的认知视角,未来应从生态用地精细分类对生态系统服务的影响差异方面深化研究,也应重视气候要素对区域生态系统服务的相对贡献。
      2024,40(18):272-282, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202401242
      摘要:
      植物中含有多种活性物质,并具有抗氧化、抗菌、免疫调节、抗炎等多重功效,如何从植物中快速、高效、环保地提取活性物质一直以来是食品、医药、化妆品等行业最重要的研究领域之一。超高压技术作为一种非热加工技术,近年来被广泛研究用于食品加工、提取等方面。超高压提取技术的应用提高了植物活性物质的提取率,缩短了提取时间,可作为一种替代传统固液萃取植物活性化合物的方法。该文重点综述了超高压技术的发展历程及其在植物提取方面的发展应用,超高压提取原理与提取工艺,及其在黄酮、多酚、多糖等多种活性物质提取中的应用,与传统热回流提取方法相比,超高压提取技术可以在常温或较低温度下进行,可有效缩短提取时间,提高生物活性,降低能耗。但超高压在提取植物活性物质方面的应用还面临超高压提取理论基础不完善,提取物生物活性研究有待深入、设备成本高等诸多挑战,有必要探索超高压与其他提取方法相结合的协同提取作用,进一步揭示该技术所涉及的工作机制,以期为深入应用超高压技术提取植物活性物质提供理论参考。
      2024,40(18):283-291, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202403035
      摘要:
      广东新会一带的茶枝柑是“南药”广陈皮唯一来源,其初加工过程中剥皮取肉环节自动化程度低、并容易产生“汁溅”导致腐蚀广陈皮(俗称“烧皮”),为了实现茶枝柑初加工全程自动化,该研究研发一种新型茶枝柑自动剥皮取肉装置以解决上述问题。首先采用3D扫描与重构技术,获得人手剥皮时果皮真实轨迹和姿态数据,建立人手剥皮位姿数学模型;然后以人手剥皮位姿信息为目标,设计多杆仿形机构并使其轨迹和姿态逼近人手剥皮位姿;最后对设计好的多杆仿形机构进行仿真验证和分析,并加工装配出样机进行实际剥皮试验。试验结果表明,该装置可较好模拟人手剥皮时的位姿曲线,配合真空吸盘吸附,可实现茶枝柑机械式自动剥皮,然后配合包络式柔顺机械爪,实现了茶枝柑无损剥皮取肉,试验结果显示剥皮无损率为80%。该研究结果可为柑橘类水果剥皮初加工提供了理论和试验参考。
      2024,40(18):292-301, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202403161
      摘要:
      为了更好地丰富老年食品市场,满足吞咽困难群体多样化需求,以带鱼鱼糜为原料,探究了发芽糙米匀浆对带鱼鱼糜凝胶特性的影响。通过测定凝胶强度、全质构、持水性、动态流变学、白度、水分状态分布、蛋白二级结构、微观结构、体外消化率、国际吞咽障碍食物标准(international dysphagia diet standardisation initiative, IDDSI)等级等指标,研究发芽糙米匀浆对带鱼鱼糜凝胶品质的影响。结果表明,发芽糙米匀浆的加入使带鱼鱼糜的凝胶强度从(649.91±64.35) g·mm显著降低到(480.93±98.84)g·mm(P < 0.05);与空白组相比,糙米添加组的硬度、胶着度和咀嚼性均显著降低(P < 0.05),具体来说,硬度从(585.63±61.35)降低到(399.87±51.23),胶着度从(81.14±10.23)降低到(50.16±7.13),咀嚼性从(30.14±5.00)降低到(18.31±3.97);白度值影响不显著(P > 0.05);持水性从(77.92%±0.73%)显著增加到(81.92%±1.40%)( P < 0.05),糙米匀浆的加入改变了水的状态分布,增强蛋白与水的结合;体外消化模拟结果显示,发芽糙米匀浆显著提高了带鱼鱼糜的体外消化率和胃蛋白酶消化率(P < 0.05)。与空白组相比,添加糙米匀浆的鱼糜凝胶网络结构更加疏松,鱼糜凝胶中肌原纤维蛋白的α-螺旋结构含量从(47.12%±1.09%)显著增加到(52.74%±1.65%)(P < 0.05),β-折叠结构含量从(25.67%±0.84%)显著降低到(20.99%±0.65%)(P < 0.05)。IDDSI等级测定结果表明空白组为6级,糙米添加组为5级。此外,糙米添加组中检测出多种清香味物质,其中醛类、酮类、醇类和酯类化合物显著增加(P < 0.05),而烷烃类化合物显著降低(P < 0.05)。综合各项指标得出,添加适量的发芽糙米匀浆可以软化带鱼鱼糜的凝胶特性。该研究结果可为鱼糜类老年食品的研发提供理论依据与参考。
      2024,40(18):302-310, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202402086
      摘要:
      为解决使用化学粘合剂制备的纸板带来的环境污染以及健康损害等问题,可替代传统纸板的环境友好型生物纸板开发成为研究热点。该研究使用韦伯灵芝/玉米秸秆组合,通过优化培养时间、果糖添加量及秸秆颗粒度等单因素条件探究其对制备的菌丝体纸板力学、防水和热分解性能的影响,并通过正交试验明确纸板的最佳培养工艺。试验结果表明,各因素对纸板的边压强度、弯曲挺度、静曲强度的影响程度由大到小依次为颗粒度,培养时间,果糖添加量,当颗粒度为0.165~0.250 mm,培养时间30 d,添加质量分数为5%的果糖时,制备的纸板边压强度为14.36 N/mm、静曲强度为10.89 MPa、弯曲挺度为33.09 mN/m,并且随着颗粒度的减小,纸板吸水24 h的吸水率和厚度膨胀率分别降低到0.86%和0.50%。不同单因素条件制备的菌丝体纸板具有相似的热降解过程,均在170 ℃左右开始降解,在350 ℃达到最大。该研究为后续菌丝体复合材料的开发和应用提供参考依据。
      2024,40(18):311-320, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404195
      摘要:
      常压冷冻干燥较传统真空冷冻干燥省去提供真空环境的装置,在节省能耗的同时可得到高质量的脱水产品,但所需干燥时间长。为探究常压冷冻干燥过程的动力学以及热质传递,克服常压冷冻干燥时间较长的问题。该研究将描述外部压力场的Navier–Stokes方程引入解吸-升华模型,建立了隧道内层状物料的常压冷冻干燥模型,利用数值模拟软件COMSOL Multiphysics 6.1求解干燥过程中物料水分比、干燥时间、干燥速率以及热质阻力的变化。模型计算物料水分比与已有文献试验结果的偏差为±10%,验证了模型可行性。本文通过模型计算不同物料厚度(3~11 mm)、平均孔隙直径(2.0~6.0 μm)、干燥空气温度(263.15~273.15 K)、干燥空气流速(1.0~3.0 m/s)的常压冷冻干燥过程。结果表明:干燥时间随物料厚度减小、干燥空气温度增加而缩短。干燥空气流速和平均孔隙率变化影响不明显;内部热质阻力随水分比降低而线性增加并超过外部热质阻力,外部热质阻力随水分比降低而减小。热质阻力变化对比可知常压冷冻干燥过程由外部传热传质主导向内部传热传质主导转变。内外热质阻力随物料厚度的减小显著减小。该研究明确了不同干燥工况参数对常压冷冻干燥时间的影响趋势,为优化常压冷冻干燥工况提供指导。
      2024,40(18):321-328, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404116
      摘要:
      针对我国愈来愈严重的橄榄油掺假问题,该研究研发了一种基于光学特性检测技术的特级初榨橄榄油掺假度无损检测仪。以8个产地的玉米油、花生油、菜籽油和大豆油为掺假油制备了339份掺假质量分数分别为0、1%、3%、6%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%和60%的掺假特级初榨橄榄油样本,采用连续投影算法分析了橄榄油掺假检测特征波长的分布情况,最终选取包含18个波段的多通道光谱传感器,根据特级初榨橄榄油的物理特性,设计了一种便携、低成本的橄榄油掺假检测仪器。利用研发装置采集的掺假油光谱数据分别建立了反向传播(back propagation,BP)神经网络、支持向量回归(support vector regression,SVR)和基于偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)的橄榄油掺假率定量分析模型。结果表明,建立的SVR模型结果最优,其校正集和验证集决定系数分别为0.989和0.965,均方根误差分别为0.020和0.037。为进一步评估检测装置的稳定性和准确性,使用平均变异系数分析了特级初榨橄榄油掺假样本的测定结果,并通过预测结果与实际掺假浓度值进行残差分析,结果表明所研制的橄榄油掺假度分析装置对橄榄油掺假分析检测的稳定性与精度均满足现场实时检测需求。
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    2024-09-30 , DOI:
    摘要:
    瓜尔豆是一种重要的经济作物,因其种子中含有大量的瓜尔胶而具有重要的经济和工业价值。为探究适合中国新疆地区膜下滴灌瓜尔豆的水氮管理模式,设置4个灌水量水平:W1:1 170 m3/hm2、W2:1 530 m3/hm2、W3:1 890 m3/hm2、W4:2 250 m3/hm2;2个施氮量水平:N1:30 kg/hm2、N2:50 kg/hm2,研究膜下滴灌条件下水氮互作对瓜尔豆生长指标、产量、水氮利用效率及品质的影响。结果表明,新疆干旱区绿洲种植瓜尔豆具有可行性,膜下滴灌水肥一体化处理下水氮耦合效应对瓜尔豆产量、灌溉水利用效率、氮肥偏生产力及半乳甘露聚糖含量影响极显著。在W1~W3灌水条件下,增施氮肥能有效减缓干旱胁迫对作物产生的负面影响,提高作物单株质量及千粒质量,从而最终提高作物产量。总体而言,适宜的水氮互作条件下,瓜尔豆的产量、品质及水氮利用效率均处于一种较高水平,而过量的水肥投入并不会使产量、品质及水氮利用效率持续增加。基于主成分分析及隶属函数分析得出灌水量为1 890 m3/hm2,施氮量为50 kg/hm2(W3N2)水氮组合模式为最优处理。研究可为促进新疆干旱区绿洲膜下滴灌瓜尔豆高产、高水、氮利用效率提供理论依据。
    2024-09-30 , DOI:
    摘要:
    为探究脲酶诱导碳酸钙沉积(Enzyme-induced carbonate precipitation,EICP)对三峡库区紫色土分离能力的影响,本研究设置5个EICP浓度(0(CK对照)、0.5、1.0、1.5和2.0 mol/L)和6个养护时间(1、7、15、30、60和120 d),开展模拟冲刷试验分析土壤分离能力,通过表观黏聚力和碳酸钙含量变化阐明EICP作用下紫色土分离能力变化原因,并从微观角度揭示其减蚀机制。结果表明:与CK对照相比,EICP处理显著减小土壤分离能力,随着EICP浓度的增加,紫色土分离能力呈现先减小后增大的变化趋势,在浓度为1.5 mol/L时效果最佳;而随着养护时间的延长,紫色土分离能力呈现先快速减小再缓慢减小的变化规律,CK对照在前30 d减小明显,EICP处理下在第7 d时减幅明显,减幅占总减幅的85.79~92.21%。表观黏聚力与碳酸钙含量随EICP浓度的增加先增大后减小,而随养护时间的延长分别呈持续增大和先增大后趋于稳定的变化趋势。EICP作用下紫色土碳酸钙聚集是引起分离能力降低的重要原因,表观黏聚力和碳酸钙含量与紫色土分离能力呈现显著指数函数关系(P<0.01),能够很好的解释紫色土分离能力的变化。研究结果表明EICP能够有效减小紫色土分离能力,可为三峡库区水土流失治理提供理论指导。
    2024-09-30 , DOI:
    摘要:
    对某气-气板式换热器丁胞板片结构进行了流动和传热数值分析,该板片表面由6mm高和3.5mm高两种丁胞按照一定的规律排列组合而成,流道宽12mm。模拟计算以高温烟气和空气为换热介质,分析得出6mm凹坑、凸胞的传热性能均优于3.5mm凹坑、凸胞,因此对换热板片进行了改进设计,将3.5mm凹坑凸胞全部替换成6mm凹坑凸胞,支撑点数量由原来21个增加至94个,并提出了热流体通道支撑触点纵型、人字形、横型三种排列的板型设计方案,分别模拟计算了不同烟气流速下Nu、流道阻力和换热综合性能系数PEC和板片最大承压。结果表明:与原型结构相比,热流体通道支撑触点纵型排列结构的PEC值可提高至1.25,该结构板片在设计工况时,压降增加幅度为11%,传热性能提高32%,且板片承压值最小,为最佳改进方案。
    2024-09-29 , DOI:
    摘要:
    土壤水分入渗是受土地利用类型(覆盖)变化影响显著的水文过程,为探明坡式经济林开发对土壤水分入渗的影响,并了解影响土壤水分入渗的因素。本研究选取安徽省金寨县4种开发栽培模式,分别为板栗经济林、板栗+茶间作、油茶经济林和油茶+茶间作,以杂木林为对照。同时,选取Philip、Kostiakov、Kostiakov-lewis和Horton 4种模型对其在不同开发栽培模式下的适用性进行评价。结果表明:(1)坡式经济林开发为板栗经济林、板栗+茶间作、油茶经济林和油茶+茶间作后,土壤水分入渗性能显著降低,平均入渗率、初始入渗率和稳定入渗率下降幅度分别为46.14% - 64.88%、39.60% - 58.97%和49.88% - 72.84%。初始入渗率和稳定入渗率的大小排序为:杂木林>板栗+茶间作>油茶+茶间作>板栗经济林>油茶经济林(P<0.05);而平均入渗率在板栗+茶间作和油茶+茶间作中无显著性差异(P>0.05),且从大到小依次为:杂木林>板栗+茶间作、油茶+茶间作>板栗经济林>油茶经济林(P<0.05)。(2)相关性及通径分析表明力稳性>5 mm粒级团聚体、水稳性MWD和力稳性MWD与土壤水分入渗性能(初始入渗率、平均入渗率、稳定入渗率)呈显著正相关(P>0.05),是影响土壤水分入渗特征的主要因素,且力稳性>5 mm是主要影响因子。(3)基于决定系数R2RRMSE、CRM与CE,Kostiakov模型最适合描述土壤入渗速率的特征。研究结果可为研究区开发栽培模式的选择提供一定参考。
    2024-09-29 , DOI:
    摘要:
    玉米是黄河三角洲(简称黄三角)滨海盐碱区主要粮食作物之一,氮肥合理施用对于促进该地区玉米产量提升、养分资源高效利用以及生态环境改善至关重要。为了明确该地区玉米的适宜施氮量和施氮制度,该研究基于2 a(2019—2020年)玉米栽培田间滴灌施肥试验,校验和评估DRAINMOD-S和DRAINMOD-N Ⅱ模型在该地区的适用性和可靠性,从而确定田间排水沟/管间距和建立玉米适宜施氮量估算模型与施氮制度。结果表明:1)DRAINMOD-S和-N Ⅱ模型可较准确地模拟黄三角滨海盐碱农田地下水埋深、土壤含盐量和硝态氮含量分布的动态变化,其模拟值与实测值之间的决定系数R2均大于0.80,标准化均方根误差(Normalized Root Mean Squared Error,NRMSE)均低于25%;2)通过分析排水间距与土壤渍水和盐分胁迫减产效应间的关系,推荐该地区排水间距可设为17 m;3)在兼顾作物氮素需求(即吸氮量满足玉米自身需求)、土壤持续供氮能力(收获后土壤无机氮储量与播种时大抵相近)及养分淋失风险可控(氮淋失量尽量小)等目标的前提下,基于数值模拟确定了不同气候和初始土壤无机氮含量条件下的玉米适宜施氮量,并建立了其与主要环境变量如降雨量、降雨强度和初始土壤无机氮含量之间的定量关系(R2 = 0.70,P < 0.01);4)评估了典型枯水年、平水年、丰水年施肥1~3次下不同施肥时期组合的影响,表明不同水文年里都可选择在玉米拔节期-抽雄期(或拔节期-抽雄期-灌浆期)追施氮肥2(3)次。研究结果可为黄河三角洲滨海盐碱农田玉米氮素管理提供参考。
    2024-09-26 , DOI:
    摘要:
    非点源污染影响因素复杂,实时监测与模拟具有难度,而景观生态风险评价从景观格局与生态过程的角度为区域污染风险评价与识别提供了新的思路。以深圳河湾流域为案例,基于“源—汇”理论,通过源汇景观识别、景观空间负荷对比指数评价污染风险,且与实地监测污染物数据进行数值与空间相关性分析,验证其结果准确性与科学性。研究结果表明:1)污染物监测数据表明流域内雨季总氮、总磷平均浓度超标率为12.99%、11.89%,非雨季超标率为8.61%、9.44%,雨季风险高于非雨季,5、7、9、10、12、13号子流域水环境质量相对较差,下游污染风险高于上游,沿海污染风险高于非沿海。2)非点源污染风险指数法评价结果表明7、9、10、12、13号子流域处于污染高风险区,集中在布吉河流域与福田河下游,占流域总面积的16.93%。3)两种风险结果具有一致性,数值上具有高度显著性,空间上具有聚集性。基于“源—汇”理论的非点源污染风险指数法适用于区域非点源污染风险评价。
    2024-09-26 , DOI:
    摘要:
    为探索各种空间因素作用下耕地未来空间布局的发展方向及其管控策略,该研究以位于长三角地区的常州市为例,采用机器学习算法构建了土地资源可耕性评价模型,并分别用PLUS模型和InVEST模型计算城市发展潜力和生境保护潜力,最后使用蚁群优化算法实现权衡多目标的耕地空间配置模拟并划定优化分区。结果表明:1)通过土地资源可耕性评价发现,常州市不可耕作区中有168.25 km2现状为耕地,高度可耕作区中有254.11 km2为非耕地,耕地资源分布存在明显的不均衡性。2)对比不同情景下的耕地空间配置结果,确定城市发展-生境保护-集中耕作情景取得了最理想的效果,平均可耕作潜力为0.9387,有助于优化耕地资源合理布局。3)统筹耕地空间配置结果与土地利用现状将常州市划分为核心保护区、质量提升区、潜力储备区、建设缓冲区、生态保育区共5区并提出差异化的优化管控策略。该研究的技术路径和结果对于重新认识区域耕地资源本底、有效调节土地资源错配具有参考意义。
    2024-09-25 , DOI:
    摘要:
    针对统计和线性回归模型难以完全揭示花期影响因子与花期之间的复杂非线性关系及油菜花期样本稀少的问题,提出了一种结合虚拟样本生成的集成学习算法来实现油菜花期的预测。该研究利用1998—2023年浙江省衢州市龙游县油菜盛花期与气象数据,通过基于高斯混合模型的虚拟样本生成(GMM-based virtual sample generation,GMM-VSG)算法与三次样条插值法(cubic spline interpolation)分别对原始样本进行扩充,采用8种机器学习算法建模并基于贝叶斯优化器进行超参数优化,最后通过Stacking集成学习方法,对 8种算法进行不同的组合,建立了油菜花期预测模型。研究结果表明:相较于原始数据集,通过三次样条插值法与高斯混合模型生成的两个扩展数据集在各种机器学习算法中的性能显著提升,其中通过三次样条插值法生成的数据集表现最为优异。通过Stacking思想能提升模型的精度,其中以核岭回归(kernel ridge regression ,KRR)、支持向量回归(support vector regression, SVR)、极端梯度提升树(extreme gradient boosting, XGBoost)这3种算法作为基模型,线性回归作为元模型的SRX_L模型表现最优,其平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)和决定系数(R2),分别为0.1056d、0.1227d和0.9997。该研究结果可为油菜花期的准确预测提供有效方法。
    2024-09-18 , DOI:
    摘要:
    水土保持是国家生态文明建设的重要内容,水土保持空间管控分区是水土流失区域科学治理的前提与关键。然而,目前水土保持管控区域划分研究还未形成成熟的空间划定方法,且水土保持空间划分多以行政边界为单元,以小流域为单元的水土保持空间管控研究较少。为探索水土保持空间管控分区的新方法,落实差别化保护治理措施,该研究利用通用土壤流失方程(universal soil loss equation,USLE)计算研究区潜在土壤侵蚀模数与实际土壤侵蚀模数,并通过随机森林确定了土壤侵蚀的主要影响因子,基于小流域单元的土壤侵蚀及其影响因子利用自组织映射神经网络(self-organizing feature map,SOFM)确定了大别山区的水土保持空间管控分区。结果显示:1)大别山区的平均潜在土壤侵蚀为84415.7 t/(km2·a),平均实际土壤侵蚀为210.25 t/(km2·a)。小流域的实际土壤侵蚀主要分布于0~300 t/(km2·a),潜在土壤侵蚀主要分布于600~300000 t/(km2·a),小流域尺度上潜在土壤侵蚀与实际土壤侵蚀空间分布格局基本一致,高值区主要分布于研究区中部与东部海拔较高的山区腹地;2)植被覆盖度、坡度分别为小流域尺度上潜在土壤侵蚀与实际土壤侵蚀的主要影响因子,植被覆盖度、坡度与土壤侵蚀呈显著正相关(P<0.01)。高植被覆盖区主要分布于林地占比较高的大别山区腹地,坡度较大的区域沿大别山山脊线自西向东分布。3)SOFM结果显示,小流域尺度上的大别山水土保持空间管控区域划分为重点预防区、一般预防区与其他区域3个区域,其中重点预防区涉及小流域710个,面积15287.4 km2。一般预防区共890个小流域,面积18874.4 km2。两个预防区共占研究区面积61.2%。实际土壤侵蚀、潜在土壤侵蚀与坡度在各区域间的差异明显,可作为大别山水土保持空间管控各区域的主要划分指标。研究结果为水土保持空间管控分区提供了新思路,为分区域进行水土保持空间管控提供了理论支持与决策依据。
    2024-09-12 , DOI:
    摘要:
    农业机械已日益成为中国大气污染的重要来源,其排放问题需要更深入的研究。为探究在高海拔条件下农用拖拉机燃用不同比例生物柴油对实际作业条件下的CO(carbon monoxide)、HC(hydrocarbon)、NOX(nitrogen oxides)和PN(particulate number)排放特性的影响,该研究对比分析了一台国III排放标准的农用拖拉机在海拔2200m下掺烧B10(10%体积大豆甲酯生物柴油+90%体积柴油)、B20、B30与柴油(B0)在旋耕时(发动机转速处于1500-1700 r/min,发动机功率在20-30kW)的相关污染物排放的情况。分别使用OBD(on board diagnostics)和PEMS(portable emission measurement system)进行拖拉机工况和污染物的数据采集。试验结果表明:生物柴油的使用会略微降低燃油的经济性,增加有效燃油消耗率(brake specific fuel consumption, BSFC),B10、B20和B30相较于B0的BSFC分别增加了2.31%、2.71%和2.04%。该研究基于发动机功率方面来表征农用拖拉机CO、HC、NOX和PN的排放因子。生物柴油有助于降低农用拖拉机的CO、HC和PN排放因子,B10、B20和B30相较于B0基于发动机功率的CO排放因子分别下降了10.15%、12.73%和32.10%;相较于B0基于功率的HC排放因子分别降低了13.22%、26.45%和30.58%;相较于B0基于功率的PN排放因子分别降低了8.22%、10.91%和14.17%。随着生物柴油比例的增加,CO、HC和PN排放因子降低幅度增大。生物柴油会略微增加农用拖拉机的NOX排放,随着生物柴油比例的增加,NOX排放因子也相应增加,B10、B20和B30相较于B0基于发动机功率的NOX排放因子分别增加了1.60%、2.78%和4.20%。该研究中所有测试燃料基于功率的NOX排放因子较《指南》推荐值高3倍多,可见《指南》推荐值对高原环境下的NOX排放因子不适用,高原环境会影响拖拉机在实际作业过程中的污染物排放。为减少高海拔条件下农用拖拉机在实际作业过程中的污染物排放,考虑到燃油的经济性和生物柴油对NOX排放的影响,将小比例掺混生物柴油作为农用拖拉机替代燃料来使用,不仅可以减少CO、HC和PN的排放,还可以减少化石燃料的使用。研究结果可为高海拔环境下农用拖拉机燃用生物柴油的实际污染物排放控制优化提供参考,可以补充在高海拔地区农业机械的排放数据库,以辅助环境污染研究和政策制定。
    2024-09-09 , DOI:
    摘要:
    随着畜禽养殖空气过滤和除臭装置使用的增加,对高压农用轴流风机的需求也随之提升。为了提高农用轴流风机的气动性能并扩大其工作压力范围,利用变环量设计理论,通过风洞试验和数值模拟,开发了一种新型轴流风机。通过单因素和响应面分析方法,研究了轮毂直径 d、安装角 α 和叶片数 n 结构参数对风机性能和流场的影响。这些参数的最佳组合为d=260 mm,α=-0.369°,n=4 片。数值模拟结果表明,优化后的轴流风机性能优于设计轴流风机,扩大了高压区稳定运行范围。样机实验测试表明,在高压(120 Pa)下,优化风机相较于原型轴流风机的风量提高了163%,能效比提高了18.9%。该研究证明了变环量在农用轴流风机设计中的可行性,结构参数的优化可进一步降低风机的内部涡流。优化后的轴流风机减少了内部流场的二次流,提高了叶片的做功能力,改善了风机的气动性能。
    2024-09-05 , DOI:
    摘要:
    土壤导热系数是决定土层传热性能的主要参数,影响到地温分布、土壤环境及作物生长。高有机质土的导热系数受到有机质组分直接影响,而目前土壤导热系数模型缺乏对有机质含量及分解度的考虑。该研究采用稳态比较法测定了未冻结及冻结状态下的草炭土导热系数,分析了不同层位原状草炭土性质对导热系数的影响,对比了10余种土体导热系数计算模型对草炭土的适用性,并以此提出了改进模型。结果表明: 1)各层位草炭土在未冻结状态下导热系数相近(0.51~0.66 W/(m?K)),而冻结后导热系数层间差异明显(1.00~1.62 W/(m?K)),表明冻结极大地改变了土体物质组成,而有机质含量及分解度显著影响着土体的传热性质; 2)考虑了干密度及组分权重的土体导热系数模型对草炭土的预测适用性更佳,但准确度仍然难以达到理想效果(未冻结土RMSE>0.07 W/(m?K);冻土RMSE>0.28 W/(m?K));3)基于土体性质的影响程度及计算模型的原理,引入草炭土有机质含量Oc及分解度Dd计算草炭土导热系数,建立了改进模型,提高了参数模型准确率(R2>0.75)。研究成果可为季冻草炭土分布区的农业耕作及工程建设提供参数依据,同时可作为高有机质土体热物理性质研究的理论参考。
    2024-09-03 , DOI:
    摘要:
    为提高水稻病虫害检测精度,解决病虫害种类繁多、尺度不一、生长环境复杂导致的误检漏检问题,便于模型在边缘设备进行部署,提出一种基于改进YOLOv8的水稻病虫害检测方法PBM-YOLOv8。首先使用部分卷积(Partial Convolution, Pconv)设计PCBlock结构,替换YOLOv8特征提取模块中的瓶颈(Bottleneck)结构,以减少模型参数量,提升检测速度;其次为了减少非相邻层语义信息特征融合时的稀释,在颈部网络增加平衡特征融合层,重构特征金字塔为平衡特征金字塔(balanced feature pyramid, BFP),对融合的特征层进行特征再提取,并引入嵌入高斯非局部注意力(Embedded Gaussian Non-local Attention, EGNA)消除多层融合导致的混叠效应,最大程度减小特征丢失;最后将损失函数更换为MPDIOU,改善因样本差异性大而导致的检测框失真,同时降低模型训练的计算负担。实验结果表明,改进模型PBM-YOLOv8在水稻病虫害数据集上取得了更为优异的试验效果,相较于原始YOLOv8n基线模型精确度P及平均准确率均值mAP分别提高了1.3和1.1个百分点。将PBM-YOLOv8部署在RK3588上经多线程优化后检测速度可达到71.4FPS,满足实际应用的需求,可实现对水稻病虫害的实时精准检测。
    2024-08-29 , DOI:
    摘要:
    为评估月尺度IMERG(V06)降水产品在广西的精度,以91个观测站2001-2020年逐月降水量为参考,采用相关系数CC、均方根误差RMSE和相对偏差RE三个定量指标,将广西划为少雨区(年均降水量<1300mm,Ⅰ区)、中雨区(年均降水量1300-1700mm,Ⅱ区)、多雨区(年均降水量>1700mm,Ⅲ区)三个区域,从空间、时间、变化趋势等角度分析IMERG产品的精度特征。结果发现:1)整体上,IMERG产品与观测数据相关性较强但离散度较高,Final产品精度优于Early、Late产品,Early与Late产品精度相似;Final产品高估月降水量,Early、Late产品低估月降水量。2)空间上,各系列产品的CC、RMSE均在Ⅲ区最高,区域降水越多相关性越强,同时离散度增加;在Ⅰ、Ⅱ区高估降水,在Ⅲ区低估降水,Final产品相比Early、Late产品在Ⅰ、Ⅱ区高估程度更高,而在Ⅲ区低估程度更低。3)时间上,Early、Late产品在1-2月、4-6月和12月相关性较低,4-9月离散度较大,雨季(4-9月)相较旱季(10月-次年3月)相关性更大但离散度增加,在3-5月高估降水,9-11月低估降水;Final产品4-9月相关性低且离散度大,雨季精度不及旱季,各月在Ⅰ、Ⅱ区均高估降水,Ⅲ区中只在1月和10月高估降水,其余月份均低估降水;IMERG产品在旱年精度更高。4)精度变化上,在0-300mm降水量区间呈下降趋势,估测偏差由高估向低估发展;随年份增长,产品精度出现下降趋势,估测偏差愈发趋向高估。月尺度IMERG产品在广西具有较高的精度,但在不同时段、不同区域存在较大差异,应用时需针对具体时间区域开展评估。
    2024-08-21 , DOI:
    摘要:
    干旱胁迫是影响作物产量和农业可持续发展的重要因素。作物干旱胁迫的精准诊断是提高农业水资源利用率、推动高水效农业发展的重要基础。表型成像技术能够快速、无损、准确获取和分析作物的表型特征,为作物干旱胁迫的精准诊断提供了新工具。本文重点综述了用于作物干旱胁迫诊断的表型成像技术,首先介绍了可见光(RGB)成像、三维成像、近红外成像、高光谱成像、叶绿素荧光成像和热成像六种主流表型成像技术的原理,其次概述了单个成像技术在干旱胁迫下作物表型分析的研究进展,然后总结了近几年面向作物干旱胁迫的自动化综合表型成像分析平台的研究成果,最后探讨了上述表型成像技术在作物干旱胁迫程度诊断研究中的机遇和面临的挑战。
    2024-08-15 , DOI:
    摘要:
    把握生态安全格局动态变化的趋势和特征,识别亟需修复的生态区域,对维系区域生态安全,促进区域可持续发展具有重要意义。基于形态学空间格局分析方法并叠加国家自然保护区筛选生态源地,使用电路理论模型识别生态廊道、生态夹点区和生态障碍区,构建黄河中游地区2000—2020年的生态安全格局并分析其时空动态变化特征。结果表明:生态源地的数量和面积基本保持稳定,东部盆地和山区分布密集,西部高原分布较为稀疏。生态廊道由2000年的96条演变为2020年的103条,密集分布在山地广布的东部,西部生态廊道稀疏且跨越距离较长。生态夹点区面积保持稳定,障碍区面积呈小幅下降趋势,夹点区和障碍区以源地和廊道连接的区域及廊道的中间位置分布最为密集。生态安全格局呈现东南密集、西北稀疏的空间格局,夹点保护区在西部廊道稀疏区域变动频繁,障碍修复区集中分布在人类活动强度较大的盆地或平原,源地保护区稀疏的区域更需要稳定的“中转站”以维持长距离的廊道连接,廊道数量和长度呈现增加趋势,生态安全格局整体朝着良好方向发展。黄河中游地区东部和西部生态安全格局的空间差异是由东部集中分布的高强度人类活动与生态环境良好的山区、西部脆弱的生态环境与不合理的开发活动共同作用所导致的。针对黄河中游生态安全格局存在的具体问题及实际生态状况,提出了保护与修复生态源地、生态廊道等生态要素的措施,以期为黄河中游地区生态安全格局的优化及生态环境高质量发展提供借鉴。
    2024-07-04 , DOI:
    摘要:
    探讨枸杞表型与主要营养功效成分间的相关性,构建基于表型和营养功效成分的枸杞品质综合评价体系,为药食两用枸杞子的品质评价提供参考。以不同批次、等级、种质、产地的宁夏枸杞为研究对象,研究表型特征与营养功效成分的相关性,并采用PCA、层次分析、判别分析进行枸杞综合品质的评价。结果表明,枸杞营养功效成分含量与果实表型指标关联较大,枸杞果实越小(即纵切面积、纵径、横径、平均单果重越小),枸杞多糖、甜菜碱和类胡萝卜素等功效成分的含量越高,总糖含量越低。药食两用宁夏枸杞可用枸杞多糖、黄酮、甜菜碱、类胡萝卜素四个功效成分以及纵径、a值共6个指标进行品质评价,可将枸杞分为三类,其中第2类样品枸杞多糖、类胡萝卜素、甜菜碱含量最高,且果实表型品质较好,可作为优质药用样品;3类样品果实颗粒大、色泽红艳,总糖含量最高,作为最佳食用类样品,1类样品品质介于2类和3类之间。本文建立的宁夏枸杞品质评价评分标准和指标分级标准,可用于药食两用宁夏枸杞综合品质判别,同时为基于利用途径的枸杞新品种选育提供借鉴。
    2023-08-08 , DOI:
    摘要:
    豆浆富含植物蛋白,但植物蛋白相对不易被人体吸收,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。东北大酱作为传统发酵食品,所含微生物多种多样,但因其多为家庭发酵,所以相关研究较少。发酵作为食品加工的常用技术,可以更大发挥食品营养价值,或是增加食品风味。本文通过对东北大酱进行筛选,得到8株分解大豆蛋白效果较好的8株产蛋白酶菌株,经形态观察和16S rDNA测序鉴定均为芽孢杆菌。经安全性分析确定菌株安全后,利用菌株进行豆乳发酵,测定发酵前后豆浆的可溶性肽含量、氨基肽含量、水解度并进行感官评定。结果发现豆浆的可溶性肽含量显著升高,用菌株BJ-20处理后的豆浆效果最显著,上升了37.23%。除此之外,豆浆的氨基态氮和水解度也有显著变化,其中用BJ-6处理后的豆浆效果最显著,氨基态氮上升了10.87%,水解度为23.49%。感官评定结果显示,豆浆经处理后组织状态得到明显改善。本研究结果丰富了豆类加工菌种库,增加大豆产品的多样性,为大豆保健功能开发提供参考及理论支持。
    2023-06-14 , DOI:
    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区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。
    2023-06-14 , DOI:
    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,本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以正向响应为主,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。
    2023-06-08 , DOI:
    摘要:
    为研究改性生物炭在水溶液中对Cu2+的吸附性能,利用硅酸钠溶液、氯化镁溶液、过氧化氢溶液制备了3种不同改性小麦秸秆生物炭,通过使用扫描电镜-X射线能量色散光谱(scanning electron microscopy combined with energy dispersive X-ray spectroscopy,SEM-EDS)和傅里叶红外光谱(Fourier infrared spectroscopy,FTIR)等技术对改性前后的生物炭进行表征分析,探究其表面形貌、官能团等性质变化。硅酸钠改性生物炭(sodium silicate modified biochar,SBC)的比表面积与孔容最大,分别为43.69 m2/g、5.30 cm3/g,比未改性生物炭(biochar,BC)(6.02 m2/g、1.40 cm3/g)分别增加了6.25、2.79倍。由SEM-EDS结果表明,改性生物炭均出现C元素质量分数下降、O元素质量分数增加的现象,其中,SBC的C元素和O元素质量分数变化最大,且SBC和氯化镁改性生物炭(magnesium chloride modified biochar,MBC)上负载了大量含Si和Mg的颗粒。FTIR结果表明,改性处理均能增强官能团的峰值,硅酸钠改性增强程度最大。另外,过氧化氢改性生物炭(hydrogen peroxide modified biochar,HBC)、BC、MBC 和SBC对Cu2+的吸附动力学过程更符合准一级动力学模型,BC、MBC、SBC对Cu2+的等温吸附过程更符合Langmuir模型,HBC对Cu2+的等温吸附过程更符合Freundlich模型。分析吸附模型参数可知,改性生物炭MBC、SBC和HBC中,SBC对Cu2+的吸附能力更强,其理论吸附量可以达到230.20 mg/g,该结果可为改性生物炭对Cu2+污染水体的治理提供理论依据。
    2023-06-08 , DOI:
    摘要:
    为探究相分离结构作用下微细通道流动沸腾传热特性,本文加工制作了带有不同相分离结构的平行逆流微细通道试验段,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23.68 kW/m2~151.43 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的矩形微细通道内开展流动沸腾试验,研究不同相分离结构对微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%。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。
    2023-06-02 , DOI:
    摘要:
    高光谱遥感技术已广泛应用于植被类型制图,综合利用遥感数据光谱和纹理特征已成为提升分类精度有效途径,但多尺度纹理特征与高光谱数据组成的高维特征空间产生的休斯效应会影响图像分类精度,遗传算法(Genetic Algorithm,GA)等特征优化算法结果的随机性也会造成图像分类精度的不确定性。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等问题,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GA算法、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)等新型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高光谱图像分类算法,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,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,多尺度纹理特征的加入使整体分类精度提升了8.02%。此次提出的GA-RF、PSO-RF、GNDO-RF、ASO-RF和MPA-RF算法成功提升了研究区植被分类精度,与传统RF方法相比,总体分类精度(Overall Accuracy,OA)提升了1.3234%至2.3987%,其中MPA-RF方法取得了最高的图像分类精度,OA和 Kappa系数分别为88.9165%和0.8623。此次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。
    2023-05-06 , DOI:
    摘要:
    莲藕病虫害的发生将会严重影响莲藕品质与产量,开展早期诊断识别对藕田病虫害及时对症对病防治、增加莲藕生产质量与经济效益具有重要意义。为此,本文以荷叶病虫害高效、准确识别为目标,提出了一种基于改进DenseNet的荷叶病虫害识别模型。首先对模型的浅层特征提取模块进行改进,并在Dense Block与Transition模块中引入Squeeze and Excitation注意力机制模块和锐化的余弦相似度卷积,并基于Plantvillage数据集进行迁移学习,实现了91.34%的识别准确率。本研究实现了对荷叶腐败病、病毒病、斜纹夜蛾、叶腐病、叶斑病的识别,并首次将改进后的DenseNet分类模型推广应用于藕田无人机图片的病虫害检测中,可对莲藕以及其他水生蔬菜病虫害智能防治提供有益指导。
    2023-04-18 , DOI:
    摘要:
    探究农村绿色发展水平时空演变及其扩散和收敛效应对实现农业农村绿色发展、助力乡村振兴战略具有重要意义。该研究构建农村绿色发展评价体系,采用全局主成分分析法测度2006—2017年中国30个省级行政区农村绿色发展值。分别采用可视化制图、描述性统计分析刻画农村绿色发展水平值时序特征、空间格局和区域差异,进而采用空间自相关、空间收敛模型分析农村绿色发展的空间扩散和空间收敛效应。研究结果表明:1)研究期内中国农村绿色发展水平整体呈加速上升趋势,年均增长14.53%,呈“东高西低、中部居中”空间格局,呈“低水平、低差距”向“高水平、高差距”转变时序特征。2)研究期内农村绿色发展水平空间扩散效应显著为正。“高—高”“低—低”集聚数量多于“高—低”“低—高”区。“高—高”集聚多分布在东南沿海,“低—低”集聚区多集中在中部地区。
    2023-04-18 , DOI:
    摘要:
    探究耕地多功能耦合协调演变规律及其驱动因素对实现耕地优化配置和功能协同提升具有重要意义。依据2000-2018年中国30个省级行政区统计数据,综合评价耕地“生产-生活-生态”三维功能水平并采用核密度估计和可视化制图刻画耕地多功能时空特征,进而采用耦合协调度模型分析耕地多功能耦合协调关系,最终采用地理探测器识别耕地多功能耦合协调演变的驱动因素。研究结果表明:1)耕地生产功能水平呈现上升-下降-上升波动变化,生活功能水平先上升后下降,生态功能水平则整体小幅提升,但各功能均具有极化特征。耕地生产功能、生活功能和生态功能分别位于[0.0299, 0.6080]、[0.0416, 0.6720]和[0.0583, 0.8971],空间格局分别呈现“东高西低”、“北高南低”和“西高东低”分布特征。2)耕地多功能耦合协调水平位于[0.0932, 0.5535],整体稳步提升但水平仍然较低,多数省份耕地多功能仍为失调状态。耕地多功能耦合协调空间格局呈现由单点散布转为多点集聚的演变特征,其中,东北地区、京津冀地区和长三角地区耕地多功能耦合协调水平较高,西北地区则处于较低水平。3)耕地多功能耦合协调度演变受经营主体条件、农业发展水平、工业发展水平和城镇化水平影响显著,其中,经营主体条件和城镇化水平对耕地多功能耦合协调度演变的驱动力较强,农业发展水平和工业发展水平的驱动力次之。各驱动因素交互作用类型均为双因子增强或非线性增强,因素交互作用正向强化了各驱动因素对耕地多功能耦合协调度演变的驱动力。研究结果为充实丰富耕地多功能研究提供了实证指导,同时为推进耕地资源差异化治理和耕地功能互促提升提供了决策支撑。
    2023-02-01 , DOI:
    摘要:
    稻鳖共作是一种绿色、高效的生态农业种养模式,然而有关共作模式对稻田土壤微生物群落结构与功能特征的影响及其驱动因子的研究鲜有报道。为此,本研究以水稻单作(RM)和稻鳖共作(RT)处理的稻田土壤为研究对象,采用Illumina高通量测序技术分析土壤细菌和真菌群落结构的变化,并探讨土壤理化性质和微生物群落间的相关性。结果表明:(1)稻鳖共作模式有利于提高土壤养分含量,改善土壤肥力。共作使土壤有机质(SOM)、总钾(TK)、碱解氮(AN)、有效磷(AP)和速效钾(AK)含量显著提高了37.72%、15.15%、13.80%、37.37%和21.57%(P < 0.05)。(2)稻鳖共作模式提高了土壤微生物丰富度和多样性,改变了微生物群落结构。共作使土壤细菌变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteriota)、真菌子囊菌门(Ascomycota)和罗兹菌门(Rozellomycota)相对丰度分别增加了6.42%、1.16%、0.44%和2.96%,真菌担子菌门(Basidiomycota)相对丰度降低了0.22%。(3)稻鳖共作改变了微生物类群间的相互作用模式,增强了土壤细菌和真菌群落间的联系,有利于微生物群落结构的稳定。(4)土壤有机质、全钾和速效钾含量是影响细菌群落结构变化的主要环境因子,全钾、速效钾和有效磷含量是影响真菌群落结构变化的主要环境因子。综上,稻鳖共作可减少化肥农药的使用量,提高稻田土壤肥力,改善土壤微生物群落结构和多样性,增加土壤有益菌群,并维持稻田生态系统的稳定。本研究为探究科学合理的稻田栽培模式提供了重要的科学依据。
    2023-01-03 , DOI:
    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我国双碳战略“1+N”体系的完善。本研究通过对湖南水稻生产现状分析和干湿交替(AWD)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协同措施。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AWD适用性评估方法并结合地理信息系统工具,评估了AWD技术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呈下降趋势且呈“双变单”的特点;而水稻单产稳步增加,单季稻4年内年均单产为483.92公斤/亩,比双季早、晚稻分别高21.69%、13.19%。在湖南省地市和县区两级层面上,AWD适用性均具有显著的时间和空间差异,在地市层面上,株洲市最适宜执行AWD措施,这可能源于其较少的降水和较高的土壤渗透率。而相比早稻和中稻,晚稻更适宜实施AWD技术。降雨是影响AWD技术适用性的关键因素,湖南地区晚稻期间较少的降水和较高的温度为AWD措施的执行提供了基础。AWD措施在湖南稻区有较大的减排潜力(51.16%),考虑适用性情景的AWD加权减排量达47.13万吨,占全国稻田CH4排放的5.29%。在确保稻谷供应的基础上,因时因地制宜的实施动态AWD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。
    2023-01-03 , DOI:
    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24h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。
    2022-11-21 , DOI:
    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”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)六个分区,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)针对各分区空间分布及内部结构特征采取针对性、差异化的生态、经济管理政策和环境保护、修复措施,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。
    2022-11-16 , DOI:
    摘要:
    水、能源与粮食是人类生活与发展进程中不可缺少的资源,水资源与能源的投入短缺及空间匹配不均衡会影响到粮食产量的增长。该研究运用洛伦兹曲线与基尼系数评估黄河流域上中下游各区域水资源、能源与粮食生产之间的匹配度,并基于柯布-道格拉斯函数引入粮食增长阻尼模型测算出黄河流域水资源与能源对于粮食生产的制约程度。结果表明:1)黄河流域水资源、能源对粮食的基尼指数呈现出先减小后增大情形,黄河下游区域的匹配度要比上中游区域更为合理,2019年,下游区域水资源、能源对粮食都呈现出高度匹配状态情形。2)黄河流域水资源对于粮食生产的阻尼系数波动较大,阻尼系数变化范围为0.005~0.032,且水资源对粮食增长阻尼作用呈现出6年一周期情形。能源对于粮食生产的阻尼作用呈现出稳步上升情形,且在2015后上增较快。在水资源与能源约束条件下,2019年黄河流域粮食产量增长要比上一年分别降低0.76%与5.28%。3)黄河流域水资源阻尼系数呈现出西部小东部大情形,能源阻尼效应呈中高约束状态集中在上游东部区域与下游区域,低约束状态集中于黄河中游区域。另外,黄河流域水资源与能源阻尼系数具有典型的空间集聚性特征,其中水资源阻尼效应H (High)-H (High)集聚区主要分布在黄河下游区域,能源阻尼效应L(Low)-L(Low)集聚区分布在中游北部区域。研究结果可为黄河流域粮食的稳定增长与资源有效配置提供科学依据。
    2022-10-27 , DOI:
    摘要:
    小麦条锈病和小麦黄矮病是严重威胁小麦生产的重大病害,病害的早期识别对病害防控具有重要意义。现有病害识别模型对相似表型症状识别困难,对早期病害的识别准确度低。为此,本研究构建了一种改进的快速区域卷积神经网络(Faster Regions with CNN Features,Faster-RCNN)的病害识别方法。该方法采用卷积核拆解和下采样延迟策略优化了深度残差网络(Deep Residual Neural Network,ResNet-50),用优化后的ResNet-50作为主干特征提取网络以增强所提取特征的表达力,同时简化模型的参数;并采用ROI (Region of Interest)Align改进ROI迟化层以降低特征量化误差,提升识别的精度。在自建的涵盖200余种不同发病时期、不同抗感性的小麦叶部图像数据集上进行试验,结果表明:改进的Faster-RCNN识别方法比其他SSD (Single Shot Multi-Box Detector)、YOLO(You Only Look Once)和Faster-RCNN网络模型的平均精度均值(mean Average Precision,mAP)分别提升了9.26%、7.64%和14.97%。对小麦条锈病、小麦黄矮病、健康小麦和其他黄化症状小麦识别的平均mAP可达98.74%;对小麦条锈病和小麦黄矮病轻、重症识别的平均mAP可达91.06%。同时,模型损失函数值降低最快,整体性能表现最优。进一步开发小麦病害智能识别系统部署研究模型,使用微信小程序进行田间小麦病害的识别。在最大并发100的条件下,小程序平均返回时延为5.024秒,识别返回成功率为97.85%,对两种小麦病害及其细分轻重症识别的平均准确率为93.56%,能够有效满足实际应用需求,可用于指导病害的科学防控。
    2022-03-14 , DOI:
    摘要:
    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。该研究拟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主栽果树提取方法。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种果园类型;最后将多时相的果园分类结果与高分的林田地块信息叠加,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、大枣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0.95,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4.29×105 hm2,以核桃(间作和纯核桃)为主,间作核桃面积占比63.80%,其次为枣树(19.38%)和葡萄(3.30%)。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有价值的参考和借鉴。
    2021-05-12 , DOI:
    摘要:
    乳酸菌发酵作为果蔬汁的一种绿色加工技术,不仅可以赋予产品独特的风味,还可以转化其中的活性物质,提高产品的营养价值和保健功效。该研究以湖北杂交枸杞为原料,使用6种乳酸菌(植物乳杆菌、嗜热链球菌、嗜酸乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、干酪乳杆菌及发酵乳杆菌)进行发酵,研究发酵前后枸杞果汁理化特性、主要活性成分及体外抗氧化变化,并利用主成分分析进行综合评价优选出理想的发酵菌株。结果表明,6种乳酸菌在枸杞果汁中生长良好,活菌数均能达到10.0 lg CFU/mL 以上。发酵后的枸杞果汁中总糖和还原糖含量显著降低(P<0.05),且植物乳杆菌和嗜热链球菌产酸能力更强,发酵后总酸含量达6.74、6.07 g/kg。与未发酵枸杞果汁相比,经植物乳杆菌、嗜热链球菌、鼠李糖乳杆菌和发酵乳杆菌发酵的枸杞果汁中总酚含量增加了13.76%~28.07%,而嗜酸乳杆菌和干酪乳杆菌发酵后无显著性差异(P>0.05)。6种乳酸菌发酵后枸杞果汁中总黄酮含量增加了55.80%~161.97%。发酵枸杞果汁的抗氧化活性与发酵前相比均有显著提高(P<0.05)。基于主成分分析的综合评价函数显示经植物乳杆菌、发酵乳杆菌发酵的枸杞果汁品质更优,适宜作为开发枸杞高值化绿色加工饮品的发酵剂。
    2021-05-12 , DOI:
    摘要:
    日光温室现行的温度调控方法对太阳能无法进行有效利用,造成大量浪费,在极端天气条件下不能取得良好效果,无法持续为植物提供适宜的生长环境。为解决上述问题,更好地改善温室墙体性能,本研究以复合无机相变材料为主体,再配以水泥、锯末等原料,制备成相变材料模块,并进行相关试验,测试相变材料水泥模块的蓄放热性能。而后将其固定于日光温室后墙骨架上,采集温室内温度数据,来研究其在实际生产环境中的蓄放热效果。结果表明F1水泥模块由6.4℃升到35℃单位体积蓄热量为92.6MJ/m3;F2水泥模块温度由7.6℃升到35℃单位体积蓄热量为102.1MJ/m3;F3水泥模块温度由8.3℃升到32℃单位体积蓄热量为95.1MJ/m3。F1水泥模块温度由35℃降到5.4℃单位体积放热量为75.8MJ/m3;F2水泥模块温度由35℃降到5.9℃单位体积放热量为92.5MJ/m3;F3水泥模块温度由32℃降到7.8℃单位体积放热量为84.2MJ/m3。在夏季不同天气条件下,三种相变材料都可吸收大量热量,降低温室温度峰值;在冬天夜间又可释放大量热量,提高温室最低温度,使植物始终处于环境相对适宜、温度变化较为平缓的生长环境中。
    2021-02-24 , DOI:
    摘要:
    为探究玉米秸秆、市政污泥的单一及其混样的热解特性和交互作用,基于热重分析法,在升温速率(10℃/min、20℃/min和30℃/min)下,对玉米秸秆、市政污泥及混样进行热重试验,同时采用Coats-Redfern积分法研究动力学特性。结果表明:玉米秸秆与市政污泥的热解特性差异大,残余率相差18.57个百分点,综合热解指数相差35.73×10-5,活化能E相差35.31~46.88kJ/mol。随着市政污泥的含量从10wt%到90wt%,热解起始温度由360.3℃下降至440.3℃,混样主热解区间由277.7~360.3 ℃变长,并且向高温区偏移,残余率由33.69%增加至45.83%,最大失重速率由7.88%·min-1下降至3.11%·min-1,综合热解指数由8.5×10-5下降至1.7×10-5。表明市政污泥虽改善了混样的热解起始温度,但同时也使热解区间增宽,残余率增加,失重速率变缓,综合热解指数降低。混样综合热解指数均不同程度低于相应理论值,表明二者共热解存在抑制作用。玉米秸秆单独热解过程所需活化能E大于市政污泥。升温速率增加低温段、高温段活化能不同程度增加。市政污泥比例从10wt%提高到90wt%,热解活化能由66.01~46.16kJ/mol降低至44.47~17.04kJ/mol。该研究可为玉米秸秆和市政污泥的利用提供基础支撑。
    2021-01-26 , DOI:
    摘要:
    为了实现谷物联合收割机收获时实时在线检测谷物的蛋白质含量并记录采样地理位置信息,研发了一种基于近红外光谱原理的谷物蛋白质含量在线检测系统,系统主要由近红外光谱传感器模块、螺旋采样输送机构、控制模块、GPS/北斗定位模块、工控显现一体机等组成。谷物联合收割机近红外光谱式蛋白质含量在线检测系统工作时,当联合收割机出粮搅笼排出的谷物经过螺旋采样输送机构,采样机构的步进电机根据检测速率要求由控制器控制并间断进行谷物输送,控制器同时控制近红外光谱传感器在步进电机停止转动时进行光谱采样,谷物的近红外光谱和GPS/北斗定位模块位置信号等数据由RS485总线传输至上位机。编制了近红外传感器和采样机构等的控制与数据处理分析软件,经谷物蛋白质含量预测模型处理后,将谷物蛋白质、采样位置信息等实时显示在终端上并保存。为了验证谷物蛋白质含量预测模型及在线检测系统的性能,开展了室内标定和田间系统动态测试试验,小麦蛋白质含量预测模型的决定系数R2为0.865,绝对误差范围为-0.96~1.22,相对误差范围在-7.30%~9.53%,预测标准差RMSEP值为0.638;水稻蛋白质含量预测模型的决定系数R2为0.853,绝对误差范围为-0.60~1.00,相对误差范围为-8.47% ~ 9.71%,预测标准差RMSEP值为0.516。系统田间测试试验表明,小麦蛋白质含量的最大相对误差为-6.69%,水稻蛋白质含量的最大相对误差为-8.02%,采样分析时间间隔对系统测试精度的影响不显著,系统稳定性和检测精度达到田间谷物蛋白质在线检测需要,为精准农业作业提供了科学依据。
    2021-01-26 , DOI:
    摘要:
    为研究发酵条件对甘肃河西产区本土酒酒球菌(Oenococcusoeni, O.oeni)酯酶累积活性的影响,以及在苹果酸-乳酸发酵(Malolactic fermentation,MLF)过程中对霞多丽干白葡萄酒酯类香气物质的影响,试验以甘肃省葡萄与葡萄酒工程学重点实验室鉴定保存的2株本土O.oeniGF-2、ZX-1和商业菌株VP41为供试菌株,在模拟酒中动态监测苹乳发酵过程中菌株的不同碳链长度底物(C2、C4、C6)酯酶活性,分析比较不同发酵条件(初始pH值、乙醇浓度、SO2添加量、发酵温度)对菌株产酶规律的影响关系和特点;通过微酿试验探讨供试菌株对霞多丽干白葡萄酒香气品质的修饰效应。结果表明,在不同pH值条件下,本土O.oeni菌株的酯酶活性明显高于商业菌株VP41,其中ZX-1的最大酯酶活性比VP41的高出约63.42%;乙醇浓度8%时,所有供试菌株均产生了最大酯酶活性,且本土O.oeni菌株具有更强的产酶能力;在不同SO2添加量影响下,两株本土O.oeni的酯酶累积活性均显著高于VP41的酶活性(P<0.05);18℃、22℃发酵温度下,GF-2的酯酶活性显著高于菌株VP41(P<0.05)。复合发酵试验结果表明:供试菌株的总酯酶活性依次为ZX-1>GF-2>VP41;虽然影响各菌株酯酶活性的主次因素不同,但所有供试菌株的最佳产酶条件均为乙醇浓度12%、pH3.6、SO2添加量30 mg/L、发酵温度22℃,其中以ZX-1的酯酶活性最高为620.973mU/mL,表现出较强的葡萄酒生境适应能力。对霞多丽干白葡萄酒微酿试验的分析显示:MLF后的酒样中共新增6种酯类物质(乙酸戊酯、乙酸庚酯、3-羟基丁酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯、反式-2-己烯酸乙酯、反式-4-癸烯酸乙酯),其中本土O.oeni发酵后的酒样中检测出2种具有果香味的特有香气物质(乳酸异戊酯、甲酸辛酯)。与商业菌株VP41相比,经本土GF-2、ZX-1发酵的酒样具有更浓郁的品种香和良好的余香持久性。综合分析,本土与商业O.oeni菌株均可以成功完成MLF,尤其是ZX-1具有较强的产酯酶能力且受发酵条件的影响显著,可有效提升霞多丽干白葡萄酒中的果香和花香类化合物含量,明显增强酒体的地域风格和典型性,更适宜作为甘肃河西走廊产区干白葡萄酒的MLF发酵剂。
    2020-11-04 , DOI:
    摘要:
    不同垫料生产方式因工艺差异导致垫料存在生物安全隐患,不利于垫料技术的推广,滚筒发酵具有高温、快速等优势,探讨其垫料生产过程的致病菌变化特征,可为解决产业问题提供支持。该研究以滚筒好氧发酵生产牛粪再生垫料过程为研究对象,采用平板培养法对夏季和冬季垫料生产过程中滚筒不同位置处奶牛乳房炎主要致病菌(大肠杆菌、链球菌、金黄色葡萄球菌和克雷伯氏菌)数量进行检测,同时检测了物料的理化特性,并进一步探究了影响奶牛乳房炎致病菌变化的主要因素。结果表明,夏、冬季滚筒发酵生产牛粪再生垫料过程中筒仓内温度较稳定,滚筒内部温度可维持在65 ℃以上;成品垫料的含水率均低于45%;链球菌和克雷伯氏菌在垫料成品中均未检出,夏季垫料成品中的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌检测数量高于冬季;Pearson相关性分析结果表明,在选取的理化指标中影响致病菌数量变化的最主要因素为滚筒温度,其次为总碳。该研究为滚筒发酵生产牛粪再生垫料的技术应用及推广提供支撑。
    2020-10-21 , DOI:
    摘要:
    为研究爆炒中食品多孔介质热/质传递机制及烹饪成熟和品质变化规律,考虑收缩-水分损失关系,基于多孔介质理论,结合傅里叶定律、牛顿冷却定律和达西定律,构建了爆炒中有蒸发、考虑收缩的食品含湿非饱和多孔介质热/质传递数学模型,开展了爆炒数值模拟。考虑收缩后模拟值与实测温度历史(LSTD=4.40℃)、平均含水率(LSTD=1.42%)和体积收缩率(LSTD=1.05%)吻合更为良好。模拟分析了爆炒热/质传递对颗粒表面蒸发、收缩、内部压力、水分和温度分布的影响机理及火候控制手段的作用,结果表明:爆炒强对流传热使颗粒蒸发剧烈造成水分损失;收缩主要由水分损失引起,可以增大传热效率并影响颗粒内部压力变化,由成熟值理论研判,蒸发收缩对烹饪成熟起到促进作用,并有利于提高烹饪品质,是爆炒技术优势的一部分;火候控制手段通过改变颗粒特征尺寸、能量传递速率和流体-颗粒的换热时间/接触面积对颗粒成熟时间和含水率等烹饪品质产生极显著(P<0.01)影响。
    2020-09-15 , DOI:
    摘要:
    秸秆捆烧技术是实现农业秸秆能源化清洁利用的有效途径之一,引起了人们的广泛关注。该文综述了秸秆捆烧技术最新研究进展,简述了秸秆捆燃烧反应原理和秸秆捆燃烧特性,重点分析了秸秆捆烧过程中颗粒物、NOx和CO等污染物产生及减排方法,系统总结了国内外秸秆捆烧技术类型、原理及特点等研究进展。通过全球文献检索,分析了秸秆捆烧技术研究技术热点、主要研究机构以及发展趋势。并评价了秸秆捆烧供暖运行成本,对秸秆捆烧技术发展提出建议,为实现秸秆清洁能源化利用提供参考。
    2020-08-05 , DOI:
    摘要:
    基于工质相变换热和无泵循环思路,提出了一种动力电池冷热双向热管理系统。以某款三元锂电池为研究对象,试验测试了冷热双向循环热管理系统的散热和加热工况。结果表明:该系统能实现电池箱低温工况加热与高温工况散热的运行切换管理。散热工况下,换热板采用4根竖管比单根蛇形管的散热能力强;冷凝器侧强制风冷散热与自然对流散热相比,能将系统一换热功率提高10%~44.2%,系统二换热功率提高20%~48.6%;电池箱温度为60℃时,自然对流散热系统换热板的最大温差小于2 ℃,强制对流散热系统换热板的最大温差小于1℃;在电池初始温度25℃时,1C、2C、3C放电倍率下,放电结束强制对流散热在能将8块电池的平均温度分别降低2.1 、3.9 、4.7 ℃。加热工况下,多组试验电池箱的升温效果一致性较好。考虑车辆行驶中换热板的倾斜影响,受制于工质的流量分配,散热工况时温度均匀性优于加热工况。
    2020-04-17 , DOI:
    摘要:
    为提高木基石膏复合材料的力学性能,以杉木刨花为增强相,以建筑石膏为连续相,采用三聚氰胺-脲醛树脂(MUF)粘结初步成型和增湿固化两阶段的免加石膏缓凝剂制备方法,开展了MUF用量和木材/石膏质量比对木基石膏复合材料物理力学性能影响试验,并与相应产品标准、结构板材标准及现有文献进行对比。结果表明,试验范围内,MUF用量与木基石膏复合材料力学性能呈正相关关系,木材/石膏质量比的影响较小;MUF用量为15%及以上时,其力学性能满足《LY/T 1598-2011石膏刨花板》产品标准的要求;MUF用量为21%及以上时,除顺纹抗弯强度,其余性能符合《LY/T 1580-2010定向刨花板》结构板材标准的规定;MUF用量为33%及以上时,复合材料达到《GB/T 35216-2017 结构胶合板》结构板材标准中E5.0-F16.0强度等级。抗弯性能试验中,石膏板为脆性破坏,木基石膏刨花板具有一定的延性性能。综合强度和成本,MUF用量为33%、木材/石膏质量比为0.30为较优的制备工艺。优化制备工艺条件下,复合材料的内结合强度、静曲强度、弹性模量、位移延性系数和24 h吸水厚度膨胀率分别为1.28 MPa、16.5 MPa、7350 MPa、1.64和1.23%。采用该两阶段制备方法,木基石膏复合材料中石膏晶体形态细长,且随着MUF用量的增加,晶体交错搭接、叠合现象明显,接触面积增加,晶体结构更加致密,石膏连续相强度增加;MUF用量提高,石膏在刨花表面的覆盖量明显增加,刨花增强相与石膏连续相之间界面性能显著改善。研究结果可为木基石膏复合材料力学性能的进一步提升提供参考,并为其产品的工程应用提供数据支撑。
    2020-03-25 , DOI:
    摘要:
    充分利用太阳能,提高太阳能热泵系统能效比,提出了一种蓄能型内插热管式太阳能热泵系统,可实现太阳能分季节最大化利用。搭建了系统性能试验台,在南京地区开展了2年的试验研究,对比分析了相近环境条件下充灌或未充灌相变材料的系统其瞬时集热效率、平均集热效率、系统性能系数和供水水温等随太阳辐射波动性的变化规律。结果表明在冬季白天相近的太阳辐射强度、太阳辐射波动性和环境温度下,充灌相变材料系统的瞬时集热效率波动性比未充灌的系统小近60%,平均集热效率高出未充灌的系统25%以上。夜间工况下,充灌相变材料系统的COP可达3.0以上,且能更快达到供热水温50℃,时间缩短了20%以上。研究结果可为太阳能热泵系统的推广应用提供理论依据。
    2019-10-16 , DOI:
    摘要:
    柱层析法是根据混合物中各组分的理化性质差异,利用混合物中各组分在固定相和流动相中分配系数不同,经过多次分配将组分分离纯化。淀粉在高压湿热冷藏回生后经淀粉酶水解得到回生淀粉,用碱液打开回生淀粉氢键使回生淀粉溶解,然后用盐酸调节溶液至中性,加正丁醇沉淀得到分子量分布范围较窄的直链淀粉,上清液加乙醇沉淀得到分子量分布范围较窄的支链淀粉。为了进一步窄化甘薯直、支链淀粉分子量分布范围,采用柱层析法对其进行分离。实验结果表明,粒径为1-3 mm的人造沸石适合分离支链淀粉,粒径为4-6 mm的人造沸石适合分离直链淀粉。经柱层析分离,甘薯直、支链淀粉组分总制备率均大于2.4%。经大沸石分离,聚合度大的直链淀粉分子依赖沸石表面吸附,洗脱速度快,先被洗脱下来;聚合度较小的直链淀粉分子进入沸石孔隙内部,吸附力大,后被洗脱下来。经小沸石柱层析分离,甘薯支链淀粉组分F1b中分子量小、均一度高的组分先洗脱下来;甘薯支链淀粉组分F2b中分子量大、均一度低的组分先洗脱下来,说明甘薯直、支链淀粉的分支度对采用沸石柱层析法分离淀粉组分也有一定得影响。X射线衍射表明,甘薯直链淀粉组分在18.9°、23.4°、27.2°、29.3°、32.3°、33.8°出现强衍射峰,甘薯支链淀粉组分在21.6°、22.9°、23.9°、26.5°、27.1°、29.3°、34.1°、35.8°、39.5°附近也出现了明显的衍射峰,此时甘薯直、支链淀粉的分子量分布指数(PDI)接近1.0。人造沸石柱层析可制备出分子量分布范围极窄的甘薯直、支链淀粉,该类淀粉表现出类似金属盐的X射线衍射峰,可作为深入研究淀粉大分子空间结构变化的材料。显微图片显示直链淀粉是由多个线型分子聚集在一起的,呈典型的“柳条”状,支链淀粉呈典型的“树枝”状。本文研究结果提供了一种大量制备分子量分布范围极窄的直、支链淀粉的简单、高效方法,为深入探索淀粉大分子聚集过程形态变化创造了有利条件。
    2019-10-16 , DOI:
    摘要:
    为全面了解转鼓式反应器固态发酵食醋过程中主要成分和风味物质的动态变化规律,该文对反应器发酵食醋过程进行跟踪取样,利用高效液相色谱、固相微萃取技术、气相色谱-质谱联用技术,对酒精、总酸、还原糖、氨基态氮、有机酸、挥发性风味物质含量变化进行实时监测,结合主成分分析方法,探究食醋不同发酵阶段的风味物质差异。结果表明,酒精含量在发酵0~4天内迅速增加,随后逐渐下降至零;总酸含量呈现先快速上升后缓慢上升的趋势;还原糖含量呈先快速下降后逐渐上升,最后逐渐下降的趋势;氨基态氮呈现先快速上升后缓慢上升的趋势;乙酸和乳酸是主要的有机酸,整个发酵过程中,乙酸含量持续增加,乳酸含量呈先上升后下降趋势,其他有机酸含量较少,发酵期间变化波动相对较小;共检测出64种挥发性风味物质,包括酯类25种,醇类12种,酸类6种,酚类5种,醛类5种,酮类6种,杂环类5种;发酵前、中、后期的重要挥发性物质分别是醇类化合物、酯类和醛类化合物、酸类化合物。该结果为推进转鼓式固态发酵食醋反应器的实际生产应用提供了理论基础和数据参考。
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    摘要:
    2010,26(11):1-7, DOI:
    [摘要] (33694) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (10943)
    摘要:
    当今农业水管理所面临的问题和挑战与50年前有着显著差别。当前发展农业水管理的目的是在水资源稀缺状况下,在满足全球不断增长的食物需求的同时,达到增加农民收入、发展农村经济、减少贫困、应对气候变化、保护生态环境等。为此,应从跨学科、跨部门的角度出发,审视和改善与农业水管理发展相关的策略与对策,其中包括加快发展节水农业、维系生态系统服务功能、加大灌溉投入、提升雨养农业、提高农业水分生产率、减少农业贫困人口、减轻或预防土地和水环境质量下降、降低废水灌溉风险、加强政策和制度建设等。改善农业水管理、增加农业生产力的各种努力取决于对上述发展策略与对策的合理选择及其彼此间的利益权衡。
    2013,29(14):203-209, DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.14.026
    [摘要] (27281) [HTML] (0) [PDF 392.78 K] (8008)
    摘要:
    三峡蓄水后,水流减缓,自净力减弱,主要支流绿藻虐生;库区新生消落区出露成陆时正直多雨炎热潮湿的夏季,基本丧失拦截、消纳和过滤农业面源污染的功能,加重了长江污染。该文在研究库区优势特色农业发展和生态环境建设的基础上,将库区水域、消落区和生态屏障区作为整体,运用循环经济理论,研究建立库岸柑橘、消落区湿地牧场、水域天然渔场3条环库绿色经济带,集成4链交叉的多链循环经济组网模式,创立5层阻隔拦截和吸收消纳面源污染的工艺技术,围绕库区各主要农业产业发展,把前端废弃物作为内生要素进入后端生产活动中,在注重环境保护的形势下,凝练出多业共生耦合农业循环经济模式和"345"推进方法。创建的巫山大昌湖特色循环农业生态示范园区,实现了三峡库区柑橘、生猪、草食牲畜、长江鱼4大特色产业共生、要素耦合、整体循环、综合利用的产业生态链,推动了三峡库区生态文明建设,满足了库区特色农业发展、农移民增收和国家战略水资源库保护需求,可为大型水库区生态农业发展和水资源环境保护提供参考。
    2007,23(5):150-153, DOI:
    [摘要] (21593) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (9817)
    摘要:
    应用L-M优化算法BP神经网络,通过用苹果机械特性指标(压缩时的最大力、屈服力、弹性模量)预测苹果贮藏品质(硬度、水分、可溶性固形物、总酸)的方法,建立贮藏品质的人工神经网络模型。用试验所测的机械特性指标为输入,苹果贮藏品质为输出来确定网络的拓扑结构,训练建立的BP神经网络。仿真结果表明:该神经网络模型用机械特性指标能预测苹果贮藏品质,同时通过5组非样本数据来验证该神经网络,模型的预测值与实测值的相对误差在5%以下,能够满足工程应用中预测苹果贮藏品质的精度要求。
    2007,23(2):1-5, DOI:
    [摘要] (18339) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (7331)
    摘要:
    在土壤侵蚀和水土流失研究中,坡面径流流速是径流计算、土壤侵蚀预报中不可缺少的水动力参数,目前尚无广泛应用的径流流速测量仪,研究快速的径流流速测量具有重要意义。该文基于互相关理论,建立了基于虚拟仪器Lab VIEW的径流流速的测量系统,并采用自制的电导式传感器,研究了两传感器间距对测量系统的影响,测量了5个泥沙含量水平下的径流流速。结果表明:测量系统适用的泥沙含量范围为0~250 kg/m3,测量误差为4.5%;若以染料示踪法测量的流速作为标准值进行修正,修正后的测量误差为3.81%。
    2019,35(18):143-150, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.18.018
    [摘要] (18327) [HTML] (0) [PDF 3.96 M] (7467)
    摘要:
    为了实现自然环境下刺梨果实的快速准确识别,根据刺梨果实的特点,该文提出了一种基于改进的Faster RCNN刺梨果实识别方法。该文卷积神经网络采用双线性插值方法,选用Faster RCNN的交替优化训练方式(alternating optimization),将卷积神经网络中的感兴趣区域池化(ROI pooling)改进为感兴趣区域校准(ROI align)的区域特征聚集方式,使得检测结果中的目标矩形框更加精确。通过比较Faster RCNN框架下的VGG16、VGG_CNN_M1024以及ZF 3种网络模型训练的精度-召回率,最终选择VGG16网络模型,该网络模型对11类刺梨果实的识别精度分别为94.00%、90.85%、83.74%、98.55%、96.42%、98.43%、89.18%、90.61%、100.00%、88.47%和90.91%,平均识别精度为92.01%。通过对300幅自然环境下随机拍摄的未参与识别模型训练的刺梨果实图像进行检测,并选择以召回率、准确率以及F1值作为识别模型性能评价的3个指标。检测结果表明:改进算法训练出来的识别模型对刺梨果实的11种形态的召回率最低为81.40%,最高达96.93%;准确率最低为85.63%,最高达95.53%;F1值最低为87.50%,最高达94.99%。检测的平均速度能够达到0.2 s/幅。该文算法对自然条件下刺梨果实的识别具有较高的正确率和实时性。
    2016,32(1):46-53, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.01.006
    [摘要] (18191) [HTML] (0) [PDF 5.12 M] (5405)
    摘要:
    研究旨在设计出一套农用车辆自动导航控制系统,让机器人代替农民进行田间作业,实现农用车辆自动驾驶,从而可以有效提高农业机械的作业精度、生产效率和使用安全性,并且为精细农业研究提供技术支持,改善农业生产的方法。该文通过GPS/INS(global positioning system/ inertial navigation system)组合导航技术实时获得载体的导航信息(位置、速度、航向、姿态),根据导航信息与预设轨迹参数计算出载体的目标前轮转向角,并以该目标前轮转向角与当前前轮转角的差值作为控制输入,实现对转向执行电机的精确控制,从而实现载体的路径跟踪控制。同时对整个系统的软硬件进行设计,并对系统控制策略进行仿真和试验验证。最终结果表明,本文所设计的组合导航系统定位精度高,其定位精度可达到0.1~0.5 m;路径跟踪系统误差小,当车速分别为0.5 m/s和1 m/s时,路径跟踪的最大横向误差分别为0.16 m和0.27 m ;整个系统响应速度快,可达到0.1s。通过将GPS/INS组合导航技术与线控转向技术相结合,能够实现农用车辆的自动驾驶。
    2016,32(9):130-135, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.09.018
    [摘要] (18132) [HTML] (0) [PDF 361.61 K] (4033)
    摘要:
    为了探讨不同秸秆还田模式对土壤有机碳(total organic carbon,TOC)及活性碳组分的影响,设置了秸秆不还田(CK)、秸秆直接还田(CS)、秸秆转化为食用菌基质,出蘑后菌渣还田(CMS)和秸秆过腹还田(CGS)4种还田模式。通过田间小区试验,研究了不同秸秆还田模式下,土壤有机碳及活性组分的变化规律。结果表明不同秸秆还田模式均提高了土壤有机碳含量,但不同还田模式下土壤有机碳含量差异不显著(P>0.05),和CK相比,CS、CMS和CGS处理下,土壤有机碳质量分数分别增加9.0%、23.9%和26.7%。不同秸秆还田模式也提高了土壤活性碳组分含量。在不同秸秆还田模式下,土壤溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)含量表现为CS>CMS>CGS>CK,且不同处理间差异显著(P<0.01)。和CK相比,CS、CMS和CGS处理下,土壤DOC质量分数分别增加64.6%、29.4%和8.9%。土壤微生物量碳(microbial biomass carbon,MBC)含量表现为CMS>CGS>CS>CK,且差异显著(P<0.05)。和CK相比,CS、CMS和CGS处理下,土壤MBC质量分数分别增加28.9%、84.7%和59.3%。土壤易氧化态碳(easily oxidizable carbon,EOC)含量表现为CMS>CS>CGS>CK,且差异显著(P<0.01)。和CK相比,CS、CMS和CGS处理下,土壤EOC质量分数分别增加24.1%、55.7%、和9.3%。不同秸秆还田模式显著影响土壤活性碳组分在总有机碳中占的比例,改变土壤有机碳质量。在不同秸秆还田模式下,DOC/TOC表现为CS>CMS>CK>CGS、MBC/TOC表现为CMS>CGS>CS>CK、EOC/TOC表现为CMS>CS>CK>CGS,且不同处理间均差异显著(P<0.01)。从提高土壤质量角度,推荐秸秆-菌渣还田模式,在该模式下,土壤MBC/TOC和EOC/TOC均最大,土壤碳素有效性高、易于被微生物利用,有利于作物生长。从提高土壤固碳角度,推荐秸秆过腹还田模式,在该模式下,土壤DOC/TOC最小,且土壤有机碳含量最高,有利于碳的固定和保存。该研究结果可为秸秆合理高效利用、改善农业土壤碳库质量提供参考。
    2015,31(16):78-85, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.16.012
    [摘要] (17456) [HTML] (0) [PDF 522.80 K] (4469)
    摘要:
    偏航工况水平轴风力机存在典型的动态特性,为了提高动态载荷特性的预测精度,该文采用计算流体力学方法(computational fluid dynamics,CFD)研究了MEXICO(model experiments in controlled conditions)风轮在偏航角0、15°、30°、45°工况下的整机气动性能。数值模拟得到的叶片截面压力系数分布、载荷系数随方位角变化规律以及轴向入流时速度分布与试验测量值均吻合较好。当偏航角在30°以内时,采用CFD方法计算的轴向载荷系数的相对误差在±5%以内,切向载荷系数的相对误差在±15%以内;当偏航角达到45°时,轴向载荷系数的相对误差超过±15%,切向载荷系数的相对误差接近±30%,同时偏航运行时速度分布与试验测量相差较大。偏航运行时叶根处的翼型升阻力迟滞特性较叶尖处显著,但叶根处攻角变化范围小于叶尖处。采用动量叶素法进行风力机性能预测时必需充分考虑该特性。该研究为工程预测模型的建立和偏航工况风力机设计运行提供了参考。
    2015,31(9):201-208, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.09.031
    [摘要] (17383) [HTML] (0) [PDF 3.61 M] (5021)
    摘要:
    为提高温室夏季降温环境性能,提出了一种基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的温室湿帘-风机系统的降温环境优化设计方法。采用太阳射线追踪法来模拟太阳辐射对夏季温室内流场环境的影响,并结合温室内作物的多孔介质模型,构建并求解温室三维非稳态模型,模拟了湿帘-风机降温下的温室内部温度场与速度场分布情况。模拟结果与试验测量的温度值和风速值进行了对比,其平均误差分别在4%和6%以内,验证了建立的温室CFD模型的准确性。结合正交试验方法,基于CFD模型对不同温室长度、湿帘面积和风机速度参数条件下的室内降温环境进行了优化设计。根据模拟优化获得的不同配置方案结果,建立了温室长度、湿帘面积和风机速度参数的拟合结果,为夏季华东沿海地区Venlo型温室湿帘-分机降温系统的设计提供了可靠的理论依据。
    2015,31(16):96-101, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.16.014
    [摘要] (17205) [HTML] (0) [PDF 395.08 K] (3793)
    摘要:
    为提高高速电磁阀动态响应速度,采用近似模型方法,以建立电磁阀多物理场零维近似耦合模型,实现其性能高效预测及优化。首先创建了柴油机电控单体泵高速电磁阀电磁力有限元计算模型,并通过与试验对比验证了模型的精度。结合面中心复合设计、嵌套中心复合设计、最优拉丁超立方设计与二次多项式响应面模型、Kriging模型、径向基函数模型,构建了18组电磁力近似模型。分析了不同样本点集大小、试验设计方法及近似方法对近似模型精度的影响。得出近似模型的精度随着样本点集的增大并非呈现单调递增的关系;而最优拉丁超立方试验设计与Kriging模型、径向基函数模型具有良好的适应性。构建高速电磁阀工作气隙、驱动电流、线圈匝数、副磁极半径、衔铁厚度、衔铁半径等关键参数的电磁力近似模型最佳方案是最优拉丁方试验设计与Kriging模型的组合,样本点集大小为二次多项式响应面模型所需最少样本点数的1.5倍,模型复相关系数、平均绝对误差、均方根误差值分别为0.97、0.06、0.09。该研究为高速电磁阀多物理场零维近似耦合模型的建立及其优化提供了参考。
    2015,31(15):201-207, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.15.028
    [摘要] (17179) [HTML] (0) [PDF 772.45 K] (4008)
    摘要:
    为比较秸秆批式发酵和半连续发酵工艺的产沼气效果,以水稻秸秆为单一发酵底物,开展了室内中温批式发酵和半连续发酵对比试验,以容积产气率和原料产气率为特征指标,研究不同料液浓度对秸秆批式和半连续发酵产沼气的影响,以期获得秸秆沼气工程适宜的运行参数。结果表明,批式发酵容积产气率随着TS浓度的增加而增加,但增幅逐渐减少;与静态批式发酵相比,间歇搅拌有助于提高批式发酵容积产气率,特别对高TS浓度处理容积产气率的提升效果更加明显;而半连续进料条件下更有利于高TS浓度处理容积产气率的提高,但各处理原料产气率均随着固物滞留时间(solid retention time,SRT)缩短而逐渐降低。综合考虑产气情况及工程应用实际,建议秸秆批式发酵底物质量分数不超过8%,而半连续发酵TS质量分数8%时SRT设计为20 d(容积产气率1.00 m3/(m3·d)),若发酵TS质量分数6%时,SRT设计为15 d,容积产气率0.75 m3/(m3·d),该运行参数为秸秆沼气工程发展提供了理论依据。
    2015,31(20):268-273, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.20.037
    [摘要] (16750) [HTML] (0) [PDF 6.48 M] (7004)
    摘要:
    针对农畜产品检测现场的需求,基于可见/近红外光谱检测技术和嵌入式系统,开发了灵活方便的猪肉品质无损检测装置。该装置利用卤素灯作为光源,新型光导探头和微型光谱仪采集肉样光谱信息,通过ARM(advanced RISC machines)控制处理器进行集中控制和数据的处理;在内嵌linux操作系统上,采用Qt开发工具,设计出人性化的交互界面,并将猪肉品质的检测结果输出到装置触摸屏上。为了建立多品质无损检测数学模型,获取了猪肉里脊在400~ 1 000 nm波长范围内的光谱数据,通过国标方法测得猪肉里脊主要品质参数颜色(L*、a*、b*)和pH值,采用标准正态变量变换(standard normalized variate, SNV)和Savitzky-Golay(S-G)平滑对光谱数据进行预处理,并结合理化数据建立偏最小二乘(partial least squares regression, PLSR)模型。用全交叉验证法选取PLSR建模的主成分数。pH值、L*、a*和b*的预测相关系数为0.88、0.90、0.97和0.97,预测标准差为0.19、1.77、1.17和0.63。通过现场试验表明,轻便式多品质无损检测装置具有较高的检测精度,满足于猪肉的颜色和pH值等品质参数检测的要求。
    2017,33(7):164-170, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.07.021
    [摘要] (16721) [HTML] (0) [PDF 6.90 M] (4644)
    摘要:
    准确掌握农作物的空间种植分布情况,对于国家宏观指导农业生产、制定农业政策有重要意义。针对黑龙江省玉米与大豆生育期接近、光谱特征相似,较难区分的问题,以多时相16 m空间分辨率高分一号(GF-1)卫星宽覆盖(wide field of view, WFV)影像为数据源,选择归一化植被指数(normalized difference vegetation index, NDVI)、增强植被指数(enhanced vegetation index, EVI)、宽动态植被指数(wide dynamic range vegetation index, WDRVI)、归一化水指数(normalized difference water index, NDWI)4个特征,结合实地调查样本点,采用随机森林分类算法,提取黑龙江省黑河市嫩江县玉米与大豆种植面积。研究表明,区分玉米与大豆的最佳时段为9月下旬至10月上旬,即大豆已收获而玉米未收获的时段,在4个待选特征中,NDVI、NDWI与WDRVI指数组合表现最佳;随机森林算法与最大似然算法、支持向量机算法相比,分类精度更高,其总体分类精度为84.82%,Kappa系数为77.42%。玉米制图精度为91.49%,用户精度为93.48%;大豆制图精度为91.14%,用户精度为82.76%。该方法为大区域农作物的分类提供重要参考和借鉴价值。
    2015,31(18):34-40, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.18.006
    [摘要] (16697) [HTML] (0) [PDF 8.13 M] (4935)
    摘要:
    在先离散后脱粒工艺基础上,为探究玉米果穗的低损伤离散,该文利用玉米离散试验系统对鸡喙啄取玉米籽粒的过程进行试验研究。结果表明,鸡喙接触玉米籽粒后,籽粒离鸡喙越近,推力的水平分力越大,籽粒运动越明显,越容易从果穗上分离下来,籽粒离鸡喙越远,推力的水平分力越小,籽粒越难与果穗分离;离散过程中,籽粒遵循"组砌规律"进行力的传递,传递的范围近似为"塔形",脱离果穗的籽粒的运动类似于斜抛运动;玉米果穗在果穗切线方向上的受力最大,其次是玉米果穗轴线方向上的受力,垂直于试验台方向上的受力最小;验证试验结果:玉米果穗的平均离散率为67.53%,平均离散损伤率为0.16%,表明模仿鸡喙的离散辊对玉米果穗有较好的离散效果,且损伤率低。该研究对低损伤玉米脱粒系统的设计提供了仿生学思路。
    2016,32(5):120-125, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.05.017
    [摘要] (16413) [HTML] (0) [PDF 3.29 M] (4123)
    摘要:
    为研究新疆焉耆盆地平原区地下水污染现状,2014年在焉耆盆地平原区设置42个采样点,采集42组地下水样本,测定样本中溶解性总固体(total dissolved solids,TDS)及阴阳离子含量,并利用SPSS软件及MAPGIS地理信息系统分析其时空动态。结果表明,1999年与2014年地下水TDS总体存在显著差异性;对地下水中TDS与宏量阴、阳离子组分及pH值之间的关系进行分析,地下水TDS与SO42-、Cl-、K++Na+、Mg2+、Ca2+具有显著相关,相关系数在0.717~0.964之间,与宏量阴离子SO42-、Cl-相关性明显大于阳离子,相关系数分别为0.963及0.964。在时间尺度上,1983-2014年地下水TDS均值整体呈现先升高再有所降低而后又升高再降低的趋势,均值由1983年305.0 mg/L上升至1999年1773.1 mg/L后又降低至2014年589.44 mg/L;在空间尺度上,1999-2014年地下水TDS<1 g/L区域面积变化呈增加的趋势,面积由1999年2 011.7 km2增加至2014年2 229.3 km2,与1999-2014年地下水TDS均值呈下降趋势相对应。研究区地下水TDS变化主要原因有2方面:一是地下水水位由2000年4.98 m下降至2014年7.34 m,地下水水位下降促使土壤及其下层沉积物中的钙、镁易溶盐、难溶盐及交换性钙镁由固相向水中转移使更多的钙镁离子进入地下水中,使地下水TDS增高,同时地下水位下降导致水中溶质浓缩也会造成TDS增高;二是生活及工业污水的排放导致大量Cl-、SO42-和部分Mg2+、Ca2+进入地下水中,造成TDS升高,这与TDS中Cl-和SO42-占主导地位相吻合。
    2016,32(12):107-114, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.016
    [摘要] (16274) [HTML] (0) [PDF 413.47 K] (3412)
    摘要:
    针对灌区水资源调度系统中的不确定性和复杂性,该文以红兴隆灌区为研究区域,构建区间两阶段模糊随机规划模型,并将其应用到灌区地表水和地下优化配置中,模型以灌区多水源联合调度系统收益最大为目标函数,引入区间数、模糊数、随机变量表示系统中的不确定性,对地表水和地下水在各作物之间配水目标进行优化。通过计算得到不同水源向不同作物配水的最优配水目标值及最优配置水量,模型不仅可以充分考虑到不确定性因素对系统收益的影响,而且可以将经济效益与处罚风险进行权衡。以2006年红兴隆灌区作物种植情况及灌溉情况为例进行研究分析,得到系统最大收益值在1 355.144×106~2 371.792×106元之间,该优化结果以区间形式给出,可以为决策者提供更为宽裕的决策空间,从而获得最为科学的决策方案。
    2014,30(8):257-264, DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.030
    [摘要] (16252) [HTML] (0) [PDF 4.73 M] (4652)
    摘要:
    水相法同时提取花生油脂和蛋白质工艺中往往形成可观的乳状液,经蛋白酶破乳可回收相当量的油脂,但得到的顽固乳状液十分稳定,需进一步研究其特性方可加以利用。该文对该顽固乳状液中可能起主要稳定作用的界面蛋白的电泳性质、疏水性质、乳化活性及乳化稳定性进行了研究,并通过激光共聚焦显微镜对顽固乳状液的微观结构进行了观察。结果表明,水相取油工艺碱提过程中,温度和pH值的协同作用,使含疏水性碱性亚基较多的蛋白质的构象发生变化,疏水基团暴露,表面吸附能力增强,促使乳状液稳定性提高。经酶解离心后,顽固乳状液中的油滴数量和油滴粒径大小明显降低,降解后形成的小分子亚基依赖二硫键的作用形成肽段聚集并紧紧吸附在油滴表面,形成黏弹性的膜,使得顽固乳状液稳定存在。应用超声辅助、冷冻解冻、热、极端pH值、乙醇辅助等方法处理顽固乳状液。结果显示,冷冻解冻和乙醇辅助处理可有效地使顽固乳状液中的油滴聚集。在乙醇体积分数为50%的条件下,乙醇辅助处理可使顽固乳状液的破除率达90%以上,从而使全工艺流程总游离油提取率从原来的88%提高到93%,极大地推进了水相法提取花生油脂工艺的产业化发展。
    2017,33(12):66-73, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.009
    [摘要] (16213) [HTML] (0) [PDF 5.69 M] (4354)
    摘要:
    针对目前雾化栽培领域所用喷嘴无法兼具雾滴粒径细小及大雾化量特性的问题,该文设计了一种带阶梯型谐振腔的流体动力式Hartmann低频超声雾化喷嘴,为了使喷嘴喷雾方向可控,对雾化区域进行了流场主动控制,即在喷雾出口区域设置了圆锥罩,通过数值模拟研究了小尺寸阶梯型谐振腔的振动特性,对其雾化效果进行了试验对比。结果表明:在相同参数条件下,当阶梯型谐振腔第二级阶梯孔与第一级阶梯孔深度比超过2时,其谐振频率达到了传统圆柱型谐振腔谐振频率的1.6~1.7倍;圆锥罩的加入使得腔内流体压力振幅变大,初段起振特性更优;阶梯型谐振腔两级阶梯孔孔径比是影响阶梯腔谐振特性的重要因素,阶梯孔孔径比的改变会使阶梯型谐振腔的谐振模式由"回流模式"转变为"尖声模式"或使谐振现象消失;带阶梯型腔体的低频超声雾化喷嘴比带普通圆柱型腔体喷嘴的雾化效果更好,在0.1 MPa~ 0.5 MPa的进气压力下,前者比后者雾滴粒径小2~6 ?m;阶梯型谐振腔式超声雾化喷嘴在加装圆锥罩之后,低压时的雾滴粒径随供气压力变化更大,而在高压时,其雾化效果与没有加装圆锥罩的阶梯型谐振腔式超声雾化喷嘴相比基本一致;索太尔平均粒径SMD(Sauter mean diameter)随Laval管出口与谐振腔之间的距离的变大呈现出先变小后变大的趋势,SMD的变化趋势与腔内声压级SPL的变化趋势基本一致。雾化量为2 L/h下时,阶梯腔式超声雾化喷嘴的最小雾滴粒径为42 μm。该研究可为阶梯腔式超声雾化喷嘴在雾化栽培领域的应用提供参考。
    2015,31(17):270-277, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.036
    [摘要] (16191) [HTML] (0) [PDF 3.62 M] (2355)
    摘要:
    为合理测算耕地整治生态潜力,指导区域土地整治生态建设,该研究在耕地整治数量、质量潜力测算的基础上,采用生态系统服务价值增加值表征耕地整治生态潜力,提出了全国耕地生态潜力的测算方法,并以县为单位,对全国的耕地整治生态潜力进行了测算。结果表明,中国的耕地整治生态潜力巨大,生态服务价值总量达到6.14×1011元;潜力较高的县集中分布在黑龙江省、吉林省,其次是东部地区的河南省、安徽省、湖北省,西南地区的四川省、宁夏回族自治区大部分县的生态潜力也较高;潜力较低的县主要分布在西北地区、闽粤琼地区和青藏区。该研究探索了耕地整治生态潜力的新思路和方法,研究结果对掌握全国耕地整治潜力分布特点、指导区域土地整治生态建设、确定全国的土地整治与生态保护重点区等有很好的指导作用。
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    2009,25(8):288-293, DOI:
    [摘要] (2905) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (119335)
    摘要:
    为了研究微波辅助泡沫干燥方法对黑加仑果浆脱水的适用性,该文选择了合适黑加仑果浆起泡添加剂,并研究了起泡黑加仑果浆的微波干燥特性。选择食品级单甘酯和大豆分离蛋白作为起泡剂,发现其添加量对黑加仑果浆起泡特性有显著的影响,添加6.0%单甘酯和3.0%大豆分离蛋白作为起泡剂,以0.5%的羧甲基纤维素10 mL作为稳定剂,结果表明,加入这组添加剂的果浆在搅拌6 min时,得到的泡沫果浆具有较高膨胀性和稳定性。采用微波辅助泡沫干燥方法对起泡黑加仑果浆进行干燥,试验发现,随着初始微波强度的增大和料层厚度减小,物料的干燥强度显著增加。对比试验的结果表明,微波泡沫干燥速度及干品的色泽品质均优于热风泡沫干燥的。在连续带式微波干燥设备中,起泡黑加仑果浆推荐工艺参数为:初始微波强度14.0 W/g,料层厚度5 mm。因此,微波辅助泡沫干燥技术适用于黑加仑果浆脱水加工。
    2021,37(12):20-27, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.12.003
    [摘要] (1378) [HTML] (0) [PDF 5.55 M] (60075)
    摘要:
    为研究双蜗壳泵内压力脉动情况,该研究以某大型双蜗壳双吸泵为研究对象,通过三维非定常计算对不同隔板起始位置对水力性能、叶轮径向力、蜗壳内各点压力脉动的影响进行研究。研究结果表明,采用双蜗壳结构后,设计点效率下降4%~5%;径向力大小在叶轮旋转过程中呈周期性变化,径向力大小受隔板起始位置影响较大,因此需要合理布置隔板起始位置;隔舌附近各点压力分布均呈现明显的周期性波动变化,隔舌后测点压力峰值、平均值及脉动值要远小于隔舌前测点,仅为隔舌前测点相应值的25%~50%,而且随着隔板起始位置后移,隔舌附近各点压力波动逐渐减弱;综合考虑水力性能及压力脉动影响,隔板起始点应布置于自隔舌点以叶轮中心为圆心向蜗壳出口方向旋转200°位置,该结构下水力效率最高,径向力最小,研究结果可以为大型双蜗壳双吸泵水力性能改进及结构优化提供一定的理论支持。
    2021,37(19):7-17, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.19.002
    [摘要] (1498) [HTML] (0) [PDF 8.68 M] (54623)
    摘要:
    利用拖拉机排气余热能够有效降低燃油消耗,其中基于有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle, ORC)的余热能量转换效率最高。该研究根据拖拉机实际空间尺寸,试制了一种板翅式蒸发器用以回收柴油机排气余热。基于移动边界法建立排气与工质对流传热数值模型,结合台架试验数据验证模型有效性,并定量分析了柴油机全工况下蒸发器热力性能。为提高蒸发器传热量和适用范围,采用CFD仿真和BP神经网络进一步分析非设计工况时蒸发器传热特性,并对结构与工质参数进行优化。结果表明:1)蒸发器热力性能随转速和负载增大而提高,最大传热量为69.89 kW,在中低转速负载工况下,蒸发器出现传热不稳定现象;2)增加接管倒角和改变翅片形状,在蒸发器尺寸不变条件下传热量可提高5.2%,传热面积增大0.19 m2;3)通过优化流道、工质流量和进口温度,能够改善中低负载工况热力性能,如柴油机1 500 r/min时,工质流量可在0.03~0.08 kg/s范围变化,最大传热量可达19.46 kW。研究结果可为蒸发器实际应用于拖拉机及与柴油机工况匹配提供参考。
    2021,37(1):68-76, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.01.009
    [摘要] (2531) [HTML] (0) [PDF 5.45 M] (43089)
    摘要:
    为了快速获取柑橘树冠信息,提升柑橘园精准管理,该研究基于无人机平台获取了柑橘数码和多光谱影像,分析了无人机影像反演柑橘树冠信息的效果。首先利用无人机数码影像及分水岭算法进行柑橘单木分割,然后构建柑橘树冠层高度模型,提取柑橘株数、株高、冠幅投影面积等结构参数信息,进而利用无人机多光谱影像获取柑橘的8种常用植被指数,采用全子集分析法筛选柑橘冠层氮素含量的敏感植被指数,构建基于多元线性回归的冠层氮素遥感反演模型,进行以冠幅为基本单元的柑橘树冠层氮素含量遥感制图。研究结果表明:柑橘的单木识别准确率在93%以上,召回率在95%以上,平均F值为96.52%;柑橘树的反演株高与实测株高具有较强的相关性,决定系数R2为0.87,均方根误差为31.9 cm;单株冠幅投影面积与人工绘制的冠幅面积的决定系数,除果园A在12月的结果较低(R2为0.78)外,其余均在0.94及以上;采用全子集分析法筛选的柑橘冠层氮素敏感植被指数为归一化植被指数(NDVI)、绿色归一化植被指数和冠层结构不敏感指数,所建立的多元回归模型的决定系数R2达0.82,均方根误差为0.22%,相对误差为6.59%。综上,无人机影像在柑橘树冠参数信息提取方面具有较好的应用效果,能够快速有效地提取柑橘树冠参数信息。该研究可为使用无人机平台进行果园精准管理提供技术支撑。
    2013,29(19):88-97, DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.19.011
    [摘要] (3440) [HTML] (0) [PDF 560.68 K] (41172)
    摘要:
    该文针对直接采用20世纪90年代初确定的中国主要作物的作物系数估算作物需水量存在的主要问题,分析了作物系数需要校正的原因:Penman修正式和Penman-Monteith公式在计算ET0时差异较大,且对生育期较长的越冬作物的影响要高于生育期较短的夏季作物。同时利用河南省18站多年气象资料,分析了引起两公式差异的因素:辐射项处理的不同是引起两公式差异的主要原因。秋冬季,采用两公式计算的月ET0、ETrad值差异均高于春夏季,空气动力学项对ET0值的影响与风速有关,较高的风速可能导致空气动力学项的影响高于辐射项;采用Penman-Monteith公式计算ETrad值时,受季节、站点情况影响小,稳定性高,18站均表现为:平均气温对ETrad的影响最小,1、11、12月相对湿度对ETrad的影响较大,2-10月日照时数对ETrad的影响较大。并根据2种不同的ET0估算方法的关系,提出了基于Penman-Monteith公式的作物系数校正方法,对于提高作物需水量的估算精度有重要意义。
    2011,27(3):242-247, DOI:
    [摘要] (3037) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (21651)
    摘要:
    为规模化生产与塑料地膜除草和保墒等同、价格相当的生物质基生物降解地膜提供技术支撑,该文对用水稻秸秆纤维制取地膜的工艺进行了探讨。以水稻秸秆纤维为主要原料,添加KP浆板(木材纤维)、湿强剂、松香以及矾土等环保助剂,利用常规抄纸工艺,采用五因素五水平1/2实施正交旋转中心组合试验设计的方法,以打浆度、混合比、定量、湿强剂、调节剂为影响因素,选取干抗张力、湿抗张力、施胶度为性能指标,进行了试验研究。研究结果表明:在定量90 g/m2,调节剂0.2%,湿强剂0.8%,混合比低于 68%,打浆度大于45°SR的参数组合下,水稻秸秆纤维地膜的干抗张力大于30 N,湿抗张力大于10 N,施胶度大于100 s。优化后的参数可满足地膜田间覆盖机械性能要求。
    2011,27(3):254-259, DOI:
    [摘要] (3133) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (21190)
    摘要:
    为研究采用固体碱催化剂催化制备生物柴油的相关技术,以棉籽油为对象,选用Na3PO4/MgO负载型固体碱为催化剂,以棉籽油的生物柴油转换率为指标,通过单因素和正交试验,分析催化剂的最佳制备工艺,并对催化剂进行X射线衍射、扫描电镜和热重表征分析。在此基础上对该催化剂催化棉籽油制备生物柴油的工艺进行探讨。研究结果表明,催化剂的最佳制备工艺为:Na3PO4负载量32%,焙烧温度600℃,焙烧时间3 h,共混温度70℃;使用优选的催化剂制备生物柴油的工艺条件为:反应时间2.5 h,反应温度70℃,醇油摩尔比15∶1,催化剂用量5%;催化剂的活性与Na3PO4晶相有关。
    2020,36(11):39-48, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.11.005
    [摘要] (1614) [HTML] (0) [PDF 8.24 M] (19355)
    摘要:
    单纵轴流谷物联合收获机清选装置内部流场对筛面风速分布和清选效果具有显著影响。该研究以雷沃重工RG-60型联合收获机为研究对象,通过田间试验测试了清选装置上筛面风速分布情况,结果表明上筛面右侧的风速大于左侧,风速分布均匀性差,造成振动筛左侧的脱出混合物堆积现象,不利于清选作业。为解决上述问题,对清选装置内部脱出混合物的受力和运动速度进行分析,利用Hyper Works软件对清选装置内部的风速分布进行仿真,结果表明风机前出风口和尾筛中部的风速最大值为8.6 m/s,筛面右侧风速偏大,左右两侧风速平均差值为2.6 m/s,试验和仿真结果的各测点风速变化规律一致。对清选装置的结构进行仿真优化,并进行优化后联合收获机田间试验,结果表明当清选装置右侧挡风板逆时针转动30°时上筛面风速分布最均匀,风速最大值为8.7 m/s;左右两侧流场对称分布,筛面各测点的风速比优化前平均提高2 m/s;小麦籽粒损失率为0.89%,含杂率为0.37%;水稻籽粒损失率为1.85%,含杂率为0.51%,清选效果良好。研究结果为单纵轴流收获机清选装置结构设计提供了参考。
    2019,35(2):25-32, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.02.004
    [摘要] (1637) [HTML] (0) [PDF 5.26 M] (18817)
    摘要:
    针对双叶片泵存在水力性能比相同比转速的多叶片离心泵低的缺陷,该文以一台型号为80QW50-15-4的双叶片污水泵作为研究对象,将其设计流量点的扬程和效率定为优化目标,运用ANSYS CFX(computational fluid dynamics x)进行数值模拟获得性能数据,采用径向基(radial basis function,RBF)神经网络建立结构参数与扬程、效率性能间的预测模型,并将其用作粒子群算法的适应值评价模型,在样本空间内进行最优值求解,获得扬程和效率的Pareto解。选取扬程最优个体和效率最优个体进行数值模拟,研究其在输运不同介质时的性能与内流场差异,并与初始模型的数值模拟数据相比较。经试验验证,清水介质中设计流量点扬程最优个体的扬程较初始个体增加0.96 m,增幅达到5.5%;效率最优个体的效率较初始个体提升了10.11个百分点。该优化方法改善了叶轮水力特性,使双叶片泵性能得到提高。
    2014,30(3):205-214, DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.03.027
    [摘要] (3222) [HTML] (0) [PDF 11.40 M] (18622)
    摘要:
    农村居民点利用低效化是城乡转型进程中乡村地域系统演化的一种不良过程,对其进行空间重构成为合理利用土地资源、扎实推进新农村建设、重构乡村空间、促进城乡一体化发展的突破口。该研究引入共生理论,通过分析农村居民点空间重构共生系统,明确重构原则与步骤,构建农村居民点空间重构策略,对整村推进示范村重庆市合川区大柱村予以实证,构筑了生产功能型、服务功能型、生活功能型3种农村居民点组团并在村域尺度下予以空间表达,形成"一轴一带三团"的村域空间布局。结果表明,共生理论对于农村居民点空间重构具有较强的适用性;基于共生策略的农村居民点空间重构既能确保农村居民点的互联互通,又能尊重农户主体地位,实现村域"资源共享、环境共建",发挥村域资源优势,提高农村居民点利用效率,为丘陵山区整村推进与美丽乡村建设提供一种新思路。
    2018,34(19):266-275, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.19.034
    [摘要] (2027) [HTML] (0) [PDF 3.39 M] (18255)
    摘要:
    人类活动对自然保护区内的珍稀及濒危野生动植物资源产生威胁。以自然保护区土地利用及其变化作为保护区内人类活动的代表。针对在低纬度热带地区多云雾天气对光学遥感成像产生严重干扰的条件下,如何实现基于多源遥感数据构建高时间、高空间分辨率遥感数据,监测复杂地形及气候环境下的热带雨林环境自然保护区土地利用变化监测,进而分析保护区人类活动这一问题展开研究。采用时空数据融合技术实现了2000年、2004年、2010年和2015年纳板河国家级自然保护区内人类活动(主要为人类活动用地:橡胶林、耕地、建筑用地)和自然地表(水体和自然林)分类识别,结果表明:1)时空数据融合技术能够实现复杂地形以及多云多雾天气条件下的高时空分辨率遥感数据,实现基于该时间序列数据的人类活动用地较高精度识别(2000年、2004年、2010年、2015年的总体分类精度分别为88.13%、86.88%、89.38%、90.63%,Kappa系数分别为0.834?0、0.817?6、0.853?3、0.871?1);2)纳板河国家级自然保护区内2000年至2015年期间,自然林的面积持续减少,橡胶林、耕地及建筑的面积持续增加;3)保护区内人类活动随地形的变化特征是:橡胶林及耕地范围在向坡度较大的地区扩张,大部分橡胶林种植在坡度为13?~24?之间,耕地也在向坡度较大的地区逐步扩张。该研究可为自然保护区监管部门及环境保护研究领域提供技术支持。
    2021,37(16):127-135, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.16.016
    [摘要] (1956) [HTML] (0) [PDF 22.64 M] (18222)
    摘要:
    为使采摘机器人能够全天候在不同光照、重叠遮挡、大视场等果园复杂环境下对不同成熟度的果实进行快速、准确识别,该研究提出了一种基于改进YOLOv3的果实识别方法。首先,将DarkNet53网络中的残差模块与CSPNet(Cross Stage Paritial Network)结合,在保持检测精度的同时降低网络的计算量;其次,在原始YOLOv3模型的检测网络中加入SPP(Spatial Pyramid Pooling)模块,将果实的全局和局部特征进行融合,提高对极小果实目标的召回率;同时,采用Soft NMS(Soft Non-Maximum Suppression)算法代替传统NMS(Non-Maximum Suppression)算法,增强对重叠遮挡果实的识别能力;最后,采用基于Focal Loss和CIoU Loss的联合损失函数对模型进行优化,提高识别精度。以苹果为例进行的试验结果表明:经过数据集训练之后的改进模型,在测试集下的MAP(Mean Average Precision)值达到96.3%,较原模型提高了3.8个百分点;F1值达到91.8%,较原模型提高了3.8个百分点;在GPU下的平均检测速度达到27.8帧/s,较原模型提高了5.6帧/s。与Faster RCNN、RetinaNet等几种目前先进的检测方法进行比较并在不同数目、不同光照情况下的对比试验结果表明,该方法具有优异的检测精度及良好的鲁棒性和实时性,对解决复杂环境下果实的精准识别问题具有重要参考价值。
    2021,37(1):223-232, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.01.027
    [摘要] (2878) [HTML] (0) [PDF 6.54 M] (16311)
    摘要:
    针对传统人工检测哈密瓜表面缺陷效率低等问题,提出利用卷积神经网络(Convolutional Neural Networks, CNN)对哈密瓜表面缺陷进行快速检测。对原始图像进行主成分分析(Principal Components Analysis,PCA)、奇异值分解(Singular Value Decomposition, SVD)和二值化等预处理操作,通过数据扩充得到正常、霉菌、晒伤和裂纹的哈密瓜图像各2 500幅。构建一种改进的类似VGG卷积神经网络模型,将预处理后的图像输入模型,并使用随机梯度下降(Stochastic Gradient Descent, SGD)优化器进行算法优化,为探究CNN模型的特征提取原理,将改进的类似VGG模型每层卷积的特征进行可视化,最后利用开发的哈密瓜表面缺陷检测软件对模型进行试验验证。研究结果表明:图像预处理算法提高了模型的鲁棒性和泛化能力,改进的类似VGG模型优于AlexNet和VGG-16模型,其训练集和测试集准确率分别为100.00%和97.14%;对比预处理前后4类哈密瓜卷积特征可视化结果表明,随着卷积层层数的增加,哈密瓜表面缺陷特征越来越明显,图像预处理后卷积层特征提取效果优于原始图像提取效果。软件测试结果表明:静态下哈密瓜缺陷检测速率达到0.7 s/幅,识别准确率达到93.50%。研究结果可为哈密瓜表面缺陷在线检测技术提供理论依据和技术参考。
    2013,29(23):268-275, DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.23.037
    [摘要] (2034) [HTML] (0) [PDF 1.94 M] (15572)
    摘要:
    为了制备稳定的澄清芦柑果汁,该文基于Box-Behnken试验设计,探讨了壳聚糖浓度、澄清温度、澄清时间对果汁澄清度的影响;建立了二次多项式回归模型,分析模型的有效性与因子间的交互作用,并对壳聚糖澄清芦柑果汁的工艺参数进行了优化。结果表明:壳聚糖澄清芦柑果汁的最佳工艺参数为:壳聚糖浓度0.80 g/L、温度59℃和时间71 min。在此最佳工艺条件下果汁透光率达到97.8%,且试验结果与模型预测值(98.3%)相吻合,所得回归模型拟合情况良好(R2=0.9886),达到设计要求。进一步对经壳聚糖澄清后的芦柑果汁的相关指标进行测定,发现果汁中可溶性固形物、维生素C及总酸含量依次从11.30±0.15%、31.33±3.25 mg/100mL、0.71±0.00 g/100mL略降为9.50±0.25%、21.8±5.28 mg/100mL、0.51±0 g/100mL,而总酚、果胶、蛋白质质量浓度依次从990.3±8.02 mg/L、366±4.70 μg/mL、595.53±20.62 μg/mL减少为557.87±4.67 mg/L、186.24±44.32 μg/mL、26.42±0.30 μg/mL有较明显下降,但澄清后的果汁非生物稳定性很好。该试验用响应面法优选出的澄清工艺合理可行,为芦柑果汁深加工及果汁产品开发提供了理论依据。
    2016,32(12):287-294, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.041
    [摘要] (3553) [HTML] (0) [PDF 968.95 K] (15136)
    摘要:
    为探索谷蠹在不同生长发育阶段对储藏小麦蛋白结构的影响,该文以谷蠹种虫感染后的小麦为研究对象,对谷蠹不同发育阶段(卵期、幼虫期、蛹期、成虫期)侵害后小麦中麦谷蛋白大聚合体(glutenin macropolymer,GMP)、沉降值、面筋蛋白持水力、蛋白二级结构、巯基(-SH)、二硫键(-S-S-)及面筋显微结构进行测定与分析。结果表明:在谷蠹发育的4个阶段,GMP、沉降值、β转角总体呈增加趋势,-SH、β折叠比例变化与之相反;面筋蛋白持水力、-S-S-和α螺旋比例总体呈先降后升趋势,无规卷曲比例变化则与之相反。卵期谷蠹危害较小,只有β转角和面筋蛋白持水力有显著变化(P<0.05);幼虫期和蛹期谷蠹危害严重,与相同试验条件下相应时期的无虫小麦对照样相比,GMP、无规卷曲和β转角比例及沉降值均显著增加(P<0.05),面筋蛋白持水力、-SH、-S-S-、α螺旋和β折叠显著减少(P<0.05)。面筋蛋白显微结构显示:随着谷蠹在小麦籽粒内部发育,面筋表面粗糙程度加重,微纤维状丝增多,结构疏松散乱,断裂严重,至成虫期时,面筋结构已无法识别,因此在实际储藏过程中不仅要关注成虫的数量,还应注意及时控制谷蠹的生长发育。
    2021,37(1):213-222, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.01.026
    [摘要] (2286) [HTML] (0) [PDF 4.66 M] (14105)
    摘要:
    针对目前生姜机械化播种难以实现"种芽朝向一致"农艺要求的问题,该研究提出了一种基于深度学习的生姜种芽快速识别及其朝向判定的方法。首先,构建生姜数据集。其次,搭建YOLO v3网络进行种芽的识别,包括:使用Mosaic等在线数据增强方式,增加图像的多样性,解决小数据集训练时泛化能力不足的问题;引入DIoU(Distance Intersection over Union)边框回归损失函数来提高种芽识别回归效果;使用基于IoU的K-means聚类方法,经线性尺度缩放得到9个符合种芽尺寸的先验框,减少了先验框带来的误差。最后进行壮芽的选取及其朝向的判定。测试集中的结果表明,该研究提出的生姜种芽识别网络,平均精度和精准率、召回率的加权调和平均值F1分别达到98.2%和94.9%,采用GPU硬件加速后对生姜种芽的检测速度可达112帧/s,比原有YOLO v3网络的平均精度和F1值分别提升1.5%和4.4%,实现了生姜种芽的快速识别及其朝向的判定,为生姜自动化精确播种提供了技术保证。
    2019,35(23):135-141, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.017
    [摘要] (1873) [HTML] (0) [PDF 1.77 M] (13765)
    摘要:
    黄土高原退耕还林(草)工程实施后,生物结皮广泛发育,显著影响坡面产流。已有大量研究探索了生物结皮对径流的影响,但相关结论存在较大分歧。该研究以黄土高原典型生物结皮坡面为研究对象,通过人工模拟降雨试验,研究了生物结皮坡面产流过程。结果表明:生物结皮坡面较裸土坡面显著降低了初始产流时间,裸土初始产流时间是生物结皮坡面的1.59~3.04倍。生物结皮盖度与初始产流时间之间呈显著的负相关关系;降雨15 min时与60 min时生物结皮对坡面径流的影响发生逆转,90 mm/h的雨强下,当降雨历时为15 min时,生物结皮坡面较裸土增加75.42%的径流;当降雨历时为60 min时,生物结皮坡面径流量较裸土降低52.42%;生物结皮影响了土壤水分入渗速率,导致生物结皮坡面与裸土坡面随降雨历时变化的产流特征出现差异,裸土坡面降雨60 min时的入渗率较15 min时降低了34.30%,高盖度生物结皮坡面降低了6.38%;生物结皮对坡面入渗产流的影响与降雨历时有极大的关系,降雨历时不同,很可能得到截然相反的结论,考虑生物结皮因素的野外降雨试验,降雨历时应不少于45 min。研究结果为解释生物结皮影响坡面入渗产流方面存在的分歧提供了科学依据,进一步明确了干旱半干旱地区生物结皮的水文效应。
    2020,36(23):171-180, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.020
    [摘要] (1802) [HTML] (0) [PDF 3.89 M] (13381)
    摘要:
    针对花生荚果人工分级效率低、机械分级不精确等问题,该研究提出一种基于迁移学习的卷积神经网络花生荚果等级图像识别方法。利用翻转、旋转、平移、对比度变换和亮度变换等操作,对获取的5个等级花生荚果图像进行数量扩充和预处理,得到花生荚果等级图像数据集;对比分析了GoogLeNet、ResNet18和AlexNet 3种基本模型下花生荚果图像分级识别的性能;通过迁移AlexNet卷积层对花生荚果等级识别模型进行了改进,用批归一化替换局部响应归一化且将激活函数置于批归一化层前后不同位置,设计了4种不同的识别训练模型;对改进的4种AlexNet模型进行迁移学习对比试验和超参数学习率优化试验,研究了非饱和激活函数和改进的非饱和激活函数对模型性能的影响。试验结果表明,在满足测试精度的基础上AlexNet模型所用训练时间最少;基于AlexNet的改进模型的迁移学习中学习率是需要优化的超参数,合适的学习率能够加快模型的训练并提升识别能力;改进模型中批归一化的引入及网络参数的减少,缩减了220 s训练时间,模型性能提高。所构建的花生荚果等级识别模型(Penut_AlexNet model,PA模型)对花生荚果5个等级分类识别准确率达到95.43%,该模型对花生荚果等级识别具有较高的准确率,也可为其他农产品精确分级提供参考。
    2016,32(17):127-135, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.018
    [摘要] (4313) [HTML] (0) [PDF 15.27 M] (13229)
    摘要:
    该文针对农业信息服务中冬小麦种植面积调查业务的现状与需求,提出了一种基于NDVI(normal difference vegetation index)时间序列的冬小麦NDVI加权指数(WNDVI,weighted NDVI index)影像算法,可在训练样本、验证样本选择的基础上实现冬小麦面积的自动提取,并以河北省安平县及周边地区2013-2014年度冬小麦面积提取为例,采用GF-1/WFV(wide field view)数据进行了算法实现。算法的主要思路是在时序影像基础上,通过冬小麦NDVI加权指数影像的构建,扩大冬小麦地类与其他地类的差异,结合自适应的阈值获取方法,区分冬小麦地类,获取冬小麦作物面积。算法包括冬小麦时间序列影像的获取、基于网格的样本点设置、构建冬小麦NDVI加权指数影像、迭代确定冬小麦NDVI加权指数提取阈值、精度验证这5个部分。影像的获取根据冬小麦的生长时间确定,保证每月1景GF-1/WFV无云影像,并进行预处理及NDVI计算;同时将研究区划分为一定数量的网格,每个网格再等分为2×2个子网格,根据目视解译、专家知识、实地调查等方法,确定左上网格中心点及右下网格中心点的地物类型。统计该期所有左上网格点冬小麦及其他地物的NDVI均值,冬小麦NDVI大于其他地物的将该期影像的权值设置为1,否则设置为?1,将所有时相NDVI影像进行加权平均,即可获取冬小麦NDVI加权指数影像。获取冬小麦NDVI加权指数影像后,还需设置合适的阈值提取冬小麦。该文选用右下网格点目视解译分类结果作为阈值提取依据,具体方法是将冬小麦指数从小到大按照一定间隔划分,作为冬小麦NDVI加权指数提取阈值,将各阈值二值法运用,与右下网格点的冬小麦提取的目视解译结果对比,精度最高的就是最优冬小麦NDVI加权指数分割阈值。在所有网格中,以初始识别获取的冬小麦面积为准,等概率选择10个样方作为精度验证样方进行验证。精度验证结果表明分类总体精度达到94.4%,Kappa系数达0.88。该文通过构建冬小麦NDVI加权指数,将比较复杂的多个参数转换为一个参数,并且农学意义明确,相比传统的NDVI时序影像进行冬小麦面积的提取,具有自动化程度高、面积提取精度高、分类结果稳定的特点,已经在全国农作物面积遥感监测业务中进行了应用。
    2008,24(8):232-235, DOI:
    [摘要] (10258) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (12442)
    摘要:
    研究了5种土地处理系统中的常用填料(天然沸石、陶粒、北京土壤、蛭石和砾石)对磷酸盐的吸附和解吸特征,结果表明蛭石与土壤对磷酸盐的吸附效果明显(吸附量分别为1.38 mg/g和1.24 mg/g),陶粒与沸石的磷酸盐吸附效果次之(分别为1.12 mg/g和1.18 mg/g),砾石的磷酸盐吸附效果最差(0.9 mg/g)。5种填料在振荡12 h均达到吸附平衡,吸附量随初始磷浓度的增加而增加。砾石的解吸率最高,北京土壤与沸石的次之,蛭石与陶粒的最低。在所研究的五种填料中,从磷吸附量和解吸率来看,蛭石是较好的磷吸附填料。
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    2002,18(3):87-91, DOI:
    [摘要] (3592) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (5753)
    摘要:
    作物秸秆是农作物生产系统中一项重要的生物质资源。中国是世界上秸秆资源最为丰富的国家之一。论文详细论述了中国农作物秸秆的资源量和分布,介绍了其作为工业造纸原料、畜牧饲料、造肥还田以及农村生活能源的利用现状和秸秆综合利用新技术。
    2003,19(3):1-4, DOI:
    [摘要] (2384) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2838)
    摘要:
    国外多年的保护性耕作实践表明,旱地保护性耕作能减少土壤风蚀水蚀,抑制沙尘暴。项目研究目的是检验保护性耕作技术在我国的适应性、应采取的工艺体系及机具。从1991年开始,中国农业大学和山西省农机局等合作,开始农艺农机结合的保护性耕作系统试验,10年试验表明,保护性耕作不仅减少水土流失,而且增产增收。通过改进保护性耕作工艺,开发研制中小型保护性耕作机具,形成了中国特色的保护性耕作技术。主要特色在于用小型机具在小地块上实现保护性耕作、以及能在贫瘠的土地上获得较高产量,从而满足我国既要保护环境又要提高产量的要求。研究表明,我国北方自然条件、种植制度、经济水平等差别较大,在保护性耕作推广中需要分区采用不同的技术体系。
    2005,21(8):169-173, DOI:
    [摘要] (2015) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (7460)
    摘要:
    该文依据中国农业废弃物数量大、品质差、价格低、危害多的污染特点和农业废弃物作为能源、肥料、饲料和材料的资源化利用现状,分析了农业废弃物的资源潜力以及在资源化过程中的限制因素和技术瓶颈,并结合中国社会、经济发展的目标,提出农业废弃物资源化的发展战略思路和战略重点,发展生态农业、走循环经济的对策;提出了依靠政策引导、技术支撑和资金投入,大力发展生物质经济的保障措施。
    1999,15(1):1-8, DOI:
    [摘要] (2253) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (3292)
    摘要:
    综述了目前国外“精细农业”实践的主要目标及其技术思想的内涵。着重围绕其主要支持技术发展,讨论了有关工程技术创新及推动我国开展试验研究的问题。针对目前国外对这一技术体系的研究与实践,主要集中在基于GPS和GIS技术应用的作物生产系统精细管理方面,提出用“精细农作”的译名来表达。进入21世纪,基于知识和信息的“精细农作”技术思想,必将扩展到大农业经营的各个领域,推动农业生产的信息化与知识化,逐步形成一个基于农业生物科学、电子信息技术及工程装备为主导的“精细农业”技术体系,为建立优质、高效和可持续发展的农业系统服务。
    2006,22(11):269-272, DOI:
    [摘要] (2934) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (4387)
    摘要:
    农用地膜良好的增温保墒效果已对中国农业产生了重大的、积极的作用,但同时随着地膜覆盖技术的普及,残留农用地膜也已经带来了一系列的负面影响,大量的残留地膜破坏土壤结构、危害作物正常生长发育并造成农作物减产,进而影响到农业环境,通过对中国有关地膜残留研究文献的综述,对农用地膜的应用现状、残留地膜的分布特征及影响因素,以及残留地膜的危害特点进行了综合分析,并针对目前存在的实际情况,提出了农用地膜残留污染的防治技术措施。
    2002,18(1):1-5, DOI:
    [摘要] (2076) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2472)
    摘要:
    论述了土地整理的基本概念、发展历史,阐述了现阶段积极推进中国土地整理工作的重大意义,提出了中国土地整理的总体方略,明确了土地整理工作的指导思想和应遵循的基本原则,强调了当前土地整理工作应突出抓好的若干重大问题
    1999,15(3):33-38, DOI:
    [摘要] (3396) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (3514)
    摘要:
    对一块面积为1hm麦田内的98个观测点取样分析,测定了代表不同土壤含水率水平下的两个时期土壤表层和底层的NH-N、NO3-N、Olsen-P、表层有机质和全氮等养分。应用地统计学的方法对所取的数据进行了分析,结果表明底层土壤的NH-N、表层土壤的有机质服从正态分布;其余养分基本上服从对数正态分布;按一定的精度和置信水平确定了合理的取样数目。通过半方差函数分析,发现这些养分在一定范围内存在空间相关性;采用Kriging方法对未测点进行了估值,绘制了等值线图,并对两个时期的养分动态的空间变异进行了初步分析。该成果可用于提高氮肥利用率和精确农业(施肥)的研究和实践。
    2004,20(1):13-15, DOI:
    [摘要] (1534) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2244)
    摘要:
    中国已经加入了WTO,农业生产标准化是必然之路,但我国落后的植保机械和农药使用技术与之不相适应,带来了诸如农药有效利用率低、农产品中农药残留超标、环境污染等问题。植保机械不同于其他的农业机械,发达的欧美国家在上个世纪70年代就将植保机械列入特种农业机械行列,有其专门管理部门和机构。该文根据我国植保机械和施药技术的现状,提出了减少农药用量、保障农产品安全的关键在于改变我国植保机械和施药技术严重落后的现实,并提出解决相关问题的对策。
    2008,24(12):291-296, DOI:
    [摘要] (3749) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (5498)
    摘要:
    该文应用不同的秸秆资源评价指标,通过文献分析和实地调查,对中国主要农作物秸秆资源进行了调查与评价。结果表明,2006年全国5种主要农作物秸秆的理论资源量为4.33亿t。其中,可能源化利用资源量约1.76亿t,呈“两高两低”的分布特点,即人均资源量“北高南低”、单位播种面积资源量“东高西低”。依据各区的秸秆资源分布特点,可将全国划分为重点开发利用区(东北区、蒙新区和华北区)、适度开发利用区(西南区、长江中下游区和华南区)、限制开发利用区(黄土高原区和青藏区),建议对各区采取不同的开发利用措施。
    2004,20(5):1-5, DOI:
    [摘要] (1832) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (3481)
    摘要:
    该文界定了生物质、生物质产品、生物质资源和生物质产业的概念和范围,分析了中国生物质资源的潜力。针对中国当前“三农”问题和未来10~20年能源安全等重大需求,综述了国内外生物质产业发展的4个取向:生物质发电、生物质液体燃料、生物质有机高分子材料和能源农林业。简述了现代农林工生物质能一体化系统的生物质产业发展模式。发展生物质产业对于解决农民增收问题、加快农业工业化进程和促进农村小康社会建设等具有重要意义。
    2003,19(2):210-213, DOI:
    [摘要] (1874) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (3179)
    摘要:
    土地整理效益研究是土地整理理论及实践研究的一个重要组成部分,分析土地整理活动对经济发展、生态环境、社会发展等引起的效应,不仅可以丰富土地整理的理论,而且对规范与指导土地整理的实践活动也具有重要现实意义。土地整理具有效益的统一性,土地整理的经济效益表现为土地整理活动对国民经济与整理区农户的影响;土地整理的生态环境效益表现为土地整理活动对自然生态系统结构、功能与环境的影响;土地整理的社会效益表现为土地整理活动对农村社会环境、社会经济与自然资源合理利用的贡献与影响;土地整理的景观效益表现为土地整理活动对农村景观的影响;而土地整理的综合效益为土地整理经济效益、生态环境效益、社会效益与景观效益的综合。
    2007,23(9):276-282, DOI:
    [摘要] (3430) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (4353)
    摘要:
    该文在综合评价中国生物质能资源、产业发展和政策环境的基础上,分析未来生物质能产业发展趋势。中国具有丰富的生物质资源,生物质能产业初具规模:沼气产业基本形成,燃料乙醇年生产能力已达到102万t,开发了甜高粱茎秆等非粮作物生产燃料乙醇的技术,秸秆直燃发电示范工程正式并网运行;促进生物质能产业发展的宏观政策环境逐渐形成。因此得出结论:未来中国生物质能产业发展的重点是沼气及沼气发电、液体燃料、生物质固体成型燃料以及生物质发电;促进生物质能产业发展的政策环境将进一步完善;技术水平进一步提高;将有更多的大型企业参与;生物质能产业必将成为中国国民经济新的增长点。
    2009,25(12):211-217, DOI:
    [摘要] (4045) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (4997)
    摘要:
    中国秸秆资源估算存在着统计不完全、草谷比取值不当等问题。该文采用草谷比法,选取经过订正的秸秆草谷比,对中国秸秆资源进行了全面系统的估算。估算结果表明:随着农业综合生产能力的提高,中国秸秆总产量总体上呈不断增长之势;目前中国是世界第一秸秆大国,2005年全国秸秆总产量达到84 183.12万t;稻草、玉米秸、麦秸依然是中国的主要作物秸秆类型;稻壳、玉米芯、蔗渣、甜菜渣等农产品初级加工副产品具有可观的新能源开发前景。
    2002,18(1):22-26, DOI:
    [摘要] (1894) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (3316)
    摘要:
    高分子化学材料的保水剂,具有高倍吸水和保水能力,种类较多。该研究测定了钠类保水剂主要化学特性改土保土效应。通过田间试验,分析其对作物产量和肥料利用率的影响。研究表明,保水剂溶液钠离子和电导度随其浓度增加而增加,但增幅较小,对pH值影响不大。钙、镁等二价离子对聚丙稀酸钠保水剂的吸水力拮抗作用明显,与尿素混用无不良效果。土壤加入保水剂后,其保水能力增加,改善结构,沙壤土较重壤土更显著。当土壤中保水剂含量在0.005%~0.01%范围时,土壤团聚体增加量明显。在-0.5MPa土壤水势压内,含保水剂0.5%的土壤中90%水分可为植物根系利用。研究认为,保水剂保水作用主要表现4方面:自身保水、改良土壤结构增加土壤保水、促进植物生长提高肥料利用率、缓慢释水减少蒸发。田间试验发现,穴施15kg/hm2的保水剂的玉米和马铃薯分别增产22%和16%,投产比为1∶3.5和1∶4.2。保水剂与尿素或尿素磷肥混合使用于玉米,可分别提高尿素和磷肥利用效率18.72%和27.06%。
    2002,18(2):49-52, DOI:
    [摘要] (1552) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2976)
    摘要:
    以山东省黄河冲积平原低肥力潮土为供试土壤。14年缸栽定位试验结果表明,长期秸秆还田改善了土壤的理化性状。土壤有机质、孔隙度、速效氮、锌、铁、锰、酶活性等理化指标与秸秆还田量呈显著正相关;与土壤容重呈负相关;并与气候、作物生长季节、土壤质地等因素有关。秸秆还田与化肥配施改土培肥效果更佳
    1999,15(2):74-78, DOI:
    [摘要] (1944) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (3237)
    摘要:
    对美国生产的BP保水剂在土壤中的试验结果表明,BP保水剂有极强的吸水保水能力,对无离子的吸水能力为38.7mL/g,含盐量在0~0.1%范围内,溶胀度变化最大,在0.1%盐水中的溶胀度仅为蒸馏水的63%,吸持的有效水占2/3以上;BP保水剂施加到土壤中可改善土壤物理水分性状,土壤持水性能显著增大,在0.01~1.5MPa土壤水势范围内,砂土和重壤土较轻壤土和中壤土有显著增加;土壤中施加BP保水剂,土壤饱和导水率显著降低,土壤蒸发性能无显著变化,土壤团聚作用增强;其中砂土增加效果显著;BP保水剂加入砂土中盆栽种植小麦试验表明,加入BP保水剂,可使小麦幼苗株重、根系长度和根重有明显的增加,根冠比明显增大,根系营养状况良好,对小麦生长有明显的促进作用。
    2007,23(5):81-87, DOI:
    [摘要] (2636) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (9036)
    摘要:
    农村居民点变化的驱动力研究是农村居民点内在演化规律研究的重要组成部分,可科学指导当前农村居民点整理活动。该文以北京山区为研究区域,基于GIS以及相关数理统计软件,使用Logistic回归模型从空间角度深入分析了农村居民点变化的内部和外部驱动力。研究结果表明农村居民点变化是在原有居民点的分布基础上,以一定的自然、区位等内部驱动因子为背景,受社会经济等外部驱动因子的综合影响而发生。可以认为农村居民点变化是一个由其自然资源条件、区位可达性及社会经济基础条件综合影响下的区位择优过程。应依据不同区域驱动因子的不同发展态势,探寻不同的农村居民点整理模式,加强新农村建设过程中农村居民点用地的管理。
    2009,25(7):173-179, DOI:
    [摘要] (2740) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2598)
    摘要:
    基于统计数据、农户调研数据以及公开发表的文献资料中的数据,估算了2006年中国作物秸秆及其养分资源数量,并且对其利用状况进行了详细的分析。结果表明,2006年中国作物秸秆资源数量超过7.6亿t,其中,作物秸秆氮、磷(P2O5)、钾(K2O)养分资源数量分别达到776万t、249万t、1 342万t。从作物秸秆去向来看,作物秸秆还田、秸秆饲用、秸秆燃烧以及其他去向所占比例分别为24.3%、29.9%、35.3%和10.5%。从不同利用方式下作物秸秆养分还田情况来看,2006年中国作物秸秆氮、磷(P2O5)、钾(K2O)养分还田量分别达到304.6万t、175.6万t、966.7万t,占秸秆养分资源量的比例分别为39.3%、70.5%和72.0%,这表明秸秆还田比例及其养分还田比例仍然有很大的提升空间。
    2002,18(4):155-158, DOI:
    [摘要] (2745) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (3278)
    摘要:
    采用平台扫描仪获取叶片的数字图像,建立运用数字图像处理技术测定蔬菜叶面积的方法。同时与目前较常用的交叉网格法、CID仪器法、复印称重法和生产上常用的直尺法进行比较分析。结果表明:图像处理方法和上述传统的叶面积测定方法的测定结果呈极显著的线性相关关系,适用于叶面积的测量工作;和其它方法相比具有准确、快速、适用范围广、容易普及等优点,适用于科研和生产推广使用。试验还得出采用直尺法时,油菜和空心菜的叶面积的校正系数分别为0.792和0.818。
    2006,22(2):27-32, DOI:
    [摘要] (2366) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (3215)
    摘要:
    通过中科院栾城农业生态试验站3种不同降水年型的田间灌水试验,研究了不同供水条件对冬小麦根系分布、产量及水分利用效率的影响,旨在为华北地区冬小麦建立优化灌溉制度,提高水分利用效率,达到节水增产目的提供理论依据。试验结果表明,冬小麦根系主要集中分布在80 cm以上土层,随土层深度的增加,根长密度呈指数下降;综合分析根系对不同土层的水分吸收、作物耗水组成及产量、水分利用效率与总耗水的关系,提出华北地区冬小麦最佳灌水方式是:丰水年灌0水、平水年灌1水(拔节水)、枯水年灌2水(拔节水和抽穗水),次灌水量60~75 mm,具有明显的节水增产效益。
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