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    2024年第40卷第21期
    2024,40(21):1-13, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404102
    摘要:
    将陆地巡检技术引入水产养殖工厂可有效解决传统养殖模式低效率、错漏检的关键问题。该文综述了陆地巡检机器人的关键技术及在水产养殖中的应用前景,介绍陆地巡检机器人的定义及其应用发展趋势,重点探讨陆地巡检机器人的关键技术:包括传感器技术、机械驱动技术以及控制技术,详细讨论这些技术的分类、应用、挑战与趋势,进而分析水产养殖陆地巡检机器人的特定应用及技术适配,最后根据使用环境进行水产养殖陆地巡检机器人的技术预测,并根据未来发展挑战提出合理建议。未来水产养殖行业将向无人化巡检养殖发展,通过多传感器实现信息交融,通过交互平台实现远程观测控制,以应对未来复杂水产养殖环境下的数据融合处理,高效率高准确率巡检的挑战。
    2024,40(21):14-26, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202406052
    摘要:
    针对芋头采挖过程中传统栅条式筛分装置存在土壤破碎质量差、根土分离效果不佳等问题,该研究结合多子芋生长特点,设计了一种离心回转式根土分离装置。构建芋头根土复合体碰撞力学模型和土块冲击破碎力学模型,明晰了影响根土分离效果的主要因素为弹齿倾角、回转筛转速和柔性拨指长径比,并确定取值范围。采用EDEM-RecurDyn耦合方法开展仿真试验,探究芋头根土复合体在筛分过程中经历平衡、失稳、土壤破碎、碰撞翻滚和土壤脱落等全过程动态变化规律,单因素试验确定柔性拨指直径14 mm,长度45 mm;以弹齿倾角、回转筛转速和土壤喂入量为影响因素。以根土分离率和芋头最大冲击力为评价指标,开展二次回归正交旋转组合试验,求解最优参数组合为弹齿倾角16.00°、回转筛转速110.00 r/min、土壤喂入量14.00 kg/s时,根土分离率最优为93.36%,芋头碰撞冲击力峰值最小为150.73N。田间试验结果表明多子芋收获机根土分离率为92.06%,破损率为4.86%,与回归模型预测结果相差1.39%,相较传统栅条式根茎类收获机根土分离率提升了8.61%,满足多子芋根土分离要求。研究结果可为根土复合体破碎分离特性及根茎类作物高效低损采收装备设计提供参考。
    2024,40(21):27-35, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202405141
    摘要:
    溶解氧在维持水体生态系统和保证良好生产生活方面发挥着关键作用。随着新技术、新材料、新兴应用场景的涌现,尤其在推动渔业智能化的进程中,溶解氧的检测需要更加轻质、微小、柔软、生物相容的传感器。柔性电子与传感技术的结合为上述问题的解决提供了可能。该研究利用磁控溅射和点胶喷墨技术制备了一种具备温度测量功能的柔性溶解氧传感器并评估其线性度、灵敏度、响应时间、漂移、稳定性、机械弯曲等性能,设计相应的传感电路和智能处理系统,验证该智能传感器在养殖水体溶解氧检测中的可行性。结果表明:常温下,柔性溶解氧传感器的采集电流与溶解氧含量之间具有较好的线性关系(R2为0.9945),传感器的灵敏度为-0.03 μA·L/mg,响应时间为16.8 s,7 d 内响应电流的最大差值为0.0195 μA。柔性温度传感器在0~150 ℃范围内的电阻与温度具有良好的线性关系(R2为0.9949),传感器的灵敏度为-2.47 kΩ/℃,响应时间为3 s,迟滞误差为2.17%,且在0~60°的弯曲范围内均保持良好的性能。所开发的智能传感器相较商用传感器在不同温度下溶解氧含量检测的最大误差小于5%,可快速准确获取待测水体的溶解氧含量和温度信息,具有良好的渔业应用前景。
    2024,40(21):36-45, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202401045
    摘要:
    现阶段青贮收获机主要采用驾驶员或其他操作人员手动控制抛送筒转动的方式完成物料装车,存在操作要求高,劳动强度大,影响收获效率且易造成田间损失等问题。针对上述问题,该研究根据机器视觉原理,设计青贮收获机精准抛送填装系统,通过构建R-YOLOv5旋转目标检测算法,实现对旋转车厢、车内物料、抛送物料流的识别及落料位置判断;根据反馈的期望落料点与实际落料点信息,并通过Arduino控制器实现青贮收获机抛送筒的运动控制,将青贮物料精准抛送至跟车车厢,实现物料的高效填装。试验结果表明:当抛送筒在-60°~60°范围内旋转且角速度低于15°/s时,所构建的R-YOLOv5目标检测算法对料车车厢的识别平均精度高于90%;实际距离与图像像素比值为0.533 cm/px时,青贮收获机抛送筒的理论运动轨迹与实际运动轨迹平均误差保持在4%之内,满足实际作业要求。研究结果可为研发自走式青贮收获机精准抛送填装系统提供借鉴。
    2024,40(21):46-55, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202406072
    摘要:
    针对高速播种(≥12km/h)过程中,水稻种子受气送式集排器的多次压缩和冲击作用易导致种子破损影响发芽率的问题,基于损伤累积理论开展了水稻种子在单次及多次机械压缩作用下损伤规律的研究。首先,开展单次压缩试验,建立了适用于水稻种子的弹塑性模型;进一步,开展多次等位移压缩试验,确定水稻种子在多次压缩作用下产生损伤的临界形变量,并进行种子发芽率试验验证损伤临界形变量的正确性;最后,基于能量守恒定律和种子冲击损伤特性与压缩特性关联模型明确了气送式集排系统高速排种时作业参数匹配范围。水稻种子单次压缩试验结果表明:常规稻和杂交稻种子单次压缩破碎力分别为(118.4±35.6)、(113.2±39.9)N,破碎时形变量分别为(0.59±0.07)、(0.63±0.11) mm,弹塑性平均临界形变量分别为0.4、0.44 mm。水稻种子多次压缩试验及发芽率验证试验结果表明:杂交稻种子产生损伤的临界形变量为0.44 mm,当籽粒压缩形变量大于0.44 mm时,受多次循环压缩后水稻种子的发芽率下降。在气送式集排系统作业参数匹配过程中,应避免水稻种子受载后产生的形变量大于0.44 mm,经计算,搅种装置转速范围应低于125 r/min、种子在气流冲击作用下运移速度应低于8.5 m/s以减少集排器对水稻种子的损伤。本研究可为水稻高速播种时作业参数匹配提供理论依据和参数范围。
    2024,40(21):56-63, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202406222
    摘要:
    在低温环境下柴油黏度增大流动性变差,抑制了柴油机柴油喷雾的雾化和蒸发,直接影响柴油机的冷启动可靠性。为此,采用背光法试验对比研究高温、低温柴油在不同工况条件下喷雾宏观结构的变化规律,并利用MATLAB对拍摄的喷雾图像进行数字图像处理获取喷雾宏观特性参数。试验结果表明,喷孔直径0.12 mm时,随着喷油压力的变化柴油温度对喷油量的影响比较明显,黏性力的持续作用减慢了靠近壁面的流体层的流动速度,抑制柴油喷出,柴油温度低于0℃随着柴油温度降低喷油量减少,高压时柴油温度降低导致液滴间增强的黏性力在动能和惯性力的作用下反而促进柴油持续喷出,喷油量随着柴油温度降低而增多。喷油压力为75 MPa时,柴油温度降至-20 ℃相较38 ℃柴油喷油量增加了近23.87%。并且小孔径下柴油温度降低液滴间黏性力增大,导致喷雾液滴尺寸增大,液滴所具有的动量越大,削弱柴油喷雾径向发展趋势,轴向运动能力增强,随着柴油温度的降低喷雾贯穿距增大而喷雾锥角减小,柴油温度从38 ℃降至-20 ℃柴油喷雾在0.70 ms时刻喷雾贯穿距增大了39.89 mm。喷孔直径为0.28 mm时,喷射压力小于75 MPa,喷油量随着柴油温度的降低而减少,相同喷油压力下柴油更多的动量消耗于克服更大的内部摩擦力,使其到达最远距离的能力减弱,降低柴油温度会导致喷雾贯穿距和喷雾锥角均减小,当喷油压力为75 MPa时0.70 ms时刻-20 ℃柴油喷雾贯穿距相对38 ℃柴油喷雾贯穿距缩短了30.86 mm。相同喷射压力下增大喷孔直径,-20 ℃柴油喷雾贯穿距减小,喷雾锥角增大。其次,随着喷油压力的提升柴油温度对喷雾宏观特性的影响更加突出,喷油压力越高降低柴油温度造成的喷雾贯穿距缩短趋势越明显。研究结果可为柴油机冷起动过程低温柴油喷雾特性提供支撑。
    2024,40(21):64-73, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202403166
    摘要:
    叠片过滤器是微灌系统的关键部件之一,对过滤杂质,减缓滴头堵塞起到重要作用。但叠片过滤器的叠片种类单一、过滤沙粒粒径范围较小,同一叠片无法满足不同杂质粒径的过滤要求。基于此,该研究考虑通过合理改变叠片间松紧度的方式调节叠片间有效过滤面积,设计了一种过滤目数可调的叠片过滤器并通过试验测试其水力性能。结果表明:1)通过调节叠片松紧度可以获得不同过滤目数的目标。3种叠片在3种电机压力下可获得7种松紧度,对应的叠片过滤等效孔径分别75、100、125、150、200、250、300 μm。2)7种目数叠片过滤器水头损失动态变化和拦沙量存在差异。以小于75 μm沙粒为主的小级配含沙水,75 μm叠片的水头损失峰值最大,最大值均稳定在16 m左右。其拦沙量显著大于其他叠片(P<0.05)。以>75~150 μm沙粒为主的中级配含沙水,075、100和125 μm叠片水头损失均较大,最大值均超过了6 m,100和125 μm叠片拦沙量显著大于其他叠片(P<0.05)。以>150~300 μm沙粒为主的大级配含沙水,150、200、250和300 μm叠片的拦沙量都较大,水头损失也有所增加。3)基于TOPSIS法可实现叠片过滤器目数的优化配置。小级配含沙水应选择75 μm叠片;中级配含沙水浓度较大时应选择125 μm叠片,浓度较小时应选择100 μm叠片;大级配含沙水浓度较大时应选择250和300 μm叠片,浓度较小时应选择150和200 μm叠片。研究可为减少过滤器水头损失和微灌系统中不同级配含沙水条件下叠片过滤器的合理选型和使用提供参考。
    2024,40(21):74-81, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202403008
    摘要:
    为探明长期施用有机肥和秸秆还田对土壤孔隙结构的影响,以及土壤有机碳与土壤孔隙结构之间的关系。该研究基于山西省运城市水头试验基地开展的16 a田间定位试验,设置单施化肥(F)、有机肥+化肥(MF)、秸秆还田+化肥(SF)以及有机肥+秸秆还田+化肥(MSF)4个处理,分别对土壤孔隙结构、有机碳和其物理组分、土壤有机碳分子结构进行定量分析。结果表明:与F处理相比,其余有机物料处理均提高了土壤总孔隙度和>0.50 mm孔径的孔隙度(P<0.05),以MSF处理最高。其中,MSF处理的总孔隙度分别较F、MF和SF处理提高了61.6%、23.0%和16.8%;对于>0.50 mm孔径的孔隙度,MSF处理分别较F、MF和SF处理提高了66.2%、31.1%和13.5%;MF和MSF处理的0.20~0.50 mm孔径的孔隙度显著高于F处理(P<0.05);对于0.06~0.20 mm孔径的孔隙度,各处理间无显著差异(P>0.05);并且与F处理相比,MSF处理显著提高了土壤孔隙的连通性和复杂程度(P<0.05)。与F处理相比,有机肥和秸秆还田处理提高了土壤总有机碳、游离态颗粒态有机碳、闭蓄态颗粒有机碳以及矿物质结合态有机碳的含量,并有利于多糖和脂类有机碳的累积,其中均以MSF处理最高。相关分析表明,土壤总孔隙度、>0.50 mm孔径的孔隙度、孔隙的连通性和复杂程度与土壤总有机碳和各有机碳组分含量以及多糖和脂肪类有机碳呈显著的正相关关系(P<0.05)。可见,秸秆还田配施有机肥提高了土壤有机碳含量,有利于脂肪和多糖类有机碳的累积,能够促进土壤孔隙形成,改善孔隙结构。
    2024,40(21):82-90, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202406121
    摘要:
    微生物对植物的生长和土壤改良起到重要作用。为改变盐碱土壤不利于作物生长的现状,该研究对盐碱土壤进行了菌群结构分析,并分离得到了有促生作用的功能微生物,利用已有拮抗菌与分离促生菌混合构建一种多功能复合菌剂,研究在盐碱胁迫下其对绿豆的促生作用。结果表明:供试土壤中具有特定的微生物群落结构,其中SI-1-3经鉴定为枯草芽孢杆菌属,具有溶解有机磷和分解钾元素的能力,能够分泌吲哚乙酸和赤霉素;酵母菌Y-2对镰孢菌等植物病原菌有抑制作用。复合菌剂在盐碱条件下对绿豆生长有明显的促进作用,且能防止病原菌的侵染,增强植物的抗逆性,从而降低植株的发病率。与无菌水对照组相比,绿豆的出苗率增长了7.44%,发病率降低了82.37%,处理后的绿豆根长、株高和茎叶鲜质量分别增长了75.24%、64.33%、66.67%;绿豆苗的叶绿素、可溶性糖和可溶性蛋白含量分别升高了71.63%、64.21%和77.87%。该复合菌剂对植株具有促生效应,有望进一步开发成为特定环境下的微生物资源。
    2024,40(21):91-100, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404071
    摘要:
    浅地下水埋深诱发的土壤次生盐碱化是干旱灌区面临的重要生态环境问题。为探讨河套灌区根系层-深层土壤盐分动态及适宜控盐埋深,该研究基于内蒙古河套灌区隆胜研究区68块灌溉农田连续2 a生育期初和生育期末0~1.80 m的土壤盐分、地下水埋深、地下水盐分的监测和作物种植类型的调查,分析了根系层-深层土壤盐分时空动态、季节性平衡机制、多个因素(如气象条件、地下水埋深、地下水矿化度、作物类型和生育期初土壤盐分等)间相互作用对生育期土壤盐分变化的影响,探明了土壤盐分对地下水年际和季节性埋深的响应。结果表明,根系层土壤盐分均在生育期积盐,休耕期脱盐;深层土壤盐分均在生育期脱盐,休耕期积盐。作物类型、生育期初地下水埋深、生育期地下水埋深、地下水盐分及生育期初根系层土壤盐分均对生育期根系层土壤盐分变化有显著影响(P<0.05)。地下水状况与其他各因素的相互作用对生育期根系层土壤盐分变化的影响与水文年型有密切的关系。生育期初根系层土壤盐分随着地下水埋深的增大而指数减小,土壤盐分小于均值的取样点地下水埋深不小于1.60 m。当年均地下水埋深小于2.50 m,不同土层的盐分值和盐分的降低速率随地下水埋深的增加而降低。在地下水埋深小于2.50 m的条件下,以概率分布法得出根系层土壤盐分中位数对应的年均适宜临界控盐地下水埋深为1.77 m,土壤盐分远大于中位数或均值的取样点地下水埋深均小于该埋深。因此,从控盐角度考虑,建议该研究区地下水埋深生育期初应不小于1.60 m,年均地下水埋深应不小于1.77 m。研究结果可为河套灌区通过灌溉制度的设计和排水措施的合理布局控制地下水埋深提供理论依据。
    2024,40(21):101-109, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404221
    摘要:
    为探究秸秆覆盖处理下降水和温度变化对冬小麦产量的影响,基于秸秆覆盖长期定位试验观测数据和1999—2022年的逐日气候数据,运用APSIM(agricultural production systems simulator)模型模拟分析了未来降水(逐日降水±20%、±10%、0)和温度(逐日温度0 ℃、+1 ℃、+2 ℃、+3 ℃、+4 ℃)变化对冬小麦产量的影响,并对小麦产量变异性和可持续性进行了分析。秸秆覆盖田间试验设计高量覆盖(HSM,9000 kg/hm2)、低量覆盖(LSM,4500 kg/hm2)和不覆盖对照(CK)3个处理。模拟结果表明:1)APSIM模型对3种秸秆覆盖处理冬小麦产量和生物量的模拟精度较高,决定系数R2在0.75~0.92之间,归一化均方根误差在11.07%~14.65%之间,模型一致性指标在0.84~0.91之间;2)降水和温度变化对冬小麦产量均有显著影响。当温度不变时,降水增加会提高小麦产量,处理间的增产效应为HSM>LSM>CK;而当降水不变时,温度升高会导致产量下降,减产效应为LSM>HSM>CK;降水和温度协同作用下同样会导致小麦减产,处理间的减产效应为CK>LSM>HSM。3)与其他气候情景模拟结果相比,降水减少20%和增温2~3 ℃情景下冬小麦产量具有最大的变异系数和最小的可持续指数,作物生产风险较高。4)与CK和LSM相比,HSM处理在不同的气候变化情景下平均具有最高的产量和可持续性指数以及最低的变异系数。因此,未来气候变化背景下,采用高量覆盖管理措施更有利于黄土高原地区冬小麦生产。
    2024,40(21):110-118, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202405029
    摘要:
    为解决传统水稻稻瘟病抗性评估手段单一、效率低的问题,该研究提出一种无人机低空遥感技术结合YOLOv7模型的水稻穗颈瘟抗性鉴定方法。首先,将标注区域分割成小尺寸图像(≤1240×1240像素),将小尺寸图像进行旋转、缩放、平移、剪切和改变对比度处理。经数据清洗,去除分辨率过低的图像,扩充样本数量,以提高数据多样性。然后,将压缩注意力机制(squeeze-excitation attention)和可变形卷积(deformable convolution)引入YOLOv7模型,自适应调整感受野,以提升捕捉穗颈瘟病斑细粒度特征的能力。最后,构建穗颈瘟检测的YOLOv7_Neckblast模型。研究结果表明,YOLOv7_Neckblast能够有效检测穗颈瘟,计算出15个品种的穗颈瘟发病率和病害等级(1、3、5、7和9级的水稻品种分别有4、4、3、2和2个)。在交并比阈值为0.5时,YOLOv7_Neckblast平均精度均值相较于YOLOv7、FCOS和RetinaNet分别提升了4.0、6.4和5.8个百分点,召回率和F1值分别提高了至少4.0和4.0个百分点,且浮点计算数和参数量最低。与育种专家判定的实际抗性水平相比,YOLOv7_Neckblast模型对15个水稻品种的穗颈瘟抗性水平的平均评估准确率为86.67%,能较好地实现不同水稻品种穗颈瘟抗性的区分。无人机低空遥感融合人工智能技术可用于水稻黄熟期育种中穗颈瘟抗性的评估,也可为其他作物优势品种的选育提供参考。
    2024,40(21):119-126, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202405175
    摘要:
    针对不同光照、枝叶遮挡和果实遮挡条件下模型适应能力差和检测精度较低的问题,该研究提出了一种基于YOLOX的改进辣椒果实检测模型YOLOX_Pepper。首先,在YOLOX特征融合网络中添加融合高效通道CA(coordinate attention)注意力机制,提升不同光照条件下模型捕捉辣椒果实关键特征的能力;其次,将主干网络特征聚合模块中的卷积模块替换为可变形卷积DCNv2(deformable convnets v2),提升了模型对不同遮挡情况下辣椒多样几何特征的感知能力。试验结果表明,改进的YOLOX_Pepper模型平均检测精度为93.30%,与Faster R-CNN、YOLOv5、YOLOv7以及YOLOX相比,分别提高了3.99、1.58、3.19和2.84个百分点,F1分数为96%,单张图片检测平均用时0.026 s。改进的YOLOX_Pepper模型对自然环境不同光照和遮挡条件的辣椒果实均能进行准确快速的检测。该方法可为辣椒智能化生产提供技术基础。
    2024,40(21):127-136, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202406149
    摘要:
    针对小麦赤霉病孢子图像中密集分布小目标的漏检错检问题,该研究设计了一种针对该场景下小目标检测模型YOLOv8-FECA。以YOLOv8为基准模型,先添加新的小目标检测层,以此增强网络对更小目标语义信息的捕捉以及提高其特征描述的准确性;其次,构建融合特征的焦点注意力机制(focal efficient channel attention module,FECA)以实现对小目标和密集分布目标的关注;再次,引入Wise-IoU Loss与DFL Loss结合作为边界框的回归损失,提高模型的收敛能力以及对边界框预测的准确性;最后,在不同密集场景和不同光线环境下验证了模型的鲁棒性。结果表明,优化后模型YOLOv8-FECA相比YOLOv8在孢子数据集中的平均检测精度均值mAP@0.5提高了4.3%,达到96.8%,且改进模型的检测效率也达到实时检测要求。该研究设计的YOLOv8-FECA网络模型在保持高性能的同时能够有效提升密集场景小目标检测的精度,为其他作物病害孢子的检测提供了新思路。
    2024,40(21):137-145, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404087
    摘要:
    针对卷积神经网络(CNN)算法对硬件性能要求高,难以在成本低、性能受限的边缘设备上部署实现的问题,该研究综合考虑芒果外观品质检测的准确性,速度,功耗,成本等因素,设计开发了基于现场可编程门阵列(FPGA)加速CNN的品质分级检测装置。首先,设计了一种基于MobileNetV2的结构简单且高效的轻量级网络(Compact MobileNet,CMNet),通过压缩网络结构降低模型参数量和计算量,保证其在准确率可接受前提下,适合在边缘设备部署。其次,为了加快CMNet在成本和性能受限边缘设备上的执行速度,通过BN层融合和模型量化方法进一步减少模型的存储需求和计算量,同时设计实现了基于FPGA加速CMNet网络的硬件电路,并使用高层次综合(high-level synthesis,HLS)优化方法对加速电路进行并行优化。最后,基于FPGA开发板Zynq Z7-Lite 7020,设计开发了芒果外观品质分级检测装置,装置集成OV5640摄像头,CMNet网络加速电路和HDMI显示器。在实验室环境下,将芒果外观品质依据中国芒果农业行业标准(NY/T 492-2002)分为3个等级,利用Dosehri芒果数据集对检测装置进行效果验证。结果显示本研究的芒果外观品质检测装置准确率达到了96%,检测速度为每帧0.072 s,功耗为2.6 W。表明该研究实现了一种低成本、低功耗、准确率高和速度快的芒果外观品质分级检测装置,能够进行芒果品质的实时动态分级检测。
    2024,40(21):146-156, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202405200
    摘要:
    小麦是重要的粮食作物之一,麦穗计数对于预测麦穗产量至关重要。针对现有的检测计数方法在复杂农田环境下存在检测精度不足、模型参数量大等问题,该研究提出一种轻量级麦穗检测模型RT-WEDT(real-time wheat ear detection transformer)。首先,选择基于transformer的轻量化网络EfficientFormerV2作为RT-WEDT的骨干网络,以提升特征提取效率的同时学习麦穗图像的长距离特征;其次,设计三重特征融合模块(triple feature fusion,TFF)并引入尺度序列特征融合模块(scale sequence feature fusion,SSFF)以构建多尺度增强混合编码器(multi-scale enhanced hybrid encoder,MSEHE),达到浅层和深层特征充分融合,提高模型在不同尺度上的检测精度;最后,采用WIoUv3损失函数作为边界框损失函数来优化模型对麦穗目标的定位准确度。在全球麦穗数据集上的试验结果表明,RT-WEDT模型的交并比阈值0.50的平均精度AP50为90.2%,高于传统的目标检测模型。在自建的无人机视角麦穗数据集(drone perspective wheat spike dataset, DPWSD)上的交并比阈值0.50的平均精度AP50为96.8%,验证了模型有较好的普适性。此外模型的参数量为12M,检测速度为79.7帧/s,可达到麦穗高通量实时检测的目的。该研究为实现高效、快速的小麦产量估计提供了技术支撑,对推动智慧农业的发展具有重要意义。
    2024,40(21):157-164, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202406078
    摘要:
    为实现奶牛跛行的自动检测,该研究鉴于跛行奶牛行走时,头部起伏较大且背部弓起的特点,提出了一种基于深度学习的奶牛头、颈、背部6个关键点的跛行检测算法。首先,在通道旁固定摄像头,采集奶牛行走的视频数据,利用YOLOv8n-seg实例分割算法将奶牛从图像中识别出来;其次,使用DeepLabCut算法提取视频帧序列中奶牛的头、颈、肩、背部中心、腰和尾部6个关键点坐标,对比分析实例分割得到的6种格式输入图像在MobileNet-V2和ResNet系列主干网络上的训练效果后,最终选择按目标检测框裁剪后的分割结果图和ResNet-152作为DeepLabCut算法的最佳输入和最优主干网络;最后,对比分析4种时间序列模型和FN-BiLSTM模型在奶牛跛行检测中的表现。试验结果表明,FN-BiLSTM算法的性能最优,在包含16头奶牛16段视频的测试集上跛行识别的准确率达到了97.16%。研究表明,该算法可为养殖场奶牛跛行检测提供技术支持。
    2024,40(21):165-174, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202407228
    摘要:
    海洋珍品的体积测量可以为水产养殖过程中海洋珍品的生长状态观测以及价值评估提供科学的数据支撑。针对目前海参养殖过程中体积测量耗时耗力、效率低下、精度参差不齐等问题,该研究提出了一种基于双目视觉的海参体积测量方法,以真实养殖场景下的原位海参作为研究对象,包含海参目标检测、海参实体分割、海参体积估计3个模块。其中,目标检测模块针对水下光线多变、环境复杂的问题,设计了融合多头自注意力机制的YOLOv8目标检测器,提高水下环境下的检测精度;实例分割模块构建了加入adapter机制的SAM(segment anything model)海参分割模型,以此获取有效精准的掩码信息;体积估计模块将掩码信息映射到三维空间获取海参的点云数据,通过泊松表面重建和体素化处理的方法克服点云数据稀疏、噪声干扰的障碍,重构海参的三维表征。结果表明,改进后的检测模型展现了综合性能的最佳表现,在精度和帧率方面分别达到了92.5%和31帧/s,相较于Faster RCNN、Cascade RCNN、YOLOv7、YOLOv8等算法,均保持一定的领先优势;泊松表面重建的重建效果明显优于Alpha shapes、Ball pivoting算法,更贴近于真实海参的表征信息,可以达到较好的体积测量效果,较于其他海参体积测量算法,该研究提出的算法在不同深度下均有更好的表现,在距离为100 cm处表现最佳,测量精度达到了94%,比最小包围框测量法和Ball pivoting测量法分别高出22和14个百分点。可见,所提方法能较为准确地测量出海参的体积,基本能够满足养殖户的评估需求,可为海参的科学养殖提供更为便捷精准的数据支持。
    2024,40(21):175-183, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202405192
    摘要:
    为解决温室底盘传统路径规划中因忽略地面粗糙度而导致的电池寿命缩短与利用效率低下的问题,该研究探讨了3种融合电池能量管理与路径规划的强化学习算法。首先基于先验知识构建分级预打分奖励模型,并通过增加曼哈顿距离构建奖励函数,提高电池寿命和利用率;其次针对传统Q-Learning(QL)算法收敛效率低、易陷入局部最优等问题,提出了自适应变步长的优化算法(adaptive multi-step q-learning,AMQL)和基于自适应改变探索率的优化算法(adaptive ε-greedy q-learning,AEQL),以提升Q-Learning算法的性能。此外,为进一步提高算法的可行性,本文将AMQL算法和AEQL算法进行融合,提出了一种自适应多步长和变ε-greedy融合算法(adaptive multi-step and ε-greedy q-learning,AMEQL),并通过仿真对比的方式,验证了AMQL和AMEQL算法相对于传统QL算法在3个不同垄道下的性能。仿真试验结果表明:AMQL相对于传统QL算法,训练平均时间降低23.74%,收敛平均迭代次数降低14.01%,路径平均拐点数降低54.29%,收敛后的平均波动次数降低18.01%;AMEQL相对于传统QL算法,训练平均时间降低34.46%,收敛平均迭代次数降低23.68%,路径平均拐点数降低63.13%,收敛后的平均波动次数减少15.62%,在400次迭代过程中,AMEQL到达最大奖励后平均每7.12次迭代波动1次,而AMQL平均每6.68次迭代波动1次。可知AMEQL训练时间最短,收敛最快,路径拐点数量最低,奖励波动最小,而AMQL次之。该算法可为温室底盘自主路径规划提供理论参考。
    2024,40(21):184-191, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202402013
    摘要:
    为改善农业环境传感器测量数据精度低、可靠性差的问题,该研究提出一种改进的切诺贝利灾难优化器(improved Chernobyl disaster optimizer,ICDO)优化径向基函数神经网络(radial basis function neural network,RBFNN)多传感器数据融合算法。首先引入佳点集、拉普拉斯交叉算子和修改位置更新方程改进切诺贝利灾难优化器(Chernobyl disaster optimizer,CDO),增强算法的寻优能力;再利用ICDO优化RBFNN模型,提升模型的稳定性,最后通过RBFNN模型的非线性映射能力实现多传感器数据融合方法,提高数据融合精度。仿真试验结果表明,大气环境质量预测的拟合优度达到0.999,均方误差低至0.348,平均绝对百分比误差降到0.729%;现场试验结果表明,温室环境等级划分的准确率高达99.21%,精准率为99.91%。研究提出的多传感器数据融合算法精度高,相对误差低,稳健性好。
    2024,40(21):192-201, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404136
    摘要:
    堆肥技术作为有机废弃物资源化处理的关键技术之一,因其具有无害化、资源化和减量化作用而备受关注。但在堆肥过程中存在严重的氮素损失问题,菌剂添加可一定程度上减少氮素损失的影响。该研究综述了菌剂类型、菌剂来源、接种剂量、堆肥原料、堆肥工艺、生产规模对堆肥产品氮素含量(全氮含量、碳氮比、铵态氮、硝态氮)和堆肥过程氮素损失(氨气、氮素损失)的影响。结果发现:添加菌剂能够显著提升堆肥产品的全氮(19.3%)、铵态氮(40.8%)和硝态氮(2.3%)含量,减少NH3排放(-14.9%),降低C/N(-37.9%)和氮素损失(-29.7%)。菌剂来源是影响堆肥产品氮素保存的关键性因素,筛选自堆肥环境的土著微生物能够适应堆肥环境,对全氮含量提升的效应值最高(16.9%),更有利于在堆肥过程中发挥固氮减排的作用。值得注意的是,菌剂添加量并非越多越好,菌剂添加量<2%时对堆肥产品的全氮、碳氮比的影响最显著,而菌剂添加量<1%时,对堆肥产品中铵态氮含量影响最显著。但由于大多数文献多以纤维素降解菌添加利用为主,导致堆肥产品中对碳的利用效率高于氮,因此随着菌剂添加量的增加,碳氮比显著下降。由于初始碳氮比较低,导致以家畜粪便作为发酵原料的堆肥产品中,菌剂添加对其含量的提升效果低于其他发酵原料,但反应器堆肥是除传统堆肥工艺外,固氮减损效果最好的堆肥工艺。因此,添加菌剂可提升堆肥产品中氮素的保存,且菌剂来源最为重要,土著菌剂效果最优,反应器堆肥工艺固氮效果优于条垛和槽式堆肥。
    2024,40(21):202-211, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202405007
    摘要:
    硝酸盐污染是水库面临的主要环境问题之一。为解析丘陵区水库流域内硝酸盐来源,该研究选取以农业为主的乔店水库流域为研究区域,结合水化学分析、氮氧同位素示踪技术等方法,利用MixSIAR贝叶斯混合模型,定性和定量识别流域内硝酸盐来源及不同来源的贡献率。水化学分析结果表明,流域内干支流水体水化学类型以HCO3·SO4-Ca型为主,离子组成成分主要受岩石风化溶解控制。水中溶解无机氮的赋存形态主要为硝酸盐氮,硝酸盐氮浓度变化主要受水文气象条件、土地利用类型以及人类活动的影响,具体表现为冰封期>丰水期>消融期>枯水期>汛前期;中上游硝酸盐浓度受小流域内土地利用影响变化较大。水体的δ15N-NO3-均值表现为汛前期>消融期>枯水期>冰封期>丰水期;δ18O-NO3-均值表现为汛前期>枯水期>丰水期>冰封期>消融期。综合多种解析结果可知,土壤氮和粪便与污水是导致流域硝酸盐浓度变化的最主要因素。MixSIAR模型结果表明,冰封期、消融期和枯水期的硝酸盐主要源自土壤氮和粪便与污水,在冰封期和枯水期的土壤氮占比最高,贡献率分别为37%和36%。汛前期硝酸盐的来源中以粪便与污水为主,且大气沉降的占比增高,贡献率为13%。丰水期受农业面源污染最为严重,土壤氮和化肥对硝酸盐的贡献率分别为41%和31%,均为各时期最高。研究结果可为处于丘陵区的水库农业流域面源污染防控提供科学依据。
    2024,40(21):212-220, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404135
    摘要:
    实施综合治理措施是改善流域水环境、提升水质的有效手段之一,进行效果评估是检验治理措施成效的关键。以小清河流域邹平段为研究对象,对3种影响该流域水质的主要污染物(NH3-N、TN、TP)进行治理。根据污染物负荷的来源,从流域的点源、面源及外源提出了不同治理措施并进行5种组合。建立土壤和水评估工具(soil and water assessment tool,SWAT)模型对不同降水情况下5种情景进行模拟,分析各情景中治理措施实施后NH3-N、TN、TP浓度状况,并结合 R-R-V(reliability-resilience-vulnerability)指数法和熵值法对不同情景治理措施的治理效果进行综合评价。结果表明:不同措施组合的治理情景均能够改善水质状况,其中S5(城镇污水处理率提高到100%,农村污水处理率提高到80%,裸露地减少30 km2,上游负荷减少40%,施肥量减少40%)情景下,唐口桥断面丰水年、平水年和枯水年均达到Ⅲ类水质目标。不同降雨情况下,S5情景综合得分最高,丰水年和平水年均为0.956,枯水年为0.881,该情景的治理措施对水质改善效果最佳。因此,R-R-V 指数和熵值法相结合能对综合治理措施的效果进行评价,并为小清河流域邹平段水质管理目标的实现提供治理措施筛选的依据。
    2024,40(21):221-231, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202403117
    摘要:
    在推进农业现代化的进程中,耕地景观细碎化严重阻碍了农业规模化发展。科学揭示中国耕地景观细碎化时空格局,对精细化耕地保护政策制定、耕地资源高效集约规模利用以及农业农村现代化具有重要的理论和现实意义。该研究基于土地利用遥感数据,采用主成分分析法测度了中国县域耕地景观细碎化水平,然后结合核密度估计揭示其时空演变特征,最后借助地理加权回归模型分析其影响因素的空间异质性特征。结果表明:1)1980—2020年,全国县域耕地景观细碎化指数平均值分别为5.544、5.546、5.567、5.619和5.669。东北平原、华北平原、长江中下游平原以及四川盆地的耕地景观细碎化指数较低,黄土高原、东南丘陵、云贵高原东部、秦岭以及大巴山脉的耕地景观细碎化指数较高。2)全国县域耕地景观细碎化指数整体上不断增大,细碎化指数的区域间差距逐渐缩小。除青藏高原、北方干旱半干旱区和东北平原区外,其他区域耕地景观细碎化整体呈加剧趋势。3)1980—2020年,耕地面积减少同时耕地景观细碎化指数增大的县域单元占比最高。4)耕地景观细碎化指数影响因素空间异质性特征显著。未来中国耕地利用需注重格局优化,耕地景观细碎化治理需秉持因地制宜的原则,充分借鉴各地治理模式,做到多元参与、统筹协调、辩证治理。
    2024,40(21):232-241, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202406067
    摘要:
    通过分析林地与耕地交错地带的土地利用时空变化及其对碳储量的影响,探索提升碳汇能力的有效途径。该研究运用PLUS-InVEST模型,以及地理探测器(Geodetector)的分析方法,对大兴安岭农林交错区1990—2030年土地利用时空变化对陆地生态系统碳储量时空变化特征的影响,并分析其碳储量变化的驱动因素。结果表明:1)1990—2020年,土地类型的转出面积较多的是林地、草地与耕地;转入率占比较高的分别是裸地75%、水体61.33%、不透水面61.15%。到2030年,自然保护和生态保护情景下林地和草地面积显著增加;耕地保护情景增加耕地和草地面积,林地面积减少;城市发展情景中,耕地面积减少。2)研究区碳储量在过去20年中总体呈下降趋势,共减少了6.08×107t,林地碳储量减少最多,其次为草地和耕地,不透水面的碳储量有所增加;与2020年相比,2030年不同情景下的碳储量,除耕地保护情景外,其他情景下均呈增加趋势,碳储量总量分别为1.555×109、1.562×109、1.562×109和1.561×109t;3)高程、人口、坡度是研究区碳储量空间分异的主要驱动因子;且各驱动因子间的交互作用强度均强于单一因子,其中坡度和人口密度交互效应最为显著为0.74。该研究揭示了大兴安岭农林交错区碳储量时空变化特征以及驱动力,以及模拟未来不同情景下的碳储量,研究结果可为研究区土地利用合理规划及碳汇能力提升提供数据支撑。
    2024,40(21):242-252, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404184
    摘要:
    土地整治工程技术是土地整治落实的重要基础,但目前对中国土地整治工程技术的系统梳理与评估仍相对缺乏。因此,该研究以1989—2023年Incopat数据库土地整治工程相关专利和中国学术期刊全文数据库(知网)土地整治工程相关研究文献为数据基础,结合文献计量与文本语义分析方法,探究中国土地整治工程领域的研发主体、研发热点与发展趋势等特征。结果表明:1)土地整治发明专利授权数量自1989年起历经缓慢发展、稳步增长与快速增长3个阶段,形成了两大研发方向:整治实施方法与器械以及土壤改良技术。2)随着时间的推移,中国土地整治专利研发对象由单一的农业相关、整地方法转向多元的整治工具与设备创新以及土壤改良材料与试剂的研发,专利研发与环境领域的联系愈加紧密,地理信息技术在土地整治中的应用也得到进一步的发展。3)未来生态型土地整治、土地整治多源遥感智能监测创新、土地整治项目管理是需要重点关注的领域与发展方向。该研究可为土地整治工程技术的研发与应用提供参考。
    2024,40(21):253-262, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202307189
    摘要:
    为了明确中压电场处理对苹果流变及质地特性之间关联的影响,该研究检测了中压电场不同电场强度(15~90 V/cm)和温度(30~70 ℃)处理后苹果的蠕变特性、动态黏弹性及全质构TPA(texture profile analysis)质地特性。结果表明:与相同温度下的水浴处理相比,中压电场处理能使苹果实现快速软化,硬度、脆度和咀嚼性随着电场强度及温度的升高线性下降;随着电场处理温度及电场强度的增大,苹果黏弹性均下降,且弹性损失大于黏性损失,但其力学性质仍以弹性特征为主;初始弹性模量E0、损耗模量G”、延迟时间T1可以作为流变特性的指标来分析其与质地特性的关系;硬度、脆度及咀嚼性与黏弹性因子呈显著正相关(P<0.05),回复性、内聚性与黏弹性无显著相关关系。45 V/cm及以下场强处理条件下电场的影响随温度的变化不大;而大于45 V/cm场强时,即使作用时间较短,也能够在较低温度下对苹果质地及黏弹性造成较大影响,硬度降低,内聚性无显著性差异,表明短时间的较高场强处理适合罐头等深加工产品的预处理。研究结果可为中压电场预处理果蔬工艺条件改进提供理论支撑。
    2024,40(21):263-273, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404194
    摘要:
    为研究NO参与褪黑素(melatonin,MT)延缓莲子采后褐变的作用机理,该研究采用蒸馏水、NO、MT、一氧化氮合酶抑制剂(nomega-nitro-l-arginine methyl ester,L-NAME)、硝酸还原酶抑制剂(tungstate,TUN)和NO清除剂(Carboxy-PTIO,cPTIO)、MT + L-NAME、MT + TUN和MT + cPTIO对莲子进行处理。MT处理的莲子内源NO含量显著高于对照组(P < 0.05),且一氧化氮合酶(nitric oxide synthase,NOS)活性在贮藏前3 d提高60.36%~71.08%,NO合成途径中关键物质L-精氨酸和瓜氨酸含量显著高于对照组(P < 0.05),尤其在第1天时瓜氨酸含量为对照组的1.44~1.59倍,但对硝酸还原酶(nitrate reductase,NR)活性的影响并无规律;当MT结合NOS抑制剂L-NAME对莲子处理时,莲子内源NO含量显著低于对照组(P < 0.05),且MT保鲜效果消失;当结合NR抑制剂TUN时,莲子内源NO含量显著高于对照组(P < 0.05),且MT仍具有保鲜效果,因此初步确定MT通过NOS途径诱导莲子内源NO生成。在此基础上,通过分析鉴定得出莲子中主要酚类物质为儿茶素(占总酚含量60%以上),后续重点分析了MT通过NO调控莲子儿茶素代谢的机理。结果得出,MT处理的莲子多酚氧化酶(polyphenol oxidase, PPO)活性低于对照组35.39%~57.36%,同时该处理显著提高了其儿茶素合成代谢关键酶肉桂酸-4-羟化酶(cinnamate-4-hydroxylase,C4H)、二氢黄酮醇还原酶(dihydroflavonol 4-reductase,DFR)、查尔酮合成酶(chalcone synthase,CHS)、查尔酮异构酶(chalcone isomerase,CHI)和植物无色花青素还原酶(colorless anthocyanin reductase,LAR)活性(P < 0.05),由此其儿茶素含量在1 d后高于对照组15.35%~47.86%,但当MT结合L-NAME或cPTIO处理时,该效果消失。因此,外源MT通过NOS途径诱导NO合成造成NO的大量积累,并作用于莲子儿茶素,一方面抑制其与PPO产生酶促褐变,另一方面促进其合成,最终延缓莲子采后褐变进程。
    2024,40(21):274-284, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202406044
    摘要:
    胚蛋活性检测对疫苗生产的质量与安全至关重要。传统机器视觉检测方法严重依赖人为设计的特征提取算法,对图像质量和环境条件要求高,检测结果稳定性和容错性差,导致实际检测过程中的通用性受到限制,为克服这种缺陷,该研究提出一种基于改进YOLOv8的疫苗胚蛋活性检测模型。采用自主设计图像采集装置,采集孵化10~11 d的胚蛋图像,通过几何变换、颜色调整、图像增强等方式构建并扩充数据集;采用ShuffleNetV2替换YOLOv8模型的骨干网络,在保持准确率的同时显著减少了计算复杂度,能更好地部署到嵌入式设备中;在YOLOv8颈部网络的卷积层后添加动态蛇形卷积层,通过其自适应地聚焦于细长和迂回的局部结构,准确地捕捉管状结构的性质特征,从而提高胚蛋检测的准确率;使用EIOU(embedding intersection over union)损失函数,用于适应研究中边界框对齐和形状相似的场景,构建了符合试验中胚蛋图像的网络模型,以实现疫苗胚蛋活性快速、无损、批量检测。试验结果表明,改进YOLOv8模型精确率、召回率、平均精度均值(mAP50-95)分别达99.2%、98.2%、96.9%,对比原始YOLOv8模型分别提高了2、0.3、1.5个百分点,模型计算复杂度与推理时间相较与原模型分别降低60.9%、60.5%。说明此模型可以更好地实现疫苗胚蛋活性无损检测,为自动化批量检测提供理论依据。
    2024,40(21):285-294, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202405082
    摘要:
    针对羊胴体自动化屠宰中分割等关键环节离散元仿真缺乏准确模型的问题,以冷鲜波尔山羊肋骨为研究对象,基于EDEM仿真软件开展羊肋骨弯曲破坏离散元仿真建模和各参数标定的研究。首先通过单轴压缩试验测量确定羊肋骨的基本本征参数,其中泊松比为0.34,剪切模量为4.52×108 Pa,弹性模量为1.21×109 Pa。基于碰撞、斜面法等摩擦方法及摩擦系数仪分别测定了羊肋骨的骨-骨、骨-钢的碰撞恢复系数、静摩擦系数及滚动摩擦系数。然后结合EDEM的Hertz-Mindlin with bonding(HMB)接触模型进行了羊肋骨弯曲破坏仿真模型构建。经最陡爬坡试验确定了羊肋骨离散元仿真模型的黏结参数范围,运用响应曲面法分析得出羊肋骨颗粒包括法向接触刚度、切向接触刚度、临界法向应力与临界切向应力等4个黏结参数的最优值,分别为7.07×1013 N/m3、6.22×1012 N/m3、1.34×108 Pa和1.87×108 Pa。最后针对建立的羊肋骨弯曲破坏离散元仿真模型开展了5组不同外形尺寸对比试验验证,研究结果表明,仿真破坏力与实测破坏力的相对误差不大于6.49%,平均相对误差为4.19%,本文标定方法正确可行,仿真模型的标定参数准确可靠。本研究结果可为分析羊胴体分割刀具的作业机理进而优化分割刀具设计提供理论依据和方法参考。
    2024,40(21):295-304, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202407260
    摘要:
    文冠果的含水、含油率的高低影响其育种及加工储藏结果。为探求一种无损、快速、准确的文冠果含水含油率检测方法,该研究分别采用干取样法结合低场核磁共振技术(low field nuclear magnetic resonance,LF-NMR)、低场二维核磁共振技术(low field two-dimensional nuclear magnetic resonance,LF-2D-NMR)两种试验方式进行数据采集。通过系列试验确定两种技术在检测文冠果含水含油率的可行性。结果表明:与国标法测试结果相比,LF-NMR结合干取样法采集获取的数据异常,并且由于LF-NMR无法区分重叠峰信号,无法解释产生异常变化的原因,故该方法不适用于文冠果含油含水率的检测;LF-2D-NMR能够定性分析一维波谱中信号重叠无法区分组分的问题,成功解释了干取样法结合LF-NMR数据异常的原因。同时,LF-2D-NMR测得的文冠果T1-T2谱峰面积与烘箱干燥法及索氏提取法获取的水油含量之间存在显著的线性相关性,经与真值验证过后的相关系数R2分别为0.920 9和0.942 4,可以用于文冠果含水含油率的定量分析。该研究拓展了低场核磁共振技术的理论认知深度,提高检测精度及在实际生产中的指导价值。
    2024,40(21):305-311, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202406087
    摘要:
    为优化无甲醛木材胶黏剂异氰酸酯,引入小麦秸秆微颗粒作为功能型粉体填料制备复合异氰酸酯,探究改性复合异氰酸酯胶黏剂胶接特性及作用机制。研究结果表明,小麦秸秆粉体复合改性异氰酸酯胶黏剂(WS-pMDI)在常规热压压力(0.8~1.2 MPa)下的干态、湿态胶合性能均有所提高,尤其在弱压条件(低至0.1 MPa)下仍能保持有效胶合。其中,添加9%含水率秸秆粉体后,复合胶黏剂反应活性未明显降低,在0.1 MPa热压下制备的板材干态胶合强度、24 h冷水浸泡强度、“煮-干-煮”强度分别达到4.07、3.41、3.23 MPa,相比于无秸秆对照组强度分别提高145%、142%、197%。经分析,小麦秸秆粉体能够在固化过程中与异氰酸酯复配形成稳定的交联结构,胶接界面胶层连续性显著提升,弱压条件下仍达到常规热压胶合强度指标。研究结果可为复杂木材界面的高连续性胶接提供参考,为拓宽异氰酸酯的应用提供理论依据。
    2024,40(21):312-322, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202405087
    摘要:
    在数字化考种、表型组学及数字农业仿真等前沿研究中,精确且丰富的种子几何参数至关重要。为实现种子几何参数的高通量测量,该研究提出了一种基于手持式扫描仪的种子几何参数自动测量方法。主要包括:1)针对批量扫描中数据缺失问题,提出了一种基于椭圆拟合和平滑插值的点云补全算法;2)为实现样本自动筛选,提出了一种基于主成分分析的统计模型典型的样本筛选方法。试验覆盖8类形态各异的植物种子(3 400个样本),结果表明,点云补全平均误差低至0.017 mm,显著提升了数据的完整性;样本筛选平均误差0.80%,确保了样本的代表性和准确性;几何参数平均测量误差0.41%,实现了种子几何参数的批量、自动和高精度测量。该研究为智慧农业领域基础研究提供了一种高效的基础数据测量方法。
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      2024,40(20):1-11, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202307188
      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、准确地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有力支持。该文重点综述了作物干旱胁迫诊断的表型成像技术,首先介绍了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6种主流表型成像技术的原理、研究现状、优势及不足,然后总结了结合多种成像方法的融合成像技术的研究现状及应用优势。综述结果表明,单一成像方法存在诸多不足,如成本较高、数据处理复杂、获取表型类型单一等,融合成像技术可在一定程度上有效弥补单一成像技术缺陷。最后根据当前发展现状,从新装置、新设备的研发以及与人工智能新算法的结合两方面,对未来面向作物干旱胁迫诊断的表型成像技术研究进行展望。
      2024,40(20):12-21, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202405006
      摘要:
      针对传统小麦宽苗带旋耕施肥播种机存在的播深一致性差、易壅堵等问题,该研究采用肥管与滑刀的组合设计,将滑刀式开沟排肥管前置于宽苗带旋耕刀组工作范围间隙中,实现了滑刀式开沟排肥管和旋耕刀组的耦合作业。通过理论分析和计算确定了滑刀式开沟排肥管刃线的基本参数、旋耕刀组的排列方式以及耦合作业原理,并构建相应的离散元仿真模型。通过仿真试验对滑刀式开沟排肥管和肥管前置式宽苗带旋耕刀组作业效果进行了试验验证。试验表明,终止滑切角为40°时滑刀式开沟排肥管所受牵引阻力最小,此外肥管前置式宽苗带旋耕刀组设计可以有效避免肥沟对播深一致性的影响,提升播深一致性。田间试验表明,机具前进速度1.11 m/s时,肥管前置式小麦宽苗带旋耕施肥播种机能够实现宽苗带播种作业,且播深合格率达94.36%,变异系数为3.79%,播深一致性表现好。此外,肥管前置与旋耕刀的配合可以使肥料在种床形成“倒三角”空间立体分布,有益于作物早期的养分吸收,也进一步避免了因肥管与种子分布器间距小导致的壅堵现象,提高了机具的通过性,满足宽苗带小麦种植需求。研究结果可为小麦宽苗带播种装置的研发与优化提供支撑。
      2024,40(20):22-34, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404207
      摘要:
      针对现有排肥装置无法满足油菜高速机直播排肥量范围且易卡顿拥堵,排肥稳定性差及肥料颗粒破碎严重的问题,该研究设计了一种离心腔盘挤出式油菜高速精量排肥器。根据高速直播作业农艺要求,结合肥料颗粒运动过程分析,确定了进肥口、离心腔盘、排肥口、动力系统等关键参数。利用离散元软件EDEM建立排肥过程仿真模型,明确了排肥器转速变化对离心腔盘转矩、肥料颗粒平均载荷、肥料破碎率的影响规律。分析结果表明,随着排肥器转速增加,离心腔盘转矩增加,腔盘内的肥料颗粒平均载荷逐渐减小,破碎率增加,破碎率不超过0.80%。排肥器性能试验表明,排肥器转速30~120 r/min(对应排量15.0~58.1 g/s),可满足最大施肥量为600 kg/hm2时3.0~12.0 km/h的油菜高速机直播作业需求,排肥器各行排量一致性变异系数低于8.58%,同行排量稳定性变异系数低于6.45%,破碎率低于0.89%;正常田间作业0°~5°倾斜状态下各行排量一致性变异系数不超过8.72%。对比试验结果表明,相较螺旋扰动式排肥器,离心腔盘式排肥器适应高速作业,破碎率减少63.82%,高速大排量排肥时未出现卡肥堵塞等情况。田间试验表明,作业速度在4.1~10.1 km/h范围内,排肥器各行排量一致性变异系数不大于6.72%,同行排肥量稳定性变异系数不大于4.84%,实际排肥量相对误差小于4.54%。设计的排肥器排量范围广,排肥顺畅稳定,破碎率低,满足油菜高速直播精量排肥需求。
      2024,40(20):35-42, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404124
      摘要:
      苗圃种植呈现“密植、连片”的特点,传统风送式喷雾机难以兼顾“气流射程远、雾滴沉积均匀”的双重要求,导致药液附着率低、雾滴飘移等问题。针对上述问题,该研究基于CFD仿真与自由淹没射流理论设计“鹅颈式三出风口”分流结构并通过计算获得其关键参数,研制出鹅颈式远射程苗圃风送喷雾机,并开展了气雾流场的分布规律试验与田间试验。试验结果表明,风机转速大于等于2200 r/min时,3个出风口风速满足射程为20.0 m的喷施要求,轴向上气流能量衰减速度缓慢且均匀;风机转速为2400 r/min,喷雾机行驶速度为1.0 m/s时,雾滴沉积量随喷施距离增大呈现少-多-少的趋势,雾滴沉积量较为均匀,变异系数为28.87%;田间试验冠层上部叶片正反面雾滴沉积覆盖率分别为51.93%、24.38%,下部分别为42.99%、19.26%;冠层上部叶片正反面平均雾滴沉积量分别为13.34和2.82 μl/cm2,下部分别为5.44和2.63 μl/cm2,满足植保喷雾作业需求。研究结果可为苗圃风送式远射程施药装备研发提供新思路。
      2024,40(20):43-51, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202406216
      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。
      2024,40(20):52-60, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202403072
      摘要:
      针对目前黄鳝人工剖切费时、费力且安全性差等难点,该研究以体表黏滑的鲜活黄鳝为研究对象,设计了一款小型黄鳝自动剖切机。首先,测定了黄鳝基本物理参数以及相关力学参数。其次,基于刚柔耦合原理,将黄鳝鱼体与夹持轮、滑道的接触等效为刚度—阻尼模型,运用Abaqus与Adams仿真软件建立其刚柔耦合模型。以鱼体输送时间、输出速度、夹持力、整机振动为试验指标,探究弹簧刚度、滑道倾角、夹持轮转速等单因素对试验指标的影响。结果表明,随着弹簧刚度增大,夹持力先增大后降低,整机振动幅度降低,而输送时间和输出速度影响不大。随着滑道倾角增大,鱼体输出时间减少,而输出速度、夹持力、整机振动增大。随着夹持轮转速的增大,鱼体输送时间、输出速度、夹持力、整机振动均增大。在单因素分析基础上进行多因素分析,获得优化工况为夹持轮转速600 r/min、弹簧刚度1.2×103 N/m、滑道倾角16°。最后,开展黄鳝自动剖切机加工试验,测得的振动参数以及鱼体输出速度与仿真结果接近,且鲜活黄鳝在优化工况下剖切效果良好。研究结果为小型黄鳝剖切机设计提供参考。
      2024,40(20):61-69, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202403190
      摘要:
      为了揭示管道泵运行过程中的流动损失特性,基于熵产理论,采用数值计算方法对管道泵吸水室和叶轮内的总熵产以及局部熵产率进行了研究,并结合压力脉动及涡核分布对其产生流动损失的原因进行了分析。研究结果表明,叶轮总熵产和吸水室总熵产保持高度一致性,吸水室内部流动影响了叶轮内部流动。随着流量的增大,叶轮和吸水室总熵产先减小,随后增大,这与其内部监测点的压力脉动主频幅值变化规律基本一致。叶轮总熵产显著大于吸水室总熵产,偏工况下更为明显,前者至少是后者的4倍。湍流耗散熵产占据吸水室和叶轮总熵产的90%以上,构成了流动损失的主要部分。吸水室高熵产率区主要分布在第二弯道及出口处,小流量工况下的熵产率是其余工况下的数百倍,该位置的大尺度带核涡以及附壁涡是导致熵产率增加的主要原因。叶轮高熵产率区主要集中在叶轮进口和出口,在大部分区域,小流量下的熵产率是其余工况的6倍以上,小流量工况下叶轮进口预旋和出口失速涡以及大流量工况下叶轮中上游的分离涡是导致熵产率较高的主要原因。该研究可为管道泵局部流动损失识别以及开展针对性优化提供参考。
      2024,40(20):70-79, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202405207
      摘要:
      针对深松装备应用于西南丘陵紫色土时存在作业阻力大、松土质量差、功耗高的问题,该研究提出切振共作深松方式并设计了一种切振共作深松机。运用离散元软件对非振动深松机和切振共作深松机在相同参数下进行仿真。仿真结果显示,切振共作方式能够有效减少深松机的耕作阻力。通过单因素试验得到切振共作深松机的最佳作业速度区间为0.9~1.1 m/s,最佳振动频率区间为9~15 Hz;通过正交试验得出深松作业最佳参数为:作业速度0.96 m/s、耕作深度300.24 mm、振动频率11.43 Hz。为了测试切振共作深松机的实际减阻性能,结合仿真结果并参考深松作业最佳参数,设置拖拉机前进速度1.0 m/s,作业深度为300 mm,振动频率为9、12和15 Hz,进行田间试验。结果表明:在相同速度和耕深条件下,切振共作深松机相较于非振动深松机均有明显的减阻效果,耕作阻力降低15.43%~37.56%;功耗降低8.87%~32.32 %,在振动频率为12 Hz时,减阻效果最佳,耕作阻力降低37.56%,功耗降低32.32%,土壤坚实度降低74.11%,土壤扰动系数为56.32%,深松深度为309 mm,深松深度稳定性系数为98.16%,深松深度及其稳定性符合行业标准。切振共作深松机减阻降耗效果明显,可为振动深松机的优化设计提供参考。
      2024,40(20):80-90, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202406001
      摘要:
      针对现有棉秆夹持拔取装置存在的夹断率高、拔净率低等问题,该研究设计了一种变刚度夹持拔取装置,利用橡胶的柔顺性改善棉秆被夹断的不良现象,并采用刚性外骨骼增大夹持力防止棉秆滑脱漏拔,实现棉秆的整株拔取收获。该装置由分禾盘、变刚度夹拔机构、张紧导轨机构等部分组成。通过分禾过程、夹持过程和拔秆过程分析,确定了分禾盘结构参数,确定变刚度夹块的橡胶块厚度为10 mm、柔性变形宽度为23 mm,夹持链中心距长度为1225 mm,并解析影响拔取效果的关键参数;通过棉秆与夹持器的互作力学分析发现棉秆的夹持应力沿棉秆外径呈周向规律性非均匀分布特征。采用响应曲面法分析机具前进速度、链轮转速和预紧力对变刚度夹拔装置作业性能的影响。试验结果表明,当机具前进速度为0.68 m/s,链轮转速为95 r/min、预紧力为1792 N时,棉秆拔净率为94.70%,拔净率实测值与模型预测值的相对误差为1.67%;相比现有夹持拔取装置的漏拔率(5.19%)和拔断率(3.68%),变刚度夹持拔取装置的漏拔率(3.99%)和拔断率(1.32%)分别降低23.1%和64.13%。研究结果可为棉秆整株拔取收获机的研发提供理论依据和参考。
      2024,40(20):91-100, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202403089
      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)和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( P < 0.01)。在W1~W3灌水条件下,增施氮肥能有效提高作物单株质量及千粒质量,从而最终提高作物产量。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。
      2024,40(20):101-111, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202406082
      摘要:
      作物生育期地下水补给量精量表征可准确量化灌区农田地下水的利用情况,对促进地下水资源合理使用及区域农业生产可持续发展具有重要的意义。为构建冬小麦生育期地下水补给量估算模型,探究冬小麦各生育期地下水水位临界埋深和适宜阈值,该研究通过群集式蒸渗仪开展不同地下水水位和不同灌溉处理下的冬小麦生长过程试验观测,利用率定和校核后的AquaCrop模型模拟了不同灌溉制度和地下水位埋深情景下的冬小麦生长发育和土壤水分动态变化过程。结果表明:1)不同处理冬小麦土壤含水率、冠层覆盖度、生物量和产量模拟值与实测值之间统计参数可同时达到决定系数不小于0.8、相对误差和标准化均方根误差均小于16%,可见AquaCrop模型能较好模拟冬小麦生长发育过程。2)利用校核后的AquaCrop模型模拟了52种不同灌溉处理和地下水位情景下冬小麦生长过程,构建了冬小麦生育期土壤储水量—地下水补给强度和地下水位埋深—土壤储水量的非线性回归方程;将地下水补给强度计算值与田间实测值对比验证,决定系数均在0.873及以上、相对误差不大于9.22%、均方根误差不大于0.316 mm/d、标准化均方根误差不大于11.89%。3)通过联立冬小麦生育期土壤储水量—地下水补给强度和地下水位埋深—土壤储水量的非线性回归方程,得到不同灌溉处理下冬小麦各生育期地下水水位临界埋深,可知灌溉越少地下水补给需求越强烈,临界埋深越深;分析52种模拟情景下冬小麦产量与地下水水位埋深之间的关系,可知其适宜生长的最优埋深阈值为2.0~2.5 m,此时冬小麦非充分灌溉处理(返青水+灌浆水)产量和水分利用效率均达到最优,分别为8.848 t/hm2和2.18~2.43 kg/m3。研究结果可为准确评估农田地下水贡献量以及精量灌溉决策与管理提供技术支撑。
      2024,40(20):112-119, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202403064
      摘要:
      为探究脲酶诱导碳酸钙沉积(enzyme-induced carbonate precipitation,EICP)减小三峡库区紫色土分离能力效果,该研究设置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天减小明显,EICP处理下在第7天时减幅明显,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。
      2024,40(20):120-128, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202406007
      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。
      2024,40(20):129-137, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202403095
      摘要:
      为评估月尺度IMERG(V06)降水产品在广西地区的精度,将广西划为少雨区(年均降水量≤1300 mm,Ⅰ区)、中雨区(年均降水量>1300~1700 mm,Ⅱ区)、多雨区(年均降水量>1700 mm,Ⅲ区)3个区域,以91个观测站2001—2020年逐月降水量为参考,采用相关系数(correlation coefficient,CC)、均方根误差(root mean square error,RMSE)和相对偏差(relative error,RE)3个定量指标,从不同空间尺度、时间尺度、降水量区间等维度分析Early、Late、Final系列产品的精度特征。结果发现:1)Early、Late产品精度特征相似,整体上低估降水;而Final产品整体高估降水。2)降水量增加引起各系列产品CC下降、RMSE上升、RE下降;Early、Late、Final产品对月降水量估测的偏差阈值分别为271、272和351 mm,实测月降水量低于该阈值时被高估,反之则被低估。3)IMERG产品在降水量多的区域相关性更强,离散度更高,在Ⅰ、Ⅱ区表现为高估,在Ⅲ区表现为低估。4)产品精度在降水较少的旱季和旱年更高;Early、Late产品在秋季表现相对较好,但有较明显的低估;Final产品在冬季表现最佳。5)年际间,Final产品精度有下降趋势,Early、Late产品估测偏差愈发趋向高估。综上所述,广西地区月尺度IMERG产品精度受降水量影响显著,在不同地区、不同时段存在较大差异,应用时需针对具体区域、时间评估其精度局限性。
      2024,40(20):138-146, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202405039
      摘要:
      为降低蝴蝶兰组织培养快速繁育的人力成本,该研究提出了一种基于视觉伺服机械臂的自动化组培苗种植平台,以完成流水线上蝴蝶兰组培苗的自动夹取与种植。平台主要由视觉检测系统和机械臂种植系统组成,在视觉检测系统中,通过将AKConv与DSConv模块引入YOLOv8算法形成AKDS_YOLOv8检测算法,提高系统对组培苗识别的准确率;在机械臂种植系统中,基于模糊算法实现机械臂的伺服控制,使机械臂末端能顺利完成对传送带上组培苗的追踪及夹取。试验结果表明,相较于原YOLOv8,AKDS_YOLOv8对组培苗根部的识别准确率、召回率、mAP0.5分别提高了8.6、10.7、7.4个百分点;实现了机械臂末端工具对移动组培苗的追踪、抓取与种植,种植成功率达到82.5%。该种植平台能够实现蝴蝶兰组培苗的自动化种植,可为蝴蝶兰快速繁育过程的自动化提供一定参考。
      2024,40(20):147-156, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202405194
      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(feature pyramid networks,FPN)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。试验结果表明,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基线模型精确度及平均准确率均值分别提高了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71.4帧/s,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。
      2024,40(20):157-164, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202405053
      摘要:
      准确获取水稻的种植分布情况对于农业生产管理具有重要意义。针对多云雨地区缺乏有效光学影像影响水稻识别的问题,该研究以多时相Sentinel-1 SAR影像为主要数据源,基于后向散射系数的时序变化提取多个特征构建遥感指数以实现水稻提取。首先采用SG(savitzky-golay)滤波算法对不同地物的后向散射系数时序曲线进行平滑处理;然后计算像元与水稻样本点在水稻生育期内时序曲线的动态时间规整距离、像元时序曲线最小值与水体的差异、像元时序曲线最大值与植被的差异这3个值以量化水稻生育期的不同特征,并将三者相乘作为新的水稻遥感指数NDRI(normalized difference rice index)进行阈值分类后得出水稻空间分布情况。为验证该模型的有效性,该研究选取云南省盈江县为研究区。结果表明:1)基于时序SAR特征能够实现对水稻实现准确提取,模型总体精度达到89.42%,Kappa系数为0.82;2)盈江县2023年水稻种植面积为199.83 km2,且大盈江沿岸种植面积占全县的90%,水稻种植存在着明显的集聚性。该研究为多云雨地区的水稻空间分布的准确提取提供一种方法,并可为相关农业政策制定提供参考。
      2024,40(20):165-173, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202405101
      摘要:
      为有效检测树干分层介质厚度和相对介电常数,该研究提出一种基于雷达探测的树干分层结构介电参数反演方法。基于斯涅耳定律结合树干生理结构特点,构建雷达信号在树干分层结构中的传播模型。利用软件定义无线电平台(software defined radio,SDR)搭建树干探测雷达。然后采用稀疏分解算法、K-SVD字典训练以及层剥离算法对探测雷达回波信号进行参数反演,并对不同的稀疏分解算法反演结果进行了对比。试验表明在回波混叠和无混叠的情况下,该方法均能够对树干分层介质厚度和相对介电常数进行估算;无混叠时相对介电常数和厚度的反演误差分别在2.93%和3.5%以内,混叠时相对介电常数和厚度的反演误差分别在7.52%和7.61%以内。综合试验结果表明,在5种反演算法中,SAMP算法在未知信号稀疏度的条件下表现最佳,具有较高的反演准确率和鲁棒性。
      2024,40(20):174-186, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202406004
      摘要:
      为了提取不同活力种子光谱特征的精细结构和复杂信息,该研究探索了连续小波变换提取不同活力脱绒棉种的光谱信息,并提出了一种基于相关性及特征重要性筛选小波特征(wavelet features,WFs)的方法。通过人工老化试验,获取不同活力等级的脱绒棉种,并采集其高光谱影像,对原始光谱进行Savitzky-Golay平滑、多元散射校正、一阶微分、二阶微分等预处理。然后对比gauss4、mexh和bior6.8等小波基函数提取的WFs。利用主成分分析对光谱特征(spectral features,SFs)与WFs降维,并建立支持向量机(support vector machines, SVM)、随机森林(random forest,RF)、极限学习机(extreme learning machines,ELM)和反向传播神经网络(back propagation neural network,BPNN)等的种子活力检测模型,对比SFs与WFs的建模精度。为了进一步提取出WFs中的精细光谱信息,基于相关性分析和随机森林特征重要性评价,提取了与种子活力的相关性在前1%的小波特征(1%|R|-WFs)、在种子活力识别中特征重要性在前1%的小波特征(1%Importance-WFs)及二者融合的1% |R|+1%Importance-WFs 3个WFs特征集并带入上述机器学习模型。结果表明:1)bior6.8函数提取的不同活力脱绒棉种的WFs效果较好,其他函数在提取WFs时,出现明显的振铃效应。2)在各品种的所有机器学习模型中, WFs主成分的建模精度均高于SFs主成分的建模精度,且基于1%|R|+1%Importance-WFs的准确率最高。3)金科21与金科20种子活力检测的最优模型均为:1%|R|+1%Importance-WFs+ELM;新陆早64种子活力检测的最优模型为:1%|R|+1%Importance-WFs +各机器模型与PCA-WFs+ ELM/BPNN。金科21最优模型训练集和测试集的准确率分别为99.63%、98.28%;金科20与新陆早64最优模型训练集和测试集的准确率均为100%。结果表明,该研究提出的基于相关性及特征重要性的方法能够有效提取出不同活力脱绒棉种的光谱差异信息,为种子活力高光谱检测提供一种新的光谱特征分析思路。
      2024,40(20):187-194, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202405154
      摘要:
      水果外形指标的准确获取,如畸形指数、体积、最大直径等,是实现水果品质分级的重要前提。该研究搭建了一套双目结构光成像系统,经过系统验证后用于获取类球形水果(苹果、柑桔、梨)表面的轮廓信息,结合单视角和多视角点云重建实现三维形貌重构,并在此基础上提取其外形指标。试验结果表明,基于三维重建的标准件外形尺寸测量的相对误差在4 %以内;以人工测量结果为参考,该研究所测苹果畸形指数R2值为0.97,所测类球形水果的体积与最大直径的R2值分别为0.99和0.92。该研究提出的基于双目结构光三维重建方法可以准确地测量畸形指数、体积、最大直径等类球形水果的外形指标,为其产后品质检测与分级提供重要参考。
      2024,40(20):195-201, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404042
      摘要:
      准确估测农作物产量对于保障粮食安全、指导农业生产和调整生产策略等具有重要作用。为解决大范围估产参数确定难、成本高的问题,该研究基于2016–2021年Sentinel-2遥感数据和气象数据等,提出一种综合植被光合作用模型(vegetation photosynthesis model,VPM)与转产系数的产量估测方法,对吉林省30个玉米主产县进行估产研究。结果表明 :1)该研究提出的模型估产精度较传统VPM模型表现出更高的准确性和可靠性(决定系数提升0.18;相对均方根误差降低3.24%);2)研究区玉米单产范围为7~13 t/hm2,高值区主要集中在中部地区,并且呈现由中部向西北和东南地区递减的趋势;3)模型敏感性分析表明,更精细的转产系数、更高分辨率的玉米空间分布数据和遥感数据能够有效提高模型估产精度。该研究提出的模型可为低成本、大规模、快速精确的估产工作提供解决方案,对实施农业估产具有重要的现实意义和推广价值。
      2024,40(20):202-209, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202405100
      摘要:
      为探究两阶段LED绿光在雏鹅高密度饲养模式中的调控作用,确定适宜的光照方案。该研究基于生产实际,采用双因素试验设计(孵化光照×育雏光照),设置黑暗和绿光2种孵化光照,白光和绿光2种育雏光照,分析高密度饲养模式下孵化期和育雏期LED绿光照射对14 d雏鹅生长性能、肠道发育、血液激素、羽毛质量及啄羽行为的影响。结果表明,育雏期提供LED绿光能显著增加14 d雏鹅体质量、1~14 d日均体质量增量、日均采食量(P<0.05)并降低料重比(P<0.05),显著降低血液中五羟色胺、皮质酮含量及十二指肠隐窝深度(P<0.05),显著增加雏鹅胸腹部羽毛长度(P<0.05)、降低雏鹅背部裸露评分(P<0.01)及减少啄羽行为(P<0.001);种蛋绿光孵化可显著减少子代雏鹅啄羽时间和次数(P<0.05);而孵化光照和育雏光照在影响雏鹅各指标上无显著交互作用(P>0.05)。该研究证实了两阶段LED绿光对雏鹅高密度饲养模式中负面效应的正面调控作用,且育雏期提供绿光效果更好,可为鹅高效生产提供理论依据。
      2024,40(20):210-218, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202405226
      摘要:
      随着畜禽养殖空气过滤和除臭装置使用的普及,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,对风机叶片进行了重新设计。旨在改变现有叶片轮毂处结构形式,改善农用轴流风机内部流态,达到提升农业轴流风机气动性能和扩大稳定运行范围的目的。该研究以0.91 m农用轴流风机尺寸及目标风量为设计参数,利用变环量方法设计了一款叶片。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。最佳工艺参数为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。样机试验测试表明,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%(18 710.99m3/h),能效比提高了18.9%(1.94 m3/(h·W))。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,确保轴流风机在农业应用中能够更高效地实现空气流通与调控。
      2024,40(20):219-229, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202406155
      摘要:
      乡村聚落是乡村振兴战略实施的基本空间单元,而生态脆弱区的乡村聚落更是实现区域生态经济协调高质量发展和扎实推进共同富裕的薄弱环节。因此,该研究聚焦生态脆弱区,选取贵州省天柱县为研究区域,运用平均最邻近指数、景观格局指数法和最优参数地理探测器等模型,基于“规模-空间-形态”研究思路剖析2012—2022年生态脆弱区乡村聚落时空格局特征演化、影响因素及其动态变化。结果表明:1)生态脆弱区乡村聚落规模格局呈现先增后降趋势,主要以微型聚落和小型聚落为主,但平均规模高于全国水平,乡村聚落规模逐渐从量的增加转向质的提升;2)生态脆弱区乡村聚落空间格局演化存在显著自相关,空间集聚程度逐渐提升,且布局呈现“四周向中间核心集聚”的趋势,即研究区中部和南部地区形成了两个较大的集聚区和多个较小的集聚区;3)生态脆弱区乡村聚落具有明显分形特征,形态指数演化呈现先升后降的趋势,但整体上增长,且阶段性变化特征明显,形态特征更趋简单;4)生态脆弱区乡村聚落“规模-空间-形态”格局演化影响因素各具特色,总体上呈现自然条件向社会经济、政策制度转变的趋势,其中易地扶贫搬迁点、交通可达性、村镇规划和距城镇中心距离是乡村聚落时空演化的主要因素,尤其是易地扶贫搬迁点和村镇规划属于持续增强型。最后,该研究针对性地提出了加强国土空间规划、生态保护、优化乡村聚落空间格局和便于农户生产生活等建议。
      2024,40(20):230-240, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202405091
      摘要:
      流域作为天然的生态系统,探究流域景观格局对粮食生产服务的时空影响机制,可通过景观格局优化的方式提升粮食生产服务供给,维护粮食安全。该研究以江西省为研究区,测度了2000、2005、2010、2015、2020年5期粮食生产服务(grain production,GP)的空间分布;从形状、面积、空间分布3个维度测度流域单元景观格局特征;利用时空地理加权回归模型探究景观格局变化对粮食生产服务的影响机制;并基于影响机制的空间异质性提出景观格局的分区调控建议。结果表明:1)2000—2020年间,江西省粮食生产服务重心由鄱阳湖平原向西南延伸,形成以平原、盆地为中心的聚集分布特征。2)2000—2020年间,景观格局指数变化方向和程度存在较大差异,斑块密度、景观形状指数分别上升5.35%,1.39%;平均斑块面积、景观联通度指数分别下降5.14%,0.68%,景观格局趋于复杂化、破碎化和分散化。3)GP时空演变特征是众多因素共同作用的结果,各景观驱动因素对GP影响呈现出片状或带状空间分布规律。其中耕地面积、水域密度、水域形状对GP主要具有正向作用;水域面积、林地密度、草地形状对GP主要具有负向作用。4)总结各景观因子系数空间分异特征,将研究区划分为赣东北季风区;鄱阳湖平原区;中部主产区;南部丘陵区4个聚类区域,并提出相应的区域景观调控建议。研究结果可为江西省流域粮食生产服务提升与景观格局调控提供参考,并加强调控措施在研究单元的针对性。
      2024,40(20):241-249, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202403156
      摘要:
      厘清农村劳动力转移与耕地利用可持续集约化之间的关系对于促进农业可持续发展具有重要意义。该研究基于1990—2020年中国省级面板数据,采用超效率SBM模型测算耕地利用可持续集约化水平,运用面板门槛模型探讨农村劳动力转移对耕地利用可持续集约化的影响效应。结果表明:1)1990—2020年中国耕地利用可持续集约化水平总体呈先下降后上升的趋势,区域间差异显著;2)农村劳动力转移对耕地利用可持续集约化存在非线性影响,当农村劳动力转移水平小于0.351时,农村劳动力转移不利于耕地利用可持续集约化的增长;超过这一门槛后,农村劳动力转移对耕地利用可持续集约化产生显著的增长效应;3)农村劳动力转移对耕地利用可持续集约化的影响存在非均衡效应,即农村劳动力转移对农业发达地区与平原地区的促进作用显著,但对农业欠发达地区与山地地区的促进作用尚不显著。基于此,应合理引导农村冗余劳动力非农转移,以推动耕地利用可持续集约化转型;同时,应注意耕地利用可持续集约化提升的自然环境禀赋与农业经济发展水平制约,因地制宜的探索适宜地区条件的耕地利用可持续集约化发展路径。
      2024,40(20):250-258, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202404090
      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),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。两个预防区面积共占研究区61.2%。各区域间的实际土壤侵蚀、潜在土壤侵蚀与坡度差异明显,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。
      2024,40(20):259-268, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202407158
      摘要:
      为提高3D打印的植物蛋白肉(plant protein-based meat,PPM)产品品质,该研究通过分析超声振动对植物蛋白凝胶化的作用机理,引入超声振动辅助,结合流变特性测试,开展3D打印喷头数值模拟与分析,探究超声振动对植物蛋白肉凝胶化及3D打印过程的影响。通过开发的超声振动3D打印装置进行试验,研究超声振动对3D打印植物蛋白肉品质的影响规律。结果表明,在超声振动作用下,3D打印过程中植物蛋白承受更高的剪切应力及挤压应力,为植物蛋白凝胶化提供有利的物理条件。超声振动3D打印产品相较于常规3D 打印产品,其硬度下降,弹性和咀嚼性较为接近,在硬度、弹性、咀嚼性品质参数稳定性方面的波动程度均低于无超声振动打印样品,其中在硬度、弹性、咀嚼性品质参数方面的稳定性分别提升 27.75%,83.14%,59.30%。该研究将超声振动引入植物蛋白肉3D打印过程提升了植物蛋白肉的品质稳定性,可为后续高品质3D打印植物蛋白肉研究与生产提供参考。
      2024,40(20):269-277, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202403142
      摘要:
      为了解决供应链信息不对称问题,缩短流通时间,保持产品新鲜度,增加消费者剩余,生鲜零售商应用区块链技术。但是,技术应用收益程度受到产品新鲜度和消费者风险规避水平的影响。该研究构建由供应商、零售商和消费者组成的二级生鲜供应链,对比分析区块链技术应用前后供应商与零售商的博弈均衡解,探讨零售商区块链技术应用意愿。结果发现,当产品初始新鲜度较高时,零售商愿意应用区块链技术以带来更高的利润,增加消费者剩余。相反,当产品初始新鲜度较低时,应用区块链技术会导致零售商利润受损,零售商技术应用意愿低。而当产品初始新鲜度处于一般水平时,零售商技术应用意愿随着消费者风险规避水平的提高而增强。
      2024,40(20):278-287, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202406215
      摘要:
      随着生物质复合材料性能研究的不断深入,其在农业工程中的应用也逐渐广泛。该研究旨在提升竹塑复合材料(bamboo-plastic composites,BPC)力学性能和耐老化性,以实现其托盘制品的环保和应用性。首先,该研究采用三种不同配比竹粉(bamboo fiber,BF)与高密度聚乙烯(high density polyethylene,HDPE)制备BPC,并进行力学性能测试确定BF与HDPE最优配比。通过SiO2包覆TiO2粒子(SiO2@TiO2),硅烷偶联剂KH550改性SiO2@TiO2制备KH550-ST,采用喷涂法用KH550-ST改性BPC55制备纳米增强竹塑复合材料(KH550-ST-BPC),并进行力学性能和耐光老化性能分析。运用ANSYS Workbench软件对改性前后的BPC一体式托盘进行有限元仿真分析,理论验证纳米改性BPC托盘的应用性能。结果表明,随着BF含量的增加,BPC的抗拉性能和抗弯性能均有所提高。在BF与HDPE质量比为5:5时(BPC55),BPC力学性能最优。相比于BPC55,KH550-ST-BPC55弯曲强度和弯曲模量分别提升了31.11%和52.27%,拉伸强度和拉伸模量分别提升11.86%和21.92%,KH550-ST-BPC55的耐光老化性能提升77.79%。通过有限元仿真,发现KH550-ST-BPC55制BPC托盘在额定荷载下堆码仿真产生的最大变形量降低27.36%,极限荷载下降低23.41%,即可有效的堆码工况下的承载能力。该研究可为纳米SiO2@TiO2增强竹塑复合材料做物流周转单元的应用提供参考。
      2024,40(20):288-297, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202403183
      摘要:
      为探究羊肚菌在不同干燥方式及复水后的品质变化与成因,以六妹羊肚菌为试材,采用自然干燥(natural drying,ND),恒温干燥(constant temperature drying,CTD),真空冷冻干燥方式(vacuum freeze-drying,VFD)对羊肚菌进行干制,探讨3种干燥方式对微观结构、滋味、营养品质及复水性能的影响,并研究羊肚菌复水前后质地、色泽、风味的差异分析,分析判断不同方式的干燥特性。结果表明:VFD羊肚菌氨基酸、粗多糖与甜味值分别为944 mg/100 g、6.26 g/100 g、19.73,显著(P<0.05)高于其他2种方式,其菌柄与菌盖的明亮度(L*值)显著(P<0.05)提升,菌盖色差最小,△E值为5.83。电子鼻数据结合主成分分析 (principal component analysis,PCA)发现干燥与复水前后不同羊肚菌样品在气味轮廓上存在差异且对风味进行很好地区分。VFD由于其孔隙均匀分布的疏松状微观结构保持最佳的复水比,低场核磁共振(low-field nuclearmagnetic resonance,LF-NMR)结合核磁共振成像 (magnetic resonance imaging,MRI)分析结果显示VFD羊肚菌在复水20 min内不易流动水显著增加,复水速率快速上升,复水均匀性最好。VFD复水后菌柄与菌盖色差(△E)分别为12.28和11.47,显著(P<0.05)小于其他2种干燥方式,菌柄和菌盖的脆度分别为35.87 N/mm和10.42 N/mm,与CTD相近。聚类分析与相关性分析结果直观地展示了感官变量与营养变量在不同干燥方式样品中的分布,进一步说明真空冷冻干燥在羊肚菌干燥应用的可行性。该研究结果为羊肚菌干制品加工方式优选提供参考。
      2024,40(20):298-308, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202407102
      摘要:
      为提高食品包装中抑菌剂百里香酚(thymol,THY)的生物利用率以延长食品的货架期,该研究采用介孔二氧化硅(mobil composition of matter No. 41,MCM-41)作为THY的控释载体(THY-MCM-41),以马铃薯淀粉为原料制备马铃薯淀粉活性包装膜。利用L9(34)正交试验探究马铃薯淀粉、甘油、氯化钙和THY-MCM-41质量浓度对包装膜机械、物理以及水蒸气阻隔性能的交互影响,优化马铃薯淀粉活性包装膜最佳制备工艺参数,并在不同储存环境下对最优组合活性包装膜中百里香酚的释放动力学进行研究,构建百里香酚释放预测模型。结果表明,当马铃薯淀粉质量浓度为0.04 g/mL,甘油质量浓度为0.015 g/mL,氯化钙质量浓度为0.005 g/mL,THY-MCM-41质量浓度为0.005 g/mL时,制备的包装膜A综合性能最优,其抗拉强度、溶胀度、水蒸气透过率、透氧性和不透明度分别为7.16 MPa、89.23%、1.42 × 10-10 g/(m·s·Pa)、1.02 × 10-15 cm2/(s·Pa)和1.16 mm-1。电子扫描电镜和傅里叶红外光谱分析均证实了THY-MCM-41均匀地分散在马铃薯淀粉膜中,与马铃薯淀粉之间具有良好的相容性。马铃薯淀粉活性包装膜可控制百里香酚的释放速率,将百里香酚的有效作用时间延长到10 d。其中,百里香酚的释放规律符合一级释放模型(R2 > 0.980),其释放行为遵循菲克扩散定律。该研究为智能活性包装膜中活性物质的精准控释提供了理论基础。
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    2024-12-05 , DOI:
    摘要:
    为探究基于腐殖酸施加和微纳米加气的水肥气耦合滴灌模式对加工番茄产量、品质和CO2排放量的影响效应,该研究以不加气常规覆膜滴灌(A0)为对照,设2个灌水水平W1(3800 m3·hm-2)和W2(4500 m3·hm-2), 3个腐殖酸添加量H0(0%)、H1(0.25%)和H2(0.5%)进行微纳米加气滴灌(A1),运用基于整体差异的组合评价方法,借助TOPSIS、RSR和主成分分析3种评价方法,构建加工番茄高产-优质-减排的组合评价模型,并基于综合得分筛选最优水肥气耦合模式。结果表明,灌水水平和腐殖酸施加量的增大及微纳米加气均会显著增加加工番茄地CO2累积排放量和净固碳量(P<0.01)。与W1处理相比,W2处理的加工番茄产量显著增大34.74%(P<0.05),但品质中的维生素C、可溶性糖、可滴定酸、可溶性固形物、番茄红素含量显著降低14.58%、7.99%、10.18%、4.77%、12.89%(P<0.05)。相比于H0和H1处理,H2处理可以显著提高加工番茄整体产量和品质(P<0.05),但也会使可滴定酸含量较H0显著降低11.21%(P<0.05)。相比于A0处理,A1处理也显著提高加工番茄整体产量、品质及灌溉水分利用效率(P<0.05),但对结果数影响不显著(P>0.05)。3800 m3·hm-2的灌水水平与0.5%的腐殖酸施加量和微纳米加气的耦合滴灌模式组合评价综合得分最高,即为本试验条件下基于加工番茄高产-优质-减排的最优水肥气耦合模式。本研究旨在为新疆石河子灌区加工番茄高产优质减排灌溉制度提供参考依据。
    2024-12-05 , DOI:
    摘要:
    水稻需水量的研究面临多方面挑战,包括海量数据处理、时空尺度变化的复杂性,使得采用单一方法难以捕捉其关键特征。该研究利用Penman-Monteith公式,基于7个气象指数、4个环流指数,研究了高邮灌区1980—2021年水稻生育期内水稻需水量(作物需水量crop water requirement,ETc、灌溉需水量irrigation water requirement,IR)特征,并从时频域角度,综合Pearson相关性、小波、投影长度和M-K检验等分析方法,结合能量分区,提出了水稻需水量关键影响因素的分析方法,识别水稻需水量关键影响因素及变化趋势。结果表明:1)ETc和IR多年均值分别为532.88、285.04 mm/a;年际距平显示,ETc和IR在2000年由偏少向偏多转变;月度变化显示,每年8月需水量最高,10月最低;2)ETc和IR存在2个主能量区(I、II区),I区相对II区,时间尺度更大、周期更长;ETc在I、II区分别受到相对湿度、日照时长主导,其中相对湿度领先ETc约1/2周期,日照时长与ETc无相位差;IR在I、II区均受降水量主导,二者相位差均为1/2周期;3)从能量分区及相关性的分析结果来看,ETc的关键影响因素是日照时长和相对湿度,分别呈显著负相关和正相关;IR的关键影响因素是降水量,两者呈显著负相关。总体来看,ETc和IR与关键影响因素呈现了一种“主震有序、余震不断”的特点;4)ETc和IR呈现缓慢震荡上升趋势,在2005年后更为明显。研究结果为高邮灌区水稻灌溉制度提供参考,同时,推动了需水量关键影响因素识别的可靠性,在其他地区或相关领域具有极大地应用前景。
    2024-12-05 , DOI:
    摘要:
    水资源短缺和土壤盐渍化是限制旱区农作的两大突出障碍因素,严重制约农业可持续发展。枯草芽孢杆菌作为典型根际促生菌,在提升作物耐逆增产方面已取得显著成效。本研究基于盐碱土微生物改良技术,2022年通过大田试验,研究了2种灌水情况(常规灌水4875 m3/hm2和低灌水量3900 m3/hm2)及不同枯草芽孢杆菌施加量(0,22.5,45,67.5,90 kg/hm2)对轻度盐碱棉田土壤微生物、土壤水盐含量及分布、土壤养分含量、土壤酶活性和棉花产量的影响,探讨枯草芽孢杆菌调控棉田土壤微环境及棉花促生增产的机理。结果表明:施加枯草芽孢杆菌改变了土壤细菌群落结构及丰度,芽孢杆菌属(Bacillus)相对丰度提高16.85%~54.40%;枯草芽孢杆菌通过胞外聚合物影响土壤蒸发与持水特性,促进土壤水分由土壤深层向浅层运移,棉花根区土壤水含量升高0.02 cm3/cm3,水分分布的变化进而影响盐分分布规律,土壤深层积盐减少2~3 g/kg,并促进表层土壤盐分向膜间位置迁移;枯草芽孢杆菌对养分循环微生物代谢的促进显著改变土壤酶活性及土壤速效养分含量(P<0.05),提升水分利用效率10.9%和肥料偏生产力13.8%,棉花增产0.35%~26.64%;结构方程模型表明:枯草芽孢杆菌通过正向影响土壤微生物多样性、水分利用效率及养分利用效率(通径系数0.876、0.638、0.686),间接改善了盐碱土壤微环境的水盐肥状况,水肥盐因子显著提升棉花产量(通径系数0.605);常规灌水量下(W4875),NB2处理棉花籽棉产量最高达到6237.15 kg/hm2,低灌水量下(W3900)枯草芽孢杆菌能够缓解由水分胁迫造成的产量损失,MB2与NCK处理相比有效结铃数与籽棉产量分别增加4.4%和3.8%,故施菌量为45 kg/hm2可作为水盐胁迫下枯草芽孢杆菌改良西北旱区盐碱棉田的推荐用量,本研究结果可为西北旱区水盐胁迫下盐碱地微生物改良技术的应用提供一定的理论依据及方法支撑。
    2024-12-05 , DOI:
    摘要:
    【背景和意义】根际土壤微生物是维持土壤健康与活力的关键因素,然而土壤水分和生物炭耦合作用对根际土壤微生态环境存在一定的影响。【目的】为了探索水炭耦合对芦笋根际土壤微生物群落结构的影响以及调控芦笋根际生态系统的机制。【方法】本文以芦笋为研究对象,设置了4个灌溉水平 [W0:重度亏缺灌溉,I = 320 mm;W1:中度亏缺灌溉,I = 375 mm;W2:轻度亏缺灌溉,I = 430 mm;W3:充分灌溉,I = 480 mm,I 为总灌溉量] 和4个生物炭施用水平 [0 t ha-1(B0)、10 t ha-1(B10)、20 t ha-1(B20)和 30 t ha-1(B30)] 进行田间定位试验,采用Illumina新一代测序(NGS)技术,研究不同水炭耦合处理对芦笋根际土壤微生物群落结构和丰度的变化。【结果】研究结果表明,中度亏缺灌溉促进了芦笋根际土壤细菌丰度和多样性的形成,随着土壤水分的增加芦笋根际土壤真菌相对丰度增加了4.48%~22.05%;与未施加生物炭相比,施用生物炭增加了根际土壤微生物的丰度和多样性。与B0和B10处理相比,B20(20 t ha-1)处理下根际细菌群落数量分别增加了1.76%、0.51%,真菌群落数量降低了1.38%和0.13%;而施用30 t ha-1生物炭对两者均存在明显抑制作用。此外,不同水炭耦合条件下对细菌和真菌群落的结构没有显著影响,但是与未施用生物炭处理相比,施加生物炭可以减少根腐病致病菌镰刀菌(Fusarium)的生长与繁殖,改善芦笋根际土壤微环境。【结论】在W1B20处理下不仅促进了细菌群落的生长,而且抑制了有害真菌群落的丰度,更有利于调控芦笋根际生态系统。本研究为多年生芦笋连作根际土壤微生态调控和西南季节性干旱区农业可持续发展提供理论依据。
    2024-12-03 , DOI:
    摘要:
    为探究酶诱导碳酸钙沉淀(Enzyme Induced Carbonate Precipitation, EICP)处理对坡面片蚀过程及泥沙分选的影响,该研究以三峡库区紫色土坡面为研究对象,设置6种喷洒处理(裸坡对照CK,单施脲酶和4种胶结液浓度的EICP:0.5、1.0、1.5和2.0 mol/L),开展降雨强度为60和120 mm/h的人工模拟降雨试验,分析坡面片蚀(产流产沙)过程和次降雨侵蚀泥沙分选情况,并通过扫描电镜揭示EICP影响坡面片蚀的微观机制。结果表明:与CK相比,单施脲酶具有一定的增流减沙效果,EICP处理具有显著的增流减沙效果(P<0.05),增流减沙效果随着胶结液浓度的增加呈现先增减后减小的变化规律,在浓度为1.5 mol/L时增流减沙效果最佳。不同胶结液浓度处理间的产流总量和产沙总量无显著性差异(P>0.05),说明低浓度(0.5 mol/L)时已能够较好地发挥控制片蚀效果。侵蚀泥沙呈现黏粒、细粉粒和粗粉粒富集而砂粒亏损的分选现象,EICP处理后坡面侵蚀泥沙分选程度有所降低。微观分析表明EICP处理在土颗粒的间隙和表面均出现球形碳酸钙沉淀和脲酶丝状物质,从而提高表层土体的整体性,进而提高土体抗侵蚀性能。该研究结果将有助于揭示EICP减蚀机理,并为三峡库区水土保持提供理论依据。
    2024-12-03 , DOI:
    摘要:
    农林转换(包括农进林退和农休林复)主导着中南半岛土地覆被/利用变化,其中火的使用扮演了重要角色。在人口、经济、土地利用政策等因素作用下,中南半岛农林转换与活跃火协调管理日趋重要。活跃火发生发展与农林转换所致土地覆被变化间的过程耦合与多尺度效应是气候变化重要议题。既有研究侧重对农林转换规模、强度、过程进行区域归因探索,在中南半岛层面特别是基于活跃火视角的农林转换诱因与贡献研究较为鲜见。基于2002-2021年MODIS土地覆被与火产品(活跃火、过火面积)数据,利用GIS渔网、核密度与Pearson相关分析等方法,研究揭示了中南半岛活跃火与农林转换所致土地覆被变化间的耦合关联,并评估了活跃火发生发展对农林转换不同过程的贡献程度。结果表明:(1)活跃火影响下中南半岛近20年农进林退集中于边境、河流沿岸等,且南部低地平原的变化程度显著大于北部丘陵山区。(2)活跃火发生强度与农进林退变化程度呈正相关,与农休林复变化表现为负相关。(3)中南半岛活跃火发生对毁林的多年平均贡献率近占四成,对耕地扩张多年平均贡献率近占六成。该研究可从土地覆被/利用变化角度探索活跃火发生过程与发展机制提供新证据。
    2024-12-03 , DOI:
    摘要:
    土地利用方式和管理模式的变化对陆地生态系统碳循环产生深远影响,探明土地利用碳赤字的演变趋势及其空间差异化的驱动因素,对于如期实现“双碳”目标及促进自然与社会绿色协同发展具有重要意义。该研究基于土地利用数据和社会统计数据,考虑土地类型、农田耕种、能源消耗、社会经济等多种因素,运用排放系数法、标准差椭圆法、区域差异分析模型、时空地理加权回归模型等模型和空间分析方法,探究中国城市土地利用碳赤字的异质性特征,并从多维视角剖析其空间差异化的驱动因素。结果表明:1)研究时期内土地利用碳赤字呈倒“V”型波动下降趋势,试点城市的碳赤字均值较低,表明低碳试点城市建设取得成效,东北地区的碳赤字在研究期内显著下降,降幅为48.69%。2)研究时期内土地利用碳足迹和碳承载力的总体差异性呈增加趋势,土地利用碳赤字呈轻微下降趋势,总体差异系数减少0.0933,其中华北和华东地区的内部差异程度显著降低。3)不同驱动因素对土地利用碳赤字空间分布表现出显著的异质性特征,发达地区需着力推进资源高效利用和低碳技术研发工作,处于快速成长期的地区应引入新技术、改变资源配置和产业结构来科学减碳。研究结果可为缓解碳减排压力、加速低碳城市建设和科学助力国土空间低碳优化布局提供科学参考。
    2024-12-03 , DOI:
    摘要:
    数字乡村建设是促进农业绿色低碳转型的重要推力,更是助力实现“双碳”目标的重要途径。该研究在探究数字乡村建设对农业碳排放影响机理的基础上,利用“纵横向”拉开档次法测度中国各省份数字乡村建设水平,进一步基于空间杜宾模型实证检验数字乡村建设对农业碳排放的空间溢出效应。结果表明:1)2012—2022年中国数字乡村建设与农业碳排放的全局莫兰指数均显著为正,且空间集聚效应呈现逐渐增强态势。2)数字乡村建设通过显著负向直接效应和空间溢出效应抑制农业碳排放,且空间溢出效应大于直接效应。3)城镇化水平对本地区及相邻地区农业碳排放均具有显著促进作用;农村劳动力转移能够抑制本地区及相邻地区农业碳排放;农业种植结构对本地区农业碳排放具有显著促进作用,对相邻地区农业碳排放则具有显著抑制作用;农业发展水平能够显著促进本地区农业碳排放,对相邻地区农业碳排放则没有显著影响。4)从异质性检验结果来看,数字乡村建设的降碳效应在东部地区和非粮食主产区较为显著,但在中、西部地区和粮食主产区则不明显。
    2024-12-02 , DOI:
    摘要:
    新疆是典型的灌溉农业区,节水灌溉技术是新疆农业持续发展的基础,但长久灌溉方式的不同对土壤颗粒组成和孔隙结构的影响也存在一定的差异。为探究不同灌溉方式对枣树根区土壤粒度组成及连通孔隙结构的影响,以南疆14 a采用3种不同灌溉方式(FI:漫灌,DI:滴灌,STI:砂管灌)的枣园土壤为研究对象,以未灌溉区域且远离根区的土壤作为对照CK,结合土壤粒度分析(particle size distribution,PSD)与CT扫描技术测定土壤粒度组成并分析其连通孔隙结构参数,旨在揭示土壤结构特征,为新疆节水灌溉技术提供微观理论依据。结果表明:1)长期不同灌溉方式不同土层颗粒组成的影响显著(P<0.05),漫灌方式下土壤平均粉粒体积分数显著高于滴灌与砂管灌方式,长期的滴灌与砂管灌方式会降低0~60 cm各层土壤粉粒含量,增加土壤砂粒含量。2)长期的漫灌方式会显著提高0~60 cm土壤平均体积分形维数(P<0.05),土壤更紧实,通透性更差;长期的滴灌与砂管灌方式则会降低0~60 cm土壤平均体积分形维数。3)砂管灌方式下土壤0~20 cm孔径区间(0~1 000 μm)频数均高于滴灌与漫灌方式。砂管灌方式下0~40 cm土壤总孔隙度与孔隙连通率均显著高于漫灌方式(P<0.05),且0~20 cm土壤总孔隙度与孔隙连通率显著高于滴灌方式,土壤的通透性更好,综上,砂管灌方式更适合该地区枣树灌溉。研究结果为南疆节水灌溉事业发展及农业水资源高效利用提供理论参考。
    2024-11-29 , DOI:
    摘要:
    为提高连续式微波复热盒装米饭的加热均匀性,以微波功率、加热时间、盒装米饭排列方式(简称排列方式)为影响因素,以含水率、平均温度、温度均匀度等为评价指标,采用单因素试验方法解析微波加热因素对米饭中温度和水分分布及变化的影响规律,以期获得连续式微波复热盒装米饭最佳工艺参数。结果表明,摆放在微波腔内米饭矩形包装盒的总体存在明显边缘温度高和边角热聚焦的现象,其中的每个包装盒内也存在类似分布;当微波功率升高后出现中心聚焦效应;随着脉冲占空比(微波功率)增大,微波向米饭内部传递深度增加、产生的体积热增多,“冷点”会向中心点处聚集、“冷点”面积逐渐缩小,微波加热均匀性提高;排列方式对加热均匀性影响小;对于盒装米饭在连续式微波加热设备内以2、3、4列排列,因微波在盒装米饭边缘面聚焦、内传递时衰减和餐盒间与其内部介电特性低高变换的原因,餐盒内米饭加热均匀性由高变低;为了充分利用连续式微波设备的加热能力和腔体空间尺寸,微波复热盒装米饭最优工艺参数为微波功率17.1 kW、脉冲占空比0.90、加热时间300 s、排列方式为沿连续式微波干燥机传送带的宽度方向排布4盒盒装米饭。研究结果可为预制食品工业化生产的复热工艺及品质改善提供技术参数。
    2024-11-27 , DOI:
    摘要:
    中国草原面积广阔,牛粪作为草原畜牧业的副产品,既对牧草生长有负面影响,又是重要的资源。牛粪分布零散,传统捡拾方式效率低,为了解决上述问题,该文提出一种改进牛粪图像检测模型,用于检测牧区牛粪,以提高牛粪捡拾的效率和智能化水平。(1)替换注意力机制轻量化主干网络EfficientFormerV2,提高对边界敏感性并减少模型复杂度。(2)改进颈部网络BiFPN,增强特征融合能力。(3)改进损失函数Inner-IoU,提高边界框回归的定位精度。(4)替换瓶颈层改进FasterNet block,以减少计算复杂度并加快推理速度。(5)添加捡拾判断机制,利用预测阶段检测框对区域牛粪做出分类。改进后的网络模型在准确率为92.6%,召回率为87.7%,平均精度均值为87.4%的情况下,参数量减少到4.02M,浮点运算量减少到8.1G,检测速度提升到34.7f/s。试验结果表明,改进模型在保持模型轻量化的同时,具有较高的平均精度均值,能够有效地完成牧区牛粪的识别与定位任务,适合在资源受限的移动设备和牧区环境中应用,为牛粪智能化捡拾车的研究提供技术支持。
    2024-11-27 , DOI:
    摘要:
    本研究旨在精确监测和评估小麦在成熟期受连阴雨胁迫后穗霉变发芽情况。以2023年5月底黄淮西部一次大范围连阴雨天气过程为例,从气象致灾危险性和遥感变量表征小麦承灾能力两方面,综合应用气象和多源卫星遥感资料,构建模型因子。分别用Spearman和Pearson相关性分析,以及ReliefF特征选择方法进行关键因子筛选,形成三组因子,分别应用Logistic回归等五种分类器和多元线性回归等五种回归方法构建模型,实现了对灾变的精准识别、程度分级和指数回归预测。通过对不同模型性能评估和各因子影响的对比分析,结果表明:所选分类器在气象与遥感因子协同及各独自建模情形下,均能实现识别穗发芽霉变并准确分级,识别的准确率(accuracy,AC)在0.649至0.811之间,分级的AC在0.432至0.622之间;在穗发芽霉变指数(ear germination and moldiness index,EGMI)预测方面,构建的PCF‐XGBR模型表现最佳,R2为0.25,均方根误差(root mean square error,RMSE)为15.69,平均绝对误差(mean absolute error,MAE)为12.05。研究发现,遥感模型在灾变识别上更具优势,而气象模型在灾变程度分级上更优,结合两者的气象-遥感协同模型性能最佳。本研究成果为小麦连阴雨减损与灾后评估提供了有力的技术支持。
    2024-11-27 , DOI:
    摘要:
    本试验旨在研究豆粕及替代豆粕蛋白源组合混合粉料理化特性之间的内在区别,确定其与饲料成型特性和颗粒质量间的关系,并对替代豆粕蛋白源组合的制粒成型特性进行评价。试验选取乙醇梭菌蛋白、棉籽浓缩蛋白、玉米蛋白粉、花生粕、棉籽粕、菜籽粕、玉米酒糟蛋白七种非常规蛋白源,配制六组蛋白源组合,进行制粒加工试验,测定混合粉料理化特性、成型特性和颗粒饲料质量指标,通过偏最小二乘回归分析建立理化特性和制粒成型特性间的相关性,并通过熵权TOPSIS分析评价不同蛋白源的制粒成型特性。结果表明:1)不同组混合粉料理化特性、成型特性及颗粒质量存在一定差异,其中,SBM组吸水性、水溶性、溶胀度显著高于其他组(P<0.05),但制粒吨料电耗及成型率也显著高于其他组(P<0.05);C4组压缩度、休止角显著高于其他组(P<0.05),C2组蛋白质分散指数显著高于其他组(P<0.05),C5组颗粒饲料耐久性显著高于其他组(P<0.05),C1组硬度显著高于其他组(P<0.05)。2)理化特性对成型特性、颗粒质量有显著的影响作用,其中压缩度与成型率呈负相关,与颗粒耐久性、硬度呈正相关;吸水性、溶胀度和吨料电耗、颗粒耐久性呈正相关;黏度特征值与吨料电耗呈正相关;变性时间、变性温度与吨料电耗呈负相关。3)熵权TOPSIS分析得出各组颗粒成型特性从优到劣排名为:C5组、C6组、C2组、C1组、C4组、C3组、SBM组;颗粒质量从优到劣排名为:C1组、C4组、SBM组、C3组、C5组、C2组、C6组。该研究结果为新型及非常规蛋白源的组合选择以及加工应用提供基础数据和参考依据。
    2024-11-26 , DOI:
    摘要:
    明确不同管理方式对草地土壤质量的影响对草地科学管理具有重要意义。为了明确不同管理方式对干旱风沙区荒漠草原土壤理化生性状和土壤质量的影响,该研究以宁夏东部干旱风沙区荒漠草原为对象,研究禁牧封育、暖季轮牧、自由放牧、柠条种植4种不同管理方式对土壤理化及生物学性质的影响,分析土壤因子间的相关性,借助最小数据集和土壤质量指数对不同管理方式下草地土壤质量综合状况进行评价。结果表明:1)禁牧封育、暖季轮牧草地的土壤有机碳、全氮、碱解氮、速效钾含量及土壤含水率总体高于自由放牧、柠条种植草地;土壤容重和速效磷含量反之;土壤微生物生物量碳、氮、磷总体在自由放牧草地较高,柠条种植草地较低;不同管理方式草地土壤酶活性变化规律不一致。2)土壤物理、化学和生物学性质间相互作用,共同影响并决定着荒漠草原土壤质量。3)最小数据集可以替代总数据集对不同管理方式荒漠草原土壤质量进行评价。基于最小数据集评价的荒漠草原土壤质量指数呈现禁牧封育>暖季轮牧>自由放牧>柠条种植草地。研究认为,在干旱风沙区荒漠草原,管理方式使土壤质量发生变化,土壤物理、化学和生物学性状具有相对一致的变化,禁牧封育和暖季轮牧措施比自由放牧和柠条种植更有利于土壤养分维持和土壤质量改善。因此,建议根据草原生态状况采取科学管理措施,对退化草原可进行一定时期的禁牧管理,而生态恢复了的草原进行合理的放牧利用,才能有利于干旱风沙区荒漠草原土壤的可持续发展。
    2024-11-25 , DOI:
    摘要:
    为揭示不同来流条件下梯形旋流排沙渠道的水沙特性,采用模型试验的方法,研究了梯形旋流排沙渠道在不同来流流量、加沙量、来沙中值粒径以及流速下的水沙运动规律和排沙特性,分析了分流比、截沙率与余沙率的变化规律。结果表明,当来流流量或者来流流速增大时,梯形旋流排沙渠道的截沙率减小,下游渠道的余沙率增大,对排沙效果影响较为明显,试验条件下当来流流量由30 m3/h增长到90 m3/h时或者来流流速由0.57 m/s增长到1.60m/s时,截沙率分别由92.97%减小至76.16%、92.97%减小至79.77%,截沙率变化幅度分别为16.81%和13.20%,余沙率分别由5.28%增大至21.38%、5.28%增大至18.77%,余沙率变化幅度分别为16.10%和13.49%;试验条件下当加沙量由300g增大至700g或者来沙中值粒径由0.315mm增大到1.250mm时,梯形旋流排沙渠道截沙率分别由92.97%增大至95.27%、89.53%增大至95.83%,截沙率变化幅度仅为2.30%和6.30%,余沙率分别由5.28%减小至2.85、8.64%减小至3.59%,余沙率变化幅度分别为2.43%和5.05%,表明加沙量与来沙中值粒径的改变对排沙效果的影响较小。在各水沙条件下梯形旋流排沙渠道均具有较好排沙效果,试验条件下其最小截沙率为76.16%,且对粒径区间>0.600~3.000 mm的泥沙颗粒的截沙率均超过94.88%,因此能有效排出渠道内的有害泥沙。与同一水沙条件下的矩形断面相比较,梯形断面的旋流排沙渠道在保持截沙率相似的同时,分流比减小6.43~16.66 %,且无明显淤积现象。该研究明确了梯形旋流排沙渠道的适宜性和高效性,可为其工程应用提供参考。
    2024-11-25 , DOI:
    摘要:
    山区流域作为水源涵养地,由于地形、植被和气候因子间的复杂相互作用,与平原流域相比,其对气候变化更为敏感,在水资源稳定性和生态环境保护等方面面临着更严峻的挑战。该研究以秦岭山区及其内部6个典型流域为研究对象,基于1965—2019年79个气象站日气象数据和6个典型流域控制水文站逐年径流数据以及年太阳黑子数、大气环流指数、Nino3.4指数,采用Penman-Monteith公式、改进的Mann-Kendall趋势检验法、微分法、交叉小波变换和时变Budyko框架分析了秦岭山区年潜在蒸散发(Potential evapotranspiration,PET)的时空变化特征,计算了年PET对不同气候因子的敏感性,探讨了年PET变化的可能原因,最后量化了PET等不同因素对径流在不同时期变化的贡献率。结果表明:1)在1965—2019年间,秦岭山区的多年平均PET和气候因子表现出明显的空间分布差异和变化趋势。多年平均PET和日照时数呈现东北高、西南低的空间分布格局,最大和最小相对湿度则在空间上表现出相反的趋势变化特征。此外,在年尺度上,气温普遍上升,而日照时数和风速在大面积范围内有所下降。2)年PET在草原植被区对多个气候因子的敏感性最高。地形因子、太阳黑子活动、大气环流和海温变化等因素对年PET的影响时段和范围存在差异。其中98.73%气象站点的年PET与北极涛动指数呈现负相关,呈现显著负相关的比例高达20.25%(p<0.05)。这证明了AO通过影响区域性的气候模式,间接影响了该地区的蒸散发过程。特别是在北极涛动的负位相时,常常伴随冷空气南下,导致该区域温度下降,蒸散发减少。随着海拔和坡度的增加,PET表现出极显著的减少趋势(p <0.001)。3)在6个典型流域中,PET对不同时期径流变化的贡献率相对较低,具体贡献率在-20.58%~111.38%之间,而降水和下垫面因素的贡献率分别在-493.83%~213.36%和-99.50%~539.42%之间。这表明流域径流变化主要受降水和下垫面条件的驱动,尤其是植被变化对径流的影响逐渐增强。研究成果将支撑山区流域水资源可持续利用,服务黄河与长江流域的生态保护与高质量发展。
    2024-11-25 , DOI:
    摘要:
    为揭示盐渍土在干湿循环作用下的蒸发特性和裂隙发育特性,进而探究其内在影响机理,该研究设置5种盐度(0、0.3%、0.6%、1%、2%)的Na?SO?、CaCl?、NaCl型盐土,开展恒温蒸发试验,同时对Na?SO?型盐土进行干湿循环试验,结合数字图像处理技术对蒸发过程中土壤干缩裂缝网络几何形态特征进行定量分析,并进一步系统揭示水分蒸发与收缩开裂互作以及盐分(包括盐分类型和含盐量)和干湿循环对水分蒸发和收缩开裂的作用机制。结果表明:(1)不同处理蒸发过程具有相似性,即蒸发过程均包含一个线性阶段和一个非线性阶段。(2)盐分抑制了土壤水分蒸发,随着土壤含盐量的增加,抑制作用也不断增强;盐分类型和干湿循环能够改变土壤减速段的蒸发速率。(3)盐分类型对裂缝发展影响显著。对于Na?SO?型盐土,土壤盐分可以抑制表面裂缝的形成和发展,盐渍土的裂隙面积密度、裂隙总长度和平均宽度分别降低了4.5%~9.4%、0.01%~7.9%和10.5%~21.3%;而对于CaCl?和NaCl型盐土,随土壤含盐量的增加,裂隙面积密度分别增加了2.8%~5.5%和3.5%~8.3%,裂隙总长度分别增加了17.7%~35.0%和11.9%~36.9%,而裂隙平均宽度分别降低15.5%~22.1%和8.8%~21.5%。(4)干湿循环对裂隙指标的影响表现为低盐时抑制、高盐时促进,并且随着干湿循环次数的提高,这种影响也不断增强。机理分析表明,不同类型盐土的溶质势和晶体形态是影响土壤蒸发特性和裂隙发育的重要因素;钠质土壤相较钙质土壤具有更大的扩散双层,降低了土壤的抗拉强度;Na2SO4通过促进微团聚体间胶结和堵塞土壤孔隙等途径抑制地表开裂;干湿循环通过膨胀引起的裂纹愈合促进表面开裂。
    2024-11-25 , DOI:
    摘要:
    针对辽西半干旱生态脆弱区内铁矿采选产生的铁矿尾砂等废弃物大规模堆积占地、污染环境,而露天采坑等废弃地复垦土源匮乏的问题,提出利用铁矿尾砂等充填采坑并构造农田土壤剖面构型的铁矿尾砂大规模农业资源化利用理念。通过采集铁矿尾砂和区域正常农田土壤,实验分析铁矿尾砂的基本理化特性、元素含量及利用的可行性;基于“土层生态位”和“土壤关键层”理论,探讨其作为土壤剖面构造材料的作用机理;结合已有实践经验,构建出适合辽西半干旱气候特点的具有“壤-砂-黏”结构的农田土壤剖面构型技术模式。结果表明:1)铁矿尾砂的砂粒含量为28.49 %~33.23%,粉粒含量为66.11%~71.64%,黏粒含量小于1.0%;pH呈弱碱性,电导率能满足作物生长要求,无重金属污染,且富含作物所需的有益微量元素,可作为土壤剖面重构材料。2)铁矿尾砂构造土壤剖面构型的作用机理是利用其砂粒结构粒间大孔隙蓄水的特征作为保墒层,结合采矿剥离表土和底层红黏土,构造形成“壤(表层)-砂(蓄水层)-黏(保水层)”结构的土壤剖面,起到蓄水保墒的作用;同时,将铁矿尾砂以25%掺混在黏质表层土壤中,增加耕层厚度的同时改良土壤质地。3)具体构造技术模式:按从下到上的顺序依次铺设“粒径20~50 cm的大块废石(充填至距地表1 m)-粒径4~6cm的碎石(20~30 cm)-红黏土(20~30 cm)-铁矿尾砂(20~30 cm)-剥离表土(20~30 cm,掺混约25%的铁矿尾砂)”。通过分析辽宁省建平县的4个复垦案例,证明该技术不仅能解决矿区固废堆积带来的生态环境问题,还能增加耕地面积,提升农田质量,种植玉米增产705 kg/hm2,缓解矿农用地矛盾,保障国家粮食安全。形成的矿区生态修复的新模式,可在其他类似铁矿区因地制宜地推广应用。
    2024-11-25 , DOI:
    摘要:
    探究深远海空间布局管控方法对推动海洋空间优化配置,释放“蓝色潜力”,缓解我国近岸海域资源、生态环境和空间利用等多重压力,推动实现海洋强国战略具有重要意义。该研究面向多要素、多维度、长时序的深远海空间格局解析,构建基于多源数据空间化的识别方法,以粤东外海为实证对象布局“三类空间”,并挖掘各类用海活动的时空特征,建立空间用途管控规则。研究结果表明:1)深远海空间可划分为保护,保留和利用空间,分别对应维护安全的保护功能、保留功能和开发利用功能;2)粤东外海保护空间占比达到46%,高于保留空间(43%)和利用空间(11%),生态保护、自由航行、矿产勘探等用途优先于其他开发利用活动;3)以时间尺度和垂直深度表征用海活动特征,结合可移动性和空间占用范围,分析用海活动的时空轨迹与冲突关系,提出以合理利用空间资源,精细化管理为目标的空间准入规则。研究结果对于深远海空间规划的理论研究与方法构建具有一定借鉴意义,也可为推动我国空间利用、健全国土空间规划体系提供决策支持。
    2024-11-25 , DOI:
    摘要:
    碳储量是陆地生态系统的重要组成部分,其时空分布特征及驱动机制对区域可持续发展的推进具有重要意义。现有研究主要聚焦于历史和现状的碳储量分析,但对未来碳储量的研究,尤其是在多种土地利用情景下的刻画,仍显不足。这种局限性削弱了碳储量研究对区域可持续发展目标的实际指导作用。本研究构建了MOP-PLUS-InVEST耦合模型,定量预测了滇中城市群自然发展情景(natural development scenarios,NDS)、生态保护情景(ecological protection scenarios,EPS)、经济发展情景(economic development scenarios,EDS)、可持续发展情景(sustainable development scenarios,SDS)4种情景下的土地利用和碳储量的时空分布格局。同时,采用最优参数地理检测器(optimal parameters geographical detector, OPGD)模型探究碳储量空间分异的驱动机制,为优化低碳发展路径提供了新思路。结果表明:1)2000—2020年,碳储量累计损失1.95×107t,尤其在2010—2020年,由于城市化进程加快,损失尤为严重;在各类土地利用类型中,草地的碳储量损失最大;2)在未来情景下,4种情景中的建设用地均呈现持续增长趋势,而碳储量则有所下降。其中,生态保护情景的碳储量降幅最小,减少了2.84×106t,经济发展情景的碳储量降幅最大,减少了1.678×107 t ;4种情景的碳储量空间分布具有一定相似性,高值区主要集中在研究区西部和南部,低值区主要分布在中部;3)碳储量受多种因素共同驱动,其中归一化植被指数和夜间灯光指数是碳储量空间分异的主导因子,自然因素和社会因素对碳储量空间分异的影响程度不同,其中人类活动在碳储量变化中起着关键作用。本研究结果可为滇中城市群国土空间规划实施评价、“双碳”目标及可持发展目标的实现提供理论和技术支持。
    2024-11-22 , DOI:
    摘要:
    快速城镇化影响下,传统村落公共空间演变与社会需求错位的问题凸显,从物质空间与社会需求相匹配的视角开展公共空间的结构特征分析,并提出优化方案显得极为迫切。当前研究多聚焦于单一类型与层级的公共空间,且对空间整体以及空间中使用主体的考虑不足,尚不能对当前传统村落公共空间的更新优化提供科学指引。研究以北京市南窖村为例,通过耦合社会网络分析(Social Network Analysis, SNA)法与空间句法,建立客观物质空间网络与轴线模型以及主观村民行为网络模型,对公共空间结构进行“村域-街巷-节点”多层级解析,以探究村民视角下公共空间节点与街巷空间互动机制。结果表明:(1)南窖村聚落空间呈带状分布,形成了中部聚集、边缘分散、内部街巷均匀分布的聚落肌理。公共空间呈现为以历史文化区域为中心、交通干道为轴的空间网络结构。具有相似空间特征的聚落形态在京西山地河谷型传统聚落中广泛分布。(2)南窖村公共空间节点所处的街巷空间的选择度与界面的连续性反映该节点与周围环境的连接水平的同时,也影响该空间在村民日常活动中的使用程度。(3)南窖村公共空间围绕聚落主街与历史文化设施,形成了具有倾向性的派系格局。派系内部节点连接密切,韧性较强,村民使用率高,派系之外,节点无法充分发挥空间潜力,这与中介节点与功能设施配套不足导致的村民行为感知弱化紧密相关。(4)南窖村的村民活动的开展倾向于选择与生活空间有机融合且具有较高历史文化属性的公共空间,展现了京西地区乡土社会厚重的历史文化习俗对村民行为偏好的影响。最后,研究针对性提出“连线-增点-赋能”的优化建议,以期为传统村落公共空间精确优化与可持续发展提供支持。
    2024-11-22 , DOI:
    摘要:
    城市农业是现代农业及城市系统的重要组成部分,推动城市农业多元功能价值实现,对于加快农业转型升级、促进城乡融合发展具有重要意义。本文在对相关概念内涵进行系统辨析的基础上,分析城市农业功能价值实现的供需逻辑及现实困境,理序国土空间规划在城市农业功能价值实现中的作用机理,探索提出“供需适配下国土空间规划中城市农业功能价值实现”的路径框架。结果表明:1)城市农业具有伴生性、高效性、复合化、个性化等内涵特征,兼具农业基础生产功能和社会、经济、生态、文化、景观等农业多元拓展功能,探索实现城市农业功能价值的全面“显化”意义重大;2)当前城市农业面临着生产要素供给不足、农业资源易被挤压、产品供给与需求错配、生态环境保护压力大、社会认知与参与度低、政策制度保障不完善等现实困境。以国土空间规划为引领,推进供需两端的精准有效对接是城市农业功能价值实现的关键所在;3)需要以“系统评价、目标定位,空间引导、产业指引、机制创设”五项主要任务为核心,以“总体规划、专项规划、详细规划”三类规划传导为重点,构建基于供需适配的国土空间规划中城市农业功能价值实现的逻辑框架。
    2024-11-22 , DOI:
    摘要:
    为水土流失预防和科学治理提供参考,基于1961-2023年中国均一化逐日降水资料对降雨侵蚀力进行估算,并结合侵蚀性降雨特征开展降雨侵蚀力变化趋势和成因分析,并探讨降雨侵蚀力的极端变化,在此基础上,摸清中国及十大流域降雨侵蚀力变化危险状况,并基于Hurst方法预估未来变化趋势。结果表明:1)1961-2023年,中国及东南诸河、西北诸河流域年降雨侵蚀力呈现显著增加趋势,西南诸河流域则呈现显著减少趋势,其余大多数流域增加趋势不明显;2)中国及十大流域大多年侵蚀性降雨量、雨日、平均降雨强度增加,其中平均降雨强度和/或降雨量的变化为大多数流域年降雨侵蚀力变化的主要成因;3)中国大部地区年最大日降雨侵蚀力增加,10年一遇次降雨侵蚀力1961-2023年相比1961-1990年呈增加的站点比例多达64.3%;4)近60年来,中国大部地区降雨侵蚀力变化具有危险性,站点比例达80%,其中降雨侵蚀力总量及极端都呈增加变化的类型在各流域均最为突出、范围最大;5)除西南诸河流域外,预估大多数流域年降雨侵蚀力未来变化趋势将均以持续增加为主。目前和未来气候条件对我国水土流失治理不容乐观,需根据降雨侵蚀力变化特点,因地制宜制定长期规划和采取有效措施。
    2024-11-14 , DOI:
    摘要:
    农业施肥氮素流失引发的面源污染已成为水体污染的主要因素,识别和评价氮肥施用的环境风险程度是水环境污染防治的重要前提。本研究以淮河洪泽湖以上流域为研究区,基于景观生态学的“源-汇”理论,提出改进的最小累积阻力模型。一方面根据氮肥施用强度采用化肥污染风险指数来评价研究区氮肥面源污染的源风险;另一方面选取高程、坡度、土地利用、地形湿润指数、降雨侵蚀力和土壤可蚀性作为影响面源污染迁移的关键阻力因子来构建综合阻力基面,并创新性地提出基于坡面汇流路径构建氮肥面源污染的汇风险;最后结合源风险和汇风险构成氮肥面源污染的综合风险指标,划分了研究区面源污染的风险等级。研究结果表明:①研究区氮肥面源污染的源风险值为0~0.76,平均值为0.53,普遍存在着过度施肥的情况,尤其是研究流域所辖的河南省内的商丘市、周口市、驻马店市及信阳市;②在各阻力因子空间共同作用下,综合阻力基面值呈现出由西南向东北方向逐渐降低的空间趋势,汇风险围绕着淮河干流向外呈现出减小的趋势,且淮河干流以北由于汇流路径更长其汇风险要明显低于南部区域;③综合风险显示中等风险及以上的面积占整个研究区面积的71.04%,整体面临着较为严峻的氮肥面源污染风险;④极高风险区主要集中在淮河干流上游的信阳市和驻马店市的北部,淮河干流以北的周口市、商丘市、阜阳市、宿州市和亳州市都有着较大面积的高风险区,低风险区则主要分布于淮河干支流的河源山区地带。本研究依据不同等级的氮肥面源污染综合风险提出了有针对性的防治措施,能够为流域尺度农业面源污染的科学防范和有效治理提供决策依据。
    2024-11-14 , DOI:
    摘要:
    农业工程是实现农业现代化的重要物质基础和保障,泛指农业工程技术、农业工程学科及农业工程建设三方面的内容。在我国乡村振兴视域下,以农业工程服务对象的拓展为主线,对美国、欧洲和东亚地区等典型国家与地区的农业工程发展进程及特征分别进行剖析,提炼、归纳得出世界农业工程发展的一般规律;根据该规律,演绎推理中国农业工程的发展状况及所处阶段,并结合中国国情、乡村振兴发展需求,总结中国农业工程现阶段发展从中得到的启示。结果表明,按服务对象的拓展,世界农业工程经历了从1.0到4.0的演进:前期为服务于简单农业生产的农业工程1.0;学科产生后主要为农业生产服务的农业工程2.0;服务对象拓展到农业生产与农村建设并重的农业工程3.0;服务对象拓展到生物系统的农业工程4.0,即生物系统工程;世界农业工程的发展表现为前期注重生产、后期生产生活并重,其发展受到其他科技发展影响,变化的原动力为社会需求。乡村振兴视域下,结合中国农业农村发展的阶段及特色、“三农”发展策略,世界农业工程发展规律对我国的启示为,当前阶段,我国应大力发展农业工程3.0,即农业及农村同等重要的农业工程。
    2024-11-13 , DOI:
    摘要:
    为提高净生态系统交换量(net ecosystem exchange,NEE)在长期缺失下的插补精度,为地球碳循环的后续研究提供关键数据,该研究提出了一种用于NEE长时间缺失值插补的模型Adapter-Reverseformer(ARformer)。首先,为了更好地捕NEE数据的时序特征,重新设计和优化了层归一化(layer normalization)、前馈网络(feed-forward network)和自注意力模块(self-attention)3个模块的功能,模型能够使用更长的回望窗口,从更长的时间序列中捕获时序特征;其次,设计了特征融合模块Attention-MLP,以拟合NEE与环境因子的即时响应关系,提高模型在不同土地利用类型NEE数据上的插补精度。在全球长期通量观测网络(FLUXNET)65个站点、10种土地利用类型的数据上进行试验,结果显示,ARformer模型的R2在0.762~0.913之间,均方根误差(root mean square error, RMSE)、平均绝对误差(mean absolute error, MAE)和偏差(bias)在0.668~2.724、0.410~1.751和-0.024~0.067μmol/(m2·s)之间。在不同缺失长度和土地利用类型下插补精度均高于边际分布采样法(marginal distribution sampling, MDS)、随机森林(random forest, RF)、DLinear、PatchTST和iTransformer。该研究结果可为NEE数据在长时间缺失场景下的插补提供参考。
    2024-11-12 , DOI:
    摘要:
    土壤水分是影响农业生产和生态环境的关键变量,准确获知土壤水分空间分布信息具有重要意义。宇宙射线中子法(Cosmic Ray Neutron Probe, CRNP)可以实现对田块尺度土壤水分的连续观测,但其在不同地理环境及植被覆盖类型条件下观测土壤水分的能力还需要进一步加深理解。本研究在全球范围内选择了具有代表性的16个观测站点数据,采用统一的数据处理流程和土壤水分估算方法,开展了不同气候带及植被覆盖条件下的CRNP土壤水分观测能力的系统性综合比较。结果表明,总体而言,CRNP观测对土壤水分的动态变化敏感性强,且能够明确响应降水事件。在草地覆盖类型条件下,除1个站点结果相对较差外,其他站点表现出了非常高的土壤水分估算精度,RMSE和ubRMSE最优达0.03 cm3/cm3,Bias最优达-0.01 cm3/cm3,R2高达0.93;对于农田和森林覆盖的站点,观测结果质量仍然较高,RMSE最优为0.05 cm3/cm3,ubRMSE最优为0.03 cm3/cm3,Bias最优为0.006 cm3/cm3,R2最优为0.88;在灌木地区,所选站点的CRNP观测效果受局地环境强烈影响,土壤水分估算精度存在较大差异。通过结果分析有助于我们更好的了解CRNP观测土壤水分的能力和潜力,为在不同植被覆盖和气候条件下应用CRNP观测捕捉田块尺度土壤水分时空变化信息提供科学依据和参考。
    2024-11-07 , DOI:
    摘要:
    土栖白蚁作为严重危害水利工程和园林树木的重要害虫,其活动迹象的及时识别对于实施有效的蚁害预警和控制措施至关重要。针对这一需求,本研究开发了一种改进的一阶段目标检测算法:ACP-YOLOv5s,该算法基于广泛应用的YOLOv5s模型,并通过集成自适应颜色感知模块(ACP-Module)对其进行优化,显著增强了模型在复杂自然环境下的特征提取和颜色感知能力,特别是在处理颜色混淆问题时,能够有效提升模型的稳定性和泛化性能。在模型的颈部结构中加入了CARFE上采样模块。该模块通过扩展感受野并重新组织特征信息,有效提高了模型对细节的捕捉能力,从而显著提升了识别精度。通过实验验证,改进后的ACP-YOLOv5s模型在土栖白蚁活动迹象检测的具体任务中,显示出更高的精确率和平均精度均值。与Faster R-CNN、YOLOv5s、YOLOv5m、YOLOv8和YOLOv9这几种模型相比,ACP-YOLOv5s模型的精确率分别提升了5.3、5.0、3.4、7.9和0.1个百分点,平均精度均值分别提升了6.7、2.9、1.4、2.2和0.4个百分点。证明了改进后的ACP-YOLOv5s模型在提高模型对复杂环境适应性方面的有效性,有助于加强对土栖白蚁侵害的早期预警和精确控制,为水利工程和园林树木白蚁防治工作提供了强有力的技术支持。
    2024-11-07 , DOI:
    摘要:
    针对脐橙在采收及运输过程中受到外部载荷挤压所造成的损伤问题,本研究对脐橙受压形变过程展开试验,分析不同压缩尺度对脐橙损伤程度的影响,探究脐橙挤压损伤大小的参数辨识方法。通过对脐橙在横向、纵向和斜向的抗压强度试验,获得脐橙3个方向的载荷-位移曲线,确定准静态压缩试验的前置条件。在此基础上,研究脐橙在不同压缩位移条件下的损伤规律,通过测量脐橙在横向压缩前后受压方向上的尺寸变化得出脐橙挤压恢复系数;然后采用石蜡切片观察脐橙受压处果皮组织微观结构变化;并将压缩试验后的脐橙样品置于室温条件下避光贮藏,定期测量其质量损失率。结果表明:脐橙的横向压缩极限载荷均值小于纵向和斜向的载荷均值,当对脐橙施加横向压缩载荷时,果实挤压恢复系数在压缩位移达到12.5 mm时,脐橙挤压恢复系数显著降低,果皮油胞破裂,贮藏期内质量损失显著增大;而当压缩位移不超过10 mm时,果实挤压恢复系数接近于0.75,且果皮油胞完好无损,即脐橙果实几乎无损伤。通过试验和有限元仿真相结合的方法,分析了脐橙在不同压缩尺度下果皮及果肉的应力分布,仿真结果表明:脐橙果肉组织在12.5mm压缩尺度下的应力已非常接近极限屈服应力,外部载荷对果肉组织先造成不可逆的塑性变形,验证了脐橙准静态压缩试验的准确性。因此,为确保脐橙在采运过程中不造成损伤,则脐橙受挤压形变范围应控制在10 mm以内,所受外载荷不超过63.24 N。该研究结果可为脐橙采运过程中的减损设计及采后储藏方式提供参考。
    2024-11-07 , DOI:
    摘要:
    等效液滴速度和粒径是衡量喷头喷洒质量和液滴破碎程度的重要参数。随着光学仪器在喷灌试验中的普遍应用,液滴速度也能被测量,相应的液滴等效指标计算方法也应得到改进和发展。本研究提出一种能量加权的液滴等效指标计算方法;基于5种类型喷头喷洒液滴数据,对比能量加权方法与其他类型方法计算结果的特点和差异;建立能量加权等效指标与其他类型指标的回归关系。结果表明:1)能量加权等效方法计算的液滴等效速度和等效粒径可以表征出能量贡献率高的液滴的特征;2)经验公式计算的液滴终端速度与能量加权等效液滴速度存在较好的指数回归关系,和体积有关的等效粒径与能量加权等效液滴粒径存在较好的指数回归关系,相关系数均大于0.8;3)基于能量加权的等效液滴动能可以较好的估计单位时间和单位面积的降水动能,对数回归关系的决定系数为0.84。研究结果可为从能量角度反映液滴的平均特征提供思路。
    2024-11-06 , DOI:
    摘要:
    非点源(NPS)污染风险评价是有效管理流域水环境的重要前提。了解流域非点源污染风险的时空特征,对于流域非点源污染风险研究和科学管理具有重要意义。基于此,本研究针对王快水库这一北京重要战略水源地,开展基于水环境容量的非点源污染风险研究,分析丰水年汛期与非汛期、平水年汛期与非汛期、枯水年汛期与非汛期6个时期的土壤养分流失的时空分布特征。本文的主要结论如下:1) 模型校准期和验证期径流、全氮(TN)和全磷(TP)的纳什效率系数(NSE)在0.68-0.93之间,平均绝对百分比偏差(MAPE)在0.001-0.007之间,决定系数(R2)在0.76-0.99之间,模拟结果均满足模型的精度要求。校正后的SWAT模型能较好地再现该流域的径流和养分(即总氮和总磷)过程。2) TN和TP在不同水文时期的非点源污染风险具有明显的时空异质性。其中,枯水年非汛期TN污染高风险区所占比例最大,枯水年汛期TN高风险区所占比例最小。丰水年汛期TP高风险区比例最大,平水年汛期TP高风险区比例最小。这主要是降水的直接影响。3) 冗余分析(RDA)发现,该流域TN和TP的流失风险与污染物通量、上游输入浓度与水环境容量存在相关关系,验证了对王快水库上游流域展开多尺度的NPS污染风险分析是有必要的。研究结果将为流域时空尺度上的NPS污染控制提供有效的依据,也为经济发展提供支撑。
    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。
    , DOI:
    摘要:
    针对目前滩涂贝类采捕设备存在工作时驱动部件沉陷量大、装置运载能力差等问题,设计了一种基于螺旋推进原理的滩涂运输行走装置,并对该行走装置进行结构优化与试验研究。利用Discrete Element Method-Multibody Dynamics(DEM-MED)耦合仿真技术,研究螺旋叶片结构对螺旋推进器工作性能的影响。采用正交试验法,对螺旋叶片的高度、厚度、螺旋升角等结构参数进行优化,获得了螺旋升角、高厚比、高径比的最优设计组合为叶片升角25°,高厚比20,高径比0.3。试制试验样机并进行空载和负载工作性能试验。结果表明:行走装置在空载、负载10和15kg时的滑转率分别为46.92%、63.56%以及58.34%,滑转率随负载的增加整体呈上升趋势;沉陷量分别为47.59、60.09和70.22mm,和负载呈正比例关系,比例系数1.512;系统的额定负载约为8 kg,极限负载约为21.61 kg,在滩涂环境中具有较好的运载能力,研究结果为开发适应性与工作效率更高的滩涂贝类采捕设备奠定基础。
    , DOI:
    摘要:
    为解决强噪声、低光照、高湿度环境下循环水养殖车间水质巡检难题,该研究提出采用三维激光雷达定位技术的水质巡检系统,同时基于多目标遗传算法考虑5个主要目标解决机器人的最佳路径规划问题,包括安全性、距离、平稳性、行程持续时间和无碰撞路径,并通过试验验证水质巡检系统可行性。研究结果表明,当巡检系统以0.5m/s巡航时,实际导航路径与目标路径的横向最大偏差为7.2cm,纵向最大偏差为6.3cm,航向偏差最大为 6.9°;基于多目标遗传算法改进后的路径规划方法较多目标进化和随机同源类查找器方法,路径规划时间分别减少了31 %和42 %,障碍物碰撞率分别降低了15 %和31 %;当选择时间复杂度最小路径时,所提算法规划的路径更高效平滑。研究结果可为养殖车间水质巡检系统研发提供参考。
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    摘要:
    2010,26(11):1-7, DOI:
    [摘要] (33700) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (10999)
    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] (27282) [HTML] (0) [PDF 392.78 K] (8062)
    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] (21599) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (9879)
    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] (7377)
    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] (18336) [HTML] (0) [PDF 3.96 M] (7517)
    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] (18193) [HTML] (0) [PDF 5.12 M] (5448)
    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] (18137) [HTML] (0) [PDF 361.61 K] (4074)
    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] (17459) [HTML] (0) [PDF 522.80 K] (4520)
    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] (17397) [HTML] (0) [PDF 3.61 M] (5070)
    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] (17214) [HTML] (0) [PDF 395.08 K] (3841)
    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] (17180) [HTML] (0) [PDF 772.45 K] (4052)
    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] (16756) [HTML] (0) [PDF 6.48 M] (7053)
    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] (16730) [HTML] (0) [PDF 6.90 M] (4696)
    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] (4984)
    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] (16416) [HTML] (0) [PDF 3.29 M] (4171)
    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] (16275) [HTML] (0) [PDF 413.47 K] (3450)
    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] (16255) [HTML] (0) [PDF 4.73 M] (4709)
    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] (16214) [HTML] (0) [PDF 5.69 M] (4407)
    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] (2414)
    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] (2914) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (119390)
    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] (1386) [HTML] (0) [PDF 5.55 M] (60132)
    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] (1507) [HTML] (0) [PDF 8.68 M] (54666)
    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] (2542) [HTML] (0) [PDF 5.45 M] (43150)
    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] (3449) [HTML] (0) [PDF 560.68 K] (41223)
    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] (3056) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (21704)
    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] (3145) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (21252)
    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] (1618) [HTML] (0) [PDF 8.24 M] (19396)
    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] (1644) [HTML] (0) [PDF 5.26 M] (18855)
    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] (3231) [HTML] (0) [PDF 11.40 M] (18665)
    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] (2035) [HTML] (0) [PDF 3.39 M] (18301)
    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] (1973) [HTML] (0) [PDF 22.64 M] (18263)
    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] (2889) [HTML] (0) [PDF 6.54 M] (16356)
    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] (2039) [HTML] (0) [PDF 1.94 M] (15637)
    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] (3567) [HTML] (0) [PDF 968.95 K] (15176)
    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] (2298) [HTML] (0) [PDF 4.66 M] (14149)
    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] (1885) [HTML] (0) [PDF 1.77 M] (13810)
    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] (1813) [HTML] (0) [PDF 3.89 M] (13425)
    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] (4323) [HTML] (0) [PDF 15.27 M] (13266)
    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] (10266) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (12475)
    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] (3598) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (5789)
    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。
    2005,21(8):169-173, DOI:
    [摘要] (2015) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (7495)
    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。
    2003,19(3):1-4, DOI:
    [摘要] (2386) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2877)
    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。
    2009,25(12):211-217, DOI:
    [摘要] (4047) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (5059)
    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。
    2003,19(2):210-213, DOI:
    [摘要] (1875) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (3229)
    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。
    1999,15(1):1-8, DOI:
    [摘要] (2260) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (3337)
    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。
    2002,18(1):1-5, DOI:
    [摘要] (2078) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2535)
    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
    2006,22(11):269-272, DOI:
    [摘要] (2940) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (4418)
    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。
    1999,15(3):33-38, DOI:
    [摘要] (3404) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (3546)
    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。
    2002,18(1):22-26, DOI:
    [摘要] (1905) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (3367)
    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%。
    2008,24(12):291-296, DOI:
    [摘要] (3750) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (5542)
    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] (1835) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (3521)
    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。
    2007,23(9):276-282, DOI:
    [摘要] (3433) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (4386)
    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。
    2004,20(1):13-15, DOI:
    [摘要] (1534) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2290)
    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。
    2002,18(2):49-52, DOI:
    [摘要] (1553) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (3021)
    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] (1948) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (3290)
    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] (2637) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (9111)
    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] (2742) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2646)
    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] (3326)
    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。
    2003,19(2):39-44, DOI:
    [摘要] (1843) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2947)
    摘要:
    以一块面积约为13.3 hm2的冬小麦田为研究区,利用GPS接收机定位,按50 m×50 m设置网格,共取63个采样点,测定土壤表层(20 cm)内的土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾、容重、田间土壤含水率和电导率,研究麦田土壤特性的空间变异规律。采用传统统计学和地统计学相结合的方法对所取的数据进行了分析,利用Arcview3.2软件的空间分析功能,绘制了表达这些土壤特性随机性和结构性的半方差图和空间分布图。研究结果表明:所有土壤特性均服从正态分布;土壤容重具有弱变异强度,其它土壤特性具有中等变异强度;土壤有机质、全氮、碱解氮、速效钾和电导率具有很强的相关性,土壤容重、速效磷和含水率具有中等强度的空间相关性,土壤特性的相关距变化范围为246.8~426.8 m。该成果可为农田的定位施肥、灌溉以及其它的农田精细管理提供依据。
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