农业工程学报
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农业装备工程与机械化
施肥无人机槽轮式排肥器的槽轮结构参数优选
宋灿灿，周志艳，王国宾，王勋威，臧英
2021,37(22):1-10, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.001
[摘要] (347) [HTML] (0) [PDF 1.68 M] (811)
摘要：
现有槽轮式排肥器存在低转速下脉动性较强和排量范围较小的问题，较难满足农用无人机低空高速施肥对大排量范围以及排量连续性和准确性的要求。针对以上问题，该研究设计了凹槽形状和凹槽列数不同的排肥槽轮，并利用EDEM仿真模拟和台架试验测试了各槽轮的排量范围以及排肥时的脉动性和准确性，优选出满足无人机施肥要求的排肥槽轮。仿真结果表明，转速为10～40 r/min时，凹槽的截面形状和列数对脉动性影响较大，且直槽槽轮的脉动性较为明显，外切4列和内切5列对脉动的幅度和时间间隔的影响最小。台架试验结果表明，转速为40～120 r/min时，各槽轮排放复合肥和尿素的排量均在17 kg/min以上，且均随转速的增大而增大，能够满足无人机施肥时对排量的需求。方差分析表明凹槽截面形状和凹槽列数的主效应和交互作用对排量的影响均显著（P=0.000），而且会受到转速的干扰。对于复合肥，外切6列、直槽6列和外切5列槽轮的变异系数波动最小，基本稳定在1%以内；内切4列、内切6列和外切4列槽轮的变异系数波动范围稍大，但均在3%以内。对于尿素，内切4列和直槽4列的变异系数波动较大，排量准确性较差，内切6列和直槽6列槽轮的变异系数波动较小，基本稳定在1%以内；直槽5列、内切5列、外切4列、外切5列和外切6列槽轮的变异系数波动范围基本在1%～2%。综合低转速下的排量脉动性和高转速下的排量准确性，为了确保不同转速下的排肥效果，施肥无人机排放复合肥时可选择外切4列槽轮，排放尿素时可选择外切4列或内切5列槽轮。该研究可为施肥无人机的排肥性能研究提供参考。
锥形风场式防飘喷雾装置内流道优化与防飘特性
刘昶希，胡军，李宇飞，赵胜雪，张伟，李庆达
2021,37(22):11-20, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.002
[摘要] (130) [HTML] (0) [PDF 1.85 M] (727)
摘要：
锥形风场式防飘喷雾装置是利用辅助气流进行防飘作业的一种创新结构形式。为分析其防飘机理，改善防飘喷雾作业效果，对现有装置进行优化设计与防飘特性研究。基于质子动力学基本定律，构建了单个雾滴在运动空气介质中的受力模型，明晰了锥形风场的防飘机理。运用流体力学理论分析内流道气流损失，并利用CFD数值仿真技术结合风场测试对防飘喷雾装置进行优化设计。结果表明：当内流道弯管的曲率半径设计为4 cm时，优化后装置出口处仿真试验风速较优化前提高23.5%，测试试验风速较优化前提高28%，风机有效利用率提高21.2个百分点，优化方案合理。风洞条件下装置防飘特性试验结果表明：侧风风速、喷头高度、锥风风速与总雾滴飘移量占比具有相关性，通过多因素正交试验建立的竖直和水平方向的数学模型显著性较高（P<0.05，R2分别为0.934、0.945），表明锥形风场可以抵御绕流涡旋的产生，具有减少雾滴在纵向高度上随风飘失的特性。该研究可为综合分析雾滴飘移沉积规律提供一定参考。
酿酒葡萄清土起藤机刮板与防寒土相互作用研究
杨启志，赫明胜，施雷，施爱平，赵晓琪
2021,37(22):21-30, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.003
[摘要] (101) [HTML] (0) [PDF 1.25 M] (584)
摘要：
中国西北酿酒葡萄主产区春季的清土起藤作业机械化刚刚开始，针对目前单刮板清土部件作业整机功耗高，清土效率低以及缺乏与防寒土动态作用的理论研究等问题，本文提出了刮板式清土机的设计理论及方法，并设计了一种双刮板式清土起藤机。首先，根据中国西北葡萄种植地区清土农艺要求，确定刮板的数量及外形尺寸，然后通过理论分析大刮板的受力，确定影响其工作阻力的主要因素，并通过EDEM离散元仿真，对设计的具有不同曲面形式、切削角及倾斜角的刮板进行土壤离散颗粒群与机械刮板相互作用仿真，分析刮板壅土情况和土壤颗粒群的流动规律，然后设计三因素三水平的正交试验，以壅土量为评价指标获得刮板的最佳工作参数，并进行了台架试验验证，结果表明当刮板曲面为抛物线、切削角为55°、倾斜角为60°时，刮板壅土量最少，为43.2kg，清土效果最佳，与仿真结果一致；加工一台双刮板式物理样机并进行了田间试验，与传统单刮板式清土起藤机进行对比试验，结果表明双刮板式清土起藤机的清土率为75.03%，比传统单刮板清土起藤机提高了27.2个百分点，新研制的刮板相对传统刮板壅土量降低了38.74%。研究结果可为后续研制葡萄藤清土起藤机提供技术参考和理论依据。
断梗激励下葡萄果粒的振动脱落特性与试验
闫德，汪建晓，罗陆锋，刘文涛，韦慧玲，王金海，刘宝立，卢清华
2021,37(22):31-40, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.004
[摘要] (91) [HTML] (0) [PDF 2.03 M] (707)
摘要：
针对夹剪式鲜食葡萄采摘中的断梗振动激励引起的果粒脱落问题，对断梗激励下鲜食葡萄的振动脱落特性与动态响应进行研究。首先建立葡萄果实-分梗动力学模型，推导果实脱落的理论角速度，分析果实-果梗摆动脱落的临界分离条件。然后利用ABAQUS软件分析单颗粒葡萄在断梗激振下的动态响应与摆动趋势，探索在无挤压状态下果实形变过程，从而预测串型葡萄在断梗激励下的实际振动响应。最后对串型葡萄的简化模型进行振动有限元分析，获得葡萄果实在脱落前瞬间相对于果梗结合处的位移、速度、加速度和应力应变等数据，从而确定葡萄的临界振动脱落参数组合。通过仿真试验和采摘振动试验验证模型的准确性。结果表明：在断梗激励下，葡萄果实出现不确定的各向异性扭转摆动；对整串葡萄进行0～20 Hz的扫频分析，知受振果实的临界脱落频率约为4 Hz；受振果实摆动幅度为49.88 mm，速度峰值0.92 mm/s，加速度峰值39.08 mm/s2时开始脱落；同一激励下，虽然各个果实位置不同，但它们振动特性变化趋势相同。本研究可为防脱落采摘机构参数设计提供理论依据。
蔬菜育苗播种流水线压穴滚筒装置改进与控制系统设计
孙晗，郭广川，唐帅，薛金林，林相泽，李群
2021,37(22):41-48, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.005
[摘要] (106) [HTML] (0) [PDF 2.32 M] (771)
摘要：
为进一步提高蔬菜育苗播种流水线的控制精度和生产效率，对现有蔬菜育苗播种流水线进行了改进设计。首先将被动压穴滚筒改造为主动压穴滚筒；然后进行了流水线控制系统总体方案改进设计，完成了以传送带速度检测与控制、压穴装置的初始化与位置控制和播种装置的初始化与位置控制为核心内容的控制系统设计；最后进行了流水线的播种试验。试验结果表明主动压穴装置修正了被动型压穴出现偏差的问题，流水线的播种合格率大于90.8%，空穴率小于5.3%，重播率小于3.9%，最高生产效率可以达到800盘/h。该改进设计提高了播种流水线的播种控制精度和生产效率。
农业水土工程
稻田-沟塘系统水氮动态模拟与灌排调控模型构建
梁浩，胡宗荟，杨士红，徐俊增，顾哲，胡克林
2021,37(22):49-57, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.006
[摘要] (108) [HTML] (0) [PDF 684.40 K] (635)
摘要：
沟塘系统对农田排水具有较好的拦蓄能力，是降低中国南方稻区农业面源污染风险的有效措施，定量化评价稻田-沟塘系统水氮过程是合理制定水氮管理措施的关键。该研究以稻田-作物模型WHCNS_Rice为基础，通过添加沟塘水氮平衡和灌排调控过程，构建了稻田-沟塘系统水氮调控模型。并采用太湖流域2 a不同灌排和施肥处理的田间试验数据校准和验证模型，分析不同灌排和施肥处理下稻田-沟塘系统的调控策略。研究结果显示，模型能够模拟不同灌排和施肥处理下稻田土壤含水量、稻田田面水深、径流量、氮素径流损失量、氨挥发量、作物吸氮量和作物产量，模拟的相对均方根误差、一致性指数和模型模拟效率的范围分别为4.6%～29.7%、0.758～0.996和0.073～0.983，均在可接受的范围内。模拟结果显示，与传统处理相比，控制灌溉结合优化施肥，减少了稻田32.1%～36.2%的灌溉水用量和36.7%～67.3%的氮素径流损失，同时平均降低了55.1%沟塘硝态氮浓度，从而降低了沟塘地表氮素径流损失风险。Morris敏感度分析结果显示，稻田土壤水力学参数和沟塘渗漏速率对沟塘水深的模拟影响较大，而作物参数的敏感度相对较低。沟塘硝态氮浓度对稻田水力学参数、沟塘氮素消纳系数和氨挥发一阶动力学系数较敏感。同时，构建的模型能反映不同水氮管理措施和沟塘/稻田面积比下稻田-沟塘系统水分消耗、氮素去向和作物生长过程。该模型可为优化稻田-沟塘系统水氮管理方案、防控农业面源污染提供有力工具。
生物炭添加对矿区压实土壤水力特性的影响
张雅馥，王金满，王敬朋，冯丁饶，李万智，朱秋萍
2021,37(22):58-65, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.007
[摘要] (70) [HTML] (0) [PDF 2.28 M] (745)
摘要：
中国黄土高原大型露天煤矿开采导致土壤质量下降，生物炭作为环境友好型土壤改良剂，在改善农田土壤质量中应用广泛，但在有关矿区压实土壤改良的研究中不够深入。为此，该研究通过室内试验分析不同粒径的生物炭在不同添加量下对矿区排土场压实土壤水力特性的影响。试验采用4种粒径（>1～2、>0.25～1、0.10～0.25、<0.10 mm）与4种添加量（0、4、8、16 g/kg）的生物炭，设计5种压实条件（容重分别为1.3、1.4、1.5、1.6、1.7 g/cm3），并利用van Genuchten模型（VG模型）拟合土壤水分特征曲线。结果表明，添加生物炭后土壤水分特征曲线的相关系数均在0.960以上，标准差均小于0.015，说明VG模型适用于拟合添加生物炭后的土壤水分特征曲线。随着生物炭添加量的增加，土壤孔隙分布明显改变，形成了大量大孔隙和中孔隙，土壤的持水能力提高。在低容重（1.3、1.4 g/cm3）条件下，生物炭粒径越大（0.25～2 mm）添加量越高（8、16 g/kg），土壤持水、保水效果越明显；在高容重（1.5、1.6、1.7 g/cm3）条件下，小粒径（<0.25 mm）和较低的生物炭添加量（4、8 g/kg）则表现出较好的持水能力。对于不同压实条件的排土场土壤，有针对性地施用生物炭，将有效提高土壤持水保水能力，提高土壤中植物的有效利用水分。
加气对灌溉水黏性泥沙絮凝沉降的影响
吕畅，张二信，张文倩，赵雪，王彦邦，牛文全
2021,37(22):66-74, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.008
[摘要] (51) [HTML] (0) [PDF 723.00 K] (624)
摘要：
为研究黄河水水肥气一体化灌溉时加气对灌溉水中黏性泥沙沉降能力的影响，配置5种浓度的高岭土悬浊液（1、3、5、7和10 g/L）和4种肥料质量分数（0、0.2%、0.5%、1.0%）的硫酸钾肥、复合肥及尿素浑水，分析了加气前后的相对含沙量、泥沙中值沉速和沉降泥沙中值粒径。结果表明：加气显著促进浓度为3～10 g/L黏性泥沙的絮凝沉降（P<0.05），且促进作用随泥沙浓度的增加而增强。与未加气处理相比，冬、夏季加气处理后泥沙中值沉速分别提高48.67%～70.98%和33.04%～57.52%，沉降泥沙中值粒径增大7.62%～13.95%和6.83%～13.24%。加气促进黏性泥沙絮凝沉降的作用与浑水中施加的肥料类型及浓度有关，促进作用随肥料浓度的增加而减小。对于肥料质量分数为0.2%～1.0%的硫酸钾肥、复合肥及尿素浑水，加气处理后泥沙中值沉速分别提高20.00%～32.12%、18.71%～130.40%和91.19%～170.21%。施加硫酸钾肥加气后泥沙中值沉速最大，为0.399～0.450 mm/s，施加复合肥加气后泥沙中值沉速最小，为0.288～0.330 mm/s。加气、肥料类型、肥料浓度分别单独或交互均极显著影响泥沙沉降（P<0.01）。研究结果对于明确水肥气一体化灌溉管网系统泥沙淤积规律具有重要意义。
1982-2015年中国植被NDVI时空变化特征及其驱动分析
涂又，姜亮亮，刘睿，肖作林，闵婕
2021,37(22):75-84, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.009
[摘要] (90) [HTML] (0) [PDF 21.84 M] (849)
摘要：
在全球气候变化背景下，多数研究关注植被年际变化趋势及其对降水和气温的响应而忽略了辐射因子的影响。探究持续性和波动变化过程的空间分异特征和定量揭示不同植被类型对季节性多气候要素（降水、气温和辐射）响应规律需进一步深入，并识别植被退化人类活动影响区对中国生态环境保护具有重要意义。该研究基于AVHRR NDVI3g遥感数据、CCI全球土地覆被数据和ERA5-Land数据，采用多元线性回归模型和残差分析等方法，从区域和全国尺度上分析1982-2015年中国植被NDVI（Normalized Difference Vegetation Index）时空变化特征，研究其对季节性气候变化和人类活动的响应。研究结果表明：1）中国的植被变化在空间上具有明显的区域特征，呈现出自东南向西北递减的趋势，变化率范围为-0.016～0.029/a。2）根据Hurst指数分析，80.62%的植被处于持续稳定变化状态。草地和林地的变化趋势趋于不稳定，易受气候变化和人类活动的影响。3）准噶尔盆地、青藏高原以及内蒙古锡林郭勒盟等区域的植被NDVI与气温和太阳辐射呈负相关性，而在云贵高原、黄土高原南部、四川盆地等地区表现为正相关性。4）残差分析结果表明，干旱导致新疆准噶尔盆地和内蒙古中部等干旱区植被退化，而温度和辐射增加是促进东部沿海平原、黄土高原南部、四川盆地和云贵高原西南部等地区植被改善的主要原因。21世纪以来人类活动逐渐加强，包括黄土高原水土保持和退耕还林工程、阿拉善荒漠治理、沿海城市群和东北工业基地的建设等。具体表现为内蒙古阿拉善高原、黄土高原中西部和北部以及华南大部分地区植被改善，东北大、小兴安岭、长白山东部和长江三角洲地区植被退化。该研究对植被变化及其驱动因素的研究，可识别植被退化区，为将来生态修复工程的实施和生态文明建设提供理论依据，助力区域绿色可持续发展。
基于前期雨量和降雨历时对SCS-CN模型的改进
吴艾璞，王晓燕，黄洁钰，黄静宇，王俊，李泽琪
2021,37(22):85-94, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.010
[摘要] (47) [HTML] (0) [PDF 4.24 M] (744)
摘要：
径流曲线法（Soil Conservation Service Curve Number，SCS-CN）对前期产流条件（Antecedent Moisture Condition，AMC）的概化，导致径流预测出现相应的突然跳跃，同时还忽略了降雨历时作为重要组成部分对地表径流的影响，影响了模型径流预测的精度。密云水库是北京市地表饮用水的重要来源，对其上游流域进行降雨径流预测有着重要的生态意义和经济意义。该研究将SCS-CN模型与前期雨量和降雨历时结合，采用API（Antecedent-Precipitation Index，前期降雨指数）模拟土壤前期水分条件，并且提出了一种考虑次降雨事件中土壤前期雨量和土壤入渗量的静态渗透方程，对SCS-CN模型进行了改进。其中，潜在最大蓄水等于前期土壤水分和土壤潜在蓄水量的和，最大静态渗透速度是流域土壤水分达到蓄满时的静态渗透速度，静态渗透系数是与土壤结构、土地利用等相关的无量纲。利用2006-2010年及2014-2020年石匣流域径流小区的200次降雨径流事件监测结果，对新改进的模型与原SCS-CN模型以及两种改进的SCS-CN模型进行了校准、验证和性能比较。结果表明，4种径流模型中，该研究改进的模型表现最好，纳什效率系数为0.77，决定系数为0.79，均方根误差为3.21 mm，相比于SCS-CN模型纳什效率系数、决定系数和均方根误差分别提高了319%、97.5%和107.5%。参数敏感性分析表明，潜在最大蓄水和静态渗透系数是最敏感的两个参数，最大静态渗透速度的参数敏感性一般，初损率的参数敏感性最差。该研究改进模型在密云水库上游潮白河流域降雨径流模拟中具有一定的适用性，可为其他地区产流计算提供参考依据。
作物地膜覆盖技术适宜性及其在东北春玉米上的应用
高海河，刘宏金，高维常，刘勤，钱春荣，靳拓，严昌荣
2021,37(22):95-107, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.011
[摘要] (59) [HTML] (0) [PDF 2.43 M] (751)
摘要：
为从源头解决地膜覆盖技术泛用、滥用问题，提高作物地膜覆盖技术的合理利用性。研究提出作物地膜覆盖适宜性的概念，将其定义为"地膜覆盖技术对作物自身环境要素需求与所在地提供环境要素差异的补偿程度"。该研究以东北春玉米为例，构建春玉米地膜覆盖适宜性的评价体系，通过数据检索的方式收集东北地区田间试验中春玉米地膜覆盖功能数据，明确作物地膜覆盖与不覆盖农田土壤温度和水分、经济产量相关关系，量化作物地膜覆盖的增温保墒、增产功效，筛选春玉米地膜覆盖技术适宜性评价指标，并计算地膜覆盖技术适宜指数，参照作物需求阈值标准和经济效益，明确东北不同熟期春玉米地膜覆盖种植范围，形成春玉米地膜覆盖综合适宜性区划。东北地区春玉米不同生育阶段地膜覆盖耕作层土壤温度（土壤含水率）与裸地土壤温度（土壤含水率）及产量与≥10 ℃积温存在良好的线性关系（P < 0.01）。基于春玉米地膜覆盖适宜性的评价体系，计算了地膜覆盖适宜指数，完成东北地区春玉米地膜覆盖综合适宜分区。作物地膜覆盖适宜性相关研究可为中国地膜投入量零增长和地膜污染综合防控提供可靠技术支撑。
黑土实施16年保护性耕作下土壤结构功能变化特征
郭孟洁，李建业，李健宇，齐佳睿，张兴义
2021,37(22):108-118, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.012
[摘要] (46) [HTML] (0) [PDF 909.22 K] (599)
摘要：
通过东北典型黑土区旱作平地连续16 a保护性耕作田间长期定位试验，研究保护性耕作实施后对土壤结构功能的影响，分析土壤结构功能的生育期动态特征及其与土壤有机碳的相关关系，探究作物产量变化的原因。以玉米-大豆轮作黑土农田为研究对象，设置4个耕作处理：秸秆覆盖免耕（No-tillage with straw returning，NT）和少耕（Reduced-tillage，RT）保护性耕作；平翻（Moldboard-tillage，MT）和旋耕（Rotary-tillage，Rot）传统耕作，探讨大豆幼苗期（Seeding-stage，SS）、开花期（Flowing-stage，FlS）、鼓粒期（Filling-stage，FiS）和成熟期（Maturing-stage，MS）耕层0~20 cm土壤容重、孔隙度、水分状况以及水稳性团聚体含量对耕作方式的响应。在大豆收获后取样测定不同耕作处理土壤有机碳和地表土壤水分入渗速率。结果表明：1）NT改善并稳定土壤结构。NT可以保持容重在生育期内的相对稳定；NT可以有效克服机械压实作用；表层土壤NT水稳性大团聚体（>0.25 mm）含量最多，平均重量直径（Mean weight diameter，MWD）达到0.49 mm，高于其他耕作处理。2）NT提高土壤持水蓄水能力。NT增加表层0~5 cm土壤田间持水量；NT改善地表土壤水分入渗，整体初始入渗速率为其他处理的1.26~1.63倍，非种植带处稳定入渗速率为其他处理的2.24~6.63倍。3） NT显著增加土壤表层0~5 cm有机碳的积累，NT分别比MT、RT和Rot处理高32.59%、30.28%和25.79%。4）NT不会导致作物减产。长期连续保护性耕作尤其是秸秆覆盖免耕在改善土壤的结构功能，并显著增加表层土壤有机碳积累的同时，维持土地生产力，有效克服保护性耕作短期不良效应，提升黑土质量的作用明显。
悬帷段作用下暗管排水流量计算公式探讨
陶园，李娜，王少丽，瞿兴业，管孝艳
2021,37(22):119-126, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.013
[摘要] (31) [HTML] (0) [PDF 587.12 K] (578)
摘要：
暗管排水在降低地下水位过程中普遍存在悬帷段，悬帷段的存在对于暗管排水理论计算提出了挑战。该研究考虑悬帷段对排水流量的影响，提出了悬帷段作用下的暗管排水流量计算公式，基于HYDRUS模型得到不同暗管间距、暗管埋深、不透水层深度以及土壤质地条件下的排水流量模拟值及理论计算公式中的作用水头参数，对比分析了不同土壤质地以及悬挂水头影响下排水流量理论公式的适用性。结果表明提出的考虑悬帷段的暗管排水流量公式计算值与模拟值具有很好的吻合性，提出的6种组合公式计算值与模拟值相关系数均大于0.99，平均绝对误差均小于11%，其中Hooghoudt-Ploeg-B.И.阿拉文公式以及Hooghoudt-Ploeg-Kirkham公式误差更小，此2个理论公式也通过了已有文献的验证，而不考虑悬帷段条件时采用Hooghoudt公式计算得到的理论值则普遍小于模拟值，误差可能超过50%；从不同土壤质地来看，提出的考虑悬帷段的暗管排水流量计算公式在粉土和壤土的适用性最高，其次是砂土；此外，该研究初步证实了悬挂水头和单长暗管排水流量与渗透系数比值之间成线性相关关系。该研究成果对丰富和发展农田排水理论及技术有重要意义。
非饱和砂质黏性紫色土崩解特性及MICP加固试验
黎桉君，许冲，李贤，汪时机，杨寻，李丁伟
2021,37(22):127-135, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.014
[摘要] (21) [HTML] (0) [PDF 6.72 M] (712)
摘要：
砂质黏性紫色土遇水极易崩解是导致西南山区土壤侵蚀流失等水土灾害的重要原因，为揭示其崩解规律和机制，改善土体的崩解性，采用自制崩解测量仪对不同初始干密度、含水率及颗粒级配条件下的紫色土进行浸水崩解试验，并从非饱和有效应力角度分析了其崩解演化机制，在此基础上，通过扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）探讨利用微生物诱导碳酸钙沉积（Microbial Induced Calcite Precipitation，MICP）加固技术对紫色土崩解性的改善效果。结果表明：1）紫色土浸水崩解全过程包含排气吸水期、平衡期、崩解发展期、崩解残余期4个阶段；2）崩解率与平均崩解速率随初始干密度及含水率的增大而减小，且细颗粒含量越高，平均崩解速率越大；3）紫色土浸水后非饱和有效应力的衰减过程受初始饱和度的影响较大，平均崩解速率随初始饱和度的增大呈指数函数衰减；4）MICP加固土的崩解率和平均崩解速率相较于素土分别下降了73～97个百分点和84%～99%，固化沉积的碳酸钙晶体使土体结构中的微裂隙与大孔隙大幅减少，形成较为致密的孔隙结构，大幅增强了粒间胶结强度，使土体抗崩解性能明显提升。MICP技术可以作为西南山区紫色土水土灾害防治的有效措施。
不同降水年型下旱地玉米产量性状对种植密度和品种的响应
张元红，王瑞，徐宗贵，李军
2021,37(22):136-144, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.015
[摘要] (46) [HTML] (0) [PDF 2.17 M] (732)
摘要：
旱地玉米生产受降水分布影响，产量在不同降水年型之间波动较大。为探究种植密度和品种对不同降水年型旱地玉米产量性状的影响，设置4个密度（52 500、67 500、82 500和97 500株/hm2）处理，以豫玉22、郑单958和先玉335为供试品种，于2013-2018年连续定位测定收获期产量性状。结果表明，旱地玉米穗长和穗粗随种植密度增加而下降，秃尖长则呈上升趋势。不同降水年型，穗长、穗粗差异显著（P<0.05），总体表现为丰水年≥平水年>干旱年，秃尖长则呈相反变化趋势。降水年型显著影响旱地玉米产量，平水年和丰水年显著高于干旱年（P<0.05），且平水年和丰水年产量稳定性更高。种植密度显著影响玉米产量性状，单位面积穗数与种植密度呈显著正相关关系（P<0.05），而穗粒数和千粒质量与密度呈显著负相关（P<0.05）。种植密度和品种类型对产量的影响达到显著水平（P<0.05），但不同品种产量对密度的响应不同，豫玉22适宜种植密度为52 500～67 500株/hm2，郑单958和先玉335适宜密度范围为67 500～82 500 株/hm2，且郑单958和先玉335产量稳定性更高。相关性分析表明，在干旱年，无论在任何密度条件下，单位面积穗数和穗粒数是影响产量的最主要因素；在平水年和丰水年，低密度（52 500株/hm2）条件下单位面积穗数是影响产量的主要因素，而在高密度（97 500株/hm2）条件下，百粒质量是影响产量的主要因素。综上所述，从产量效益的角度考虑，较高种植密度（67 500～82 500株/hm2）结合耐密品种（郑单958和先玉335）是适宜于旱地玉米的最佳种植模式。该研究结果可为旱地有限降水的高效利用和玉米高产稳产提供理论依据。
农业信息与电气技术
智能手机RGB图像检测植物叶片叶绿素含量的方法
李修华，卢显杰，奚金阳，张云皓，张木清
2021,37(22):145-151, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.016
[摘要] (128) [HTML] (0) [PDF 2.08 M] (592)
摘要：
为提高RGB（Red, Green, Blue）图像方法在检测植物叶片叶绿素含量的预测精度、普适性和实用性，该研究提出了一种智能手机结合辅助拍照装置获取植物叶片RGB图像并即时检测叶绿素含量的低成本方法。设计了一种内置主动光源的低成本便携式拍照装置，用以降低环境光及拍照角度等因素对成像质量的影响；并采用了基于24色Macbeth标准色卡的二阶多项式回归法构建色差校正矩阵以减小不同手机所获取图像的色差；最后开发了基于微信小程序的远程诊断系统以实现植物叶片叶绿素含量的原地、实时及无损检测。以甘蔗叶片为例，采用了3款不同品牌的手机进行了试验，首先分析了叶片39种颜色特征与其叶绿素含量的相关性及色差校正方法对其的影响。结果表明，该方法获取的叶片颜色特征与叶绿素含量大多具有较强的相关性（相关系数>0.8），同时，色差校正可明显提升多手机混合数据集的颜色特征与叶绿素含量的相关系数，其中RGB色彩空间下三个颜色通道亮度值R、G、B的代数运算特征(B-G-R)/(B+G)的提升最明显，达到了0.842 4，比校正前提高了89%。进一步结合主成分分析构建了色差校正前与色差校正后的叶绿素含量多元线性回归（Multivariate Linear Regression，MLR）和支持向量机回归（Support Vector Regression，SVR）预测模型。针对多手机混合数据集的通用预测模型中，色差校正后的SVR通用预测模型精度和稳定性最高，相比校正前的SVR通用预测模型，五折交叉验证的R2均值达到了0.721 4，提高了14.6%，RMSE均值为0.328 8 mg/g，降低了13.3%；同时，该模型五折交叉验证的R2标准差仅为0.004 2，具有更高的稳定性。该研究为不同手机准确预测植物叶片叶绿素含量提供了一种通用方法。
基于语义分割的非结构化田间道路场景识别
孟庆宽，杨晓霞，张漫，关海鸥
2021,37(22):152-160, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.017
[摘要] (76) [HTML] (0) [PDF 4.65 M] (759)
摘要：
环境信息感知是智能农业装备系统自主导航作业的关键技术之一。农业田间道路复杂多变，快速准确地识别可通行区域，辨析障碍物类别，可为农业装备系统高效安全地进行路径规划和决策控制提供依据。该研究以非结构化农业田间道路场景为研究对象，根据环境对象动、静态属性进行类别划分，提出一种基于通道注意力结合多尺度特征融合的轻量化语义分割模型。首先采用Mobilenet V2轻量卷积神经网络提取图像特征，将混合扩张卷积融入特征提取网络最后2个阶段，在保证特征图分辨率的基础上增加感受野并保持信息的连续性与完整性；然后引入通道注意力模块对特征提取网络各阶段特征通道依据重要程度重新标定；最后通过空间金字塔池化模块将多尺度池化特征进行融合，获取更加有效的全局场景上下文信息，增强对复杂道路场景识别的准确性。语义分割试验表明，不同道路环境下本文模型可以对场景对象进行有效识别解析，像素准确率和平均像素准确率分别为94.85%、90.38%，具有准确率高、鲁棒性强的特点。基于相同测试集将本文模型与FCN-8S、SegNet、DeeplabV3+、BiseNet模型进行对比试验，本文模型的平均区域重合度为85.51%，检测速度达到8.19帧/s，参数数量为，相比于其他模型具有准确性高、推理速度快、参数量小等优点，能够较好地实现精度与速度的均衡。研究成果可为智能农业装备在非结构化道路环境下安全可靠运行提供技术参考。
基于改进MobileNet-V2的田间农作物叶片病害识别
孙俊，朱伟栋，罗元秋，沈继锋，陈义德，周鑫
2021,37(22):161-169, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.018
[摘要] (111) [HTML] (0) [PDF 2.19 M] (794)
摘要：
农作物病害是造成粮食产量下降的重要因素，利用智能化手段准确地识别农作物病害有利于病害的及时防治，该研究基于改进的MobileNet-V2识别复杂背景下的农作物病害，对未来覆盖各种作物的智能化病害识别工作具有重要意义。首先创建含有11类病害叶片及4类健康叶片的农作物数据集，采用数据增强操作构造不同的识别场景。其次在原始模型MobileNet-V2的基础上，嵌入轻量型的坐标注意力机制，建立通道注意力与位置信息的依赖关系。然后对网络中不同尺寸的特征图采取上采样融合操作，构建兼具网络高、低层信息的新特征图。此外，采用分组卷积并删除模型中不必要的分类层，减少模型参数量。试验结果表明：改进模型的参数量为2.30 MB，改进模型的识别准确率在背景复杂的农作物叶片病害数据集中达到了92.20%，较改进前提高了2.91个百分点。相比EfficientNet-b0、ResNet-50、ShuffleNet-V2等经典卷积神经网络架构，改进模型不仅达到了更高的识别准确率，还具有更平稳的收敛过程以及更少的参数。该研究改进的模型较好地平衡了模型的复杂度和识别准确率，为深度学习模型移植至田间移动病害检测设备提供了思路。
采用改进YoloV4模型检测复杂环境下马铃薯
张兆国，张振东，李加念，王海翼，李彦彬，李东昊
2021,37(22):170-178, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.019
[摘要] (138) [HTML] (0) [PDF 4.12 M] (807)
摘要：
为解决马铃薯联合收获机在作业过程中分级清选的问题，并在收获作业过程中实时监测评估收获状态，该研究提出一种在光照亮度变化大、土壤与薯块遮挡、机器振动以及尘土干扰等情况下对马玲薯进行识别检测并快速准确获取马铃薯数量以及损伤情况的机器学习模型。在卷积神经残差网络中引入轻量级注意力机制，改进YoloV4检测网络，并将YoloV4结构中的CSP-Darknet53网络替换为MobilenetV3网络，完成特征提取。试验结果表明，基于卷积神经网络的深度学习方法相比于传统Open-CV识别提高了马铃薯识别精度，相比于其他传统机器学习模型，MobilenetV3-YoloV4识别速度更快，马铃薯识别的全类平均准确率达到91.4%，在嵌入式设备上的传输速度为23.01帧/s，模型鲁棒性强，能够在各种环境下完成对正常马铃薯和机械损伤马铃薯的目标检测，可为马铃薯联合收获机智能清选以及智能收获提供技术支撑。
农业生物环境与能源工程
农业生物质能温室气体减排潜力
霍丽丽，赵立欣，姚宗路，罗娟，张沛祯，谢腾，贾吉秀，邓云，魏欣宇
2021,37(22):179-187, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.020
[摘要] (59) [HTML] (0) [PDF 678.33 K] (573)
摘要：
中国拥有丰富的农作物秸秆和畜禽粪污等农业废弃物资源。农业生物质能技术是促进农业废弃物资源有效利用的重要途径，既能够解决农业废弃物的环境污染问题、减少因焚烧或无序堆放排放温室气体，又能够替代化石能源减排CO2、提升土壤固碳能力，未来在"双碳"背景下发展潜力很大。该研究基于LCA全生命周期评价方法，研究8种不同生物质能技术的温室气体排放因子，核算农业生物质能转化与利用过程消耗能源的排放、抵扣化石能源减排、副产物土壤碳汇3个方面，并基于秸秆和畜禽粪污两大类农业废弃物资源禀赋及能源化利用潜力，预测3种不同情景下，农业生物质能替代化石能源的潜力，以及减排温室气体的贡献。结果表明，从减排因子看，热解炭气联产和规模化沼气/生物天然气技术的温室气体减排贡献最大。其次为成型燃料、捆烧供暖、生物质发电、炭化和燃料乙醇等技术，而户用沼气的减排贡献相对较小，8种不同生物质能技术的温室气体排放因子分别为-3.47、-3.20、-2.57、-2.63、-2.58、-2.48、-2.42 t/t（单位为标准CO2当量/标准煤当量）；基于现有政策及规划情景、技术水平提升情景、能源需求结构变化情景等3种不同情景下，评价农业生物质能对温室气体减排贡献潜力。结果显示，2030年农业生物质能替代化石能源潜力为6 490×104～7 664×104 t，温室气体减排贡献为1.97×108～2.34×108 t；2060年替代化石能源潜力为9 073×104～10 763×104 t，温室气体减排贡献为2.79×108～3.36×108 t。该研究为实现农业农村领域碳达峰碳中和目标提供数据支撑。
基于CFD的植物工厂冠层微环境管道通风效果模拟
方慧，伍纲，程瑞锋，仝宇欣
2021,37(22):188-193, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.021
[摘要] (58) [HTML] (0) [PDF 1.03 M] (615)
摘要：
为增加植物工厂多层栽培模式中作物冠层内部气流扰动，该研究设计了一种冠层微环境管道通风装置，利用计算流体力学软件（Computational Fluid Dynamics，CFD）构建三维栽培模型。在模型中，将植物冠层区域考虑为多孔介质，多孔介质的黏滞阻力系数为25，惯性阻力系数为1.3；LED灯管设置为热源模型，热源模型散热量为297 525 kW/m3。利用模型模拟并实测入口速度为8 m/s时植物冠层表面和上部空间气流速度，发现空气流域的平均误差为16%，模拟值与实测值吻合较好。利用验证的模型模拟不同入口速度下植物冠层的气流分布，结果表明：进气速度设置为8 m/s，该速度下植物冠层内部适宜速度区域体积占比为67.58%，冠层表面适宜速度区域面积占比为55.23%，冠层内部气流平均速度为0.14 m/s。研究表明植物工厂冠层微环境管道通风模式能有效增加冠层气流扰动。
基于夜间室内外温差计算方法的日光温室气候分类
黎贞发，刘涛，董朝阳，薛庆禹，刘淑梅
2021,37(22):194-201, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.022
[摘要] (39) [HTML] (0) [PDF 531.57 K] (582)
摘要：
为了解决日光温室园艺作物越冬栽培茬口合理安排问题，同时减少低温灾害风险，开展温室保温性评价并进行科学分类。该研究选取天津市3种典型日光温室设置室内外小气候观测试验，结合不同温室构型及建筑材料，基于热传导原理形成日光温室夜间室内外温差计算方法，并以此为基础评价不同类型温室保温能力，进而对天津地区主要日光温室类型进行划分，提出不同类别温室适宜种植蔬菜建议。结果表明：1）温室保温常数γc能较好地反映日光温室保温性能差异，3种典型日光温室保温常数分别为20.34、15.84、13.21。2）温差计算方法可以较好模拟不同类型日光温室室内气温变化，温差模拟值与实测值决定系数（R2）在0.71以上，均方根误差RMSE范围为1.97%～3.86%。3）利用1960-2020年气候观测资料按气候保证率80%计算其最低气温、最小湿度及最小风速值，模拟得到本地不同保温能力日光温室的极端最低温度值为3～14 ℃，按照果蔬生长发育指标需求，提出日光温室分类标准，可分为耐寒叶菜型、叶菜适宜型、果叶混合型、果菜适宜型及喜温果菜型，并在2016-2020年温室改造与评估实际应用中得到验证。该研究可为解决中国日光温室类型多且构型复杂，难以量化评价其保温性能及合理安排种植茬口的难题提供方案参考。
不同气候区猪舍最大通风量确定及湿帘降温系统应用效果
齐飞，施正香，黄金军，李浩
2021,37(22):202-209, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.023
[摘要] (49) [HTML] (0) [PDF 1019.69 K] (603)
摘要：
热应激会对猪产生不利影响，为探究猪舍适宜的夏季通风条件和合理的降温需求，该研究利用环境气象资料，结合能质平衡方程，对围护结构传热及通风散热占比进行了分析，构建了保育及育肥舍夏季最大通风量的计算公式，对五大气候区的典型城市：长春、北京、南宁、武汉、贵阳的保育及育肥舍夏季最大通风量取值进行了规范，并对这些城市的110 m×15 m的模型猪舍的热湿环境进行了分析。结果表明，5个地区使用湿帘的时长：南宁>武汉>北京>贵阳>长春；使用湿帘后舍内温度仍高于27 ℃的时长：南宁>武汉>北京>贵阳>长春；使用湿帘后的平均降温幅度：北京>长春>武汉>南宁>贵阳；使用湿帘后平均相对湿度增量：北京>长春>武汉>南宁>贵阳；使用湿帘后舍内温度降至27 ℃以下时间占比：长春>北京>贵阳>武汉>南宁。通过分析以上数据，该研究对五大气候区湿帘降温系统的购置及使用提出了建议，同时该研究为不同气候区商品猪舍的夏季小气候估算及湿帘降温系统运行使用效果评估提供了参考。
添加不同外源氮对水稻秸秆腐解和养分释放的影响
麦逸辰，卜容燕，韩上，雷之萌，李敏，王慧，程文龙，唐杉，武际，朱林
2021,37(22):210-219, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.024
[摘要] (34) [HTML] (0) [PDF 546.14 K] (456)
摘要：
探究添加不同外源氮对水稻秸秆腐解规律和养分释放特征的影响，为提高水稻秸秆养分利用提供理论依据。该研究采用室内恒湿网袋培养法，设置4个处理：不添加外源氮（CK）；添加尿素（PU）；添加尿素硝酸铵（UAN）；添加石灰氮（CaCN2）。结果表明：水稻秸秆腐解规律表现为0～5 d腐解速率最大，为0.39～0.47 g/d；5～30 d腐解速率较快，为0.12～0.16 g/d；30～150 d腐解缓慢并趋于平稳，腐解速率为0.045～0.050 g/d。与CK相比，添加外源氮可以显著提高水稻秸秆的累积腐解率（P < 0.05）。虽然秸秆累积腐解率在不同外源氮处理间差异不显著，但是不同外源氮的添加对水稻秸秆不同时期的腐解特征有着显著影响。主要表现在0～30 d PU、UAN和CaCN2处理水稻秸秆腐解速率分别为0.21、0.20和0.19 g/d，PU处理比UAN和CaCN2处理分别高5.00%和10.53%；在该时间段纤维素和半纤维素腐解率占累积腐解率的比例分别为63.65%和47.02%，这表明纤维素和半纤维素腐解主要集中在秸秆腐解前期，且PU处理对纤维素和半纤维素的促腐效果最佳。30～150 d PU、UAN和CaCN2处理腐解速率分别为0.046、0.046和0.050 g/d，CaCN2比PU和UAN处理高8.70%；在该时间段木质素腐解率占累积腐解率的比例为82.45%，这表明木质素腐解主要集中在秸秆腐解后期，且CaCN2处理对木质素的促腐效果最佳。由此可见PU处理前期促腐效果最佳，CaCN2处理后期促腐效果最佳。综合不同外源氮对水稻秸秆的促腐效应，建议不同种类外源氮进行配施，以达到最佳促腐效果。
鸟粪石沉淀法脱除氨氮对鸡粪厌氧发酵过程的影响
李博文，朱鸿斌，郭建斌，董仁杰
2021,37(22):220-225, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.025
[摘要] (19) [HTML] (0) [PDF 500.45 K] (46)
摘要：
为缓解鸡粪厌氧发酵过程中产生的氨氮抑制，采用投加镁磷盐的方式，在厌氧发酵过程中原位脱除氨氮，考察鸟粪石沉淀法脱除氨氮对鸡粪厌氧发酵过程的影响及镁磷盐的利用效率。试验向稳定运行的半连续厌氧反应器内投加MgCl2·6H2O和K2HPO4·3H2O，理论脱除速率为3 000 mg/d。第一次加盐脱除氨氮后，试验组反应器内氨氮浓度由2 937 mg/L降低至1 466 mg/L，平均产甲烷量为0.39 L/g，相较对照组的0.33 L/g提高了18%，镁磷盐利用率为91%；第二次加盐脱除氨氮后，试验组氨氮浓度由2 232 mg/L降低至762 mg/L，平均产甲烷量为0.33 L/g，相较对照组的0.30 L/g提高了10%，镁磷盐利用率为90%。研究表明鸟粪石沉淀法能较好的与厌氧发酵过程相耦合，在脱除氨氮缓解抑制的同时，提高系统甲烷产量，并回收部分氮磷资源。
土地保障与生态安全
资源环境硬约束下中国耕地休耕优先区识别
陈浮，曾思燕，葛小平，于昊辰，杨永均，卞正富
2021,37(22):226-235, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.026
[摘要] (43) [HTML] (0) [PDF 5.71 M] (737)
摘要：
为厘清全国耕地资源环境本底并识别中国休耕优先区，该研究从生态保护红线、土壤污染状况、地下水超采和耕地质量等级等4个维度，运用生态保护红线划定、内梅罗综合污染指数、地下水水位变幅等方法系统分析中国耕地资源环境胁迫因子空间格局及分异特征，并构建多准则休耕规则识别不同情景下中国休耕规模及优先区的空间分布。结果表明：1）中国北方划入生态保护红线范围内耕地面积远高于南方，划入一级生态保护红线范围内耕地占3.57%；2）中国耕地重、中度污染面积分别占1.23%和2.31%，南方整体污染高于北方且南方呈局部分散、北方呈点状集聚格局；3）地下水超采区集中于河北、河南、吉林和江苏，重度超采区仅占0.68%；4）耕地质量总体一般，劣等、低等耕地面积分别占3.69%和14.0%，北方明显高于南方且大范围分散分布。依据多准则休耕规则综合评判，划入休耕优先区占全部耕地的23.70%，比食品安全优先、产能损失最小和生态保护优先3种情景分别高8.40%、4.18%和3.12%，其中禁植必休区、限植休耕区和重点轮休区分别为1.95%、4.71%和6.18%。因此，必须从源头治理视角厘清耕地资源环境本底，权衡休耕的迫切性，为国家层面上休耕规划有效落地、污染休耕治理和耕地保护创新提供技术支撑。
东部发达地区农业空间高质量优化的思考
岳文泽，张晓雯，甄延临，吴桐，王田雨
2021,37(22):236-242, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.027
[摘要] (36) [HTML] (0) [PDF 444.24 K] (58)
摘要：
当下实施的以耕地数量管控为主的农业空间管理模式，与不同地区差异化的现实诉求存在脱节，亟待建设面向高质量发展的农业空间优化政策体系。该研究针对东部沿海经济发达地区的农业发展，界定了农业空间的概念，并总结了社会基础性、需求人本性和功能多样性三方面内涵。指出农业空间优化中存在对农业空间统筹不足、对需求转变认识不深、对市场机制重视不够三方面问题。展望未来，农业空间优化应以安全为底线、以效益为中心、以品质为突破。基于此，提出了东部发达地区农业空间优化的策略：供给侧统筹农业空间资源，需求侧锁定农业需求转变，并通过市场机制关联供需两端，划分保障型、提升型、融合型三种农业空间类型，实行精细化管理，并制定相应的优化路径。
河南省"三生"功能时空演变特征及影响因素
谢晓彤，李效顺
2021,37(22):243-252, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.028
[摘要] (49) [HTML] (0) [PDF 703.27 K] (602)
摘要：
随着城镇化进程快速推进，国土空间功能格局产生剧烈演变，探讨国土空间"三生"功能的时空演化特征及影响因素，可为区域协调可持续发展和国土空间优化布局提供科学依据。该研究以河南省县域单元为例，从生产、生活、生态三个维度构建指标体系，评价区域2000、2006、2012年及2018年"三生"功能的空间格局特征及演化规律，并利用主成分分析法诊断"三生"功能演变的影响因素及作用机制。结果表明：1）2000-2018年河南省各县域"三生"功能均呈现不同程度的增长态势，空间上"三生"功能存在地域分异特征，生产功能空间梯度差异显著，生活功能由市辖区向外逐渐减弱，生态功能呈现"山地丘陵区>平原区>市辖区"的梯度变化；2）2000-2018年河南省"三生"功能发展变化明显，24.39%的县域生产功能明显减弱，86.99%的县域生活功能水平得到提升，而生态功能平稳发展，减弱区域较少；3）粮食保障、社会保障、生态维持是影响河南省"三生"功能演变的重要因素，经济发展与生态承载是基础性影响因素，说明不同影响因子间形成共同推力才能促进"三生"功能的良性发展。研究结果可为促进国土空间规划及空间可持续利用提供参考与依据。
2000-2018年天山中段高海拔草地暖季承载力
乔郭亮，金晓斌，顾铮鸣，杨绪红，徐伟义，尹延兴，周寅康
2021,37(22):253-252, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.029
[摘要] (54) [HTML] (0) [PDF 6.35 M] (723)
摘要：
草地是新疆重要的植被类型，快速评价区域草地生产力状况，揭示高海拔草地暖季食草动物承载力，对典型区域草地与食草牲畜平衡管理具有重要意义。为克服传统实地取样方法在数据可获取性、多年监测连续性、区域覆盖性等方面的限制，利用MODIS MOD17A3H/NPP数据产品，以新疆和静县为研究区，探索草地地上生物量（Aboveground Biomass，AGB）估算模型在高海拔草地应用的有效性，分析研究区草地AGB的时空变化规律，探讨其多年载畜状况。结果表明：1）基于MODIS MOD17A3H数据模拟的草地地上净初级生产力（Aboveground Net Primary Productivity，ANPP）与已有文献获取的实地数据相比，均方根误差（Root Mean Square Error，RMSE）处于3.23～11.89 g/m2之间，估算结果具有较高精度。2）研究期内（2000-2018年）研究区AGB均值为1 252.34 kg/hm2，且存在波动上升的趋势，其线性增长率为7.78 kg/(hm2·a)（P<0.01），草地AGB整体处于轻微上升趋势，AGB增长的草地占比达74.90%。3）研究期内年均地上干草产量均值为15.01万t，其中海拔>2 500 m的高寒草原及高寒草甸干草产量最大，占比分别为24.20%及57.46%，修正后可利用干草产量为8.62万t。4）研究区草地理论载畜量多年均值为24.26万～31.94万羊单位，不考虑自然及管理因素修正的理论承载力为31.94万羊单位，草地欠载2.99%；修正后理论承载力为24.26万羊单位，草地超载27.82%。研究结果可为制定区域国土管理制度和牧业规划政策提供参考，对促进区域自然资源可持续发展具有积极作用。
基于多元国土空间整治情景模拟的生态系统服务功能分区
周子康，刘殿锋
2021,37(22):262-270, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.030
[摘要] (69) [HTML] (0) [PDF 3.38 M] (756)
摘要：
生态系统服务功能分区是科学管理生态系统的重要手段。国土空间整治能够通过综合治理闲置、低效和生态退化国土资源，改变国土空间结构与布局，从而对生态系统功能产生影响。现有研究较少关注土地整治措施对未来生态系统服务空间集聚模式的潜在影响作用，整治措施的生态导向性有待提升。因此，该研究以山东招远市为例，设计了基准情景、废弃矿区修复情景以及城乡建设用地整治情景，定量化预测生态系统服务变化特征，并运用模糊C均值聚类算法开展生态系统功能区划定。结果表明，整治情景下土地利用数量结构变化显著，各生态系统服务能力均有所提升。全域可以划分为生态综合区、生境保育区、固碳释氧区、固碳产粮区、生态维护区5个生态功能区。与基准情景相比，废弃矿区修复情景下各生态功能区60%生态系统服务水平持平，28%处于劣势，仅12%显著提升。城乡建设用地整治则能够显著提升全域自然娱乐能力，总体增长了1.89%。生境保育区的水源涵养和粮食生产能力平均值分别增加了0.25和0.10，固碳释氧区的生境质量、水源涵养能力分别增长了20.69%和100%。研究表明全面提升生态系统多功能性需要综合开展多元的国土空间整治措施。
农产品加工工程
手持式可见近红外苹果品质无损检测系统设计与试验
郭志明，王郡艺，宋烨，殷晓平，邹彩霞，邹小波
2021,37(22):271-277, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.031
[摘要] (76) [HTML] (0) [PDF 1.13 M] (632)
摘要：
为实现苹果多产地多品质指标的现场快速无损检测与评价，该研究基于可见近红外光谱技术研发低成本、低功耗、小型化的苹果品质手持式无损检测终端。检测终端集成宽谱LED光源和水果特征响应窄带光电探测器，接入物联网云端数据系统，实现检测数据上传和模型的远程更新维护。利用研制的检测系统可有效获取不同产区苹果500～1 050 nm波长范围内的漫反射光谱，优选光谱预处理算法消除干扰并采用不同特征波长提取算法对数据进行降维，分别建立了多产地苹果可溶性固形物含量、硬度和维生素C含量的通用检测模型，模型的预测相关系数分别为0.926、0.798和0.704，预测均方根误差分别为0.585%、1.405 kg/cm2和0.968 mg/100g。将通用检测模型载入云端数据系统作为云模型，检测样本时调用云模型进行计算并反馈至检测终端。通过多个产地独立样本的验证表明，该系统可满足苹果产业现场无损检测的实际需求，为手持式光谱检测仪的实用化设计提供参考。
基于区域亮度自适应校正的茶叶嫩芽检测模型
吕军，方梦瑞，姚青，武传宇，贺盈磊，边磊，钟小玉
2021,37(22):278-285, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.032
[摘要] (43) [HTML] (0) [PDF 9.15 M] (792)
摘要：
自然光照下不同时间采集的茶叶图像存在亮度不均的现象。由于高亮度图像对比度差且嫩芽特征显著性弱，造成高亮度图像中存在较多嫩芽的漏检。针对现有茶叶嫩芽图像自动检测方法对光照变化的敏感性，该研究提出一种基于区域亮度自适应校正的茶叶嫩芽检测模型。首先，对不同时间采集的龙井43茶叶图像进行灰度化；然后，计算灰度图的平均灰度（Average Gray，AG）值，对AG值在[170,230]的高亮度图像进行不同尺寸的分块处理和局部区域伽马亮度自适应校正；最后，在相同的训练集和测试集训练多个深度学习检测模型。测试结果表明，基于YOLOv5+CSPDarknet53的检测模型比SSD+VGG16、Faster RCNN+VGG16、YOLOv3+Darknet53和YOLOv4+CSPDarknet53模型具有更优的嫩芽检测性能，精确率和召回率分别为88.2%和82.1%。对YOLOv5检测结果进行检测抑制，有效避免了同一目标被多次框选的冗余现象。[30,90)和[90,170)亮度区间内嫩芽图像具有较强的显著性特征和较高的检测精度与召回率。相较于AG值在[170,230)的高亮度原始图像的检测结果，对高亮度图像进行2×3分块和局部区域亮度自适应校正后，YOLOv5嫩芽检测召回率提高了19.2个百分点。对不同光照条件下采集的茶叶图像进行测试，基于区域亮度自适应校正的茶叶嫩芽YOLOv5检测模型获得了92.4%的检测精度和90.4%的召回率。该模型对光照强度变化具有较强的鲁棒性，研究结果为自然光照条件下茶叶嫩芽机械采摘作业提供参考。
基于改进VGG-19卷积神经网络的冰鲜鲳鱼新鲜度评估方法
李振波，李萌，赵远洋，郭若皓，陈雅茹
2021,37(22):286-294, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.033
[摘要] (54) [HTML] (0) [PDF 2.85 M] (797)
摘要：
保障冰鲜水产品的质量安全是提升水产行业供求效益的关键环节之一。传统的水产品新鲜度检测方法存在破坏样本、操作复杂、检测效率低等问题，冷链储运的发展急需一种快速、准确的鱼肉新鲜度检测技术。该研究以冰鲜鲳鱼为研究对象，提出基于计算机视觉的鲳鱼新鲜度评估方法，为鱼肉冷链储运系统智能化发展提供技术支持。首先，建立冰鲜鲳鱼新鲜度等级图像数据集。其次，针对数据集规模小的问题，结合迁移学习方法训练基于卷积神经网络CNN（Convolutional Neural Network）提高模型的泛化能力，并选择试验效果较优的VGG-19（Visual Geometry Group 19）为分类算法主模型。最后，针对VGG-19分类网络结构复杂的问题，优化全连接层数量及结构，该优化模型的鲳鱼新鲜度识别准确率可达99.79%，与优化全连接层前相比准确率提升了1.05个百分点，全连接层参数量降低了97%，占空间降低了443.9 MB，时间效率、空间效率也均有提升。此外，为进一步说明模型对鲳鱼新鲜度等级的判定依据，该研究利用类激活映射方法对鲳鱼新鲜度分级结果进行可视化，试验表明鲳鱼腹部特征是对新鲜度分级最有效的信息，研究结果为构建基于深度卷积神经网络的鱼肉新鲜度分级模型提供参考。
研究速报.简报
匹配点云结合HSI色彩分量的无人机RGB影像信息提取方法
杨栩，朱大明，杨润书，左小清，谢文斌，付志涛
2021,37(22):295-301, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.034
[摘要] (36) [HTML] (0) [PDF 6.89 M] (757)
摘要：
无人机通常搭载可见光波段传感器获取红-绿-蓝（Red-Green-Blue，RGB）影像，由于无人机RGB影像波段较少，影像的地物信息提取存在一定难度。该研究提出了一种匹配点云结合色调-饱和度-亮度（Hue-Saturation-Intensity，HSI）空间色彩分量的无人机RGB影像信息提取方法。首先以饱和度分量和红光波段构造了饱和度与红光比值指数，再结合可见光波段差异植被指数以及由匹配点云获得的地形特征对研究区正射影像进行分类。试验结果表明，本文方法的总体分类精度达到了91.11%，Kappa系数为0.895，证明匹配点云结合HSI空间色彩分量的方法提取无人机RGB影像信息是可行的，提取结果具有较高精度。相较于基于光谱特征的传统方法，本文方法引入匹配点云可以简单高效地提取影像中高程差异明显的地物，同时，结合HSI色彩分量能够有效弥补无人机RGB影像光谱特征较少的不足。
生化需氧量检测标准现状与发展
孙孝雯，黄思捷，刘志丹
2021,37(22):302-308, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.035
[摘要] (45) [HTML] (0) [PDF 662.49 K] (417)
摘要：
水环境监测是切实推进生态文明建设的重要方面。生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand，BOD）是在微生物存在下水体有机物生化降解所需的氧量。作为反映水中有机污染物含量的重要指标，在城镇、工业和农业农村环境等领域的监测工作中均不可忽视。该文剖析了国内外关于BOD检测的标准和方法，总结了稀释接种法和微生物电极法以及更加与时俱进的测试方法。同时，对比分析了国内外标准排放限值的制定力度，从国家标准、地方标准、行业标准三个方面全面梳理了现行BOD标准体系建立的结构和框架，深入剖析了地方强制标准在国家法规、地方政策引导下建立的影响因素和执法部门监管、人民群众监督下实施的推动关系。从标准分布、制定力度、检测方法的迭代三个方面提出了标准体系的重点发展方向和制修订建议，以期为推动中国水环境保护和水资源利用提供支撑。
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黑加仑果浆微波辅助泡沫干燥特性
郑先哲, 刘成海, 周 贺
2009,25(8):288-293, DOI:
[摘要] (1749) [FullText HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (117244)
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。
拖拉机排气余热板翅式蒸发器热力性能分析与参数优化
涂鸣，张国涛，夏晨，胡大伟，曾荣，周勇
2021,37(19):7-17, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.19.002
[摘要] (284) [FullText HTML] (0) [PDF 8.68 M] (50715)
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。
基于无人机平台的柑橘树冠信息提取
束美艳，李世林，魏家玺，车荧璞，李保国，马韫韬
2021,37(1):68-76, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.01.009
[摘要] (1111) [FullText HTML] (0) [PDF 5.25 M] (39668)
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。
基于Penman修正式和Penman-Monteith公式的作物系数差异分析
宋 妮, 孙景生, 王景雷, 陈智芳, 强小嫚, 刘祖贵
2013,29(19):88-97, DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.19.011
[摘要] (2238) [FullText HTML] (0) [PDF 560.68 K] (39307)
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。
水稻秸秆纤维地膜制造工艺参数优化
韩永俊, 陈海涛, 刘丽雪, 李 皓
2011,27(3):242-247, DOI:
[摘要] (2093) [FullText HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (19658)
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。
固体碱催化棉籽油制备生物柴油
姜绍通, 徐涟漪, 周勤丽, 潘丽军, 张福建, 张 轶
2011,27(3):254-259, DOI:
[摘要] (2243) [FullText HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (19623)
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。
基于共生理论的村域尺度下农村居民点空间重构策略与实现
王 成, 费智慧, 叶琴丽, 张玉英
2014,30(3):205-214, DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.03.027
[摘要] (2501) [FullText HTML] (0) [PDF 11.40 M] (17072)
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。
单纵轴流谷物联合收获机清选装置内部流场分析与优化
冷峻，栗晓宇，杜岳峰，何松，丁雄飞，牛兴成
2020,36(11):39-48, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.11.005
[摘要] (838) [FullText HTML] (0) [PDF 8.24 M] (16873)
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。
基于改进YOLOv3的果园复杂环境下苹果果实识别
赵辉，乔艳军，王红君，岳有军
2021,37(16):127-135, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.16.016
[摘要] (489) [FullText HTML] (0) [PDF 22.64 M] (15974)
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。
基于深度学习与图像处理的哈密瓜表面缺陷检测
李小占，马本学，喻国威，陈金成，李玉洁，李聪
2021,37(1):223-232, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.01.027
[摘要] (1325) [FullText HTML] (0) [PDF 6.54 M] (14459)
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。
壳聚糖澄清芦柑果汁工艺条件的优化
许 键, 蔡慧农, 倪 辉, 杜希萍, 黄高凌
2013,29(23):268-275, DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.23.037
[摘要] (1513) [FullText HTML] (0) [PDF 1.94 M] (13801)
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。
基于深度学习的生姜种芽快速识别及其朝向判定
侯加林，房立发，吴彦强，李玉华，席芮
2021,37(1):213-222, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.01.026
[摘要] (1174) [FullText HTML] (0) [PDF 4.66 M] (12391)
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。
生物结皮坡面不同降雨历时的产流特征
杨凯, 赵军, 赵允格, 张子辉, 孙会, 谷康民, 郭雅丽, 王闪闪
2019,35(23):135-141, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.017
[摘要] (627) [FullText HTML] (0) [PDF 1.77 M] (11972)
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。
基于NDVI加权指数的冬小麦种植面积遥感监测
王利民, 刘佳, 杨玲波, 杨福刚, 滕飞, 王小龙
2016,32(17):127-135, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.018
[摘要] (3384) [FullText HTML] (0) [PDF 15.27 M] (11770)
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。
基于迁移学习的卷积神经网络花生荚果等级图像识别
张瑞青，李张威，郝建军，孙磊，李浩，韩鹏
2020,36(23):171-180, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.020
[摘要] (589) [FullText HTML] (0) [PDF 3.89 M] (10891)
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。
五种填料对磷酸盐的等温吸附-解吸特性
贺 凯, 卢少勇, 金相灿, 胡小贞, 陈 雷
2008,24(8):232-235, DOI:
[摘要] (9254) [FullText HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (10819)
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。
中国畜牧业物联网技术应用研究进展
熊本海, 杨振刚, 杨亮, 潘晓花
2015,31(z1):237-246, DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2015.z1.028
[摘要] (2798) [FullText HTML] (0) [PDF 10.15 M] (10689)
摘要：
以"感知"为基础的物联网技术迅速发展及产业化逐步渗透到各行各业，包括畜牧业在内的农业物联网的发展也十分迅猛。该文重点从家畜编码规范及标识技术，家畜养殖环境及体征行为远程监测，母猪精细饲喂智能装备及种畜（种猪、奶牛）养殖过程数字化监管与云计算平台构建等多个方面，综述物联网技术在畜牧业领域的应用环节、效果及存在的局限性。综述表明，在感知标识层，关于家畜标识的国际标准主要包括动物管理系列标准ISO/TC 23/SC 19，它负责制订动物管理RFID（radio frequency identification）方面标准，包括ISO 11784/11785和ISO 14223标准，但3个标准内涵的分工不同，而中国的标准包括国家规范、地方标准及企业内部规范，具体包括农业部第67号令，上海地方标准（DB31/T341-2005）和新疆地方标准（DB 65/ T3209-2011）2个动物电子标识规范，以及北大荒及亿利源企业的肉牛内部编码规范。在感知传输层，主要基于不同类型的传感器感知家畜舍环境参数（温湿度、光照强度、氨气及CO2浓度等）及体征行为（视频、质量，体表温度等）。在数据传输层，采用无线公网（2G/3G/4G）网络对家畜舍环境数据及个体的行为状态数据实施远程传输，而视频数据及大量的生产过程数据采用有线网络传输到Internet网路数据库；在数据应用层，典型的应用包括通过移动智能手机终端，依据对采集数据的分析及预警，对远程的环境控制设备（风机、灯电暖、水泵等）进行智能开启与关闭；其次是奶牛繁殖场及种猪养殖场云计算平台的开发与数据挖掘分析应用，以及基于传感器技术及机电控制技术的母猪电子自动与精确饲喂设备的开发与应用。最后，该文从微观到宏观剖析了中国畜牧业物联网当前在技术、产品、应用、政策及认识层面存在的不足，并给出相应的技术与政策建议。综合认为，中国畜牧业发展的现代化需要物联网技术的支撑，物联网技术也必须在领域的应用中寻找正能量，促进畜牧业物联网产业的发展。
花生起挖晾晒后的果柄机械特性
关 萌, 沈永哲, 高连兴, 赵宝权, 刘维维
2014,30(2):87-93, DOI: doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.02.012
[摘要] (2621) [FullText HTML] (0) [PDF 2.10 M] (9356)
摘要：
基于农机农艺结合的观点与理论，以辽宁西部地区的主栽花生品种为研究对象，应用万能材料物理试验机和红外线快速水分测定仪等仪器设备，研究了两段式收获条件下的花生秸秆与果柄水分变化及其力学性质，揭示了花生果柄抗拉强度、质量含水率与田间晾晒时间的内在关系；得到了含水率在8.48%～65.68%范围内的花生果柄自身与2个节点的抗拉强度及变化规律，获得了花生果柄抗拉强度与含水率变化的回归方程；初步确定了试验条件下辽西地区花生捡拾前的最佳晾晒时间为3～5 d，此时花生植株各部位水分基本降至10%～20%，秧柄节点及柄自身的抗拉强度为10～15 N，果柄节点抗拉强度为7～9 N。研究结果可为设计两段式花生收获机的花生捡拾装置与摘果装置、确定两段式花生收获最佳捡拾摘果时间提供必要的参考依据，同时也为深入研究花生捡拾与摘果损失与损伤机理提供必要的参考。
基于计算机视觉技术估算种猪体重的应用研究
杨艳, 滕光辉, 李保明, 施正香
2006,22(2):127-131, DOI:
[摘要] (1655) [FullText HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (9313)
摘要：
为了解决在种猪体重测量中传统方法所遇见的问题，该研究初步探讨了一种新方法，即把计算机视觉技术应用到种猪饲养管理中，通过数字图像分析技术，测量和计算种猪的投影面积，并分析其与体重的相关性，为种猪体重测量提供了新的依据。结果显示去除头部和尾部后剩余身体部分的投影面积和体重的相关性极大，相关系数可达到0.94，再与人工测量的结果进行对比，相对误差不超过2.8%。试验证实了利用这种无接触的方法来估测种猪的体重，可以减少人力物力，避免由于猪的应激反应而给生产带来的损失，在种猪的科学饲养管理中具有实用意义。
车用空气弹簧力学性能仿真及试验研究
袁春元, 周孔亢, 王国林, 安登峰, 吴琳琪
2008,24(3), DOI:
[摘要] (1444) [FullText HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (9263)
摘要：
车用空气弹簧工作过程中产生几何、材料、接触三重非线性，用传统的经验公式难以准确预测其非线性力学性能。近年来，随着非线性有限元理论和计算机的发展，用有限元法预测车用空气弹簧力学性能成为可能。该文以某一汽车悬架用空气弹簧为研究对象，采用Mooney-Rivlin模型模拟橡胶、Rebar模型模拟帘线、刚体模拟缘板和活塞等方法建立其有限元模型，导入非线性有限元软件ABAQUS进行力学性能数值计算。为了验证计算结果的可靠性，在Instron 8800电液伺服系统台架上进一步测试了该弹簧力学性能，结果分析表明计算值与试验值比较吻合，因此，非线性有限元为车用空气弹簧力学性能预测提供了一种经济实用的方法。
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