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    2022年第38卷第19期
    [摘要] (206) [HTML] (0) [PDF 4.15 M] (144)
    摘要:
    针对农机无人化作业需求,该研究基于DF2204无级变速拖拉机和机器人操作系统(Robot Operating System,ROS),研发了一种适于田间作业的农机无人驾驶自主作业系统。系统由控制、规划、安全和总线通信等模块组成。对DF2204无级变速拖拉机进行硬件改造与集成,设计满足农机无人驾驶要求的控制器局域网(Controller Area Network,CAN)总线协议和ROS与CAN总线通信的消息结构,包括5类控制帧和2类状态帧;设计了基于比例-积分-微分(Proportion Integration Differentiation,PID)控制器的横向跟踪与纵向速度控制算法。在北京密云试验田开展田间小麦播种实际作业试验。试验结果表明,消息结构满足50 Hz通信负载,横向跟踪平均绝对误差为2.96 cm,纵向速度平均绝对误差0.19 m/s。研究结果可为无级变速拖拉机的无人化升级改造提供参考,提高农机智能化水平和作业效率。
    2022,38(19):10-22, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.002
    [摘要] (115) [HTML] (0) [PDF 4.71 M] (110)
    摘要:
    针对长江中下游稻麦轮作区的稻茬地根茬量大韧性强、土壤黏度高不宜粉碎等问题,该研究基于仿真试验研制双轴破茬免耕装置。通过EDEM软件建立破茬开沟装置-秸秆-土壤离散元模型,采用正交试验得到破茬开沟装置的刀型、排列方式以及刀具数量,基于EDEM-ADAMS联合仿真,采用单因素试验、正交试验、二次回归正交旋转试验和响应曲面法对甩刀、粉碎装置以及双轴破茬免耕装置进行动力学分析,得到甩刀具参数、旋耕刀轴和粉碎刀轴转速以及双轴轴心水平与垂直高度,得到机具最佳参数:破茬装置选用30把旋耕刀采用双螺旋排列,刀轴转速为286 r/min;粉碎装置选用L型(32把)和直刀(8把)采用双螺旋排列,刀轴转速为605 r/min;双轴水平距离548 mm、垂直高度168 mm。根据最佳参数试制样机并进行田间性能测试。田间试验结果表明,秸秆和稻茬以0.93 kg/m2全量覆盖时,双轴破茬免耕装置对水稻秸秆、根茬的平均切断率以及切茬率分别为95.09%和95.16%,机具通过性良好,田间平均出苗率为95.29%,符合当地农艺要求,适用于秸秆覆盖量大的作业情况。所设计的双轴破茬免耕装置满足长江中下游稻麦轮作区小麦免耕播种作业要求,可为双轴旋转型耕作装置以及根茬不易粉碎、土壤黏度高条件下的免耕播种提供参考。
    2022,38(19):23-32, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.003
    摘要:
    针对液压机械无级变速器在换段过程中的动力中断和换段冲击问题,该研究以三段式液压机械无级变速器第二段切换第三段为例,通过建立动力学模型分析理论换段点下两段位的液压路功率方向变化规律,提出基于液压路功率方向的两阶段换段离合器转矩交接方法,并使用分段函数对两阶段离合器转矩交接轨迹进行优化,通过仿真对转矩交接方法正确性进行了验证。为了实现转矩的跟踪控制,基于终端滑模控制的方法设计了离合器控制器,通过对油压的跟踪控制实现转矩的跟踪控制,通过试验验证了控制器有效性。仿真和试验结果表明:在负载换段过程中,所提换段离合器转矩交接方法能够实现动力的平稳过渡,终端滑模控制器能够实现离合器油压的跟踪控制,从而实现转矩控制。在输入轴转速1 000 r/min,负载700 N·m工况下,使用终端滑模控制器控制两换段离合器进行换段,输出轴转速的波动范围为-20.6~7.4 r/min,输出轴转矩波动范围为-117.4~107.9 N·m,换段过程中最大冲击度为-6.16 m/s3,换段离合器的最大滑摩功为508.45 J,换段过程中无动力中断。该研究可为液压机械段变速器的换段控制提供参考。
    2022,38(19):33-41, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.004
    摘要:
    精准描述无级变速系统特性是拖拉机动力装置设计和控制策略制定的前提,是节能减排和动力提高的关键。为解决拖拉机常用无级变速系统特性随工况变化而导致原理论模型精度受限问题,该研究对受工况影响最为显著的液压传动系统的调速和效率特性进行研究。采用台架试验获取液压传动系统特性的样本数据,基于偏最小二乘法对比不同工况对调速和效率特性的影响,结合原理论模型和改进的模拟退火算法,提出液压传动系统特性的模型修正及其参数辨识方法,并分别建立调速特性和效率特性的改进半经验模型。结果表明,输入转速和输出端负载转矩对调速特性的影响程度分别为0.36和0.92;输入转速、输出端负载转矩和排量比对效率特性的影响程度分别为0.05、0.71和0.26;修正后模型参数较少,辨识容易,且精度高,估测值与实际值基本吻合(2参数调速特性半经验模型的决定系数R2为0.97、平均绝对百分比误差为7.93%,5参数效率特性半经验模型的决定系数R2为0.93、平均绝对百分比误差为2.50%)。研究以期为拖拉机等农业机械的动力传动装置的特性分析与评估、优化设计和控制策略制定提供依据和参考。
    2022,38(19):42-50, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.005
    摘要:
    为了提高复杂泵站系统水力瞬变数值模拟的高效性和稳定性,该研究基于泵站系统水力瞬变问题,建立有限体积法Godunov格式的数学模型,对简单管道系统和复杂泵站系统进行模拟研究。与常用的特征线法求解泵站水力模型方程不同,该模型引进有限体积法二阶Godunov格式对模型进行离散,用Riemann求解器对离散通量进行求解。使用MUSCL-Hancock方法进行界面数值重构,采用MINMOD斜率限制器避免虚假震荡。提出双虚拟单元边界处理方法,实现计算区域与边界同时达到二阶精度。将所建模型计算结果与精确解、经典算例数据进行对比,并针对库朗数取值和计算网格数进行敏感性分析。结果表明:所建模型模拟结果与精确解、经典算例数据吻合较好;与特征线法相比,二阶Godunov格式更加准确、稳定且高效。对于简单管道系统,特征线法计算耗时0.227 s,二阶Godunov格式计算耗时0.017 s。对于实际泵站系统,由于存在多特性的管道结构,二阶Godunov格式模拟时需稍微降低库朗数。而采用特征线法进行泵站水力过渡过程计算时,若不调整管道长度或者波速,管道中库朗数会小于1,在本文算例中,库朗数为0.72~0.76,模拟计算结果偏差很大。所以需要调整局部管道长度或波速,以达到库朗数为1的条件,这样处理因改变管道特性而引入计算误差。综上,二阶Godunov格式模拟方法可以更有效提高传统泵站系统水力瞬变模拟的高效性、稳定性以及准确性。
    2022,38(19):51-59, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.006
    摘要:
    针对现有根茎类作物收获机用于藠头收获时存在的果土分离不彻底、埋果率高、地形适应性差等问题,该研究研制了基于"杆筛式振动碎土+拨辊推送式多级分离"技术的自走式藠头收获机。对挖掘和果土分离过程中的物料状态和作业机理进行了分析,建立模型计算得到了挖掘装置的位置和深度、杆筛式振动装置的振幅和曲柄转速、拨辊的尺寸和位置等关键参数,基于可调式挖掘装置、杆筛式振动装置、拨辊推送式多级分离装置组成加工了藠头收获机样机。针对研究内容设计了田间挖掘试验和整机性能试验,对以上装置及整机的作业性能进行验证。田间试验表明:该机实际挖掘深度稳定,漏挖率、埋果率、总伤果率分别为0.31%、3.20%、5.87%,有效收获率为93.23%。整机结构及布局合理,性能稳定,能够满足当前丘陵山区条件下藠头机械化收获的需求。
    2022,38(19):60-68, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.007
    摘要:
    围栏养殖是一种发展迅速的新型生态养殖模式。网衣系统是围栏养殖设施的核心组成部分,与设施的安全密切相关。该研究针对缝边式围栏网衣系统,采用集中质量点法研究其在波流复合工况下的受力特性。研究结果表明:在波高4~6 m、流速1.0 m/s、入射角度0°时,纲绳最大受力出现在距水面下1~2.5 m处的第二、三根横向纲绳两端处;网线最大受力出现在水面下第二根横向纲绳与中间两根竖向纲绳连接处;网衣受力呈现对称分布,整片网衣的载荷主要来自上半部分网衣,约占总荷载的80%;随着入射角度的增大,纲绳和网线的最大受力以及网衣的最大偏移量逐渐减小;同等波高条件下,入射角度0°~40°时,围栏网衣受力及最大偏移量下降速率较慢,入射角度40°~80°时,下降速率较快;位于两侧桩柱上的系缚点的最大受力出现在水面下第二、三根横向纲绳两端处。在工程运用过程中,建议将以上最大受力部位进行加固处理,以提升围栏网衣抗破坏能力。该研究结果可为围栏实际工程建设和维护阶段提供技术支撑。
    2022,38(19):69-77, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.008
    摘要:
    为了减少泵站侧向进水结构内的不良流态,提高泵组运行效率,基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)和响应面法(Response Surface Method,RSM)对泵站侧向进水前池进行几何参数优化。采用参数化设计对泵站侧向进水前池进行建模,通过与Workbench关联以对侧向进水前池的扩散角α、坡度β以及转向角γ实现指定值,采用典型Box-Behnke设计(Box-Behnke Design,BBD)方法得到17组三因素三水平试验方案,利用响应面法建立喇叭管出口断面流速分布均匀度与侧向进水前池扩散角α、坡度β以及转向角γ的回归方程,以最大出口断面流速分布均匀度为响应目标,确定最优参数组合,并将最优侧向进水结构的内部流动特性同原模型进行对比分析。研究结果表明,扩散角α、坡度β以及转向角γ对喇叭管出口断面流速分布均匀度具有显著影响(P<0.05),扩散角α与转向角γ的交互项对出口断面流速分布均匀度耦合作用显著,扩散角10°~13°、坡度8°~9°、转向角74°~75°时喇叭管出口断面流速分布均匀度达到最优。同原模型相比,优化后的侧向进水结构在设计水位下,断面流速分布均匀度至少提高23.41个百分点,流速加权平均偏流角提高13.95°,在低水位下断面流速分布均匀度至少提高18.30个百分点,流速加权平均偏流角提高14.79°,流道内没有偏斜流和大面积回流产生。该研究对于促进泵站侧向进水结构的优化设计具有一定的参考意义。
    2022,38(19):78-86, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.009
    摘要:
    深入理解农田耗水组分特征对提高干旱地区作物产量和水资源利用效率具有重要意义。该研究利用1981-2020年西峰国家农业气象试验站冬小麦定位观测资料,分析黄土旱塬区冬小麦田耗水组分特征及年代际变化规律,并探究其对叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)、干物质积累分配和转运、产量及水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)的影响。结果表明:近40年研究区冬小麦田全生育期耗水量平均为315 mm,生育期降水和休闲期土壤贮水消耗占比分别为69.4% 和30.6%,不同年代、不同生育阶段耗水组分存在差异,起身-开花期是休闲期土壤贮水消耗的主要时期;随着年代际推移,LAI、干物质量、产量及WUE均呈现增加趋势,其中LAI增加主要受年际降水的调控作用,且与耗水组分中生育期内降水增加密切相关,而近10年(2011-2020年)受生育期降水增加及抗旱高产品种影响,冬小麦干物质量、产量及WUE显著增加(P<0.05)。研究成果可为黄土高原旱作农业水资源高效利用提供参考。
    2022,38(19):87-93, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.010
    摘要:
    为了揭示石墨烯浸种和处理对萝卜生长的影响,本研究开展石墨烯4个浓度处理萝卜种子和浇灌土壤,对萝卜发芽和田间生长影响试验,分析石墨烯浸种对萝卜种子发芽、植株生长生理及肉质根品质指标影响。结果发现,石墨烯浓度在20~100 mg/L范围内,对萝卜种子萌发均有促进作用,40 mg/L的石墨烯促进效果最显著;石墨烯施加浓度为40 mg/L时,在萝卜叶片生长旺盛期可显著提高叶片叶绿素含量,增强光合作用,提高植株对氮吸收能力,并促进植株增高;石墨烯能够提高萝卜肉质根产量3.6%~13.8 %,显著提高萝卜肉质根可溶性糖和维生素A含量。研究结果对促进萝卜生产和品质提高具有较大参考意义。
    2022,38(19):94-101, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.011
    摘要:
    滤层孔隙结构直接影响过滤过程中的颗粒沉积和运移效果。为了掌握砂石过滤器不同粒形滤料组成滤层的内部孔隙结构特征,该研究以粒径为1~1.18 mm的普通石英砂(QS1)、天然海砂(SS2)、改性玻璃(MG3)和玻璃微珠(GB4)4 种滤料为研究对象,采用CT 扫描技术对滤层孔隙模型进行了三维重构,利用VGStudio MAX、Image J等计算机图像处理软件,分析了 4 种滤层的孔隙率、孔径大小及孔隙形状参数,并结合分形理论确定了 4 种滤层孔隙结构的计盒分形维数。结果表明:4种滤层的表观孔隙率范围分别为0.397~0.446(QS1)、0.385~0.423(SS2)、0.407~0.456(MG3)、0.351~0.380(GB4),对应体积孔隙率分别为0.422、0.412、0.441、0.366;对应孔径范围分别为75~960、80~760、70~1 050、85~930 μm,圆度值区间分别为1.59~1.78、1.35~1.54、1.65~2.03、1.20~1.36,扁平度值区间分别为2.62~2.75、2.05~2.20、3.04~3.21、1.94~2.04,计盒维数均值分别为1.621、1.566、1.661、1.446。该研究定量表征了滤层孔隙结构特性,得出不同粒形滤料细观孔隙结构的差异:滤层表观孔隙率呈现"上高下低"分布规律,孔径分布规律表明滤层内均是小孔隙占多数,大孔隙占少数,且孔隙以狭长型为主。随着滤料棱角度增加,表观孔隙率分布越分散,体积孔隙率越大,大孔隙占比也相应增加,最大达到17.24%(MG3),孔隙形状更加偏离球形,表征孔隙结构复杂性的计盒维数相应增加,且分形维数与孔隙率呈负相关关系。滤层孔隙结构研究可为后续研究滤层内颗粒沉积和运移规律奠定基础。
    2022,38(19):102-109, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.012
    摘要:
    为科学评价区域稻米气候品质提供技术支撑,该研究基于2008-2018年安徽省区域性试验稻米品质资料及对应站点气象数据,采用数理统计方法,明确了稻米品质形成关键期和最佳温度,建立了中籼和中粳稻米气候品质评价模型,并利用2018年分期播种试验稻米品质资料对模型进行了验证。结果表明:中籼和中粳稻米品质形成关键期分别为齐穗后33 d和36 d,稻米品质形成的适宜温度分别为24.8 ℃和23.0 ℃。将稻米气候品质划分为"特优""优""良好""一般"4个等级,对应中籼稻米气候品质指数(IACQ)范围分别为:IACQ≥3.40、3.09≤IACQ<3.40、2.73≤IACQ<3.09、IACQ<2.73,中粳稻米气候品质指数范围分别为:IACQ≥3.36、3.08≤IACQ<3.36、2.68≤IACQ<3.08、IACQ<2.68。经验证,与实际等级相比,模型计算得到的中籼和中粳稻米气候品质等级准确率均为80%。该研究建立的评价模型可用于中籼和中粳稻米的气候品质评价工作。
    2022,38(19):110-121, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.013
    摘要:
    自然环境下果实的准确分割与快速识别是采摘机器人作业面临的难题之一。针对自然环境中的成熟苹果,该研究提出一种基于Otsu与分水岭相结合的两级分割算法与区域标记梯度Hough圆变换的苹果识别方法。首先,使用亮度自适应校正算法对表面亮度分布不均的苹果图像进行校正,增强图像的细节信息。结合果实颜色特征,提取YCbCr颜色空间的Cr分量图像作为预处理样本。然后,采用改进后的Otsu算法进行初次分割,得到苹果目标的二值图像,该算法通过引入形态学开-闭重建滤波去除大量背景噪声,通过缩减灰度级遍历范围提高分割速率。采用基于距离变换的分水岭算法进行二次分割,分离粘连果实区域,提取目标苹果的外部轮廓。最后,在轮廓外设置最小外接矩形标记有效区域,在标记区域内进行梯度Hough圆变换实现苹果目标的自动识别。对自然环境中采集的200幅苹果图像进行测试,并与传统梯度Hough圆变换方法进行对比,本文方法在顺、逆光下的识别准确率为90.75和89.79%,比传统方法提高了15.03和16.41%,平均识别时间为0.665和0.693 s,比传统方法缩短了0.664和0.643 s。所提的两级分割算法不仅可以从复杂环境中准确分割果实目标区域,而且可以从粘连果实区域中提取单个果实边界。利用区域标记的梯度Hough圆变换方法能够快速准确地对果实进行识别。研究结果能满足苹果采摘机器人对不同光照下目标识别速度和精度的要求,可为苹果等类球形果实的快速识别提供参考。
    2022,38(19):122-130, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.014
    摘要:
    为提高香蕉采摘机器人的作业效率和质量,实现机器人末端承接机构的精确定位,该研究提出一种基于YOLOv5算法的蕉穗识别,并对蕉穗底部果轴进行定位的方法。将CA(Coordinate Attention)注意力机制融合到主干网络中,同时将C3(Concentrated-Comprehensive Convolution Block)特征提取模块与CA注意力机制模块融合构成C3CA模块,以此增强蕉穗特征信息的提取。用 EIoU(Efficient Intersection over Union)损失对原损失函数CIoU(Complete Intersection over Union)进行替换,加快模型收敛并降低损失值。通过改进预测目标框回归公式获取试验所需定位点,并对该点的相机坐标系进行转换求解出三维坐标。采用D435i深度相机对蕉穗底部果轴进行定位试验。识别试验表明,与YOLOv5、Faster R-CNN等模型相比,改进YOLOv5模型的平均精度值(mean Average Precision, mAP)分别提升了0.17和21.26个百分点;定位试验表明,采用改进YOLOv5模型对蕉穗底部果轴定位误差均值和误差比均值分别为0.063 m和2.992%,与YOLOv5和Faster R-CNN模型相比,定位误差均值和误差比均值分别降低了0.022 m和1.173%,0.105 m和5.054%。试验实时可视化结果表明,改进模型能对果园环境下蕉穗进行快速识别和定位,保证作业质量,为后续水果采摘机器人的研究奠定了基础。
    2022,38(19):131-142, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.015
    摘要:
    为提高复杂果园环境下苹果检测的综合性能,降低检测模型大小,通过对单阶段检测网络YOLOX-Tiny的拓扑结构进行了优化与改进,提出了一种适用于复杂果园环境下轻量化苹果检测模型(Lightweight Apple Detection YOLOX-Tiny Network,Lad-YXNet)。该模型引入高效通道注意力(Efficient Channel Attention,ECA)和混洗注意力(Shuffle Attention,SA)两种轻量化视觉注意力模块,构建了混洗注意力与双卷积层(Shuffle Attention and Double Convolution Layer,SDCLayer)模块,提高了检测模型对背景与果实特征的提取能力,并通过测试确定Swish与带泄露修正线性单元(Leaky Rectified Linear Unit,Leaky-ReLU)作为主干与特征融合网络的激活函数。通过消融试验探究了Mosaic增强方法对模型训练的有效性,结果表明图像长宽随机扭曲对提高模型综合检测性能贡献较高,但图像随机色域变换由于改变训练集中苹果的颜色,使模型检测综合性能下降。为提高模型检测苹果的可解释性,采用特征可视化技术提取了Lad-YXNet模型的主干、特征融合网络和检测网络的主要特征图,探究了Lad-YXNet模型在复杂自然环境下检测苹果的过程。Lad-YXNet经过训练在测试集下的平均精度为94.88%,分别比SSD、YOLOV4-Tiny、YOLOV5-Lite和YOLOX-Tiny模型提高了3.10个百分点、2.02个百分点、2.00个百分点和0.51个百分点。Lad-YXNet检测一幅图像的时间为10.06 ms,模型大小为16.6 MB,分别比YOLOX-Tiny减少了20.03%与18.23%。该研究为苹果收获机器人在复杂果园环境下准确、快速地检测苹果提供了理论基础。
    2022,38(19):143-152, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.016
    摘要:
    基于有监督深度学习的图像分割任务通常利用像素级标签来保证模型的训练和测试精度,但受植株复杂形态影响,保证像素级标签精度的同时,时间成本也显著提高。为降低深度模型训练成本,同时保证模型能够有较高的图像分割精度,该研究提出一种基于边界框掩膜的深度卷积神经网络(Bounding-box Mask Deep Convolutional Neural Network,BM-DCNN),在有监督深度学习模型中融入伪标签生成模块,利用伪标签代替真值标签进行网络训练。试验结果表明,伪标签与真值标签的平均交并比为81.83%,平均余弦相似度为86.14%,高于Grabcut类方法生成伪标签精度(与真值标签的平均交并比为40.49%,平均余弦相似度为61.84%);对于玉米苗期图像(顶视图)计算了三种人工标注方式的时间成本,边界框标签为2.5 min/张,涂鸦标标签为15.8 min/张,像素级标签为32.4 min/张;利用伪标签样本进行训练后,BM-DCNN模型的两种主干网络当IoU值大于0.7时(AP70),BM-DCNN模型对应的实例分割精度已经高于有监督模型。BM-DCNN模型的两种主干网络对应的平均准确率分别为67.57%和75.37%,接近相同条件下的有监督实例分割结果(分别为67.95%和78.52%),最高可达到有监督分割结果的99.44%。试验证明BM-DCNN模型可以使用低成本的弱标签实现高精度的玉米苗期植株图像实例分割,为基于图像的玉米出苗率统计以及苗期冠层覆盖度计算提供低成本解决方案及技术支持。
    2022,38(19):153-161, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.017
    摘要:
    针对目前垃圾检测算法在农田复杂环境下检测精度不高、检测效率低,模型复杂等问题,该研究提出了基于YOLOv5s的农田垃圾轻量化检测方法。首先,使用轻量级分类网络ShuffleNetV2的构建单元作为特征提取网络,降低模型的计算量和参数量,提高运行速度,以满足移动端的应用要求;其次,为应对模型轻量化后带来的检测精度降低,该文相继对ShuffleNetV2的构建单元进行了卷积核扩大化改进和激活函数优化,在增加部分计算量的前提下提高了模型精度;此外,为增强模型在田间环境下对目标的精准定位能力,该研究针对边界框损失函数进行了优化,将CIoU边界框损失函数高宽纵横比的损失项拆分为预测框的高宽分别与最小外接框高宽的差值,然后通过不断迭代减小差值,提高模型的收敛速度和回归精度。试验结果显示,最终的改进模型检测精度达到了90.9%,此时检测速度为74 ms/帧,计算量仅为3.6 GFLOPs,与当前主流的目标检测算法SSD、YOLOv3等相比,不仅具有更优越的检测精度和推理速度,同时还大幅减少了计算量;最后,将改进前后的模型部署到Jetson TX1和Raspberry 4B 两种边缘计算设备上进行测试,测试结果表明,改进后的YOLOv5s模型在边缘计算设备上的检测速度相对原模型提高了至少20%,同时保持了较好的检测效果,平衡了边缘计算设备对精度和速度的性能需求,为田间垃圾检测任务提供了参考。
    2022,38(19):162-171, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.018
    摘要:
    针对目前在茶园垄间导航路径识别存在准确性不高、实时性差和模型解释困难等问题,该研究在Unet模型的基础上进行优化,提出融合Unet和ResNet模型优势的Unet-ResNet34模型,并以该模型所提取的导航路径为基础,生成路径中点,通过多段三次B样条曲线法拟合中点生成茶园垄间导航线。该研究在数据增强后的茶园垄间道路训练集中完成模型训练,将训练完成的模型在验证集进行导航路径识别,根据梯度加权类激活映射法解释模型识别过程,可视化对比不同模型识别结果。Unet-ResNet34模型在不同光照和杂草条件下导航路径分割精度指标平均交并比为91.89%,能够实现茶园垄间道路像素级分割。模型处理RGB图像的推理速度为36.8 帧/s,满足导航路径分割的实时性需求。经过导航线偏差试验可知,平均像素偏差为8.2像素,平均距离偏差为0.022 m,已知茶园垄间道路平均宽度为1 m,道路平均距离偏差占比2.2%。茶园履带车行驶速度在0~1 m/s之间,单幅茶垄图像平均处理时间为0.179 s。研究结果能够为茶园视觉导航设备提供技术和理论基础。
    2022,38(19):172-179, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.019
    摘要:
    雪灾是导致日光温室倒塌的主要原因之一。为探明几字型钢日光温室在雪荷载作用下的失稳机理,该研究采用有限单元法,以8 m跨日光温室为研究对象,模拟其在雪荷载(均匀分布雪荷载和非均匀分布雪荷载)作用下的失稳破坏过程,计算其极限承载力,并探究纵向系杆、初始几何缺陷、截面参数对极限承载力的影响。结果表明:对于净截面面积、上翼缘宽度、腹板高度和壁厚均相同的几字型钢和空心矩形钢管,几字型钢日光温室极限承载力稍高于空心矩形钢管日光温室极限承载力;相较于均匀分布雪荷载,日光温室拱架对非均匀分布雪荷载更为敏感,非均匀分布雪荷载作用下的极限承载力约是均匀分布雪荷载作用下的28%,在日光温室结构设计中,应重点考虑非均匀分布雪荷载工况;在非均匀分布雪荷载作用下,屋脊和后屋面支座处为危险截面,最先进入全截面屈服状态;纵向系杆的设置可有效抑制结构平面外变形,进而提高结构极限承载力,有纵向系杆约束条件下的结构极限承载力约是无纵向系杆约束条件下的1.25倍;该日光温室拱架对初始几何缺陷敏感度较低,当最大初始几何缺陷幅值从5 mm增加到20 mm时,极限承载力降低约2%;在几字型钢截面选取时,在满足规范要求宽厚比前提下,建议上翼缘宽度与翻边宽度之比控制在4.17左右,腹板高度与翻边宽度之比不大于9.25,下翼缘宽度与翻边宽度之比不大于1.7,上翼缘宽度与下翼缘宽度之比控制在3.33左右,腹板高度与下翼缘宽度之比控制在4.67左右。该研究结果可为开口冷弯薄壁型钢日光温室拱架抗雪设计提供参考。
    2022,38(19):180-189, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.020
    摘要:
    秸秆具有较大的比表面积,对猪场废水中悬浮固体及氮素等养分具有较好的截留及吸附特性,有助于猪场废水后续资源化利用,但过滤后秸秆滤料的高效再利用又成为新的研究热点。该研究利用玉米秸秆过滤猪场废水,研究过滤后的秸秆滤料与猪粪好氧堆肥效果,堆肥过程中碳、氮转化及有害气体的排放规律。结果表明:玉米秸秆过滤猪场废水最优工艺条件为:滤层容重为0.15 g/cm3,过滤管径为9 cm,装填高度为40 cm,此条件下猪场废水总氮(Total Nitrogen,TN)、总悬浮固体和化学需氧量的去除率分别为22.80%、51.60%和76.81%。在初始C/N、环境温度、含水率、通风速率分别为20~35、22.32~32.05 ℃、65%、0.2 m3/h条件下,初始C/N越高,堆肥效果越好,堆体总有机碳(Total Organic Carbon,TOC)损失越大,而TN损失越小,有害气体排放主要集中在堆肥前期;初始C/N为35时,最高堆体温度达65.96 ℃,高温期(>50 ℃)可维持21 d,其中60 ℃高温长达12 d,种子发芽指数和TOC、TN损失率分别为81.03%、57.73%和10.08%,虽然CH4、CO2排放有所增加,但NH3、N2O排放和氮素损失显著降低(P<0.05),CH4、CO2、N2O 3种温室气体的温室效应影响潜值为137.53 kg/t(以CO2为当量)。研究为秸秆滤料和猪粪的资源化利用及其好氧堆肥过程有害气体的减排提供基础依据。
    2022,38(19):190-201, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.021
    摘要:
    含盐量过高会对堆肥有机质腐殖化过程产生抑制作用,但作用规律仍不清楚。该研究以餐厨垃圾为研究对象,以不添加盐分的处理为对照,设置添加食用盐的处理作为试验组(添加质量分数分别为0.5%、1%和1.5%),进行好氧堆肥,研究不同盐分含量对基本腐熟度指标、有机质组成、腐殖质(Humus,HS)的影响,并结合微生物群落结构和相关性统计分析阐明其作用规律。结果表明,4个处理温度、碳氮比(C/N)、有机质组成等达到腐熟要求,但盐分添加提高了堆体电导率(Electrical Conductivity,EC),添加比例达到1.5%时,高温期缩短至13 d,种子发芽指数(seed Germination Index,GI)降低至65.5%,总有机物降解率降低6.5%,有机质腐殖化过程受到限制。高通量测序和相关性分析的结果表明,添加1.5%盐分主要通过抑制高温双岐菌(Thermobifida)、糖单孢菌(Saccharomonospora)和曲霉(Aspergillus)、毛孢子菌(Trichosporon)的活性,降低总糖、木质纤维素等有机物质的降解和后续HS形成,从而限制餐厨垃圾堆肥过程中腐殖化效果的提升。本研究将为餐厨垃圾等农村有机废弃物处理技术应用提供理论指导。
    2022,38(19):202-211, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.022
    摘要:
    通过16SrRNA高通量测序技术,以自然纳潮和微孔曝气两种水质调控方式池塘为对照,研究了养水机水质调控方式对春秋季刺参养殖池塘水细菌菌群结构的影响。结果表明:各池塘水前10优势门和前3优势纲组成基本一致,但优势属组成差异较大;试验后期(11月份),养水机池塘水与自然纳潮池塘水和微孔曝气池塘水中某些种群丰度具有明显的差异,养水机显著提高了池塘水乳酸菌目的丰度(lefse分析LDA Score>4),分别提高了251和343倍,显著降低了交替假单胞菌科科和属的丰度(t-test检验),比自然纳潮池塘分别降低了4.1和5.4倍;各池塘水优势功能菌为化能异养12.78%~19.65%和好氧化能异养菌0.96%~4.97%,各功能菌丰度均值差异不显著,但试验后期养水机池塘水发酵菌和植物致病菌丰度增加明显,比自然纳潮池塘和微孔曝气池塘分别提高了32、50和159、216倍;硝酸盐还原菌丰度明显降低,分别降低了4.7和7.7倍;养水机池塘水α-多样性最高,养水机显著提高了池塘水乳酸菌和植物致病菌丰度,提高了细菌种群的α-多样性,前者抑制池塘大型藻生长,后者有益于水质稳定。
    2022,38(19):212-218, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.023
    摘要:
    水产种业的高质量发展是推动养殖业发展的基础,现阶段中国鱼类人工繁育生产方式设施装备化程度低,产业大而不强,转型升级的需求迫在眉睫。该研究在文献调研整理的基础上,首先就循环水人工繁育设施装备在亲鱼产卵、鱼卵孵化、鱼苗培育等方面的研究和应用情况展开论述。相对于常规培育方式,循环水系统能够最大程度上构建出符合亲鱼交配和产卵的环境条件,养殖密度0.01~4.5 kg/m3,系统循环率9~76%/h,换水率0.7~3%/d;针对不同性质的鱼卵,介绍了国内外目前常用的孵化器主要有瓶式孵化罐、平列式孵化槽、漏斗式孵化器等,阐明了其适用对象、工作原理和主要性能表现;针对育苗和养殖系统构建需求的差异,综述了目前在循环水育苗设施装备应用研究中关注的重点和难点。其次,概述了中国鱼类人工繁育发展现状和问题,分析了循环水人工繁育技术的优势和面临的挑战。最后提出,鱼类工厂化循环水人工繁育具有较高的可行性和引领性,但是要实现产业化应用仍需要进一步开展基于品种对象的人工繁育环境构建及循环水处理、繁育过程鱼类对环境应激源的生物学响应、智能繁育装备等方面技术攻关和装备研发。
    2022,38(19):219-226, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.024
    摘要:
    针对红壤、棕壤、褐土、黑土4种中国典型的Cd污染土壤,应用Ca(OH)2、Ca(H2PO4)2以及层状双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxides,LDHs)、水化氯铝酸钙(CaAl-Cl LDH)开展钝化修复,并从土壤Cd的生态风险和健康风险角度进行修复效果对比研究。分析钝化剂对土壤pH值、土壤Cd的赋存形态以及土壤Cd直接经口摄入的生物可给性的影响,并对修复机理进行深入探究。结果表明,在Ca(OH)2、Ca(H2PO4)2和CaAl-Cl LDH各自相对最优施用量下,3种钝化剂均可显著降低土壤Cd的活性系数(P<0.05),平均降幅分别为16.1%、56.9%和29.2%,可降低土壤Cd的作物吸收量及Cd对周边生态环境的风险。此外,施用CaAl-Cl LDH能显著且更为有效地降低土壤Cd的生物可给性(P<0.05)及Cd对人体的健康风险,在胃和小肠阶段的平均降幅为19.2%和33.0%,其中胃阶段分别达到施用Ca(OH)2和Ca(H2PO4)2的3.11和1.99倍,小肠阶段为5.99和2.72倍。该研究为Cd污染土壤钝化修复剂的开发、改进和选择提供了科学依据和参考。
    2022,38(19):227-236, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.025
    摘要:
    生物质热解产物中热解气和热解油具有较高能源利用价值,可作为替代燃料或化工原料,但伴随热解过程迁移至热解气/油中的氮元素不仅会影响其品质,热解气/油进一步利用后也会污染大气环境。该研究围绕生物质资源制备清洁能源的总目标,系统分析生物质热解过程中氮迁移转化机理,重点论述气相氮、液相氮和焦炭氮的生成与转化机理。通过总结前人研究,得出生物质热解气中的含氮物质主要为HCN、NH3等,其中NH3主要来源于氨基酸热解释放的氨基以及HCN在焦炭表面的水解转化;HCN主要来源于腈、含氮杂环等一次热解产物的二次裂解;热解油中的含氮物质主要为含氮杂环、腈与酰胺,其中含氮杂环主要由部分氨基酸片段或氨基酸间的脱水缩合反应产生;腈主要来源于氨基酸分子脱H2反应以及酰胺脱H2O反应;酰胺主要来源于NH3与羧基的置换反应。不同生物质种类与热解工况下氮的迁移转化特性复杂多样,生物质种类以及热解过程中的压力、停留时间、升温速率、温度、热解气氛、粒径、催化剂等因素均会影响热解过程中氮的迁移转化路径,最终影响生物质热解气/油中含氮物质的组成及分布。进一步提出生物质热解过程中氮排放控制未来研究方向,以期为实现农村生物质资源高效清洁利用提供参考。
    2022,38(19):237-248, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.026
    摘要:
    结合国土空间规划与耕地质量自相关属性优化耕地保护空间布局,对于耕地质量提升、保障粮食安全具有重要意义。该研究采用改进空间自相关模型,将生态环境作为耕地质量空间相关性分析框架的"第四维",从地块尺度模拟位于"三线"内地块耕地质量指数的空间自相关性,据此提出优化耕地保护空间布局的方案。结果表明:1)高淳区高质量耕地呈现出东部集中连片、西部零散分布的特征,低质量耕地集中分布在高淳东部,各耕地自然指数均呈现出"西高东低"的特征。2)各耕地质量指数正、负相关型分别与高、低质量耕地的空间高度吻合,均表现出较强正相关性的空间聚集特征。自然质量、利用管理、经济价值及生态环境指数的Moran's I值分别为0.79、0.92、0.89、0.77,空间集聚性从大到小的顺序为利用管理、经济价值、自然质量与生态环境指数。3)结合国土空间规划与耕地质量自相关优化耕地布局,永久基本农田新增968.15hm2,等级提升0.94,确定永久基本农田保护区、城镇发展缓冲区、生态环境保护区及综合调节区4个一级类与14个二级类。其中,永久基本农田保护区综合质量最优,耕地质量表现出较强的空间扩散效应,应禁止非农建设;城镇发展缓冲区耕地质量较差但区位优势突出,是城镇建设理想区;生态环境保护区耕地综合质量较差但生态优势明显,应开展生态防护工程,形成生态保护格网;综合调节区应判明耕地障碍因素的作用机理,有序开展田间整治,实现向永久基本农田的跃迁。
    2022,38(19):249-258, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.027
    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"(I-F-V)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)6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)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。
    2022,38(19):259-268, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.028
    摘要:
    淮海经济区垦殖率约70%,是中国粮食主产区之一,掌握其耕地碳储量时空变化规律、识别耕地碳汇碳源区,对保护区域耕地质量和发挥耕地生态系统碳汇功能,助力"双碳"目标实现有重要意义。该研究基于淮海经济区土壤类型碳密度计算耕地土壤碳储量,再运用NEP(Net Ecosystem Productivity)模型计算耕地植被固碳量,同时借助ArcGIS空间分析和地理探测器等方法研究2005-2020年淮海经济区耕地碳储量时空演变特征、耕地"碳"属性及其驱动因子。结果表明:1)2005-2020年淮海经济区耕地土壤碳储量由于地类转移总体减少了1.393×107 t,在空间上呈"东高西低"分布;耕地植被固碳量则呈现出以2015年为拐点"先增加后减少"变化趋势,NEP在空间上呈现出"东南高,西北低"分布特征;随时间推移,耕地总碳储量空间分布集聚性呈下降趋势,其"高-高"类型区数量也逐渐减少,主要向不显著区和"低-高"离散区转变;2)淮海经济区耕地碳汇区县数32个,中强度碳汇区21个主要分布于淮海经济区西部,高强度碳汇区5个集中分布于东北部;3)驱动淮海经济区耕地碳储量时空分异的因子中,主要因子是交通通达度、粮食产量、归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)、高程、坡度和坡向,次要因子是人口。未来耕地保护过程中,耕地碳源区县可借鉴碳汇区耕地保护政策和管理措施,以减少耕地碳储量的流失、维持耕地质量,同时也让更多区县的耕地生态系统发挥碳汇作用。
    2022,38(19):269-276, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.029
    摘要:
    为了将预乳化工艺更好应用于大豆拉丝蛋白(Textured Fibril Soy Protein,TFSP)素食香肠的加工,该研究通过采用不同的蛋白乳化剂和调控均质条件,探究预乳化油脂对TFSP素食香肠流变特性、质构和微观结构的影响。结果发现随着均质压力从0增大到30 MPa,大豆分离蛋白(Soybean Protein Isolate,SPI)乳液和酪蛋白酸钠(Sodium Caseinate,SC)乳液的表观黏度都逐渐增大,SPI乳液粒径为24.80~0.39 μm,SC乳液粒径为12.37~0.12 μm。对TFSP素肉糜进行温度扫描和频率扫描结果发现,所有的素肉糜在蒸煮后都形成了具有黏弹性的乳液凝胶,并且预乳液的均质压力越大,素肉糜的弹性模量越大。沃-布剪切测试和质构特性(Texture Profile Analysis,TPA)测试发现,TFSP素食香肠的剪切力和TPA质构特性都随着预乳液均质压力的增大而增大。采用激光共聚焦显微镜观察分析了不同预乳液和TFSP素食香肠的微观结构,当预乳化的均质压力为0~20 MPa时,SC乳液制备的TFSP素食香肠在蒸煮后发生了明显的乳液滴聚结;然而SPI乳液制备的TFSP素食香肠在蒸煮后表现出对抗乳液滴聚结的能力强。因此,采用SPI对植物油脂进行预乳化过程中,均质压力为20 MPa时,可以有效提升TFSP素食香肠的切片性和质构特性,研究结果为油脂预乳化工艺在素食产品中的开发和应用提供参考。
    2022,38(19):277-284, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.030
    摘要:
    为提高淀粉-脂质复合物制备效率,拓宽其在低血糖指数食品中的应用。以高直链玉米淀粉和胡麻油为原料,双螺杆挤压为核心制备技术,复合指数为评价指标,采用单因素和正交优化试验获取最佳制备工艺条件,并对复合物结构及特性进行测定分析。结果表明,优化工艺参数为胡麻油与淀粉质量比0.24、喂料水分40%、机筒温度125 °C、螺杆转速150 r/min,在此条件下复合物的复合指数为85.63%。通过傅里叶红外光谱及形态学观察,表明胡麻油与淀粉分子发生结合,说明双螺杆挤压制备淀粉脂是可行的;挤压淀粉-脂质复合物表现较强的热稳定性、抗消化特性和较低的黏弹性。根据以上结果可知挤压处理促进淀粉与脂质分子的有效复合,进而改变淀粉分子的结构及理化特性, 研究结果可为淀粉-脂质复合物在低血糖指数食品中的应用提供参考。
    2022,38(19):285-294, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.031
    摘要:
    谷朊粉经水合作用形成面筋蛋白(Wheat Gluten Protein,WGP)网络结构,具有良好的黏弹性和延展性,但加热后其网络结构易破裂,稳定性较低。该研究利用谷朊粉、大豆分离蛋白(Soy Isolated Protein,SPI)、甲基纤维素(Methylcellulose,MC)、谷氨酰胺转氨酶(Glutamine Transaminage,TG酶)的原料特性,建立植物蛋白、亲水胶体、促凝胶酶的共混黏合体系,研究各组分对其理化性质、凝胶特性及结构的贡献和影响。结果表明,随着三种原料依次递进加入WGP,混合体系中二硫键含量分别较前一组降低81.03%、升高248.50%和0.70%,游离巯基含量升高68.79%、降低28.90%和20.44%,表面疏水性升高5.33%、降低6.85%、再升高17.17%,高分子量麦谷蛋白组分分子量则逐渐增加;持水性升高5.07%、2.91%、2.79%,凝胶强度升高104.14%、24.66%、3.52%;共混凝胶的储能模量和损耗模量均逐渐升高;TG酶加入后,阻止了α-螺旋逐渐向β-转角、无规则卷曲的转化,α-螺旋和β-折叠含量上升。可见共混黏合体系凝胶的分子间缠结点增多、凝胶性变强。虽然SPI的添加部分破坏了WGP网络结构,但SPI、MC、TG酶增加了蛋白的聚集程度和凝胶强度。扫描电镜观察显示,SPI镶嵌在WGP网络骨架中,形成半网络半填充的新架构形式;随着MC和TG酶的依次加入,在形成大量交联丝状结构的基础上,局部形成连续膜状结构将大豆拉丝蛋白(Soy Drawing Protein,SDP)粒子覆盖。说明SDP粒子被完整、紧密地包裹于谷朊粉-SPI-MC-TG酶共混黏合体系中。利用此黏合体系制成SDP基素肉饼,依次向复水SDP中添加四种原料,显示素肉饼的硬度、内聚性、咀嚼性和弹性等均得以提升。因此,该研究建立谷朊粉基共混黏合体系是改善SDP为主要原料的素肉制品品质的有效方法。
    2022,38(19):295-302, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.032
    摘要:
    为提高大豆副产物利用率,拓展豆皮果胶类多糖(Soybean Hull Pectin Polysaccharide, SHPP)在凝胶类食品的应用,该研究采用盐辅助结合水热处理技术提取大豆豆皮中的豆皮果胶类多糖,并对其基本理化性质进行表征。通过以大豆蛋白为主要成分的凝胶类食品豆腐花为模型,探究不同添加量豆皮果胶类多糖(0~2.0%)与大豆蛋白的离散型相分离行为,分析其微相分离行为与宏观流变学性质、机械性能、持水性与感官评定的关联性,并与商品化柑橘果胶(Citrus Pectin, CP)作对比。结果表明,该提取法所得豆皮果胶类多糖提取率为17.95%±0.21%,其半乳糖醛酸含量为42.13%±2.05%,平均粒径为(210.3±2.9)nm,多分散性指数(Polydispersity Index, PDI)为0.466±0.037,豆皮果胶类多糖具有良好的亲水性和低黏度特性,易分散于水。添加0~0.5%豆皮果胶类多糖制备豆腐花,发现其微观上无相分离产生,具有良好的网络微结构;宏观上表现为外观白嫩,黏弹性、持水性与口感均良好。添加1.0%豆皮果胶类多糖的豆腐花宏观上出现明显析水,凝胶黏弹性和持水性均显著(P<0.05)减少。继续增加豆皮果胶类多糖至1.5%添加量则会导致相分离产生,蛋白凝胶网络微结构变得无序,网状孔隙增大,凝胶强度进一步减弱,保水性极差(46.2%±3.2%)。由此确定,豆皮果胶类多糖适宜添加量为0.5%。与经优化的柑橘果胶添加量为0.1%的豆腐花作比较,发现添加0.5%豆皮果胶类多糖的豆腐花在质构特性以及色泽、组织状态、滋味气味、口感、可接受度各方面的感官评分上均优于含柑橘果胶的豆腐花。结果表明豆皮果胶类多糖更适用于蛋白凝胶类食品。研究结果为豆皮果胶类多糖的应用开发,大豆副产物的再利用以及全豆食品的发展提供一定推动作用。
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      2022,38(18):1-10, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.001
      [摘要] (259) [HTML] (0) [PDF 6.80 M] (223)
      摘要:
      针对目前一些植保机械在喷洒农药的过程中难以兼顾低飘移和高沉积的问题,该研究将雾化网格应用在果树植保喷雾作业中,使喷头喷出的大粒径雾滴在接近靶标处撞击网格二次雾化为小雾滴。为了研究雾滴撞击网格后的粒径和速度分布以及沉积特性,以网格孔径、喷头与网格的距离为变量,以二次雾化后雾滴的速度和粒径分布、喷雾角、雾滴覆盖率、沉积量和飘移量为指标进行试验研究。试验结果表明:放置孔径为461、350和227 μm网格时测量点的雾滴平均速度比没有网格时的2.35 m/s分别降低23.40%、13.90%、29.00%,最大平均粒径比没有网格情况下的192.5 μm分别降低19.5%、14%、10%;随着网格孔径的减小,二次雾化后雾滴的喷雾角有逐渐降低的趋势;放置350和227 μm 孔径网格时果树冠层各层内沉积均匀性相近,沉积量变异系数最高分别为88.08%和74.22%,远低于461 μm 孔径网格的162.98%;放置350 μm 孔径网格时雾滴穿透性较好,各层之间沉积量变异系数最高为10.08%,低于461和227 μm 孔径网格的44.09%和18.25%。在该研究试验条件下,350μm 孔径网格的沉积效果优于461和227 μm 孔径网格,喷头与网格的距离对雾滴覆盖率和沉积量没有显著影响,使用雾化网格的雾滴飘移较少,非靶标区平均雾滴飘移量为靶标区沉积量的6.64%。研究结果可为果园无人机喷雾作业优化提供参考。
      2022,38(18):11-20, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.002
      [摘要] (129) [HTML] (0) [PDF 3.16 M] (134)
      摘要:
      为减少农药飘移损失,保护生态环境,该研究从提高喷雾有效性和降低喷雾装置对果树枝叶的机械性损伤出发,研制了一种悬挂式柔性对靶喷雾装置。该装置以东方红MS-304拖拉机为载体,采用超声波传感器探测树冠位置,利用霍尔传感器构建测速模块。对株距4.0 m、树高1.6 m、树冠直径1.4 m的橘树进行对靶喷雾试验验证悬挂式柔性对靶喷雾装置作业性能。试验结果表明:拖拉机行驶速度为0.5 m/s时,喷雾压力0.4、0.5及0.6 MPa对应的平均药液附着率分别为84.7%、91.7%、88.9%,药液附着率较高且接近,喷雾压力对药液附着率的影响不明显;拖拉机行驶速度为1.0 m/s时,喷雾压力0.4、0.5和0.6 MPa对应的平均药液附着率分别为64.2%、70.3%、75.8%,喷雾压力越大,药液附着率越高;拖拉机行驶速度为 1.5 m/s时,平均药液附着率低于50%,且喷雾飘移较为严重,不适宜进行自动对靶喷雾;拖拉机行驶速度和喷雾压力相同时,药液附着率按树冠上、中、下层顺序呈递减规律,且速度越高,递减规律越明显。研究结果对提高果园对靶喷雾的药液附着率具有较好的实用价值。
      2022,38(18):21-30, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.003
      [摘要] (135) [HTML] (0) [PDF 2.50 M] (135)
      摘要:
      对靶喷施技术是提高药液利用率、减少环境污染的有效手段,针对植保机械在非结构化农田环境中对靶喷施作业准确率低的问题,该研究采用空间误差补偿技术,基于所设计的大田对靶喷施机器人开展喷头位置解析与校正。采用辅助坐标位置关联法,构建基于机器人坐标、航向与结构参数的喷头位置解析模型,采用误差等效变换法,量化耦合误差分解项,最后综合对比各校正方法性能,优选均值校正法对重构的喷头位置解析模型进行校正。平整场地对靶喷施模拟与田间验证试验结果表明:高斯回归建模方法可实现机器人结构参数的准确估计,喷头与定位点的相对高度、相对距离平均偏差分别为4.3和1.3 mm;喷头距靶标中心的响应距离越长,对靶喷施准确率越高,系统稳定性越好;行驶速度为1 m/s时,0、15和30 cm的靶标引导距离下分别有94.4%、96.6%、99.4%样本的对靶喷施精度≤30 mm,对靶喷施准确率的变异系数分别为0.010、0.017、0.010。该研究可为大田机器人的末端执行器精准控制提供思路和方法,为大田植保机械的精准施药技术性能优化提供参考。
      2022,38(18):31-39, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.004
      摘要:
      针对精准对靶喷药系统作业中由于不同数量喷头反复启闭造成管路压力波动严重的问题,该研究开展了对靶喷药系统回流比例对管路压力波动影响的研究。设计了对靶喷药压力波动试验平台,基于AMESim建立对靶喷药压力波动系统仿真模型。设置系统初始压力0.2~0.4 MPa,回流比例为0~0.9,分别关闭1/5~4/5的喷头数量进行了仿真试验。结果表明,关闭喷头的占比越大,管路压力波动越大,当系统初始压力0.2 MPa,回流比为0,关闭4/5数量的喷头,管路压力从0.2 MPa上升至5.15 MPa,波动率达2 400%;系统初始工作压力越大,关闭喷头数量对压力波动影响越大。设置回流管路可有效减小管路压力波动,且回流比越大效果越明显,当系统初始压力0.2 MPa时,回流比例为0.6时,部分喷头关闭的压力波动率最大为64.53%。兼顾泵的利用率,回流比例建议小于0.6。系统初始压力0.3 MPa时,回流比例建议小于0.7;系统初始压力0.4 MPa时,回流比例建议小于0.8。根据对靶喷药压力波动容忍度要求,系统初始压力0.2 MPa时,喷施靶标在作业行中的占比量最佳回流比例关系为:靶标占比1/5的最佳回流比例区间为0.5~0.6;靶标占比2/5的最佳回流比例区间为0.4~0.5;靶标占比3/5的最佳回流比例区间为0.2~0.3;靶标占比4/5的最佳回流比例区间为0~0.1。系统初始压力0.3 MPa时,喷施靶标在作业行中的占比与最佳回流比例区间关系为:靶标占比1/5的最佳回流比例区间为0.5~0.6;靶标占比2/5的最佳回流比例区间为0.5~0.6;靶标占比3/5的最佳回流比例区间为0.2~0.4;靶标占比4/5的最佳回流比例区间为0~0.1。初始压力为0.4 MPa时,靶标占比1/5的最佳回流比例区间为0.7~0.8;靶标占比2/5的最佳回流比例区间为0.6~0.7;靶标占比3/5的最佳回流比例区间为0.4~0.5;靶标占比4/5的最佳回流比例区间为0~0.3。研究结果可为农业植保作业对靶变量施药技术应用及工况参数的选择提供依据,为精准对靶施药装置的进一步优化提供支撑。
      2022,38(18):40-50, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.005
      摘要:
      为了探究植保无人机旋翼风场对雾滴在水稻植株上黏附量的影响规律,该研究以大疆T30植保无人机为施药平台,分别以清水、1%迈飞和0.5%迈图Target助剂溶液为喷洒溶液,基于航空风洞和粒子图像测速系统(Particle Image Velocimetry,PIV)测量了植保无人机旋翼风场作用下的雾流场、溶液的动态表面张力、黏度和密度以及雾滴在水稻叶片表面的动态接触角,分析了植保无人机旋翼风场对雾滴沉降速度的影响,以及飞防助剂对溶液性质参数、喷嘴雾化性能和雾滴在水稻叶片表面润湿铺展能力的影响规律。在此基础上,结合雾滴拦截模型和雾滴与作物叶片表面碰撞模型,建立了应用于植保无人机施药技术领域的雾滴黏附量预测模型,并对模型计算的准确率进行了田间验证试验。试验结果表明,助剂溶液对溶液性质、喷嘴雾化性能、雾滴在水稻叶片表面的润湿铺展能力以及雾滴在水稻植株上的黏附量方面均有不同程度的影响。与清水溶液相比,添加1%迈飞与0.5%迈图Target助剂溶液后,溶液表面张力分别降低了46.81%,62.21%;喷嘴雾化雾滴的粒径均呈增大趋势,约增大9.3%;雾滴在水稻叶片表面的接触角分别降低了27.74%,46.37%;雾滴在每公顷水稻植株上的黏附量分别增加了800.78%和1 051.49%。无人机旋翼风场对雾滴沉降速度和雾滴在水稻植株上的黏附量均有明显影响,旋翼系统开启后,雾滴沉降速度明显增加,且更快达到稳定运动状态,当无人机旋翼转速由0增加至1 000 r/min 再增加至1 800 r/min时,雾滴沉降速度分别增加了366.67%,64.29%。与旋翼关闭状态相比,旋翼系统开启后,1%迈飞和0.5%迈图Target助剂溶液在水稻植株上的黏附量分别降低了26.78%和29.75%。本文建立的黏附量模型预测清水、1%迈飞和0.5%迈图Target 3种溶液在水稻植株上黏附量的准确率分别为48.59%,79.07%和79.29%。该研究为植保无人机对水稻进行施药作业时筛选助剂提供理论参考与指导,并提供一个新的旋翼风场作用下雾滴在水稻植株上黏附量的预测模型。
      2022,38(18):51-61, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.006
      [摘要] (120) [HTML] (0) [PDF 6.83 M] (125)
      摘要:
      针对当前无人机水稻撒播难以成行成穴、落种易受旋翼风场干扰和播种均匀性不佳等问题,该研究结合点射式水稻播种装置和飞行控制器设计了一套播种控制系统,开发了配套的地面站功能,并制作了样机。控制系统基于PID算法实现排种器步进电机的转速闭环控制,通过标定模型对振动电机激振力和摩擦轮电机转速进行控制,并根据状态机设计播种控制程序。以3倍丸粒化稻种为对象,从播种量准确性、播种成行性和播种均匀性3个方面对样机的播种性能进行验证并优选合适的播种参数。试验结果表明:无人机模拟飞行的播种量准确性测试中,样机以1.0~2.5 m/s的作业速度进行播种时,播种量的平均相对误差小于4%,控制系统具有较好的动态调节能力。实地飞播测试中,样机以1.0和1.5 m的高度播种时,种子分布在12 cm种行宽度内的平均概率超过80%,成行性较好。考虑安全因素,优选1.5 m为样机的适宜作业高度。在作业高度为1.5 m,3倍丸粒化稻种的播种量为90~150 kg/hm2(对应裸种的播种量22.5~37.5 kg/hm2),作业速度为0.5~2.0 m/s时,播种均匀性变异系数为20.51%~35.52%。进一步分析发现,适当提升作业速度可提高播种均匀性。田间试验结果表明,播种量的相对误差分别为2.47%和4.12%,播种均匀性变异系数分别为22.17%和21.82%,种子破损率分别为0.34%和0.18%,满足相关标准的水稻飞播精度控制要求。研究结果可为无人机水稻直播技术提供参考。
      2022,38(18):62-71, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.007
      摘要:
      甘蔗切割质量差会导致宿根破头,造成第二年宿根发芽率降低,极大影响甘蔗产量和经济效益。该研究围绕刀盘轴向振动和切割参数对甘蔗收获机切割质量的影响开展研究,利用自主研发的甘蔗收获机试验平台进行砍蔗试验,以甘蔗的裂纹总数、最大裂纹深度、最大裂纹长度和宿根破头数作为评价指标,采用改进熵值法计算各指标的综合评价值,通过单因素试验、正交试验和二次回归正交旋转组合试验,分析以刀盘轴向振幅和频率表征的刀盘轴向振动以及刀盘转速、甘蔗收获机行走速度和刀盘倾角及其交互作用对甘蔗切割质量的影响。试验结果表明,甘蔗切割质量和刀盘轴向振幅以及频率之间呈线性负相关关系;刀盘轴向振幅和频率对甘蔗切割质量具有显著的影响,P值分别为0.002和0.035。刀盘转速、甘蔗收获机行走速度和刀盘倾角对甘蔗切割质量的影响不显著,P值都大于0.05。刀盘轴向振幅和频率的交互作用以及刀盘轴向振幅和刀盘转速的交互作用对甘蔗切割质量具有显著的影响,P值分别为0.045和0.036。其他因素交互作用对甘蔗切割质量的影响不显著,P值都大于0.05。对甘蔗切割质量影响的显著程度大小为刀盘轴向振幅、频率、甘蔗收获机行走速度、刀盘倾角、刀盘转速;刀盘轴向振幅和频率越大,甘蔗切割质量的综合评价值越大,切割质量越差;刀盘轴向振幅和刀盘转速同时增大,甘蔗切割质量的综合评价值增大,切割质量变差。用高速摄像机观察砍蔗过程发现,甘蔗需经历1次以上的切割才会被砍断,且不同的切入位置之间存在高度差。应采取减振措施降低切割系统的振幅,同时提高车架和切割系统的固有频率,避免出现共振现象。研究结果可为研发具有高切割质量的甘蔗收获机提供参考。
      2022,38(18):72-80, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.008
      摘要:
      农用车辆驾驶室减振器节流阀片应力特性分析及相关问题研究普遍依赖于有限元法,尚缺少有效的解析算法,给工程应用带来诸多不便。针对该问题,该研究建立驾驶室减振器节流阀片区段受压力学模型,推导基于阀片应力影响系数的周向、径向及复合应力解析表达式,进而提出一种简洁实用的减振器节流阀片区段均布压力作用下应力特性解析算法,该算法确切计及了区段压力、阀片片数、各片厚度、阀口半径、上垫片半径及下垫片半径等参数。实例计算分析和有限元仿真对比结果显示在减振器工作压力下,各片阀片不同半径位置处周向应力、径向应力及复合应力解析值与仿真值的相对偏差均在1.5%以内,表明了所提算法的正确性和可靠性。在此基础上,建立了基于该解析算法的驾驶室减振器叠加节流阀片应力快速校核方法、节流阀片厚度拆分设计方法及优化设计准则,并进行实例设计和减振器台架试验,结果显示所设计减振器与原减振器阻尼力最大相对偏差仅为4.6%,且100.0万次以上仍可正常工作。该算法避免了有限元法的诸多局限,可有效应用于揭示减振器叠加节流阀片结构参数与应力内在物理联系、结构参数对应力影响规律,为相关工程技术人员提供了更为实用、便捷的有效工具。
      2022,38(18):81-91, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.009
      摘要:
      针对小麦高速播种作业过程中高频排种种子流精准检测困难的问题,该研究设计了一套薄面光折射式小麦种子流多通道并行检测装置。基于将高通量变为低通量多通道并行同步检测的思路,设计了种子流分流结构。根据小麦种子物理特性,在已有传感原理的基础上,提出了一种"LED灯珠+窄缝"产生薄面光层,结合凸透镜折射原理扩大有效检测面积的方法,通过光路分析和窄缝尺寸分析确定了凸透镜焦距、薄面LED窄缝尺寸及传感元器件关键参数。利用多通道并行检测传感原理,设计了多路信号同步采集系统。为提升检测准确率,建立检测准确率-排种频率之间的关系,通过分析检测装置的误差规律,构建了准确率补偿模型。台架试验表明:排种器转速在80~180 r/min时,田间正常排种频率范围为52.10~321.55 Hz,检测准确率均高于96.68%。田间播种试验表明:在2~9 km/h的小麦播种机作业速度下,田间排种频率为67.65~323.95 Hz,检测装置检测准确率高于95.28%。检测装置能够检测排种器的排种频率、各通道排种量、排种总量。正常田间小麦播种作业中机械振动、强光照和土壤粉尘对检测装置没有明显影响。该检测装置可为小麦高速播种作业中高频种子流精准检测、漏播检测以及补种提供有效支撑。
      2022,38(18):92-102, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.010
      摘要:
      细沟发育及形态特征研究对理解坡面侵蚀过程和机理具有重要意义。然而,已有细沟侵蚀研究多基于室内模拟试验,无法反映野外真实细沟侵蚀规律。该研究以黄土丘陵沟壑区辛店沟流域为例,于野外自然坡面设置5个径流小区,结合放水冲刷试验(流量为25、40、55、70、85 L/min)与地基三维激光扫描技术,研究细沟几何形态(长、断面宽、断面深),衍生特征(细沟宽深比、细沟密度、细沟割裂度和细沟平均深度等)和分形维数、地貌信息熵、分叉比的变化过程,以及不同指标与侵蚀量、沉积量、产沙量间的关系。结果表明:1)随着冲刷时间增加,各流量梯度细沟断面宽度、断面深度、细沟平均深度和细沟割裂度均呈递增趋势。而细沟宽深比与流量大小相关,低流量(25 L/min)下细沟发育主要呈"宽浅式",较低流量(40 L/min)和高流量(85 L/min)下发育主要呈"窄深式",中流量(55 L/min)和较高流量(70 L/min)细沟发育在"宽浅式"与"窄深式"间交替变化。2)随着冲刷时间增加,低流量下分形维数整体趋于平稳,其余流量波动较大;中流量下分叉比呈上升趋势,其余流量下均呈下降趋势;各流量梯度下地貌信息熵无明显变化规律,但其与产沙量的变化趋势基本一致,能够较好反映土壤侵蚀的动态变化。3)细沟平均长度、平均断面深度和细沟平均深度可分别用于评估较低流量下累计沉积量、侵蚀量和产沙量;同时,可用细沟平均深度评估低流量下累计侵蚀量和产沙量。平均断面宽度、平均断面深度及细沟平均深度可用于评估较高流量下累计侵蚀量。此外,随着流量的增大,各形态指标与累计侵蚀量、沉积量和产沙量关系的显著性减弱。研究可为深化认识坡面细沟侵蚀过程和机理提供参考。
      2022,38(18):103-112, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.011
      摘要:
      低盐再生水是一种回用潜力巨大的替代性水源,为探究其灌溉亚热带红壤的适宜性,该研究以校园生活污水为再生水水源,设置再生水单一灌溉(WW)、再生水与蒸馏水交替灌溉(AWW)两种灌水模式,并以蒸馏水单一灌溉(CK)为对照。通过室外模拟土柱试验,研究了低盐再生水不同灌溉模式下红壤的盐碱度、微观结构及水力特性,并探讨了三者之间的相互作用关系。结果表明:1)低盐再生水灌溉降低了红壤的持水能力和导水能力;2)与CK处理相比,低盐再生水灌溉导致红壤田间持水率和凋萎系数降低,有效水在WW处理下增加6.33%,在AWW处理下减小27.85%;3) 两种低盐再生水灌溉模式下土壤大孔隙均增加,而有效孔隙、微小孔隙在WW处理下分别增加1.3%、5.0%,在AWW处理下分别减小4.3%、1.1%;4)与CK处理相比,低盐再生水灌溉使红壤电导率(Electrical Conductivity,EC)和Na+含量显著提高,而交换性阳离子总量(Cation Exchange Capacity,CEC)显著降低(P<0.05)。再生水两种灌溉模式中,AWW处理下土壤交换性钠百分比(Exchangeable Sodium Percentage,ESP)和钠吸附比(Sodium Adsorption Ratio,SAR)分别显著高于WW处理142.4%、120.3%(P<0.05),从而引起更强烈的土壤黏粒分散;5)田间持水率、凋萎系数、有效水及有效孔隙和微小孔隙比例均与交换性Na+、ESP、SAR呈显著负相关,与CEC呈显著正相关。综上,低盐再生水灌溉亚热带红壤宜选择单一灌溉模式,且应定期监测土壤SAR和ESP等指标。研究结果可为再生水水质标准和灌溉制度制定提供参考。
      2022,38(18):113-121, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.012
      摘要:
      团聚体结构和稳定性关系着一系列土壤过程。为探明不同类型地带性土壤团聚体稳定性与孔隙结构变化规律及二者关系,该研究以中国温带与亚热带地区5种地带性土壤(黑土、棕壤、褐土、黄褐土和红壤)为研究对象,结合CT扫描、湿筛法和Le Bissonnais法,量化孔隙结构,测定各地带性土壤团聚体平均重量直径(Mean Weight Diameter,MWD)。结果表明:团聚体水稳性受到土壤类型和土层深度的综合影响,从大到小依次为黄褐土、褐土、棕壤、黑土和红壤;基于LB法测定的团聚体平均质量直径排序为MWDsw(慢速湿润)>MWDws(预湿润震荡)>MWDfw(快速湿润),即5种团聚体的主要破碎机制是快速湿润引起的消散作用;5种地带性土壤团聚体不同当量直径孔隙度由北至南呈"U"型变化,且这种变化程度随土层深度增加而减弱;团聚体孔隙大小均以30~75 μm孔隙为主,孔隙形状以细长型孔隙为主。细长型孔隙度自北向南呈先下降后上升的趋势,不规则型和规则型孔隙度变化趋势相反;偏最小二乘回归表明,规则型孔隙度、孔隙平均形状因子、75~100 μm孔隙度和细长型孔隙度与团聚体水稳性显著相关,细长型孔隙起正向作用;规则型孔隙、细长型孔隙、75~100 μm孔隙度和>100 μm孔隙度是MWDfw、MWDws、MWDsw的主控因子。研究结果有助于加深土壤团聚体与孔隙特征关系的认识,从而更好地揭示土壤过程作用机制。
      2022,38(18):122-129, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.013
      摘要:
      了解黑土区耕作土壤质地的空间分布对于黑土区农业精准管理以及耕地保护至关重要。遥感技术是快速获取土壤质地空间分布的有效方法。该研究以黑龙江省友谊农场耕地为研究对象,评估研究区土壤质地遥感反演的最佳时间窗口并分析其影响因素。筛选覆盖研究区的2019-2021年25幅Sentinel-2影像,将每幅影像的波段和构建的光谱指数输入随机森林模型,建立土壤质地遥感反演模型,比较不同时期影像反演土壤质地的模型精度,确定土壤质地遥感反演的最适宜影像,并分析造成反演土壤质地精度变化的原因,获取友谊农场土壤质地空间分布。结果表明:1)友谊农场反演土壤质地的最佳时间窗口为4月下旬至5月中旬;2)在25幅Sentinel-2影像中,2020年5月7日反演粉粒和砂粒的模型精度最高(粉粒的R2为0.785,均方根误差为6.697%;砂粒的R2为0.776,均方根误差为8.296%);2019年5月3日反演黏粒的模型精度最高(R2为0.776,均方根误差为1.6%);3)不同时期的Sentinel-2影像对土壤质地反演的准确性有很大的影响,而土壤含水量和秸秆覆盖是造成不同时期土壤质地预测精度差异的重要原因。研究为确定土壤质地遥感反演的最佳时间窗口、实现区域尺度土壤质地制图提供关键技术。
      2022,38(18):130-137, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.014
      摘要:
      土壤有机质含量是耕地质量定级的依据,是耕地质量评价的核心内容之一,因此,精准高效地获取土壤有机质含量非常重要。高分辨率遥感技术和谷歌地球引擎(Google Earth Engine,GEE)云计算平台的出现,为土壤有机质的高效反演提供了新的途径和方法。该研究以藁城区的Sentinel-2A MSI数据和Landsat8 OLI 数据为主要的数据源,结合Sentinel-1 SAR数据、ECMWF/ERA5气象数据和USGS/SRTMGL1_003高程数据,分别采用随机森林(Random Forest,RF)、梯度升级树(Gradient Boosting Decision Tree,GBDT)和支持向量机(Support Vector Machine,SVM)算法,在GEE平台对藁城耕地土壤有机质含量进行反演。结果表明:1)基于Sentinel-2A建立的模型(模型A*)在预测SOM含量方面优于基于Landsat8建立的模型(模型B*),GDBT算法下的Sentinel-2A的全变量模型取得了最佳结果(R2=0.759,RMSE= 2.852 g/kg);2)模型A-1对比模型A-0增加了红边波段,模型A-1比模型A-0提高了9.752%;3)从不同的预测算法来看,GDBT算法能较好地适用于研究区的土壤有机质预测,GDBT算法、Sentinel-2A与GEE的结合是SOM预测制图的一种有效方法。
      2022,38(18):138-146, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.015
      摘要:
      针对江苏沿海垦区地势平坦、降雨量大,农业生产易受涝渍灾害影响,而新开垦农田土壤贫瘠、有机质含量极低的问题,该研究基于江苏省东台市内省水科院农田暗管排水试验基地的气象、土壤、作物等数据,联合运用田间水文模型-DRAINMOD和土壤有机碳模型-DNDC(Denitrification-Decomposition Model),研究了轮作和秸秆还田方式对暗管排水农田土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)累积过程的影响。结果显示:对于地下水位埋深较浅的沿海垦区,在DRAINMOD准确预测暗管排水农田地下水位动态的基础上,运用DNDC模型可以更好的预测土壤有机碳的累积过程;以现有土壤有机碳含量(2.95 g/kg)为初始值,DNDC模型32 a长序列模拟发现,冬小麦-玉米轮作配施全量秸秆还田措施效果最佳,可提升耕层土壤有机碳含量至17.85 g/kg;冬小麦-玉米-冬小麦-绿肥(紫花苜蓿)轮作配施全量秸秆还田措施可提升耕层土壤有机碳含量至16.12 g/kg,具有很好的固碳效果。与研究区现有明沟排水系统相比,暗管排水可快速降低地下水位,减少涝渍胁迫,作物产量提升3.9%,耕层固碳速率提升39.39%。暗管排水条件下,湿润年频繁降雨造成了土壤干湿交替变化,由此激发了高强度土壤的呼吸作用,导致了一定程度的SOC损失;建议采用农田控制排水措施来抑制过度排水,减少高强度土壤呼吸对SOC累积过程的不利影响。研究成果可为沿海垦区农田地力提升和农业碳中和提供参考。
      2022,38(18):147-155, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.016
      摘要:
      土壤水分对降雨的响应特征与降水在地表和土壤中的分配密切相关。该研究为明确耕作方式对黑土土壤水分对降雨响应的作用,利用时域反射仪原位动态监测吉林南部耕作长期定位试验翻耕(CT)和免耕(NT)下玉米生育期含水率,通过7个指标量化两种耕作管理下土壤水分对降雨量大且持续时间长、降雨量小且持续时间短和降雨量较大且持续时间较短、降雨强度大的3类降雨事件的响应。结果表明:1)CT初始含水率较低,0~2.5、2.5~5和5~10 cm累积增加含水量(ASWI)显著高于NT;随土壤深度增加,CT的ASWI明显下降,而NT基本稳定。2)多数情况下,NT下相邻土层累积增加含水率之比(RSWI)大于100%,而CT低于100%。3)高降雨强度下NT相邻土层对降雨事件的响应时间(DRTlayer)平均值和异常值为负值的频率较多,说明NT下更易发生优先流。因此,极端降雨下NT土壤水分响应更剧烈,有利于降水向下层土壤渗透,减少地表径流形成。
      2022,38(18):156-166, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.017
      摘要:
      变化环境条件下干旱绿洲水土资源的高效利用一直广受关注。玛纳斯河流域分布着新疆最大、最典型的绿洲农耕区,其水土资源高效利用无疑应基于对种植结构和需水满足度(供水量/需水量)时空演变规律的了解。基于谷歌地球引擎(Google Earth Engine,GEE)平台并通过区域调查和调研,该研究利用面向对象的随机森林分类,建立流域地物遥感识别模型,分析当地2000-2020年种植结构的变化过程,探讨种植结构变化与膜下滴灌棉花水分供应状况和需水满足度间的关系。结果表明:基于GEE平台,融合简单非迭代聚类图像分割算法和随机森林分类算法可快速、准确识别流域地物,总体精度约90%;近20年,流域种植作物始终以棉花为主,占耕地总面积的80%以上,受益于膜下滴灌技术的节水、抑盐等功效,中、下游盐碱荒地不断被开垦为棉田,致使其面积以每年约101 km2的速度增长,但棉田面积增长与灌溉水资源供给的矛盾日益突出,棉花需水满足度显著下降,尤其是水资源相对匮乏的下游灌区及需水旺盛的夏灌期,2020年流域下游棉花夏灌期需水满足度已降至约46%,种植结构的调整和优化已势在必行。研究可为玛纳斯河流域水资源配置及农业种植结构优化提供科学依据。
      2022,38(18):167-175, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.018
      摘要:
      植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)对物候的响应是全球气候变化背景下的重要研究内容,气候变化对植物物候与NPP的影响仍需明了,物候的时空变异规律更需深入探讨。该研究基于2001-2020年MODIS归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)数据提取北京植被物候信息,利用CASA(Carnegie-Ames-Stanford-Approach)模型模拟NPP,通过线性回归、趋势分析和结构方程模型等方法,阐明NPP与物候时空变化特征,探究气象因素和物候变化对NPP的影响。结果显示:1)2001-2020年超过70 %的区域出现生长季开始(Start of Growing Season,SOS)逐渐提前,平均每年提前0.53 d。超过90%的区域生长结束期(End of Growing Season,EOS)逐渐推迟,平均每年推迟0.51 d。2)SOS提前和生长季(Length of Growing Season,LOS)延长均对NPP增长产生显著影响(P<0.05)。SOS每提前1 d,NPP增长3.74 g/m2;LOS每延长1 d,NPP增长2.56 g/m2 。秋季EOS推迟对NPP变化影响不显著。3)春季和秋季,气候通过改变物候(SOS、EOS)对NPP的间接影响大于直接影响,而夏季温度和降雨对NPP的直接影响更大。该研究表明春季物候变化是NPP年际变异的重要驱动因子,春季物候提前导致NPP年总量增加。研究结果是都市区植被生产力如何响应气候变化认识的重要补充。
      2022,38(18):176-183, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.019
      摘要:
      田路分割是农机轨迹语义分割模型的重要任务之一,其目的是将轨迹自动分割为田间作业轨迹和道路行驶轨迹。该文选用基于方向分布的田路分割模型(Field-Road Trajectory Segmentation Based On Direction Distribution,BDFRTS),田路分割模型的参数是影响其分割准确性及精度的关键因素,传统的参数选择方法效率较低且难以获得较好的方案,限制了模型的分割性能。因此,该文尝试从参数优化的角度研究模型的性能提升,提出的方法主要包括两个方面,首先建立了一种基于元启发式算法(Metaheuristic Algorithms,MA)的田路分割模型参数优化解决方案;其次,在黏菌算法(Slime Mould Algorithm,SMA)的基础上提出了一种改进的多元振荡黏菌算法(Multiplex Oscillation Slime Mould Algorithm,MOSMA)求解参数优化方案以更好地提高模型的分割性能。MOSMA分别提出一种动态引导策略与多元振荡策略强化了黏菌的振荡收缩反应及细胞质的流动过程,进而增强了算法的优化能力。为验证所提参数优化方法的有效性,将博创联动提供的中国农机在2021年9月底-10月中下旬进行水稻收割的作业轨迹作为数据集开展试验。试验结果表明,该文所提方法有效地提升了田路分割模型的准确性和性能。MOSMA-BDFRTS分割模型在10组高密度轨迹中的平均准确率相比网格搜索田路分割模型,粒子群田路分割模型分别提高了25和28个百分点;在10组低密度轨迹中分割的平均准确率分别提高了17和14个百分点。该研究可为田路分割技术提供合理的性能优化方案,也为农业机械运动轨迹分割技术的效率研究提供参考依据。
      2022,38(18):184-194, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.020
      摘要:
      该研究旨在综合述评松材线虫病遥感监测的历史及近年来的研究进展,并就当前研究和工作中产生的问题给出建议与展望,为相关管理部门、科研院所以及从业者提供技术参考和辅助决策依据。该研究以科学引文数据库(WoS)和CNKI检索并筛选后得到的文献为基础,系统梳理松材线虫病遥感监测的提出及发展;根据遥感监测的对象层次分类梳理了近几年相关研究中使用的方法,就当前研究中存在的问题进行归纳和总结,最后给出了未来可能的工作及研究方向。该研究发现:1)2017年来松材线虫病遥感监测一直处于研究热点。2)松材线虫病遥感监测研究使用数据的运载平台大多为以无人机(UAV)为代表的机载平台,而光谱类型以RGB和多光谱为主。3)松材线虫病遥感监测的粒度以单株为主,监测使用的病害类别体系繁多且不同类别体系间的关系模糊。4)机器学习和深度学习两类方法在松材线虫病遥感监测研究中占据垄断地位,但两类方法各有优势、互不取代。该研究认为遥感调查极大提高了松材线虫病疫情增量控制及存量消减工作的效率,但存在单一数据源难以满足大范围细粒度的监测需求、病害类别体系杂乱、数据集不统一不标准、缺乏长时序监测成果等方面的问题。该研究提出未来可以在空天数据融合、病害类别体系及数据集标准化和短周期长时序监测等三个方面开展进一步工作及研究会有助于松材线虫病遥感监测的进一步实时化和智能化。
      2022,38(18):195-203, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.021
      [摘要] (117) [HTML] (0) [PDF 1.95 M] (147)
      摘要:
      为了实现棚内草莓果实的快速精准识别,该研究提出一种基于改进YOLOv4-Tiny的草莓检测模型。首先,为了大幅度减少模型计算量,采用轻量型网络GhostNet作为特征提取网络,并在GhostBottleneck结构中嵌入卷积注意力模块以加强网络的特征提取能力;其次,在颈部网络中添加空间金字塔池化模块和特征金字塔网络结构,融合多尺度特征提升小目标草莓的检测效果;最后,采用高效交并比损失作为边界框回归损失函数,加速网络收敛并提高模型的检测准确率。结果表明,改进YOLOv4-Tiny模型权重大小仅为4.68 MB,平均每幅图片的检测时间为5.63 ms,在测试集上的平均精度均值达到92.62%,相较于原YOLOv4-Tiny模型提升了5.77个百分点。与主流的目标检测模型SSD、CenterNet、YOLOv3、YOLOv4和YOLOv5s相比,改进YOLOv4-Tiny模型平均精度均值分别高出9.11、4.80、2.26、1.22、1.91个百分点,并且模型权重大小和检测速度方面均具有绝对优势,该研究可为后续果实智能化采摘提供技术支撑。
      2022,38(18):204-211, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.022
      [摘要] (138) [HTML] (0) [PDF 24.31 M] (790)
      摘要:
      为解决柑橘经过套袋后其形状从圆形变为条状且纹理细节急剧减低,导致当前目标检测算法对套袋柑橘检测难度增大,同时目标检测算法性能依赖于有标记样本数量的问题。该研究设计了一种基于教师学生模型的SPM(Strip Pooling Module)-YOLOv5算法,在YOLOv5的骨干网络中加入条带注意力模块使模型更加关注条状的套袋柑橘与树枝,同时教师学生模型为半监督方法,使目标检测算法可利用无标记样本提升模型的性能,降低对有标记样本的依赖。试验结果表明,该文算法在套袋柑橘与树枝检测的平均精度均值分别为77.4%与53.5%,相比YOLOv5分别提升了7.5个百分点与7.6个百分点,套袋柑橘检测的精度与召回率达到94%与76.2%。因此,基于教师学生模型的SPM-YOLOv5算法精度高、速度快,能有效用于套袋柑橘检测。
      2022,38(18):212-221, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.023
      摘要:
      妊娠猪舍作为养殖场猪只繁育的基础条件,其环境质量对母猪的生产性能有显著影响。为合理评价妊娠猪舍环境质量,该研究提出一种基于模拟退火的粒子群算法(Simulated Annealing-Particle Swarm Optimization,SA-PSO)、套索算法(Least Absolute Shrinkage and Selection Operator,LASSO)和反向传播(Back Propagation,BP)神经网络的环境质量评价模型。利用卡尔曼滤波和分批估计自适应加权融合算法,实现多节点环境数据的时间与空间数据融合;构建猪舍环境质量非线性评价模型,采用LASSO算法,筛选得出与环境质量强相关的特征参数,实现输入降维;融合SA-PSO算法实现网络初始权值和阈值的优化,形成SA-PSO-LASSO-BP神经网络评价模型。通过对数据采集系统获取的实际妊娠猪舍环境数据进行验证,结果表明:提出的环境质量模型决定系数为0.918、总准确率为95.85%,相比单纯使用BP神经网络,加入LASSO和SA-PSO算法后决定系数与总准确率分别提高了37.43%、11.09%,具有更高的评价精度和性能,可更好地拟合复杂环境参数与环境质量间的非线性关系,为妊娠猪舍环境质量评价提供参考。
      2022,38(18):222-228, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.024
      摘要:
      针对目前太阳能驱动界面水蒸发技术材料成本高、制备过程复杂、蒸发速率较低等问题,该研究基于农林樟子松自然进化的多孔结构,采用操作简单的一步热水法制备了亲水性强、蒸发速率接近理论极限的多孔光热材料。基于光热材料的碳化程度与供水高度调节,结合太阳能驱动界面水蒸发试验,考查了不同碳化温度、碳化时间和光热材料高度对界面光热水蒸发特性的影响规律。基于微观结构、元素分布、毛细水输运与传热规律分析,重点阐述了碳化木强化界面水蒸发的潜在机理。结果表明,温和的碳化过程保留了原木的原始孔隙结构,但木纤维被大量碳微球覆盖,形成了更加粗糙的表面,增强原木对入射光的吸收能力,使蒸发表面的温度提升了2.3 ℃。碳化反应去除了原木的部分疏水性木质素和半纤维素,增加了亲水基团-OH的比例,因此芯吸时间为120 s时,水在碳化木中的爬升高度由4.2 mm增加至22.3 mm。碳化木的稳态蒸发速率相比水和原木分别提高了130%和28%。碳化温度和时间分别为200 ℃和8 h的碳化木获得了最大蒸发速率1.24 kg/(m2·h)。光热材料侧壁高度的增加降低了顶部蒸发面的供水速率和平均温度,因蒸发器热阻和热损失的减少而提升了蒸发速率。当侧壁高度为15 mm时,蒸发效率为66.2%,其等效蒸发速率为1.48 kg/(m2·h),与理论极限接近。该研究为农林废弃物资源化利用和太阳能驱动界面水蒸发过程热湿平衡调控理论的发展提供了重要参考。
      2022,38(18):229-236, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.025
      摘要:
      为在诸多热红外指标中筛选出可靠的作物水分评估指标并探明其最优获取方法与最佳监测时段,该研究以西北旱区主要经济作物番茄为试验材料,设置2个灌水量水平(充分灌溉和1/2亏缺灌溉),通过对比3种干湿参考平面的选取方法(干湿红织物、干湿绿织物、人工喷涂介质),量化了包括作物水分胁迫指数(Crop Water Stress Index,CWSI)、相对气孔导度指数IG、叶片温度Tleaf、叶气温差ΔTleaf-air在内的4个常用热红外指标与植株生理指标(气孔导度gs、光合速率An、叶水势φleaf)间的响应关系,并明确了利用热红外成像技术进行番茄植株水分评估的最佳测定时段。结果表明,以干湿红织物作为参考平面测得的CWSI与gs、An、φleaf间决定系数R2分别达0.687、0.698、0.669,IG与gs、An、φleaf间决定系数R2分别达0.707、0.661、0.663,在3种方法中均最为显著。在12:00-14:00时段热红外指标CWSI与植株生理指标gs、An、φleaf相关性和IG与植株生理指标gs、An、φleaf相关性均为最高,是利用热红外成像技术进行番茄植株水分监测的最佳时段,根据获得的相关函数可实时预测叶片缺水指标,依此判定植株水分状况并作为制定灌溉制度的依据。
      2022,38(18):237-245, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.026
      摘要:
      为了寻求高效、可行的食用菌菌渣资源化利用途径。该研究基于热化学转化法,探索了过渡金属添加对香菇菌渣(Mushroom Residue,MR)热解行为的影响,并对所得生物炭理化性质及其在印染废水中应用的潜力进行分析。MR的主要热解区间为197.83~418.22 ℃,最大失重速率对应温度为351.40 ℃。过渡金属的添加能够明显促使MR的主要热解区间向低温区移动,降低其最大失重速率对应的温度。其中,MR经5 mmol/g的FeCl3(MR-FeCl3-5)预处理后,其主要热解区间向低温区移动最明显,活化能最低。同时,MR-FeCl3-5在400 ℃下制备的生物炭(MR-FeCl3-5-400C)对甲基橙的理论最大吸附量达到35.21 mg/g,与大部分碳基吸附剂具有可比性。该研究表明,过渡金属的添加可促使食用菌菌渣转化为高性能生物炭,是一种切实可行的食用菌菌渣资源化利用途径。
      2022,38(18):246-254, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.027
      摘要:
      水、能源与粮食是人类生活与可持续发展的重要保障,探究水资源、能源对粮食生产作用对于优化资源配置与保障粮食安全有着重要的意义。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 a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黄河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特征,水资源阻尼效应高-高集聚区主要分布在黄河下游区域,能源阻尼效应低-低集聚区分布在中游北部区域。研究结论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。
      2022,38(18):255-263, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.028
      摘要:
      黄土高原1999年开始的退耕还林(草)工程,对植被覆盖与土地利用结构产生了深刻影响,评估黄土高原未来植被恢复潜力、植树造林适宜区以及土地利用变化,对黄土高原生态保护和高质量发展具有重要意义。该研究基于北洛河流域2020年下垫面状况,借鉴"相似生境法",对不同地貌类型区的未来恢复潜力、植树造林适宜区与土地利用变化进行了分析。结果表明:1)丘陵沟壑区目前平均植被盖度为61.9%,未来20~30 a仍有9.2%左右的上升空间,植被可恢复土地面积约占丘陵区的36.4%。土石山林区尚有11.5%的土地面积具有恢复余地,高塬沟壑区与阶地平原区植被盖度恢复余地很小。2)未来土地利用变化面积主要集中在丘陵沟壑区,与2020年相比,其耕地将减少47.4%,而林地与草地会增加0.7%与15.8%。土石山林区耕地将减少23.0%,林地与草地分别会增加0.2%与36.0%。3)基于"适地适树"原则下的情景模拟,高塬沟壑区与阶地平原区分别有279.16、233.73 km2面积可植树造林,而丘陵沟壑区大片可退耕土地适宜于自然恢复。结果表明,丘陵沟壑区仍是未来生态恢复重点关注区域,是黄河流域生态保护和高质量发展的热点区域。
      2022,38(18):264-273, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.029
      摘要:
      精准确定整治对象是有序推进宅基地整治的前提,也是实施全域土地综合整治的关键。该研究利用宅基地确权调查等多源数据,以行政村为单位,采用人均标准测算法、多因素综合评价法、系数修正法得到村级整治潜力,以地块尺度的确权宅基地图斑为基本整治单元,结合上位引导、现状驱动、意愿阻碍综合评价得到各确权地块的整治概率作为整治优先度的抉择标准,以豫东平原毛堌堆镇为研究区,分村、逐地块进行确权宅基地整治模拟的实证研究。结果表明:1)毛堌堆镇确权宅基地的理论整治潜力共计208.32 hm2,现实整治潜力为117.17 hm2,占现状确权宅基地面积的24.24%;2)整治概率小于0.5、0.5~0.6之间、0.6以上的确权宅基地分别占现状面积的54.60%、17.85%、27.55%;3)基于各村潜力约束,确权宅基地整治模拟共计选择4512个确权宅基地作为被整治单元,整治面积达117.79 hm2,其中,整治概率高于0.65的共计85.13 hm2。面向国土空间规划,以确权宅基地图斑为基本单元进行宅基地整治模拟,可以为全域土地综合整治的实施提供具体精确的决策参考。
      2022,38(18):274-283, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.030
      摘要:
      热泵干燥(Heat Pump Drying,HPD)因条件温和、能效高,特别适用于水产品的干燥。但是,由于HPD温度低,导致干燥时间长、干制品品质劣变严重,限制了HPD在水产品中的应用。为了强化扇贝柱HPD效率,提高干制品品质,该研究首先采用超声波(Ultrasonic,US)预处理扇贝柱,然后再分别采用3种可食性膜(海藻酸钠(Sodium Alginate,SA),低甲氧基果胶(Low-Methoxy Pectin,LMP)和印度树胶(Gum Ghatti,GG))预处理,US处理后未经过成膜预处理的扇贝柱作为对照组(Control Group,CK),探究成膜预处理对扇贝柱US辅助HPD动力学及品质特性的影响。基于低场核磁共振(Low-Field Nuclear Magnetic Resonance,LF-NMR)技术,采用单变量线性(Univariate Linear,UL)模型和偏最小二乘回归(Partial Least Squares Regression,PLSR)模型量化扇贝柱LF-NMR弛豫参数与干制品含水率(Moisture Content,MC)和水分活度(Water Activity)的关系,以期监测扇贝柱HPD进程。研究结果表明:相比于CK,成膜预处理导致扇贝柱有效水分扩散系数(Effective Moisture Diffusivity)提高了1.32%~8.41%。SA和GG成膜预处理可以减缓扇贝柱干燥过程中不易流动水向结合水迁移的速率,同时增加了干燥过程中自由水的流动性,进而强化了干燥效率。相比于CK,SA和GG成膜预处理增加了扇贝柱硬度、弹性、内聚性和咀嚼性,降低了复水比、收缩率和总色差值;而LMP成膜预处理降低了硬度和总色差值。综合考虑,US-SA为扇贝柱US辅助HPD较适合的预处理方式。LF-NMR横向弛豫时间与大部分干制品品质之间具有显著(P<0.05)关联性。扇贝柱LF-NMR图谱中,当横向弛豫时间主峰<10 ms时,而且仅出现1个主峰,即可作为扇贝柱干燥终点。UL模型表明,MC和水分活度与不易流动水峰面积和总峰面积呈显著(P<0.05)正相关,与结合水峰面积呈显著(P<0.05)负相关。PLSR模型表明,以4个LF-NMR参数为变量的回归模型可高精度地预测MC和水分活度。该研究为扇贝柱热泵干燥增效、保质提供一种新型非热力预处理方式;同时,基于LF-NMR技术,为快速、无损监测扇贝柱热泵干燥进程提供理论依据和实践参考。
      2022,38(18):284-292, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.031
      摘要:
      针对常规冷冻干燥时间长、能耗高的问题,试验研究了吸波材料辅助的发泡蓝莓果浆微波冷冻干燥过程,并对产品质量进行了评价。制备了未发泡与发泡两种冷冻样品,分别使用石英和碳化硅底盘进行了常规和微波冷冻干燥试验。结果表明,采用石英底盘在30 ℃、15 Pa下,发泡物料的冷冻干燥时间相比于未发泡物料缩短了39.1%。采用碳化硅底盘在相同条件和2 W微波功率下,发泡物料微波冷冻干燥时间比发泡与未发泡物料常规冷冻干燥分别缩短了14.3%和47.8%;当功率提高至4 W时,干燥时间分别缩短了25.0%和54.3%。常规和微波冷冻干燥产品质量相当,总单体花色苷和总多酚的保留率相比于原果浆均分别在80%和75%以上。结果表明,吸波材料辅助的发泡物料微波冷冻干燥能够大幅度缩短干燥时间、提高干燥过程经济性。
      2022,38(18):293-301, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.032
      摘要:
      为分离纯化花生芽中具有潜在抑菌活性的白藜芦醇化合物及研究其抑菌功效,提高花生的综合利用价值。该研究通过静态吸附-解吸试验,从16种不同型号大孔树脂中确定白藜芦醇较佳纯化树脂,并对其动态吸附-解吸条件优化,采用倍比稀释法、抑菌生长曲线及细胞膜通透性变化评价纯化物对鼠伤寒沙门氏菌的抑制作用。结果表明:LSA-40大孔树脂为花生芽白藜芦醇较佳纯化树脂,其吸附条件为:上样浓度120.00 μg/mL,速率1.00 mL/min,pH值4.2,上样量8.00 mL/g;解吸条件为:80%乙醇溶液,pH值6.6,流速1.00 mL/min,白藜芦醇纯度可达84.0%;利用紫外光谱、傅里叶红外光谱、超高效液相色谱串联质谱对纯化后样品进行鉴定分析,发现纯化物中主要成分为白藜芦醇及其衍生物;纯化物对鼠伤寒沙门氏菌抑制作用结果表明其最小抑菌浓度为250 μg/mL,在此浓度下可显著增加细胞膜通透性(P<0.01),破坏细胞壁完整性,造成胞内蛋白质严重泄露,最终导致鼠伤寒沙门氏菌死亡。该研究可为花生资源综合深度利用及天然抑菌剂的开发提供一定理论参考。
      2022,38(18):302-307, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.033
      摘要:
      青贮中微生物的数量是影响青贮料质量的关键因素。为了高效监控青贮微生物的生长情况,该研究以青贮乳酸菌、乙酸菌和丁梭菌等作为指示菌株,考察菌株生长过程0、2、4、8、12、24和48 h共 7个不同时间点共105个样本的三维荧光光谱、微生物菌落数和吸光值,通过平行因子法和BP神经网络等化学计量学建立微生物生长量预测模型。三维荧光光谱图显示指示菌株有2个荧光峰,波峰分别在225和275 nm附近,主要是微生物内源荧光酪氨酸和色氨酸类物质。随着微生物培养时间的增加,荧光强度逐渐增强,荧光波峰位置红移,峰宽增加。利用平行因子法对三维荧光光谱进行降维,获取组分数为6,特征波长差Δλ为50 nm时,微生物生长荧光信息差异显著。以该二维光谱数据作为BP神经网络模型输入值,分别以微生物菌落数和吸光值作为模型输出值,对不同检测方法的微生物生长量进行建模训练。实验结果表明两种不同方法对应的训练集、验证集、测试集模型决定系数R2均接近1.0,均方误差均很小,说明该模型能较好预测微生物生长量。研究结果显示三维荧光光谱技术结合化学计量学对青贮中微生物生长量监测是可行的,项目为快速判定青贮发酵阶段提供了一种新的技术途径。
      2022,38(18):308-315, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.034
      摘要:
      针对图像或光谱单一信息检测孵化早期胚蛋性别识别率不高的问题,该研究提出一种随机森林(Random Forest,RF)和证据理论(Dempster-Shafer,D-S)的图谱信息融合的无损检测方法。利用机器视觉和光谱仪分别采集孵化期第4天水平横放的胚蛋信息,在对胚蛋图像和光谱预处理的基础上,提取图像纹理特征和光谱特征,再分别以2类单特征的RF分类结果作为独立证据构造基本概率分配函数,运用D-S证据理论进行决策级融合,根据分类判决门限得出最终的识别结果。试验结果表明,图像和光谱单特征RF模型识别准确率最高分别达78.00%和82.67%,多特征决策融合识别法准确率达到88.00%,其中雌雄识别率分别达到90.00%和86.25%,单个鸡蛋的平均判别用时为2.843 s。结果表明,该光谱-图像信息融合方法可以提高孵化早期胚蛋雌雄识别准确率。
      2022,38(18):316-325, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.035
      摘要:
      甘薯采后贮藏过程中受机械损伤,极易被病原微生物侵害,使得甘薯腐烂变质造成极大的经济损失。基于采后高温预处理可加快果蔬受损组织的愈伤速度,该研究采用不同热激条件处理对甘薯块根,并探究其对愈伤组织形成的影响。以人工损伤甘薯为材料,采用热空气对甘薯块根进行55~70 ℃温度和10~20 min时间的高温短时愈伤热激处理(High Temperature Short Time Callus,HTSTC)。在13 ℃条件下贮藏7 d后,对甘薯块根的外观色泽、木栓层厚度、木质素含量和失重率进行测定,并观察愈伤后软木脂沉积情况。结果表明,65 ℃热激15 min处理后甘薯伤口部位木质素积累和软木脂沉积现象良好,木质素含量、木栓层厚度比冷库内(35±0.5) ℃进行愈伤2 d的传统愈伤方式分别高出12.27%和19.41%。并且和传统愈伤相比,由于愈伤速度快,愈伤层厚度较高,使得热激处理组能有效降低损伤甘薯块根的失重率。通过响应面优化探究热激愈伤甘薯的最佳条件,计算得出最佳热激处理条件为67.01 ℃热激12.69 min,且此条件下愈伤效果与65 ℃热激15 min十分接近。综上,HTSTC处理不仅可以达到比传统愈伤更好的效果,还可以保证较低的失重率,保持外观品质,能够成为一种新型的块根类作物愈伤处理方式。
      2022,38(18):326-332, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.036
      摘要:
      宽皮柑橘去皮前常采用蒸烫处理以降低去皮难度,在实际加工中由于缺少相关理论支撑,关于柑橘蒸烫去皮的作用机制尚不明了,常存在因蒸烫不当而导致去皮效果差的问题。为了探究蒸烫处理对宽皮柑橘果皮力学特性、组织结构、去皮性能的影响从而明确有效的蒸烫去皮工艺,该研究利用柑橘果皮分离性能测试平台研究了不同蒸烫时间下柑橘的去皮性能,利用果皮拉伸力学特性测试平台分析了蒸烫柑橘果皮的力学特性,基于Ray-CT断层扫描技术研究了蒸烫处理对柑橘外果皮、白皮层、果肉结构尺寸的影响规律,利用超景深显微镜和电子显微镜观察了果皮显微结构的变化。在此基础上,探讨了蒸烫处理对柑橘去皮性能的影响机理。结果表明:蒸烫时间对柑橘果皮分离时的最大拉力、分离位移、果皮的断裂强度、果皮与果肉间孔隙率影响极显著(P<0.01),分离位移和断裂强度呈正相关,最大拉力和果皮与果肉间孔隙率呈负相关。随着蒸烫时间增加,果皮表面会起皱粗糙,果皮截面果胶化合物发生溶解,薄壁组织细胞和维管束组织坍塌消失,进而果皮与果肉间孔隙率逐渐增大、果皮断裂强度先增大后减小,导致去皮过程中最小拉力减小,分离位移先增大后减小。在蒸烫时间3 min时,最大拉力达到较小值1.59 N,相对于对照组减少了42.8%,果皮不易被拉断,分离位移达到最大值41.81 mm,相对于对照组增加了19.6%,整体去皮效果最好;蒸烫时间超过3 min后,果皮变得绵软易拉断,不利于果皮剥离。该研究为改善宽皮柑橘去皮困难和丰富蒸烫去皮机理提供了理论参考。
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    2022-11-23 , DOI:
    摘要:
    坡沟系统是黄土丘陵沟壑区基本的地貌单元,也是侵蚀泥沙的主要来源区。植被和梯田作为坡面水土流失治理的主要措施,对于土壤侵蚀控制和生态恢复发挥着重要的作用。为了研究植被和梯田的格局和配置对坡沟系统细沟侵蚀的协同调控作用,本文采用人工模拟降雨,结合三维激光扫描技术,分析了坡面4种措施:上坡位植被(措施A)、下坡位植被(措施B)、梯田(措施C)、梯田+植被(措施D)对细沟侵蚀的发生和演变过程的影响。结果表明:1)在相同植被覆盖度下,下坡位的植被布设(措施B)对于细沟侵蚀相较于上坡位(措施A)的植被覆盖表现出了更好的调控效果;2)相同位置的植被和梯田措施对于细沟侵蚀的调控作用中,梯田(措施C)的效果略优于植被(措施A);3)梯田与植被同时布设(措施D)对于细沟侵蚀的调控作用优于单一措施(措施B和C),梯田和植被对细沟侵蚀指数细沟侵蚀量、细沟面积、细沟密度产生了协同作用(分别为7.71%、13.76%、7.52%)。本研究可为黄土高原坡沟治理措施配置和细沟侵蚀调控提供一定的科学参考依据。
    2022-11-23 , DOI:
    摘要:
    摘 要:利用微咸水灌溉是缓解干旱区灌溉淡水资源短缺的有效途径。为探讨不同矿化度水源膜下滴灌棉花盐分累积以及对作物生长的影响,本文开展了两年不同梯度矿化度水源膜下滴灌棉花测坑试验,共设置 6个灌溉水源矿化度分别为1 g/L(CK);2 g/L(A);3 g/L(B);4 g/L(C);5 g/L(D);6 g/L(E),分析了棉花生育期内不同土层盐分累积规律,构建了不同矿化度水源膜下滴灌棉花的AquaCrop作物生长模型。研究结果表明:1) 不同矿化度水源膜下滴灌棉花土壤盐分在40~60 cm土层积累量达到峰值,80~100 cm土层盐分积累较少。不同矿化度水源膜下滴灌棉花两年末40~60 cm土层盐分分别累积44.29%、42.68%、43.40%、34.92%、35.69%、39.32%。2)灌溉水源矿化度为3 g/L时棉花生长指标和产量达到最优,灌溉水源矿化度为4 g/L与CK相比棉花各生长指标和产量受到影响较小,综合考虑棉花适宜灌溉水源为3 g/L~4 g/L之间。3)通过构建AquaCrop作物生长模型模拟冠层覆盖度、地上干物质量模拟值与实测值的决定系数大于0.95,均方根误差小于18.15,标准均方根误差小于24.1,一致性指数小于0.97,模拟效果较好。棉花产量模拟值与实测值的相对误差小于9.28%,AquaCrop作物生长模型能较好地模拟不同矿化度水源膜下滴灌棉花生长发育过程,可用于产量预测和农业水资源优化管理。研究结果可为干旱区咸水资源膜下滴灌技术可持续利用提供基础依据。
    2022-11-23 , DOI:
    摘要:
    新疆土壤盐碱化问题严重影响农田水盐运移和作物产量。为探究钠吸附比(Sodium Adsorption Ratio,SAR)和盐分浓度对当地典型砂壤土物理性质的影响,该研究测定了6个SAR水平(40,30,20,15,10,5 (mmol/L)1/2)和8个盐分浓度水平(200,150,100,50,20,10,5,2 mmol/L)下土壤团聚体快速湿润过程中的团聚体水稳性;并测定了4个SAR水平(40,30,20,5 (mmol/L)1/2)和3个盐分浓度水平(200,100,20 mmol/L)溶液处理后的土壤水分特征曲线(Soil Water Characteristic Curve,SWCC),量化了土壤脱水过程中土体压缩量与溶液SAR和盐分浓度的关系。结果表明:1)土壤团聚体水稳性与SAR和盐分浓度均呈显著负相关关系,SAR高于30(mmol/L)1/2时,土壤团聚体水稳性才会显著下降;2)SAR对新疆典型砂壤土的SWCC有影响,且这种影响与盐分浓度有关;3)盐分浓度和SAR对土壤压缩量的影响存在交互作用。研究结果可为合理选用不同盐分组成和浓度微咸水灌溉以最大程度保护农田土壤结构和土壤水环境提供理论依据。
    2022-11-23 , DOI:
    摘要:
    微咸水灌溉下,灌溉水质一般通过电导率(EC)和钠吸附比(Sodium Adsorption Ratio,SAR)进行评估,但是SAR忽略了灌溉水中K+的影响,而且定义Ca2+和Mg2+促进土壤颗粒的絮凝程度相同,这导致利用SAR评估水质可能与实际情况存在偏差。在此基础上前人提出了新的指标,即结构稳定性阳离子比(Cation Ratio of Soil Structural Stability,CROSS)。虽然CROSS更全面地考虑了Na+、K+、Ca2+和Mg2+对土壤入渗性的复杂影响,但是CROSS中的离子浓度系数在不同地区的适用性不同。因此,有必要根据当地的水质条件确定EC和CROSS评估方法的分类标准。本文(1)分析了CROSS替代SAR评估水质危害的合理性;(2)根据SAR和CROSS分别评估了采自河套灌区不同区域的73份地下水水样,结果发现其分类结果存在较大差异,并且不同的CROSS计算公式(CROSSf、CROSSd和CROSSopt)在河套灌区的适用性也不相同。建议采用EC和CROSSd或CROSSopt,并结合土壤盐分和离子浓度评估河套灌区地下水水质。这个评估方法更全面地考虑了土壤盐分和阳离子浓度对土壤渗透性能的影响,为微咸水的安全可持续利用提供理论支撑。
    2022-11-23 , DOI:
    摘要:
    农业生产过程中肥料和农药的大量施用,造成农田面源污染问题日益突出,开发农田面源污染的减控技术对生态修复具有重要的意义。生态沟渠不仅兼具农田排水沟的过水功能,同时是有效消减面源污染且适合中国农情的重要生态措施之一。该研究阐述了生态沟渠对农田面源污染的消减机理(底泥吸附及植物阻抗作用、植物/微生物吸收作用、降解去除作用);通过整理分析559组生态沟渠野外观测试验数据,剖析了污染物初始浓度、水力停留时间、植物种类、生物量这4个主要影响因子对农田排水中N、P及农药去除率的影响;进而采用多元线性回归模型将多因子影响与N、P及农药去除率之间建立定量关系。结果表明总氮和总磷的去除率随单一因子污染物初始浓度、水力停留时间或生物量增大而增大(P<0.01),但与植物种类没有显著关系;与RTN和RTP显著相关的影响因子是污染物初始浓度和生物量,且污染物初始浓度的贡献大于生物量。农药的去除率随水力停留时间、生物量增大而增大,随污染物初始浓度增大而减小,与植物种类没有显著性关系; 农药的去除率与污染物初始浓度呈负相关关系,与水力停留时间呈正相关关系。研究可为生态沟渠的合理构建和设计提供理论和技术支撑。
    2022-11-21 , DOI:
    摘要:
    科学的变量灌溉(Variable Rate Irrigation,VRI)水分管理方法是实现VRI技术适时适量适位水量空间分配功能和提高作物水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)的关键。为研究变量灌溉水分管理方法的灌溉效益,以冬小麦和夏玉米为供试作物,基于土壤可利用水量(Available soil Water holding Capacity,AWC)将试验田块划分为4个管理区,每个管理区划分为4个子区,分别布置2种常规喷灌管理(Uniform Rate Irrigation,URI)方法和2种VRI管理方法,对比评估了VRI水分管理方法在节水、增产、提高WUE,以及改善作物株高、叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)、产量和WUE空间分布均匀性方面的效果。结果表明,基于各管理区灌水上限值制定变量灌溉处方图并根据气象预报降雨量等级适当减少灌水量的VRI水分管理方法最优。与常规喷灌相比,最优VRI水分管理方法条件下,冬小麦节水36%,WUE提高12%;夏玉米节水40%,WUE提高29%。VRI与常规喷灌的冬小麦、夏玉米产量均未产生显著差异,VRI水分管理方法对作物株高、LAI、产量、WUE空间分布均匀性也无明显影响。研究可为大型喷灌机VRI管理决策支持系统的建立提供依据。
    2022-11-21 , DOI:
    摘要:
    为提高淀粉-脂质复合物制备效率,拓宽其在抗消化食品中的应用。以高直链玉米淀粉和胡麻油为原料,双螺杆挤压为核心制备技术,复合指数为评价指标,采用单因素和正交优化实验获取最佳制备工艺条件,并对复合物结构及特性进行测定分析。最佳工艺参数为:胡麻油与淀粉质量比0.24、喂料水分40%、机筒温度125 °C、螺杆转速150 r/min,在此条件下复合物的复合指数为85.63%。通过傅里叶红外光谱及形态学观察,表明胡麻油与淀粉分子发生结合,说明双螺杆挤压制备淀粉脂是可行的;挤压淀粉-脂质复合物表现较强的热稳定性、抗消化特性和较低的黏弹性。根据以上结果可知挤压处理促进淀粉与脂质分子的有效复合,进而改变淀粉分子的结构及理化特性,研究结果可为淀粉-脂质复合物在低血糖指数食品中的应用提供参考。
    2022-11-21 , DOI:
    摘要:
    为提高大豆副产物利用率,拓展豆皮果胶类多糖(Soybean Hull Pectin Polysaccharide, SHPP)在凝胶类食品的应用,本研究采用盐辅助结合水热处理技术提取大豆豆皮中的豆皮果胶类多糖,并对其基本理化性质进行表征。通过以大豆蛋白为主要成分的凝胶类食品豆腐花为模型,探究不同浓度豆皮果胶类多糖(0~2.0%)与大豆蛋白的离散型相分离行为,分析其微相分离行为与宏观流变学性质、机械性能、持水性与感官评定的关联性,并与商品化柑橘果胶(Citrus Pectin, CP)作对比。结果表明,该提取法所得豆皮果胶类多糖提取率为17.95%±0.21%。主成分为果胶,半乳糖醛酸含量为42.13%±2.05%。平均粒径为(210.3±2.9)nm,多分散性指数(Polydispersity Index, PDI)为0.466±0.037,具有良好的亲水性和低黏度特性,易分散于水。添加0~0.5%豆皮果胶类多糖制备豆腐花,发现其微观上无相分离产生,具有良好的网络微结构;宏观上表现为外观白嫩,黏弹性、持水性(>93%)与口感均良好。含1.0%豆皮果胶类多糖的豆腐花宏观上出现明显析水,凝胶黏弹性和持水性均显著性(P<0.05)减少。继续增加豆皮果胶类多糖添加量至1.5%则会导致相分离产生,蛋白凝胶网络微结构变得无序,网状孔隙增大,凝胶强度进一步减弱,保水性极差。由此确定,豆皮果胶类多糖添加至豆腐花的较佳浓度为0.5%。与经优化的、柑橘果胶添加量为0.1%的豆腐花作比较,发现添加0.5%豆皮果胶类多糖的豆腐花在质构特性以及色泽、组织状态、滋味气味、口感、可接受度各方面的感官评分上均优于含柑橘果胶的豆腐花。这说明了豆皮果胶类多糖更适用于蛋白凝胶类食品,可赋予食品多种生理功效。豆皮果胶类多糖的应用开发对大豆副产物的再利用以及全豆食品的发展具有一定推动作用。
    2022-11-21 , DOI:
    摘要:
    谷朊粉经水合作用形成面筋蛋白(Wheat Gluten Protein,WGP)网络结构,具有良好的黏弹性和延展性,但加热后其网络结构易破裂,稳定性较低。该研究利用谷朊粉、大豆分离蛋白(Soy Isolated Protein,SPI)、甲基纤维素(Methylcellulose,MC)、谷氨酰胺转氨酶(Glutamine Transaminage,TG酶)的原料特性,建立植物蛋白、亲水胶体、促凝胶酶的共混黏合体系,研究各组分对其理化性质、凝胶特性及结构的贡献和影响。结果表明,随着三种原料依次递进加入WGP,混合体系中二硫键含量分别较前一组降低81.03%、升高248.50%和0.69%,游离巯基含量升高68.79%、降低43.45%和25.69%,表面疏水性升高5.33%、降低6.85%和17.16%,高分子量麦谷蛋白组分分子量则逐渐增加;持水性升高5.25%、2.91%、2.79%,凝胶强度升高104.14%、24.66%、3.52%;共混凝胶的储能模量和损耗模量均逐渐升高;TG酶加入后,阻止了α-螺旋逐渐向β-转角、无规则卷曲的转化,α-螺旋和β-折叠含量上升。可见共混黏合体系凝胶的分子间缠结点增多、凝胶性变强。虽然SPI的添加部分破坏了WGP网络结构,但SPI、MC、TG酶增加了蛋白的聚集程度和凝胶强度。扫描电镜观察结果显示,SPI镶嵌在WGP网络骨架中,形成半网络半填充的新架构形式;随着MC和TG酶的依次加入,在形成大量交联丝状结构的基础上,局部形成连续膜状结构将大豆拉丝蛋白(Soy Drawing Protein,SDP)粒子覆盖。说明SDP粒子被完整、紧密地包裹于谷朊粉-SPI-MC-TG酶共混黏合体系中。利用此黏合体系制成SDP基素肉饼,依次向复水SDP中添加四种原料,显示素肉饼的硬度、内聚性、咀嚼性和弹性等均得以提升。因此,该研究建立谷朊粉基共混黏合体系是改善SDP为主要原料的素肉制品品质的有效方法。
    2022-11-21 , DOI:
    摘要:
    该研究为了将预乳化工艺更好的应用于大豆拉丝蛋白(Textured Fibril Soy Protein,TFSP)素食香肠的加工,通过采用不同的蛋白乳化剂和调控均质条件,探究预乳化油脂对TFSP素食香肠流变特性、质构和微观结构的影响。结果发现随着均质压力从0增大到30 MPa,大豆分离蛋白(Soybean Protein Isolate,SPI)乳液和酪蛋白酸钠(Sodium Caseinate,SC)乳液的表观黏度都逐渐增大,SPI乳液粒径d3,2为24.80~0.39 μm,SC乳液粒径d3,2为12.37~0.12 μm。对TFSP素肉糜进行温度扫描和频率扫描结果发现,所有的素肉糜在蒸煮后都形成了具有黏弹性的乳液凝胶,并且预乳液的均质压力越大,素肉糜的弹性模量G'越大。沃-布剪切测试和TPA (Texture Profile Analysis)测试发现,TFSP素食香肠的剪切力和TPA质构特性都随着预乳液均质压力的增大而增大。采用激光共聚焦显微镜观察分析了不同预乳液和TFSP素食香肠的微观结构,当预乳化的均质压力为0~20MPa时,SC乳液制备的TFSP素食香肠在蒸煮后发生了明显的乳液滴聚结;然而SPI乳液制备的TFSP素食香肠在蒸煮后表现出对抗乳液滴聚结的能力强。因此,采用SPI对植物油脂进行预乳化过程中,均质压力大于20 MPa时,可以有效提升TFSP素食香肠的切片性和质构特性,本研究结果为油脂预乳化工艺在素食产品中的开发和应用提供参考。
    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。
    2022-11-16 , DOI:
    摘要:
    摘 要:结合国土空间规划“三线”划定成果与耕地质量空间相关性的耕地保护空间布局优化,对于耕地质量提升、保障粮食安全具有重要意义。该研究采用改进局部空间自相关模型,将生态环境作为耕地质量空间相关性分析框架的“第四维”,从地块尺度模拟位于“三线”内耕地自然质量指数、利用管理指数、经济价值指数以及生态环境指数的空间自相关性关联结果,据此提出优化耕地保护空间布局的方案。研究结果表明:(1)在耕地质量评价方面,高分值耕地在高淳西部分布较为集中连片,在高淳东部分布较为零散;低分值耕地主要集中分布在高淳东部地区,在高淳西部分布较为离散。其中,自然质量指数、利用管理指数、经济价值指数以及生态环境指数均表现出“西高东低”的空间分布特征。(2)在耕地质量指数空间自相关分析方面,各耕地质量指数均以正相关型为主。正、负相关型与高、低质量耕地的空间分布高度吻合。自然质量指数、利用管理指数、经济价值指数及生态环境指数空间自相关Moran’s I值分别为0.79、0.92、0.89、0.77,四者均表现出较为明显的空间聚集特征。空间集聚性从大到小的排列顺序为利用管理指数、经济价值指数、自然质量指数与生态环境指数。(3)在统筹耕地质量空间相关性结果的基础上,高淳区耕地被划分为永久基本农田保护区、城镇发展缓冲区、生态环境保护区及综合调节区4个一级类与14个二级类,永久基本农田新增968.15hm2,等级提升0.94。其中,永久基本农田保护区综合质量最优,各质量指数均表现出较强的空间扩散效应,应作为耕地保护的核心禁止非农建设;城镇发展缓冲区耕地质量较差的同时区位优势较为突出,是城镇建设的理想区域;生态环境保护区综合质量劣势较为明显但生态环境条件优越,应大力开展田间生态防护工程,以形成生态红线防护格网;综合调节区应当判明耕地障碍因素的作用机理,有序开展田间土地整治,实现其向永久基本农田耕地的跃迁。
    2022-11-08 , DOI:
    摘要:
    为分离纯化花生芽中具有潜在抑菌活性的白藜芦醇化合物及研究其抑菌功效,提高花生的综合利用价值。本文通过静态吸附-解吸试验,从16种不同型号大孔树脂中确定白藜芦醇最佳纯化树脂,并对其动态吸附-解吸条件优化,采用倍比稀释法、抑菌生长曲线及细胞膜通透性变化评价纯化物对鼠伤寒沙门氏菌的抑制作用。结果表明:LSA-40大孔树脂为花生芽白藜芦醇最佳纯化树脂,其吸附条件为:上样浓度120.00μg/mL,速率1.00mL/min,pH值4.2,上样量8.00mL/g;解吸条件为:80%乙醇溶液,pH值6.6,流速1.00mL/min,其纯度可达84.0%;利用紫外光谱、傅里叶红外光谱、高效液相色谱串联质谱对纯化后样品进行鉴定分析,发现纯化物中主要成分为白藜芦醇及其衍生物;纯化物对鼠伤寒沙门氏菌抑制作用研究表明其最小抑菌浓度为250μg/mL,在此浓度下可显著增加细胞膜通透性(P<0.01),破坏细胞壁完整性,造成胞内蛋白质严重泄露,最终导致鼠伤寒沙门氏菌死亡。该研究可为花生资源综合深度利用及天然抑菌剂的开发提供一定理论参考。
    2022-11-04 , DOI:
    摘要:
    团聚体结构和稳定性能够有效调节土壤水肥气热,影响着一系列土壤过程。为探明不同类型地带性土壤团聚体稳定性与孔隙结构变化规律及二者关系,本文以我国温带与亚热带地区五种地带性土壤(黑土、棕壤、褐土、黄褐土和红壤)为研究对象,结合CT扫描、湿筛法和LB法,量化孔隙结构,测定各地带性土壤团聚体MWD(mean weight diameter)。结果表明:团聚体水稳性受到土壤类型和土层深度的综合影响,表现为黄褐土<褐土<棕壤<黑土<红壤;团聚体破碎机制总体按照MWDsw>MWDws>MWDfw;由北至南,各地带性土壤团聚体抵抗消散和破碎的能力逐渐减小后增加,且消散作用对团聚体破碎程度的影响高于机械破坏作用。五种地带性土壤团聚体不同当量直径孔隙度由北至南呈“U”型变化,且这种变化程度随土层深度增加而减弱;团聚体孔隙大小均以30-75 μm孔隙为主,孔隙形状以细长型孔隙为主。细长型孔隙自北向南呈先下降后上升的趋势,不规则型和规则型孔隙变化趋势相反;偏最小二乘回归表明,规则型孔隙、孔隙平均形状因子、75-100 μm孔隙度和细长型孔隙对团聚体水稳性影响显著,细长型孔隙起正向作用;规则型孔隙、细长型孔隙、75-100 μm孔隙度和>100 μm孔隙度是MWDfw、MWDws、MWDsw的主控因子。研究结果有助于加深土壤团聚体与孔隙特征关系的认识,从而更好地揭示土壤过程作用机制。
    2022-11-03 , DOI:
    摘要:
    细沟发育及形态特征研究对理解坡面侵蚀过程和机理意义重大。然而,已有细沟侵蚀研究多基于室内模拟试验,限制了对野外真实细沟侵蚀规律的认识。本研究以黄土丘陵沟壑区辛店沟流域为例,于自然坡面设置5个径流小区,结合野外放水冲刷试验(流量为25,40,55,70,85 L/min)与地基三维激光扫描技术,研究细沟几何形态(长、断面宽、断面深),衍生特征(细沟宽深比、细沟密度、细沟割裂度和细沟平均深度等)和分形维数、地貌信息熵、分叉比的变化过程,辨析不同指标与侵蚀量、沉积量、产沙量间的相关关系。结果表明:1)随着冲刷时间增加,各流量梯度细沟断面宽度、断面深度、细沟平均深度和细沟割裂度均呈递增趋势。而细沟宽深比与流量大小相关,低流量(25 L/min)下细沟发育主要呈“宽浅式”,较低流量(40 L/min)和高流量(85L/min)下发育主要呈“窄深式”,中流量(55 L/min)和较高流量(70 L/min)细沟发育在“宽浅式”与“窄深式”间交替变化。2)随着冲刷时间增加,低流量下分形维数整体趋于平稳,其余流量波动较大;中流量下分叉比呈上升趋势,其余流量下均呈下降趋势;各流量梯度下地貌信息熵无明显变化规律,但其与产沙量的变化趋势基本一致,能够较好反映土壤侵蚀的动态变化。3)细沟平均长度、平均断面深度和细沟平均深度可分别评估较低流量下累计沉积量、侵蚀量和产沙量;同时,细沟平均深度也可评估低流量下累计侵蚀量和产沙量。平均断面宽度、平均断面深度及细沟平均深度可评估较高流量下累计侵蚀量。此外,随着流量的增大,各形态指标与累计侵蚀量、沉积量和产沙量关系的显著性减弱。研究可为深化认识坡面细沟侵蚀过程和机理提供参考。
    2022-10-31 , DOI:
    摘要:
    精准确定整治对象是有序推进宅基地整治的前提,也是实施全域土地综合整治的关键。该研究利用宅基地确权调查等多源数据,以行政村为单位,采用人均标准测算法、多因素综合评价法、系数修正法得到村级整治潜力,以地块尺度的确权宅基地图斑为基本整治单元,结合上位引导、现状驱动、意愿阻碍综合评价得到各确权地块的整治概率作为整治优先度的抉择标准,以豫东平原毛堌堆镇为研究区,分村、逐地块进行确权宅基地整治模拟的实证研究。结果表明:1)毛堌堆镇确权宅基地的理论整治潜力共计208.32 hm2,现实整治潜力为117.17 hm2,占现状确权宅基地面积的24.24%;2)整治概率小于0.5、0.5~0.6之间、0.6以上的确权宅基地分别占现状面积的54.60%、17.85%、27.55%;3)基于各村潜力约束,确权宅基地整治模拟共计选择4512个确权宅基地作为被整治单元,整治面积达117.79 hm2,其中,整治概率高于0.65的共计85.13 hm2。面向国土空间规划,以确权宅基地图斑为基本单元进行宅基地整治模拟,可以为全域土地综合整治的实施提供具体精确的决策参考。
    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。
    2022-10-25 , DOI:
    摘要:
    蓝莓贮藏过程中,果实水分变化直接影响其食用品质。利用低场核磁共振及其成像技术采集0、8、23 ℃贮藏0、3、6、9、12 d的蓝莓波谱信息以及质子密度图像信息,分析不同贮藏温度下蓝莓内部水分含量变化与迁移规律。试验结果表明:弛豫时间和弛豫谱峰面积可以有效估测蓝莓贮藏过程中水分含量及迁移变化,温度对水分含量变化较敏感;随着贮藏时间的延长,其液泡水含量A23与总水分含量A2呈现变化趋势一致的现象,表现为整体显著下降趋势;蓝莓在0 ℃和8 ℃贮藏至12 d过程中,弛豫时间均随贮藏时间的延长而不断右移,细胞壁水含量A21变化不明显,细胞质水含量A22呈现小幅增加趋势;23 ℃贮藏至9 d后,蓝莓发生腐烂,细胞壁水和细胞质水迅速增加,贮藏至12 d时液泡水急剧减少,转化为细胞质水和细胞壁水,试验发现23 ℃贮藏的蓝莓货架期为1周左右;与前者相比,低温贮藏内部水分迁移缓慢、流失量较少,贮藏至12 d时,液泡水含量仍占总水分含量的89%以上,即还可继续贮藏。试验结果为蓝莓在不同温度下贮藏保鲜提供理论支撑和数据参考。
    2022-10-25 , DOI:
    摘要:
    为了解高油大豆在储藏过程中生理生化指标的变化,选取河南与内蒙古产地的高油大豆为研究对象,调节至不同水分(13.00±0.20%和15.00±0.20%)后分别在25℃和35℃下密闭储藏180天,每隔30天取样一次,测定分析其生理生化指标,并对其电导率、丙二醛两项指标变化趋势进行动力学分析。结果表明两种不同初始水分含量的高油大豆在不同温度下,随储藏时间的延长,CAT活性、POD活性以及PPO活性均呈下降趋势,电导率和丙二醛含量均呈上升趋势。脂肪含量相对较高的河南大豆在不同温度下生化指标的变化幅度高于内蒙古大豆。相关性分析结果表明,储藏时间与两产地大豆的各理化指标均有显著或极显著相关性,其中与丙二醛和PPO活性相关性较强,系数分别为0.81和-0.90,储藏温度与河南大豆和内蒙古大豆的电导率相关系数分别为0.66和0.61。不同储藏温度下高油大豆的电导率和丙二醛均符合零级动力学模型,且两项指标在储藏过程中均属于需能反应(ΔG > 0)。具有较高粗脂肪含量的河南大豆的电导率和丙二醛的零级动力学活化能均高于内蒙古大豆,且初始水分含量越高动力学系数越大而活化能越小,越易导致电导率和丙二醛的改变,零级动力学反应系数随温度的升高而增大,表明温度越高对指标的影响越大。
    2022-10-20 , DOI:
    摘要:
    针对我国黄河中上游灌区不合理灌溉和施肥造成的土壤氮素流失严重及氮收支不平衡等问题,于2019-2021年开展田间试验,研究不同灌溉和施肥对土壤氮损失、作物氮吸收及氮收支的影响,以期为该地区春小麦可持续生产和氮污染物减排提供科学依据。试验设置了三个灌溉水平(高水I1:450 mm,中水I2:315 mm,低水I3:180 mm)和3个施氮水平(高氮N1:340 kg N ha-1,中氮N2:250 kg N ha-1,低氮N3:170 kg N ha-1),对不同处理的土壤氮损失、作物氮吸收及氮收支等指标进行了对比分析。结果表明,肥料氮是农田氮输入的主要来源,其次是灌溉水、大气沉降和非豆科作物固定。作物吸氮占土壤氮输出的比例最大,其次是NO3--N淋失、NH3挥发和N2O排放。对于氮输入而言,其值随着灌水量和施氮量的减少而降低。对于土壤氮输出而言,减少灌水量和施氮量可显著降低土壤总氮损失量,但过低的灌水量和施氮量将导致小麦吸氮量的降低。传统的N1施氮处理可导致土壤氮素盈余,而施氮量降低50%的N3处理则导致土壤氮素大量亏缺。对照处理(I1N1)的土壤氮损失量最高,该处理氮损失占土壤氮输出的比例高达23-41%,其中NO3--N淋失和NH3挥发占总氮损失的95%以上。与对照处理相比,I2N2处理可减少约30%的氮损失,且作物吸氮几乎未受到影响。同时,该处理土壤氮素处于轻度亏缺状态,其亏缺量为28-50 kg N ha-1,占总施氮量的11-20%。若在收获后将4-8 t ha-1的小麦秸秆还田,则可保持麦田土壤的氮收支平衡。因此,通过改善灌溉和施肥策略并配合适当的秸秆还田可以有效缓解黄河中上游地区的氮损失且实现土壤氮平衡。
    2022-03-14 , DOI:
    摘要:
    摘 要:实时准确地获取林农间作模式下的果树结构信息对推进新疆特色林果业的提质增效,增加农民收入,稳定脱贫攻坚成果,实现乡村振兴具有重要意义。该研究拟以新疆和田绿洲林农间作区为研究对象,提出一种综合高分遥感数据的纹理和光谱特征以及中分遥感数据的时序物候特征的主栽果树提取方法。基于GF-2遥感数据利用面向对象方法提取高分辨率的林田地块空间信息;基于多时相Sentinel-2遥感数据构建植被归一化指数(Normalized Difference Vegetable Index,NDVI)时间序列产品,并依据果树物候特征建立决策树模型,提取间作核桃、纯核桃、枣树和葡萄4种果园类型;最后将多时相的果园分类结果与高分的林田地块信息叠加,获取和田绿洲特色林果作物分布信息。该方法对2020年和田绿洲核桃、大枣和葡萄提取结果的用户精度和总体分类精度均在90%以上,Kappa系数为0.95,能够满足县市级尺度的林果遥感监测精度需求。基于遥感提取的和田绿洲主要林果作物面积为4.29×105 hm2,以核桃(间作和纯核桃)为主,间作核桃面积占比63.80%,其次为枣树(19.38%)和葡萄(3.30%)。该方法可为林农间作立体种植模式下的果树类型和面积精确信息提取研究提供有价值的参考和借鉴。
    2021-05-12 , DOI:
    摘要:
    乳酸菌发酵作为果蔬汁的一种绿色加工技术,不仅可以赋予产品独特的风味,还可以转化其中的活性物质,提高产品的营养价值和保健功效。该研究以湖北杂交枸杞为原料,使用6种乳酸菌(植物乳杆菌、嗜热链球菌、嗜酸乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、干酪乳杆菌及发酵乳杆菌)进行发酵,研究发酵前后枸杞果汁理化特性、主要活性成分及体外抗氧化变化,并利用主成分分析进行综合评价优选出理想的发酵菌株。结果表明,6种乳酸菌在枸杞果汁中生长良好,活菌数均能达到10.0 lg CFU/mL 以上。发酵后的枸杞果汁中总糖和还原糖含量显著降低(P<0.05),且植物乳杆菌和嗜热链球菌产酸能力更强,发酵后总酸含量达6.74、6.07 g/kg。与未发酵枸杞果汁相比,经植物乳杆菌、嗜热链球菌、鼠李糖乳杆菌和发酵乳杆菌发酵的枸杞果汁中总酚含量增加了13.76%~28.07%,而嗜酸乳杆菌和干酪乳杆菌发酵后无显著性差异(P>0.05)。6种乳酸菌发酵后枸杞果汁中总黄酮含量增加了55.80%~161.97%。发酵枸杞果汁的抗氧化活性与发酵前相比均有显著提高(P<0.05)。基于主成分分析的综合评价函数显示经植物乳杆菌、发酵乳杆菌发酵的枸杞果汁品质更优,适宜作为开发枸杞高值化绿色加工饮品的发酵剂。
    2021-05-12 , DOI:
    摘要:
    日光温室现行的温度调控方法对太阳能无法进行有效利用,造成大量浪费,在极端天气条件下不能取得良好效果,无法持续为植物提供适宜的生长环境。为解决上述问题,更好地改善温室墙体性能,本研究以复合无机相变材料为主体,再配以水泥、锯末等原料,制备成相变材料模块,并进行相关试验,测试相变材料水泥模块的蓄放热性能。而后将其固定于日光温室后墙骨架上,采集温室内温度数据,来研究其在实际生产环境中的蓄放热效果。结果表明F1水泥模块由6.4℃升到35℃单位体积蓄热量为92.6MJ/m3;F2水泥模块温度由7.6℃升到35℃单位体积蓄热量为102.1MJ/m3;F3水泥模块温度由8.3℃升到32℃单位体积蓄热量为95.1MJ/m3。F1水泥模块温度由35℃降到5.4℃单位体积放热量为75.8MJ/m3;F2水泥模块温度由35℃降到5.9℃单位体积放热量为92.5MJ/m3;F3水泥模块温度由32℃降到7.8℃单位体积放热量为84.2MJ/m3。在夏季不同天气条件下,三种相变材料都可吸收大量热量,降低温室温度峰值;在冬天夜间又可释放大量热量,提高温室最低温度,使植物始终处于环境相对适宜、温度变化较为平缓的生长环境中。
    2021-02-24 , DOI:
    摘要:
    为探究玉米秸秆、市政污泥的单一及其混样的热解特性和交互作用,基于热重分析法,在升温速率(10℃/min、20℃/min和30℃/min)下,对玉米秸秆、市政污泥及混样进行热重试验,同时采用Coats-Redfern积分法研究动力学特性。结果表明:玉米秸秆与市政污泥的热解特性差异大,残余率相差18.57个百分点,综合热解指数相差35.73×10-5,活化能E相差35.31~46.88kJ/mol。随着市政污泥的含量从10wt%到90wt%,热解起始温度由360.3℃下降至440.3℃,混样主热解区间由277.7~360.3 ℃变长,并且向高温区偏移,残余率由33.69%增加至45.83%,最大失重速率由7.88%·min-1下降至3.11%·min-1,综合热解指数由8.5×10-5下降至1.7×10-5。表明市政污泥虽改善了混样的热解起始温度,但同时也使热解区间增宽,残余率增加,失重速率变缓,综合热解指数降低。混样综合热解指数均不同程度低于相应理论值,表明二者共热解存在抑制作用。玉米秸秆单独热解过程所需活化能E大于市政污泥。升温速率增加低温段、高温段活化能不同程度增加。市政污泥比例从10wt%提高到90wt%,热解活化能由66.01~46.16kJ/mol降低至44.47~17.04kJ/mol。该研究可为玉米秸秆和市政污泥的利用提供基础支撑。
    2021-01-26 , DOI:
    摘要:
    为了实现谷物联合收割机收获时实时在线检测谷物的蛋白质含量并记录采样地理位置信息,研发了一种基于近红外光谱原理的谷物蛋白质含量在线检测系统,系统主要由近红外光谱传感器模块、螺旋采样输送机构、控制模块、GPS/北斗定位模块、工控显现一体机等组成。谷物联合收割机近红外光谱式蛋白质含量在线检测系统工作时,当联合收割机出粮搅笼排出的谷物经过螺旋采样输送机构,采样机构的步进电机根据检测速率要求由控制器控制并间断进行谷物输送,控制器同时控制近红外光谱传感器在步进电机停止转动时进行光谱采样,谷物的近红外光谱和GPS/北斗定位模块位置信号等数据由RS485总线传输至上位机。编制了近红外传感器和采样机构等的控制与数据处理分析软件,经谷物蛋白质含量预测模型处理后,将谷物蛋白质、采样位置信息等实时显示在终端上并保存。为了验证谷物蛋白质含量预测模型及在线检测系统的性能,开展了室内标定和田间系统动态测试试验,小麦蛋白质含量预测模型的决定系数R2为0.865,绝对误差范围为-0.96~1.22,相对误差范围在-7.30%~9.53%,预测标准差RMSEP值为0.638;水稻蛋白质含量预测模型的决定系数R2为0.853,绝对误差范围为-0.60~1.00,相对误差范围为-8.47% ~ 9.71%,预测标准差RMSEP值为0.516。系统田间测试试验表明,小麦蛋白质含量的最大相对误差为-6.69%,水稻蛋白质含量的最大相对误差为-8.02%,采样分析时间间隔对系统测试精度的影响不显著,系统稳定性和检测精度达到田间谷物蛋白质在线检测需要,为精准农业作业提供了科学依据。
    2021-01-26 , DOI:
    摘要:
    为研究发酵条件对甘肃河西产区本土酒酒球菌(Oenococcusoeni, O.oeni)酯酶累积活性的影响,以及在苹果酸-乳酸发酵(Malolactic fermentation,MLF)过程中对霞多丽干白葡萄酒酯类香气物质的影响,试验以甘肃省葡萄与葡萄酒工程学重点实验室鉴定保存的2株本土O.oeniGF-2、ZX-1和商业菌株VP41为供试菌株,在模拟酒中动态监测苹乳发酵过程中菌株的不同碳链长度底物(C2、C4、C6)酯酶活性,分析比较不同发酵条件(初始pH值、乙醇浓度、SO2添加量、发酵温度)对菌株产酶规律的影响关系和特点;通过微酿试验探讨供试菌株对霞多丽干白葡萄酒香气品质的修饰效应。结果表明,在不同pH值条件下,本土O.oeni菌株的酯酶活性明显高于商业菌株VP41,其中ZX-1的最大酯酶活性比VP41的高出约63.42%;乙醇浓度8%时,所有供试菌株均产生了最大酯酶活性,且本土O.oeni菌株具有更强的产酶能力;在不同SO2添加量影响下,两株本土O.oeni的酯酶累积活性均显著高于VP41的酶活性(P<0.05);18℃、22℃发酵温度下,GF-2的酯酶活性显著高于菌株VP41(P<0.05)。复合发酵试验结果表明:供试菌株的总酯酶活性依次为ZX-1>GF-2>VP41;虽然影响各菌株酯酶活性的主次因素不同,但所有供试菌株的最佳产酶条件均为乙醇浓度12%、pH3.6、SO2添加量30 mg/L、发酵温度22℃,其中以ZX-1的酯酶活性最高为620.973mU/mL,表现出较强的葡萄酒生境适应能力。对霞多丽干白葡萄酒微酿试验的分析显示:MLF后的酒样中共新增6种酯类物质(乙酸戊酯、乙酸庚酯、3-羟基丁酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯、反式-2-己烯酸乙酯、反式-4-癸烯酸乙酯),其中本土O.oeni发酵后的酒样中检测出2种具有果香味的特有香气物质(乳酸异戊酯、甲酸辛酯)。与商业菌株VP41相比,经本土GF-2、ZX-1发酵的酒样具有更浓郁的品种香和良好的余香持久性。综合分析,本土与商业O.oeni菌株均可以成功完成MLF,尤其是ZX-1具有较强的产酯酶能力且受发酵条件的影响显著,可有效提升霞多丽干白葡萄酒中的果香和花香类化合物含量,明显增强酒体的地域风格和典型性,更适宜作为甘肃河西走廊产区干白葡萄酒的MLF发酵剂。
    2020-11-04 , DOI:
    摘要:
    不同垫料生产方式因工艺差异导致垫料存在生物安全隐患,不利于垫料技术的推广,滚筒发酵具有高温、快速等优势,探讨其垫料生产过程的致病菌变化特征,可为解决产业问题提供支持。该研究以滚筒好氧发酵生产牛粪再生垫料过程为研究对象,采用平板培养法对夏季和冬季垫料生产过程中滚筒不同位置处奶牛乳房炎主要致病菌(大肠杆菌、链球菌、金黄色葡萄球菌和克雷伯氏菌)数量进行检测,同时检测了物料的理化特性,并进一步探究了影响奶牛乳房炎致病菌变化的主要因素。结果表明,夏、冬季滚筒发酵生产牛粪再生垫料过程中筒仓内温度较稳定,滚筒内部温度可维持在65 ℃以上;成品垫料的含水率均低于45%;链球菌和克雷伯氏菌在垫料成品中均未检出,夏季垫料成品中的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌检测数量高于冬季;Pearson相关性分析结果表明,在选取的理化指标中影响致病菌数量变化的最主要因素为滚筒温度,其次为总碳。该研究为滚筒发酵生产牛粪再生垫料的技术应用及推广提供支撑。
    2020-10-21 , DOI:
    摘要:
    为研究爆炒中食品多孔介质热/质传递机制及烹饪成熟和品质变化规律,考虑收缩-水分损失关系,基于多孔介质理论,结合傅里叶定律、牛顿冷却定律和达西定律,构建了爆炒中有蒸发、考虑收缩的食品含湿非饱和多孔介质热/质传递数学模型,开展了爆炒数值模拟。考虑收缩后模拟值与实测温度历史(LSTD=4.40℃)、平均含水率(LSTD=1.42%)和体积收缩率(LSTD=1.05%)吻合更为良好。模拟分析了爆炒热/质传递对颗粒表面蒸发、收缩、内部压力、水分和温度分布的影响机理及火候控制手段的作用,结果表明:爆炒强对流传热使颗粒蒸发剧烈造成水分损失;收缩主要由水分损失引起,可以增大传热效率并影响颗粒内部压力变化,由成熟值理论研判,蒸发收缩对烹饪成熟起到促进作用,并有利于提高烹饪品质,是爆炒技术优势的一部分;火候控制手段通过改变颗粒特征尺寸、能量传递速率和流体-颗粒的换热时间/接触面积对颗粒成熟时间和含水率等烹饪品质产生极显著(P<0.01)影响。
    2020-09-15 , DOI:
    摘要:
    秸秆捆烧技术是实现农业秸秆能源化清洁利用的有效途径之一,引起了人们的广泛关注。该文综述了秸秆捆烧技术最新研究进展,简述了秸秆捆燃烧反应原理和秸秆捆燃烧特性,重点分析了秸秆捆烧过程中颗粒物、NOx和CO等污染物产生及减排方法,系统总结了国内外秸秆捆烧技术类型、原理及特点等研究进展。通过全球文献检索,分析了秸秆捆烧技术研究技术热点、主要研究机构以及发展趋势。并评价了秸秆捆烧供暖运行成本,对秸秆捆烧技术发展提出建议,为实现秸秆清洁能源化利用提供参考。
    2020-08-05 , DOI:
    摘要:
    基于工质相变换热和无泵循环思路,提出了一种动力电池冷热双向热管理系统。以某款三元锂电池为研究对象,试验测试了冷热双向循环热管理系统的散热和加热工况。结果表明:该系统能实现电池箱低温工况加热与高温工况散热的运行切换管理。散热工况下,换热板采用4根竖管比单根蛇形管的散热能力强;冷凝器侧强制风冷散热与自然对流散热相比,能将系统一换热功率提高10%~44.2%,系统二换热功率提高20%~48.6%;电池箱温度为60℃时,自然对流散热系统换热板的最大温差小于2 ℃,强制对流散热系统换热板的最大温差小于1℃;在电池初始温度25℃时,1C、2C、3C放电倍率下,放电结束强制对流散热在能将8块电池的平均温度分别降低2.1 、3.9 、4.7 ℃。加热工况下,多组试验电池箱的升温效果一致性较好。考虑车辆行驶中换热板的倾斜影响,受制于工质的流量分配,散热工况时温度均匀性优于加热工况。
    2020-04-17 , DOI:
    摘要:
    为提高木基石膏复合材料的力学性能,以杉木刨花为增强相,以建筑石膏为连续相,采用三聚氰胺-脲醛树脂(MUF)粘结初步成型和增湿固化两阶段的免加石膏缓凝剂制备方法,开展了MUF用量和木材/石膏质量比对木基石膏复合材料物理力学性能影响试验,并与相应产品标准、结构板材标准及现有文献进行对比。结果表明,试验范围内,MUF用量与木基石膏复合材料力学性能呈正相关关系,木材/石膏质量比的影响较小;MUF用量为15%及以上时,其力学性能满足《LY/T 1598-2011石膏刨花板》产品标准的要求;MUF用量为21%及以上时,除顺纹抗弯强度,其余性能符合《LY/T 1580-2010定向刨花板》结构板材标准的规定;MUF用量为33%及以上时,复合材料达到《GB/T 35216-2017 结构胶合板》结构板材标准中E5.0-F16.0强度等级。抗弯性能试验中,石膏板为脆性破坏,木基石膏刨花板具有一定的延性性能。综合强度和成本,MUF用量为33%、木材/石膏质量比为0.30为较优的制备工艺。优化制备工艺条件下,复合材料的内结合强度、静曲强度、弹性模量、位移延性系数和24 h吸水厚度膨胀率分别为1.28 MPa、16.5 MPa、7350 MPa、1.64和1.23%。采用该两阶段制备方法,木基石膏复合材料中石膏晶体形态细长,且随着MUF用量的增加,晶体交错搭接、叠合现象明显,接触面积增加,晶体结构更加致密,石膏连续相强度增加;MUF用量提高,石膏在刨花表面的覆盖量明显增加,刨花增强相与石膏连续相之间界面性能显著改善。研究结果可为木基石膏复合材料力学性能的进一步提升提供参考,并为其产品的工程应用提供数据支撑。
    2020-03-25 , DOI:
    摘要:
    充分利用太阳能,提高太阳能热泵系统能效比,提出了一种蓄能型内插热管式太阳能热泵系统,可实现太阳能分季节最大化利用。搭建了系统性能试验台,在南京地区开展了2年的试验研究,对比分析了相近环境条件下充灌或未充灌相变材料的系统其瞬时集热效率、平均集热效率、系统性能系数和供水水温等随太阳辐射波动性的变化规律。结果表明在冬季白天相近的太阳辐射强度、太阳辐射波动性和环境温度下,充灌相变材料系统的瞬时集热效率波动性比未充灌的系统小近60%,平均集热效率高出未充灌的系统25%以上。夜间工况下,充灌相变材料系统的COP可达3.0以上,且能更快达到供热水温50℃,时间缩短了20%以上。研究结果可为太阳能热泵系统的推广应用提供理论依据。
    2019-10-16 , DOI:
    摘要:
    柱层析法是根据混合物中各组分的理化性质差异,利用混合物中各组分在固定相和流动相中分配系数不同,经过多次分配将组分分离纯化。淀粉在高压湿热冷藏回生后经淀粉酶水解得到回生淀粉,用碱液打开回生淀粉氢键使回生淀粉溶解,然后用盐酸调节溶液至中性,加正丁醇沉淀得到分子量分布范围较窄的直链淀粉,上清液加乙醇沉淀得到分子量分布范围较窄的支链淀粉。为了进一步窄化甘薯直、支链淀粉分子量分布范围,采用柱层析法对其进行分离。实验结果表明,粒径为1-3 mm的人造沸石适合分离支链淀粉,粒径为4-6 mm的人造沸石适合分离直链淀粉。经柱层析分离,甘薯直、支链淀粉组分总制备率均大于2.4%。经大沸石分离,聚合度大的直链淀粉分子依赖沸石表面吸附,洗脱速度快,先被洗脱下来;聚合度较小的直链淀粉分子进入沸石孔隙内部,吸附力大,后被洗脱下来。经小沸石柱层析分离,甘薯支链淀粉组分F1b中分子量小、均一度高的组分先洗脱下来;甘薯支链淀粉组分F2b中分子量大、均一度低的组分先洗脱下来,说明甘薯直、支链淀粉的分支度对采用沸石柱层析法分离淀粉组分也有一定得影响。X射线衍射表明,甘薯直链淀粉组分在18.9°、23.4°、27.2°、29.3°、32.3°、33.8°出现强衍射峰,甘薯支链淀粉组分在21.6°、22.9°、23.9°、26.5°、27.1°、29.3°、34.1°、35.8°、39.5°附近也出现了明显的衍射峰,此时甘薯直、支链淀粉的分子量分布指数(PDI)接近1.0。人造沸石柱层析可制备出分子量分布范围极窄的甘薯直、支链淀粉,该类淀粉表现出类似金属盐的X射线衍射峰,可作为深入研究淀粉大分子空间结构变化的材料。显微图片显示直链淀粉是由多个线型分子聚集在一起的,呈典型的“柳条”状,支链淀粉呈典型的“树枝”状。本文研究结果提供了一种大量制备分子量分布范围极窄的直、支链淀粉的简单、高效方法,为深入探索淀粉大分子聚集过程形态变化创造了有利条件。
    2019-10-16 , DOI:
    摘要:
    为全面了解转鼓式反应器固态发酵食醋过程中主要成分和风味物质的动态变化规律,该文对反应器发酵食醋过程进行跟踪取样,利用高效液相色谱、固相微萃取技术、气相色谱-质谱联用技术,对酒精、总酸、还原糖、氨基态氮、有机酸、挥发性风味物质含量变化进行实时监测,结合主成分分析方法,探究食醋不同发酵阶段的风味物质差异。结果表明,酒精含量在发酵0~4天内迅速增加,随后逐渐下降至零;总酸含量呈现先快速上升后缓慢上升的趋势;还原糖含量呈先快速下降后逐渐上升,最后逐渐下降的趋势;氨基态氮呈现先快速上升后缓慢上升的趋势;乙酸和乳酸是主要的有机酸,整个发酵过程中,乙酸含量持续增加,乳酸含量呈先上升后下降趋势,其他有机酸含量较少,发酵期间变化波动相对较小;共检测出64种挥发性风味物质,包括酯类25种,醇类12种,酸类6种,酚类5种,醛类5种,酮类6种,杂环类5种;发酵前、中、后期的重要挥发性物质分别是醇类化合物、酯类和醛类化合物、酸类化合物。该结果为推进转鼓式固态发酵食醋反应器的实际生产应用提供了理论基础和数据参考。
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    摘要:
    2010,26(11):1-7, DOI:
    [摘要] (32898) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (9680)
    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] (26943) [HTML] (0) [PDF 392.78 K] (6753)
    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] (21213) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (8283)
    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] (18186) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (6020)
    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%。
    2016,32(1):46-53, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.01.006
    [摘要] (17857) [HTML] (0) [PDF 5.12 M] (4118)
    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。
    2019,35(18):143-150, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.18.018
    [摘要] (17594) [HTML] (0) [PDF 3.96 M] (6146)
    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(9):130-135, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.09.018
    [摘要] (17322) [HTML] (0) [PDF 361.61 K] (2897)
    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] (17047) [HTML] (0) [PDF 522.80 K] (3115)
    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(15):201-207, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.15.028
    [摘要] (16783) [HTML] (0) [PDF 772.45 K] (2811)
    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(9):201-208, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.09.031
    [摘要] (16753) [HTML] (0) [PDF 3.61 M] (4169)
    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] (16572) [HTML] (0) [PDF 395.08 K] (2702)
    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(18):34-40, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.18.006
    [摘要] (16512) [HTML] (0) [PDF 8.13 M] (3638)
    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。
    2017,33(7):164-170, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.07.021
    [摘要] (16380) [HTML] (0) [PDF 6.90 M] (3699)
    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(20):268-273, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.20.037
    [摘要] (16188) [HTML] (0) [PDF 6.48 M] (5542)
    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。
    2014,30(8):257-264, DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.030
    [摘要] (16060) [HTML] (0) [PDF 4.73 M] (3317)
    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。
    2016,32(12):107-114, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.016
    [摘要] (16028) [HTML] (0) [PDF 413.47 K] (2306)
    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。
    2017,33(12):66-73, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.009
    [摘要] (16017) [HTML] (0) [PDF 5.69 M] (3537)
    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。
    2016,32(8):278-284, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.08.039
    [摘要] (16001) [HTML] (0) [PDF 1.43 M] (3056)
    摘要:
    为了辅助一种近海捕贝作业平台的方案决策,使其达到较佳经济效果,以解决近海扇贝养殖捕捞生产中的能耗大、劳动强度高、捕捞效率低以及捕捞效果差的问题,该文根据给定的营运条件、捕捞能力和贝类资源情况,对其进行了技术经济论证研究。选取捕贝平台的拖网主机功率、平台跨距、平台锚次横移时间、平台总建造成本、平台拖网速度作为论证的参数,以单位面积捕捞油耗、单位捕捞成本、捕捞效率为经济评价指标,建立了近海捕贝作业平台技术经济论证模型。基于该模型利用比较论证方法对渔船捕捞方式与捕贝作业平台捕捞方式进行了经济性计算,然后对选取的技术经济参数进行了敏感性分析。结果表明:当平台拖网主机功率400~470 kW、平台跨距0.5~3.0 km、平台锚次横移时间2.0 h以下、平台捕捞拖网速度1.4 kn以上、平台总建造成本低于2750万元时,平台捕捞方案比渔船捕捞方案具有明显的优势。实例计算证明,利用该文提出的技术经济论证模型,通过比较分析论证方法,可得到捕捞作业平台的技术参数范围,为新型近海捕贝作业平台的技术参数设计与实施提供参考。
    2016,32(5):120-125, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.05.017
    [摘要] (15992) [HTML] (0) [PDF 3.29 M] (2823)
    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。
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    2009,25(8):288-293, DOI:
    [摘要] (2109) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (117905)
    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] (647) [HTML] (0) [PDF 5.55 M] (59027)
    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] (654) [HTML] (0) [PDF 8.68 M] (53760)
    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] (1603) [HTML] (0) [PDF 5.45 M] (42100)
    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] (2619) [HTML] (0) [PDF 560.68 K] (39858)
    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):254-259, DOI:
    [摘要] (2409) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (20269)
    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。
    2011,27(3):242-247, DOI:
    [摘要] (2266) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (20250)
    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。
    2019,35(2):25-32, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.02.004
    [摘要] (1240) [HTML] (0) [PDF 5.26 M] (18008)
    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。
    2020,36(11):39-48, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.11.005
    [摘要] (1130) [HTML] (0) [PDF 8.24 M] (17879)
    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。
    2014,30(3):205-214, DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.03.027
    [摘要] (2713) [HTML] (0) [PDF 11.40 M] (17708)
    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。
    2021,37(16):127-135, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.16.016
    [摘要] (1001) [HTML] (0) [PDF 22.64 M] (16995)
    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。
    2018,34(19):266-275, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.19.034
    [摘要] (1345) [HTML] (0) [PDF 3.39 M] (16921)
    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(1):223-232, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.01.027
    [摘要] (1771) [HTML] (0) [PDF 6.54 M] (15158)
    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] (1684) [HTML] (0) [PDF 1.94 M] (14274)
    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。
    2021,37(1):213-222, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.01.026
    [摘要] (1594) [HTML] (0) [PDF 4.66 M] (13146)
    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] (893) [HTML] (0) [PDF 1.77 M] (12464)
    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。
    2016,32(17):127-135, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.018
    [摘要] (3621) [HTML] (0) [PDF 15.27 M] (12321)
    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。
    2020,36(23):171-180, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.020
    [摘要] (883) [HTML] (0) [PDF 3.89 M] (11926)
    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。
    2015,31(z1):237-246, DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2015.z1.028
    [摘要] (3040) [HTML] (0) [PDF 10.15 M] (11412)
    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。
    2008,24(8):232-235, DOI:
    [摘要] (9531) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (11264)
    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] (2918) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (4618)
    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。
    1999,15(1):1-8, DOI:
    [摘要] (1716) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2205)
    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。
    1999,15(3):33-38, DOI:
    [摘要] (3088) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2434)
    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。
    2003,19(3):1-4, DOI:
    [摘要] (2146) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (1733)
    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。
    2002,18(1):1-5, DOI:
    [摘要] (1883) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (1388)
    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
    2003,19(2):210-213, DOI:
    [摘要] (1604) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2136)
    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。
    2005,21(8):169-173, DOI:
    [摘要] (1888) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (6390)
    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。
    2002,18(1):22-26, DOI:
    [摘要] (1431) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2172)
    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%。
    2004,20(5):1-5, DOI:
    [摘要] (1704) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2307)
    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。
    2009,25(12):211-217, DOI:
    [摘要] (3687) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (3787)
    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。
    2008,24(12):291-296, DOI:
    [摘要] (3511) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (4346)
    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。
    2007,23(9):276-282, DOI:
    [摘要] (3267) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (3573)
    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。
    1999,15(2):74-78, DOI:
    [摘要] (1605) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2165)
    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。
    2004,20(1):13-15, DOI:
    [摘要] (1420) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (1164)
    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。
    2006,22(11):269-272, DOI:
    [摘要] (2279) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (3108)
    摘要:
    农用地膜良好的增温保墒效果已对中国农业产生了重大的、积极的作用,但同时随着地膜覆盖技术的普及,残留农用地膜也已经带来了一系列的负面影响,大量的残留地膜破坏土壤结构、危害作物正常生长发育并造成农作物减产,进而影响到农业环境,通过对中国有关地膜残留研究文献的综述,对农用地膜的应用现状、残留地膜的分布特征及影响因素,以及残留地膜的危害特点进行了综合分析,并针对目前存在的实际情况,提出了农用地膜残留污染的防治技术措施。
    2002,18(4):155-158, DOI:
    [摘要] (2601) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2279)
    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] (1578) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (1982)
    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。
    2002,18(1):165-168, DOI:
    [摘要] (1218) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (1888)
    摘要:
    回顾中国近期农用地评价研究的发展状况,分析并比较了新编国家农用地分等定级规程和耕地地力等级规程中提出的方法体系、思想基础和实践意义。农用地分等定级评价已经从查田定产、土壤性质、基础地力等单纯对土地自然状态的研究,发展到人地一体的资源价值管理评价。中国现行农地评价方法有农业部的耕地地力等级划分体系和国土资源部的农用土地分等定级评价体系。两大体系在评价指标的解析性、成果应用的目标层次和操作实施的前后衔接上存在着区别。目前,农用土地分等定级评价已在全国开展,其方法体系的不断完善具有更重要的实际应用意义
    2002,18(2):49-52, DOI:
    [摘要] (1306) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (1887)
    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
    2000,16(5):26-30, DOI:
    [摘要] (1509) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (3876)
    摘要:
    作物系数是计算作物需水量必不可少的参数。该文介绍了FAO近期推荐的确定作物系数的2种计算方法,一种是比较简单实用的分段单值平均法,另一种是比较复杂但相对准确的双值作物系数法。用河北省雄县灌溉试验站的冬小麦、夏玉米田间土壤水分观测资料计算作物实际腾发量,对上述2种确定作物系数的方法进行了检验。计算的作物系数与雄县试验站的实测结果基本接近,从而初步证明了在缺少实测资料的情况下可以采用FAO推荐的方法确定华北地区主要作物的作物系数
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