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    2022年第38卷第23期
    2022,38(23):1-12, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.001
    摘要:
    针对气吸式排种器在进行扁平形状种子排种时,充种性能不稳定排种效果不佳的问题,该研究以扁平玉米种子为作业对象,从种子的吸附姿态调节入手,设计一种具有倾斜凸台式取种结构的气吸式排种器。对排种器的倾斜凸台作业过程进行理论分析和设计计算,针对平面盘、凹槽盘和凸台盘三种排种盘的作业过程进行离散元仿真分析,结果表明:凸台盘对种群的扰动能力、离散程度和扭矩高于其他排种盘,倾斜凸台在取种过程中能够改变种子的姿态,实现种子扁平面与吸孔表面间的平行吸附。台架试验结果表明,凸台盘的单粒吸附率优于凹槽盘和平面盘,随着前进速度升高,单粒吸附率先增加大后减小,8 km/h达到最高值91.70%;随着负压增大,单粒吸附率变化趋势相同,3 kPa时达到最高值90.84%;凸台盘的稳定吸附率和平行吸附率随速度增大出现小幅降低,随负压增大逐渐升高并在3 kPa趋于稳定,凸台盘的吸附性能优于其他两种排种盘,同时三种排种盘在取种时的平行吸附率与投种位置的稳定吸附率呈正比。前进速度4~8 km/h时,凸台盘的合格率稳定在97%左右,随后逐渐下降,12 km/h时降至93.18%;田间试验结果表明,排种器作业性能随前进速度升高而降低,12 km/h时,凸台盘的合格率降为90.34%,漏播率升高至6.52%,满足精密播种要求。倾斜凸台式取种结构能够对扁平种子吸附姿态进行有效调节,提高吸附稳定性和排种器作业性能,研究结果可为扁平种子高速精量取种提供技术参考。
    2022,38(23):13-20, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.002
    摘要:
    为提高农田建设中挖掘机施工作业精度和智能化程度,本文提出了一种基于BDS(BeiDou Navigation Satellite System,北斗卫星导航系统)和IMU(Inertial Measurement Unit,惯性测量单元)的挖掘机铲斗位姿测量方法。首先,采用IMU测量挖掘机各执行机构的姿态角信息,解算获得挖掘机车体坐标系下铲斗末端的三维坐标,利用双天线BDS和IMU检测车体的位置和姿态建立了挖掘机铲斗末端三维坐标的实时解算模型,并设计了融合双天线BDS和IMU输出高频率高精度位姿的卡尔曼滤波算法。模拟挖掘机实际施工场景进行了静态和动态试验,采用全站仪验证铲斗末端三维坐标解算值。试验结果表明,该方法能准确实时测量挖掘机铲斗末端三维坐标,挖掘机铲斗末端三维坐标解算值与全站仪实测值的运动轨迹变化一致,同一时刻空间两坐标点距离均方根偏差小于30mm,三个轴向坐标动态测量均方根偏差均在20mm内,绝对偏差≤30mm的数据占比不低于95.35%,挖掘机铲斗位姿的准确测量为挖掘机精准施工智能引导提供了基础。
    2022,38(23):21-29, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.003
    摘要:
    为了提高菠萝收获的机械化和自动化水平,该研究以菠萝采收机为研究对象,采用改进RRT*(Rapidly-exploring Random Trees Star)算法进行全局路径规划。首先在产生随机采样点时引入自启发式思想约束采样点的生成,在拓展新节点时借鉴人工势场引入方向权重对新节点拓展方向进行约束,同时计算权重wg合适的取值范围,采双向拓展加快迭代速度,后利用贪心算法修剪路径的冗余节点,并利用Cantmull-Rom插值函数对路径进行平滑处理。根据农田道路存在的复杂情况创建多障碍物、迷宫和狭窄通道3种仿真环境,分别对比RRT*算法、双向RRT*算法和改进后RRT*算法的性能进行测试。试验结果表明:3种环境下,本文算法的平均收敛时间是RRT*算法的17.97%,是双向RRT*算法的46.12%,平均规划速度是RRT*算法的4.7倍,是双向RRT*算法的2.2倍左右,平均拓展的节点数量比 RRT* 算法减少87.22%,比双向 RRT* 算法减少 52.52%,平均路径长度比 RRT* 算法减少 3.81%,比双向 RRT* 算法减少 6.08%。田间试验结果表明:本文算法的规划时间仅为RRT*算法的14.12%,为双向RRT*的20.34%,迭代次数比RRT*算法减少80.89%,比双向RRT*减少69.70%。另外,RRT*和双向RRT*算法规划出的路径上大于60°的转角分别是本文算法的1.56和2.06倍,大于100°的转角分别是本文算法的1.55和2.18倍,本文算法规划的路径更平滑。改进RRT*算法在农田里规划的路径符合菠萝采收机的路径导航需求,研究结果可为菠萝采收机的导航研究提供参考。
    2022,38(23):30-41, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.004
    摘要:
    针对长江中下游水旱轮作区旋耕刀辊作业时土壤粘附严重问题,导致作业质量差、效率低,该研究设计了一种能够实现刀辊内部固有部件防粘与横挡部件脱附的振动横挡阻隔式旋耕防粘刀辊。对振动横挡作用下土壤受力状态及激振装置结构进行分析,确定激振装置结构参数范围;通过对防粘刀辊结构与旋耕刀抛土运动学与动力学分析,设计防粘刀辊结构参数,得到土壤-旋耕刀分离运动学要求,明确影响防粘刀辊脱附性能关键因素为旋耕切土节距、刀辊转速、横挡回转半径。结合离散元仿真以单位时间内横挡与土壤颗粒的接触次数为防粘刀辊脱附性能评价指标进行Box-Behnken试验,确定最优参数组合为旋耕切土节距6.3 cm,刀辊转速260 r/min,横挡回转半径140 mm,此时单位时间内横挡与土壤颗粒的接触次数为127.89。在最优参数组合条件下对激振装置进行优化设计,通过MATLAB分析横挡在激振装置驱动下的运动特性,确定了激振装置结构参数。为验证振动横挡阻隔式旋耕防粘刀辊的适用性和减粘脱附性能,在最优参数组合下进行田间试验。多田块性能试验与旋耕对比试验结果表明:该刀辊适用于小麦机械化种床整备作业,所设计旋耕防粘刀辊土壤粘附量远小于常用旋耕刀辊,耕深稳定性系数、厢面平整度、碎土率、粘附量、轴向分布均匀度和秸秆埋覆率的均值分别为92.02%、15.21 mm、81.81%、2.63kg、10.99%和92.27%,均满足国家标准与农艺要求。研究结果可为长江中下游水旱轮作区旋耕机减粘脱附设计提供理论基础与技术支持。
    2022,38(23):42-50, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.005
    摘要:
    当前中国农田集群和能源短缺现状极大地促进了混合动力拖拉机的推广与使用,然而混动拖拉机动态变载荷工况加大了整机功率的耦合与分流难度。为此,该研究以发动机和双电机为动力源,利用图论原理设计出满足全功率范围作业需求的两种动力系统耦合分流构型。此外,为实现整机的高能效目的,本文提出了基于马尔科夫决策的能量管理策略:首先根据拖拉机的载荷谱对整机作业环境进行辨识,采集犁耕作业环境下的拖拉机工作参数将需求功率抽象为马尔科夫决策中的状态转移过程;然后将整机能耗作为最优控制的成本函数,通过价值迭代函数求解最优控制律下电机2的工作区间。最后,采用硬件在环测试对提出的能量管理策略进行了有效性和可行性验证。测试结果表明,相比于传统基于规则的能量管理,提出的能量管理策略降低了7.2%的油耗。所设计的耦合分流构型拓展了拖拉机动力系统能量流的路径,直接耦合分流构型拟替代传统动力换挡的技术难点。能量管理策略在能效特性方面有一定优势,所提出的耦合分流动力构型为突破大马力拖拉机动力换挡的卡脖子技术提供了参考。
    2022,38(23):51-62, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.006
    摘要:
    针对气吸式穴播器重播和漏播,以及传统排种检测装置不适配且易受环境温湿度影响的问题,开发了一种基于叉指型电容传感器的棉花穴播取种状态监测系统:首先设计符合其结构和工作特点的传感器,以Pcap02微小电容采集模块采集电容输出值并对其处理分析,实现对正常单粒播种、重播和漏播的准确判定,并进行台架性能试验、台架模拟验证试验和台架试验。性能验证试验表明:该模块测量误差在1%以内,棉种质量预测模型的测量误差小于3%,满足使用要求。台架模拟验证试验表明:在速度为30~50 r/min范围内,正常单粒播种试验中误判率小于3%,重播试验中误判率小于4%,漏播均可以被准确判定,但由于棉种质量差异,存在正常单粒播种被误判为重漏播和重播被误判为正常单粒的情况;台架试验表明:由于振动导致系统整体监测精度下降,但均保持在93%以上;F检验分析可知:系统监测与机器视觉监测的正常播种、漏播和重播的F值<F0.05(6.39),P0.05>0.05,不存在显著差异。该系统能满足气吸式穴播器的结构和工作特点,能准确判定其取种状态,具有较好的准确性和稳定性,对棉花实现精量播种具有重要意义。
    2022,38(23):63-71, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.007
    摘要:
    参考作物蒸散预报(Reference Evapotranspiration,ET0)在农业水资源配置、区域干湿演变评估方面有着重要作用。该研究基于国家气候中心第二代气候预测系统(Beijing Climate Center second-Generation Climate Prediction System,BCC_CPSv2)模式预报数据和1991-2020年淮河流域地面气象观测数据,利用分位数映射法对模式预报的气象要素进行概率订正,采用Penman-Monteith公式计算ET0,并评估了订正前后BCC_CPSv2模式对淮河流域月ET0和气象要素的预报性能。结果表明:1)模式对平均气温、净辐射和相对湿度的预报值较观测值偏小,风速预报值在3-6月偏小,其他月份偏大,4个气象要素预报的均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)分别为1.84℃、1.70 MJ/m2d、15.8%和1.39 m/s;气象要素预报偏差导致2-6月ET0预报值较计算值偏小,1月和7-12月偏大,区域平均RMSE为0.59 mm/d,绝对百分比误差(Mean Absolute Percentage Error,MAPE)为21.9%。2)概率订正有效降低了气象要素和ET0的预报误差。气温、净辐射、相对湿度和风速预报订正值的RMSE比订正前减小了0.52℃、0.96 MJ/m2d、8.4%和0.86 m/s;80%月份ET0预报订正值的RMSE小于订正前,区域平均RMSE减小了0.23 mm/d,MAPE减小了11.2%。3)夏半年和冬半年ET0预报误差的首要来源分别是净辐射和相对湿度,主要是由于模式对这2个要素的预报精度较低且ET0对其敏感,误差容易传递。4)基于模式概率订正的月尺度ET0预报方法精度较高,可以为水资源优化管理、灌溉制度制定和农业中长期需水决策提供科学参考。
    2022,38(23):72-83, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.008
    摘要:
    农业生产是碳排放的主要来源之一,在碳达峰碳中和的时代背景下,厘清区域农业碳排放现状并分析其时空变化和影响因素具有重要意义。江西省是农业大省,近几十年来农业的快速发展伴随着农业碳排放量的升高。因此基于本区域水稻种植、农资投入、土壤利用及畜禽养殖4类主要碳源,构建农业碳排放测算体系,评估2000-2020年农业碳排放量,分析县域农业碳排放空间格局及其驱动机制。结果表明:1)江西省农业碳排放量总量范围在1098.32~1471.94万t;种植业碳排放强度整体呈下降趋势,范围在2.50~3.87 t/万元,畜牧业碳排放强度整体亦呈下降趋势,范围在0.76~2.03t/万元;各碳源碳排放总量和其占农业碳排放总量的比例大小依次为:水稻种植(806.72万t,61.15%)>畜禽养殖(243.57万t,18.57%)>农资投入(237.39万t,18.02%)>农田土壤利用(29.60万t,2.26%);2)江西省县域农业碳排放量空间特征明显,高碳排放区均集中于鄱阳湖平原地区以及吉泰盆地;农业碳排放强度空间分布由相对离散到集中在赣北地区;整体上江西省碳排放总量的重心向北移动;3)农业碳排放效率是影响农业碳排放的最重要的因素,各因素对农业碳排放减少量和其占总农业碳排放减少量的比例大小依次为:农业生产效率因素(1828.13万t,56.57%)>地区产业结构因素(1265.29万t,39.15%)>农业产业结构因素(86.12万t,2.66%)>农村总人口因素(52.12万t,1.62%)。整体上,各因素减少农业碳排放总量绝对值排序为:赣北>赣中>赣南。研究结果可为江西省乃至全国其他粮食主产区农业碳排放的测算以及农业碳减排政策的制定提供科学参考。
    2022,38(23):84-93, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.009
    摘要:
    排土场是露天采矿区主要泥沙来源的人造地貌之一,控制排土场土壤侵蚀对矿区高质量发展具有重要意义。该研究采用野外放水冲刷试验,研究排土场平台-边坡系统沟蚀演变及产沙特征。结果表明:1)沟蚀演变中的主导侵蚀方式存在阶段性转变,侵蚀沟形态发育特征也呈阶段性差异,平台侵蚀沟经过沟头形成阶段,溯源-拓宽阶段和稳定阶段等3个发育演变阶段;边坡侵蚀沟依次经历覆土层下切阶段,覆土层拓宽阶段,红土层下切阶段和沟蚀减缓阶段。2)边坡是平台-边坡系统主要沙源,其累积产沙量占平台-边坡系统的88.15%~90.16%;覆土层下切阶段和红土层下切阶段是边坡的主要产沙阶段,其累积产沙量分别占边坡的29.72%~53.36%和19.06%~48.88%。3)径流功率是平台和边坡侵蚀速率响应的较优参数,在平台沟蚀的溯源-拓宽阶段和稳定阶段为线性响应;在边坡沟蚀的覆土层下切阶段和红土层下切阶段为指数响应,在红土层拓宽阶段和沟蚀减缓阶段为线性响应。模型建立中需进一步考虑此种响应规律随沟蚀发育演变产生的变化,研究结果可为排土场水土保持措施布设和科学认识沟蚀过程与特征提供参考。
    2022,38(23):94-103, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.010
    摘要:
    为探讨开放系统中梯形混凝土衬砌渠道的冻胀问题,根据衬砌板与冻土地基的相互关系,采用 Winkler弹性地基板理论建立了考虑冻胀力和冻结力作用的衬砌板冻胀破坏力学模型,使用解析法得到了衬砌板变形和内力解,对不同地下水埋深、衬砌板几何参数的影响规律进行了分析。通过与已有现场观测值和计算值进行对比,验证了弹性地基板理论计算结果的正确性。研究结果表明:坡板在非均匀分布的冻胀力作用下,挠度、弯矩和剪力也表现为非均匀分布,挠度最大值在坡顶距坡脚2/3处,弯矩最大值靠近底板位置,拉应力分布与内力分布规律一致,与已有研究结果吻合。与梁理论相比,板理论计算结果表明衬砌板的挠度和内力沿板宽方向为非均匀分布,挠度和弯矩在自由边界(纵向伸缩缝)处增大,扭矩主要分布在衬砌板的拐角处。切向冻结力对渠道冻胀影响较小,在原渠道工况下,不考虑切向冻结力与考虑最大切向冻结力之间,最大挠度相差0.7 mm。针对不同地下水位的渠道,给出了衬砌板的安全厚度,可为现浇混凝土梯形渠道的抗冻胀设计提供参考和理论依据。
    2022,38(23):104-114, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.011
    摘要:
    盐荒地作为研究区的"临时盐库",其土壤盐分远高于研究区平均水平,因此探究不同土地利用类型土壤盐分的光谱响应差异以及对盐分遥感模型的影响,是实现不同土地类型土壤盐分反演值更加接近真实值的重要途径。该研究以河套灌区永济灌域为例,针对耕地和盐荒地土壤分别进行原位高光谱测定(FieldSpec 4 Hi-Res,ASD),对光谱数据进行多种光谱变换(基础数学变换、导数变换及光谱指数)后,分别基于特征波长和特征光谱指数构建单一土地类型盐分反演模型(耕地(Agricultural Land,AL)、盐荒地(Salinized Wasteland,SW))和整体盐分反演模型(耕地+盐荒地(Agricultural Land + Salinized Wasteland,AL+SW)),对比分析2种建模方式下的模型精度,提出区域土壤盐分遥感反演的最佳建模方式。结果表明:AL、SW和AL+SW中土壤样本数据的平均含盐量分别为5.09、13.42和7.09 g/kg,且在各等级盐分区间内,SW的光谱反射率均大于AL,其中轻度盐化土、中度盐化土和重度盐化土的光谱反射率平均差值分别为0.040、0.020和0.034;光谱变换和光谱指数均能有效改善不同土地类型中土壤盐分与光谱的相关性。相比基础变换(倒数、对数、根式等),导数变换不仅增大了敏感波长的范围,还使得特定波长处相关系数得到显著提升。不同土地类型中基于特征光谱指数的模型精度均高于基于特征波长的模型;单一土地类型盐渍化反演模型明显提高了区域土壤盐分的反演精度,单一土地类型盐渍化反演模型中(AL、SW模型)各变换下光谱指数模型平均R2相比整体模型(AL+SW模型)由0.50提高到了0.61,其中基础变换、一阶导数和二阶导数模型平均R2相比整体模型分别提高了0.06、0.11和0.17,同时,基于最优光谱指数的单一土地类型盐渍化反演模型平均R2相比整体模型由0.74提高到了0.92。因此,当区域中存在盐分相差较大的多种土地利用类型时,对不同土地利用类型单独构建土壤盐分反演模型能确保反演结果更接近实际情况。
    2022,38(23):115-124, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.012
    摘要:
    为解决番茄枝叶修剪机器人无法准确识别番茄侧枝修剪点的问题,提出基于改进Mask R-CNN模型的番茄侧枝修剪点的识别方法。将Mask R-CNN的主干网络ResNet50替换为MobileNetv3-Large来降低模型复杂度和提升运行速度,并对部分特征图添加ECA(Efficient Channel Attention)注意力机制,以提升模型精度;通过改进的Mask R-CNN模型预测番茄侧枝与主枝的分割掩膜和边框位置;针对部分单根枝条被分割成多段掩膜的问题,通过掩膜边界框宽高比区分侧枝和主枝,分析同一枝条相邻掩膜约束条件,然后将符合约束条件的掩膜进行合并连接;根据修剪点在主枝附近的特点确定修剪点所在端,然后确定靠近修剪端端点的中心点作为侧枝的修剪点。试验结果表明,改进的Mask R-CNN模型平均分割图片时间为0.319s,召回率和精确率分别为91.2%和88.6%,掩膜平均合并成功率为86.2%,修剪点识别平均准确率为82.9%。该研究为番茄枝叶修剪机器人的研发提供参考。
    2022,38(23):125-133, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.013
    摘要:
    针对苹果自动采收获取果树深度信息的实际需求,以及目前单幅图像深度估计算法存在的空间分辨率低和边缘模糊问题,提出一种基于改进高分辨率网络(High-Resoultion Net, HRNet)的单幅图像苹果果树深度估计模型。首先基于HRNet构建多分支并行的编码器网络,提取多尺度特征,并通过引入密集连接机制强化特征传递过程中的连续性;为了减少冗余特征造成的噪声干扰,使用卷积注意力模块在通道及像素层级对融合特征进行重标定,强化特征图结构信息。在解码器网络中,使用条纹细化模块自适应地优化特征图的边界细节信息,突出边缘特征,改善边缘模糊问题,最后经上采样生成深度图。在NYU Depth V2公共数据集和果园深度数据集上进行试验。试验结果表明,引入密集连接机制,添加卷积注意力模块、条纹细化模块均能提升模型性能。提出的改进HRNet网络在果园深度数据集上的平均相对误差、均方根误差、对数平均误差、深度边缘准确误差和边缘完整性误差分别为0.123、0.547、0.051、3.90和10.76,在不同阈值下的准确率达到了0.850、0.975、0.993;在主观视觉上,改进HRNet网络生成的深度图有清晰的边缘以及较多的纹理细节。本文方法在客观指标和主观效果上均有良好的表现。
    2022,38(23):134-144, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.014
    摘要:
    及时、准确地监测奶牛发情行为是现代化奶牛养殖的必然要求。针对人工监测奶牛发情不及时、效率低等问题,该研究提出了一种融合YOLO v5n与通道剪枝算法的轻量化奶牛发情行为识别方法。在保证模型检测精度的基础上,基于通道剪枝算法,对包括CSPDarknet53主干特征提取网络等在内的模块进行了修剪,以期压缩模型结构与参数量并提高检测速度。为了验证算法的有效性,在2239幅奶牛爬跨行为数据集上进行测试,并与Faster R-CNN、SSD、YOLOX-Nano和YOLOv5-Nano模型进行了对比。试验结果表明,剪枝后模型均值平均精度(mean Average Precision, mAP)为97.70%,参数量(Params)为0.72 M,浮点计算量(Floating Point operations, FLOPs)为0.68 G,检测速度为50.26 帧/s,与原始模型YOLOv5-Nano相比,剪枝后模型mAP不变的情况下,Params和FLOPs分别减少了59.32和49.63个百分点,检测速度提高了33.71个百分点,表明该剪枝操作可有效提升模型性能。与Faster R-CNN、SSD、YOLOX-Nano模型相比,该研究模型的mAP在与之相近的基础上,参数量分别减少了135.97、22.89和0.18 M,FLOPs分别减少了153.69、86.73和0.14 G,检测速度分别提高了36.04、13.22和23.02 帧/s。此外,对模型在不同光照、不同遮挡、多尺度目标等复杂环境以及新环境下的检测结果表明,夜间环境下mAP为99.50%,轻度、中度、重度3种遮挡情况下平均mAP为93.53%,中等尺寸目标和小目标情况下平均mAP为98.77%,泛化性试验中奶牛爬跨行为检出率为84.62%,误检率为7.69%。综上,该模型具有轻量化、高精度、实时性、鲁棒性强、泛化性高等优点,可为复杂养殖环境、全天候条件下奶牛发情行为的准确、实时监测提供借鉴。
    2022,38(23):145-155, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.015
    摘要:
    高分辨率降水数据有助于刻画降水的时空分异特性,对流域水文、气象和生态等过程的精准模拟具有重要作用,因此对低分辨率降水产品开展空间降尺度,提高其分辨率十分必要。鉴于此,本文在充分考虑热带降雨测量卫星(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)降水产品在渭河流域适用性的基础上,引入归一化差分植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)、数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)、坡度、坡向和经纬度等地理环境因子,构建了多尺度地理加权回归(Multi-scale Geographically Weighted Regression,MGWR)模型用以分析不同因子对渭河流域降水空间格局影响的尺度差异;进一步提出了一种针对TRMM降水产品的空间降尺度方法,并透过精度评价验证了降尺度结果的可靠性。结果表明:1)TRMM降水产品数据相较于站点实测数据存在一定精度误差,年尺度上R2=0.807,BIAS=2.909%,RMSE=83.477 mm,表现较好;季尺度上秋季R2最高,为0.847,夏季RMSE最大,为62.393 mm,四季的BIAS均较低;月尺度R2为0.456~0.815,BIAS介于±0%~8%之间,多数月份为正值,RMSE值域范围为3.019~37.841 mm,精度较好;总体而言,TRMM降水产品数据在年、季和月尺度上均表现出良好的整体适用性。2)不同因子在干湿年份对降水空间分异格局的影响呈现出不同的尺度特征,其中湿润年的DEM、NDVI、坡向和经纬度对降水呈现局部影响,坡度影响具有全局性,而干旱年各因子均表现为局部影响。3)流域和站点尺度上,降尺度TRMM数据相较于降尺度前产品数据精度得到一定改善,其中流域尺度上,R2整体提升3%,RMSE降低1mm;站点尺度上,各站点统计指标变化各异,但降尺度后统计指标整体优于降尺度前,并且由于时间尺度上的误差累积,站点年尺度数据精度相比月尺度数据稍差(R2由0.8~0.91变为0.4~0.95,RMSE从11~17变为32~150)。4)降尺度TRMM数据相比于降尺度前产品数据,空间分布更细腻,细节特征表现更好,且在年、月时间尺度上均具有较高的精度,可为渭河流域资料短缺地区的水文设计提供数据支撑。
    2022,38(23):156-165, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.016
    摘要:
    PFC软件作为一款成熟的离散元分析软件,由于在处理连续与非连续介质方面的出色表现,得到了广泛的应用。但是PFC软件所需要的细观参数均需要采用室内试验数据通过试错法反复调试才能获得,效率低、盲目性高,严重影响后续试验数据,因此急需一种新的细观参数校准方法。本文以玉米秸秆颗粒的单轴蠕变试验为基础,结合离散元软件PFC 2D,通过正交试验多因素方差分析方法分析了Burgers模型宏细观参数之间的影响关系,从而证明宏细观参数之间存在着复杂关系,不宜采用通过回归分析获得宏细观参数之间的关系式的方式标定细观参数,适合利用BP神经网络进行参数标定,利用创建的BP神经网络对细观参数进行标定,根据测试组的标定结果分析得出Burgers模型各细观参数的标定精度均在92%以上,且误差较为稳定,而且训练好的神经网络相关系数R>0.96,从而证明BP神经网络的细观参数标定性能较为可靠。将玉米秸秆单轴蠕变试验的宏观参数带入训练好的BP神经网络中进行细观参数标定,比对模拟蠕变试验与物理蠕变试验发现,两者的蠕变曲线基本一致,应变量的最大误差为2%,证明了BP神经网络具有良好的参数标定能力,可为PFC参数标定提供一定的参考价值。
    2022,38(23):166-173, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.017
    摘要:
    鱼体语义分割是实现鱼体三维建模和语义点云、计算鱼体生长信息的基础。为了提高复杂环境下鱼体语义分割精度,该研究提出了SA-Mask R-CNN模型,即融合SimAM注意力机制的Mask R-CNN。在残差网络的每一层引入注意力机制,利用能量函数为每一个神经元分配三维权重,以加强对鱼体关键特征的提取;使用二次迁移学习方法对模型进行训练,即首先利用COCO数据集预训练模型在Open Images DatasetV6鱼类图像数据集完成第一次迁移学习,然后在自建数据集上完成第二次迁移学习,利用具有相似特征空间的2个数据集进行迁移学习,在一定程度上缓解了图像质量不佳的情况下鱼体语义分割精度不高的问题。在具有真实养殖环境特点的自建数据集上进行性能测试,结果表明,SA-Mask R-CNN网络结合二次迁移学习方法的交并比达93.82%,综合评价指标达96.04%,分割效果优于SegNet和U-Net++,较引入SENet和CBAM注意力模块的Mask R-CNN交并比分别提升了1.79个百分点和0.33个百分点,综合评价指标分别提升了2.03个百分点和0.38个百分点,模型参数量分别减小了4.7和5MB。研究结果可为鱼体点云计算提供参考。
    2022,38(23):174-184, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.018
    摘要:
    为探讨利用Copula函数在站点尺度上对苹果晚霜冻进行特征分析的适用性,该研究首先基于陕西省苹果主产区7个气象站点1971-2018年的逐日最低气温(Tmin)数据集,提取出晚霜冻事件的历时和强度两个特征变量。然后,基于6种不同的Copula函数构建晚霜冻特征变量的联合分布,并进行拟合优度评价。最后,利用优选的Copula函数分析晚霜冻发生的概率及重现期。结果表明:陕西苹果产区各站点1971-2018年受晚霜冻的影响在空间分布上由东南向西北方向加重,各站点晚霜冻的历时和强度之间均具有显著的正相关关系。当晚霜冻强度和历时增大时,其联合累积概率也相应增大,且增大趋势变缓。各站点联合重现期代表的"或"事件比同现重现期所代表的"且"事件更容易发生。当单变量重现期取值较小时,可将联合重现期和同现重现期视为单变量重现期的两种极端情况,对其实际范围进行估计。总体而言,陕西苹果产区各站点发生长历时且高强度晚霜冻事件的概率较小,但是位于延安果区的站点相较于其它果区站点更容易发生高强度或长历时的晚霜冻事件,以及高强度长历时同时发生的晚霜冻事件,需要重点加以关注。该研究可为陕西苹果产区在站点尺度上应对晚霜冻灾害提供理论依据。
    2022,38(23):185-191, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.019
    摘要:
    为对厨余垃圾堆肥过程中的温室气体进行减排,在60 L强制通风静态堆肥装置中进行为期35 d的厨余垃圾和园林废弃物的联合好氧堆肥试验。在堆肥原料中分别添加复合微生物菌剂VT1000(VT)、枯草芽孢杆菌(BS)和地衣芽孢杆菌(BL)三种菌剂,并以不加菌剂的堆肥处理(CK)作为对照,监测堆肥过程中的CH4和N2O排放,以研究不同微生物菌剂对于厨余垃圾堆肥温室气体排放的影响。结果表明:微生物菌剂的添加会加快堆体升温和促进腐熟,同时能够实现不同程度的温室气体减排。堆肥过程中N2O的排放量在总温室气体二氧化碳排放当量中占比远高于甲烷,达到总排放当量的76.83%~88.57%,排放高峰期分别出现在堆肥初期和腐熟期。甲烷的排放高峰期出现在堆肥降温期,累计排放量达到温室气体总排放当量的1.65%~2.40%。各处理的总温室气体排放当量分别为95.84 kg·t-1(CK)、52.31 kg·t-1(VT)、42.03 kg·t-1(BS)和62.49 kg·t-1(BL)。与CK处理相比,BS处理的总温室气体的减排效果最好,减排率为56.15%,BL处理的减排率最低,为34.80%,VT处理减排率为45.42%。相较于CH4,菌剂对N2O的减排效果更好,可达35.32%~61.86%。结合堆肥过程的温度及各腐熟度指标,该研究选取的微生物菌剂能够在保证堆肥效率和产品质量的前提下有效减少温室气体排放。
    2022,38(23):192-198, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.020
    摘要:
    为提高厌氧消化废弃物的能源效率和实现低阶煤的清洁高效利用,该文通过采用长焰煤和木质纤维素生物质厌氧消化残渣(沼渣)共热解方法,利用热重分析仪、固定床热解反应器等考察长焰煤和沼渣的共热解特性,深入研究温度对等比例混合的长焰煤和沼渣共热解产物特性的影响。热重结果表明,长焰煤和沼渣实际热重曲线与计算曲线存在差异,二者共热解存在明显协同效应。共热解试验结果表明:随着温度的升高,热解焦油产率呈先增高后降低趋势。当温度从400 ℃增加到500 ℃时,焦油产率从9.23%增加到12.12%;进一步升到温度到700 ℃,焦油产率降低到9.30 %。H2、CO产率随着温度的升高先减少后增加,而CH4产率随着温度先增加后降低,热解气体的热值在600 ℃达到最大值15.33 MJ/m3。GC-MS结果表明,600 ℃时的热解油中单、双环芳烃相对含量高,含氧较少,共热解油中的化合物由于协同效应的存在有明显的提质。厌氧消化残渣与长焰煤的共热解存在协同效应,能够提升焦油产率与芳构化能力,二者共热解产物质量油、气均有显著提升。
    2022,38(23):199-206, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.021
    摘要:
    针对食用菌培养基废弃物(菌糠)的资源浪费与环境污染,以及商业碳材料制备复杂等问题,该研究提出选取了不同出菇次数的菌糠作为原材料,通过简单的高温碳化方法,制备了一类低成本、微观结构各异的生物质多孔碳,经KOH高温活化调控产物孔径后,作为碳骨架材料应用于锂硫电池正极中,探究出菇次数对其电化学性能的影响。结果表明,出菇1次菌时,菌糠内营养物质部分分解产生孔隙,且滋生大量菌丝,经过KOH辅助活化碳化后获得具有发达三维孔道的海绵状碳骨架(AMRC-Ⅰ),其比表面积显著增大(1 591.06 m2/g),介孔比例提高(88.03 %),有利于提高电化学活性物质利用率,表现出较高的初始放电比容量(1 111.31 mAh/g)和稳定的循环寿命(100次循环后保持355.99 mAh/g的可逆容量)。该研究表明出菇次数可以调控菌糠基碳骨架的微观结构,进而影响其作为锂硫电池正极基体时的电化学性能,为菌糠废弃物的高价值利用提供了新思路。
    2022,38(23):207-217, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.022
    摘要:
    矿业废弃地的优化再利用对资源型城镇转型所需的各项建设拓展空间具有重要的现实意义。该研究以北京市门头沟区为例,集成3S技术与实地调研,分析其矿业废弃地再利用的状况及时空变化,采用面向地理过程动态环境模型(Dinamica EGO)模拟趋势发展情景下的矿业废弃地再利用格局;基于门头沟区"首都生态涵养发展区"的功能定位,耦合主成分分析与BP神经网络方法对矿业废弃地再利用为生态农业、生态旅游业、高新技术产业的适宜性进行评价;依据适宜性评价结果及产业转型的用地需求设置土地转换规则,结合生态位线性规划模型及约束条件对其进行数量结构优化,采用Dinamica EGO模型对服务于产业转型的矿业废弃地再利用空间格局进行优化;对比优化格局和趋势发展格局,进行调控。结果表明:1)2006-2018年,门头沟区共323.30 hm2的矿业废弃地得到再利用,西部各镇的矿业废弃地主要再利用为林地、耕地和果园,东部各镇的矿业废弃地主要再利用为林地、公园、住宅用地和高新技术产业用地;2)趋势发展情景格局中,再利用为生态农业用地的矿业废弃地分布于妙峰山镇和潭柘寺镇等,再利用为生态旅游业的矿业废弃地多分布在大台街道、王平镇等,再利用为高新产业用地的矿业废弃地多分布在大台街道和军庄镇等;服务于产业转型的矿业废弃地再利用优化格局中,再利用为生态农业的矿业废弃地面积为251.75 hm2,主要集中在军庄镇、王平镇等,再利用为生态旅游业的面积为67.25 hm2,主要分布在妙峰山镇、清水镇等,再利用为高新技术产业的面积为84.25 hm2,主要分布在王平镇和妙峰山镇;3)两情景下有108.5 hm2的矿业废弃地再利用用途一致,无需调整。约有63.75 hm2的矿业废弃地在趋势发展情景下被再利用为生态旅游用地,应调整为生态农业用地,约有61 hm2的矿业废弃地在趋势发展情景下再利用为生态农业用地,应调整为生态旅游业用地;妙峰山镇、王平镇、永定镇约12.5 hm2的矿业废弃地结合当地基础设施,调整发展为高新技术产业用地。
    2022,38(23):218-227, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.023
    摘要:
    山地丘陵区地形复杂,地表辐射信号畸变严重,地物识别困难。为准确提取山区地物信息,结合多源异构数据,Stacking 集成学习和Shapley Addictive Explanation(SHAP)方法展开土地覆被分类研究。从Sentinel-1/2影像、气候数据、土壤数据和数字高程图中提取遥感、气候、土壤和地形四类特征变量,设计多种变量组合方案,结合Stacking算法,探讨不同类型变量在山区地物识别中的效用,并对比Stacking最佳方案与支持向量机(Support Vector Machine,SVM)、随机森林(Random Forest,RF)和极端梯度回归(eXtreme Gradient Boosting,XGBoost)算法的分类精度,评价Stacking方法在山区地物信息提取中的性能。同时,引入SHAP方法,量化Stacking模型中各特征变量的重要性。结果表明:在仅以遥感变量为基础方案时,山区土地覆被分类精度最低;在分别加入气候、土壤和地形变量后,总体精度、Kappa系数和F1分数均有所提高,其中旱地、水田和园地分类精度的提升幅度较大。基于Stacking算法结合所有类型特征变量的方案达到了最佳的分类精度,其总体精度、 Kappa系数和F1分数分别为96.61%、0.96和94.81%,分类精度优于相同特征下的SVM、 RF和XGBoost。SHAP方法可量化Stacking模型中特征变量的全局以及局部重要性,明确各变量对不同地物类型识别的相对贡献,为山区土地覆被分类的变量选择及优化提供有价值的信息。该研究为机器学习协助复杂景观地区土地覆被制图研究提供了技术支持和理论参考。
    2022,38(23):228-241, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.024
    摘要:
    科学测度耕地多功能权衡与协同关系对于量化和表征耕地隐性形态具有重要意义,可为构建土地利用绿色转型调控路径、揭示人地关系演化过程提供科学依据。该研究以黄河流域(河南段)为研究区域,利用1990-2020年时间序列社会经济发展数据,从耕地的生产、社会、生态以及文化功能4个维度系统构建耕地多功能评价指标体系及土地系统功能权衡度(Land system Function Trade-off Degree)模型,测算黄河流域(河南段)耕地多功能指数,解析耕地多功能之间权衡与协同关系时序演化特征,以此揭示耕地利用隐性形态的演变规律。结果表明:1)1990-2020年间黄河流域(河南段)耕地的生产、社会、生态和文化功能均呈增长态势,且生产与文化功能增长较为突出。2)按照功能层次性,将1990-2020年间耕地多功能的变化划分为六个阶段。在1990-2010年的前四个阶段中以生产与生态功能为主,在2010-2020年的后两个阶段中以生产与文化功能为主,并且功能间作用关系较为复杂。3)1990-2020年间,耕地生产、社会、生态和文化功能间相互作用关系呈现"权衡为主导-权衡协同持平-权衡为主导"的演化特征,黄河流域(河南段)耕地功能于2010年后呈现显著转型特征。4)耕地转型影响因素关联性随时间变化而不同。1990-2020年影响因素关联性变化显示:城镇化率、农业机械总动力、粮食总产量、第三产业占比是显著影响因素。耕地隐性形态变化可深层次显化耕地利用转型,为耕地可持续利用提供参考。
    2022,38(23):242-251, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.025
    摘要:
    海南岛是中国台风频发地区之一,开展海南岛农业台风灾害风险评估研究,可为海南岛优化农业种植布局和加强农业防灾减灾提供技术支撑。该研究基于自然灾害系统理论和方法,结合海南岛气象、自然地理与社会经济等要素,综合考虑致灾因子危险性、孕灾环境暴露性、承灾体脆弱性,研究构建了海南岛农业台风灾害风险评估方法与指标体系,并基于2001-2020年历年海南岛台风发生数据进行了海南岛农业台风灾害风险评估,在此基础上提出了农业台风灾害防灾减灾与可持续发展对策。结果表明,海南岛农业台风灾害风险指数处于0.40~0.80之间,平均0.61,整体上呈现出北部及沿海地区的灾害风险高于中部山区的趋势;致灾因子危险性、孕灾环境暴露性在全岛北部和沿海地区指数较高,承灾体脆弱性在琼海、陵水和三亚等市县指数较高。同时提出了3种农业台风防灾减灾与可持续发展对策,包括调整农业种植布局、提升风险监测预警能力和加强农业政策保险投入等。海南岛各市县农业台风灾害风险的差异以及相应的对策,可支撑相关部门为不同灾害风险程度区域建立防灾方法提供指导依据。
    2022,38(23):252-263, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.026
    摘要:
    构建盐碱地资源系统分析框架,清晰界定盐碱地概念与分类,对于盐碱地资源调查、治理与利用具有重要的意义。本研究基于地球关键带理论与逻辑,构建涵盖利用层、土壤层和DEM三层融合的盐碱地资源系统分析框架,界定盐碱地与盐碱土概念及类型,结合土地利用现状图、土壤图和DEM图,采用GIS叠加分析方法,分析松嫩平原盐碱地资源特征。结果表明:1)基于地球关键带理论和逻辑,以立体空间作为组织和联系各层级的纽带,以数字高程为基底,按照垂直和水平纬度,构建起的土地利用层、土壤层、DEM层"三层融合"的盐碱地资源系统分析框架清晰地界定和表达了盐碱地概念和特征;2)盐碱地是一种土壤类型为盐碱土的土地利用类型,下属盐碱耕地、盐碱林地、盐碱草地、盐碱湿地、盐碱未利用地和其他盐碱地6个类别,盐碱土分为盐土、碱土和盐碱化土3种类型;3)松嫩平原盐碱地总面积254.77万hm2,主要分布于松嫩平原西南部地区,类型以盐碱耕地和盐碱未利用地居多,土壤类型以盐-碱化土为主;4)盐碱耕地和盐碱未利用地海拔集中在100~150 m,坡度平缓。该研究可为盐碱地资源调查提供理论和方法支撑,为松嫩平原盐碱地治理与开发提供科学依据。
    2022,38(23):264-271, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.027
    摘要:
    为了探究胡萝卜抗冻蛋白(Carrot antifreeze proteins,CaAFPs)对不同冻融循环下面团性质的影响,该研究将CaAFPs按照0.5%的比例添加到面团中,并以未加入CaAFPs的面团作为对照。通过比较4℃冷藏、亚冻结冻藏-12℃以及-18℃冻藏下3种储藏温度下,以冻融处理为辅助手段,测定不同条件下面团的含水率、失水率、可冻结水含量、质构特性以及pH值等指标的变化趋势,以此来研究CaAFPs对冻融下亚冻结面团性质的影响及机理。结果表明:经过5次冻融循环后,对照组面团的失水率呈现不同程度的上升趋势(P<0.05),加入CaAFPs后,有助于延缓面团水分的散失,各组失水率均有所下降。对照组含水率呈现不同程度下降趋势(P<0.05),加入CaAFPs后,含水率较对照组高(P<0.05)。对照组面团的可冻结水含量呈现不同程度的上升趋势(P<0.05),对面团的网络结构有一定的保护作用,可冻结水含量均有所下降。对照组硬度、胶着性呈现上升趋势(P<0.05),弹性、黏聚性和咀嚼性呈现下降趋势(P<0.05),加入CaAFPs后,在一定程度上可以改善面团的质构特性,使得质构变化缓慢些。对照组面团的pH值呈现不同程度下降趋势(P<0.05),可以延缓面团酸化现象,面团的pH变化趋势变小。以上说明添加CaAFPs对冻融面团品质具有一定的保护作用。研究结果为CaAFPs在冷冻面团中的应用以及优化冷冻储藏温度等提供了一定的参考,面团在亚冻结冻藏-12℃下能够保持较好的性质,故可考虑将面团储藏在-12℃下以节约能源消耗并能保持其较佳的状态,同时也扩宽了在亚冻结状态下研究抗冻蛋白的性质提供研究思路。
    2022,38(23):272-281, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.028
    摘要:
    中国是水果消费大国,但在水果产后检测装备方面相对滞后。针对目前在线装置无法采集苹果全表面图像信息且无法精确计算缺陷面积的问题,该研究以表面缺陷面积的快速检测为主要目标,提出苹果全表面图像合成算法,设计了一套苹果外部品质在线检测及分级装置。该研究以苹果为例,基于球模型提出苹果全表面图像合成算法、缺陷面积校正算法精确计算苹果的表面缺陷面积。通过试验验证,对苹果表面图像进行分割合成后,整体的图像的漏检率为0。提出缺陷面积校正算法,可以计算图像中位于任意位置的苹果缺陷真实面积,选取了120个样本进行验证,其中擦伤样本、碰伤样本、痘斑病样本、表面腐败样本各30个。擦伤样本缺陷面积预测值与真实值的决定系数R2为0.9787,标准误差RMSE(Root Mean Squared Error)为3.577 4 mm2,偏角试验中R2为0.975 8,RMSE为3.466 3 mm2。碰伤样本缺陷面积预测值与真实值的R2为0.973 0,RMSE为3.981 9 mm2,偏角试验中R2为0.974 2,RMSE为4.062 4 mm2。痘斑病样本缺陷面积预测值与真实值的R2为0.970 8,RMSE为3.836 6 mm2,偏角试验中R2为0.977 9,RMSE为3.895 3 mm2;表面腐败样本缺陷面积预测值与真实值的R2为0.9812,RMSE为3.178 1 mm2,偏角试验中R2为0.974 8,RMSE为6.304 4 mm2。在整个试验过程中,R2总体上高于0.97,RMSE小于6.304 4 mm2。装置检测苹果的速度为2个/s,评级准确率为95%,检测与苹果评级精度较高,工作较为稳定,实现了苹果外部缺陷的检测与分级评价,为苹果的外部品质检测提供了技术支撑。
    2022,38(23):282-289, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.029
    摘要:
    指状青霉(Penicillium digitatum)侵染引起的绿霉病是柑橘采后最具破坏性的病害之一。化学杀菌剂(如咪鲜胺等)能有效抑制该病害的发生,但容易诱导致病菌产生耐药性,且带来环境污染和食品安全问题。前人研究表明,植物精油及其活性组分能显著降低柑橘采后病害且不影响果实品质,是一种潜在的生物杀菌剂,但存在易挥发和氧化等问题,限制了其实际应用。将植物精油与环糊精包合能有效克服上述缺陷,提高植物精油的应用效果。为了提升植物精油组分反式-2-己烯醛对柑橘绿霉病菌的控制效果,本研究拟采用饱和水溶液法制备反式-2-己烯醛与α-环糊精(α-CD)、β-环糊精(β-CD)、γ-环糊精(γ-CD)和羟丙基-β-环糊精(HP-β-CD)包合物,并考察包合物对指状青霉的离体和活体控制效果,在此基础上解析效果最优包合物的结构特点和包合模式。结果显示,通过饱和水溶液法成功制备了反式-2-己烯醛与α-CD、β-CD、γ-CD和HP-β-CD的四种包合物,分别命名为α-CDTH、β-CDTH、γ-CDTH和HP-β-CDTH。外观形态结果显示,α-CDTH、β-CDTH和γ-CDTH粉末细腻绵密,HP-β-CDTH粉末粗糙,颗粒分明。四种环糊精包合物均能有效抑制P.digitatum菌丝体的生长且具有浓度依赖性,β-CDTH和γ-CDTH抑制P.digitatum菌丝体生长的最小杀菌浓度(Minimum Fugicide Concentration,MFC)为1.00 mg/mL,而α-CDTH和HP-β-CDTH抑制菌丝体生长的MFC分别为2.00和4.00 mg/mL。包合率结果显示,γ-CDTH包合率最高,为75.36%,HP-β-CDTH包合率最低,仅为38.63 %。相溶解度结果表明,四种环糊精包合物的相溶解度曲线类型为AL型,溶解性大小依次为HP-β-CD>γ-CD>β-CD>α-CD。综合离体抑菌效果、包合率和溶解性可知,γ-CDTH综合表现最佳,选择其开展后续实验。活体接种试验结果表明,不同浓度 γ-CDTH处理能不同程度降低柑橘果实绿霉病发病率(P<0.05),以8.00 g/L γ-CDTH处理效果最佳;贮藏6 d时,对照果实全部腐烂,8.00 g/L γ-CDTH处理组果实发病率仅为58.3%,效果与咪鲜胺相当(56.7%)。此外,γ-CDTH处理能有效维持柑橘果实硬度,且对柑橘果实失重率、色泽、维生素C(Vc)含量、可溶性固形物无不良影响。扫描电镜(Scanning Electron Microscopy,SEM)结果表明,γ-CDTH与γ-CD、γ-CD与反式-2-己烯醛物理混合物的形状和大小有明显差异,表现在γ-CD形态大小不一,大部分呈无规则晶体,而物理混合物表面粗糙,γ-CDTH表面光滑,有类似片状的形态。核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)分析结果表明,γ-CD的H-3'和H-5'与TH的H-6'之间的氢键相互作用是γ-CDTH的形成基础。综上,本实验制备了反式-2-己烯醛的四种环糊精包合物,且验证了γ-CDTH的抑菌性能和构象特征,研究结果可为γ-CDTH用于降低柑橘采后病害提供直接的依据,也为植物源天然防腐剂开发提供理论基础。
    2022,38(23):290-298, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.030
    摘要:
    针对生鲜冷链物流领域冷藏运输温度要求,通过差示扫描量热仪(DifferentialScanning Calorimeter,DSC)对甘氨酸、山梨醇、甘露醇、氯化钾进行筛选,经优化后配置出主储能为0.6mol/L甘氨酸+0.1mol/L山梨醇(命名为TA2),以此体系为基液添加纳米二氧化钛和纳米氧化铝,并添加高吸水性树脂(Super Absorbent Polymer,SAP)对防泄漏现象进行优化,探究添加纳米粒子后复合相变蓄冷材料的相变潜热和热循环稳定性。将该复合材料应用于自制保温箱,以水晶梨为试验对象进行了蓄冷箱保冷特性试验,对比蓄冷保温箱载货与空载情况下箱内各点的温度变化,综合考虑蓄冷保温箱内蓄冷剂侧面布置和顶层布置加侧面布置这两种摆放方式对保冷性能的影响。结果显示,添加质量分数为0.5%的纳米二氧化钛粒子可使基液的导热系数达到最大值,经优化的最终材料为TA2+0.5%TiO2 + 0.25%SAP,相变潜热为294.57 J/g,Onset温度为-5.8 ℃,经过200次循环试验,复合材料热性能稳定。蓄冷剂以侧布加顶布的摆放方式下的大部分箱内空间平均温度为1.9 ℃,可在0~5 ℃保持480 min,温度场更均匀,利于保持生鲜产品新鲜度。研究结果为相变材料在生鲜冷链物流中的研制及应用提供参考。
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      2022,38(22):1-11, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.001
      [摘要] (203) [HTML] (0) [PDF 3.81 M] (173)
      摘要:
      为实现国内大豆大田生产低损收获同时兼顾大豆育种小区收获,该研究设计了4LZ-1.5型大豆联合收获机,针对大豆成熟期易炸荚的特性,分析了大豆拨禾作业过程,建立了拨禾轮结构和运动参数求解模型,并对拨禾轮半径、拨禾速度比、拨禾轮转速等参数进行优化;针对大豆结荚低、收割易铲土的特性,分析了大豆籽粒尺寸参数统计规律,并对割台除土机构进行优化;针对大豆成熟期易脱粒、易破碎特性,对脱粒分离装置、清选装置和气力卸粮装置进行优化;针对育种小区收获要求,建立了清种装置曲柄摇杆机构数字化设计模型,确定了清种装置结构参数。分别进行大田生产和育种小区收获试验,结果表明,大豆大田生产收获的损失率<3.5%,破碎率<1.5%,含杂率<1%;大豆育种小区收获的损失率<3%,破碎率<1.5%,含杂率<1%,混种率<0.2%,清种时间200~270 s,满足大豆大田生产和育种小区收获作业要求。与现有大豆收获机械相比,4LZ-1.5型大豆联合收获机收获损失率降低1.5%~5%、破碎率降低3.5%~6.5%、含杂率降低2%~7%,研究结果可为后续大豆收获机结构改进和作业参数优化提供参考。
      2022,38(22):12-22, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.002
      摘要:
      叶轮是双吸泵作液力透平的核心部件,其性能决定着液力透平的能量回收能力。为研究液力透平叶轮内部能量损失机理,该研究基于熵产理论和数值模拟,采用剪切压力传输(Shear-Stress Transport,SST)湍流模型,分析了不同流量下液力透平各过流部件的能量损失规律。结果表明:叶轮流道内部不稳定流动造成的能量损失和近壁区的内摩擦效应引起的能量损失是整机水力损失产生的主要组成部分;叶轮内部的流动分离、漩涡、动静干涉、强曲率流动以及尾水室内部的死水区对叶轮内部流动状态的反作用等会对能量损失产生较大影响,且平均损失占比高达41%;叶轮近壁区的能量损失主要由叶片和前后盖板与流体间的相互作用导致。研究结果可为双吸液力透平的水力优化设计提供参考。
      2022,38(22):23-31, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.003
      摘要:
      针对甘蔗横向种植机的施肥机构由于肥料潮湿结块易堵塞等问题,该研究对施肥机构进行电液传动与控制改造,构建了一套基于粒子群(Particle swarm optimization,PSO)-前反馈(Back propagation,BP)神经网络预测的施肥监控系统。以施肥马达的压力、转速及肥料箱中肥料量为输入参数,将施肥机构的工作状态(空载状态、正常状态、重载状态、堵塞状态)作为输出,通过BP算法建立输入与输出之间的映射关系,并用PSO算法优化BP算法的权值与阈值,相比未优化BP算法,优化后的工作状态预测准确率由97%提高到99%。以识别施肥机构工作状态响应准确率以及重载状态下堵塞预防概率为试验指标进行车间试验,结果表明:工作状态响应识别准确率为89%;重载状态下,控制系统控制施肥马达正反转并消除堵塞的概率为87.5%。在田间试验中,监控系统能准确预测施肥机构的重载状态并自动执行防堵控制指令,没有出现堵塞故障。该施肥防堵塞监控系统无需上位机,能够满足复杂多变工况下施肥机构的工况预测及防堵控制要求,可为其他施肥机构的自动化改造提供参考。
      2022,38(22):32-40, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.004
      摘要:
      座椅为拖拉机与驾驶员的主要接触部件,其参数设计与优化对提高驾驶舒适性具有重要意义。基于此,该研究采用生物力学软件AnyBody建立驾驶员-驾驶环境生物力学耦合模型,并以小、中、大体型驾驶员为研究对象,以拖拉机座椅靠背倾角、水平距离及垂直高度为参数,以竖脊肌、多裂肌、腹直肌及腹外斜肌激活程度为评价指标,分析研究座椅位置参数对驾驶员腰部肌肉生物力学特性的影响规律,确定座椅最佳位置参数;其次以课题组研制的多自由度驾驶平台为基础,按照上述参数调节座椅位置,测试计算不同体型驾驶员腰部四个主要活动肌群的激活程度,并将测试结果与仿真分析结果进行对比,发现二者具有较好一致性,通过调整座椅参数能有效提升驾驶员腰部舒适性。对小体型驾驶员,当座椅靠背倾角为9.7°,水平距离为472.1 mm,垂直高度为465.3 mm时,4个肌群总的激活程度最低,驾驶员腰部舒适性最高;对中体型驾驶员,座椅最适靠背倾角为13.9°,水平距离为495.6 mm,垂直高度为485.3 mm;对大体型驾驶员,座椅最适靠背倾角为14.8°,水平距离为526.4 mm,垂直高度为520.7 mm。本文研究成果可为农机装备座椅位置参数优化提供一种新思路。
      2022,38(22):41-51, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.005
      摘要:
      利用无人机采集农田传感器节点数据,可避免网络节点间多次转发数据造成节点电量耗尽,近网关节点过早死亡及网络生命周期缩短等问题。由于相邻传感器数据可能存在冗余、无人机可同时覆盖多个节点进行采集等特点,该研究针对冗余覆盖下部分节点数据采集和全节点数据采集,对无人机数据采集的路线及方案进行优化,以减轻无人机能耗,缩短任务完成时间。在冗余覆盖下部分节点数据采集场景中,通过竞争双重深度Q网络算法(Dueling Double Deep Q Network,DDDQN)优化无人机节点选择及采集顺序,使采集的数据满足覆盖率要求的同时无人机能效最优。仿真结果表明,该算法在满足相同感知覆盖率要求下,较深度Q网络(Deep Q Network,DQN)算法的飞行距离缩短了1.21 km,能耗减少27.9%。在全节点数据采集场景中,采用两级深度强化学习联合(Double Deep Reinforcement Learning,DDRL)方法对无人机的悬停位置和顺序进行优化,使无人机完成数据采集任务时的总能耗最小。仿真结果表明,单节点数据量在160kB以下时,在不同节点个数及无人机飞行速度下,该方法比经典基于粒子群优化的旅行商问题(Particle Swarm Optimization-Traveling Salesman Problem,PSO-TSP)算法和最小化能量飞行控制(Minimized Energy Flight Control,MEFC)算法的总能耗最少节约6.3%。田间试验结果表明,相比PSO-TSP算法,基于DDRL的数据采集方法的无人机总能耗降低11.5%。研究结构可为无人机大田无线传感器节点数据采集提供参考。
      2022,38(22):52-62, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.006
      摘要:
      东北黑土区在中国粮食安全与可持续发展中占据重要地位,但过度开发利用导致该区土壤侵蚀问题严峻。耕作方式的差异直接影响黑土区坡耕地土壤侵蚀特征,相关研究的开展对于准确评价水土保持措施的适宜性具有重要意义。该研究通过系统梳理文献资料,总结了垄向、垄规格以及垄向区田技术的内涵及应用条件,分别综述了其对黑土区坡耕地土壤侵蚀的影响;指出了目前研究中还存在垄作与垄向区田技术对坡耕地土壤侵蚀影响的机理研究不深、垄向与垄规格之间的耦合关系分析不细、垄向区田垄沟土埂优化设计不足、土壤侵蚀综合影响因素探索不全等方面主要问题;明确了未来研究中应加强量化垄向、垄规格、垄向区田技术与其他水土保持措施相结合对黑土区坡耕地土壤侵蚀影响的过程与机理,为筛选适宜的水土保持耕作措施提供科学依据。
      2022,38(22):63-72, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.007
      摘要:
      农牧交错带是中国北方重要的生态屏障,厘清其内部植被变化特征及驱动机理对区域生态建设和环境保护具有重要战略意义。虽然一些学者对辽河流域植被变化的特点和影响因素进行了研究,但植被变化是一个复杂的过程,部分研究只考虑了单因素对流域内植被变化的影响,而没有充分探讨因素之间交互作用对植被的复杂影响。该研究基于MOD1S NDVI数据,采用因子回归和因子交互相结合的方法,从区域和整体角度分析了2010-2019年自然和社会经济因素对辽河流域植被覆盖度(Fractional Vegetation Cover,FVC)变化的影响。研究结果表明:1)2010-2019年辽河流域FVC整体呈上升趋势,10年平均FVC值为0.68,植被覆盖水平整体较高。植被覆盖度上升趋势为从大到小依次为牧区、农区、半牧区。2)自然因素对全流域植被变化的解释力大于人为因素,其中降水的解释力最为显著。同时,植被变化和降水变化存在明显的同步性,此趋势在牧区最为显著。3)多数因子对植被覆盖变化的影响呈现出相互促进和非线性增强的特点,不存在完全独立因子。整个流域最大的三组交互作用因素是降水∩温度、降水∩高程、降水∩风速。在牧区和半牧区,自然因素的交互作用对植被变化起主导作用,而在农区则是自然和人类活动共同作用,显著影响了植被变化。4)降水梯度影响了辽河流域植被覆盖空间异质性的解释程度。随着降水的增加,其他环境因子与FVC的拟合效果越来越好。农牧交错带植被空间覆盖异质性显著,受自然和人类活动多种因子交互作用,自然因子强于人类活动,降水在全流域及各分区植被变化中起到了关键作用。该区域植被保护应因地制宜,分类施策,以自然恢复为主,降低人为扰动,辅以合理生态工程建设。
      2022,38(22):73-80, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.008
      摘要:
      为深入了解未来大气CO2浓度升高背景下玉米气孔特征及气体交换过程对高温的响应机理,该研究利用人工气候室,探究在大气CO2浓度400 μmol/mol(C400)和800 μmol/mol(C800)下,不同温度处理(昼/夜)25/19 ℃、31/25 ℃和37/31 ℃对玉米气孔特征及气体交换参数的影响机理。结果表明:1)CO2浓度升高对玉米气孔密度的影响并不显著(P > 0.05),增温却导致玉米不同轴面气孔密度均显著增加(P < 0.001);不同轴面气孔密度的增加幅度均随温度升高而增大,叶片气孔密度对环境温度升高的响应呈现出非线性变化趋势。2)将环境温度由25/19 ℃增加到37/31 ℃导致C400和C800处理下玉米蒸腾速率(Tr)分别提高57%和84%,且不同轴面的气孔密度均与Tr之间存在较好的线性相关关系(近轴面R2=0.69;远轴面R2=0.71)。3)当温度从25/19 ℃升高到31/25 ℃,2个CO2浓度处理下玉米的Pn分别提高23%和21%,但环境温度提高到37/31 ℃却导致Pn分别降低24%和13%,说明高温环境(37/31 ℃)对光合反应位点造成生理伤害,而高浓度CO2缓解了高温对玉米造成的生理胁迫。同时,37/31 ℃条件下玉米叶片光合系统II(PSII)最大光化学效率(Fv/Fm)显著降低的结果也直接支持了上述结论。研究结果有助于从气孔特征的角度深入了解 CO2 浓度和温度升高对玉米叶片气体交换过程产生的影响,为未来气候变化背景下实现农作物绿色高效提质增产提供理论依据。
      2022,38(22):81-88, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.009
      摘要:
      为了探索农田氮素淋失低风险的有机无机肥配施模式,该研究收集了331个有效农田有机肥化肥配施数据对,分析了施肥总量、施肥结构(有机肥替代比)、施肥时间(基追施)、有机肥种类等因素对氮素淋失的总体影响。结果表明:与单施化肥相比,有机肥配施化肥中氮素总量较低时(N<200 kg/hm2),农田总氮(Total Nitrogen,TN)、硝态氮(NO3--N)淋失分别减少36.77%、65.05%;有机肥替代比高于70%,虽然可减少TN淋失(39.64%),但增加了溶解性有机氮(DON)淋失的风险(15.78%),尤其是动物型有机肥替代化肥使DON淋失增加26.31%;氮肥基施可显著降低TN、NO3--N淋失(43.58%、70.51%,P<0.05)。碱性旱地土壤上有机肥配施化肥可有效抑制TN、NO3--N淋失,但增加了26.63%~42.95%的DON淋失。旱地氮素淋失以NO3--N为主,且淋失系数高于水田,提高有机肥替代比可以大幅降低旱地氮素淋失,但增强了DON淋失。因子重要性分析表明:有机肥替代比对TN淋失影响占主导作用,而施氮水平对NO3--N、DON淋失影响更为重要。因此,低施氮量、高替代比动物型有机肥可有效减少碱性旱地土壤氮素淋失,为有机肥配施化肥的农田应用提供依据。
      2022,38(22):89-101, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.010
      摘要:
      农田表面温度是土壤、作物和大气之间进行水/热交换传输的重要参数,也是灌区遥感反演模型的重要参量。在利用热红外传感器连续获取农田表面温度数据时,由于作物的生长发育处于动态变化中,农田表面温度数据往往混合了作物冠层温度和土壤表面温度。为精准甄别和区分田间海量监测数据,该研究结合Logistic作物生长模型,通过考虑作物生长状态指标叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)和作物冠层高度及其关键节点,构建了农田表面温度监测数据的甄别算法。以内蒙古永济试验站玉米和向日葵实测数据对算法进行验证,并利用解放闸灌域和吉林省长春试验站的玉米和向日葵田间观测数据进行校核。结果表明:考虑LAI和作物冠层高度并利用Logistic模型模拟的关键节点来建立甄别算法,能够为农田稀疏植被表面温度数据甄别提供高效判定。与人工测量值对比,冠层温度优化幅度在10%左右(相对误差),土壤表面温度优化幅度超过5%;甄别方法可以明显提升冠层和土壤表面温度的获取精度。甄别算法中校正因子数值需根据作物种植密度及LAI确定,其中玉米校正因子选择作物冠层温度校正因子0.9,土壤表面温度校正因子1.1;向日葵校正因子以叶面积指数最大值4为基础,选取冠层温度校正因子0.7,土壤表面温度校正因子1.2;在不同地区应用时,向日葵叶面积指数最大值每增加1,推荐冠层温度校正因子调高0.35,土壤表面温度校正因子调低0.18。研究结果为精量灌溉提供技术支撑,提高了农田监测数据的性能,为无人机遥感和卫星遥感数据的精量甄别提供算法和验证。
      2022,38(22):102-112, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.011
      摘要:
      为明确不同微咸水水质下枸杞种植效益较高的灌水量范围,揭示枸杞干果产量、外观品质、营养品质在微咸水不同盐浓度和灌水量下的变化规律,该研究对河套灌区不同代表性地下水盐分与灌水量组合下的枸杞干果产量、外观品质、营养品质进行综合评价。基于L8(41×24)正交表在河套灌区开展2 a田间试验,共设置8个处理,灌水量为4个水平(60、70、80和100 mm),典型盐(NaCl、CaCl2、NaHCO3、Na2SO4)浓度设置为2个水平(分别按研究区地下水中离子浓度的1、2倍水平调配)。结果表明:1)干果产量、百粒干质量、果形指数、鲜干果比、黄酮含量受灌水量影响较大;产量、总糖含量受NaCl影响较大,随NaCl升高而降低;类胡萝卜素、甜菜碱、氨基酸总量受CaCl2影响较大,随CaCl2浓度升高而升高。2)综合评分发现,高灌水、高CaCl2的T8处理营养品质贴合度Cpi和种植效益贴合度Ci最高,而高灌水、高NaCl浓度的T5处理两指标均最低。Ci分别与Ca2+、Na+浓度极显著正、负相关(P<0.01),与Cl-显著负相关(P<0.05)。Ca2+主要促进枸杞营养品质发展,与黄酮、类胡萝卜素、甜菜碱、氨基酸总量极显著正相关,Na+、Cl-主要抑制产量、外观品质,分别与干果产量、百粒干质量极显著、显著负相关。3)高斯回归发现,Na+、Ca2+、Cl-浓度分别为34.8~38.8、15.3~15.6、50.9~55.9 mmol/L的微咸水较适宜,单次灌水96.9~97.9 mm下种植效益贴合度Ci>0.7;基于与Ci显著相关的Na+、Ca2+、Cl-浓度,提出了不同离子条件下枸杞种植效益较高的灌水量。研究结果可为河套灌区因地制宜利用微咸水、提高枸杞种植效益提供科学依据。
      2022,38(22):113-122, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.012
      摘要:
      准确量化土地覆被变化对蒸散发的影响是深刻理解全球变化背景下的水资源响应机理的重要前提。该研究基于土地覆被产品MCD12Q1、蒸散发产品MOD16及涡动相关等数据,通过构建剔除气候变化的动态分析方法,量化了2001-2020年间澜湄流域热带地区土地覆被变化对蒸散发耗水量的动态影响。结果表明:1)MCD12Q1与MOD16在该流域的精度较高,其中MCD12Q1的总体精度为82.3%,MOD16在8 d以及月尺度上的RMSE仅略大于1 mm/d;2)2001-2020年研究区植被整体退化明显,其中森林转变为灌木和灌木转变为农田约占流域变化面积的61.2%;3)2001-2020年期间主要土地覆被变化导致区域蒸散发耗水量减少约278.87亿m3,主要土地覆被变化区气候差异导致蒸散发耗水量增加190.96 亿m3。总体上,澜湄流热带地区植被整体呈现出退化的趋势,主要表现为森林转变为灌木和灌木转变为农田。该地区土地覆被变化区域也使得其近20年内蒸散发耗水量减少,改变了土地覆被变化区域水资源循环过程。以上研究结果可为澜湄流域热带地区水资源安全提供有效监测,对地区土水资源合理配置提供重要的科学参考依据。
      2022,38(22):123-132, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.013
      摘要:
      绿色高效杀线农药是现阶段防治植物线虫病的有效手段之一,针对在大规模杀线农药活性筛选测试阶段,传统人工镜检工作存在耗时长、准确率低、工作量大等问题,提出一种基于坐标注意力机制与高效边界框回归损失的线虫快速识别方法YOLOFN(YOLO for Nematodes)。基于YOLOv5s目标检测理论框架,在主干网络嵌入坐标注意力机制特征提取模块,融合线虫特征图位置信息于通道注意力中;进一步,平衡考量线虫目标的重叠比例、中心点距离、预测框宽高以及正负样本比例,以精确边界框回归的高效损失函数(Efficient IoU,EIoU)和焦点损失函数(Focal loss)优化定位损失函数和分类损失函数,最小化真实框与预测框的宽高差值,动态降低易区分样本的权重,快速聚焦有益训练样本,以提升模型对重叠黏连线虫目标的解析能力和回归精度。试验结果表明,YOLOFN在准确率、召回率和平均精度均值(mean Average Precision,mAP)性能指标上较改进前提高了0.2、4.4和3.8个百分点,与经典检测算法YOLOv3、SSD、Faster R-CNN3相比,mAP分别提高了1.1、31.7和15.1个百分点;与轻量化主干算法深度可分离卷积-YOLOv5、Mobilenetv2-YOLOv5、GhostNet-YOLOv5相比,在推理时间基本无差别情况下,mAP分别高出11、16.3和15个百分点。YOLOFN模型可快速、准确、高效完成线虫镜检统计工作,满足植物线虫病农药研发的实际需求,为加快植物线虫病防治新药的研制提供有力技术支持。
      2022,38(22):133-140, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.014
      摘要:
      针对单传感器难以完成水体可溶解有机物(Dissolved Organic Matter,DOM)总量与组份的测试问题,该研究提出利用光纤表面等离子共振(Surface Plasma Resonance,SPR)传感器的非特异选择性来构建传感阵列。通过对光纤SPR传感器的交叉敏感性分析,将获得的多模光纤镀以7种不同厚度金膜的传感器设计方案,膜厚为55~85 nm,使其对不同的可溶解有机物(Dissolved Organic Matter,DOM)的组份产生类似味蕾的交叉敏感性响应。利用粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)训练的BP神经网络构建3个分类器:PSO-BP(波长)、PSO-BP(谱宽)、PSO-BP(光强),实现对待测量响应信息的有效提取,并对里运河(A)、洪泽湖(B)、公园景观湖(C)、校园景观湖(D)4种水体的5种DOM组份(酪氨酸类蛋白质、色氨酸类蛋白质、富里酸、溶解性微生物代谢产物、腐殖酸)及其浓度进行预测,在洪泽湖水的色氨酸类蛋白质组份测试试验中,最高正确率可达85%。同时,对多分类器的结构参数进行试验分析,重点考察隐含层节点个数及神经网络结构对DOM组份测试的影响。试验结果表明:隐层节点数取15时可以获得最佳测试效果,通过基于传统神经网络RBF、BP与PSO-BP的比较试验可知,基于PSO-BP的3个分类器在DOM组份测试中的精度最高,对4种水体的色氨酸类蛋白质及溶解性微生物代谢产物组份测试的平均分类精度可达87.50%、86.28%。该研究结果为基于光纤SPR传感器及多分类器在DOM组份测试的应用提供依据及新的思路。
      2022,38(22):141-148, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.015
      摘要:
      针对目前兴起的拉索损伤磁记忆检测方法易受环境干扰磁场影响的问题,基于磁场梯度张量和磁荷面积分理论研究拉索断丝监测方法,推导拉索钢丝的磁场梯度计算公式,提出拉索断丝位置和断丝数量的判定方法,并采用磁场试验进行对比验证。为了验证试验的可重复性,对于每一种测试工况均设定了两组试验。理论计算表明,3个方向的磁感应强度沿拉索长度方向的磁场梯度(Bxz,Byz和Bzz)曲线均在断丝位置(500 mm)出现突变,一束拉索中断丝2根与断丝1根时3个磁场梯度曲线突变处包围的面积的比值的平均值约为2。磁场试验结果表明,断丝位置为496 mm,与实际断丝位置(500 mm)的误差为0.8%,通过2次测量,一束拉索中断丝2根与断丝1根时3个磁场梯度曲线突变处包围的面积的比值的平均值约为2。2次测量结果的差别极小,验证了试验的可重复性和可靠性。实际工程中,取3个磁场梯度判断的断丝数量的平均值,可以有效减小三轴磁传感器探头位置带来的误差。该研究为拉索断丝监测提供了理论依据,且有效排除了环境磁场干扰。
      2022,38(22):149-157, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.016
      摘要:
      针对目前温室水循环太阳能利用系统无法在合理时间集热的问题,开发模面装置,基于其表面综合温度提出高效节能控制策略。理论分析表明,日间表面综合温度反映集热器表面可集太阳余热,利用该温度与蓄热水池内水温之间的差值可较准确地判断集热时机;夜间表面综合温度接近于室内气温,利用该温度进行放热控制的方式实质上就是利用室内气温的方式。通过现场试验,测试提出的控制策略下实现的中空板水循环太阳能利用系统的集放热效果,并与现有的基于设定时间点或室内气温的控制方式的能力进行对比。试验结果表明中空板系统在提出的集热控制策略下获得的晴天的集热量(404.1 MJ)与多云天和阴天的集热量(分别为225.9和62.7 MJ)差异显著。而设定时间点控制集热,导致少集热(1.4 h)、无效运行(1.7 h)等问题。基于室内气温方式浪费集热时机:集热初期,太阳辐射较强,系统本可集热(31.8 MJ),且集热量远大于能耗,集热COP(Coefficient of Performance)达20.2,但因气温低,并不运行;集热末期,还出现短期无效运行(多云天为0.7 h;阴天为2.4 h)。该研究提出的集热控制策略能以更低能耗实现更高集热量;放热控制方式也具有一定优势。
      2022,38(22):158-165, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.017
      摘要:
      为揭示分级冷凝热解液对盐碱土的改良作用,以三级冷凝方式作为棉秆热解液精制方法,分析分级冷凝对产物组成影响;在此基础上,利用盆栽试验,以不同热解温度下获得的棉秆分级冷凝第3级产物稀释不同倍数后施入盐碱土,考察分级冷凝第3级产物对于小白菜生长、土壤pH值、全盐量、蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶、有机质,碱解氮、速效磷和速效钾的影响。结果表明:1)分级冷凝可以达到棉秆热解液从源头分离的目的,实现酚类与酸类物质的粗分离,分级冷凝第3级产物的酚类与酸类物质浓度分别为单级产物的0.50~0.55与1.21~1.35倍。2)灌施分级冷凝第3级产物可以显著促进小白菜的萌发与生长(P<0.05),热解温度与稀释倍数均会影响促进作用。中温热解以及较大的稀释倍数对种子萌发更有利,500 ℃热解获得分级冷凝第3级产物稀释600倍灌施时,小白菜的长势最好,发芽率、株高与株质量分别提高32.12%、95.11%与120.03%,丙二醛含量降低48.39%。3)灌施分级冷凝第3级产物会显著影响土壤酶活性,除稀释50倍时降低土壤脲酶与碱性磷酸酶活性外,其他稀释倍数下土壤中酶活性显著增加(P<0.05)。4)灌施分级冷凝第3级产物会显著降低盐碱土的pH值与全盐量,显著增加盐碱土的有机质,碱解氮、速效磷和速效钾的含量(P<0.05)。上述结果表明,分级冷凝第3级棉秆热解产物可有效对盐碱土进行改良,热解温度与稀释倍数会显著影响改良效果,该研究能够为生物质热解液在盐碱土改良中的应用提供一定理论依据。
      2022,38(22):166-171, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.018
      摘要:
      就近利用风光能电解盐碱地治理过程中产生的高盐废水,是同步实现风光消纳、废水处理和H2/Cl2生产的有效途径。然而,盐碱地治理废水盐浓度较低且盐离子种类众多,直接电解严重影响脱氯制氢效率。通过开展盐碱地治理废水的电解试验研究,讨论了盐浓度及不同除杂工艺对废水脱氯制氢特性的影响规律。结果表明,不同盐浓度废水电解的H2/Cl2产率与电流密度呈线性关系,且产H2速率稍大于产Cl2速率。电流密度和pH值均随盐浓度升高先增大后减小,废水中盐浓度为3.5 mol/L时,电解后最终电流密度和阴极的pH值均最大,电解效果最优。添加Ca(OH)2对废水进行电解前除杂,可将浓缩废水中Ca2+、Mg2+和SO42-浓度分别降低至0.02 、0.1 和0.2 mol/L。电解过程中通入CO2能够进一步降低杂质离子对废水电解的不利影响,使电解脱氯制氢性能提升10%左右,研究结果可为高盐废水处理提供理论支持。
      2022,38(22):172-182, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.019
      摘要:
      以农林生物质为原材料,通过加入铁磁性助剂制备铁炭复合材料是农林生物质高值化利用和受污染水体及土壤治理的重要途径。铁炭复合材料具有高比表面积、丰富表面官能团和优异吸附性能,能够通过表面物理吸附和氧化还原作用,快速吸附污水中的重金属离子,并在外部磁场的吸引下实现快速分离回收和循环使用。该研究论述了不同制备方法的铁炭复合材料及其材料性能,对其去除有机染料污染物、治理污水和土壤重金属的研究现状及发展动态进行了分析和讨论。在此基础上,结合铁炭复合材料的结构发育机理和污水治理及土壤改良的产业发展现状,提出了兼顾低成本,易合成,高效益的复合材料制备方式建议,以期为其在环境污染治理中的广泛应用提供理论和实践参考,进而推动农林生物质资源化高值利用,助力生态环境的绿色低碳高质量发展。
      2022,38(22):183-189, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.020
      摘要:
      为获得菌丝体生物质材料优化性能的最佳工艺参数,该研究以最小缓冲系数和弯曲强度为评定指标,通过3因素3水平正交试验研究了菌种接种量、基质颗粒度和水添加量对平菇菌丝体材料性能的影响。研究结果表明,正交试验9组菌丝体材料中菌丝平均直径最大为1 641 nm,最小为520 nm,前者约为后者的3倍,表明不同工艺参数显著(P<0.05)影响菌丝生长状态。影响菌丝体材料力学性能的最大因素是颗粒度,其次是水添加量和接种量。最佳工艺参数为接种量10%、颗粒度10 mm和水添加量60%,对应菌丝体材料的最小缓冲系数最低为4.17、弯曲强度最大为417.43 kPa,与发泡聚苯乙烯泡沫的弯曲强度相近。研究结果可为菌丝体材料制备工艺参数与性能的优化提供基础。
      2022,38(22):190-198, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.021
      摘要:
      从遥感影像中提取作物播种面积和空间分布对耕地可持续发展和粮食安全意义重大。目前的遥感小麦制图研究主要依靠光学图像和高复杂度的分类方法,且现有分类算法在小样本条件下、耕地细碎化农业区的分类性能以及时间迁移性能仍然不确定,探索适合小样本的低复杂度的稳定算法具有现实意义。该研究基于Google Earth Engine(GEE)遥感云平台,使用Sentinel-1 SAR和Sentinel-2光学时间序列遥感数据,评估了时间加权动态时间规整算法(Time-Weighted Dynamic Time Warping,TWDTW)、随机森林算法(Random Forest,RF)和基于相似性测度(Difference and Similarity Factor,DSF)的OTSU阈值法在小样本条件下、耕地细碎化农业区的冬小麦制图精度和时间迁移性能。研究结果表明,在有限样本条件下,TWDTW方法小麦制图精度最高,总体精度(Overall Accuracy,OA)和Kappa系数分别为0.923和0.843;其次是RF(OA=0.906,Kappa=0.809)和DSF算法(OA=0.887,Kappa=0.767);基于欧式距离的OTSU阈值法分类精度最低。当利用算法进行时间迁移分类提取2021年的冬小麦分布图时,TWDTW和DSF算法表现出更好的稳定性且分类精度优于RF算法,其中TWDTW算法的精度最高,OA和Kappa系数分别为0.889和0.755;RF算法分类精度下降明显,OA和Kappa系数分别降低了7%和19%,说明RF算法的迁移分类性能较差。综合来看,TWDTW算法对样本和耕地细碎化的敏感性较低,可以在有限样本条件下实现耕地细碎化农业区的高精度连续冬小麦制图;而RF算法对样本和耕地细碎化的敏感性较高,在有限样本条件下的耕地细碎化农业区进行连续冬小麦制图时稳定性较差。
      2022,38(22):199-209, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.022
      摘要:
      为明确基于无人机影像的旱塬区土地利用精准分类方法,尤其是算法的选择,该研究通过究获取渭北旱塬区白水县通积村不同航拍高度无人机正射遥感影像,利用多种深度学习算法和机器学习算法对土地利用分类进行研究。首先,采用大疆御2Pro获取研究区80 m和160 m不同高度航拍影像;然后对不同航拍高度目视解译结果和多种深度学习、机器学习模型预测结果进行对比分析;最后,基于表现最佳算法对其进行创新和改进。结果表明:深度学习算法的表现远远优于传统机器学习算法,其中深度学习算法中表现最好的DeepLabv3+像素精度为90.06%,比随机森林(Random Forest,RF)和支持向量机(Support Vector Machine,SVM)分别高出24.65个百分点和21.32个百分点。基于DeepLabv3+改进的DeepLabv3+_BA模型整体分类效果最好,其像素精度为91.37%,比FCN、SegNet、UNet和DeepLabv3+分别高出7.43 个百分点、10.12个百分点、2.27个百分点和1.31个百分点,且其达到最佳精度所需的迭代次数与其他4种深度学习模型相比降低了约50%。各种算法在160 m数据集上各指标精度高于80 m。改进模型DeepLabv3+_BA具有较高的地物分类精度及较强的鲁棒性,该研究可为基于无人机影像和深度学习的土地利用信息普查提供技术参考。
      2022,38(22):210-219, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.023
      摘要:
      人类活动是诱发区域生态风险的重要因素,但生态风险与人类活动在不同尺度下的表征效果不一,响应程度不同,从多尺度科学地研究区域景观生态风险与人类活动强度的关联特征对于协调区域人地关系地域系统矛盾,推动地区可持续发展具有重要意义。该研究以长三角地区为研究对象,基于1990-2020年4期土地利用、夜间灯光、人口空间分布数据,建立市域、县域、格网三级尺度,构建景观生态风险及人类活动强度评估模型,刻画不同尺度下二者的时空响应特征,并基于Copula函数、双变量空间自相关及耦合协调度模型,揭示景观生态风险与人类活动强度的时空关联性。结果表明:1)1990-2020年间不同尺度下长三角地区景观生态风险均呈现北高南低的空间分布格局,且高风险地区持续减少,低风险区均呈增加趋势,其中市域尺度下高风险地区的减势最明显,而县域尺度下,低及中低风险区总体增势最为显著;2)1990-2020年间不同尺度下长三角地区人类活动强度均呈现东北高西南低的空间分布格局且高强度区域均呈现显著上升趋势,而低强度区域均明显下降,其中格网尺度下高强度区域增幅最大,达13.42个百分点,市域尺度下低强度区域的减幅最为明显,达9.76个百分点;3)1990-2020年间长三角地区人类活动强度与景观生态风险呈现正向相关性,但人类活动强度对于景观生态风险的影响正在削弱。空间上高-高(H-H)集聚区域呈现持续减少趋势,而低-低(L-L)呈现先增后减的变化趋势,低-高(L-H)及高-低(H-L)在2010年后增势明显。研究结果可为长三角地区国土空间优化及生态安全维护提供理论依据,为区域生态风险防范和生态修复提供参考。
      2022,38(22):220-228, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.024
      摘要:
      针对目前鳝鳅类淡水鱼类人工剖切劳动强度大、工作效率低、安全性差等问题,该研究以黄鳝(Monopterus albus)为试验对象,基于黄鳝生活习性及鱼体特征,在黄鳝鱼体夹持受力特性分析的基础上,开展了黄鳝鱼体头尾及腹背定位和鱼体夹送剖切方法研究,设计并研制了鲜活黄鳝剖切装置。剖切装置由倾斜料斗、进鱼通道、夹持对辊、剖切刀盘等组成,其中进鱼通道长180 mm,入口处直径28 mm;夹持辊边缘为上宽下窄的锯齿状结构;剖切刀盘直径114 mm。以夹持辊直径、夹持辊初始间隙、夹持辊转速、刀盘露出高度为影响因素,以剖切可接受性评分为评价指标开展相关试验,通过单因素试验探究了各因素对黄鳝剖切`效果的影响。试验结果显示,当夹持辊直径为180 mm时夹送效果较好;夹持辊初始间隙为8 mm时鱼体腹部剖面感官评分最高;夹持辊直径一定时,高转速下的夹送效果明显优于低转速;随着刀盘露出支撑面高度的增加,黄鳝腹部剖切效果的感官评分逐渐增加。正交试验结果表明:夹持辊转速为180 r/min、刀盘露出支撑面高度为22 mm、夹持辊初始间隙为8 mm时,黄鳝腹部剖切效果的感官评分最高;通用性试验结果表明:该装置能够较好地适用于不同规格大小的黄鳝,满足实际加工要求,生产量可以达到24.3条/min。研究结果可为鳝鳅类淡水鱼剖切装置的研发提供参考。
      2022,38(22):229-245, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.025
      摘要:
      电解水技术是果蔬采后保鲜和商品化处理的热点技术,该文对电解水抑制微生物、去除农药残留和提质延时保鲜3个方向开展技术总结和机理研究综述,并从电解水技术在采后果蔬的处理方式和专利申请方面对其应用性开展应用分析。总结发现,1)不同类型的电解水在果蔬采后保鲜领域研究不完善,酸性电解水较碱性电解水研究更丰富;2)酸性电解水是有效去除食源性致病细菌的农产品加工工程技术,但酸性电解水对果蔬腐烂真菌的抑制研究还不充分;3)电解水可以有效去除果蔬表面农药残留,在机磷农药上阐明了具体机理,对于有机氯、菊酯农药的降解研究不足;4)电解水处理可以有效提升果蔬的抗性、缓解果蔬低温贮藏冷害并抑制鲜切果蔬褐变;5)目前电解水应用方式较为单一,不适宜所有果蔬保鲜处理流程,技术专利申请较少。通过本文梳理归纳以期为电解水技术的工程技术应用拓展提供理论依据和参考。
      2022,38(22):246-252, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.026
      摘要:
      为探讨元素指纹分析技术对东北三省大米产地识别的可行性,筛选出可以区分不同产地大米的标志元素,该研究采用电感耦合等离子体质谱(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry,ICP-MS)测定东北三省主要水稻产区土壤-作物籽实中Li、B、Be等23种微量元素含量,利用相关分析、方差分析、偏最小二乘回归分析等多种分析方法对不同产地大米及土壤中微量元素含量进行分析,建立识别东北三省大米产地的判别模型。结果表明:大米中Mo、Zn含量与土壤中Mo、Zn含量呈显著正相关(P<0.01);3个省份大米中Ga、Pb、Sr、Zr、Ba元素分布表现出一致性,而另外18种元素表现出显著差异性(P<0.05)。对18种显著差异元素建立产地识别模型,发现正交偏最小二乘回归分析和多层感知器神经网络分析建立的判别模型能较好地对东北三省大米进行有效区分和识别,多层感知器神经网络分析中整体检验组的综合正确判别率为96.3%;在Fisher判别分析中利用逐步判别法筛选出的7种元素建立的判别模型能有效识别东北三省大米产地,判别正确率为93.8%。研究表明基于微量元素含量特征能够对东北三省大米产地进行有效识别,可为保护地区特色产品提供技术参考。
      2022,38(22):253-261, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.027
      摘要:
      为实现肉鸡屠宰过程中断翅鸡胴体的快速检测,提高生产效率,该研究利用机器视觉系统采集了肉鸡屠宰线上的1 053张肉鸡胴体图,构建了一种快速识别断翅缺陷的方法。通过机器视觉装置采集鸡胴体正视图,经图像预处理后分别提取鸡胴体左右两端到质心的距离及其差值(d1、d2、dc)、两翅最低点高度及其差值(h1、h2、hc)、两翅面积及其比值(S1、S2、Sr)、矩形度(R)和宽长比(rate)共11个特征值,并通过主成分分析降维至8个主成分。建立线性判别模型、二次判别模型、随机森林、支持向量机、BP神经网络和VGG16模型,比较模型的F1分数和总准确率,在所有模型组合中,以VGG16模型的F1分数和总准确率最高,分别为94.35%和93.28%,平均预测速度为10.34张/s。利用VGG16建立的模型有较好的分类效果,可为鸡胴体断翅的快速识别与分类提供技术参考。
      2022,38(22):262-269, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.028
      摘要:
      比较分析不同品种蓝莓果实品质特性,确定代表性品质指标,建立蓝莓品质综合评价体系,为蓝莓品质合理评价和优良蓝莓品种筛选提供理论参考。以26个高丛蓝莓品种果实为材料,测定其11项品质指标(单果质量、果实横径、果实纵径、果形指数、果实硬度、可溶性固形物质量分数 可溶性糖质量分数、可滴定酸质量分数、糖酸比、维生素C质量分数、花色苷质量分数),并采用主成分分析方法进行果实品质综合评价。结果表明:26个蓝莓品种的11项果实品质性状中糖酸比、可滴定酸质量分数、单果质量和花色苷质量分数的变异系数较大,其变异系数分别为33.67%、32.25%、30.84%和28.48%。通过主成分分析确定单果质量、果形指数、可溶性糖质量分数、可滴定酸质量分数、维生素质量分数和果实硬度可作为评价蓝莓果实品质的代表性指标;建立综合品质评价模型,并依据各品种的综合品质得分进行优良度排序,得分排名前10位的蓝莓品种依次为'大果蓝金'莱格西'公爵'日出'维口'蓝片'早蓝'蓝丰'爱国者'红利',研究结果为大连地区蓝莓品种合理开发和应用提供了依据。
      2022,38(22):270-279, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.029
      摘要:
      为明确羊肉中荧光物质与新鲜度指标的关系,筛选能够表征羊肉新鲜度的荧光特征标志物,以羊背最长肌为研究对象,在0 ℃条件下,测定羊肉中潜在荧光标志物酪氨酸(Tyrosine,Tyr)、核黄素(Riboflavin,VB2)、三磷酸腺苷(Adenosine Triphosphate,ATP)、色氨酸(Tryptophan,Trp)、烟酰胺腺嘌呤二苷酸(Nicotinamide Adenine Dicylate,NADH)、原卟啉(Protoporphyrin,PPIX)的含量,研究其与挥发性盐基氮(Volatile Base Nitrogen,TVB-N)、硫代巴比妥酸值(Thiobarbituric Acid Value,TBARS)、菌落总数(Total Colony Count,TVC)的关系。结果表明:在贮藏期间羊肉发生酸败,肉色劣变,当TVB-N超过15 mg/100 g,羊肉在17 d时已腐败,其中TVB-N、TBARS、TVC与Tyr、Trp、PPIX均呈显著上升趋势,而NADH、ATP均呈下降趋势,VB2在贮藏期间呈现先上升后下降趋势;通过相关性分析,证实ATP、NADH、Tyr、Trp、PPIX与TVB-N、TBARS、TVC具有显著相关性(P<0.05),相关系数在0.60~0.88范围内;并在4 ℃贮藏条件验证各荧光物质变化规律,发现各物质变化规律与0 ℃一致,后续以ATP、NADH、Tyr、Trp、PPIX指标进行逐步回归分析发现,基于Tyr和Trp构建的TVB-N和TBARS回归表征模型效果较好,决定系数分别为0.926、0.878,基于Tyr和NADH构建的TVC回归模型效果较好,决定系数为0.952。研究确证了NADH、Tyr、Trp可以作为羊肉新鲜度表征指标,并构建了TVB-N、TBARS和TVC预测表征模型,为后续开发基于荧光特征标志物的羊肉新鲜度快速检测技术提供了理论支撑。
      2022,38(22):280-286, DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.030
      摘要:
      为探究Teejet雾化喷头工作参数对单喷头及组合喷洒水力性能的影响,进而得到雾化喷头的较优配置工况,该研究通过试验分析、理论计算和综合评价相结合的方法,探究等效直径、安装高度、工作压力对雾化喷头水力性能的影响规律;定量分析得到安装高度、工作压力、等效直径、组合间距与组合均匀性系数之间的关系;构建综合评价指标体系,采用主成分分析法确定雾化喷头最优配置方案。结果表明:1)随着工作压力的升高,喷头喷灌强度峰值逐渐增长;随着安装高度的升高,喷头的喷洒范围增大,水量分布更加均匀;相同安装高度和工作压力条件下,喷嘴的喷灌强度峰值与等效直径呈正比。2)3种等效直径喷头组合均匀性系数随工作压力和组合间距的变化趋势基本一致,组合间距对组合均匀系数的影响最为明显,随着喷头组合间距的增加,喷头的组合均匀系数大多呈先减小后增加再减小趋势。3)雾化喷头最优配置工况为喷嘴等效直径1.81 mm、安装高度0.6 m、组合间距0.2 m、工作压力400 kPa。该研究可为适用于温室的移动式微喷灌机组的参数配置提供依据,并为该机组在全国范围内的推广应用提供理论支撑。
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    2023-02-03 , DOI:
    摘要:
    渍害是长江中下游地区影响小麦生长发育的一种主要农业气象灾害,针对目前渍害评估方法中考虑致灾因子不全面和没有考虑作物耐渍性生育期差异等问题,本文提出了以整个生育期受渍指数代表小麦受渍程度的特征模型。该模型综合考虑了土壤低氧对根系影响和不同生育期内小麦耐渍性差异,并将2016年至2022年SMAP(Soil Moisture Active Passive)土壤表层含水量产品数据代入模型中计算了长江中下游地区各栅格点(10km*10km)受渍指数值,将受渍指数大于0.005代表受渍区域,得到了长江中下游地区受渍率空间分布,并依据受渍率大小进行分区。结果表明:湖北省、安徽省、江苏省小麦发生渍害地区主要集中在长江沿线,即各省南部,主要以中风险区为主风险区为主;湖南省、江西省小麦发生渍害高风险区主要集中在各省的中部,两省几乎所有区域都在中风险区域范围内。长江中下游地区全域无渍害区面积占28.1%,低风险区占8.9%,中风险区占34.4%,高风险区占28.6%。
    2023-02-01 , DOI:
    摘要:
    工业废水的直接或间接排放导致我国自然水体受重金属污染程度较高,对重金属污水处理刻不容缓,但现有重金属去除方法普遍存在工艺过于复杂或投资高等缺点。由于废弃混凝土颗粒含有水泥水化产物和未水化的水泥颗粒,具有一定的活性和较高的比表面积,因此该研究拟尝试采用废弃混凝土颗粒作为重金属污染水的吸附材料。通过重金属浸出试验发现,重金属浸出量与废弃混凝土粒径相关,粒径越大,重金属析出量越小。基于试验数据以及《国家污水综合排放标准》的排放阈值要求,最终确定了废弃混凝土颗粒材料的最佳选取粒径。随后,通过静态吸附试验,重点考察了吸附时间、吸附剂用量、重金属初始质量浓度对废弃混凝土吸附重金属铜和铅的影响。结果表明:铜和铅在废弃混凝土上的吸附是一个先快速而后缓慢的过程,在100 min基本达到吸附平衡,且废弃混凝土对铜和铅的吸附量随铜和铅初始质量浓度的升高而提高,去除率则随着铜和铅初始质量浓度的升高而降低,随着废弃混凝土用量的升高而提高。废弃混凝土对铜和铅的吸附符合Langmiur等温吸附模型,拟合得到的最大吸附量分别为40.75和86.73 mg/g;准二阶动力学模型更适合描述废弃混凝土对铜和铅的吸附过程,说明控制吸附速率的主要是化学吸附。与其他常见的天然吸附剂材料相比,废弃混凝土对水中重金属铜和铅具有良好的吸附性能,可以作为吸附材料来处理含铜和铅的污染水。
    2023-02-01 , DOI:
    摘要:
    草地地上生物量(Above-Ground Biomass, AGB)是反映草地植被利用状况的重要参数,其精准监测对于草地科学管理与合理利用具有重要意义。近年来,遥感技术因其能快速、准确获取大尺度草地光谱信息,已经被广泛应用于草地地上生物量的估算中。该研究以中国内蒙古呼伦贝尔市与其毗邻的蒙古国东方省草原区为研究区,利用Landsat 8数据计算的9种植被指数、气象数据和地面调查数据,比较分析6种机器学习算法构建的回归模型性能,重新构建优化的随机森林回归模型。结果表明,以光谱、降水量、气温为特征的优化后的随机森林回归模型性能更稳定,预测值与实测值之间决定系数(R2)为0.801,均方根误差RMSE为43.709 g/m2,相对均方根误差rRMSE%为23.077。研究区域地上生物量呈中部较低,东西两侧较高的空间分布特征,最高可达357.2g/m2,最低为33.0 g/m2,与该区域降水量与草地利用方式的空间异质性密切相关。本研究表明,基于Landsat 8数据结合气象数据构建的机器学习模型在草地生物量遥感反演中有较大潜力,地上生物量反演结果可以为草地资源合理利用与评价提供参考。
    2023-02-01 , DOI:
    摘要:
    为探索基于光学卫星遥感数据的冬小麦地上生物量估算方法,本研究通过3年田间实验,获取冬小麦4个关键生育期(拔节期、抽穗期、开花期和灌浆期)和3种施氮水平下的地上生物量以及对应的近地冠层高光谱反射率数据。通过将高光谱数据重采样为具有红边波段的RapidEye、Sentinel-2和WorldView-2卫星波段反射率数据,构建任意两波段归一化植被指数。同时,将卫星波段反射率数据与6种机器学习和深度学习算法相结合,构建冬小麦生物量估算模型。研究结果表明:任意两波段构建的最佳植被指数在冬小麦开花期对生物量的敏感性最强(R2=0.50~0.56)。在不同施氮水平条件下,高施氮水平增强了植被指数对生物量的敏感性。Sentinel-2波段数据所构建的植被指数优于其他两颗卫星波段数据。对6种机器学习和深度学习算法,总的来说,基于深度神经网络(Deep Neural Networks, DNN)算法所构建的模型要优于其他算法。在单一生育期中,在拔节期(R2=0.69~0.78和NRMSE=26%~31%)和开花期(R2=0.69~0.70和NRMSE=24%~25%)的估算精度最高。Sentinel-2波段数据与DNN算法结合的估算精度最高,在全生育期中预测精度R2为0.70。施氮水平的提高同样增强了DNN模型的估算精度,3颗卫星波段数据在N3条件下的预测精度R2都在0.71以上,RMSE小于219 g/m2。研究结果揭示了光学卫星遥感数据在不同生育期和施氮条件下估算冬小麦生物量的潜力。
    2023-02-01 , DOI:
    摘要:
    渔船二氧化碳排放是全球温室气体排放评估中通常被忽视的领域,在全球变暖过程中具有不可忽略的驱动作用。渤黄海是中国重要的海上粮仓和生态环境治理区域,查明渤黄海渔船生产作业过程对温室气体排放贡献较大的环节,对区域碳循环研究、碳排放管理及减排降碳措施制定具有重要意义。为探明渤黄海区域海洋渔船二氧化碳排放的时空变化特征,揭示渔业生产活动对气候变暖的影响程度,该研究基于2020和2021年的海量渔船管理及动态船位数据,提取了航段位移、航段内渔船航速、发动机负荷因子、排放因子等状态参数,构建了渔船二氧化碳排放动态计算模型,分析了渤黄海区域9种作业类型渔船的二氧化碳排放强度,给出了渔船年度及月度排放的空间分布特征。结果表明:1)渤黄海区域各类机动渔船在2020和2021年的二氧化碳排放总量分别为450万和945万t,总体呈现出近岸低、外海高的分布特征,热点区域主要分布在渤海湾渔场、滦河口渔场、海东渔场、烟威渔场、石岛渔场、石东渔场、海州湾渔场及大沙渔场。2)拖网和刺网渔船是二氧化碳年度累计排放的主要贡献者,但就单船单位航行时长二氧化碳排放量而言,辅助船最高,围网渔船次之。3)不同年份相同月份的渔船二氧化碳排放空间分布呈现出一定的相似性,伏季休渔期开始前强碳源主要出现在黄海中南部区域,休渔期结束后强碳源主要出现渤海中部、山东半岛东部以及黄海中部海域一带,年度内渔船二氧化碳排放重心总体上是由沿岸海域向中部开阔海域方向扩散。该研究通过渔船动静态异质数据推演二氧化碳的时空变化,对评估渔业生产所引起的气候效应具有理论指导作用。
    2023-02-01 , DOI:
    摘要:
    如何获取到高质量的特征是从遥感影像中提取高精度的农作物空间分布的关键,该研究针对如何利用哨兵2A(Sentinel-2A)影像提取高精度的冬小麦空间分布开展研究。针对影像中存在的数据空间尺度不一致的问题,以生成式对抗网络为基础建立了降尺度模型REDS(Red Edge Down Scale),用于将B5、B6、B7、B11 4个通道的空间分辨率从20 m降为10 m;然后利用卷积神经网络构建了逐像素分割模型REVINet(Red Edge and Vegetation Index Feature Network),REVINet以10m分辨率的B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8、B11,以及提取出的增强植被指数、归一化植被指数和归一化差值红边指数组合作为输入,进行逐像素分类。选择ERFNet、U-Net和RefineNet作为对比模型同REVINet开展对比试验,试验结果表明,该研究提出的方法在召回率(92.15%)、查准率(93.74%)、准确率(93.09%)和F1分数(92.94%)上均优于对比方法,表明了该研究在从Sentinel-2A中提取冬小麦空间分布方面具有明显的优势。
    2023-02-01 , DOI:
    摘要:
    稻鳖共作是一种绿色、高效的生态农业种养模式,然而有关共作模式对稻田土壤微生物群落结构与功能特征的影响及其驱动因子的研究鲜有报道。为此,本研究以水稻单作(RM)和稻鳖共作(RT)处理的稻田土壤为研究对象,采用Illumina高通量测序技术分析土壤细菌和真菌群落结构的变化,并探讨土壤理化性质和微生物群落间的相关性。结果表明:(1)稻鳖共作模式有利于提高土壤养分含量,改善土壤肥力。共作使土壤有机质(SOM)、总钾(TK)、碱解氮(AN)、有效磷(AP)和速效钾(AK)含量显著提高了37.72%、15.15%、13.80%、37.37%和21.57%(P < 0.05)。(2)稻鳖共作模式提高了土壤微生物丰富度和多样性,改变了微生物群落结构。共作使土壤细菌变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteriota)、真菌子囊菌门(Ascomycota)和罗兹菌门(Rozellomycota)相对丰度分别增加了6.42%、1.16%、0.44%和2.96%,真菌担子菌门(Basidiomycota)相对丰度降低了0.22%。(3)稻鳖共作改变了微生物类群间的相互作用模式,增强了土壤细菌和真菌群落间的联系,有利于微生物群落结构的稳定。(4)土壤有机质、全钾和速效钾含量是影响细菌群落结构变化的主要环境因子,全钾、速效钾和有效磷含量是影响真菌群落结构变化的主要环境因子。综上,稻鳖共作可减少化肥农药的使用量,提高稻田土壤肥力,改善土壤微生物群落结构和多样性,增加土壤有益菌群,并维持稻田生态系统的稳定。本研究为探究科学合理的稻田栽培模式提供了重要的科学依据。
    2023-01-31 , DOI:
    摘要:
    耕地安全利用是农业农村发展的根本性问题,也是国土空间治理的重要内容之一,科学评估耕地的生态可持续性对新时期国土空间生态修复具有重要意义。本研究面向国土空间规划中农业空间生态修复的耕地可持续性评价需求,提出了南方红壤丘陵区耕地生态问题识别与可持续性评价框架。以江西省为研究区,选取了矿山损毁、景观格局、生态稳定性和生态空间占用四个维度,运用基于修正的通用水土流失方程(RUSLE)、空间分析、景观格局指数等方法,识别了2000-2018年江西省各流域单元耕地的生态问题;构建了耕地的生态可持续性评价框架,采用层次分析法-熵值法确定指标权重,综合评价了江西省县域耕地生态可持续性。结果表明:2000-2018年间,江西省耕地水土流失主要以轻度侵蚀为主,水土流失总面积减少50.98%,赣江上游流域和鄱阳湖环湖区等水土流失现象加重;耕地斑块密度、破碎度趋于增加,聚集度趋于离散;耕地占用林地、水域与湿地等生态用地面积共计739.15km2;建材及砖瓦黏土类和稀有稀土金属等废弃矿山累计破坏耕地的面积为13.18km2。耕地生态可持续性水平总体状态良好,赣江中游和下游流域以及抚河流域的宜黄县、南丰县生态可持续水平偏高,鄱阳湖环湖区、信江流域以及赣江上游相对偏低。通过比较不同指标评价结果,耕地生态可持续性主要与土地利用变化驱动因素有关。研究可为国土空间规划中农业空间高质量发展提供方法支撑,为江西省农业空间生态修复提供科学依据。
    2023-01-31 , DOI:
    摘要:
    构建盐碱地资源系统分析框架,清晰界定盐碱地概念与分类,对于盐碱地资源调查、治理与利用具有重要的意义。本研究基于地球关键带理论与逻辑,构建涵盖利用层、土壤层和DEM三层融合的盐碱地资源系统分析框架,界定盐碱地与盐碱土概念及类型,结合土地利用现状图、土壤图和DEM图,采用GIS叠加分析方法,分析松嫩平原盐碱地资源特征。结果表明:1)基于地球关键带理论和逻辑,以立体空间作为组织和联系各层级的纽带,以数字高程为基底,按照垂直和水平纬度,构建起的土地利用层、土壤层、DEM层“三层融合”的盐碱地资源系统分析框架清晰地界定和表达了盐碱地概念和特征;2)盐碱地是一种土壤类型为盐碱土的土地利用类型,下属盐碱耕地、盐碱林地、盐碱草地、盐碱湿地、盐碱未利用地和其他盐碱地6个类别,盐碱土分为盐土、碱土和盐碱化土3种类型;3)松嫩平原盐碱地总面积254.77万hm2,主要分布于松嫩平原西南部地区,类型以盐碱耕地和盐碱未利用地居多,土壤类型以盐-碱化土为主;4)盐碱耕地和盐碱未利用地海拔集中在100~150m,坡度平缓。该研究可为盐碱地资源调查提供理论和方法支撑,为松嫩平原盐碱地治理与开发提供科学依据。
    2023-01-30 , DOI:
    摘要:
    利用咸水或微咸水进行农田灌溉是缓解中国新疆地区农业水资源供需矛盾从而保障当地棉花产业可持续发展的主要途径之一。为了明确不同咸水灌溉措施对棉花产量及经济效益的影响,该研究通过2 a的棉花膜下滴灌大田试验和文献检索获取了新疆9个不同试验地点的土壤、作物及灌溉等数据资料,评估作物产量-水盐胁迫响应分析模型(ANalytical Salt WatER,ANSWER)在新疆棉花产量评估中的适用性和可靠性,并结合经济收支平衡方法,模拟分析不同咸水灌溉措施(包括不同灌溉定额和灌溉水电导率的组合)对棉花产量与经济效益的影响。采用决定系数(R2)、均方根误差(Root Mean Squared Error,RMSE)、相对均方根误差(Relative Root Mean Squared Error,RRMSE)评价模型精度。结果表明,在9个不同试验地点,ANSWER模型均可较准确地估算棉花的相对产量,其估算值与实测值之间的R2 ≥ 0.54,RMSE ≤ 0.14,RRMSE ≤ 0.16;不同试验地点,优化获得的各个模型生物参数(与棉花根系吸水的水盐胁迫响应相关的参数)差异较小,变异系数(Coefficient of Variation,CV)的绝对值处于0.08~0.37之间,均值0.19;基于不同试验地点优化的各生物参数均值估算各地的棉花相对产量,其与实测值仍然吻合良好(R2 = 0.59,RMSE = 0.06,RRMSE = 0.07);此外,当灌溉水电导率一定时,棉花净收益随灌溉定额增加呈先增后降的趋势,净收益达到峰值所需的灌溉定额随灌溉水电导率升高而迅速增加;当灌溉水电导率 ≤ 10 dS/m时,通过加大供水量均可获得与淡水灌溉相当的净收益。研究为新疆地区棉花产量与效益评估以及咸水资源合理开发利用提供理论依据。
    2023-01-30 , DOI:
    摘要:
    以往的土壤有机质预测研究往往只提取一种光谱输入量,忽略了不同光谱输入量之间的互补性。为探究光谱输入量在预测土壤有机质时的最佳组合,以及不同光谱输入量在离散小波变换不同分解尺度下的变化趋势,该研究以宝清县土壤有机质为研究对象,对光谱反射率进行离散小波变换,对各个分解尺度下的特征光谱提取光谱特征参数、光谱指数以及主成分并分别组合,基于8种光谱输入量建立随机森林模型进行土壤有机质预测。结果表明:1)利用不同光谱输入量预测有机质的精度均高于直接使用光谱反射率建模的精度,将不同光谱输入量组合可以提升预测效果,单个光谱输入量中主成分的预测效果最好,组合中光谱特征参数和主成分的组合预测效果最好;2)随着分解尺度的变化,不同光谱输入量的预测精度的变化趋势也不同,并且单个光谱输入量的变化趋势也会影响该光谱输入量组合的变化趋势;3)所有预测结果中,精度最高的是分解尺度为6时光谱特征参数与主成分的组合,R2达到0.78,均方根误差达到1.32%,可以较好地预测土壤有机质。研究结果说明光谱输入量结合离散小波变换预测土壤有机质是可行的,可以为土壤有机质的预测提供可靠思路。
    2023-01-29 , DOI:
    摘要:
    揭示快速城镇化地区耕地撂荒特征与影响机制对我国城镇化和工业化进程下的耕地保护与粮食安全具有重要意义。本文从资源条件、经济水平、社会发展和政策调控方面构建了快速城镇化地区耕地撂荒影响机理的理论框架;以溧阳市为案例区,分析了耕地撂荒程度、空间格局特征和影响因素,并提出了预防、治理快速城镇化地区耕地撂荒的政策建议。结果显示:① 溧阳市耕地撂荒面积1 344.48 hm2,撂荒率为3.03%,各村撂荒率介于0.01%~54.26%,快速城镇化地区的耕地撂荒现象普遍存在,应引起重视。② 快速城镇化地区耕地撂荒在空间上具有一定的集聚和带动效应,溧阳撂荒高密度区主要聚集在工业、商业和旅游业等发展水平高和旱地比例高的区域。③ 工业、仓储和商业用地规模、三处及以上宅基地比例、劳均耕地面积和高中及以上学历比例分别与溧阳耕地撂荒率呈正向关系,水田比例、乡村道路密度、流转规模经营户比例与耕地撂荒率呈负向关系,快速城镇化地区的劳动力流失和乡村非农经济水平驱动了耕地撂荒;而良好的资源条件和土地流转、基本农田保护等政策调控能有效抑制耕地撂荒。未来在快速城镇化地区可通过继续推进土地整治工程,鼓励农户土地流转,引导农业资本、企业下村,创新“旅游业+农业”发展模式和加强永久基本农田管理等举措来预防和治理耕地撂荒,以期为快速城镇化地区耕地保护与粮食安全提供理论支撑和实践操作决策参考
    2023-01-28 , DOI:
    摘要:
    农产品价格的稳定对社会经济与农业发展有重要意义,但农产品价格的波动具有非平稳、非线性、波动性大的特性,较难精确预测。该研究基于信号分解和深度学习,提出一种分解-重构-提取-关联-输出的农产品价格预测模型(CT-BiSeq2seq),并且加入平均气温、养殖成本(大猪配合饲料与尿素价格)、群众关注度等多维度数据来提高模型的预测精度。首先,采用互补集合经验模态分解(Complementary Ensemble Empirical Mode Decomposition, CEEMD)方法把复杂的原始价格序列分解为简单序列。其次,分析皮尔逊相关系数及分解后的子序列,把原始价格序列重构为进高频项、低频项、残差项。再经过时间卷积网络(Temporal Convolutional Network, TCN)提取重构序列的数据特征。随后,构建Biseq2seq模型,解码器引入双向长短期记忆网络(Bi-directional Long Short-Term Memory, Bi-LSTM)网络加强序列数据间的全局关联。最后,通过解码器的LSTM网络输出预测值。以北京丰台区批发市场的白条猪肉价格进行实证分析,该研究提出的CT-BiSeq2seq模型的预测性能显著优于其他基准模型,在滞后天数为11d达到最优效果。另一方面,在其他数据集也有精确和稳定的预测效果,菠菜、苹果,鸡蛋的均方误差分别为0.6277(元/kg)、0.4632(元/kg)、0.5526(元/kg),平均绝对误差分别为0.5431(元/kg)、0.4425(元/kg)、0.5339(元/kg),平均绝对百分比误差分别为3.2047%、2.2361%、2.2314%。同时根据不同数据集的结果发现,价格波动大的农产品适合采用较大的滞后天数,价格波动小的农产品适合采用较小的滞后天数。该模型可以为预测农产品的价格波动提供参考。
    2023-01-28 , DOI:
    摘要:
    为预防和避免由滥用日落黄引发的食品安全隐患,建立快速、灵敏、准确测定日落黄的分析方法。该研究基于氧化铜-羧基化石墨烯(Copper Oxide-Carboxylated Graphene, CuO-CG)纳米复合材料修饰电极构建了一种用于日落黄检测的电化学传感器。采用电沉积法制备CuO-CG纳米复合材料修饰电极,利用循环伏安法和计时电流法研究了日落黄在CuO-CG修饰电极上的电化学氧化行为。结果表明:对影响日落黄检测的条件优化后,得出较佳的试验条件为先沉积CG后沉积CuO、CG的沉积时间和沉积电压分别为900 s和–1.4 V、Cu的沉积时间和沉积电压为120 s和–1.1 V、氢氧化钠浓度为0.10 mol/L、计时电流法测定日落黄的施加电压为0.55 V。在优选试验条件下,该电化学传感器对日落黄的响应时间在5 s以内、线性范围为0.20 μg/mL~4.07 mg/mL、检出限为79.36 ng/mL。进一步将此传感器用于饮料样品检测,无需复杂的样品处理步骤,测定回收率为99.35%~105.88%。该研究建立的电化学传感器具有响应时间短、线性范围宽、检出限低、重现性好、稳定性佳、选择性和准确度高等优点,为快速准确检测食品着色剂提供参考。
    2023-01-28 , DOI:
    摘要:
    为研究不同紫甘蓝花青素含量对大豆分离蛋白基智能指示膜性能的影响,提高指示膜的综合包装性能,考察指示膜对巴氏杀菌乳新鲜度的监测效果。以大豆分离蛋白(Soy Protein Isolate,SPI)为原料,添加紫甘蓝花青素(Purple Cabbage Anthocyanins,PCA)制备指示膜,对其结构、热性能、机械性能、色度及其稳定性和pH敏感性进行表征和分析,并将指示膜应用于巴氏杀菌乳新鲜度监测中。结果表明:相对于大豆分离蛋白膜,含有4%(质量分数紫甘蓝花青素的指示膜,拉伸强度从2.46 MPa增加到3.77 MPa,断裂伸长率从105%增加到131%;与标准白的色差从21.23增加到52.88,指示膜明度降低,色度偏黄绿色,熔融温度比SPI膜升高了3℃。指示膜的色度在常温下5 d内不出现可视性色差,但pH敏感性强。将指示膜应用于巴氏杀菌乳新鲜度监测中,指示膜的颜色随着牛乳变质由绿变红,指示膜与原始膜的色差变化与巴氏杀菌乳的pH值变化呈相反趋势,且色差可视。因此,该指示膜具有监测巴氏杀菌乳腐败过程的潜力,应用前景广阔。
    2023-01-28 , DOI:
    摘要:
    针对稻谷竖箱式干燥段内粮层气流分布不均匀等问题,基于稻谷四向通风混流干燥工艺,设计了一种适用于四向通风混流干燥段的双侧进气变径角状管,用于提高粮层气流分布均匀性和保持稻谷品质。基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)和多孔介质传热传质基本理论,建立稻谷层内热湿耦合传递的数学模型,通过运用Fluent软件对干燥段内稻谷静态流场和温湿度分布情况进行数值模拟。研究表明:采用双侧进气变径角状管的干燥段,有效解决了粮层流场和温湿度沿进气角状管纵向分布不均问题。采用自主研制的四向通风混流干燥试验台,应用二次回归正交旋转组合试验方法进行了参数优化试验,优化参数组合:热风温度43 ℃,角状管进口风速为4.1 m/s,初始含水率值为18.2%时,干燥速率为1.116 %/h,爆腰率增值为1.7%,食味值为80.33,试验结果与优化结果相符合,稻谷干燥不均匀度为0.7%,干燥效果较优,采用双侧进气变径角状管的干燥段和优化干燥参数具有实际应用价值。
    2023-01-28 , DOI:
    摘要:
    中国是果蔬消费大国,但在果蔬产后检测装备方面相对滞后。针对目前在线装置无法采集类球形果蔬全表面图像信息且无法精确计算缺陷面积的问题,该研究以表面缺陷面积、果径以及果重等外部品质的快速无损检测为目标,提出类球形果蔬全表面图像合成算法,设计了一套类球形果蔬外部品质在线检测及分级装置。该研究以苹果为例,提出图像灰度校正算法,基于球模型提出苹果缺陷面积校正算法,并且利用果径信息建立果重模型。通过实验验证,对苹果表面图像进行分割合成后,整体的图像的漏检率为0。提出缺陷面积校正算法,可以计算图像中位于任意位置的苹果缺陷真实面积,选取了120个样本进行验证,其中擦伤样本、碰伤样本、痘斑病样本、表面腐败样本各30个。擦伤样本缺陷面积预测值与真实值的决定系数R20.9787,标准误差RMSE(Root Mean Squared Error)为3.5774 mm2,偏角实验中R20.9758,RMSE为3.4663 mm2碰伤样本缺陷面积预测值与真实值的R20.9730,RMSE为3.9819 mm2,偏角实验中R20.9742,RMSE为4.0624 mm2。痘斑病样本缺陷面积预测值与真实值的R20.9708,RMSE为3.8366mm2,偏角实验中R20.9779,RMSE为3.8953 mm2表面腐败样本缺陷面积预测值与真实值的R20.9812,RMSE为3.1781 mm2,偏角实验中R20.9748,RMSE为6.3044 mm2。采用50个样本进行苹果果径动态检测试验,果径的相关系数R20.9410,RMSE为2.0915 mm;利用50个样本预测果重与实际果重的R20.9386,RMSE为15.4641 g;装置的检测速度为2个苹果/s,评级准确率为95%,检测与苹果评级精度较高,工作较为稳定,实现了苹果外部缺陷的检测与分级评价,为类球形果蔬的外部品质检测提供了技术支撑。
    2023-01-28 , DOI:
    摘要:
    为了探究胡萝卜抗冻蛋白、亚冻结温度对不同冻融循环面团的性质影响,该研究将胡萝卜抗冻蛋白按照0.5%的比例添加到面团中,并以未加入胡萝卜抗冻蛋白的面团作为对照。将所制备面团用保鲜膜包裹后在室温下醒发40min,按照后续测定指标要求将面团分为若干20g的球体,并将其装入托盘中利用保鲜膜包裹,在-30℃放置10min、45min、50min(对应保藏温度分别为4、-12、-18℃),分别转移入4℃、-12℃、-18℃冰箱中进行冻藏/冷藏24h,取出于室温下分别进行0min、45min、50min的解冻,至中心温度为4℃,以此为1个冻融循环,共进行5个冻融循环。通过对每个循环中面团的失水率、含水率、可冻结水含量、质构特性(硬度、弹性、凝聚性、咀嚼性等)、pH变化等的测定,进而研究胡萝卜抗冻蛋白对冷冻面团在冻藏期间经过反复冻融后品质变化的影响。结果表明:添加胡萝卜抗冻蛋白后的面团的数项指标均优于对照组面团,且-18℃和-12℃水平的各项指标均显著性优于4℃,而-12℃和-18℃的指标测定结果之间相差不大。此实验为胡萝卜抗冻蛋白在冷冻面团中的应用以及优化冷冻储藏温度等提供了一定的参考依据。
    2023-01-19 , DOI:
    摘要:
    毛乌素沙地是典型的生态脆弱区,近年来针对其在榆林境内的沙地整治利用取得显著成效,也对土壤环境产生了深刻影响。为了探究由沙地转变的不同土地类型下土壤有机质的含量变化,明晰沙地不同整治利用方式对土壤有机质的影响。该研究选取榆林市显性沙地,利用多光谱遥感影像及相关光谱指数,结合沙地土地利用变化特征,通过XGBoost机器学习方法,反演1990—2020年土壤有机质含量;分析不同土地类型下土壤有机质含量变化,通过半变异函数揭示了其空间变异性,厘清人为因素和自然环境的影响程度。结果表明,30年间榆林5460 km2沙地中超过半数得到整治和利用,沙地-草地是最主要的地类转变方式,建设用地面积增长最迅速,增速一度超过70%;沙区土壤有机质含量上升,但整体呈现先增加后降低的趋势,有机质均值由0.34%增长至0.79%,近十年降低至0.51%;榆林沙区土壤有机质具有较强的空间自相关性。起初,人为利用对其有积极作用,但随着沙地的利用强度增大,对土壤有机质产生负向作用,进而致使其含量下降,面临土地退化危机。建议加强退化林草修复改良,放缓开发力度,以期为沙地整治提供理论和实践借鉴意义,保护榆林沙地土壤环境安全。
    2023-01-16 , DOI:
    摘要:
    为了解决多波束渔用声呐主机在远洋渔船高温、高湿环境下工作时面临的散热问题,该研究从多波束渔用声呐主机的散热分析出发,运用传热学和结构设计的相关理论,对渔用声呐主机进行了热设计。首先对声呐主机结构和内部设备的研究;然后,运用系统分析法对渔用声呐的整个散热过程进行了分析;其次,利用热仿真软件对声呐主机的散热过程进行仿真模拟,仿真声呐主机在20、30、40、50 ℃的环境温度下散热能力的表现,对声呐主机热设计前后的温度分布进行了对比;为了验证声呐主机的真实散热能力,搭建了声呐主机散热测试平台。结果表明,结合声呐主机的工作环境,确定了强迫对流与自然冷却结合的散热方式;提出针对性的散热建议;优化了风道设计,将4条风道的设计作为声呐主机的散热方案、选用了符合声呐主机散热要求的散热风扇、得到了声呐主机的温升控制在25 ℃以内、热量堆积现象大幅改善;通过散热试验结果显示,热设计后的渔用声呐主机散热能力大幅提升,声呐主机的温升控制在25 ℃以内,各板卡之间的温度控制在5 ℃以内,验证了仿真分析结果,在热源与主机外部环境之间形成了一条低热阻的通道,提高了声呐主机的工作稳定性,为声呐主机在远洋渔船高温、高湿环境下正常工作提供了解决方案和理论分析方法。
    2023-01-16 , DOI:
    摘要:
    旨在为探究采用高光谱技术反演冻结状态土壤水溶性盐基离子含量的可行性,该研究针对河套灌区盐渍化土壤,测定土壤在冻结与未冻结状态下的光谱和主要水溶性盐基离子含量(HCO3-、Cl-、CO32-、SO42-、K+、Na+、Ca2+、Mg2+),光谱经标准正态变量变换(Standard Normal Variable,SNV)和变量投影重要性法(Variable Importance in Projection,VIP)筛选出敏感波段后,采用偏最小二乘回归法(Partial Least Squares Regression,PLSR)、支持向量机回归法(Support Vector Regression,SVR)和极限学习机法(Extreme Learning Machine,ELM)构建基于特征光谱的土壤离子含量高光谱反演模型,并对比冻结与未冻结状态反演模型的精度。结果表明:在冻结状态下,不同离子的反演精度存在很大差异,其中Cl-和K+的预测精度极高(相对分析误差大于2.5),SO42-、Ca2+和Na+预测精度较好(相对分析误差在2.0~2.5之间),其余离子预测效果较差;3种回归方法中,ELM模型精度最高,SVM模型次之,PLSR模型最低。冻结和未冻结状态下离子的最优反演模型相同,但冻结状态下Cl-、SO42-、K+和Na+反演精度比未冻结状态高,而Ca2+和Mg2+反演精度比未冻结状态低且Mg2+的反演精度差别最大。各离子最优反演模型与未冻结状态下的相对分析误差相比变化为-34.45%~24.43%。该研究构建的VIP-ELM模型为季节性冻土区盐渍化土壤盐基离子的高光谱监测提供了一种可靠途径。
    2023-01-16 , DOI:
    摘要:
    明晰西北旱区休闲期土壤盐分淋洗定额的空间分布特征,对于水资源有效利用、土壤盐渍化防控具有重要意义。然而受制于土壤盐分、土壤质地的空间变异性,在某一点尺度获得的盐分淋洗定额难以全面反映区域的情况。本研究以南疆阿拉尔灌区为例,采用统计学和空间插值相结合的方法,确定了灌区土壤盐分、土壤质地的空间分布特征;并通过划分模拟单元,建立基于SHAW模型的灌区尺度分布式模型,得到了不同灌水模式下适宜的盐分淋洗定额空间分布特征。结果表明:阿拉尔灌区土壤盐分呈现出“西多东少,南多北少”的分布特征;不同深度土壤颗粒含量均以砂粒和粉粒为主,土壤质地主要为粉壤土和砂壤土(占比约36.81%和19.44%);土壤含盐量和土壤砂粒含量是影响盐分淋洗定额的主要因素,三种灌水模式(只冬灌、只春灌、冬灌+少量春灌)中,冬灌+少量春灌(20m3/亩)处理综合权衡了冬灌和春灌的优势,灌区内适宜冬灌定额主要介于100~150m3/亩之间,最有利于节水灌溉和作物出苗。本研究可为当地水资源优化调配和土壤盐渍化防控提供参考。
    2023-01-12 , DOI:
    摘要:
    为研究种植密度与调亏灌溉对玉米蒸发蒸腾和产量的影响,该研究2017—2019年连续3 a设置2个种植密度(常规低密度、高密度)和不同灌溉处理开展田间试验,研究不同种植密度与调亏灌溉对玉米耗水和产量的影响。2017年设当地灌溉(W1)、充分灌溉(W2)、全生育期轻度亏缺(W3)、抽穗期充分灌溉其余生育期轻度亏缺(W4)4个水分处理;在2017年试验结果基础上,2018年调整了试验设计,设充分灌溉(W2)、营养生长阶段(苗期末、拔节期)轻度亏缺(W5)、营养生长阶段中度亏缺(W6)3个水分处理;2019年设充分灌溉(W2)、营养生长阶段和灌浆末期轻度亏缺(W7)、营养生长阶段和灌浆末期中度亏缺(W8)3个水分处理。测定和计算了玉米植株茎流、棵间蒸发、冠层覆盖度、产量等指标。结果表明:玉米单株茎流速率受种植密度和水分亏缺的影响明显,复水可以缓解水分亏缺造成的茎流速率降低。高种植密度下,玉米植株对水分胁迫的反映更为敏感,相同水分亏缺程度会造成更严重的减产。相较于低种植密度(当地密度),充分灌溉下(W2)增大种植密度使2017、2018、2019年玉米产量分别提升15.82%、34.89%、22.64%;高密度处理下,相较于当地的经验灌水模式,在作物营养生长阶段后期及灌浆后期进行轻度亏水处理可在产量下降不显著的情况下节水约23.14%。因此,增大种植密度并在作物营养生长阶段后期及灌浆后期进行轻度亏水,可在显著增大产量的同时大幅减少耗水,该结果为西北地区玉米进一步节水增产提供科学依据
    2023-01-12 , DOI:
    摘要:
    季节性冻土区占据中国超过一半的国土面积,冻融作用会显著改变土壤性质与包气带水、热传输过程,并且由于季节性冻土广泛分布在干旱半干旱地区,温度与气态水对于土壤水分运移影响显著,开展水汽热耦合研究不仅更符合季节性冻土区实际情况,同时对于揭示土壤水循环机制十分关键。本文回顾了包气带水汽热耦合运移理论的提出与发展历程,阐述了季节性冻融作用对水汽热耦合运移研究中水力参数及水分相态转化过程的影响,探讨了水汽热耦合模型适用性,并归纳总结了温度梯度驱动下气态水运移规律及其重要性。最后,对该领域尚需加强研究的方向提出看法与建议,以期为深化包气带水汽热耦合运移理论以及解决季节性冻土区相关实际问题提供科学依据。
    2023-01-12 , DOI:
    摘要:
    全球气候变化直接影响作物生产。玉米是我国种植面积最大的粮食作物,系统探究未来气候变化对其生产力的影响对保障玉米高产稳产和粮食安全具有重要意义。本文基于SSP126和SSP585两种气候情景1981—2100年的逐日气象资料以及中国气象局农业气象观测站的生育期数据和土壤数据,分析了未来气候情景下我国玉米全生育期内农业气候资源的变化规律,并使用调参验证后的农业生产系统模拟模型(APSIM-Maize)模拟未来气候变化背景下玉米光温潜在产量和雨养潜在产量,进一步解析了气候变化对我国玉米主产区高产性和稳产性的影响。研究结果表明:(1)未来气候情景下,我国玉米主产区生育期内气温呈升高趋势,且北部增温幅度高于南部;≥10oC有效积温总体呈增加趋势,SSP585气候情景下的升温幅度高于SSP126气候情景;降水量年际波动大,变化趋势不显著,SSP126情景下略有增加,SSP585情景下略有减少;太阳总辐射呈先增加后减少趋势。(2)若不采取适应措施,未来气候变化使玉米全生育期、营养生长期和生殖生长期总体呈缩短趋势,且SSP585情景下缩短幅度大于SSP126情景,2080s缩短幅度大于2030s和2050s。(3)无适应措施条件下,未来气候变化使研究区域玉米光温潜在产量和雨养潜在产量总体呈下降趋势,SSP585情景下较SSP126情景下减产效应更大,两个情景光温潜在产量减产率平均值分别为13.8%和11.9%,雨养潜在产量减产率平均值分别为17.5%和14.0%。玉米潜在产量的稳定性略有提高,但区域间存在差异。
    2023-01-12 , DOI:
    摘要:
    准确可靠且预见期较长的月径流预测对水资源配置、防汛抗旱以及生态环境保护等具有重要意义。径流变化与降水、气温、潜在蒸散发以及前期径流等存在密切联系。鉴于Vine Copula可以灵活地将多个随机变量的边缘分布函数通过Copula对的形式联结起来构造多维联合分布函数以及贝叶斯模型平均(Bayesian Model Averaging,BMA)在处理多模型集合预报方面的优势,该研究基于BMA集合多个Vine Copula模型提出了一种BVC径流预测模型(简称BVC模型),应用于黄河流域上游4个水文站(唐乃亥站、民和站、红旗站和折桥站)的月径流预测,采用确定性系数(R2)、纳什效率系数(Nash–Sutcliffe Efficiency coefficient,NSE)和均方根误差(Root Mean Squared Error,RMSE)评价模型的预测性能。结果表明,验证期内预见期为1~3个月时,BVC模型在各水文站的R2均高于0.83、NSE均高于0.78且RMSE均维持在较低水平;与随机森林(Random Forest,RF)模型和长短期记忆神经网络(Long Short-Term Memory Neural Network,LSTM)模型相比,BVC模型能够很好地预测各水文站月径流的变化过程,特别是月径流极值的变化。研究表明BVC模型在预见期为1~3个月时的月径流预测性能明显优于RF模型和LSTM模型。该研究构建的BVC模型为流域的水资源管理和风险评估等提供参考。
    2023-01-12 , DOI:
    摘要:
    流域土壤侵蚀预测对于了解未来土壤侵蚀发展趋势,制定未来水土保持治理策略具有重要意义。为了提出一种适用于黄土高原地区的易于评估未来不同土地利用管理策略的土壤侵蚀预测方法,本研究基于地形、降雨、土壤、遥感影像数据,完成韭园沟流域2010—2020年的土地利用空间分布解译,并计算历史时期(2010-2020)的土壤侵蚀模数,基于FLUS模型完成流域2025年土地利用分布状况预测,以此为基础获得未来植被覆盖措施因子B和耕作措施因子T,结合CSLE模型预测2025年自然发展、经济增长、生态保护3种不同土地利用变化情景下土壤侵蚀状况。结果表明:1)韭园沟流域土地利用类型主要为草地(面积占比62.23%)和林地(28.41%),其次是耕地、建筑物和水体,在2010—2020年期间土地利用空间分布格局经历了较大变化,林、草地面积增加8.36%,耕地面积减少30.3%。2)流域2010、2015、2020年这3 a间土壤侵蚀模数平均值分别为19.49、15.83、20.7 t hm-2 yr–1,整体呈现先降低后增加的趋势,不同土地利用类型的土壤侵蚀模数由大到小为耕地(40.56 t hm-2 yr–1)、草地(18.79 t hm-2 yr–1)、建设用地(10.25 t hm-2 yr–1)、林地(8.02 t hm-2 yr–1)。3)在积极的生态保护情景下,2025年林、草地面积相比自然发展和经济增长情景分别增加1.63%、5.06%,耕地面积相比自然发展和经济发展分别减少1.2%、14.73%。4)2025年流域自然发展、经济增长、生态保护情景下土壤侵蚀模数分别为24.3、22.9、18.3 t hm-2 yr–1。采取积极的生态保护情景发展模式,建设用地面积适度扩张可以兼顾生态保护和经济发展的需要。该研究为流域未来的土地利用规划以及水土保持治理提供了参考,同时提供了一种快速、高效的不同土地利用情景土壤侵蚀预测方法。
    2023-01-12 , DOI:
    摘要:
    作为生防菌的枯草芽孢杆菌XP (Bacillus subtilis subspecies stercoris strain XP) 不仅具有较强的耐硒与耐盐能力,而且还可将毒性较高的无机硒转化为安全性高、生物活性好的纳米硒 (SeNP),然而目前其合成SeNP的效率并不高。为提升菌株XP生物合成SeNP的效率,本研究针对其合成工艺条件做了进一步优化。首先,通过单因素试验,初步筛选出适宜范围量值的初始Se (IV)浓度、摇床转速、XP接种量;其次,将这三个因子作为影响因素,以SeNP产量为响应指标,利用Box-Behnken响应面法 (RSM) 进行分析;最终,通过响应面法获得枯草芽孢杆菌XP产SeNP的最优发酵工艺条件。研究结果表明,枯草芽孢杆菌XP合成纳米硒的最佳发酵条件为:初始Se (IV) 3.4 mmol/L、摇床转速157 r/min、菌株XP接种量9.9%,此发酵条件下纳米硒的产量达到1.82 mmol/L,相对优化前提升了60%以上。此外,通过种子发芽实验,进一步证明此工艺条件下合成的纳米硒具有较高的生物活性,可有效提升油麦菜种子活力,促进种子萌发。
    2023-01-09 , DOI:
    摘要:
    乡村治理是国家治理的基石,开展乡村治理现代化战略研究对于明晰我国乡村治理现代化中长期战略部署方向、助力国家治理体系与治理能力现代化具有重要意义。本文立足工程科技创新视角,科学剖析了乡村治理现代化对工程科技创新的战略需求,详细分析了工程科技赋能我国乡村治理现代化的中长期战略构想、重点任务与政策建议。研究结论表明,我国已进入新的发展阶段,利用工程科技推进乡村治理现代化已具备一定基础,但同时面临着现代治理技术应用滞后、治理主体不协同、治理效率不高等问题。面向2050年,在乡土中国向城镇中国、传统社会向信息社会、全面小康向共同富裕转变进程中,建议聚焦乡村公共服务、公共管理、公共安全、环境治理等乡村治理重要领域和关键环节,推动工程科技与乡村治理深度融合,积极构建起“政策环境支撑、现代科技支撑、工程项目支撑、高素质人才支撑”的乡村治理现代化支撑体系,助力实现党建引领下的乡村自治、德治、法治与智治相融合的现代化治理目标,支撑乡村振兴与共同富裕的实现。
    2023-01-06 , DOI:
    摘要:
    土壤盐渍化是干旱灌区农业可持续发展亟待解决的关键问题,膜下滴灌加适宜的节水控盐灌溉制度可有效控制根区土壤盐分,并提升作物产量。该研究以河套灌区玉米膜下滴灌田间试验为基础,应用农业水文过程模型(Agro-Hydrological & Chemical and Crop systems simulator, AHC)模拟分析了膜下滴灌农田土壤盐分胁迫和玉米产量对不同灌溉制度的响应,以期获得不同程度盐渍化土壤膜下滴灌玉米适宜的节水控盐灌溉制度。结果表明,轻度盐渍化土壤灌水下限为-20 kPa时,与不淋盐处理相比,淋盐处理平均盐分胁迫系数可提高12.4%,产量可提高16.9%,水分利用效率提高2.2%;中度盐渍化土壤灌水下限为-15 kPa时,与不淋盐处理相比,淋盐处理平均盐分胁迫系数可提高31.1%,产量可提高25.2%;重度盐渍化土壤灌水下限为-10 kPa时,与不淋盐处理相比,淋盐处理平均盐分胁迫系数提高74.1%,产量可提高50.2%。轻、中、重度三种盐渍化土壤,玉米膜下滴灌适宜节水控盐的灌水下限分别为-20 kPa、-15 kPa和-10 kPa,次灌水量为对应灌水下限无淋盐处理的灌水量与淋盐水量之和。研究为河套灌区及类似干旱灌区玉米农田土壤水盐调控与灌溉管理提供科学依据。
    2023-01-06 , DOI:
    摘要:
    咸干花生是我国最受欢迎的休闲食品之一,不同花生品种之间原料特性差异较大,对咸干花生的加工品质有不同程度的影响。为获得适于加工咸干花生的花生品种,本试验以14种花生为原料制备咸干花生,通过花生原料的理化特性与咸干花生加工品质的相关性,进行主成分分析和聚类分析,对花生原料进行筛选。结果表明:咸干花生综合指标的3个主成分累计方差贡献率达87.50%,综合得分前3的花生品种为蓝山红籽、DL123和四粒红。由聚类分析可将14种咸干花生分为3类,其中综合得分最高的蓝山红籽、DL123和四粒红花生均为同一类别,这类花生具有花生籽仁中等偏小,蛋白质和灰分含量高,脂肪含量中等偏上的特点,可为咸干花生加工原料的选择提供理论参考。
    2023-01-06 , DOI:
    摘要:
    为解决糙米口感差,食用不便等问题,以糙米和籼米为原料,采用双螺杆挤压和高温干燥制备糙米速食米粥。在单因素实验基础上,通过Plackett-Burman设计对影响速食米粥的感官评分和复水时间的7个因素进行筛选,确定4个显著因素(淀粉直/支比、复合改良剂用量、物料含水量和干燥温度)。再采用响应面Box-Behnken设计进一步优化4个显著因素,得到最佳制备工艺条件为淀粉直/支比 0.26,复合改良剂用量0.65%,物料含水量35.4%,干燥温度165 ℃。此工艺条件下,糙米速食米粥感官评分为94,复水时间为5.3 min。并通过DSC和扫描电镜对糙米速食米粥的结构表征进行分析,结果表明复合改良剂和淀粉直/支比调配可以提高糊化温度和降低焓变值,使淀粉变得跟稳定,更易被糊化;添加复合改良剂和高温干燥能促进粥体孔洞形成,提高其吸水能力,缩短米粥的复水时间。
    2023-01-06 , DOI:
    摘要:
    Hot air assisted radio frequency (RF-HA) drying with multistage tempering was applied for post-harvest treatment of rough rice. The effects of RF-HA drying were explored about various parameters such as electrode gap (100 mm, 110 mm, 120 mm), drying temperature (50°C, 55°C, 60°C) and air velocity (0.5 m/s, 1.5 m/s, 2.5 m/s) along with hot air (HA) drying on milled rice quality. In this study, optimal HA-RF drying condition was recorded at electrode gap of 110 mm, temperature of 60°C and hot air velocity of 2.5 m/s. After milling, the head rice yield (HRY), broken percentage, chalkiness, length to width (L/W) radio, percentage of unsound kernels, fatty acid content and degree of freshness were estimated. Results indicated that RF assistance significantly enhanced HRY and degree of freshness while reducing the broken percentage by up to 16.21%, 36.48% and 42.24% respectively, as compared to HA drying. Yellowness, length to width ratio and fatty acid content of RF-HA and HA dried samples were statistically no significant, while chalkiness of RF-HA dried rice was slightly higher than HA dried samples. The research findings are critical for application of RF-HA drying on industrial scale to improve the quality of milled rice.
    2023-01-03 , DOI:
    摘要:
    基于深度卷积神经网络的目标检测模型在训练数据缺乏时会导致模型的检测性能下降,甚至出现过拟合现象。基于GAN的数据增强方法可以生成与原始数据集同分布的目标图像,能够有效解决训练数据缺乏的问题。然而GAN生成的目标图像与背景图像相融合时采用逐像素相加或直接像素替换生成新图像的方法会造成融合图像边界突出,且当被融和的目标图像和背景图像的颜色差异较大时,会产生融合图像的目标颜色与实际场景不符的问题。针对以上问题,本文提出了一种基于多尺度梯度生成对抗网络MSG-GAN的自适应图像融合数据增强方法。首先将训练样本中的目标图像提取出来,用于训练多尺度梯度生成对抗网络MSG-GAN,使其能够生成新的目标图像;其次,采用颜色直方图自适应地选择颜色相近的目标图像和背景图像;然后,采用泊松融合方法对自适应选择的目标图像和背景图像进行融合得到新图像,从而使得融合图像的目标边界更为平滑,减小融合图像中目标与背景之间的颜色差异;最后,将融合图像加入到原始训练集得到增强训练集,对目标检测模型进行训练。对自然场景下的高原鼠兔目标检测的实验结果表明:本文所提出的数据增强方法训练的目标检测模型的平均精度为89.3%,高于未数据增强方法 (86.5%)、Cutout 方法(87.2%)、Random Erasing 方法(87.9%)、Kisantal的方法(87.0%)和Maeda方法(87.9%)训练模型的平均精度。
    2023-01-03 , DOI:
    摘要:
    减排技术适用性评估的缺失,限制了区域水稻生产精准减碳政策的制定和我国双碳战略“1+N”体系的完善。本研究通过对湖南水稻生产现状分析和干湿交替(AWD)甲烷(CH4)减排技术区域适用性评估,力求为湖南水稻主产区提供精准的丰产减排协同措施。收集2016-2019年湖南水稻生产数据及各地市多年(1960-2017年)气象数据,利用基于稻田水分平衡模型的AWD适用性评估方法并结合地理信息系统工具,评估了AWD技术在湖南稻区的适用性及其加权CH4减排潜力。结果表明:2016-2019年湖南水稻播种面积呈下降趋势且呈“双变单”的特点;而水稻单产稳步增加,单季稻4年内年均单产为483.92公斤/亩,比双季早、晚稻分别高21.69%、13.19%。在湖南省地市和县区两级层面上,AWD适用性均具有显著的时间和空间差异,在地市层面上,株洲市最适宜执行AWD措施,这可能源于其较少的降水和较高的土壤渗透率。而相比早稻和中稻,晚稻更适宜实施AWD技术。降雨是影响AWD技术适用性的关键因素,湖南地区晚稻期间较少的降水和较高的温度为AWD措施的执行提供了基础。AWD措施在湖南稻区有较大的减排潜力(51.16%),考虑适用性情景的AWD加权减排量达47.13万吨,占全国稻田CH4排放的5.29%。在确保稻谷供应的基础上,因时因地制宜的实施动态AWD精准调控技术,是湖南水稻生产低碳转型高质量发展的关键举措。
    2023-01-03 , DOI:
    摘要:
    生态沟渠是中国南方地区农业面源重要拦截磷污染的措施,受生态沟渠自身特征和环境因子影响,不同研究中生态沟渠对磷的去除效率差异较大。通过文献检索平台CNKI和Web of Science,收集研究磷在生态沟渠迁移转化过程的文献,经过筛选后,建立生态沟渠磷迁移数据库,共包含334项数据,通过统计分析系得到生态沟渠对TP的平均去除效率为47.16%。基于Mann-Whitney U检验和K-W检验方法,分析不同因素(植被类型、沟渠材质类型、强化措施、气候温度、水力停留时间)对生态沟渠TP去除效率的影响。研究结果表明:不同植被类型中,多种人工植被的生态沟渠去除效果最好,其TP平均去除效率为53.93%;不同沟渠材质中,边坡半衬砌的生态沟渠的TP平均去除效率为58.22%,效果最佳;不同强化措施类型中,基质类更有助于提高生态沟渠对TP的去除效果,其去除平均去除效率达到53.53%;不同气候温度区间中,温度在>25~35℃时生态沟渠对TP去除效率最高,平均值为57.18%;不同水力停留时间条件下,超过24h时生态沟渠对TP的平均去除效率最佳,达到72.12%。该研究成果可为中国南方生态沟渠磷拦截效应评估、沟渠设计提供技术支撑。
    2023-01-03 , DOI:
    摘要:
    准确识别农作物病害并及时防护是保障农作物产量的重要措施。针对传统农作物病害识别模型体积大,准确率不高的问题,提出一种基于注意力机制和多尺度特征融合的轻量型神经网络模型(Lightweight Multi-scale Attention Convolutional Neural Networks,LMA-CNNs)。首先,为减少参数量,使模型轻量化,网络主体结构采用深度可分离卷积;其次在深度可分离卷积基础上设计出残差注意力模块和多尺度特征融合模块;同时引入Leaky ReLU激活函数增强负值特征的提取。残差注意力模块通过嵌入通道和空间注意力机制,增强有用特征信息的权重并减弱噪声等干扰信息的权重,残差连接能够有效防止网络退化。多尺度特征融合模块利用其不同尺度的卷积核提取多种尺度的病害特征,提高特征的丰富度。试验结果表明,LMA-CNNs模型在59类公开农作物病害图像测试集上的准确率为88.08%,参数量仅为0.14×107,优于ResNet34、ResNeXt、ShuffleNetV2等经典神经网络模型。通过比较不同研究者在同一数据集下所设计的网络模型,进一步验证LMA-CNNs模型不仅拥有更高的识别精度,还具有更少的参数。该研究提出的LMA-CNNs模型较好地平衡模型复杂程度和模型识别准确率,为移动端农作物病害检测提供参考。
    2022-12-16 , DOI:
    摘要:
    气候变化显著改变了内蒙古地区的热量资源和春玉米空间布局,并对春玉米需水量和产量产生影响。本文基于内蒙古113个气象站点及统计作物系数值,分析了气候变化背景下积温(≥10 ℃)及春玉米栽培模式(早熟、中早熟、中熟、中晚熟和晚熟)的空间变化,并在此基础上计算了春玉米生长季有效降雨量和作物需水量,同时分析了气候变化对春玉米产量的影响。结果如下:1)1959-2018年内蒙古地区积温呈增加趋势,2009-2018年较1959-1968年积温增加了307℃,积温等值线发生明显偏移。不同熟型春玉米边界线北移东扩明显,中东部地区春玉米由不适宜种植区向早熟型和中熟型转变。2)1959-2018年春玉米生长期有效降雨量为114mm,整体呈下降趋势。作物需水量为481mm,整体呈显著增加趋势。作物需水量与有效降雨量和地下水补给量耦合度在0.02~0.40之间,整体呈下降趋势。3)气象因子中,温度呈上升趋势,其余因子整体呈下降趋势,逐步回归分析表明,降雨为影响该地区春玉米产量的主要因子。本研究可为内蒙古地区春玉米空间布局及水资源调配提供合理依据。
    2022-12-16 , DOI:
    摘要:
    在作为中国“一带一路”倡议的先试区和重点区的中巴经济走廊,极端降水事件是导致洪涝灾害频发的主要原因,因此有必要开展极端降水事件研究,促进其有效风险管理,进而推动中国“一带一路”战略的顺利开展。该研究利用中巴经济走廊0.25°×0.25°的逐日降水数据集从强度、面积、持续时间3个方面进行极端降水事件的识别,通过强度-面积-持续时间(Intensity-Area-Duration,IAD)包络线分析三维特征的相关关系,分析中巴经济走廊多年以来极端降水的变化趋势。结果表明:1)1961—2013年间,中巴经济走廊年降水量呈现波动上升趋势;2)根据极端降水三维特征利用 IAD 聚类模型识别历史时期极端降水事件,发现2—4 月、7—8 月的旱雨季是极端降水事件的高发期,一年内极端降水事件频次出现明显的双峰值现象。同时极端降水事件逐年呈现波动增加趋势,但是增加趋势不显著;3)持续 1 d 极端降水事件单次影响面积呈现明显的上升趋势,其余事件处在波动状态,趋势不明显,极端事件影响的范围随时间推移在进一步扩大;4)随着时间的推移,持续 1 d 极端降水事件相对强度有明显的增加趋势,持续 3 d 事件也在增加但不明显,持续 5 d 和7 d 事件无显著趋势,呈波动变化,总体上极端降水事件强度增加。
    2022-12-08 , DOI:
    摘要:
    针对羊肉精和染色剂作用下的猪肉掺假羊肉分类检测问题,该研究提出并建立了一种检测速度较快、精度较高的注意力机制结合倒置残差网络模型,同时基于智能手机开发了对应的快速、准确检测应用软件。首先,对羊肉、不同部位猪肉、不同掺假比例下的猪肉掺假羊肉的原始手机图像,使用数据增强方式进行数据扩充;其次,用倒置残差结构替换残差网络框架中的原有残差结构,以减少网络参数量并加快模型收敛速度,同时,引入注意力机制(Convolutional Block Attention Module,CBAM),利用空间和通道特征对特征权重再分配,以强化掺假羊肉和羊肉之间的特征差异;然后,利用提出的注意力机制结合倒置残差网络(CBAM-Invert-ResNet)对样本进行训练并确定模型参数;最后,将训练好的网络模型移植到智能手机,以实现掺假羊肉的移动端检测。研究结果表明:与ResNet50相比,CBAM-Invert-ResNet模型的参数量减少了57.52%,模型大小减小了57.43%;针对背脊、前腿、后腿和混合部位猪肉的掺假,模型验证集的分类准确率分别为95.19%、94.29%、95.81%、92.97%;把建立的网络模型部署到移动端后,每张图片的检测时间约为 0.3 s。该研究可实现对羊肉精和染色剂作用下的不同部位猪肉掺假羊肉的移动端快速、准确分类检测,可为维护市场秩序和保护食品安全提供技术支持。
    2022-12-08 , DOI:
    摘要:
    以苹果新品种‘维纳斯黄金’为试材,研究了3次采收期果实(生长发育期分别为185d、192d、199d)分别用浓度为0μL?L-1(对照CK)和1.0μL?L-1 1-MCP处理后,在常温(20±0.5)℃条件下采后衰老和品质变化规律。结果表明,适期采收(采收期Ⅱ)能有效抑制‘维纳斯黄金’苹果果实采后生理代谢,维持果实较高的硬度和较好的品质;早采(采收期Ⅰ)果实硬度一直保持较高,但SSC和Vc相对较低;晚采(采收期Ⅲ)果实SSC保持较高,但贮藏中后期硬度、TA、Vc下降较快,耐贮性差。1-MCP处理对果实的作用效果与采收期有很大关系,常温贮藏25d期间,1-MCP处理的采收期Ⅰ果实的Vc质量分数以及采收期Ⅲ果实的SSC与CK差异均不显著,但1-MCP能显著保持贮藏中后期采收期Ⅱ果实的SSC和Vc质量分数。与CK相比,1.0μL?L-1 1-MCP处理(正文简称1-MCP处理)能显著(p?0.05)降低3次采收期果实的乙烯释放速率和呼吸强度,明显抑制或延缓呼吸高峰和乙烯峰值。从采收到贮藏结束,1-MCP处理对早采(采收期Ⅰ)和晚采(采收期Ⅲ)果实的淀粉含量、淀粉酶活性、纤维素质量分数、纤维素酶活性、丙二醛含量和过氧化氢含量与CK差异均不显著,但1-MCP处理能保持3次采收期果实较高的硬度和原果胶含量,明显延缓可溶性果胶含量和PG酶活性的上升,显著(p?0.05)抑制采收期Ⅱ贮藏中后期果实淀粉酶活性、纤维素酶活性、丙二醛含量和过氧化氢含量的上升、延缓淀粉转化和纤维素分解,从而较好延缓采收期Ⅱ果实的软化衰老。综合分析:荣成地区‘维纳斯黄金’苹果采收期Ⅱ(11月10日采收,可适当晚采2-3d)结合1.0μL?L-1 1-MCP处理贮藏保鲜效果最佳,适合长期贮藏,既能有效延缓果实软化衰老,又能维持果实较高的品质。
    2022-11-21 , DOI:
    摘要:
    国土空间生态保护修复是维护国家生态安全格局的重要保障,科学划定与管控保护修复关键区对维持区域生态系统功能与可持续发展具有重要意义。该研究以福建上杭县作为典型研究案例区,在综合生态系统完整性、系统性与生态效益的基础上,构建了“重要性-脆弱性-服务价值”的多维生态系统测度框架,进而分析了区域生态系统的多维特征、测度因子间的权衡与协同关系,运用空间聚类(分组分析)划定了生态保护与修复空间,并基于各分区的空间分异性及生态系统结构特征,提出分区管控措施。结果表明:1)上杭县生态系统具有较强的空间异质性,整体上呈现重要性较高、脆弱性程度低、服务价值较高的空间分异格局;2)上杭县各生态系统测度因子间协同与权衡关系并存,综合重要性、脆弱性和服务价值之间均为协同关系,生态系统保护与修复区域可能存在高度重叠;3)上杭县可划分为III-I-V(中等重要— 一般脆弱—极高价值)、III-III-V(中等重要—中等脆弱—极高价值)、III-II-V(中等重要—较为脆弱—极高价值)、III-III-IV(中等重要—中等脆弱—较高价值)、II-III-I(较为重要—中等脆弱—低价值)和IV-I-I(高度重要— 一般脆弱—低价值)六个分区,其中,III-I-V 和III-II-V两个分区面积较大,是区域发展的生态系统功能基底,各分区所在的土地覆被类型构成也存在明显的空间异质性,林地、灌丛、耕地和园地属于优势土地覆被类型;4)针对各分区空间分布及内部结构特征采取针对性、差异化的生态、经济管理政策和环境保护、修复措施,依据生态保护与修复措施将研究区进一步划分为生态保护区(生态保育区、绿色发展区、适度开发区)和生态修复区(生态修复区、保护修复统筹发展区)。研究结果可为区域国土空间生态保护修复规划与建设、生态安全格局维护提供较为科学、全面的研究思路和实践借鉴。
    2022-11-16 , DOI:
    摘要:
    水、能源与粮食是人类生活与发展进程中不可缺少的资源,水资源与能源的投入短缺及空间匹配不均衡会影响到粮食产量的增长。该研究运用洛伦兹曲线与基尼系数评估黄河流域上中下游各区域水资源、能源与粮食生产之间的匹配度,并基于柯布-道格拉斯函数引入粮食增长阻尼模型测算出黄河流域水资源与能源对于粮食生产的制约程度。结果表明:1)黄河流域水资源、能源对粮食的基尼指数呈现出先减小后增大情形,黄河下游区域的匹配度要比上中游区域更为合理,2019年,下游区域水资源、能源对粮食都呈现出高度匹配状态情形。2)黄河流域水资源对于粮食生产的阻尼系数波动较大,阻尼系数变化范围为0.005~0.032,且水资源对粮食增长阻尼作用呈现出6年一周期情形。能源对于粮食生产的阻尼作用呈现出稳步上升情形,且在2015后上增较快。在水资源与能源约束条件下,2019年黄河流域粮食产量增长要比上一年分别降低0.76%与5.28%。3)黄河流域水资源阻尼系数呈现出西部小东部大情形,能源阻尼效应呈中高约束状态集中在上游东部区域与下游区域,低约束状态集中于黄河中游区域。另外,黄河流域水资源与能源阻尼系数具有典型的空间集聚性特征,其中水资源阻尼效应H (High)-H (High)集聚区主要分布在黄河下游区域,能源阻尼效应L(Low)-L(Low)集聚区分布在中游北部区域。研究结果可为黄河流域粮食的稳定增长与资源有效配置提供科学依据。
    2022-10-27 , DOI:
    摘要:
    小麦条锈病和小麦黄矮病是严重威胁小麦生产的重大病害,病害的早期识别对病害防控具有重要意义。现有病害识别模型对相似表型症状识别困难,对早期病害的识别准确度低。为此,本研究构建了一种改进的快速区域卷积神经网络(Faster Regions with CNN Features,Faster-RCNN)的病害识别方法。该方法采用卷积核拆解和下采样延迟策略优化了深度残差网络(Deep Residual Neural Network,ResNet-50),用优化后的ResNet-50作为主干特征提取网络以增强所提取特征的表达力,同时简化模型的参数;并采用ROI (Region of Interest)Align改进ROI迟化层以降低特征量化误差,提升识别的精度。在自建的涵盖200余种不同发病时期、不同抗感性的小麦叶部图像数据集上进行试验,结果表明:改进的Faster-RCNN识别方法比其他SSD (Single Shot Multi-Box Detector)、YOLO(You Only Look Once)和Faster-RCNN网络模型的平均精度均值(mean Average Precision,mAP)分别提升了9.26%、7.64%和14.97%。对小麦条锈病、小麦黄矮病、健康小麦和其他黄化症状小麦识别的平均mAP可达98.74%;对小麦条锈病和小麦黄矮病轻、重症识别的平均mAP可达91.06%。同时,模型损失函数值降低最快,整体性能表现最优。进一步开发小麦病害智能识别系统部署研究模型,使用微信小程序进行田间小麦病害的识别。在最大并发100的条件下,小程序平均返回时延为5.024秒,识别返回成功率为97.85%,对两种小麦病害及其细分轻重症识别的平均准确率为93.56%,能够有效满足实际应用需求,可用于指导病害的科学防控。
    2022-03-14 , DOI:
    摘要:
    摘 要:实时准确地获取林农间作模式下的果树结构信息对推进新疆特色林果业的提质增效,增加农民收入,稳定脱贫攻坚成果,实现乡村振兴具有重要意义。该研究拟以新疆和田绿洲林农间作区为研究对象,提出一种综合高分遥感数据的纹理和光谱特征以及中分遥感数据的时序物候特征的主栽果树提取方法。基于GF-2遥感数据利用面向对象方法提取高分辨率的林田地块空间信息;基于多时相Sentinel-2遥感数据构建植被归一化指数(Normalized Difference Vegetable Index,NDVI)时间序列产品,并依据果树物候特征建立决策树模型,提取间作核桃、纯核桃、枣树和葡萄4种果园类型;最后将多时相的果园分类结果与高分的林田地块信息叠加,获取和田绿洲特色林果作物分布信息。该方法对2020年和田绿洲核桃、大枣和葡萄提取结果的用户精度和总体分类精度均在90%以上,Kappa系数为0.95,能够满足县市级尺度的林果遥感监测精度需求。基于遥感提取的和田绿洲主要林果作物面积为4.29×105 hm2,以核桃(间作和纯核桃)为主,间作核桃面积占比63.80%,其次为枣树(19.38%)和葡萄(3.30%)。该方法可为林农间作立体种植模式下的果树类型和面积精确信息提取研究提供有价值的参考和借鉴。
    2021-05-12 , DOI:
    摘要:
    乳酸菌发酵作为果蔬汁的一种绿色加工技术,不仅可以赋予产品独特的风味,还可以转化其中的活性物质,提高产品的营养价值和保健功效。该研究以湖北杂交枸杞为原料,使用6种乳酸菌(植物乳杆菌、嗜热链球菌、嗜酸乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、干酪乳杆菌及发酵乳杆菌)进行发酵,研究发酵前后枸杞果汁理化特性、主要活性成分及体外抗氧化变化,并利用主成分分析进行综合评价优选出理想的发酵菌株。结果表明,6种乳酸菌在枸杞果汁中生长良好,活菌数均能达到10.0 lg CFU/mL 以上。发酵后的枸杞果汁中总糖和还原糖含量显著降低(P<0.05),且植物乳杆菌和嗜热链球菌产酸能力更强,发酵后总酸含量达6.74、6.07 g/kg。与未发酵枸杞果汁相比,经植物乳杆菌、嗜热链球菌、鼠李糖乳杆菌和发酵乳杆菌发酵的枸杞果汁中总酚含量增加了13.76%~28.07%,而嗜酸乳杆菌和干酪乳杆菌发酵后无显著性差异(P>0.05)。6种乳酸菌发酵后枸杞果汁中总黄酮含量增加了55.80%~161.97%。发酵枸杞果汁的抗氧化活性与发酵前相比均有显著提高(P<0.05)。基于主成分分析的综合评价函数显示经植物乳杆菌、发酵乳杆菌发酵的枸杞果汁品质更优,适宜作为开发枸杞高值化绿色加工饮品的发酵剂。
    2021-05-12 , DOI:
    摘要:
    日光温室现行的温度调控方法对太阳能无法进行有效利用,造成大量浪费,在极端天气条件下不能取得良好效果,无法持续为植物提供适宜的生长环境。为解决上述问题,更好地改善温室墙体性能,本研究以复合无机相变材料为主体,再配以水泥、锯末等原料,制备成相变材料模块,并进行相关试验,测试相变材料水泥模块的蓄放热性能。而后将其固定于日光温室后墙骨架上,采集温室内温度数据,来研究其在实际生产环境中的蓄放热效果。结果表明F1水泥模块由6.4℃升到35℃单位体积蓄热量为92.6MJ/m3;F2水泥模块温度由7.6℃升到35℃单位体积蓄热量为102.1MJ/m3;F3水泥模块温度由8.3℃升到32℃单位体积蓄热量为95.1MJ/m3。F1水泥模块温度由35℃降到5.4℃单位体积放热量为75.8MJ/m3;F2水泥模块温度由35℃降到5.9℃单位体积放热量为92.5MJ/m3;F3水泥模块温度由32℃降到7.8℃单位体积放热量为84.2MJ/m3。在夏季不同天气条件下,三种相变材料都可吸收大量热量,降低温室温度峰值;在冬天夜间又可释放大量热量,提高温室最低温度,使植物始终处于环境相对适宜、温度变化较为平缓的生长环境中。
    2021-02-24 , DOI:
    摘要:
    为探究玉米秸秆、市政污泥的单一及其混样的热解特性和交互作用,基于热重分析法,在升温速率(10℃/min、20℃/min和30℃/min)下,对玉米秸秆、市政污泥及混样进行热重试验,同时采用Coats-Redfern积分法研究动力学特性。结果表明:玉米秸秆与市政污泥的热解特性差异大,残余率相差18.57个百分点,综合热解指数相差35.73×10-5,活化能E相差35.31~46.88kJ/mol。随着市政污泥的含量从10wt%到90wt%,热解起始温度由360.3℃下降至440.3℃,混样主热解区间由277.7~360.3 ℃变长,并且向高温区偏移,残余率由33.69%增加至45.83%,最大失重速率由7.88%·min-1下降至3.11%·min-1,综合热解指数由8.5×10-5下降至1.7×10-5。表明市政污泥虽改善了混样的热解起始温度,但同时也使热解区间增宽,残余率增加,失重速率变缓,综合热解指数降低。混样综合热解指数均不同程度低于相应理论值,表明二者共热解存在抑制作用。玉米秸秆单独热解过程所需活化能E大于市政污泥。升温速率增加低温段、高温段活化能不同程度增加。市政污泥比例从10wt%提高到90wt%,热解活化能由66.01~46.16kJ/mol降低至44.47~17.04kJ/mol。该研究可为玉米秸秆和市政污泥的利用提供基础支撑。
    2021-01-26 , DOI:
    摘要:
    为了实现谷物联合收割机收获时实时在线检测谷物的蛋白质含量并记录采样地理位置信息,研发了一种基于近红外光谱原理的谷物蛋白质含量在线检测系统,系统主要由近红外光谱传感器模块、螺旋采样输送机构、控制模块、GPS/北斗定位模块、工控显现一体机等组成。谷物联合收割机近红外光谱式蛋白质含量在线检测系统工作时,当联合收割机出粮搅笼排出的谷物经过螺旋采样输送机构,采样机构的步进电机根据检测速率要求由控制器控制并间断进行谷物输送,控制器同时控制近红外光谱传感器在步进电机停止转动时进行光谱采样,谷物的近红外光谱和GPS/北斗定位模块位置信号等数据由RS485总线传输至上位机。编制了近红外传感器和采样机构等的控制与数据处理分析软件,经谷物蛋白质含量预测模型处理后,将谷物蛋白质、采样位置信息等实时显示在终端上并保存。为了验证谷物蛋白质含量预测模型及在线检测系统的性能,开展了室内标定和田间系统动态测试试验,小麦蛋白质含量预测模型的决定系数R2为0.865,绝对误差范围为-0.96~1.22,相对误差范围在-7.30%~9.53%,预测标准差RMSEP值为0.638;水稻蛋白质含量预测模型的决定系数R2为0.853,绝对误差范围为-0.60~1.00,相对误差范围为-8.47% ~ 9.71%,预测标准差RMSEP值为0.516。系统田间测试试验表明,小麦蛋白质含量的最大相对误差为-6.69%,水稻蛋白质含量的最大相对误差为-8.02%,采样分析时间间隔对系统测试精度的影响不显著,系统稳定性和检测精度达到田间谷物蛋白质在线检测需要,为精准农业作业提供了科学依据。
    2021-01-26 , DOI:
    摘要:
    为研究发酵条件对甘肃河西产区本土酒酒球菌(Oenococcusoeni, O.oeni)酯酶累积活性的影响,以及在苹果酸-乳酸发酵(Malolactic fermentation,MLF)过程中对霞多丽干白葡萄酒酯类香气物质的影响,试验以甘肃省葡萄与葡萄酒工程学重点实验室鉴定保存的2株本土O.oeniGF-2、ZX-1和商业菌株VP41为供试菌株,在模拟酒中动态监测苹乳发酵过程中菌株的不同碳链长度底物(C2、C4、C6)酯酶活性,分析比较不同发酵条件(初始pH值、乙醇浓度、SO2添加量、发酵温度)对菌株产酶规律的影响关系和特点;通过微酿试验探讨供试菌株对霞多丽干白葡萄酒香气品质的修饰效应。结果表明,在不同pH值条件下,本土O.oeni菌株的酯酶活性明显高于商业菌株VP41,其中ZX-1的最大酯酶活性比VP41的高出约63.42%;乙醇浓度8%时,所有供试菌株均产生了最大酯酶活性,且本土O.oeni菌株具有更强的产酶能力;在不同SO2添加量影响下,两株本土O.oeni的酯酶累积活性均显著高于VP41的酶活性(P<0.05);18℃、22℃发酵温度下,GF-2的酯酶活性显著高于菌株VP41(P<0.05)。复合发酵试验结果表明:供试菌株的总酯酶活性依次为ZX-1>GF-2>VP41;虽然影响各菌株酯酶活性的主次因素不同,但所有供试菌株的最佳产酶条件均为乙醇浓度12%、pH3.6、SO2添加量30 mg/L、发酵温度22℃,其中以ZX-1的酯酶活性最高为620.973mU/mL,表现出较强的葡萄酒生境适应能力。对霞多丽干白葡萄酒微酿试验的分析显示:MLF后的酒样中共新增6种酯类物质(乙酸戊酯、乙酸庚酯、3-羟基丁酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯、反式-2-己烯酸乙酯、反式-4-癸烯酸乙酯),其中本土O.oeni发酵后的酒样中检测出2种具有果香味的特有香气物质(乳酸异戊酯、甲酸辛酯)。与商业菌株VP41相比,经本土GF-2、ZX-1发酵的酒样具有更浓郁的品种香和良好的余香持久性。综合分析,本土与商业O.oeni菌株均可以成功完成MLF,尤其是ZX-1具有较强的产酯酶能力且受发酵条件的影响显著,可有效提升霞多丽干白葡萄酒中的果香和花香类化合物含量,明显增强酒体的地域风格和典型性,更适宜作为甘肃河西走廊产区干白葡萄酒的MLF发酵剂。
    2020-11-04 , DOI:
    摘要:
    不同垫料生产方式因工艺差异导致垫料存在生物安全隐患,不利于垫料技术的推广,滚筒发酵具有高温、快速等优势,探讨其垫料生产过程的致病菌变化特征,可为解决产业问题提供支持。该研究以滚筒好氧发酵生产牛粪再生垫料过程为研究对象,采用平板培养法对夏季和冬季垫料生产过程中滚筒不同位置处奶牛乳房炎主要致病菌(大肠杆菌、链球菌、金黄色葡萄球菌和克雷伯氏菌)数量进行检测,同时检测了物料的理化特性,并进一步探究了影响奶牛乳房炎致病菌变化的主要因素。结果表明,夏、冬季滚筒发酵生产牛粪再生垫料过程中筒仓内温度较稳定,滚筒内部温度可维持在65 ℃以上;成品垫料的含水率均低于45%;链球菌和克雷伯氏菌在垫料成品中均未检出,夏季垫料成品中的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌检测数量高于冬季;Pearson相关性分析结果表明,在选取的理化指标中影响致病菌数量变化的最主要因素为滚筒温度,其次为总碳。该研究为滚筒发酵生产牛粪再生垫料的技术应用及推广提供支撑。
    2020-10-21 , DOI:
    摘要:
    为研究爆炒中食品多孔介质热/质传递机制及烹饪成熟和品质变化规律,考虑收缩-水分损失关系,基于多孔介质理论,结合傅里叶定律、牛顿冷却定律和达西定律,构建了爆炒中有蒸发、考虑收缩的食品含湿非饱和多孔介质热/质传递数学模型,开展了爆炒数值模拟。考虑收缩后模拟值与实测温度历史(LSTD=4.40℃)、平均含水率(LSTD=1.42%)和体积收缩率(LSTD=1.05%)吻合更为良好。模拟分析了爆炒热/质传递对颗粒表面蒸发、收缩、内部压力、水分和温度分布的影响机理及火候控制手段的作用,结果表明:爆炒强对流传热使颗粒蒸发剧烈造成水分损失;收缩主要由水分损失引起,可以增大传热效率并影响颗粒内部压力变化,由成熟值理论研判,蒸发收缩对烹饪成熟起到促进作用,并有利于提高烹饪品质,是爆炒技术优势的一部分;火候控制手段通过改变颗粒特征尺寸、能量传递速率和流体-颗粒的换热时间/接触面积对颗粒成熟时间和含水率等烹饪品质产生极显著(P<0.01)影响。
    2020-09-15 , DOI:
    摘要:
    秸秆捆烧技术是实现农业秸秆能源化清洁利用的有效途径之一,引起了人们的广泛关注。该文综述了秸秆捆烧技术最新研究进展,简述了秸秆捆燃烧反应原理和秸秆捆燃烧特性,重点分析了秸秆捆烧过程中颗粒物、NOx和CO等污染物产生及减排方法,系统总结了国内外秸秆捆烧技术类型、原理及特点等研究进展。通过全球文献检索,分析了秸秆捆烧技术研究技术热点、主要研究机构以及发展趋势。并评价了秸秆捆烧供暖运行成本,对秸秆捆烧技术发展提出建议,为实现秸秆清洁能源化利用提供参考。
    2020-08-05 , DOI:
    摘要:
    基于工质相变换热和无泵循环思路,提出了一种动力电池冷热双向热管理系统。以某款三元锂电池为研究对象,试验测试了冷热双向循环热管理系统的散热和加热工况。结果表明:该系统能实现电池箱低温工况加热与高温工况散热的运行切换管理。散热工况下,换热板采用4根竖管比单根蛇形管的散热能力强;冷凝器侧强制风冷散热与自然对流散热相比,能将系统一换热功率提高10%~44.2%,系统二换热功率提高20%~48.6%;电池箱温度为60℃时,自然对流散热系统换热板的最大温差小于2 ℃,强制对流散热系统换热板的最大温差小于1℃;在电池初始温度25℃时,1C、2C、3C放电倍率下,放电结束强制对流散热在能将8块电池的平均温度分别降低2.1 、3.9 、4.7 ℃。加热工况下,多组试验电池箱的升温效果一致性较好。考虑车辆行驶中换热板的倾斜影响,受制于工质的流量分配,散热工况时温度均匀性优于加热工况。
    2020-04-17 , DOI:
    摘要:
    为提高木基石膏复合材料的力学性能,以杉木刨花为增强相,以建筑石膏为连续相,采用三聚氰胺-脲醛树脂(MUF)粘结初步成型和增湿固化两阶段的免加石膏缓凝剂制备方法,开展了MUF用量和木材/石膏质量比对木基石膏复合材料物理力学性能影响试验,并与相应产品标准、结构板材标准及现有文献进行对比。结果表明,试验范围内,MUF用量与木基石膏复合材料力学性能呈正相关关系,木材/石膏质量比的影响较小;MUF用量为15%及以上时,其力学性能满足《LY/T 1598-2011石膏刨花板》产品标准的要求;MUF用量为21%及以上时,除顺纹抗弯强度,其余性能符合《LY/T 1580-2010定向刨花板》结构板材标准的规定;MUF用量为33%及以上时,复合材料达到《GB/T 35216-2017 结构胶合板》结构板材标准中E5.0-F16.0强度等级。抗弯性能试验中,石膏板为脆性破坏,木基石膏刨花板具有一定的延性性能。综合强度和成本,MUF用量为33%、木材/石膏质量比为0.30为较优的制备工艺。优化制备工艺条件下,复合材料的内结合强度、静曲强度、弹性模量、位移延性系数和24 h吸水厚度膨胀率分别为1.28 MPa、16.5 MPa、7350 MPa、1.64和1.23%。采用该两阶段制备方法,木基石膏复合材料中石膏晶体形态细长,且随着MUF用量的增加,晶体交错搭接、叠合现象明显,接触面积增加,晶体结构更加致密,石膏连续相强度增加;MUF用量提高,石膏在刨花表面的覆盖量明显增加,刨花增强相与石膏连续相之间界面性能显著改善。研究结果可为木基石膏复合材料力学性能的进一步提升提供参考,并为其产品的工程应用提供数据支撑。
    2020-03-25 , DOI:
    摘要:
    充分利用太阳能,提高太阳能热泵系统能效比,提出了一种蓄能型内插热管式太阳能热泵系统,可实现太阳能分季节最大化利用。搭建了系统性能试验台,在南京地区开展了2年的试验研究,对比分析了相近环境条件下充灌或未充灌相变材料的系统其瞬时集热效率、平均集热效率、系统性能系数和供水水温等随太阳辐射波动性的变化规律。结果表明在冬季白天相近的太阳辐射强度、太阳辐射波动性和环境温度下,充灌相变材料系统的瞬时集热效率波动性比未充灌的系统小近60%,平均集热效率高出未充灌的系统25%以上。夜间工况下,充灌相变材料系统的COP可达3.0以上,且能更快达到供热水温50℃,时间缩短了20%以上。研究结果可为太阳能热泵系统的推广应用提供理论依据。
    2019-10-16 , DOI:
    摘要:
    柱层析法是根据混合物中各组分的理化性质差异,利用混合物中各组分在固定相和流动相中分配系数不同,经过多次分配将组分分离纯化。淀粉在高压湿热冷藏回生后经淀粉酶水解得到回生淀粉,用碱液打开回生淀粉氢键使回生淀粉溶解,然后用盐酸调节溶液至中性,加正丁醇沉淀得到分子量分布范围较窄的直链淀粉,上清液加乙醇沉淀得到分子量分布范围较窄的支链淀粉。为了进一步窄化甘薯直、支链淀粉分子量分布范围,采用柱层析法对其进行分离。实验结果表明,粒径为1-3 mm的人造沸石适合分离支链淀粉,粒径为4-6 mm的人造沸石适合分离直链淀粉。经柱层析分离,甘薯直、支链淀粉组分总制备率均大于2.4%。经大沸石分离,聚合度大的直链淀粉分子依赖沸石表面吸附,洗脱速度快,先被洗脱下来;聚合度较小的直链淀粉分子进入沸石孔隙内部,吸附力大,后被洗脱下来。经小沸石柱层析分离,甘薯支链淀粉组分F1b中分子量小、均一度高的组分先洗脱下来;甘薯支链淀粉组分F2b中分子量大、均一度低的组分先洗脱下来,说明甘薯直、支链淀粉的分支度对采用沸石柱层析法分离淀粉组分也有一定得影响。X射线衍射表明,甘薯直链淀粉组分在18.9°、23.4°、27.2°、29.3°、32.3°、33.8°出现强衍射峰,甘薯支链淀粉组分在21.6°、22.9°、23.9°、26.5°、27.1°、29.3°、34.1°、35.8°、39.5°附近也出现了明显的衍射峰,此时甘薯直、支链淀粉的分子量分布指数(PDI)接近1.0。人造沸石柱层析可制备出分子量分布范围极窄的甘薯直、支链淀粉,该类淀粉表现出类似金属盐的X射线衍射峰,可作为深入研究淀粉大分子空间结构变化的材料。显微图片显示直链淀粉是由多个线型分子聚集在一起的,呈典型的“柳条”状,支链淀粉呈典型的“树枝”状。本文研究结果提供了一种大量制备分子量分布范围极窄的直、支链淀粉的简单、高效方法,为深入探索淀粉大分子聚集过程形态变化创造了有利条件。
    2019-10-16 , DOI:
    摘要:
    为全面了解转鼓式反应器固态发酵食醋过程中主要成分和风味物质的动态变化规律,该文对反应器发酵食醋过程进行跟踪取样,利用高效液相色谱、固相微萃取技术、气相色谱-质谱联用技术,对酒精、总酸、还原糖、氨基态氮、有机酸、挥发性风味物质含量变化进行实时监测,结合主成分分析方法,探究食醋不同发酵阶段的风味物质差异。结果表明,酒精含量在发酵0~4天内迅速增加,随后逐渐下降至零;总酸含量呈现先快速上升后缓慢上升的趋势;还原糖含量呈先快速下降后逐渐上升,最后逐渐下降的趋势;氨基态氮呈现先快速上升后缓慢上升的趋势;乙酸和乳酸是主要的有机酸,整个发酵过程中,乙酸含量持续增加,乳酸含量呈先上升后下降趋势,其他有机酸含量较少,发酵期间变化波动相对较小;共检测出64种挥发性风味物质,包括酯类25种,醇类12种,酸类6种,酚类5种,醛类5种,酮类6种,杂环类5种;发酵前、中、后期的重要挥发性物质分别是醇类化合物、酯类和醛类化合物、酸类化合物。该结果为推进转鼓式固态发酵食醋反应器的实际生产应用提供了理论基础和数据参考。
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    摘要:
    2010,26(11):1-7, DOI:
    [摘要] (32974) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (9769)
    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] (27007) [HTML] (0) [PDF 392.78 K] (6832)
    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] (21244) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (8363)
    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] (18231) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (6085)
    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] (17901) [HTML] (0) [PDF 5.12 M] (4201)
    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] (17660) [HTML] (0) [PDF 3.96 M] (6218)
    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] (17393) [HTML] (0) [PDF 361.61 K] (2960)
    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] (17131) [HTML] (0) [PDF 522.80 K] (3185)
    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] (16846) [HTML] (0) [PDF 772.45 K] (2869)
    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] (16787) [HTML] (0) [PDF 3.61 M] (4258)
    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] (16616) [HTML] (0) [PDF 395.08 K] (2762)
    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] (16537) [HTML] (0) [PDF 8.13 M] (3701)
    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] (16409) [HTML] (0) [PDF 6.90 M] (3786)
    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] (16218) [HTML] (0) [PDF 6.48 M] (5713)
    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] (16090) [HTML] (0) [PDF 4.73 M] (3396)
    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] (16058) [HTML] (0) [PDF 413.47 K] (2364)
    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] (16044) [HTML] (0) [PDF 5.69 M] (3619)
    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] (16030) [HTML] (0) [PDF 1.43 M] (3113)
    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] (16028) [HTML] (0) [PDF 3.29 M] (2901)
    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] (2182) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (118000)
    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] (701) [HTML] (0) [PDF 5.55 M] (59140)
    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] (702) [HTML] (0) [PDF 8.68 M] (53841)
    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] (1690) [HTML] (0) [PDF 5.45 M] (42209)
    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] (2679) [HTML] (0) [PDF 560.68 K] (39933)
    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] (2453) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (20420)
    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] (2290) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (20343)
    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] (1291) [HTML] (0) [PDF 5.26 M] (18073)
    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] (1202) [HTML] (0) [PDF 8.24 M] (17978)
    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] (2771) [HTML] (0) [PDF 11.40 M] (17781)
    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] (1120) [HTML] (0) [PDF 22.64 M] (17138)
    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] (1385) [HTML] (0) [PDF 3.39 M] (16978)
    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] (1858) [HTML] (0) [PDF 6.54 M] (15349)
    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] (1741) [HTML] (0) [PDF 1.94 M] (14328)
    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] (1662) [HTML] (0) [PDF 4.66 M] (13250)
    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] (966) [HTML] (0) [PDF 1.77 M] (12531)
    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] (3679) [HTML] (0) [PDF 15.27 M] (12403)
    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] (937) [HTML] (0) [PDF 3.89 M] (12004)
    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] (3146) [HTML] (0) [PDF 10.15 M] (11535)
    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] (9585) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (11322)
    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] (2994) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (4685)
    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] (1776) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2260)
    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] (3140) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2494)
    摘要:
    对一块面积为1hm麦田内的98个观测点取样分析,测定了代表不同土壤含水率水平下的两个时期土壤表层和底层的NH-N、NO3-N、Olsen-P、表层有机质和全氮等养分。应用地统计学的方法对所取的数据进行了分析,结果表明底层土壤的NH-N、表层土壤的有机质服从正态分布;其余养分基本上服从对数正态分布;按一定的精度和置信水平确定了合理的取样数目。通过半方差函数分析,发现这些养分在一定范围内存在空间相关性;采用Kriging方法对未测点进行了估值,绘制了等值线图,并对两个时期的养分动态的空间变异进行了初步分析。该成果可用于提高氮肥利用率和精确农业(施肥)的研究和实践。
    2002,18(1):1-5, DOI:
    [摘要] (1913) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (1450)
    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(3):1-4, DOI:
    [摘要] (2173) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (1810)
    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。
    2003,19(2):210-213, DOI:
    [摘要] (1643) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2188)
    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] (1916) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (6455)
    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。
    2009,25(12):211-217, DOI:
    [摘要] (3732) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (3851)
    摘要:
    中国秸秆资源估算存在着统计不完全、草谷比取值不当等问题。该文采用草谷比法,选取经过订正的秸秆草谷比,对中国秸秆资源进行了全面系统的估算。估算结果表明:随着农业综合生产能力的提高,中国秸秆总产量总体上呈不断增长之势;目前中国是世界第一秸秆大国,2005年全国秸秆总产量达到84 183.12万t;稻草、玉米秸、麦秸依然是中国的主要作物秸秆类型;稻壳、玉米芯、蔗渣、甜菜渣等农产品初级加工副产品具有可观的新能源开发前景。
    2002,18(1):22-26, DOI:
    [摘要] (1456) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2223)
    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] (1741) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2406)
    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。
    2004,20(1):13-15, DOI:
    [摘要] (1455) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (1220)
    摘要:
    中国已经加入了WTO,农业生产标准化是必然之路,但我国落后的植保机械和农药使用技术与之不相适应,带来了诸如农药有效利用率低、农产品中农药残留超标、环境污染等问题。植保机械不同于其他的农业机械,发达的欧美国家在上个世纪70年代就将植保机械列入特种农业机械行列,有其专门管理部门和机构。该文根据我国植保机械和施药技术的现状,提出了减少农药用量、保障农产品安全的关键在于改变我国植保机械和施药技术严重落后的现实,并提出解决相关问题的对策。
    2008,24(12):291-296, DOI:
    [摘要] (3534) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (4406)
    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] (3295) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (3680)
    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] (1629) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2236)
    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。
    2006,22(11):269-272, DOI:
    [摘要] (2308) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (3174)
    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] (2636) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2332)
    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] (1610) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2029)
    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] (1245) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (1939)
    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] (1348) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (1944)
    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] (1565) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (3955)
    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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