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油料作物秸秆生物炭对水体中铅离子的吸附特性与机制

张连科; 刘心宇; 王维大; 李玉梅; 孙鹏; 尚少鹏; 姜庆宏 内蒙古科技大学能源与环境学院; 包头014010; 西安建筑科技大学环境与市政工程学院; 西安710055

为探索利用废弃生物质资源制备生物炭去除水体中Pb2+污染的可行性,以农业废弃物胡麻秸秆和油菜秸秆为原材料,采用限氧裂解法在700℃条件下制备油菜秸秆(rape straw)生物炭和胡麻秸秆(flax straw)生物炭,通过2种生物炭对Pb2+的批量吸附试验,利用4种吸附动力学模型(拟一级动力学、拟二级动力学、Elovich模型和颗粒内扩散模型)和4种等温吸附模型(Langmuir、Freundlich、Temkin和D-R模型)研究了胡麻和油菜秸秆生物炭对Pb2+的吸附行为。同时,通过(brunauer emmett teller,BET)比表面积和孔径分析、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等手段对生物炭的结构和性质进行了表征,初步探讨了2种生物炭对Pb2+的吸附机制。结果表明,胡麻和油菜秸秆生物炭分别在4 h和10 h达到吸附平衡,理论最大吸附量分别达到220.07和307.59 mg/g;2种生物炭对Pb2+的吸附符合拟二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir等温吸附模型,表明其吸附过程为单分子层吸附;2种生物炭对Pb2+的吸附作用为物理-化学复合过程,吸附机制主要包括静电作用、离子/配体交换、阳离子–π作用。研究结果可为油料作物秸秆的资源化利用和生物炭对水中重金属污染防治提供理论依据。

  • 农业机械污染排放控制技术的现状与展望

    关键词:农业机械    柴油机    排放控制    颗粒物    氮氧化物    

    农业机械作为一种重要的非道路机械类型,其主要动力源为柴油机,而柴油机固有的燃烧方式会导致其颗粒物(PM)和氮氧化物(NOx)等污染物排放严重,开展农业机械污染排放控制技术的研究对人体健康和环境保护均具有重要意义。该文从农业机械排放法规、降低农业机械污染排放的单项技术路线、满足更高排放限值要求的组合技术路线3个方面进行阐述。农业机械排放法规分析了欧盟、美国和中国法规对排放限值和测试循环的要求以及各国法规的差异。中国目前正在实施的农业机械国III排放标准,与欧盟的Stage IV和美国Tier IV标准相比,排放限值相对宽松;欧盟农业机械排放法规的NRSC测试循环主要包括8工况循环和5工况循环,而中国和美国规定,19 kW以下的非恒定转速的农业机械柴油机也可使用6工况循环进行测试;欧盟和中国规定污染物测量的最终结果为冷启动循环结果的10%和热启动循环结果的90%的加权,而美国将冷启动循环结果的比例调低至5%。单项技术路线对油品技术、机内净化技术和机外排气后处理技术进行了介绍。其中,油品技术包括提升燃油和润滑油品质、采用替代燃料等;机内净化技术包括农业机械柴油机本体优化设计、增压及增压中冷、燃油喷射优化和废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)等;机外排气后处理技术包括柴油机氧化催化转化技术(diesel oxidation catalyst,DOC)、柴油机颗粒捕集技术(diesel particulate filter,DPF)和选择性催化还原技术(selective catalytic reduction,SCR)等。组合技术路线总结了满足国III和国IV阶段以及国外最新排放标准的技术路线。“优化燃烧+SCR”技术路线的柴油机比采用“EGR+DPF/CDPF”技术路线的柴油机节省5%~7%的油耗,若扣除尿素消耗,前者仍有一定节油优势;模块构建和单体式后处理�

  • 篱架式栽培葡萄株间除草机自动避障机构优化设计

    关键词:农业机械    设计    试验    篱架式栽培葡萄    株间    避障    除草机    优化    

    针对篱架式栽培葡萄株间自动避障除草机作业时需要避开葡萄藤的要求,该文设计了一种自动避障机构,分析了自动避障机构躲避葡萄藤的工作原理。自动避障机构包括平行四连杆机构和避障触发机构,避障触发机构的关键部件是触杆,触杆由两段直线及连接两者的圆弧部分构成。在ADAMS中建立了参数化除草机模型,以触杆较长直线部分的长度L、中间过渡圆弧的角度θ和触杆与除草部件边缘的3个距离d1、d2、d3的组合D为试验因素,以作业后未除杂草面积S3为指标进行正交试验,得出D为显著因素。以D作为优化变量,对S3进行优化。优化结果表明,当D为225、300、212mm时,S3取得最优值。田间试验表明,优化后平均除草作业覆盖率比优化前提高8个百分点以上,除草作业覆盖率的标准差降低,作业稳定性较好,可为篱架式栽培葡萄株间自动避障除草机优化设计提供参考。

  • 随动式残膜回收机清杂系统作业参数优化

    关键词:农业机械    优化    作业参数    残膜回收    膜杂分离    响应曲面    

    残膜是一种可循环利用材料,残膜回收过程中只有将残膜和作物秸秆、土壤等杂质分离,才能实现残膜的回收利用,减少残膜污染。针对目前回收残膜含杂率高的问题,该文设计了一种随动式残膜回收机清杂系统。为明确该系统的作业性能,提高残膜回收作业质量,进行了随动式残膜回收机清杂系统作业参数优化。通过对工作原理、工作条件及膜杂分离影响因素的分析,确定以机具前进速度、地膜输送链速度、捡拾滚筒安装位置和二级杂质输送装置转速为试验因素,以残膜捡拾率、膜杂分离率和杂质输送效率为试验指标,根据二次回归正交组合试验设计原理,进行了四因素五水平回归正交组合田间试验设计。利用Design-Expert软件对试验结果进行响应面分析,得到各因素与试验指标之间的数学模型,分析得出影响残膜捡拾率和膜杂分离率的主次因素依次是捡拾滚筒安装位置、机具前进速度、地膜输送链速度和二级杂质输送装置转速;影响杂质输送效率的主次因素依次为二级杂质输送装置转速、捡拾滚筒安装位置、地膜输送链速度和机具前进速度。根据优化目标的重要程度,对回归模型进行多目标优化,得出清杂系统最佳作业参数组合为:机具前进速度1.26 m/s、地膜输送链速度1.55 m/s、捡拾滚筒安装位置-17 mm(即以支架长孔中心与捡拾滚筒中心在竖直方向重合为原点,向机具前进方向调整17 mm)、二级杂质输送装置转速为205 r/min,在最优参数组合下残膜捡拾率为90.19%,膜杂分离率为92.21%,杂质输送效率为89.6%。并通过田间试验验证了最优组合,试验结果显示:残膜捡拾率为91.54%、膜杂分离率为90.37%、杂质输送效率为88.4%,与预测值误差分别为1.50%、2.00%和1.34%,参数优化结果可靠。研究结果可为提升随动式残膜回收机清杂系统作业质量提供参考。

  • 随动式秸秆还田与残膜回收联合作业机设计与试验

    关键词:农业机械    秸秆    塑料薄膜    残膜回收机    捡拾装置    优化试验    

    针对新疆棉田秋后残膜捡拾率低、膜杂分离效果差等问题,设计了一种随动式秸秆还田与残膜回收联合作业机,整机主要由秸秆粉碎装置和残膜捡拾装置组成。根据新疆棉花种植模式与作业要求对整机的关键部件进行了设计,确定了粉碎刀轴、甩刀、链板总成和起膜齿等零部件的结构参数。选取甩刀转速、机器前进速度和起膜齿入土深度为影响因素,秸秆粉碎长度合格率、残膜捡拾率和膜杂分离率为响应指标,进行了三因素五水平正交旋转中心组合试验。通过Design-Expert V8.0.6.1软件进行方差分析,建立了影响因素与评价指标的数学回归模型,分析了显著因素对响应指标的影响,优化试验参数,确定最优参数组合为:甩刀转速1200 r/min,机器前进速度4.5 km/h,起膜齿入土深度100 mm。根据最优参数组合进行田间试验,结果表明:在优化参数组合下,秸秆粉碎长度合格率的均值为89.37%、残膜捡拾率和膜杂分离率的均值分别为90.31%和93.16%,表明该联合作业机满足秸秆粉碎还田与残膜回收的技术要求。该研究成果有利于提高残膜捡拾机作业效果,解决新疆棉田残膜污染问题。

  • 全喂入式花生捡拾收获机捡拾输送装置研制

    关键词:农业机械    设计    花生    捡拾台    输送装置    全喂入式    

    为了提高直立形花生捡拾收获质量和效率,解决花生捡拾输送装置制造工艺复杂、成本高、易卡堵、易缠绕跳齿、链耙扭曲等问题,该文设计了一种大型全喂入花生收获机捡拾输送装置,设计了其总体结构和传动系统。该装置可完成果秧的捡拾、推送归拢、交接输送以及部分去土等作业。对关键部件进行了结构设计和关键参数的分析确定;采用倒八字椽檐交接技术,设计了一种"凸"字形滑板滚筒式防卡滞捡拾器;采用静套动防缠绕技术,设计了链耙式输送装置。田间试验表明,平均捡拾率97.39%,捡拾落果率1.12%,可靠性达到98.91%,各作业性能指标满足设计要求。该研究可为直立形花生捡拾输送装置以及其他作物捡拾输送装备的研发提供技术参考。

  • 蚯蚓仿生注液沃土装置设计与试验

    关键词:仿生    设计    几何结构表面    脱附减阻    注液沃土    蚯蚓    

    蚯蚓吞噬土壤,构建洞穴,发挥了肥沃土壤的重要作用。该文借助工程仿生技术手段,运用计算机图像处理技术对蚯蚓头部、体节轮廓图像进行量化分析,提取并拟合蚯蚓头部和体节的轮廓曲线,构建注液沃土装置的仿生几何结构表面。仿蚯蚓背孔排布方式设计了3孔和6孔注液型沃土装置,以UHMWPE为材料制备样机,并采用农机土槽试验系统开展注液沃土装置样机选型试验,考察孔数、是否注液、材料、表面结构4个参数对工作阻力和土壤粘附量的影响。试验结果表明,各参数对工作阻力的影响程度依次为:注液>孔数>材料>表面结构;对土壤粘附量的影响程度依次为:表面结构>孔数>材料>注液。从8类样机中确定的优选类型为:有6个注液孔、UHMWPE材质且具有仿生几何结构表面的仿生注液沃土装置。对选定的样机进行验证,结果表明:在相同试验条件下,该样机的平均工作阻力为283.48 N,平均土壤粘附量值为10.93 g,均低于其他类型样机。该研究工作可为实施机械化沃土工程提供技术参考。

  • 鼹鼠多趾结构特征仿生旋耕刀设计与试验

    关键词:农业机械    仿生    多趾组合    趾尖轮廓曲线    旋耕刀    设计    田间试验    

  • 覆膜对无人机多光谱遥感反演土壤含盐量精度的影响

    关键词:遥感    土壤盐分    光谱反射率    光谱指数    机器学习    

    快速、准确地获取农田土壤盐分含量对指导合理灌溉及盐渍土的治理有重要意义。该文以内蒙古河套灌区沙壕渠灌域内的覆膜耕地为研究对象,利用无人机多光谱相机获取研究区内5月和6月的多光谱遥感数据,并同步采集区域内表层土壤含盐量数据,研究覆膜对无人机多光谱遥感图像反演农田土壤盐分含量精度的影响。利用支持向量机(support vector machine,SVM)、反向传播神经网络(back propagation neural network,BPNN)和极限学习机(extreme learning machine,ELM)3种机器学习方法,分别构建去膜前后基于原始光谱反射率和优选光谱指数的土壤含盐量估算模型。结果表明,去膜前后的各模型均可有效估测土壤盐分含量,但基于去膜处理后的数据构建的盐分含量估算模型精度较不去膜处理的有所提升,同时,基于光谱指数构建的盐分含量估算模型精度比基于光谱反射率构建的模型精度高;利用ELM构建的盐分含量估算模型在6月份预测效果最佳,其中基于光谱反射率和光谱指数的建模R2和RMSE分别为0.695、0.663和0.182、0.191,验证R2和RMSE分别为0.717、0.716和0.171、0.169。研究结果可为无人机多光谱遥感估算覆膜状态下的农田土壤盐分含量提供参考。

  • 基于无人机数码影像的冬小麦株高和生物量估算

    关键词:无人机    数码影像    作物表面模型    冬小麦    株高    生物量    逐步回归    

    高效、快速地获取作物的株高和生物量信息,对农业生产有重要意义。该文利用2015年4月-6月获得了冬小麦拔节期、挑旗期和开花期的高清数码影像。首先基于无人机高清数码影像生成冬小麦的作物表面模型(crop surface model,CSM),利用CSM提取出冬小麦的株高(Hcsm),然后利用提取的21种数码影像图像指数,构建了拔节期、挑旗期和开花期混合的多生育期生物量估算模型,并进行单生育期和多生育期模型对比分析;最后选择逐步回归(stepwise regression,SWR)、偏最小二乘(partial least square,PLSR)、随机森林(random forest,RF)3种建模方法对多生育期估算模型进行对比,挑选出冬小麦生物量估算的最优模型。结果表明,提取的Hcsm和实测株高(H)具有高度拟合性(R^2=0.87,RMSE=6.45 cm,NRMSE=11.48%);与仅用数码影像图像指数构建的生物量估算模型相比(R^2=0.7212,RMSE=0.1372 kg/m^2,NRMSE=26.25%),数码影像图像指数融入H和Hcsm所得模型效果更佳,其中融入Hcsm的模型精度和稳定性(R^2=0.8191,RMSE=0.1106 kg/m^2,NRMSE=21.15%)要优于加入株高H所构建的估算模型(R^2=0.7941,RMSE=0.1179 kg/m^2,NRMSE=22.56%);SWR生物量估算模型(R^2=0.7212)效果优于PLSR(R^2=0.6774)和RF(R^2=0.6571)生物量估算模型。该研究为冬小麦生长状况高效、快速监测提供参考。

  • 生物炭添加提高渍水条件下番茄产量改善品质

    关键词:生物炭    胁迫    主成分分析    番茄    品质    产量    

    为了探索支持渍水下番茄优质高效生产的途径,摸清渍水胁迫下生物炭添加改善作物品质的可能性,于2017年3-8月借助土柱试验探讨了不同生物炭添加量(3%、5%、10%)对番茄产量及各品质指标的影响。结果表明,渍水胁迫会造成番茄需水量降低,使可溶性糖、可溶性固形物、有机酸显著下降,对产量、水分利用效率,以及单果质量、单果密度和果色指数等外部品质指标影响不显著;渍水胁迫下生物炭添加可显著提高水分利用效率,减少需水量,改善果实内部品质,使可溶性糖、可溶性固形物、有机酸和维生素C含量等内部指标显著增加。通过品质主成分分析发现品质外部和内部综合主成分均随生物炭添加量的增加而增大。借助模糊综合评价法对不同处理的番茄产量、品质和水分利用效率进行综合评价发现,10%生物炭添加量处理的评价值最大,而无生物炭添加的渍水胁迫处理最小,说明渍水胁迫下施加10%生物炭可实现节水、优质和高效生产。研究结果可为南方地区渍水胁迫下番茄优质高效生产提供理论借鉴。

  • 基于悬垂平板偏转角的明渠流量估算模型及验证

    关键词:渠道    角度    流量    绕流阻力    受力方向    闸孔出流    

    针对平板量水设施缺乏适用性广泛的流量计算模型,该文从2个角度提出流量估算模型,首先分析绕轴自由旋转薄平板在水中的受力,根据升力简化为竖直方向静水压力设想,提出压力体计算假设,根据动量定理与力矩平衡公式得到了流量、角度、水深三者的理论关系式,通过U型和矩形渠道进行试验,验证假设合理性;根据闸孔出流流量公式针对矩形渠道建立闸孔出流半径验计算模型,拟合得出半径验流量公式。对于第1种模型,对于U型渠道,2种压力体假设均适用于流量计算,除流量小于10 L/s时,相对误差超过10%,其他均小于10%,流量大于17 L/s时误差均在5%左右;对于矩形渠道,仅假设1适用流量计算,假设2不成立,应用假设1计算压力体时,当流量较小(10 L/s左右)时的个别工况误差会偏大,大部分工况下计算误差均小于10%;对于闸孔出流计算模型,计算流量与实测流量之间最大误差不超过18%,大部分工况下计算误差在10%以下。当悬垂薄平板与明渠横断面等大时,来流量与偏转角度存在单值对应关系,角度随着来流量的增大而增大;同一流量下,板前后水深比、板前与下游水深比分别与偏转角度呈现出单独的函数关系,板前后水深比、板前与下游水深比随着平板偏转角度的增大而减小,但减小幅度变缓。对于不同流量,板前后水深比、板前与下游水深比随着角度增大而增大,但增大幅度变缓。研究可为灌区量水设施设计及应用提供新思路。

  • 黑土区宽垄和窄垄耕作的顺坡坡面土壤侵蚀对比

    关键词:土壤    侵蚀    径流    顺坡宽垄    顺坡窄垄    东北黑土区    野外观测    室内模拟    

    宽垄耕作具有明显的增产效应,但顺坡宽垄耕作的坡面土壤侵蚀研究鲜见报道。该文基于野外大型坡面径流场观测和室内模拟降雨试验,对比分析了中国黑土区顺坡宽垄和窄垄耕作的坡面土壤侵蚀差异。结果表明,野外观测和室内模拟条件下顺坡宽垄坡面侵蚀量较之于顺坡窄垄坡面分别减少64.4%~90.4%和33.2%~57.9%,同时2种垄作方式下坡面侵蚀量与径流量均呈现出良好的线性关系(R^2≥0.81),但顺坡宽垄处理下的坡面侵蚀量随径流量的增加幅度小于顺坡窄垄处理。野外观测结果还表明,2种垄作方式的坡面侵蚀量皆与降雨侵蚀力PI30和径流量呈显著正相关关系,顺坡宽垄较之于顺坡窄垄减少的坡面侵蚀量随着PI30的增大而呈降低趋势,当PI30为430~605时,顺坡宽垄较顺坡窄垄的坡面土壤侵蚀量减少74.8%~90.4%,当PI30为1520~1708时,顺坡宽垄较顺坡窄垄的坡面土壤侵蚀量减少64.4%和66.5%。无论是野外观测还是室内模拟试验均表明,与传统的顺坡窄垄相比,顺坡宽垄具有较好防治坡面土壤侵蚀效果。因此,在东北黑土区推广宽垄耕作对保护黑土资源有重要意义。

  • 基于K-SVD和正交匹配追踪稀疏表示的稻飞虱图像分类方法

    关键词:图像处理    分类    稻飞虱    稀疏表示    正交匹配追踪    

    针对当前稻飞虱图像分类研究中存在图像识别速度慢、分类精度低的不足,该文提出一种基于K-SVD和正交匹配追踪(orthogonal matching pursuit,OMP)稀疏表示的稻飞虱图像分类方法。首先,根据稻飞虱的趋光性特点,使用团队自主研发的野外昆虫图像采集装置自动获取稻田害虫图像;然后,利用K-SVD算法对稻飞虱图像特征的过完备字典进行更新构造,结合OMP算法对原始输入图像的特征信号进行稀疏表示;最后,通过求解输入图像的重构误差对昆虫图像进行分类。在相同的试验条件下,与传统的图像分类算法(SVM、BP神经网络)进行比较。实验结果表明,该文提出的基于K-SVD和OMP算法的稻飞虱图像稀疏表示分类方法可对稻飞虱与非稻飞虱进行快速准确的分类,分类速度达到6.0帧/s,平均分类精度达到93.7%。与SVM和BP神经网络相比,分类速度分别提高了5和5.5帧/s;分类精度分别提高了15.7和28.2个百分点,为稻飞虱的防治预警工作提供了信息与技术支持。

  • 基于自适应无迹卡尔曼滤波的采摘机械手视觉伺服控制方法

    关键词:机器人    图像处理    视觉伺服    采摘    图像雅克比矩阵    自适应无迹卡尔曼滤波    

    为解决未知统计特性下的系统噪声对图像雅克比矩阵估计精度的影响问题,提高视觉伺服定位精度,在卡尔曼滤波(lalman filter,KF)法以及无迹卡尔曼滤波(unscented kalman filter,UKF)法的基础上,引入自适应噪声统计估计器,提出自适应无迹卡尔曼滤波(adaptive unscented kalman Filter,AUKF)法估计图像雅克比矩阵,并构造了视觉伺服控制系统。仿真试验结果表明,基于自适应无迹卡尔曼滤波法估计图像雅克比矩阵的视觉伺服控制系统的图像特征最大误差值为10.2像素,机械手末端与目标点三维坐标最大误差值为4.19 mm,响应时间为1.2 s。搭建了七自由度采摘机械手视觉伺服试验平台进行采摘试验,试验结果表明,基于AUKF法估计图像雅克比矩阵的视觉伺服系统对静态目标的采摘成功率为90%,对动态目标的采摘成功率为83%,相比于KF法与UKF法,采摘静态目标试验成功率分别提高了17与10个百分点,动态采摘试验成功率分别提高了16%与10%。基于AUKF法估计图像雅克比矩阵的视觉伺服系统对静态与动态目标的采摘平均时间分别为18和22 s,相比于KF法与UKF法,静态采摘用时分别减少了10和6 s,动态采摘用时分别减少了12和8 s。AUKF法与KF法以及UKF法估计的图像雅克比矩阵相比,AUKF法估计的图像雅克比矩阵减小了采摘机械手视觉伺服控制系统过程噪声的干扰,使采摘机械手视觉伺服控制系统过程噪声适应视觉伺服系统的变化,采摘机械手视觉伺服控制系统定位精度更高。

  • 基于不同行为时间的奶牛健康状况评价

    关键词:行为    监测    算法    逻辑回归分析    奶牛    健康评价    

    如何高效准确地监测和管理好奶牛是当前规模化奶牛场发展的关键。该文通过对17头奶牛休息时间、反刍时间和采食时间的连续61d监测和行为记录,利用SPSS23.0软件,结合Logistics回归分析法对试验数据进行统计分析,并构建了奶牛健康状况评价模型。研究结果表明:1)与正常行为期间相比,奶牛非正常行为期间的平均休息时间增加25.7%,反刍时间和采食时间分别平均减少12.7%和2.3%。2)荷斯坦泌乳奶牛正常行为时间呈正态分布,每天(24 h)平均休息时间为300~600 min,反刍时间为400~700 min,采食时间为200~400 min。非正常行为时间呈离散状分布,无明显分布规律。3)休息时间和采食时间是预测模型的主要影响因素,其中采食时间对模型预测概率的影响力较休息时间大,在其他条件不变的情况下,采食时间水平每增加1个单位,奶牛非正常行为预测概率变化扩大4.2倍。奶牛非正常行为预测模型预测结果与人工目视观察结果比较,模型预测准确率为91%。该研究可为现代规模化奶牛场科学、精准化管理提供参考。

  • 日光温室薄膜清洗机设计及清洗效果试验

    关键词:日光温室    薄膜    清洗机    薄膜透光率    

    针对当前中国日光温室薄膜清洗效率低及清洗困难的问题,该文研制了一种半自动日光温室薄膜清洗机。整机包括清洗与行走部分,清洗部分主要包括直流电机、2组不同减速比减速器、清洁毛刷以及支撑滚筒,依靠拉绳收放完成升降,实现温室薄膜上下不同位置清洁;行走部分用来整体平移清洗部分,其上的放置平台采用偏心结构设计,方便清洗部分从薄膜放置到行走装置及再次清洗时移动到薄膜表面。以薄膜透光率为指标,开展了清洗速度、喷水压力与流量、刷毛长度对清洗效果影响的研究,得出合理的清洗爬升速度为2.8~5.6 m/min,喷水流量为2~3.5 L/min,毛刷接触薄膜长度为3 cm。通过对自然条件下使用3个月的新换薄膜进行试验,得到清洗后薄膜透光率最高可达90%,与同时更换未清洗薄膜相比提高15个百分点。该装置的使用在减小劳动强度的同时,提高了日光温室薄膜清洗效率、改善了棚内光照条件。

  • 矿区高强度开采地表损坏动态预测模型

    关键词:模型    开采    地表损坏动态预测    下沉速度    偏态分布    对数正态密度函数    

    矿区地下资源的高强度开采势必引起耕地等地表附着物的严重破坏,尤以动态破坏影响较大。为对矿区高强度开采条件下地表动态损坏进行预测,该文首先通过相似模拟试验,揭示了高强度开采下覆岩和地表沿工作面推进方向周期性破坏的特征。然后,根据充分采动阶段的实测资料,检验分析了高强度开采地表下沉速度的右偏偏态分布规律,并总结了下沉速度动态分布的周期性,及其与工作面推进位置的相对位置关系。最后,据此构建了基于对数正态密度函数的地表损坏动态预测模型,并采用实例对预测模型的预测精度进行了验证,结果显示预测和实测曲线的决定系数在0.9以上,标准差与实测最大下沉速度值的比值小于7.0%,表明预测模型具有较高的精度,较为符合现场实际。研究结果可对类似条件矿区开采地表损坏动态预测提供指导。

  • 基于生态适宜性分析的平原煤矿县生态空间优化

    关键词:生态    模型    层次分析法    适宜性分析    生态空间    优化    郓城县    

    煤矿区塌陷为难点的生态问题已经成为制约平原煤矿地区社会、经济、生态可持续发展的阻力。本文从自然生态、特征限制、人为干扰3个层面构建平原煤矿地区生态适宜性综合分析体系,以山东省郓城县为研究区域分析生态适宜度,在此基础上引入最小累计阻力模型分析研究区生态网络,并以乡镇为单元提出优化建议,提升郓城县生态适宜度,稳固生态网络。结果表明:当前研究区生态适宜度5等级分区面积呈现正态分布,但分布极不均匀,最适宜区集中于县域北侧,最不适宜区集中于县域中南部的塌陷水域和塌陷深度较深的地区;生态网络主要集中于西北部区域,南部和中部相对欠缺。并针对现状对各等级分区结果实施不同的建设策略,并对生态网络结构的优化建议,从而为郓城县的生态修复建设和生态保护建设提供方向。

  • 热烈祝贺农业农村部规划设计研究院建院40周年

    关键词:正局级    事业单位    公益二类    农业部规划设计研究院    

    农业农村部规划设计研究院成立于1979年6月,成立之初名称为"中国农业工程研究设计院",是我国首个以"农业工程"命名的研究机构。1992年8月根据发展需要更名为"农业部规划设计研究院",2018年11月更为现名,是农业农村部直属公益二类正局级事业单位。

  • 全秸硬茬地小麦播种机碎秸导流装置参数设计与优化

    关键词:农业机械    离散元    优化    种带清秸    碎秸导流装置    

    针对中国稻麦轮作区小麦播种时,存在田间秸秆量大和茬口紧等影响小麦播种的问题,提出可直接在全秸硬茬地作业的小麦“洁区”宽幅播种农艺模式,并基于种带无播种秸障、碎秸行间条覆的技术思路设计相应的碎秸导流装置。通过理论分析作业时碎秸下抛及与碎秸导流装置滑切耦合的运动规律,以清秸率和种带宽度变异系数为目标函数,确定影响目标函数的主要结构参数。结合Box-Benhnken中心组合试验方法和EDEM离散元仿真技术对影响碎秸导流装置作业性能的参数进行虚拟试验,利用Design-Expert软件分析因素对碎秸导流装置作业性能的影响,确定最佳参数组合,并通过田间对比试验验证该装置的作业性能。试验结果表明:各因素对碎秸导流装置清秸覆秸性能有显著影响,其对清秸率影响的主次顺序依次为装置导流宽度、装置导流长度、径向距离,对种带宽度变异系数影响的主次顺序依次为装置导流长度、径向距离、装置导流宽度;最佳参数组合设计为装置导流长度300mm、径向距离19mm和装置导流宽度298mm,其对应指标清秸率为91.83%,种带宽度变异系数为10.36%,其田间试验对应指标清秸率为90.75%,种带宽度变异系数为10.94%,仿真与田间试验结果基本吻合。研究结果可为全秸硬茬地的小麦机播作业提供技术与装备支持,亦可为碎秸行间集覆还田的碎秸导流装置参数优化提供参考。

  • 1K-50型果园开沟机开沟部件功耗影响因素分析与试验

    关键词:农业机械    功耗    试验    果园开沟机    开沟部件    

    为探明1K-50型果园开沟机工作参数和双旋耕刀辊结构参数对作业功耗的影响规律,该文建立了分析开沟部件功耗的切土,运、抛土力学模型,得到了开沟部件功耗与整机工作参数、刀辊结构参数以及土壤力学性能之间的函数关系。搭建了基于土槽试验台的开沟部件功耗测试装置,模拟坚实度为950kPa的葡萄园土壤环境,以刀辊转速、前进速度、开沟深度和刀辊型式为试验因素,进行单因素试验和多因素正交试验,测得旋耕刀辊在不同结构和工作参数下的功率消耗,得到影响开沟部件功率消耗的因素主次顺序为刀辊型式>前进速度>刀辊转速>开沟深度,其功耗较优参数组合为采用D3型刀辊,刀辊转速为150r/min,前进速度为0.06m/s,开沟深度为0.15m,测得此时开沟部件平均功耗值约为1.22kW。将装置正交试验表中各因素值代入功耗解析式,利用MATLAB软件进行数值计算与分析,得到影响功率消耗因素的主次顺序与台架试验结果相同,求得功耗理论值与试验值的相对误差百分比最大为12.86%,最小为2.00%,验证了功耗理论模型具有较高的准确性。该研究可为机具改进和小型林果园开沟机的设计提供参考。

  • 平行极板电容传感器介电式颗粒饲料水分检测仪设计与试验

    关键词:无损检测    含水率    传感器    电容传感器    颗粒饲料    检测仪    介电特性    

    为了实现颗粒饲料含水率的快速、无损检测,设计了以STM32F103ZET6单片机为控制芯片的颗粒饲料水分检测仪,采用平行极板电容传感器、温度传感器、质量传感器和相应的检测电路分别检测颗粒饲料样品的电容、温度和容积密度,经过单片机进行处理后实现颗粒饲料的含水率检测,并在OLED显示屏上显示检测结果。采用自制颗粒饲料水分检测仪,分析了含水率、温度、容积密度对颗粒饲料相对介电常数的影响规律,并建立了相对介电常数与含水率、温度、容积密度之间的关系模型,模型的决定系数为0.9968。同时对颗粒饲料水分检测仪的检测精度进行了检验,含水率实测值与仪器检测值之间的决定系数为0.9903。试验结果表明,与烘干法相比,所设计检测仪的绝对测量误差值在±0.6%以内,具有一定的实用价值。该研究为颗粒饲料水分快速、无损在线检测提供一种新的方法和技术支撑。

  • 黏土夹层位置对黄河泥沙充填复垦土壤水分入渗的影响

    关键词:泥沙    入渗    复垦    黄河    土壤重构    黏土夹层    

    在中国东部地区,土地复垦的一项重要任务是将采煤沉陷地复垦为耕地,复垦后的耕地生产力水平应接近损毁前的水平。然而,采用传统的黄河泥沙一次性充填后覆盖一定厚度土壤层的复垦方式,复垦后土壤持水性差,生产力水平低。夹层式充填复垦能够有效改善传统充填复垦土壤的水分特性,该文研究夹层位置对黄河泥沙填复垦土壤水分入渗过程的影响,共设计当地普通农田土壤剖面(CK1),传统“上土下沙”土壤剖面构型(CK2)及5个夹层式土壤剖面构型处理T1~T5:在60cm厚的黄河泥沙充填层中的不同位置夹20cm厚心土层(黏土层),夹层距离表土距离分别为50cm(T1),55cm(T2),60cm(T3),65cm(T4)及70cm(T5)。通过室内入渗试验,分析不同位置设置夹层后土壤水分入渗特性及含水率分布情况,优选适应于该地区的夹层式土壤剖面构型。结果表明:入渗率随着夹层深度的增加呈先增加后减小的趋势,即夹层位置距离土表55cm为一临界深度,此时重构土壤的入渗率最低、湿润锋的运移速度最慢、阻水效果最强,但考虑到研究区强降雨天气,易形成地表径流。当心土夹层位置距离土表60cm时,更接近普通农田土壤水分入渗特性,是黄河泥沙夹层式充填复垦的理想选择。该研究对深入探讨黄河泥沙夹层式充填复垦内部作用机理和指导滨黄河地区采煤沉陷地的土地复垦具有重要意义。

  • 水足迹分析中国耕地水资源短缺时空格局及驱动机制

    关键词:水资源    偏最小二乘回归    农业    高效用水    蓝绿水    灰水足迹    评价指标    

  • 改进Faster-RCNN自然环境下识别刺梨果实

    关键词:卷积神经网络    fasterrcnn    机器视觉    深度学习    刺梨果实    目标识别    

    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FasterRCNN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FasterRCNN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(ROIalign)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FasterRCNN框架下的VGG16、VGG_CNN_M1024以及ZF3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0.2s/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。

  • 基于RGB-D的肉牛图像全卷积网络语义分割优化

    关键词:图像处理    模型    动物    语义分割    全卷积网络    多模态    肉牛图像    

    基于卷积神经网络的深度学习模型已越来越多的应用于检测肉牛行为。利用卷积操作实现肉牛图像的像素级分割有助于实现远距离、无接触、自动化的检测肉牛行为,为肉牛异常行为早期发现提供必要手段。为了提高复杂背景下肉牛图像语义分割精度,降低上采样过程中的语义分割误差,该文提出基于RGB-D的肉牛图像全卷积网络(fully convolutional networks,FCN)的语义分割优化方法,用深度密度值来量化深度图像中不同像素点是否属于相同类型的概率,并根据深度图像与彩色图像在内容上的互补关系,优化和提升FCN对肉牛图像的语义分割(像素密集预测)精度。通过试验验证,该方法与全卷积网络的最优分割结果相比,可以将统计像素准确率平均提高2.5%,类别平均准确率平均提升2.3%,平均区域重合度平均提升3.4%,频率加权区域重合度平均提升2.7%。试验证明,该方法可以提升全卷积网络模型在复杂背景下肉牛图像语义分割精度。

  • 非洲猪瘟对中国生猪市场和产业发展影响分析

    关键词:肉    市场    非洲猪瘟    生猪产业    猪周期    猪肉流通    猪肉消费    猪肉进口    

    受非洲猪瘟疫情、环保等因素影响,生猪产能快速深度下降,未来2a猪肉供给偏紧特征明显,生猪价格快速进入新一轮上涨周期,未来养殖收益将连续3a处于较好水平,未来2a猪肉进口预期创新高。短期来看,非洲猪瘟影响下产销区供给过剩和供给偏紧交替出现,猪价由区域分化演变为普遍性上涨。受非洲猪瘟防控政策、产业生物安全水平提升需求和近期出台的产业支持政策等因素影响,中国生猪产业的生产和屠宰布局、流通模式、消费结构、猪肉贸易、价格周期等发生深刻变革。非洲猪瘟导致中国生猪养殖模式向适度规模转变,“公司+农户”成为主要发展模式,屠宰产能由销区向产区转移,管理和防疫成本提高,生猪产能恢复速度将较缓慢,猪肉消费加速向冷鲜肉转变,在肉类消费结构中比重将进一步下降,未来猪肉进口保持较高水平将成为常态。要有效实施非洲猪瘟分区防控、保障生猪市场稳定,需要通过加强区域化防控机制的顶层设计和立法,优化非洲猪瘟强制性扑杀补贴机制,加强基层兽医体系建设,实施“政府+企业+养殖户”联防联控,降低疫病传播风险,推动生猪产业可持续发展。

  • 高光谱成像快速检测壳聚糖涂膜草莓可溶性固形物

    关键词:农产品    无损检测    高光谱    壳聚糖涂膜    草莓    ssc    

    为了对壳聚糖涂膜草莓可溶性固形物含量(soluble solids content, SSC)进行快速检测,该文采用高光谱成像仪(400~1 000 nm)对0,0.5%,1%浓度的壳聚糖(chitosan, CTS)涂膜草莓分别储藏1,2,4 d 后进行成像,并测量样本SSC。通过分析SSC 发现,0.5%和1%壳聚糖涂膜草莓,其SSC 随着储藏天数的增加均高于0 浓度壳聚糖涂膜草莓,说明了0.5%和1%壳聚糖涂层抑制了草莓中SSC 的降低,能够延长草莓的新鲜口味。随后采用蒙特卡罗-偏最小二乘法(monte carlo-partial least squares, MCPLS)对异常样本进行剔除。对剔除异常样本后的光谱数据进行不同预处理,以确定最优的预处理方法。为提高运行速度和降低数据维数,采用竞争性自适应权重取样法(competitive adaptive reweightedsampling, CARS)和连续投影算法(successive projections algorithm, SPA)进行特征波段选择。最后,采用偏最小二乘回归(partial least square regression, PLSR)和支持向量回归(support vector regression, SVR)法建立回归模型。最终结果表明:SPA-SVR 模型效果最佳,0 浓度的壳聚糖涂膜的草莓,建模集精度R^2c 为0.865,预测集精度R^2v 为0.835;0.5%浓度的壳聚糖涂膜的草莓,建模集精度R^2c 为0.808,预测集精度R^2v 为0.799;1%浓度的壳聚糖涂膜的草莓,建模集精度R^2c为0.834,预测集精度R^2v 为0.875。对储藏第4 天的部分样本图像进行主成分分析(principal component analysis, PCA),结果显示除第二主成分图像(PC2)中有部分噪声影响外,PC1 和PC3 均能完整反映草莓信息,且PC3 图像明显呈现出不同浓度壳聚糖涂膜草莓的褐变程度,说明不同浓度的壳聚糖涂膜也会对草莓货架期产生不同影响。综上说明利用高光谱成像技术可以实现壳聚糖涂膜草莓SSC 快速检测,有效指导草莓保鲜处理。

  • 功能纳米材料的“瘦肉精”传感检测技术研究进展

    关键词:传感器    纳米技术    无损检测    功能纳米材料    瘦肉精    

    “瘦肉精”系一类具有相似结构的β-肾上腺素受体激动剂化合物,曾被滥用作为动物生长促进剂,以提高胴体瘦肉率。中国虽自2010年起禁止其应用于动物养殖环节,但当前,“瘦肉精”类物质非法添加现象仍时有发生,且其替代品多、隐蔽性不断增强对畜产品安全和人类健康仍构成极大威胁。功能纳米材料所具有的特殊结构及性质,极大地提升了现有传感检测技术的性能,使得现有传感检测技术不断朝着灵敏、高效、简便、低成本及抗干扰能力不断增强等方向发展。该文分别从金纳米材料、碳质纳米材料、量子点以及其他新型纳米材料角度出发,总结了以上纳米材料与传感检测技术相结合在“瘦肉精”检测方面的研究进展,分析了各种检测方法的优缺点,并提出了未来功能纳米材料与传感检测技术相结合需要提升的地方,为下一步开发更灵敏准确、简便易行、高通量及低成本的检测方法提供参考。

  • 自动化机械发酵食醋过程中品质变化规律

    关键词:转鼓式反应器    食醋    固态发酵    主要成分    挥发性风味物质    动态监测    

    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0~4d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。

  • 干白葡萄酒增香酿造工艺参数优化

    关键词:酶    发酵    优化    可同化氮    酵母多糖    香气化合物    干白葡萄酒    贵人香    

    试验以一种酿酒葡萄为原料,利用顶空固相微萃取/气相色谱-质谱联用技术(HS-SPME/GC-MS)检测了不同可同化氮含量(200、300、400mg/L)、酵母多糖(150、250、350mg/L)、发酵温度(14、18、22℃)、初始pH值(3.3、3.5、3.7)和SO2添加量(40、70、100mg/L)处理发酵酒样中的挥发性香气化合物,探讨了复合酿造因子对贵人香干白葡萄酒主要香气物质含量的影响关系。结果表明,300mg/L的可同化氮有利于高级醇、酯类、单萜化合物的积累;酵母多糖添加量为250mg/L时,单萜化合物质量分数达到最大值(198.54μg/L);发酵温度从14℃升高到22℃时,高级醇含量显著升高,酯类和单萜含量显著降低;提高葡萄汁初始pH有利于单萜化合物的积累,不利于高级醇、酯类的生成;添加70mg/L的SO2时,单萜化合物质量分数最高(181.73μg/L)。正交试验极差分析表明,发酵温度和SO2添加量对高级醇含量影响较大;发酵温度与可同化氮对酯类香气物质含量的影响较大,酵母多糖和pH值对单萜类香气物质含量影响较大。各处理组间的聚类分析可知,可同化氮和酵母多糖对主要香气化合物的影响关联度较高、葡萄汁初始pH值和SO2添加量关联度较高。较低的发酵温度有利于酒样中香叶醇、异戊醇、苯乙醇、辛酸乙酯的生成,添加中等浓度的可同化氮和酵母多糖可促进乙酸异戊酯、乙酸己酯和己酸乙酯的合成,较高的初始pH值有利于芳樟醇、香茅醇和香叶醇的积累。综合分析,发酵温度18℃、初始pH值3.5、70mg/LSO2、300mg/L可同化氮、250mg/L酵母多糖酿造贵人香干白葡萄酒,可有效促进酒样中主要香气化合物的合成释放。

  • 热烈祝贺我刊2篇论文入选中国科协第四届优秀科技论文

    关键词:科技论文    中国科协    中国汽车工程学会    优秀论文    中国农学会    集群    遴选    组织    

    中国科协组织开展的第四届优秀科技论文遴选计划共分10个集群,经专家推荐、初评遴选、终评审定以及公示等程序,总共入选98篇优秀论文(链接网址:http://www.cast.org.cn/art/2019/9/23/art_458_101882.html)。其中,由中国农学会和中国汽车工程学会分别组织评审推荐并最终获奖的农林集群及交通与基建集群领域优秀论文各10篇。

  • 履带自走式果园气爆深松施肥机研制

    关键词:机械化    设计    优化    施肥机    气爆深松    定量追肥    

    针对现有果园人工施肥作业劳动强度大、效率低,以及机械开沟、挖穴施肥作业翻动土壤破坏土层结构和损伤果树根系的问题,该文结合新疆及中国北方干旱区果园土壤深松和深位施肥的要求,研制了一种履带自走式果园气爆深松施肥机,解决了坚硬土层快速打穴、定量取肥排肥、高压气爆深松施肥等关键技术难题。该机采用全液压驱动履带行走方式,主要由打穴注肥装置、定量加肥装置、气爆发生装置等关键部件组成,可一次完成果树根部土层定点打穴、气爆松土和定量深位施肥等多道工序。为提高作业效率和施肥效果,以单次作业时间和肥料扩散半径为评价指标,以打穴深度、施肥插杆内径、气爆压力为影响因素,进行了二次旋转正交组合试验,通过Design-ExpertV8.0.6.1软件,建立了评价指标与各影响因素的数学回归模型,分析了显著因素对评价指标的影响,优化试验参数,确定最优参数组合为:打穴深度600mm、施肥插杆内径30mm、气爆压力0.6MPa。田间验证试验结果表明:在优化参数组合下,单次作业时间为22.1s,肥料扩散半径为413.6mm。试验样机经新疆维吾尔自治区农牧业机械产品质量监督管理站检测,各项检测指标均达到了样机设计的技术要求。该研究成果可为果园气爆深松施肥机产品研发与改进提供技术支撑。

  • 联合收割机多机协同作业路径优化

    关键词:农业机械    优化    算法    多机协同作业    无冲突路径规划    

    随着我国土地流转政策的不断推进,种植实现规模化生产和管理,采用多台联合收割机同时进行收获作业,可不仅提高效率,而且对抢种抢收,减少自然灾害的风险,实现颗粒归仓意义重大。但是由于作业路径规划不当,常常发生作业冲突、反而效率降低,成本增加等问题,因此,研究如何规划和优化联合收割机多机无冲突协同作业具有十分重要的理论意义和实用价值。本文以总作业时间和作业时长为综合优化目标,综合考虑联合收割机转弯和作业冲突的情况,提出了联合收割机多机无冲突协同作业路径优化算法(improved genetic algorithm,IGA)。结果表明,与遗传算法(geneticalgorithm,GA)相比,IGA优化的矩形农田作业路径总作业时间和作业时长平均分别下降了33.72%、34.00%,IGA优化的梯形农田作业路径总作业时间和作业时长分别下降了29.93%、30.00%,与并排作业相比,IGA优化的矩形农田作业路径总作业时间和作业时长平均分别下降了2.45%、2.29%,IGA优化的梯形农田作业路径总作业时间和作业时长分别下降了2.42%、2.02%。研究结果表明采用IGA进行多联合收割机作业路径优化是可行的,可为联合收割机多机无冲突协同作业路径规划提供参考。

  • 薄壁微喷带喷洒宽度模型构建

    关键词:灌溉    流量    模型    微喷带    喷洒宽度    工作压力    喷孔直径    喷孔仰角    

    为了更好指导微喷带在农业灌溉系统中规划与设计,在天津市农业水利技术工程中心开展了薄壁微喷带喷洒水滴直径试验与喷洒宽度试验,考虑了微喷带喷洒水滴运动过程中受空气阻力、重力、浮力等因素,建立了基于牛顿力学与流体力学理论的微喷带喷洒水滴运动数学模型,推导了微喷带喷洒宽度理论计算式,确定了计算式中的参数,并对微喷带喷洒宽度影响因素进行分析。结果表明:微喷带喷洒宽度计算公式计算结果与实测数据吻合较好,对于不同型号微喷带相对误差均小于10%。理论计算公式及试验结果均反映微喷带喷洒宽度随着喷孔仰角呈先增加后减小变化,且当喷孔仰角为40°左右喷洒宽度达到最大。微喷带喷洒宽度理论计算公式精度较高,可广泛应用于喷洒宽度的计算,为微喷带灌溉系统规划设计提供理论依据。

  • 高原环境条件下柴油机增压与喷油参数协同优化

    关键词:柴油机    优化    高海拔    二级可调增压系统    喷油参数    

    增压与喷油是影响柴油机高海拔性能最直接的因素。为了优化柴油机不同海拔条件下增压与喷油系统协同控制策略,建立了二级可变截面增压柴油机GT-Power仿真模型,计算得到了柴油机运行各工况数据。将神经网络与仿真数据相结合,以动力性为优化目标,得到不同海拔条件下增压与喷油系统协同优化规律。研究结果表明:相比于原机,喷油参数经过优化后,最佳循环喷油量增加,增加量呈现出自最大转矩转速点向两侧逐渐增大的趋势。最佳喷油提前角,在2 500和5 500 m低转速下平均分别增加了1和1.5℃A,在中高转速下,平均分别减小了25.2%和17.5%。相比于原机,最佳可变截面的涡轮增压器(variable geometry turbocharged,VGT)叶片开度增大,但增大趋势在不同海拔略有不同,0 m海拔时,增加幅度随转速增加而增大,5500 m低转速时,开度不变,中高转速时,VGT开度增加幅度随转速增加呈现先增大后减小。增压与喷油参数协同优化后,0 m海拔时,VGT叶片开度和喷油量增大,喷油提前角减小,5 500 m海拔时,低转速下VGT叶片开度不变,循环喷油量和喷油提前角增大,中高转速下VGT叶片开度和循环喷油量增大,喷油提前角减小。

  • 同化AMSR2数据提高HYDRUS-1D模型土壤湿度模拟精度

    关键词:土壤    湿度    遥感    amsr2    集合卡尔曼滤波    数据同化    

    同化遥感监测数据提高土壤剖面湿度模拟精度,对区域农业发展等实践与理论领域具有重要意义。该文结合了集合卡尔曼滤波(ensemble Kalman filter,EnKF)方法与HYDRUS-1D模型,同化降尺度后的AMSR2(advanced microwavescanning radiometer 2)微波土壤湿度数据,开展榆社、荫城2个实验站点的土壤剖面湿度模拟。结果表明:在2个实验站点,与直接使用HYDRUS-1D模型相比,同化具有一定误差的AMSR2土壤湿度数据对不同深度土壤湿度的模拟精度提高都发挥了作用,尤其是对于同化前模拟方案S1(4月1日站点实测含水量)与S4(4月1日遥感含水量),由于HYDRUS-1D模拟时输入了较少数量的土壤湿度数据,数据同化效果与土壤湿度模拟精度提高更为显著;同化前后不同深度的土壤湿度精度对比结果表明,同化效果随深度增加而逐渐减弱。

  • 农田-防护林-荒漠复合系统土壤水盐运移规律及耦合模型建立

    关键词:灌溉    土壤水分    土壤盐分    bp神经网络    

    为探讨节水灌溉条件下干旱内陆区不同景观单元土壤水盐动态规律及水盐通量变化特征,以新疆三工河流域绿洲-荒漠过渡带典型景观格局农田-防护林-荒漠为研究对象,利用2018年4月—9月连续定位观测数据资料,分析各景观单元作物生育期(4月1日—6月28日)和非生育期(6月29日—9月15日)土壤水盐动态规律及其变异性、土壤水盐通量变化特征及影响因素,构建农田-防护林-荒漠复合系统BP神经网络土壤水盐耦合模型,并对所建模型参数敏感性及应用可行性进行探讨。结果表明,各景观单元作物生育期和非生育期土壤含水率、电导率均具有较明显的垂直分层、水平递变和季节波动特征;按变异性可划分为3个典型土层:活跃层(0~40cm)、次活跃层(>40~140cm)和相对稳定层(.140cm);距防护林越近,农田土壤含水率和电导率分别呈降低和升高趋势,荒漠均呈升高趋势;单次降水和灌溉事件后各景观单元各典型土层土壤含水率和电导率随时间分别均呈负指数函数和三次函数变化趋势。土壤控制体(单位面积深140cm土柱)内,生育期农田和防护林均为向下水分通量,非生育期均为向上水分通量,荒漠两时期均为向下水分通量;农田和防护林土壤贮水量与土壤积盐量随地下水位下降、蒸散发量增大均呈递减趋势;荒漠土壤水盐通量对各因素及其交互效应响应较微弱;生育期最后1次充分灌溉的淋洗作用可使该系统土壤积盐量趋于平衡状态。拓扑结构为32-36-6的BP神经网络土壤水盐耦合模型具有较高的模拟精度;灌溉和地下水位是影响该系统土壤水盐动态的关键因素。研究结果可为节水灌溉条件下绿洲-荒漠共生系统寻求生产和生态之间的平衡机制提供理论依据。

  • 再生水灌溉对红壤水力特性的影响

    关键词:灌溉    土壤水分    水分特征曲线    再生水    导水率    vg模型    

    再生水长时间灌溉是诱发土壤水力特性演变的关键因素之一。该文采用再生水原液(reclaimedwater,RW)以及再生水原液稀释2倍(RW-2)、4倍(RW-4)、6倍(RW-6)等4种不同浓度再生水水源,设置再生水连续灌溉与再生水-蒸馏水交替灌溉(ARW、ARW-2、ARW-4、ARW-6)2种灌溉模式,以蒸馏水连续灌溉(CK)为对照,持续对第四纪红壤进行干湿循环模拟灌溉,直到土壤入渗趋于稳定为止。采用压力膜仪法测定各灌溉处理后的土壤水分特征曲线,选择van Genuchten(VG)模型对其参数提取,分析了红壤水力特性的演变特征及其参数影响。结果表明:再生水灌溉显著影响了红壤的持水特性,促使红壤孔隙大小、数量及其分布发生演变,该变化规律与再生水水质浓度、灌溉模式关系密切。与CK相比,再生水连续灌溉模式RW、RW-2、RW-4、RW-6处理下,红壤有效水分别提高了5.4%、3.6%、14.6%、-8.1%;再生水-蒸馏水交替灌溉模式ARW、ARW-2、ARW-4、ARW-6处理下,红壤有效水分别降低了9.9%、23.3%、26.5%、16.9%。与CK相比,连续灌溉对红壤水力传导性无显著影响;而交替灌溉则影响显著,其土壤非饱和导水率、水分扩散度大体表现为CK>ARW-6■ARW-4>ARW>ARW-2。再生水灌溉对VG模型参数θs’、θr’、α、n均有显著影响;再生水的pH值、电导率及钠吸附比均与红壤有效水存在显著的相关性。该研究结果对红壤地区再生水长期灌溉利用风险评估提供了一定理论基础和技术支撑。

  • 沟灌肥液入渗硝态氮运移特性数值模拟及影响因素分析

    关键词:肥料    灌溉    入渗    数值反演    溶质运移    

    为探明沟灌肥液(硝酸钾,KNO3)入渗特性,选取杨凌区砂壤土和黏壤土作为供试土壤,以室内试验资料为基础,对不同肥液浓度条件下的土壤水力特性参数与溶质运移参数进行了反演,并模拟分析了不同因素对沟灌肥液入渗过程中硝态氮(NO3^--N)的运移规律。结果表明:肥液浓度变化对土壤水力特性参数有一定的影响,其中土壤饱和含水率θs、形状系数n、饱和导水率Ks随肥液浓度的增大呈增加趋势,但进气吸力倒数a值则呈现减小趋势;采用反演所得参数对沟灌肥液入渗过程进行了模拟,其中不同位置处土壤水分和NO3^--N模拟值与实测值相对误差绝对值均值最高分别为6.52%和11.49%,说明反演所得土壤水力特性参数和溶质运移参数是可靠的;土壤初始含水率和肥液浓度对NO3^--N分布的影响较显著,其中NO3^--N分布范围随着土壤初始含水率和肥液浓度的增大而增大;沟中水深和沟底宽对NO3^--N竖直向分布影响较小,但对水平向分布影响较大,其水平向分布范围随着沟中水深和沟底宽的增大而增大。研究结果可为农田沟灌施肥系统的设计与管理提供理论依据。

  • 生物炭对东北黑土持水特性的影响

    关键词:土壤    水分    生物炭    黑土    田间持水量    

    为探究生物炭对东北黑土持水特性的影响,系统研究3种添加比例(2%、5%、10%)、3种粒径(0.25、0.5、1mm)的杨木炭和竹炭对3种质地东北黑土(壤土、砂壤土、砂土)田间持水量和含水率的影响规律,构建添加生物炭黑土的水分特征曲线,并采用Van-Genuchten和Broods-Corey模型进行拟合。结果表明:生物炭能显著提高不同质地东北黑土的持水能力,黑土的田间持水量与生物炭的添加比例呈显著正相关,而与生物炭的粒径呈负相关,0.5mm和1mm粒径的生物炭对黑土田间持水量的影响差异不显著,杨木炭显著优于竹炭,0.25mm、10%添加比例的杨木炭对东北黑土持水能力的提高效果最优,壤土、砂壤土、砂土3种质地黑土的田间持水量和饱和含水率分别可提高64.97%、66.42%、69.39%和47.60%、38.93%、31.18%;Van-Genuchten模型能更精确的模拟添加生物炭黑土的水分特征曲线,最佳离心时间为100min,三次函数曲线能够较好的拟合添加生物炭黑土的体积含水率与离心吸力之间的多元动态关系,为生物炭对各种质地东北黑土水分运动规律的深入研究提供理论依据。

  • 基于NDVI时间序列数据的施肥方式遥感识别方法

    关键词:施肥    遥感    施肥方式    作物    时间序列    ndvi    

    农产品生产过程时空动态监测是有机/绿色农产品认证亟待解决的问题,不同施肥方式的时空精准识别是解决该问题的关键。本文以美国加州大学戴维斯分校长期定位实验为基本材料,利用时间序列Landsat 8和Sentinel-2影像研究长期施肥实验下不同施肥处理轮作地块的植被指数时间序列,对比分析不同施肥处理NDVI的差异以及NDVI与产量的相关性。结果表明:1)不同施肥处理下的NDVI时间序列曲线总体趋势相似,有机肥与化肥处理NDVI时间序列曲线差异较大;2)不同施肥处理NDVI随作物生长期呈现规律变化,生长初期和后期有机肥处理NDVI均值高于化肥处理,生长中期化肥处理高于有机肥处理;3)不同施肥处理下的NDVI与产量之间相关系数随作物生长期有规律变化,应用植被指数进行遥感估产需要考虑不同施肥处理的影响。研究成果初步探讨了利用不同施肥处理NDVI时间序列差异、NDVI与产量相关性差异区分有机肥与其他施肥方式,有望为有机/绿色农业的时空动态监测与认证提供遥感技术支持,深化遥感技术在农业领域应用。

  • 膨胀土胀缩裂隙演化及其扰动规律分析

    关键词:ct    土壤    膨胀土    胀缩裂隙    定量分析    扰动函数    

    为定量研究膨胀土胀缩裂隙的演化特征及其对土体的扰动规律,从而探究其引发工程和生态环境灾害的机理。论文对合肥膨胀土进行干湿循环-CT(computed tomography)扫描试验,从获取的CT图中提取灰度值以及灰度共生矩阵特征值:角二阶矩(angular second moment,ASM)和对比度(contrast,CON),研究在干湿循环作用下裂隙图像的灰度值及其纹理的变化规律;并通过三轴剪切试验研究了在干湿循环作用下膨胀土的强度特征。结果表明:1)图像灰度值随裂隙的发育状态而变化;初始阶段灰度值沿试样轴向分布比较离散,但在后期逐渐均匀,离散系数在3次干湿循环后达到最大值,比干湿循环前增加了106%,随后逐渐减小;2)ASM随干湿循环次数的增加而减小,并且在0°和90°方向上的值比在45°和135°方向上的值大9%;CON随干湿循环次数的增加而减小,并且在0和90°方向上的值比在45°和135°方向上的值小52%,其对纹理的方向差异性更加敏感;3)胀缩裂隙对原状膨胀土的结构性会造成破坏,强度劣化显著;在5次干湿循环后,2种土强度分别降低62%和46%,并且原状膨胀土与重塑膨胀土强度的差值也由347.3 kPa降至21.3 kPa;4)由ASM和CON定义的扰动函数与由土体原生联结结构强度定义的扰动函数,扰动过程中函数变化曲线吻合度高,故基于灰度共生矩阵特征值的扰动函数能很好地描述胀缩裂隙扰动下的膨胀土强度特性。

  • Sentinel-2影像和BP神经网络结合的小麦条锈病监测方法

    关键词:遥感    算法    病害    小麦    条锈病    bp神经网络    

    选用包含红边等多种不同波段信息的多光谱卫星数据,为区域尺度上展开作物病害监测研究提供更加丰富有效的信息,相比于常规的宽波段卫星遥感影像,搭载红边波段的Sentinel-2影像对作物病害胁迫更加敏感,能显著提高模型精度。该文以陕西省宁强县小麦条锈病为研究对象,基于Sentinel-2影像共提取了26个初选特征因子:3个可见光波段反射率(红、绿、蓝)、1个近红外波段反射率、3个红边波段反射率、14个对病害敏感的宽波段植被指数和5个红边植被指数。结合K-Means和ReliefF算法筛选病害敏感特征,最终筛选出3个宽波段植被指数,包括:增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI)、结构加强色素指数(structure intensive pigment index,SIPI)、简单比值植被指数(simpleratio index,SR),2个红边波段植被指数:归一化红边2植被指数(normalized red-edge2 index,NREDI2)、归一化红边3植被指数(normalized red-edge3 index,NREDI3)。利用BP神经网络方法(back propagation neural network,BPNN),分别以宽波段植被指数和宽波段植被指数结合红边波段指数作为输入变量构建小麦条锈病严重度监测模型,对比2种模型的监测精度。结果显示,基于宽波段植被指数结合红边波段植被指数的监测模型的总体精度达到83.3%,Kappa系数0.73,优于仅基于宽波段植被指数特征所建监测模型的精度73.3%,Kappa系数0.58。说明红边波段能够为病害监测提供有效信息,采用宽波段植被指数和红边波段植被指数相结合的方法能够有效提高作物病虫害监测模型精度。

  • 基于波段权重的多尺度Retinex遥感图像渐晕校正方法

    关键词:遥感    图像处理    retinex理论    光谱恢复    渐晕校正    

    针对传统函数逼近法存在的校正质量不稳定、耗时长以及Retinex算法存在的光晕、泛灰和光谱数据失真的问题,该文提出了一种带光谱恢复的多尺度Retinex渐晕校正方法。通过对无人机遥感图像全局亮度的估计以及光谱恢复因子的引入,实现无人机遥感光谱图像的渐晕校正。利用该文方法对遥感图像进行处理,并与基于高斯曲面的函数逼近法和多尺度Retinex算法结果进行对比,依据灰度分布情况、标准差、平均梯度、清晰度、光谱相关系数以及光谱角指标进行评价分析。试验结果表明,该文提出的方法可以取得较好的渐晕校正效果,结果不存在光晕、泛灰现象,结果的平均梯度和清晰度均值分别为0.0774和49.33,相较原始图像和函数逼近法以及多尺度Retinex算法处理结果,平均梯度分别提高了5.94%、5.56%和4.78%,清晰度分别提高了8.94%、6.79%和6.63%,该文方法校正图像的对比度和清晰度更优,方法具有较好的渐晕校正效果。

  • 基于改进YOLOv3-LITE轻量级神经网络的柑橘识别方法

    关键词:神经网络    果树    算法    柑橘    混合训练    迁移学习    giou边框回归损失函数    

    柑橘识别是实现柑橘园果实自动采摘、果树精细化管理以及实现果园产量预测的关键技术环节。为实现自然环境下柑橘果实的快速精准识别,该文提出一种基于改进YOLOv3-LITE轻量级神经网络的柑橘识别方法。在采摘机器人领域,果实识别回归框的准确率直接决定了机器手的采摘成功率,该方法通过引入GIoU边框回归损失函数来提高果实识别回归框准确率;为便于迁移到移动终端,提出一种YOLOv3-LITE轻量级网络模型,使用MobileNet-v2作为模型的骨干网络;使用混合训练与迁移学习结合的预训练方式来提高模型的泛化能力。通过与Faster-RCNN以及SSD模型对比在不同遮挡程度的测试样本下模型的识别效果,用F1值与AP值评估各模型的差异,试验结果表明:该文提出的模型识别效果提升显著,对于果实轻度遮挡的数据集,该文提出的柑橘识别模型的F1值和AP值分别为95.27%和92.75%,AverageIoU为88.65%;在全部测试集上,F1值和AP值分别为93.69%和91.13%,Average IoU为87.32%,在GPU上对柑橘目标检测速度可达246帧/s,对单张416×416的图片推断速度为16.9 ms,在CPU上检测速度可达22帧/s,推断速度为80.9 ms,模型占用内存为28 MB。因此,该文提出的柑橘识别方法具有模型占用内存低、识别准确率高及识别速度快等优点,可为柑橘采摘机器人以及柑橘产业产量预测提出新的解决方案,为柑橘产业智能化提供新的思路。

  • 玉米芯热解催化转化制备呋喃类化合物工艺优化

    关键词:热解    催化    生物质    玉米芯    呋喃类化合物    催化剂筛选    活性炭    

    为探索木质生物质气固非均相催化热解制备呋喃类化合物新途径,该文以玉米芯为原料,采用MCM-41、活性炭(AC)、Al2O3、HZSM-5(Si/Al=38,46,80)、TiO2和ZrO2为催化剂,在玉米芯催化热解催化剂筛选的基础上,采用响应曲面法对MCM-41、AC和TiO2催化热解玉米芯工艺条件进行优化,研究催化剂对热解产物组成和呋喃产率的影响。结果表明,较高比表面积的MCM-41.AC和TiO2催化剂可明显促进呋喃类化合物的生成,呋喃类产率可分别达到31.43%、28.78%和30.44%,而HZSM-5系列催化剂最低;单个因素影响顺序为催化剂>催化热解温度>原料与催化剂质量比;催化剂类型和催化热解温度具有明显的交互作用;当催化热解温度为550℃、玉米芯与催化剂质量比为1∶1,采用活性炭为催化剂时,呋喃类化合物产率最高可达35.30%。研究结果可以为基于气固催化反应的木质生物质催化热解制呋喃类化学品提供依据。

  • 热烈祝贺我刊2篇论文入选中国科协第四届优秀科技论文

    关键词:科技论文    中国科协    中国汽车工程学会    优秀论文    中国农学会    集群    遴选    组织    

    中国科协组织开展的第四届优秀科技论文遴选计划共分10个集群,经专家推荐、初评遴选、终评审定以及公示等程序,总共入选98篇优秀论文(链接网址:http://www.cast.org.cn/art/2019/9/23/art_458_101882.html)。其中,由中国农学会和中国汽车工程学会分别组织评审推荐并最终获奖的农林集群及交通与基建集群领域优秀论文各10篇。

农业工程学报

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