科研产出
基于无人机多光谱信息与纹理特征融合的小麦叶面积指数估测
《农业机械学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：叶面积指数（Leaf area index, LAI）是作物生长监测和产量预测的重要指标之一，为探究基于无人机多光谱技术的小麦LAI估测模型潜力，本文以小麦育种材料为研究对象，基于无人机平台获取小麦拔节期、孕穗期、抽穗期、开花期的多光谱图像，得到12种植被指数（Vegetation index, VI）及各波段的8种纹理特征（Texture features, TF）。然后，利用皮尔逊相关性分析方法筛选与LAI相关性较强的VI和TF,在优选2类特征基础上，利用递归特征消除法（Recursive feature elimination, RFE）筛选两者结合的综合特征（Comprehensive features, CF）。最后，基于3类特征，采用多元线性回归（Multiple linear regression, MLR）、支持向量回归（Support vector regression, SVR）、梯度提升回归（Gradient boosting regression, GBR）3种机器学习算法构建LAI估测模型，比较模型在各生育期的估测精度差异。结果表明：CF有效提高了小麦各生育期LAI估测精度；3种机器学习算法中，GBR更具稳定性，对3类特征均有较好的LAI拟合效果；以植被指数RVI、NDVI和纹理特征NIR＿COR、R＿MEA作为输入变量，结合GBR算法能够准确估测小麦LAI,所有时期训练集R2为0.91,RMSE为0.45,测试集R2为0.84,RMSE为0.67。本研究可为基于多光谱技术的小麦LAI估测提供应用参考。
关键词： 小麦 叶面积指数 无人机多光谱 植被指数 纹理特征 机器学习
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滴灌下肥料管理对小麦产量和碳氮足迹的影响
《农业工程学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：为解决小麦生产中氮肥投入过量及灌溉不合理问题，提出华北平原小麦绿色高产生产技术，为农业可持续发展提供支撑。该试验以冬小麦为研究对象，设置滴灌不施肥（D-0）、滴灌不施氮肥（D-N0）、畦灌常规施肥（Q-FP）、滴灌优化施肥（D-NPK）、滴灌有机无机配施（D-NPKM）处理，研究不同措施对小麦产量、碳氮足迹及农田净生态经济效益的影响。结果表明：氮肥和灌溉方式是小麦产量的关键制约因素，与Q-FP处理相比，同时优化施肥及灌溉方式（D-NPK），小麦产量和收获指数平均分别显著提高12.3%和13.2%,D-NPKM处理可显著提高小麦产量和收获指数16.8%和13.1%。相比于畦灌农户常规施肥，滴灌条件下优化施肥量（D-NPK）及有机无机配施（D-NPKM）是小麦生产系统碳氮排放及环境足迹降低的有效措施，氮足迹分别降低61.7%和59.8%，碳足迹分别降低44.5%和25.3%。滴灌模式下，有机无机配施（D-NPKM）处理氮足迹和碳足迹均高于单施化肥（D-NPK）处理，分别高4.9%和34.6%，而净生态经济效益降低于D-NPK处理24.3%。因此，从小麦生产力角度来看，滴灌结合有机无机配施是最优化措施，但结合生态环境角度，建议D-NPK处理为最优化措施。整体来看，在该研究试验条件下，推荐滴灌结合肥料减量措施作为小麦生产的最优化措施，但相比于农户常规灌溉施肥，滴灌下有机无机配施仍是提高小麦生产力，降低小麦生产碳氮足迹的有效措施，未来可结合不同地区有机肥资源进行综合考虑，选择可进一步降低碳足迹的有机肥类型及施用方式，以最大化资源利用，实现农业可持续发展。
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添加小米对老面发酵小麦面团的微生物多样性及馒头品质的影响
《中国食品学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了研究微生物生长代谢对老面馒头质地和品质的影响,采用高通量测序技术比较老面发酵小麦(SW)/小麦-小米(SM)面团中的微生物组成及其代谢功能差异,并对小麦/小麦-小米馒头的物理特性及其与微生物的相关性进行分析.结果表明,2组样品的微生物多样性和丰富度虽存在一定差异,但差异不大.SM中细菌和真菌群落的多样性较低.真菌较细菌的丰富度高,而多样性较低.2组微生物菌群组成相似,细菌的优势菌属为乳酸杆菌属和片球菌属,优势菌种为面包乳杆菌和发酵乳杆菌,在SW和SM中均差异显著(P<0.05).真菌的绝对优势菌属为酵母属,由酿酒酵母组成.KEGG分析显示,次生代谢产物生物合成和氨基酸代谢是SM中代谢旺盛的通路,而碳水化合物、脂质、维生素和核苷酸代谢在SW中显著上调(P<0.05).老面发酵对不同种类馒头的品质和质地特性产生了影响,相比于小麦馒头,小麦-小米馒头硬度、比容、咀嚼性较高,而弹性、内聚性较低.乳酸菌可以改善馒头的质地特性,这取决于菌属种类,低丰度菌属与弹性呈显著正相关关系(P<0.05).研究结果为探明微生物组成与老面馒头物理特性的形成机制提供了理论依据,并为筛选、改善品质的潜在微生物提供了参考.
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采前氨基乙氧基乙烯甘氨酸处理对'黄冠'梨长期冷藏后果实品质和果心褐变的影响
《食品科学 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：为延长‘黄冠’梨贮藏期，减轻长期贮藏后货架期间果实品质劣变，采用不同浓度氨基乙氧基乙烯甘氨酸（aminoethoxyvinylglycine,AVG）在采前喷施‘黄冠’梨果实，在冷藏180 d及货架7 d（（180+7）d）后检测相关指标。结果显示，采前喷施AVG可延缓‘黄冠’梨果实硬度下降，维持可溶性固形物含量以及可滴定酸含量，有效抑制果面褐斑和果心褐变的发生，其中以200 mg/L AVG效果最好。‘黄冠’梨果实在长期冷藏时果心发生褐变，同时熊果苷、绿原酸以及总酚含量增加，多酚氧化酶活性升高；PbPAL1、PbPAL2、PbPPO1、PbPPO5、PbLOX1以及PbLOX5在冷藏期间表达量升高，货架期表达量随之下降。采前200 mg/L AVG处理‘黄冠’梨，可显著促进熊果苷、绿原酸以及总酚在整个贮藏过程中含量的增加，抑制多酚氧化酶活性升高，抑制PbPAL1、PbPAL2、PbPPO1、PbPPO5以及PbLOX5的表达，进而有效减少果心褐变的发生。
关键词： 梨 氨基乙氧基乙烯甘氨酸 果心褐变 酚类 多酚氧化酶
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湿热处理对豆粉营养品质及面团物化特性的影响
《食品科学 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：采用湿热处理研究不同豆粉抗氧化、营养特性及面团性质的影响。结果表明：随着湿热处理时间的延长，红豆粉和豌豆粉的总酚、黄酮含量及其抗氧化能力呈先增加后降低的趋势，分别在0.5 h和1.0 h时达到最大，而白芸豆粉总酚、黄酮含量呈增加趋势，在8.0 h达到最大；湿热处理对2,2’-联氮双-（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）阳离子自由基清除率和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基清除率趋势与总酚、黄酮含量一致；3种豆粉的主要脂肪酸种类分别为棕榈酸、硬脂酸、亚油酸、顺-11-二十碳一烯酸和油酸；湿热处理2.0 h及以上，对白芸豆粉中油酸、亚油酸和顺-11-二十碳一烯酸含量有显著影响；湿热处理后红豆粉和白芸豆粉中游离氨基酸参与美拉德反应，含量显著下降，而豌豆粉中更多结合态的氨基酸游离出来，使其含量升高；扫描电子显微镜观察微观结构结果显示，随着湿热处理时间延长，蛋白质变性和部分淀粉发生糊化，出现孔洞、黏附等现象；淀粉的重结晶使得豆粉的峰值黏度、谷值黏度和回生值下降，抗剪切力变差；面团水分分布测定结果显示，湿热处理后红豆粉的弛豫时间T21、T22增加，红豆粉成团性优于其他面团；湿热处理使混合豆粉热机械特性中的蛋白弱化度增强，抑制了淀粉的回生，降低了老化度，有益于提升产品品质。
关键词： 湿热处理 杂豆 营养品质 糊化特性 水分分布 热机械学特性
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4种小米糠组分的理化性质和风味成分分析
《食品科学 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：以不同碾磨程度的小米糠为原料，通过测定小米糠中营养成分、水分分布、水合特性、色度、糊化特性和挥发性成分，探究不同小米糠组分营养成分、理化性质和挥发性成分的差异。结果显示，4种小米糠（S1～S4）的脂肪、蛋白质、灰分、淀粉和水分质量分数均存在显著差异。其中S3米糠含有10.96%蛋白质和26.05%脂肪，营养价值最高。同时，S3米糠具有流动性强，起泡能力强（5.54%）且稳定性高（82.86%）等优良特性，但高含水量、含油量不利于S3米糠贮藏。相关性分析显示淀粉、蛋白质营养成分会直接影响小米糠加工性质（水合特性、起泡性等）。此外，S1～S4米糠中分别检测出72、47、70、51种挥发性物质。4种小米糠中存在10种差异性挥发性物质，己酸甲酯、己醛、棕榈酸甲酯等6种化合物在S1米糠中含量最高，十二烷、正己醇等4种化合物在S2米糠中含量最高。4种小米糠中壬醛的香气活性值分别为702、444、110、51，可以有效区别4种小米糠。本研究有利于精准化分离工艺和选择性使用，可以实现资源利用的最大化。
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基于无人机高光谱遥感与机器学习的小麦品系产量估测研究
《农业机械学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：为快速、准确地估测小麦产量，有效提高育种工作效率，本文以小麦品系为研究对象，收集小麦灌浆期无人机高光谱数据和产量数据。首先基于递归特征消除法筛选出特征波长作为模型输入变量，然后利用岭回归（Ridge regression, RR）、偏最小二乘回归（Partial least squares regression, PLS）、多元线性回归（Multiple linear regression, MLR）3种线性算法和随机森林（Random forest, RF）、梯度提升回归（Gradient boosting regression, GBR）、极限梯度提升（eXtreme gradient boosting, XGB）、高斯过程回归（Gaussian process regression, GPR）、支持向量回归（Support vector regression, SVR）、K最邻近算法（K-nearest neighbor, KNN）6种非线性算法构建单一算法产量估测模型并进行精度比较，最后基于Stacking算法构建多模型集成组合，筛选最佳集成模型。结果表明，基于不同算法的产量估测模型精度差异显著，非线性模型优于线性模型，基于GBR的产量估测模型在单一模型中表现最优，训练集R2为0.72,RMSE为534.49 kg/hm2,NRMSE为11.10%,测试集R2为0.60,RMSE为628.73 kg/hm2,NRMSE为13.88%。基于Stacking算法构建的集成模型性能与初级模型和次级模型的选择密切相关，以KNN、RR、SVR为初级模型组合，GBR为次级模型的集成模型有效提高了估测精度，相比单一模型GBR,训练集R2提高1.39%,测试集R2提高3.33%。本研究可为基于高光谱技术的小麦品系产量估测提供应用参考。
关键词： 小麦品系 产量估测 无人机高光谱 遥感 机器学习 Stacking算法
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长期秸秆深翻还田及养分管理对潮土有机碳矿化影响
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了明确耕作方式与养分管理对华北潮土土壤有机碳矿化的影响。基于连续15 a(2007—2022年)耕作与养分管理模式长期定位试验开展研究，长期定位试验分为农民习惯耕作管理模式（秸秆不还田+浅旋耕RP-S,rotate plow without straw return）和高产耕作管理模式（秸秆还田+深翻耕DP+S,deep plow with straw return）2个主处理，以及对照施肥（CK）、农民习惯施肥（CON）和优化施肥（OPT）3个副处理，共计6个处理。于2022年10月，采集表层（0～20 cm）土壤样品，分析土壤有机碳及活性碳组分含量与土壤碳库管理指数，并采用室内培养法，测定土壤有机碳矿化速率，利用一级动力学方程拟合土壤有机碳潜在可矿化量和碳半周期，应用结构方程模型揭示长期不同耕作模式与养分管理措施下，土壤有机碳的周转规律。多年试验数据得出，在RP-S条件下，C/N(SOC and TN ratio)总体呈逐渐下降趋势，在DP+S条件下，C/N总体呈先降后增趋势。秸秆还田+深翻耕处理显著提高了土壤活性有机碳组分含量(P<0.05)，且碳库管理指数（CPMI, carbon pool management index）提升显著(P<0.05)。与农民习惯施肥相比，优化施肥可以显著提高土壤有机碳含量12.35%。在DP+S条件下，优化施肥显著提高了土壤易氧化有机碳（ROC,readily oxiedozable carbon）与CPMI。各处理土壤有机碳矿化速率均在1 d达到最大，而后1～10 d迅速下降，10 d后缓慢下降直至稳定，有机碳矿化速率随时间呈对数函数型变化，不同处理土壤有机碳矿化速率均符合一级动力学模型。秸秆还田+深翻耕显著提高了累积矿化率（潜在可矿化量与土壤有机碳的比值）23.59%，而优化施肥可以显著降低累积矿化率22.12%。土壤有机碳矿化累积量（Ct）与土壤有机碳（SOC,soil organic carbon）、土壤活性碳组分和土壤碳库管理指数均呈极显著正相关关系(P<0.01)，与土壤潜在可矿化有机碳量（C0）呈显著正相关关系(P<0.05)，结构方程模型表明，耕作管理、微生物碳（MBC,microbial biomass carbon）和ROC是影响土壤有机碳周转能力和固碳能力的直接因素，耕作与施肥管理可通过对土壤有机碳及活性碳组分的影响，间接影响土壤有机碳周转能力，进而影响土壤固碳能力。长期秸秆深翻耕还田结合优化施肥有利于提高土壤固碳能力，促进农田资源的增碳及可持续利用。
关键词： 秸秆 还田 潮土 长期施肥 耕作方式 土壤有机碳矿化
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植物乳杆菌体外发酵藜麦水不溶性膳食纤维对肠道菌群及产短链脂肪酸的影响
《食品科学 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探究体外发酵藜麦水不溶性膳食纤维和外源添加乳酸菌对肠道菌群及短链脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs)的影响,本研究采用粪便滤液和植物乳杆菌对藜麦水不溶性膳食纤维进行体外发酵,通过气相色谱测定产生的SCFAs含量,并通过16SrDNA测序分析菌群结构和丰度的变化.结果表明,藜麦水不溶性膳食纤维和植物乳杆菌的添加能够改变肠道菌群的结构和丰度.在门水平上,添加藜麦水不溶性膳食纤维和植物乳杆菌发酵12h后都能够增加拟杆菌门的丰度;在属水平上,藜麦水不溶性膳食纤维增加了有益菌(普雷沃氏菌属)的丰度.与粪便滤液体外发酵藜麦水不溶性膳食纤维相比,外源添加植物乳杆菌组显著增加了SCFAs的产量.综上所述,植物乳杆菌体外发酵藜麦水不溶性膳食纤维能显著改变肠道菌群的丰富度和多样性,并且能够促进SCFAs的产生,有利于肠道健康.
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糙小米发芽过程中挥发性成分与脂肪酸的内在关系
《中国食品学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：糙小米发芽会促进功能成分和营养成分的增加,同时也会导致特殊气味的产生,严重影响其品质.为了调控和改善发芽糙小米的品质,需探明这些气味成分的来源.对"冀谷39"和"冀创一号"2个糙小米品种进行24 h的发芽处理,利用顶空固相微萃取结合气-质谱联用技术分析挥发性成分的变化,结果表明:5种醛类、2种酮类、2种酯类等成分主要在发芽12 h后形成,而10种烷烃、4种烯烃类主要形成于发芽0~12 h.这些挥发性成分主要形成于脂肪酸的酶促氧化时,软质酸、硬脂酸、油酸、亚油酸和亚麻酸在糙小米发芽过程中先增加后降低,模拟试验显示油酸经酶促氧化形成壬醛和癸醛,亚油酸经酶促氧化形成3-辛烯-2-酮和(E)-2-辛烯醛,而亚麻酸经酶促氧化形成十二烷和壬醛.
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