科研产出
番茄果实次生代谢物对各生育期弱光处理敏感性分析
《农业工程学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：温室弱光制约着番茄生产,选择对弱光敏感性较强的生育期进行阶段性补光是经济可行的干预方式之一.为了探究番茄不同生育期的弱光敏感性,该研究在全人工光型植物工厂中种植番茄"丰收74-560RZ F1",以全生育期1 000 μmol/(m2·s)的光照强度为对照,分别于番茄花期、膨大期、转色期和采收期中的某一时期进行弱光处理(弱光处理的光照强度为160 μmol/(m2·s),同处理其他生育期光照强度均保持1 000 μmol/(m2·s)),通过对番茄风味及品质相关次生代谢物积累的分析阐明番茄品质形成对不同生育期弱光的敏感性.结果表明:1)各生育期弱光处理均降低了番茄果实总黄酮、多酚和番茄红素的含量,其中,花期弱光处理下番茄总黄酮及多酚含量均为处理间最低,分别较对照显著降低了 35%、29%(P<0.05);花期和转色期弱光处理下番茄红素含量均低于其他处理,分别较对照显著降低了 45%和60%(P<0.05);所有处理下番茄果实中番茄红素与总黄酮、多酚含量均呈显著正相关.2)各生育期弱光处理均显著降低了番茄果实中醛类、酮类、酯类、烃类及醇类等挥发性次生代谢物的总数量和总含量(P<0.05),所有处理均为醛类含量最高,醇类含量最低.膨大期弱光处理检测出的挥发性物质总数量最少(为40种,较对照减少9%),花期弱光处理下番茄挥发性物质总含量最低(较对照降低了 28%);其中,花期处理下醛类、酯类及其他类挥发性物质含量均为处理间最低,分别较对照显著降低了 31.7%、64.1%、56.8%;花期和膨大期弱光处理下番茄果实中醇类物质含量均低于其他处理,分别较对照显著降低了 25.3%和28.2%(P<0.05);此外,酯类物质在所有处理之间差异均达到显著水平(P<0.05),说明该类挥发性物质的弱光敏感性较强.研究表明花期弱光胁迫对番茄果实品质和风味相关次生代谢物积累的不良影响最大,较其他生育期而言,番茄花期弱光敏感期更需要采用人工光源进行及时合理的补光以降低损失,而对于花期补光强度及适宜光质需根据补光效果预期及补光成本预算等开展进一步的研究.
关键词： 温室 光照 番茄 番茄红素 弱光 挥发性物质 次生代谢物
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基于彩色空间距离优化的秸秆覆盖率检测算法研究
《农业机械学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：秸秆覆盖率是保护性耕作重要的评价指标之一.针对田间秸秆形态各异、细碎秸秆难以识别的难题,基于机器视觉技术,提出了一种基于K-means和彩色空间距离灰度化方法相结合的田间秸秆覆盖率检测算法.采用彩色空间距离方法对秸秆图像进行预处理,基于K-means算法实现秸秆和土壤背景的分类识别,使用数学形态学腐蚀和膨胀方法对识别后的图像进行处理,降低细碎秸秆对覆盖率的影响,最后计算秸秆图像的覆盖率.2022年10月,通过田间试验对北京小汤山国家精准农业研究示范基地采集的220幅玉米秸秆图像进行了算法验证.试验结果表明,对低秸秆覆盖率(0~30%)图像,识别准确率达到90%;对中等秸秆覆盖率(30%~60%)图像,识别准确 率达到88%;对高秸秆覆盖率(60%以上)图像,识别准确率达到86%;整体秸秆覆盖率分等定级准确度达到98.18%.本研究设计的基于K-means和彩色空间距离灰度化方法相结合的田间秸秆覆盖率检测算法为保护性耕作评价提供了快速检测方法和手段.
关键词： 保护性耕作 秸秆覆盖率 K-means算法 彩色空间距离灰度化
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北京地区大气重金属沉降污染特征与风险评价
《中国环境科学 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了解疫情期间北京大气重金属沉降通量的时空特征以及健康风险水平,于2020～2021年共收集大气降尘样品52组,采用实验室仪器测定样品中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd等6种重金属元素的含量,并计算其沉降通量.结果表明,北京降尘中重金属Cd的平均含量不足10mg/kg,Cr、Ni、Cu、As的平均含量10～100mg/kg,而Zn的平均含量超过了100mg/kg;Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd的含量均超过北京土壤背景值,其超标率分别为93.9%、51.0%、98.0%、100.0%、89.8%和100.0%;北京各重金属元素沉降通量值与全国农业农村加权均值结果相近,显著高于国外发达地区,城区各元素沉降通量低于郊区;地累积指数研究结果表明,各元素的污染水平排序为Cd＞Zn＞Cu＞Cr＞As＞Ni,其中Cd、Zn元素都在中度和偏中度污染以上,其余元素在轻度污染水平;4个季度13个监测点中Cd元素存在中度危害和很强生态危害,23.1%～76.9%的样品处于中度生态危害;健康风险评价结果表明,降尘中Cr和As对成年人和儿童存在非致癌风险.
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病害胁迫下玉米LAI遥感反演研究
《农业机械学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了在病害发生条件下进行玉米LAI的遥感估算，针对41个不同抗性的玉米自交系品种，通过人工接种方法，获得了不同病害严重程度（1～9级）的LAI数据，同时采集了地面高光谱和无人机多光谱数据，构建了K近邻算法、支持向量机、梯度提升分类树和决策分类树分类模型对病害进行分类，对玉米种质资源抗病性进行了划分。基于不同玉米病害胁迫程度分类结果，采用随机森林回归、梯度提升回归树、极端梯度增强算法、轻量梯度提升机4种机器学习模型对玉米LAI进行反演，讨论了不同模型在病害胁迫下的鲁棒性。研究结果表明，对不同生育期玉米病害程度进行划分，基于地面高光谱识别精度分别为84.72%（梯度提升分类树）、47.67%（支持向量机）、55.05%（K近邻算法）、83.02%（决策分类树）。基于病害分类结果，本文利用无人机多光谱数据估算了不同病情等级胁迫下的玉米LAI。构建了4种集成学习模型对不同病情等级的LAI进行估算，4个LAI反演模型的总体反演精度（rRMSE）分别为：19.11%（梯度提升回归树）、15.94%（轻量梯度提升机）、14.51%（随机森林回归）和15.45%（极端梯度增强算法）。其中极端梯度增强算法对病害胁迫的普适性最好，不同病害等级下的反演精度rRMSE为15.19%（轻微）、17.46%（中等）、9.12%（严重）和9.63%（不抗病）。LAI反演模型普遍在病害早期和中期（病情等级1～7）对玉米LAI估算精度相差不大。但是对病情极其严重的玉米样本，其玉米LAI估算结果精度差异较大，田间不同病情等级胁迫会影响玉米LAI的准确估算。
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在线式玉米单粒种子检测分选装置设计与试验
《农业机械学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对农业生产中种子精选的需求，设计了在线式单粒种子检测分选装置，实现流水线式种子上料、检测和分选。该装置由上料装置、检测单元、分选单元和控制系统组成。上料装置通过两级振动实现籽粒的平铺，配合传输带完成籽粒的单粒化。检测单元由高速工业相机实时获取种子图像，并传送至上位机检测分析。控制系统根据检测结果和种子在图像中的位置，控制分选单元完成分选。利用搭建的装置采集了1 200粒正常种子、1 200粒霉变种子和1 200粒破损种子的图像，使用HALCON软件提取了单粒种子的18个颜色和12个形态特征，通过偏最小二乘判别分析法进行判别分析，分别构建了种子霉变和破损的检测模型，并利用搭建的装置和模型进行了验证试验。试验结果表明：在线式单粒种子检测分选装置分选速率大于300粒/min;其中霉变种子的分选准确率高于95%,破损种子分选的准确率高于89%。
关键词： 玉米种子 种子霉变检测 种子破损检测 种子分选 机器视觉
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基于区块链的农产品质量安全可信溯源系统研究
《农业机械学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：为解决现有农产品质量溯源系统存在的数据中心化存储、数据易篡改和数据信任等问题，以及保障农产品质量安全、维护消费者权益和提高生产企业品牌竞争力，在分析农产品产业链业务流程和区块链关键技术的基础上，设计了农产品可信溯源区块结构，确保农产品溯源数据不可伪造和安全可信；提出了“On-Chain+Off-Chain”农产品质量安全溯源信息协同管理存储策略，解决农产品溯源区块链网络中各节点数据存储压力大、查询效率低和数据爆炸等问题；采用Kafka共识机制实现多主体参与的共识操作，提供实时数据高吞吐量和低延时的处理能力；制定了农产品溯源智能合约规则集和合约触发条件，确保农产品数据的可靠性和溯源平台的公信力；基于Hyperledger Fabric区块链平台研制了农产品质量安全可信溯源系统，并对红茶产品质量安全溯源进行验证分析。结果表明，本文研制的农产品质量安全可信溯源系统，解决了农产品产业链生产、加工和流通多节点之间数据安全和溯源信息真实可信等问题，取得了较好的应用效果。
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基于马利奥特装置的无土栽培营养液管理控制系统研究
《农业机械学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：营养液配置及灌溉控制技术已成为无土栽培中的关键技术，然而目前营养液管理控制中存在配置流程繁琐、营养液配比不精准及灌溉策略单一等问题，阻碍了无土栽培技术的大面积推广应用。针对上述问题，设计了一种基于马利奥特装置的营养液管理控制系统，该系统主要由营养液配制系统与营养液灌溉控制系统两部分组成。通过EC（电导率）和pH值传感器实时获取营养液成分，建立配液系统，依据不同作物营养需求自动、快速配置目标营养液。根据不同用户的需求，结合作物栽培区的气象参数和应用环境，制定了3种不同的灌溉策略：参比蒸散灌溉模式、光照辐射灌溉模式、定时灌溉模式。实验表明，该系统可以快速、准确地实现营养液的管理控制，为作物的无土栽培技术的大面积推广应用奠定了基础。
关键词： 无土栽培 马利奥特装置 营养液 配液系统 灌溉策略
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基于优化植被指数的多生育期茶叶游离氨基酸含量估算
《农业机械学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：不同季节的茶叶外形和品质均具有较大差异,针对运用植被指数检测不同季节茶鲜叶游离氨基酸含量存在难度,选取了10个茶树品种3个季节(春茶、夏茶和秋茶)茶鲜叶中游离氨基酸含量数据和高光谱数据进行分析.首先,对原始光谱数据进行5种光谱变换:倒数T1/R对数T1gR、一阶微分TR、倒数的一阶微分T(1/R)和对数的一阶微分T(1gR),并进一步利用不同光谱变换优化了经典植被指数,最终比较了经典植被指数和优化植被指数对不同季节茶鲜叶游离氨基酸模型的影响.结果 表明:茶鲜叶建模集和验证集游离氨基酸含量的变化趋势从大到小均为春茶游离氨基酸含量、秋茶游离氨基酸含量、夏茶游离氨基酸含量;光谱变换优化后的植被指数与茶鲜叶游离氨基酸含量的相关性均高于经典植被指数与茶鲜叶游离氨基酸含量相关性,相关系数绝对值范围为0.10 ~ 0.30;基于TlgR-VI构建的多元线性回归(MLR)模型在不同季节的建模集和验证集中均得到了较好的精度,且适用于多生育时期茶鲜叶氨基酸含量的估测.基于TlgR-VI构建的全生育时期MLR具有较高的精度,建模集决定系数R2和均方根误差(RMSE)分别为0.38和0.72%,验证模型精度R2和RMSE分别为0.20和0.84%.光谱预处理在不同品种、不同生长季的茶鲜叶游离氨基酸检测中具有正效应,优化植被指数为茶叶品质估算提供了有益的技术支持.
关键词： 茶叶;游离氨基酸;光谱变换;优化植被指数;多元线性回归
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基于THz-TDS技术的培氟沙星和氟罗沙星抗生素定性定量检测研究
《光谱学与光谱分析 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：作为两种常用的喹诺酮类抗生素,培氟沙星和氟罗沙星残留问题引起人们的高度关注,研发快速、高效的检测手段成为一种需求.采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术对鱼粉基质中的培氟沙星、氟罗沙星进行了研究.制备培氟沙星、氟罗沙星、聚乙烯和鱼粉纯净物质以及培氟沙星-鱼粉和氟罗沙星-鱼粉17种不同浓度二元混合物的压片样品,共106个;对所有压片样品进行太赫兹光谱测量和分析;利用连续投影算法(SPA)结合支持向量机(SVM)和反向传播神经网络(BPNN)建立定性判别模型,对培氟沙星-鱼粉和氟罗沙星-鱼粉这两种混合物进行分类判别;利用特征频率处吸收系数建立偏最小二乘回归(PLSR)、BPNN、多元线性回归(M L R)定量预测模型,分别对两种混合物进行定量预测.结果表明:纯净培氟沙星在0.775和0.988 T Hz存在明显吸收峰,纯净氟罗沙星在0.919和1.088 T Hz存在明显吸收峰,聚乙烯对太赫兹波基本没有吸收,鱼粉无吸收峰,两种抗生素与鱼粉混合后的峰值出现在纯净抗生素的吸收峰附近;在定性判别中,S V M判别结果最佳,预测集判别准确率、精确率、召回率、F1得分分别为97.06%,97.22%,97.06%和97.06%;定量回归中,SPA-BPNN模型用于预测培氟沙星-鱼粉结果最佳,预测集相关系数(Rp)、预测集均方根误差(RMSEP)分别为0.9849和0.0095,SPA-MLR模型用于预测氟罗沙星-鱼粉结果最佳,Rp和RMSEP分别为0.9827和0.0406.研究表明THz-TDS技术对鱼粉基质中培氟沙星、氟罗沙星进行定性定量检测是可行的,为畜禽行业中培氟沙星和氟罗沙星实际检测提供理论和技术参考.
关键词： 太赫兹时域光谱 培氟沙星 氟罗沙星 定性判别 定量检测
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融合多环境参数的鸡粪氨气排放预测模型研究
《农业机械学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：NH3是影响舍内肉鸡生长发育的主要有害气体,对其排放量的准确测量与预测有助于建立鸡舍环境调控模型,提升畜禽福利化养殖的水平.生产中,NH3监测多采用电化学传感器,精度差且寿命短,较难直接获取NH3排放量.结合NH3产生和释放的机理过程,选择相对较易获取的CO2排放量(ECO2)和H2O排放量(EH2O)等环境参数建立NH3排放量的预测模型.建立了肉鸡厚垫料养殖模式下,舍内鸡粪气体排放的模拟试验装置,连续多日 向试验装置内投入等量鸡粪以模拟鸡舍每日 粪便生成,监测温度、相对湿度以及CO2、H2O、NH3排放量数据.基于多种机器学习方法和环境参数,构建了 NH3排放量预测模型,并运用特征和排列重要性探究参数重要程度,运用部分依赖图和个体条件期望图探究模型对参数的依赖关系.依据氨气排放预测相关知识,将温度和相对湿度计算为水汽压差(VPD),对比引入VPD后,不同参数组合方式对最优模型的影响.结果表明极限随机树模型预测NH3排放量的效果最好,其R2为0.916 7、均方根误差为0.289 7 mg/(kg·h)、平均绝对百分比误差为10.82%.分析各模型参数,该模型对EH20的依赖性最大,引入VPD对极限随机树的预测能力没有提升.基于温度、相对湿度、EH2O、ECO2建立的极限随机树模型可较好地预测肉鸡垫料饲养工艺下粪便的NH3排放量.
关键词： 鸡粪 氨气 厚垫料饲养 排放速率 机器学习 预测模型
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