科研产出
基于高光谱成像技术和IRIV算法的玉米种子品种纯度识别
《江苏大学学报(自然科学版) 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：基于高光谱成像技术，提出了一种无损、快速的玉米种子纯度识别方法.首先，采用多元散射校正（MSC）等方法对数据进行预处理；其次，应用竞争性自适应重加权法（CARS）和迭代保留信息变量法（IRIV）提取特征波长；再次，建立支持向量机（SVM）和线性判别分析（LDA）等纯度识别模型；最后，设置随机种子值，使用采集函数“expected-improvement-plus”搜索置信区间中的待评价点，得到使交叉验证损失最小的超参数值，提高模型的准确率.结果表明：MSC-IRIV-LDA识别模型准确率最高，训练集和预测集的准确率分别为0.960 4和0.933 3,K值为0.918 6;对LDA的δ和γ超参数值进行优化后，进一步提高了训练集、预测集准确率和K值；本研究提出的方法能够实现玉米种子纯度无损、快速识别，为精准农业的发展提供技术支持.
关键词： 玉米种子 高光谱 迭代保留信息变量法 线性判别分析 纯度
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面向小麦区块链追溯系统的分级监管模型设计与实现
《农业机械学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对现有的农产品溯源系统中数据监管存在的监管单一、权限集中，以及监管过程中隐私泄露等问题，通过研究小麦制粉行业全业务流程特性，设计并构建了面向小麦区块链追溯系统的分级监管模型。该模型以联盟链Hyperledger Fabric为基础构建多链架构，提出了基于密文策略属性加密（CP-ABE）技术的加密隐私密钥传输方法，通过一对多的加密属性设计多个数据监管部门，并在密文中嵌入访问结构实现权限管控。通过理论分析，所提出的分级监管模型能够在满足消费者追溯需求的基础上，实现企业隐私保护、分级授权管控、全流程穿透式实时监管的功能。在安全方面，该模型在控制策略保持不变的情况下，改变需加密密钥的任意一位，生成密文平均变化率为95.5%;在保持密钥不变的前提下，通过改变企业授权访问策略，引起解密私钥平均变化率为75.5%,具有较高的混淆性和安全性。在效率方面，所设计的分级监管模型公开溯源数据平均查询时延为6.67 ms,隐私数据平均解密查询时延为34.45 ms,数据监管平均查询时延为37.78 ms。
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藏北高寒草甸土壤线虫群落结构和多样性对增氮的响应
《草业学报 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：土壤线虫在高寒草甸生态系统物质循环和能量传递过程中起重要作用.高寒草甸植物对氮沉降极为敏感,但增氮对土壤线虫群落结构和多样性的影响仍不明确.本研究在西藏那曲高寒草甸开展模拟氮沉降试验,设置0、7、20、40 kg N·hm-2·a-14个增氮水平(硝酸铵),研究增氮对高寒草甸土壤线虫群落结构和多样性的影响.结果表明:1)增氮显著改变了高寒草甸土壤线虫的群落组成,并且降低了线虫多样性和均匀度;2)N20、N40显著提高了食细菌线虫(Ba)类群的相对丰度,较对照组分别提高了30.4%和31.7%;3)线虫多样性指数(H′)和均匀度指数(J)均表现为Nck>N40>N20>N7,不同处理间植物寄生线虫指数(plant parasite index,PPI)、自由线虫成熟度指数(maturity index,MI)、瓦斯乐思卡指数(wasilewska index,WI)无显著差异.在不同增氮条件下,线虫通道指数(nematode channel ratio,NCR)均大于0.5,瓦斯乐思卡指数(WI)均大于1,说明研究区土壤线虫类群整体以食细菌线虫为主,矿化途径主要由食细菌真菌线虫参与;4)土壤中氨态氮含量和线虫总量及食细菌线虫数量显著正相关.本研究明确了施氮条件下食细菌线虫数量的增加是藏北高寒草甸土壤线虫总量增加的主要来源,为探究藏北高寒草甸生态系统对氮沉降的响应机制提供了参考.
关键词： 氮沉降 生态指数 线虫通道指数 土壤动物 植物生产力
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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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北京典型园林绿化树种释放有益挥发性有机物组成及动态变化特征
《西部林业科学 》 2023 北大核心
摘要：为了研究植物释放出的挥发性有机物（BVOCs）里含有保健和净化空气功能的特定成分及其动态变化特征，从而为园林绿化树种的选择和搭配提供科学的理论依据，以我国北京市常用8种绿化植物白皮松、油松、侧柏、桧柏、栾树、国槐、垂柳和银杏为研究对象，利用动态顶空法和GC-MS方法对不同种类的植物释放的有机物（BVOCs）成分及动态变化特征进行了为期一年的观测分析。结果显示：（1）针叶树种释放的有益BVOCs中烯烃类化合物含量约占总释放量的67.4%～81.3%,酯类、醛类、酮类、醇类以及有机酸类化合物共占比18.7%～32.6%;阔叶树种释放的有益BVOCs中烯烃类化合物占总释放量的61.4%～72.3%,醇类、酯类、醛类、酮类及其他类化合物共占约27.7%～38.6%。（2）侧柏在春季释放较多的烯烃类（15.1%）、酯类（9.01%）和醇类（18.3%）化合物，在夏季释放较多的酯类（10.01%）、醛类（12.5%）和醇类（10.2%）化合物，在秋季释放较多的醇类（10.1%）化合物。垂柳无论春夏秋哪个季节都是释放烯烃类化合物最多，春季55.1%、夏季54.3%、秋季58.2%。（3）垂柳释放的烯烃类化合物在1000达到最大值（41.3%）,醇类化合物在1400达到最大值（25.3%）;侧柏释放的烯烃类化合物一直增大，在1800达到最大值（78.2%）,醛类化合物在1200达到最大值（22.4%）,醇类化合物在1000达到最大值（20.01%）。研究结果表明：不同树种在生长季所释放的有益BVOCs组成与含量存在一定差异；侧柏和垂柳在不同季节释放的化合物种类存在显著差异；侧柏和垂柳释放的有机物存在不同的日动态变化特点。
关键词： 北京 绿化树种 有益挥发性有机物 成分结构 相对含量 动态变化
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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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聚乙烯微塑料浓度对黑土团聚体特征及其稳定性的影响
《土壤通报 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：【目的】微塑料会与土壤颗粒及团聚体相互作用而影响土壤的稳定性，探究微塑料浓度对黑土团聚体特征及其稳定性的影响，以期为农田土壤（微）塑料污染及土壤健康评价提供数据基础。【方法】通过大豆盆栽实验，研究自然条件下不同微塑料浓度（0%、0.1%、0.5%、1%、2%、5%）对黑土团聚体组成、团聚体稳定性(大团聚体含量R＞ 0.25)、土壤团聚体特征指标（平均质量直径MWD、几何均重直径GMD、分形维数FD）的影响。【结果】不同微塑料浓度处理中，＜0.25 mm的机械稳定性团聚体含量比例最小，且＞ 2 mm和＜0.25 mm的团聚体含量比例随着微塑料浓度的增加而增加；＞ 2 mm的水稳性团聚体含量比例最小，＜0.25 mm的水稳性团聚体含量比例随着微塑料浓度的增加而增加；但在1%浓度时，机械稳定性和水稳性团聚体含量比例均与其他浓度的趋势相反；无植物种植的团聚体变化与种植物的相似。土壤大团聚体(R＞ 0.25)的含量比例随着微塑料浓度的增加而显著减小，当微塑料浓度为1%时，其含量比例略低于对照试验（CK）。不同采样期，大豆成熟期的土壤机械稳定性团聚体和水稳性团聚体的MWD、GMD均比花期的小，而花期的团聚体分形维数比成熟期高，表明随着大豆生长及微塑料的作用，土壤团聚体稳定性降低。通过相关性分析表明，MWD与GMD呈极显著正相关关系，且二者均与FD值呈极显著负相关，即土壤团聚体MWD和GMD总体显著增大，FD值则显著减小，从而表征土壤颗粒团聚性下降。此外，当土壤中微塑料浓度为1%时，土壤团聚体分形维数最小，即土壤团聚作用增强。【结论】土壤中微塑料累积浓度越高，对土壤团聚体产生的破坏作用越强，导致土壤颗粒间聚合能力减弱，土壤中微塑料浓度为1%是否可作为影响黑土团聚体稳定性变化的阈值还有待后续研究，以期为全面评估微塑料对土壤质量的影响提供依据。
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