科研产出
40 a施肥措施对黑土土壤酶化学计量特征的影响
《环境科学 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探究长期施肥措施对黑土土壤养分平衡和酶化学计量特征的影响,选取长期定位实验（40a）样地4种不同施肥处理:不施肥、施氮肥、施磷肥和氮磷混施,分别在2021年4月和2022年4月采集土壤样品,测定土壤4种水解酶活性并分析酶化学计量特征.结果表明,施氮和氮磷混施均显著提高酸性磷酸酶和β-D-葡萄糖苷酶活性,分别提高68%～158%和26%～222%.施磷和氮磷混施则显著影响β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性,其酶活性最高达75.48 nmol·（g·h）-1和106.81 nmol·（g·h）-1.双因素方差分析显示氮和磷输入对土壤酶活性均产生显著影响.冗余分析表明酶活性变化的主要影响因子为土壤pH值、微生物生物量磷和有效磷.通过计算酶化学计量比,发现氮处理显著增加酶矢量长度,其数值主要在1.32～1.52之间,而酶矢量角度均>45°,表明黑土主要受碳磷共同限制.通过以上分析可以发现40 a长期施肥处理对黑土土壤酶及资源利用策略有显著影响,研究结果为评估长期施肥处理对土壤养分平衡和可持续利用具有重要的生态学意义.
关键词： 长期定位实验 氮肥 磷肥 酶矢量长度 酶矢量角度 磷限制
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作物遥感分类的样本依赖与模型空间外推研究
《遥感学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：降低对样本数量的依赖度，实现大区域、复杂作物类型的遥感监测识别是农业遥感的重要研究内容。本研究以黑龙江省产粮大市绥化市为例，采用监督分类方法，深入探索了样本量对作物分类效果的影响以及小区域尺度（如北林区）训练的监督分类模型空间外推至大区域尺度的可行性。研究发现：采用玉米播种至抽穗期中期的Sentinel-2时序遥感影像，在优化随机森林模型参数的基础上，当训练的样本量从10%逐步递增至50%时，即玉米、水稻和大豆的训练样本各为130个左右，就能提取北林区作物的空间分布，整体分类精度为94.6%；当样本量进一步增加时，模型的整体分类精度保持平稳，并不会进一步增长。因为水稻在育秧期—淹水期的陆表水体等光谱指数与玉米、大豆的存在显著差异，采用玉米播种至拔节期前期的Sentinel-2遥感影像，即可实现北林区高精度的作物遥感识别；当时间从玉米拔节期前期延长至抽穗中期，作物的总体分类精度仅有微小的提升。此外，作物空间分布和概率分布图表明，将北林区训练的最优模型外推至整个绥化市时，能取得与用绥化市采集的样本直接训练的模型得到相似的分类效果，整体分类精度为93.7%，仅比后者低1.3个百分点。距离、样本的空间代表性和数量、小区域和目标拓展区的作物种植结构的相似性是影响模型空间外推效果的关键因子。不同的作物对距离的敏感程度不同，由于水稻的水体指数、短波红外1等波段与其他作物的显著差异，水稻的分类效果对距离的变化并不敏感，而玉米和大豆的分类效果则随着外推距离的增长，总体上呈现下降的变化趋势。在源区域和目标拓展区作物种植结构相似的前提下，小区域的作物分类模型构建，需要同步兼顾样本的空间代表性和数量，才能取得较好的模型空间外推效果。本研究可为大尺度区域作物的遥感精准分类提供高效与经济的方法，为作物分类样本的采集与抽样策略的制定、分类时相、敏感波段的选择提供了科学依据。
关键词： 作物分类 样本依赖 模型外推 随机森林 谷歌地球引擎
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基于光谱反射率的寒地水稻叶片氮含量预测
《光谱学与光谱分析 》 2024 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：为实现利用水稻叶片光谱指数实时预测叶片群体的氮素含量,采集了不同年份中氮素、品种差异下寒地水稻主要生育期(T1穗分化中期、T2拔节期、T3孕穗期、T4齐穗期、T5蜡熟期)顶部3片全展叶(上1、上2、上3叶分别记作L1、L2、L3)的光谱反射率,探究其变化规律以及光谱指数与叶片氮素含量的关系,并用P-k、均方根误差(RMSE)、对称平均绝对百分比误差(SMAPE)、校正均方根误差(RMSEC)、交互验证均方根误差(RMSECV)、相对预测性能(RPD)对模型精度进行验证.结果显示:提高氮肥投入量,叶片反射率在可见光区域内呈降低趋势,在近红外平台叶片反射率上升.随着生育期的推进,在可见光区域内,不同品种L1叶反射率先降低后上升,L2、L3叶的反射率一直上升,与叶片氮素百分含量的敏感波段为500~550和650~700nm.对光谱指标和叶片氮素百分含量进行相关分析,生育前期以下位叶片的光谱指标相关系数高,生育后期则相反,筛选出T1时期L2叶指标FD-NDNI、T2时期L2叶指标GM2、T3时期L2叶指标Lic2、T4时期L1叶指标MRESRI以及T5时期L1叶指标Ctr1适宜作为不同时期预测叶片氮素含量的最佳指标,预测叶片氮素含量的回归方程R2分别0.54**、0.60**、0.66**、0.62**、0.51**,均达到极显著水平;验证指标的P-k值分别为0.00、0.04、0.06、0.01、0.04;RMSE分别为0.39、0.58、0.22、0.54、2.56;SMAPE分别为1.11、1.41、1.03、1.64、3.89;RMSEC分别为0.17、0.15、0.13、0.13、0.13;RMSECV分别为0.18、0.14、0.12、0.12、、0.14;RPD分别为2.46、2.19、3.15、1.74、3.01,其中T3时期L2叶指标Lic2的预测效果表现最佳.借助筛选的光谱指标能够实现快捷、无损和实时预测水稻不同生育时期的氮素营养状况,促进高产优质的寒地水稻可持续发展.
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不同酶处理对多孔大米淀粉性能的影响
《中国食品学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：使用麦芽糖α-淀粉酶（MA）和淀粉葡糖苷酶（AMG）分别处理制备多孔大米淀粉，对其表征特性进行对比分析。通过扫描电镜可知，这两种酶均使淀粉颗粒表面产生蜂窝状多孔结构。经酶处理的大米淀粉颗粒的相对结晶度（25.54%～33.26%）均高于天然淀粉的相对结晶度（23.74%）。MA处理增加了短支链淀粉链的数量，并且随着酶处理时间的延长降低了分子质量。与对照组相比，MA和AMG处理的淀粉颗粒溶胀度、表观直链淀粉含量、峰值黏度、崩解值、最终黏度和回生值均下降。MA处理的淀粉颗粒具有更高的溶解指数（1.46%～2.57%）,AMG处理的淀粉颗粒的溶解指数均小于0.42%。与对照组相比，经酶处理的大米淀粉糊化温度会延迟0.8～6.0℃，焓变增加范围在1.0～3.8 J/g。
关键词： 多孔大米淀粉 麦芽糖α-淀粉酶 淀粉葡糖苷酶 结构表征 特性分析
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基于顶空-气相色谱-离子迁移谱技术分析蒸煮前后不同颜色稻米的挥发性化合物
《食品科学 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：采用顶空-气相色谱-离子迁移谱对3种不同颜色稻米样品的挥发性成分进行分析，共检测出64个峰，鉴定出44种挥发性物质。白色稻米在蒸煮后释放出高浓度的2-甲基丙烯醛、3-甲基丁醛、庚醛单体、未定性组分2、9、12、15。红色稻米在蒸煮后释放出高浓度的庚醛（单体、二聚体）、戊醛、2-丁基呋喃、（E）-2-庚烯醛（单体、二聚体）、辛醛（单体、二聚体）、反-2-辛烯醛、壬醛（单体、二聚体）、异戊醇、癸醛、乙酸乙酯、2,3-丁二酮、2-戊基呋喃、未定性组分1、3、6、7、8、10、16、17、18、19。黑色稻米蒸煮后释放出高浓度的2-戊酮、2-己烯醛、丁烯腈、3-甲基-1-戊醇、1-辛烯-3-酮、糠醇、2-甲基丁酸乙酯、苯甲醛、苯甲醇、丙二酸二甲酯、未定性组分4、11。3种不同颜色稻米蒸煮后，香味物质增多。综上所述，采用顶空-气相色谱-离子迁移谱技术可以很好地表征不同颜色稻米及蒸煮前后的香气特征，为消费者的选购提供理论依据。
关键词： 稻米 顶空-气相色谱-离子迁移谱 挥发性成分
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基于UPLC-MS技术分析沙棘果肉成熟过程中生物活性成分差异
《食品科学 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了解沙棘果肉成熟过程中重要生物活性成分的合成代谢差异,采用超高效液相色谱-串联质谱技术,对2 个沙棘品系发育期间(绿色和橙色)的果肉进行非靶向代谢组学研究.结果表明:4 组样品存在较大的代谢差异,依据不同品系发育期样品组间变量投影重要度>1且t检验的P<0.05,共筛选到124 个显著差异代谢物,主要包括有机酸、碳水化合物、脂类、黄酮类和次生代谢物等;根据京都基因与基因组百科全书代谢通路分析,分别识别到15、7个和4个显著差异代谢物与脂类、黄酮和5-羟色胺合成代谢相关,以及其他8个与抗癌功能相关的显著差异代谢物.沙棘果肉磷脂酰胆碱(16:0/16:0)和甘油磷酰胆碱的显著上调与油脂高积累密切相关;显著上调的异鼠李素则是果肉富含黄酮的关键;N-乙酰羟色氨、卡培他滨和γ-氨基丁酸等抗癌相关生物活性成分在果肉发育期间呈现出相对较高的含量.这为解析沙棘生物活性成分合成代谢机制以及相关功能产品开发提供科学依据.
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秸秆成型燃料炉具设计与试验
《农业机械学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：以作物秸秆为原料制成的生物质颗粒燃料具有便于储存运输，燃烧热效率高等优点，可以用来替代煤炭作为农村家庭生活炊事与冬季取暖的主要能源。但生物质颗粒燃烧会排放较多的氮氧化物，目前生物质脱氮一般应用于大型工业炉内，农村家用的生物质锅炉基本没有氮氧化物处理装置。根据生物质燃料的燃烧特性，本文首先阐述了所设计秸秆成型燃料专用炉具的结构和关键燃烧技术，对玉米秸秆成型燃料进行燃烧试验研究。采用KM9106型烟气分析仪测量燃烧时烟气中NO、NO2和烟气氧含量。结果表明通过改变二次风的风量比例、进气位置、充气角度，在炉具内形成不同的风压射流，以强化热质传递，确保燃尽效果，有效控制氮氧化物的生成与排放。试验结果表明，当一、二次风量比例为3∶1、扰流形成的风压射流配送二次风时，秸秆成型燃料烧温度最高，燃烧充分，满足高效清洁燃烧要求。
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改进随机蛙跳算法在大豆品种快速鉴别中的应用
《光谱学与光谱分析 》 2023 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：大豆品种快速准确的鉴别，对于鉴定种子品质、净化种业市场以及保障粮食安全具有重要意义。为解决传统农作物品种鉴别方法中存在精度差和效率低等问题，采用拉曼光谱结合特征波长提取方法建立偏最小二乘（PLS）鉴别模型，对黑龙江省4个高蛋白大豆品种（黑农88、黑农98、绥农71以及绥农76）进行快速鉴别。随机蛙跳（RF）算法是一种通过迭代计算变量被选概率，以确定变量重要性的新型特征波长选择算法，可以有效剔除全光谱数据中的冗余信息。该方法存在初始变量集随机性、所需迭代次数大、阈值选取不确定的问题，因此提出一种基于最小绝对收敛与选择算子（LASSO）回归的改进随机蛙跳（MRF）算法。采用LASSO算法提取与属性变量最相关的特征波长点作为RF初始变量集F0，消除初始变量的随机性，在此基础上开始迭代计算，可以减少无用迭代次数，提高模型的预测精确度。RF算法通过设定阈值的方法选择变量，因此提取的特征波长往往具有不确定性。改进如下：首先去除被选概率为0的变量，对于排序后变量以10个波长点为间隔，每次增加1个间隔建立特征波长与大豆品种属性的偏最小二乘回归模型，当交叉验证均方根误差（RMSECV）取最小值时的建模波长为优选特征波长。以MRF优选特征波长作为输入变量建立PLS鉴别模型，并与全光谱以及常用的RF、LASSO和ElasticNet特征波长选择算法建模结果进行对比分析。结果表明，MRF算法提取300个特征波长点，仅占全谱波长的9.37%，有效筛选了关键特征变量，简化了模型复杂度。预测结果中均方根误差（RMSEP）和决定系数（Rp~2）分别为0.246 9和0.951 2，识别准确率达到100%，为所有模型中最优。拉曼光谱结合MRF算法可以实现大豆品种的快速鉴别，同时也为其他农作物品种的快速鉴别提供了一种新思路。
关键词： 拉曼光谱 大豆 特征波长选择 随机蛙跳 最小绝对收敛与选择算子
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低山丘陵坡耕地秸秆覆盖轮耕土壤WSOC的荧光特征
《光谱学与光谱分析 》 2022 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：为了提高坡耕地的秸秆还田效率,增加土壤有机质,探索一种适于坡耕地的基于种养结合的保护性耕作方式.采用田间小区试验,研究了秸秆覆盖轮耕技术(包括当季秸秆覆盖+休闲、上季秸秆覆盖+旋耕)与常规耕作(秸秆移除后旋耕)对土壤水溶性有机碳(WSOC)荧光特征及团聚体有机碳的影响.结果表明:砂质暗棕壤坡耕地秸秆覆盖旋耕(SRT)、秸秆覆盖休闲(SFT)与秸秆不还田的常规耕作(CRT)处理土壤WSOC均解析出C1,C2,C3和C4等4组荧光组分,主要为紫外光区与可见光区类富里酸(Peak A和Peak C)、类胡敏酸(F)和短波类色氨酸(类蛋白B、D峰)等成分.秸秆覆盖旋耕处理提高了类富里酸(Peak A和Peak C)和类蛋白组分C4含量,C1和C2组分较覆盖休闲和常规耕作分别提高112.73%,109.35% 和107.77%,66.07%,C4组分较SFT与CRT处理提高28.26% 和42.31%,差异显著,而常规耕作处理来自于自生源腐殖质组分的胡敏酸C3含量增加,较覆盖旋耕和覆盖休闲处理分别增加16.76% 和49.74%;0~20 cm耕层土壤团聚体有机物主要分布在<0.053 m m的矿物质结合态(M O M)中,平均占比为63.90%,其次为0.25~0.053 mm细颗粒态有机物(oPOM),占比为23.8%,粗颗粒态有机物(>0.25 mm)中含量最低,仅为11.2%;与秸秆不还田比较,坡耕地秸秆覆盖还田增加了植物来源的新鲜有机质的形成,表现为>0.053 mm的闭蓄态有机碳(oPOC)含量的增加,以覆盖旋耕处理oPOC增加较大,而秸秆不还田的CRT处理增加了MOM占比;覆盖旋耕处理FI和HIX值增大,土壤腐殖质积累趋势增强,为低山丘陵区坡耕地实施秸秆覆盖还田的保护性耕作技术提供了科学依据.
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热处理及转谷氨酰胺酶对糖基化燕麦蛋白凝胶性质的影响
《食品科学 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：对燕麦蛋白及其乳糖糖基化燕麦蛋白进行热诱导和转谷氨酰胺酶诱导凝胶改性,探究2种不同诱导方式对燕麦蛋白及其糖基化产物凝胶性质及结构的影响.结果表明:与燕麦蛋白热诱导凝胶相比,其他3种燕麦蛋白凝胶的弹性、硬度和持水性均显著提高(P<0.05);酶诱导凝胶的质构性质(弹性、硬度、胶黏性)与持水性优于热诱导凝胶;糖基化改性蛋白凝胶的质构性质与持水性显著高于未糖基化改性蛋白凝胶(P<0.05).酶诱导蛋白凝胶的表面疏水性分别高于两种热诱导蛋白凝胶;而糖基化改性蛋白凝胶的表面疏水性分别低于未糖基化改性蛋白凝胶.十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳、傅里叶变换红外光谱、荧光光谱分析、微观结构分析进一步证明了转谷氨酰胺酶能引起燕麦蛋白发生分子间或分子内交联而形成大分子质量的交联产物,转谷氨酰胺酶诱导的燕麦蛋白凝胶具有更为致密的微观三维网络结构.研究表明,与热处理相比,转谷氨酰胺酶更能诱导燕麦蛋白及糖基化产物形成良好的凝胶,为燕麦粉的多元开发提供了一定理论基础.
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