科研产出
基于称量反馈的设施番茄灌溉系统的构建与应用
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：为提高设施番茄灌溉的精准性，该研究设计了一种基于称量反馈的灌溉系统，该系统包括称量反馈模块、多源信息采集传输模块、灌溉决策模块与水肥执行模块。称量反馈灌溉决策首先利用卫星定位模组获取灌溉地经纬度信息自动计算当天的日出时刻、日落时刻、日中时刻，结合椰糠条吸水特性与番茄植株日需水量变化规律，把1 d自动划分为4个不同的动态灌溉阶段；根据温室内温湿度信息及排液电导率（electrical conductivity,EC）值反馈的番茄植株根部信息，制定了一般模式灌溉肥液或洗盐模式灌溉清水（或低浓度营养液）。设计试验以基于辐射累积控制灌溉、定时灌溉作为对照，分别从栽培效果、灌溉效果、应用效益方面验证该灌溉系统的应用效果。结果显示使用该称量反馈灌溉系统比基于辐射累积控制灌溉系统灌溉量增加1.8%，用肥量减少7.3%，排液比降低7.9%，排液EC值降低9.3%；与定时灌溉方式相比灌溉量减少11.3%，用肥量减少20.0%，排液比降低17.9%，排液EC值降低4.9%。栽培效果显示，使用该称量反馈灌溉系统的椰糠条栽培番茄在茎粗、叶片叶绿素相对含量、糖度值、单穗质量和基于辐射累积的控制灌溉相比无显著性差异（P>0.05），但株高增加4.8%；与定时灌溉相比在株高、茎粗、叶片叶绿素相对含量、糖度值、单穗质量均无显著性差异（P>0.05）。预计使用该称量反馈灌溉系统，园区15栋日光温室（1.22 hm2）相比基于辐射累积控制灌溉，应用效益月节约0.276万元，与定时灌溉方式相比，园区月节约2.247万元。该系统简化了番茄植株需水量的计算过程，实现了番茄栽培水分的精准感知与按需精量灌溉。
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基于阵列化振动单元的枸杞采收机设计与试验
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对国内枸杞采收装备存在采收质量差、效率低的问题，该研究提出基于篱架型枸杞双侧挂果种植农艺的阵列化振动单元采收方式。对阵列化振动部件和接果归集平台进行结构设计，并进行行走、输送、分选和整机稳定性分析，确定振动部件结构、频率和角度参数，宁夏枸杞夏果不同茬数的阵列布局参数，履带总成设计参数，横-纵输送带传动结构和驱动参数，接果筐与提升输送带位置和杂物分选风速参数，并完成整机在坡度上行驶稳定性校验。根据整机行走、采收和分选试验条件与方法，开展整机性能试验，结果显示：整机最高行驶速度0.252 m/s，最小转弯半径1.86 m，适应最大坡度32°，最大越沟宽0.5 m，最大越阶高度11 cm，整机行走性能良好；针对宁夏宁杞1号夏果第6茬枸杞采收，振幅固定为15 mm，最佳作业条件为驱动转速1 300 r/min，振动时间5 s，成熟枸杞采摘效率4 037颗/min，成熟枸杞采净率88.95%，鲜果损伤率3.64%，干果损伤率4.17%，未成熟果、青果和花朵综合误采率3.80%，机采人采效率比26.91，机械化采收枸杞果实满足商品化加工的要求；确定风速至少5 m/s，利于果叶分离。
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中压制备色谱法分离黑果枸杞中2个矮牵牛素花色苷及其对胰脂肪酶的抑制活性
《食品科学 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了快速制备较高纯度的黑果枸杞花色苷,黑果枸杞花色苷粗提物首先用大孔树脂-中压制备色谱进行纯化,再用凝胶树脂-中压制备色谱分离获得2 个花色苷单体,采用超高效液相色谱-串联质谱(ultra-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry,UPLC-MS/MS)、核磁共振氢谱(1H nuclear magnetic resonance,1H NMR)对其结构进行鉴定,并对纯化物的胰脂肪酶抑制活性进行评价.结果表明:用D101大孔树脂-中压制备色谱对黑果枸杞花色苷进行纯化,所得纯化物中P1、P2的相对含量分别为18.22%和30.77%,继续采用Sephadex LH-20联合中压制备色谱分离纯化可得到相对含量分别为84.16%和81.48%的两个黑果枸杞花色苷组分P1和P2,经UPLC-MS/MS和1H NMR鉴定,2 个花色苷化合物分别为矮牵牛素-3-O-芸香糖(反式-对香豆酰基)-葡萄糖苷-5-O-葡萄糖苷和矮牵牛素-3-O-芸香糖(反式-对香豆酰基)-5-O-葡萄糖苷.P1和P2具有较好的胰脂肪酶抑制活性,其IC50值分别为0.250 mg/mL和0.224 mg/mL,且远低于花色苷粗提物和大孔树脂纯化物.研究为黑果枸杞花色苷利用提供一定基础.
关键词： 黑果枸杞 花色苷 矮牵牛素 中压制备色谱 大孔树脂 凝胶树脂
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基于改进YOLO v5s的轻量化植物识别模型研究
《农业机械学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：为方便调查宁夏全区荒漠草原植物种类及其分布，需对植物识别方法进行研究。针对YOLO v5s模型参数量大，对复杂背景下的植物不易识别等问题，提出一种复杂背景下植物目标识别轻量化模型YOLO v5s-CBD。改进模型YOLO v5s-CBD在特征提取网络中引入带有Transformer模块的主干网络BoTNet(Bottleneck transformer network),使卷积和自注意力相结合，提高模型的感受野；同时在特征提取网络融入坐标注意力(Coordinate attention, CA),有效捕获通道和位置的关系，提高模型的特征提取能力；引入SIoU函数计算回归损失，解决预测框与真实框不匹配问题；使用深度可分离卷积(Depthwise separable convolution, DSC)减小模型内存占用量。实验结果表明，YOLO v5s-CBD模型在单块Nvidia GTX A5000 GPU单幅图像推理时间仅为8 ms,模型内存占用量为8.9 MB,精确率P为95.1%,召回率R为92.9%,综合评价指标F1值为94.0%,平均精度均值(mAP)为95.7%,在VOC数据集平均精度均值可达80.09%。相比YOLO v3-tiny、YOLO v4-tiny和YOLO v5s,改进模型内存占用量减小，平均精度均值提升。模型YOLO v5s-CBD在公开数据集和宁夏荒漠草原植物数据集都有良好的鲁棒性，推理速度更快，且易于部署，已应用在宁夏荒漠草原移动端植物图像识别APP和定点生态信息观测平台，可用来调查宁夏全区荒漠草原植物种类和分布，长期观测和跟踪宁夏盐池县大水坑、黄记场、麻黄山等地植物生态信息。
关键词： 植物识别 YOLO v5s BoTNet 坐标注意力 深度可分离卷积 轻量化
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不同生态类型区对人类活动净氮输入的影响-以北方农牧交错带为例
《中国环境科学 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探究中国北方农牧交错带在不同生态类型区人类活动对净氮输入的影响,基于人类活动净氮输入模型（NANI）,以北方农牧交错带7省、23地级市的统计数据及相关参数,分析1985～2020年NANI的时空分布特征及影响因素.结果表明:1985～2020年研究区NANI呈先上升后下降趋势,河北省贡献最高.黄土丘陵沟壑水土流失区与北方农牧交错带NANI年际变化一致、京津冀水源涵养区和长城沿线沙化退化区NANI年际变化值呈上升趋势.空间分布呈由西北向东南逐渐降低的趋势.从输入组分来看,研究区最大贡献源为氮肥施用（30.34%～56.29%）,其次是大气氮沉降（31.20%～47.23%）,黄土丘陵沟壑水土流失区主要输入组分为氮肥施用和食品/饲料氮输入（累计76.46%～85.14%）.对北方农牧交错带NANI影响最大的两个因素为人口密度和畜禽量.因此,中国北方农牧交错带的农业结构调整需结合分区进行管控,调整氮肥使用策略和畜禽养殖模式,促进区域农牧业与生态环境之间的深度融合.
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黑果枸杞花色苷Pt3G对前列腺癌LNCaP和PC-3细胞增殖与凋亡的影响
《科学通报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：有报道指出,花色苷对疾病具有一定的化学预防活性.黑果枸杞富含花色苷,具有多种生物活性.本实验前期研究发现,黑果枸杞花色苷Pt3G可通过ROS/PTEN/PI3K/Akt途径抑制前列腺癌DU145细胞的增殖.本研究针对另外2种前列腺癌细胞LNCaP和PC-3进一步探讨黑果枸杞花色苷Pt3G抑制前列腺癌细胞的作用及其相关机制.采用甲基噻唑基四唑比色法检测细胞增殖、流式细胞术和TdT介导的dUTP缺口末端标记技术(TdT-mediated dUTP nick-end labeling, TUNEL)法检测细胞凋亡以及蛋白印迹法检测相关蛋白的表达.结果表明, Pt3G以浓度依赖性方式抑制细胞增殖,其抑制LNCaP和PC-3细胞的半数抑制浓度分别为601.97和445.79μg/mL.流式细胞术和TUNEL检测发现, Pt3G能够诱导前列腺癌LNCaP和PC-3细胞凋亡,并促进细胞周期阻滞在S期.而且,不同浓度Pt3G处理前列腺癌细胞24 h后,细胞抗凋亡因子PI3K、p-PI3K、Akt、p-Akt的表达水平显著降低,而促凋亡因子Bax、Cytochrome c、caspase 3、cleaved caspase 3的表达显著升高.此外,研究还发现, Pt3G可以激活LNCaP和PC-3细胞的PTEN蛋白并刺激细胞ROS的过量产生来诱导LNCaP和PC-3细胞凋亡.综上,本研究进一步证明了黑果枸杞花色苷Pt3G可能通过ROS/PTEN/PI3K/Akt/caspase 3途径抑制LNCaP和PC-3细胞增殖并促进细胞凋亡.因此,黑果枸杞花色苷Pt3G可能是预防或治疗前列腺癌的一种潜在抗增殖剂.
关键词： 黑果枸杞 花色苷 细胞凋亡 ROS/PTEN/PI3K/Akt LNCaP和PC-3细胞
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宁夏黄土梁状丘陵区6种稀疏人工林的枯落物持水特征
《林业科学 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：【目的】枯落物层持水性能是林地水文效应评价的重要内容，定量评价黄土梁状丘陵区比较稀疏的典型人工林枯落物层的水文特征指标，可为研究区林草植被的生态重建、结构优化等提供理论依据。【方法】选择山杏、山桃、柠条纯林与山杏-沙棘混交林、山杏-柠条混交林、山桃-山杏-苜蓿混交林6种人工林，分别设置20 m×20 m的标准样地，在四角及中心设5个1 m×1 m的样方收集枯落物样品。采用野外调查和室内浸泡法，分析保存在地表及混入土壤中的所有枯落物的蓄积量、持水性及持水动态变化规律。【结果】研究表明：1)6种林分枯落物总蓄积量范围在1.05～4.01 t·hm-2,其中山杏纯林最高，山桃纯林最低。土壤中枯落物蓄积量占枯落物总蓄积量的比例变化范围在11.43%～25.00%。除山杏纯林外，混交林分的总蓄积量均大于纯林。2)综合6种林分地表枯落物和土壤中枯落物的持水能力来看，最大持水量为山杏纯林(15.75 t·hm-2),最大持水率为山杏-柠条混交林（264.65%）。3)6种林分枯落物的持水量和吸水速率的动态变化过程均表现为在浸水初期迅速变化，24 h时达到饱和趋于稳定。持水量和持水速率随浸泡时间的变化分别符合自然对数方程和幂函数方程，均达到极显著水平（P＜0.01）。4)综合分析了6种林分枯落物的有效拦蓄量和有效拦蓄率变化，结果显示山杏纯林地表枯落物的拦蓄能力最高，山杏-柠条混交林土壤中枯落物的拦蓄能力最高；山杏纯林的总有效拦蓄量最高(11.08 t·hm-2),山杏-柠条混交林次之(7.67 t·hm-2)。【结论】在宁夏黄土梁状丘陵区，6种稀疏人工林的枯落物持水性能综合表现为山杏纯林及山杏-柠条混交林优于其他林分。研究结果可为当地生态恢复中的枯落物水土保持效益科学评价和林草植被结构优化提供理论依据。
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枸杞粉及其多糖对环磷酰胺致免疫低下小鼠免疫及肠道菌群的调节作用
《食品科学 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：枸杞是我国传统的药食两用资源,其鲜果喷雾干燥粉作为食品或功能食品原料被广泛应用,但其功效作用研究较少.本研究以环磷酰胺(cyclophosphamide,CTX)诱导免疫低下的小鼠为模型,探究枸杞粉(Lycium barbarum L.powder,LB)、枸杞多糖(Lycium barbarum L.polysaccharides,LBP)及复配物(LB+LBP)对小鼠免疫力及肠道菌群稳态的影响.结果表明,LB、LBP及LB+LBP均可不同程度地恢复免疫抑制小鼠的体质量和采食量,改善小鼠的脾脏、胸腺和结肠组织损伤,有效促进免疫抑制小鼠肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor-α,TNF-a)、白细胞介素(interleukin,IL)-1β、干扰素-γ(interferon-y,IFN-γ)和免疫球蛋白A(immunoglobulin A,IgA)的分泌,调节结肠中免疫相关基因的表达,促进短链脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs)生成,显著调节Muribaculaceae_unclassified、Muribaculum、Mucispirillum、Helicobacter、Bilophila、Clostridiales等相对丰度(P<0.05),逆转CTX诱导的小鼠肠道菌群代谢功能异常,并使其趋于正常.相较于LBP,LB、LB+LBP还可降低Clostridiales相对丰度,增加有益菌Duncaniella的相对丰度,LB+LBP还可降低厌氧菌Anaerotruncus的相对丰度.本研究结果将为枸杞精深加工产业中功效针对性健康产品研发和多元化产品开发提供理论依据.
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基于改进YOLO v5的宁夏草原蝗虫识别模型研究
《农业机械学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对草原蝗虫图像具有样本收集困难、目标较小和目标多尺度等技术难点，基于YOLO v5网络，提出了一种复杂背景下多尺度蝗虫目标检测识别模型YOLO v5-CB,用于宁夏草原常见蝗虫检测。改进模型YOLO v5-CB针对蝗虫原始样本量较少的问题，使用CycleGAN网络扩充蝗虫数据集；针对蝗虫图像中的小目标特征，使用ConvNeXt来保留小目标蝗虫的特征；为有效解决蝗虫图像尺度特征变换较大问题，在颈部特征融合使用Bi-FPN结构，来增强网络对多尺度目标的特征融合能力。实验结果表明，在对宁夏草原常见亚洲小车蝗、短星翅蝗、中华剑角蝗进行检测识别时，YOLO v5-CB的识别精度可达98.6%,平均精度均值达到96.8%,F1值为98%,与Faster R-CNN、YOLO v3、YOLO v4、YOLO v5模型相比，识别精度均有提高。将改进的蝗虫检测识别模型YOLO v5-CB与研发的分布式可扩展生态环境数据采集系统结合，构建了基于4G网络的Web端蝗虫识别平台，可对观测点的蝗虫图像进行长期实时检测。目前，该平台已在宁夏回族自治区盐池县大水坑、黄记场、麻黄山等地的草原生态环境数据获取中得到了应用，可对包括宁夏草原蝗虫信息在内的多种生态环境信息进行长期检测和跟踪，为虫情防治等提供决策依据。
关键词： 蝗虫识别 YOLO v5 CycleGAN ConvNeXt Bi-FPN 分布式可扩展系统
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外源碳氮输入对沟道底泥反硝化潜势与阈值影响-以宁夏引黄灌区排水沟为研究对象
《中国环境科学 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：采集宁夏引黄灌区排水沟道底泥,开展上覆水土柱培养试验,分别模拟0,5,10,20mg/L4种外源氮输入梯度和0,100mg/L2种外源碳输入梯度处理下沟道水质的变化情况.在水力停留培养47d内对上覆水NO3-N、NH4+-N、DOC及反硝化速率进行测定,并计算氮素消纳量以评估底泥反硝化脱氮潜势与阈值.结果表明:上覆水NO3--N浓度随时间延长而降低(P<0.01),且同时段内上覆水NO3--N浓度在外源碳添加较无碳源条件下显著降低(P<0.05),试验末期NO3--N浓度在无碳源和添加碳源条件下分别下降52.1%,93.6%;添加碳源条件下上覆水NO3--N浓度在20d时已稳定至较低水平,而未添加碳源处理NO3--N浓度在试验47d后仍有较大消纳空间;无碳源和添加碳源条件下底泥反硝化氮素消纳量阈值分别为263.7,865.6μmol/L,氮素累积消纳量占培养柱体系内总氮量的比率随外源碳氮的增加而增大(P<0.05),未添加碳源条件下反硝化过程可以消纳培养土柱体系内10.3%~11.4%的氮量,而在添加碳源后提高至17.7%~37.3%本研究可为引黄灌区农业面源污染高效治理提供科学依据.
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