科研产出
基于蛇形航线法与多光谱技术的土地FLUS模型演变及预测
《光谱学与光谱分析 》 2025 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：以北京市昌平区2010年、 2015年、 2020年，5年等间隔监测共3次的多光谱MS300数据为例，同时利用无人机蛇形航线航测法对重点区域进行补测，利用数据嵌入技术实现可见光与多光谱数据的紧密结合，避免了部分区域由于天气等因素影响土地的分类精度问题。引入土地利用动态度和转移矩阵的研究方法，利用FLUS模型对2035年昌平区土地利用情况进行综合模拟预测，得出2010年—2020年昌平区土地利用变化规律；利用Kappa系数通过精度检验，同时结合利用Python进行多重共线性检验得到的地形、地貌、交通等8个驱动力因子，在FLUS模型中进行马尔可夫链预测，得到2035年昌平区的土地利用变化情况，具体如下：(1)2010年—2020年的昌平区土地利用变化中，草地的转移变化较大，动态变化度为23.88%,主要由北部区域向中部及东部一些区域转换；水域，林地增长平稳，主要与耕地之间进行转换；建设用地和耕地面积有小部分减少，动态变化度分别为-1.64%与-0.36%,变化相对平稳。与实际的土地利用相比较，本研究与2010年至2020年间“严格控制耕地转为林地、园地等其他类型农用地”的“退耕还林还草”土地利用政策相吻合，也证实了资源三号卫星多光谱MS300数据和FLUS模型的可靠性。(2)在2010年—2020年间的土地利用类型转换研究与分析的基础上，利用FLUS模型对2035年的土地利用类型进行自然预测，同时在绿色低碳，耕地保护，生态保护三种不同情景下进行模拟，得出了该区域在2035年草地的退化程度相对较大，其他土地利用类型如建设用地、耕地、水域等的变化相对平稳的结论。即2020年—2035年绿色低碳情景下的昌平区土地利用变化趋势与2010年—2020年土地利用变化情况接近，这也与政策中的减量发展相符合。预示着在未来10年间，北京市昌平区的城镇化进度相对缓慢，经济的进一步发展不会短时间破坏基本的土地利用情况，但草地的退化时刻提醒着环境保护的重要性。通过该研究，可以进一步对不同省市地区土地利用类型的转化进行合理预测，为后期城市规划与城镇发展建设奠定理论与实践基础。
关键词： 多光谱 蛇形航线 FLUS模型 动态变化度 多重共线性检验
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"三生"功能供需匹配视角下的国土综合整治与生态修复模式优化
《农业工程学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：国土综合整治与生态修复模式划分对优化国土空间格局、推动生态文明建设具有积极的促进作用。该研究以新疆维吾尔自治区阿克苏地区温宿县为例，构建“三生”功能供需与国土综合整治与生态修复的理论关系框架，基于土地利用、土壤、气象和社会经济等多源数据，评估“三生”功能供需状况，引入比较优势指数识别“三生”功能供需优势功能，搭建“三生”功能供需耦合模型解析“三生”功能供需匹配关系，提炼区域国土综合整治与生态修复模式。结果表明：1)温宿县“三生”功能供需表现出显著空间异质性，供需优势功能呈现“单核主导-双核协同”的空间分布特点。2)温宿县“三生”功能供需匹配类型空间上分布不均衡，北部山地以供需完全匹配型为主，面积为8 908.48 km2，占研究区总面积的62.25%；南部地区多为供需低度匹配型或供需错配型，面积分别为1 911.81、2 878.80 km2，占研究区总面积的13.36%和20.12%。3)温宿县可以划分为生产功能巩固与现代化发展、生态本底优化与监测管护、生产-生活资源集约增效、生产-生态资源协同开发、生活-生态功能韧性提升、“三生”功能融合发展6种整治修复模式，各模式的整治修复要点不同。该研究可以丰富国土综合整治与生态修复模式识别方法，并为县域尺度国土综合整治与生态修复工作及相关规划的制定与工程实施提供技术支持。
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二系杂交小麦研究进展
《科学通报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：小麦是全球重要的主粮作物之一,随着全球人口的不断增长,提高小麦产量以确保粮食安全已成为紧迫任务.杂种优势利用被认为是提升小麦单产的关键途径.近年来,基于光温敏雄性不育系的小麦二系杂交技术取得了显著进展,并成功推动了杂交小麦的产业化应用.本文综述了光温敏雄性不育(photo-thermosensitive genic male sterility,PTGMS)种质的发现、光温转化特征、遗传机制,以及其在不育系选育、恢复系创制、强优势杂交种创新、规模化制种技术和示范推广等方面的科研进展.此外,本文还提出了二系杂交小麦未来发展的科技创新与产业化建议,指出传统育种、生物技术、智能农机等多技术手段的融合将是推动二系杂交小麦创新与产业化发展的重要方向.
关键词： 二系杂交小麦 光温敏雄性不育 杂种优势 产业化应用 科技创新
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具身智能农业机器人关键技术与发展趋势
《农业机械学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：全球农业智能化转型背景下，传统农业机器人面临非结构化环境、作业对象不确定性及控制参数时变等技术瓶颈，导致农业机器人实用效果差，产业化落地困难。具身智能作为实现通用人工智能的关键路径，为突破上述瓶颈提供了新范式。本文系统阐述具身智能理论驱动的农业机器人技术体系与发展路径，创新性构建“感知-决策-模拟-进化-诊断”五位一体研究框架。具体而言：具身感知聚焦开放环境场景理解、作业目标主动感知及多模态融合感知；具身决策涵盖端到端导航、大模型驱动的机械臂操作及多机协同算法；具身模拟着力于高保真场景重建、生成及虚实迁移技术；具身进化整合无监督学习、强化学习及模仿学习机制；具身诊断构建作业状态监测与质量评估体系。最后，展望未来发展方向，为农业4.0时代的农业机器人智能化升级提供理论支撑与技术路线。
关键词： 农业机器人 具身智能 基础模型 大语言模型 多模态感知 强化学习
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基于UPLC-MS/MS技术的黄瓜中吡噻菌胺和氟菌唑残留特征解析与风险评估
《食品科学 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：采用QuEChERS前处理方法结合超高效液相色谱-三重四极杆串联质谱技术，建立黄瓜中吡噻菌胺及其代谢物PAM、氟菌唑及其代谢物FM-6-1的多残留检测方法。该方法在0.1～100 ng/mL质量浓度范围内线性关系良好（R2>0.999），各目标物的最小检出含量均达0.01 mg/kg。在0.01、0.2 mg/kg和1.0 mg/kg 3个添加水平下，吡噻菌胺、氟菌唑及其代谢物的平均回收率和相对标准偏差完全满足农药残留分析要求。2023—2024年在全国12个黄瓜主产区（6个设施栽培区、6个露地栽培区）开展了规范的残留田间试验。试验选用28%吡噻菌胺·氟菌唑水乳剂，于黄瓜白粉病发生始盛期按有效成分84 g/hm2的剂量施药3次（施药间隔7 d）。施药后采集黄瓜样品检测，结果显示安全间隔期2～3 d后，吡噻菌胺和氟菌唑在设施和露地黄瓜中的残留含量分别为0.03～0.04、0.02～0.03 mg/kg；消解动力学分析表明，两种农药在黄瓜中的降解均符合一级动力学特征，其中吡噻菌胺的半衰期为1.1～1.5 d，氟菌唑为1.1～1.9 d。膳食风险评估采用风险商法，结合我国居民膳食消费数据和农药登记使用情况，计算结果表明：普通人群对吡噻菌胺和氟菌唑的国家估算每日摄入量分别为0.228 7 mg和0.109 7 mg，其风险商分别为3.6%和4.4%，均远低于100%的安全阈值。黄瓜中吡噻菌胺和氟菌唑的残留水平对消费者健康风险完全可控。本研究为吡噻菌胺和氟菌唑的科学使用和膳食安全评价提供了科学依据。
关键词： 黄瓜 吡噻菌胺 氟菌唑 代谢物 农药残留 膳食风险
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基于代谢组学的容德小黑鸡蛋黄和北京油鸡蛋黄特征品质分析
《食品科学 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：为明确不同产地特色鸡蛋的品质差异，本研究采用代谢组学技术，利用超高效液相色谱-串联质谱、气相色谱等方法，对培育品种容德小黑鸡蛋黄与地方品种北京油鸡蛋黄品质进行全面分析，结果表明，两种鸡蛋蛋形指数、蛋壳强度、蛋质量、哈氏单位、蛋壳厚度、蛋黄质量、蛋黄粗蛋白及蛋黄粗脂肪等指标均无显著差异。容德小黑鸡蛋黄（RDY）与北京油鸡蛋黄（BJY）的差异代谢物共293种，变量投影重要性值最大的是胡椒内酰胺A(P<0.05)，可作为区分2种鸡蛋黄潜在的标志性代谢物；京都基因与基因组百科全书通路分析显示2种蛋黄的差异代谢通路共5条，包括甘油磷脂代谢、亚油酸代谢、α-亚麻酸代谢、甘油脂代谢和花生四烯酸代谢，这些通路可通过代谢途径的重叠、信号传导及能量代谢影响脂肪酸种类和含量。甘油脂代谢通路、甘油磷脂代谢通路中1,2-二酰-sn-甘油-3-磷酸（1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine,PA）上调，促进了肉豆蔻酸、油酸、棕榈油酸、神经酸的积累，使其含量在RDY中显著高于BJY(P<0.05)。甘油磷脂代谢通路中PA上调，细胞会优先利用硬脂酸参与磷脂合成，从而减少硬脂酸的积累，使得RDY中硬脂酸含量显著低于BJY(P<0.05);RDY中亚油酸含量显著低于BJY(P<0.05)，而亚油酸是必需脂肪酸，作为亚油酸代谢通路的底物，其含量降低导致RDY亚油酸代谢通路中9(S)-羟基十八碳二烯酸下调。本研究可为河北省特色鸡蛋品牌建设与产地溯源提供数据支撑。
关键词： 蛋黄 代谢组学 超高效液相色谱-串联质谱 气相色谱 京都基因与基因组百科全书通路分析
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基于结构光反射成像和YOLO v7-CA的柑橘早期腐烂检测方法
《农业机械学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：由于早腐区域在水果表面难以用肉眼直接观测,检测由真菌感染引起的柑橘早期腐烂成为柑橘产业面临的主要难题.为此开发一种基于可见LED结构光源的结构光反射成像系统,并提出结合螺旋相位变换(SPT)的解调方法.在解调原始图像过程中,使用3种不同的解调方法(三步相移法、二相SPT和一相SPT).通过解调相移模式图像,可以得到直流分量(DC)和交流分量(AC)图像.与DC图像相比,AC图像和比值(RT)图像(AC/DC)可以清晰地显示早腐区域.在实际检测中,果梗会被误判为腐烂区域.针对柑橘早腐区域和果梗之间存在易误判的问题,提出一种基于YOLO v7的改进模型(YOLO v7-CA),即在YOLO v7模型骨干网络中引入坐标注意力机制(Coordinate attention,CA),从而提高模型对早腐区域的关注度.YOLO v7-CA模型结合二相螺旋相位变换(SPT)下的RT图像对柑橘早腐区域和果梗取得较好的检测结果.采用不同年份的早腐柑橘进行试验,检测精度达到98.5%.该研究为柑橘早期腐果检测提供了参考.
关键词： 柑橘 早期腐烂 结构光反射成像 YOLO v7 CA
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UV胶包覆固定切口式瓜类嫁接装置设计与试验
《农业机械学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对嫁接机使用塑料夹固定易伤苗和塑料夹回收难、污染种植环境的问题，本文设计一种以UV胶包覆固定切口的嫁接装置，可自动完成上苗夹持、同步切削、对接喷胶、拢苗固化和柔性下苗等作业。首先，阐述了嫁接装置的结构组成和工作原理，设计了夹持、切削、搬运、喷胶、固化和下苗等关键机构及作业参数；其次，为确定最优胶嫁接参数、提高嫁接成功率，以白籽南瓜(砧木)和西瓜(接穗)种苗为对象，选取雾化压力、供胶压力和喷胶距离为影响因素，嫁接成功率为试验指标，开展三因素三水平响应面试验，得出影响嫁接成功率的显著性由大到小为雾化压力、供胶压力、喷胶距离；最后，利用Design-Expert 13软件对试验结果进行方差分析、响应曲面分析和参数优化及试验验证，获得最佳参数组合条件。试验结果表明，在雾化压力为0.22 MPa、供胶压力为0.35 MPa和喷胶距离为4.33 mm条件下，平均嫁接成功率为97.34%,与理论值相差1.15个百分点，平均生产效率576株/h,满足机械嫁接作业质量要求。研究结果为胶嫁接机器人的设计开发提供理论基础和技术支撑。
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玉米双行交错种植播种机电机驱动控制系统设计与试验
《农业机械学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：双行交错种植具有显著增产潜力，但现有装备普遍需依赖专用排种器，通用性和推广性不足；同时，当前电驱排种方式主要聚焦行内粒距控制，尚未有效适应双行交错农艺需求，限制了播种质量的提升。为此，本文基于现有排种器提出了一种基于主从电机固定转角差同步的双行交错种植控制方法，设计了一种玉米双行交错种植播种机控制系统。该系统采用GNSS测速，结合播种参数实时计算电机目标转速，并通过CAN总线下发至电机控制器，电机控制器采用磁场定向控制方法驱动永磁同步电机，从而实现行内粒距均匀性。同时，该系统基于电机主从跟踪控制方法实现主、从电机固定转角差的同步运动，保证行间交错排种。田间试验结果表明：系统在3～12 km/h作业速度和20 cm粒距条件下，行内粒距合格指数大于等于92.48%,重播指数小于等于0.78%,漏播指数小于等于6.74%,变异系数小于等于21.06%,各指标均优于JB/T 10293—2013《单粒(精密)播种机技术条件》播种质量要求；系统在3～9 km/h作业速度和10 cm交错粒距条件下，行间交错粒距合格指数大于等于75.87%,重播指数小于等于12.51%,漏播指数小于等于11.62%,变异系数小于等于25.14%。受高速下种子在导种管内的剧烈弹跳影响，12 km/h作业速度下的交错播种质量显著下降，未能满足JB/T 10293—2013要求。该研究为玉米高效生产和播种装备智能化升级提供了坚实的技术支撑。
关键词： 玉米 双行交错种植播种机 电驱控制系统 主从跟踪控制
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连栋温室内置喷雾正压通风系统设计与应用
《农业工程学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对装备化连栋温室正压通风降温系统由于湿帘面积受限导致的冷量不足等问题,该研究设计了一套内置喷雾正压通风系统,采用高压喷雾代替湿帘进行蒸发降温,以在有限空间内增加热质交换量。系统由风机组和送风管组成,室外热空气进入机组经内置高压喷雾加湿降温,再由地埋风管送入温室并从天沟下方向跨中水平送风,室内热空气由顶窗排出。为检验内置喷雾正压通风系统的性能,在宁夏吴忠一栋连栋温室内进行系统性能测试,并以内置湿帘正压通风系统及其管控区域为对照进行比较分析。结果表明:1)开启遮阳网配合内置喷雾正压通风系统降温,试验区夏季白天（08:00—18:00）平均气温维持在31.6℃以内,比室外低3.5℃,比对照区低1.5℃;平均空气相对湿度为68%,比室外高40个百分点;平均空气水蒸气饱和压差维持在0.42～1.07 kPa,适宜于作物生长发育。试验区东西方向末端出风口风速分布均匀(标准差:±（0.7～1.0） m/s),南北两端风速相差4.1～6.0 m/s,平均温差达0.5℃。2)高温时段（11:00—15:00）内置喷雾正压通风系统与温室内高压喷雾联合降温,试验区日平均气温比室外低2.7～6.8℃,与仅运行内置喷雾正压通风系统相比,降温幅度提升0.7～4.2℃;联合降温使温室垂直方向环境分布更加均匀,与正压通风系统单独运行相比,温度标准差降低0.2℃,湿度标准差降低1.7个百分点。3)内置喷雾正压通风系统处理后的空气与进风口处相比降温10.5℃、增湿54个百分点,系统降温效率达98.2%,比对照系统高3个百分点;系统耗电量为5.4～14.6 W/m2,耗水量为0.046～0.076 g/（m2·s）。该研究将为装备化连栋温室正压通风降温系统的性能提升与工程应用提供技术支撑。
关键词： 连栋温室 空气温度 空气湿度 正压通风 高压喷雾 湿帘 降温效率
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