科研产出
融合多光谱与LiDAR的玉米地上生物量精准估算研究
《光谱学与光谱分析 》 2025 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：准确估算玉米地上生物量(AGB)是精准农业管理的核心任务.光谱遥感技术通过捕捉作物冠层不同波段的反射特性,能有效反映玉米的生理状态但易受复杂冠层结构干扰,激光雷达(LiDAR)技术则能获取玉米的高精度三维结构信息但难以揭示作物的生理特征,单一数据源在生物量估算中存在局限.因此本研究构建了融合多光谱与LiDAR数据的玉米地上生物量估算方法.实验于2021年—2022年在北京市小汤山精准农业示范基地开展,采集了 140个样方数据,涵盖7个玉米品种.利用P4M多光谱无人机获取关键生长期的冠层反射光谱数据,采用M600无人机搭载Riegl VUX-1激光雷达获取三维点云数据.分别测定地上叶生物量(AGLB)、地上茎生物量(AGSB)和总地上生物量(AGB).从多光谱数据中提取了 NDVI、OSA-VI等12种常用植被指数,从LiDAR点云中基于三角不规则网格(TIN)计算了最大高度(HMax)、平均高度(AspAvg)等9种结构特征.采用随机森林算法构建生物量估算模型,并通过Shapley加性解释(SHAP)方法评估特征重要性.结果显示,相较于光谱估算模型,融合模型显著提升了生物量估算精度.融合模型的决定系数R2分别达到0.80(AGLB)、0.78(AGSB)和0.73(AGB),分别提高5.2%、27.8%和12.3%;均方根误差(RMSE)分别降低至61.67、248.61和356.78 g·m-2,分别降低8.2%、43.6%和15.4%.光谱指数和结构特征均与生物量显著相关(r=0.52~0.83),其中HMax、AspAvg及RVI、OSAVI是关键变量.SHAP分析表明,结构特征对茎生物量的贡献最显著,光谱指数对叶生物量的作用更大.研究证明了两种技术在生物量估算中的互补性和协同效应,为精准农业的作物生长监测和地上生物量估算提供了可靠的方法支持,推动了农业数字化管理和智能化发展.
关键词： 玉米 地上生物量 多光谱遥感 激光雷达 数据融合 机器学习
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北京市不同土地利用方式下土壤抗生素抗性基因分布特征
《环境科学 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：为揭示北京市不同土地利用方式下土壤抗生素抗性基因(ARGs)的分布特征,选取了粮田、露天菜地、设施菜地和果园这4种不同土地利用方式的75个土壤样品,通过高通量荧光定量PCR扩增,对296个ARGs和移动遗传元件(MGEs)进行了分析.结果显示,所有样品中一共检测出195个ARGs和9个MGEs,检出比例较高的3类抗性基因是β内酰胺类、多重耐药类和氨基糖苷类,设施菜地样品中ARGs的检出种类最高,粮田样品较低.从不同地区来看,设施菜地土壤中相对丰度检出较高的地区包括平谷、昌平、通州和海淀;粮田、露天菜地和果园中,相对丰度最高的地区均是延庆;4种土地类型中相对丰度检出较低的地区均是房山.设施菜地土壤中,速效钾含量与氨基糖苷类和β内酰胺类抗性基因存在显著负相关关系(P<0.05);果园土壤中,有效磷含量与细菌的数量呈现显著正相关关系(P<0.01).
关键词： 北京 土地利用方式 土壤 抗生素抗性基因(ARGs) 分布特征
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基于有限元瞬态结构仿真的嫁接夹渐进式上夹方法
《农业机械学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：自动上夹是机械嫁接过程中的关键环节。针对目前瓜类嫁接夹力学参数不明确、夹子瞬间释放易对幼嫩苗茎造成冲击损伤的问题,本文通过有限元瞬态结构仿真模拟自动上夹全过程,分析嫁接夹动态力学特性,明确了嫁接夹结构参数对苗茎夹持过程中瞬时冲击力及稳定夹持力的影响规律。构建了以不同钢圈直径下嫁接夹夹臂完全闭合时的夹口位移、夹口张开角度为结构参数,以瞬时夹持力和稳定夹持力为评价指标的五因素数学模型,实现了对任意苗茎直径条件下夹持力的理论计算。依托自主研制的嫁接机及其渐进式上夹机构,进行了嫁接夹指定角度渐进式释放与传统夹口张至最大瞬间释放两种方式对比试验。结果表明,在嫁接夹指定角度渐进式释放过程中,当钢圈直径为0.7 mm时,嫁接苗表面瞬时冲击力为5.29 N,小于接穗安全压缩力,上夹成功率达94%,苗茎表面未出现明显机械损伤,满足机械嫁接上夹环节对安全性和稳定性的要求。研究结果可为嫁接机器人自动上夹机构设计与优化提供理论支撑和参考依据。
关键词： 嫁接夹 有限元仿真 瞬态结构 苗茎损伤 渐进式上夹
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脉冲强光处理对青椒采后贮藏品质的影响
《食品科学 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对青椒在采后贮藏保鲜中易出现转红、皱缩、营养成分氧化分解等品质劣变问题，采用光强为3 J/cm2的脉冲强光（pulsed light,PL）对‘京甜3号’青椒进行处理，并在25℃条件下进行贮藏。通过测定分析青椒在贮藏期间的感官特性、质量损失率、硬度、VC、可溶性固形物含量（soluble solid content,SSC）、叶绿素、类胡萝卜素、总酚和类黄酮含量，以及多酚氧化酶（polyphenol oxidase,PPO）和抗氧化物酶的活性，包括过氧化物酶（peroxidase,POD）、过氧化氢酶（catalase,CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（ascorbate peroxidase,APX），探讨PL对贮藏期间青椒品质的影响。与未处理CK组相比，PL处理显著改善青椒外观品质，在贮藏第10天质量损失率降低约12.5%（2.8%vs. 3.2%），硬度维持在28 N（CK组为25 N）,VC含量高出0.2 mg/g,SSC高出约7.9%，并减缓叶绿素降解和类胡萝卜素积累，延缓果实转红。PL处理组的PPO、POD、CAT和APX活性在贮藏中期显著高于CK组（P<0.05）。结果表明，3 J/cm2 PL处理可有效延缓贮藏期间青椒的转红与品质劣变。
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基于分子标记技术的玉米品种杂种优势模式鉴定方法
《科学通报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：单交种的杂种优势模式代表了玉米品种的遗传背景,一直以来只能通过其系谱资料或亲本自交系的杂种优势群划分结果来确定.随着现代农业进入商业化育种时代,传统的杂种优势模式鉴定方法遇到系谱未知和亲本保密等因素而无法有效实施.本文提出了一种完全基于分子标记技术的杂种优势模式鉴定方法(简称完全分子标记法),在品种系谱信息未知的前提下,通过分析单交种的DNA指纹就能鉴定出其两个亲本的杂种优势群.结果表明:(1) 230个常用自交系组成的对照自交系库通过三种分类方法互相验证,确认该库包含了9个杂种优势群,分别是塘四平头群(黄早四改良群),X群、旅大红骨群、P群、兰卡斯特群、瑞德群、改良瑞德群、混合群1和混合群2;(2)在对照自交系指纹库的基础上构建包含36种模式的杂种优势模式权重库,并通过虚拟组合确定其置信阈值和判定规则;(3)335个已通过国家审定品种作为待测杂交种,通过完全分子标记法鉴定出其主要的杂种优势模式(不区分正反交)分别是改良瑞德群×塘四平头群、改良瑞德群×P群和P群×旅大红骨群.本研究可为获取玉米单交种遗传背景信息提供一种客观、简便、有效的分析手段,不仅有助于精准推广栽培品种和评估遗传多样性,还对保障国家粮食安全具有重要意义.
关键词： 玉米 单交种 SSR标记 杂种优势群 杂种优势模式
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外源NO处理调控杏果采后风味品质
《食品科学 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：为明确一氧化氮（nitric oxide,NO）处理对杏果采后风味品质的调控作用，以串枝红杏为实验材料，以硝普钠（sodium nitroprusside,SNP）为外源NO供体，采用0.2 mmol/L SNP溶液处理杏果10 min（蒸馏水处理为对照），将处理后的杏果于25℃、相对湿度80%的条件下贮藏，通过测定糖酸含量、关键酶活性及挥发性有机物（volatile organic compounds,VOCs），探究NO处理对其风味品质的影响。结果表明：0.2 mmol/L SNP处理可抑制蔗糖、果糖及葡萄糖含量升高，维持苹果酸、柠檬酸及草酸含量；抑制NAD-苹果酸酶活性、贮藏后期增强NAD-苹果酸脱氢酶活性；延缓脂氧合酶活性峰值出现时间；贮藏前期促进乙醇脱氢酶活性，贮藏后期抑制其活性。气相色谱-离子迁移谱共鉴定到40种VOCs，指纹图谱表明SNP处理在贮藏初期促进杏果酯类、酮类物质积累以增强果香与奶油香，中后期抑制醛类氧化产物及不良风味物质生成。综上，0.2 mmol/L SNP处理可通过调控糖酸含量、关键酶活性及挥发性风味物质含量，有效延缓贮藏期间杏果香气成分散失，抑制其风味劣变。
关键词： 杏果 一氧化氮处理 风味 气相色谱-离子迁移谱
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面向大田作物碎散分布场景的田垄导航线检测
《农业工程学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：大田作物因种植密度不均、缺苗或株行间错位等问题，整体呈现出碎散分布状态，导致农业机器人在作业过程中无法准确生成导航路径。为此，该研究提出纵向搜索模型结合贯通域匹配实时导航线提取方法。该方法首先将农业机器人采集的图像标准化至统一分辨率，并在YCrCb颜色空间增强绿色分量，通过最大类间方差法实现作物与背景分割；随后应用形态学处理去噪，利用纵向填充模型沿作物轮廓搜索，将同一作物行中分散区域连接为连通域，接着设定上下边界，筛选符合条件的连通域定义为贯通域，并逐层提取导航点与贯通域匹配，最终拟合出导航线。试验表明，本文方法在多种作物分布形态下提取的导航线平均精度为93.35%，处理960×540像素RGB图像的单帧耗时约95 ms，满足实时检测要求。该算法在作物分布复杂的非理想环境下具有鲁棒性与实时性，可为农业机器人提供有效的视觉导航支持，确保作业安全。
关键词： 机器视觉 图像处理 视觉导航 农业机器人 导航线提取
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葡萄主要病害检测与分级方法研究进展
《农业机械学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：葡萄在生长过程中面临多种病害威胁,主要包括霜霉病、白粉病、灰霉病、炭疽病和黑豆病等,目前这些病害主要通过粗放的化学药剂喷洒防治,导致土壤污染、药液残留等问题频发,造成葡萄种植园生态破坏,经济效益受损,亟需对葡萄主要病害分类分级治理.本文围绕葡萄主要病害识别、检测与分级方法,结合国内外研究现状,分别阐述葡萄主要病害潜育期检测技术和发病期检测与分级技术,包括分子生物学检测、光谱检测、成像检测技术、无人机、卫星遥感和多源数据融合等检测方法,以及基于机器学习和深度学习的病害识别分类、目标检测与分级技术.在此基础上,总结了当前面临的葡萄主要病害检测方法推广应用场景存在局限、检测与分级模型普适性不足、多模态多病害实地协同检测困难、病害动态变化全过程研究不完善、相似症状的不同病害识别精度有限等问题,并分析了主要成因.针对以上问题,归纳了近年来提出的主要病害检测算法的技术细节,对比分析了各类算法的性能表现和改进策略.最后,提出了葡萄园智能化检测未来发展方向:自然条件下面向复杂场景检测、检测与分级的普适性模型构建、小样本学习与细粒度识别研究、病症动态追踪与病斑信息预测和融合病害信息的防控装备研发等方向,为精准施药智能化治理葡萄病害奠定基础.
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农业领域音频信息技术研究进展
《农业机械学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：音频信息技术作为农业信息感知的重要手段，凭借其非侵入性、实时性强和成本低等优势，在智慧农业中展现出重要应用价值。本文系统综述了音频信息技术在农业领域中的研究进展与具体应用。在畜禽养殖领域，探讨了采食、发情、饮水、产蛋等行为音频识别方法，以及情绪评估、应激监测、疾病检测、声纹识别和声源定位等关键技术路径；在种植领域，总结了植物干旱、冻害等胁迫状态下的声发射特征规律，分析了特定声波对植物生理与基因表达的诱导效应。此外，还梳理了农业智能语音交互系统在信息服务、农机控制与语音问答中的研究进展。最后，提出未来农业音频信息技术应重点发展多模态感知协同融合、边缘计算方案优化与标准化音频数据平台，以推动音频信息技术在农业生产场景中的智能化、高效化与规模化应用。
关键词： 智慧农业 畜禽养殖 种植业 音频信息技术 智能语音交互
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错相位驱动PWM变量喷雾系统设计与试验
《农业工程学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对脉宽调制(pulse width modulation,PWM)变量喷雾系统电磁阀同步启闭造成管路压力波动严重的问题,该研究提出一种基于错相位驱动的压力波动抑制方法,基于C37控制器开发了支持不同相位差驱动的PWM变量控制系统,设计并搭建试验平台,开展PWM变量喷雾系统压力波动特性试验、雾化特性试验及雾滴沉积试验.压力波动试验结果表明,错相位驱动方式有效降低了系统压力波动峰峰值和变异系数,且随着占空比的增加,压力波动降低趋势逐渐缩小.当占空比为 20%和 70%时,错相位 120°的压力波动变异系数(CV)比同相位驱动分别减小 66.61%和 19.48%.占空比对变异系数影响最小的相位差区间是 60°~90°驱动,相位差 120°时,不同占空比下系统压力波动CV值均最小;对比试验结果表明,错相位驱动的系统雾滴粒径统计项均略低于同相位驱动,错相位驱动系统的雾滴相对跨度(RS)低于同相位驱动,占空比 50%时,RS下降最多,为 5.56%;雾滴沉积对比试验结果表明,错相位驱动PWM喷雾系统的雾滴覆盖率变异系数相比同相位驱动方式减小了 31.75%,错相位驱动方式可有效改善PWM变量喷药系统低频控制条件下药液沉积均匀性.研究结果可为PWM变量喷雾技术研发与应用提供依据,为精准变量施药装置的进一步优化提供技术支撑.
关键词： PWM 变量喷雾 压力波动 雾化特性 雾滴粒径 雾滴沉积
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