科研产出
装配式柔性墙体日光温室联合储热系统蓄放热特性
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：增设多蓄热介质联合主动蓄放热系统是解决装配式柔性墙体日光温室“重保温、轻蓄热”问题的有效方法，但当前对于“土壤-空气-水”多介质联合储热系统蓄放热特性和加温效果尚不明确，针对此问题，该研究以配备“空气源地中热交换-水源后墙循环换热”联合储热系统的装配式柔性墙体日光温室为研究对象，采用现场跟踪测试和能量转移测算，对联合储热系统各自和组合的蓄放热特性进行研究。结果表明，配有联合储热系统的装配式柔性墙体日光温室室内夜间最低空气温度维持在10℃以上，室内外最大温差达26.5℃。0～50 cm的土壤层是该温室主要蓄热介质，晴天土壤层蓄热量最高占总蓄热量的63.5%。地中热交换系统最高占土壤蓄热量的54.4%。水循环系统蓄热量可达424.04 MJ，最高占总蓄热量的45.1%，通过循环蓄热可将储水池内8 m3水的温度提高到35℃。连阴天时，通过引入蓄放热比指标，对联合储热系统的运行效果进行定量评价，发现水循环系统具有蓄放热速度快的特点，蓄放热比绝对值最高可达1.62，是当天土壤蓄放热的1.8倍。但从总量上看，土壤仍是连阴天主要放热来源，在北京地区联合蓄放热系统能够维持3个连阴天的热量需求。水循环系统平均性能系数（coefficient of performance,COP）为9.16，地中热交换系统平均COP为6.82，联合蓄放热系统综合COP为8.85，对比热泵，其节能率达60.26%。研究结果为联合储热系统蓄放热机理研究提供了理论依据。
关键词： 日光温室 墙体 传热 联合储热 蓄放热特性 水循环 地中换热
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基于磁性多壁碳纳米管的磁性固相萃取-超高效液相色谱-串联质谱法测定农产品中22种真菌毒素
《分析化学 》 2024 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：以磁性多壁碳纳米管（Fe3O4-MWCNTs）为吸附剂，建立了简单、快速和高效的磁性固相萃取方法，结合超高效液相色谱-串联质谱实现了对农产品中22种真菌毒素的同时检测。将Fe3O4纳米颗粒引入MWCNTs中制备Fe3O4-MWCNTs作为吸附剂，不仅可以提高多种目标真菌毒素的富集效率，还可通过外磁场进行分离，有效缩短了样品前处理时间。对影响磁性固相萃取前处理效率的提取溶液、吸附剂类型、吸附剂用量和洗脱溶液类型进行了优化。在最佳前处理条件下，结合超高效液相色谱-串联质谱进行检测，结果表明，22种真菌毒素在各自的浓度范围内均具有良好的线性关系（R2≥0.9966），方法检出限（LOD, S/N=3）为0.0008～1.6337 ng/g，定量限（LOQ, S/N=10）为0.0025～5.4457 ng/g，低、中、高3个浓度水平的加标回收率为71.5%～118.4%，日内精密度为1.3%～10.9%（n=6），日间精密度为2.3%～11.6%（n=3）。本方法前处理过程简单快速、有机溶剂消耗少、基质净化效率高，并且方法的线性范围宽、准确度和灵敏度高，可用于大批量农产品中多种真菌毒素的同时检测，对于保障粮食安全具有重要意义。
关键词： 真菌毒素 磁性多壁碳纳米管 磁性固相萃取 超高效液相色谱-串联质谱
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基于区块链的三文鱼冷链多链协同监管模型研究
《农业机械学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：在冷链行业集群式发展的背景下,为解决在三文鱼冷链多链协同过程中由于监管数据持续性与碎片化所带来的跨链签名数据传输且真实性验证效率缓慢的问题,设计了基于区块链的三文鱼冷链多链协同监管模型,该模型包括基于聚合签名算法的数据验证与冷链模式监管的方法,该方法在提升跨链监管数据真实性验证效率的同时保证了三文鱼冷链监管的细粒度与完整性.最后,基于以太坊平台实现了三文鱼冷链多链协同监管模型的原型系统.经系统性能测试,在监管性能方面,多链架构监管性能相较于单链架构平均提高17.98%,且随着区块链交易增多,多链架构监管性能优势将更加明显;在真实性验证效率方面,根据验证时间曲线的趋势线斜率分析,传统验证算法的斜率为57.448,而聚合签名算法的斜率为0.553.这表明随着签名数量的增加,聚合签名算法在验证效率方面具有明显的优势;在通信消耗方面,传统签名算法所需要的签名通信量在理论极限值下最多可达到4 875 B,而聚合签名算法所需的签名通信量即使在未压缩的情况下也一直保持在96 B.测试结果表明,在三文鱼冷链场景中,聚合签名与验证的方法在数据批量传输批量验证的条件下具有良好的效率优势,为可信冷链监管、集群式冷链发展提供借鉴与参考.
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基于特征光谱参数的叶片和冠层尺度茶多酚含量估算
《光谱学与光谱分析 》 2024 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：茶多酚具有很强的生理活性和抗氧化性，是茶品质的重要属性之一。相比传统茶多酚含量的测定方法，遥感技术监测茶多酚含量具有高效、精确及实时的优势，但如何利用遥感数据监测不同时期的茶多酚含量研究较少。该研究以广东省英德市的5个茶园的茶叶为研究对象，对春茶、夏茶和秋茶的叶片与冠层两个尺度的茶多酚含量及对应高光谱数据进行测定，利用标准正态变量变换（SNV）对叶片和冠层的高光谱反射率数据进行预处理；然后，分别采用连续投影算法（SPA）和竞争性自适应重加权采样算法（CARS）筛选不同生长季节叶片和冠层两个尺度茶多酚的敏感波段；最后，通过偏最小二乘法（PLS）、随机森林（RF）和多元线性回归（MLR）分别构建不同时期的茶多酚含量模型并进行验证。结果表明：（1）茶多酚的含量随着季节推移显著增加，春茶茶多酚含量（15.37%）最低，夏茶茶多酚含量次之（18.29%）,秋茶茶多酚含量（秋茶20.77%）最高；（2）不同敏感波段筛选的茶多酚含量的光谱特征波段主要为2 100～2 200 nm附近、 1 300～1 400 nm附近、红波-红边波段及绿波段；（3）基于春茶、夏茶和秋茶冠层光谱特征构建的茶多酚模型中CARS-PLS、 SPA-MLR和CARS-PLS模型精度最高，建模集R~2分别为0.56、 0.45和0.52, RMSE分别为1.15、 1.68和1.77;验证集R~2分别为0.43、 0.40和0.41, RMSE分别为1.60、 1.91和1.91;基于春茶、夏茶和秋茶冠层叶片光谱特征构建的茶多酚模型中SPA-PLS、 CARS-PLS和SPA-MLR模型精度最高，建模集R~2分别为0.50、 0.42和0.42, RMSE分别为1.25、 1.70和1.66;验证集R~2分别为0.43、 0.36和0.38, RMSE分别为1.44、 1.96和2.49。研究结果表明，基于遥感数据进行不同季节的叶片和冠层两个尺度的茶多酚含量估算是可行的，在大面积实时监测茶品质特征方面具有较大的潜力。
关键词： 茶多酚 高光谱 偏最小二乘法 随机森林 多元线性回归
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耕作深度调控秸秆还田对农田土壤呼吸的影响
《环境科学 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：秸秆还田和耕作深度处理是影响农田土壤呼吸最重要的农业管理措施之一，但二者交互作用影响农田土壤呼吸的机制尚不清楚.基于此，针对中国的旱地农田生态系统，利用已发表的116篇研究论文，借助Meta分析技术，探究秸秆还田和耕作深度处理及其二者交互作用对农田土壤呼吸的影响及其调控因素，为农田生态系统实现“碳中和”提供重要的数据支撑和理论依据.结果表明，免耕导致土壤呼吸减少了8.3%，而浅耕和深耕处理对土壤呼吸的影响不显著，但对土壤呼吸的增加量仍呈现出深耕＞浅耕＞免耕的趋势.虽然，浅耕和深耕对土壤呼吸和土壤有机碳（SOC）的影响均相对较小，但是免耕导致土壤呼吸减少了8.3%的同时却又导致SOC增加了7.05%，因此实施免耕措施对农田土壤固碳减排具有重要意义.此外，耕作深度会显著调控秸秆还田对土壤呼吸的影响，且土壤呼吸的增加量呈现出深耕秸秆还田＞浅耕秸秆还田＞免耕秸秆还田的趋势，整体平均增加了14.51%.秸秆还田后不同深度耕作处理下土壤呼吸的增加量与土壤容重、农作物产量、土壤有机碳、以及土壤温度和水分的改变量密切相关，且对土壤呼吸增加量的贡献呈现出土壤容重＞农作物产量＞土壤有机碳＞土壤水分＞土壤温度的趋势.虽然SOC在深耕秸秆还田、浅耕秸秆还田和免耕秸秆还田处理下分别增加了29.32%、 10.12%和23.94%，但是土壤呼吸在深耕秸秆还田和浅耕秸秆还田处理分别增加了29.32%和18.92%，而在免耕秸秆还田处理下仅增加1.2%.所以，免耕秸秆还田也有利于农田土壤固碳减排.因此，在中国的旱地农田生态系统中，耕作深度会调控秸秆还田对土壤呼吸的影响程度，而这种调控主要与土壤理化性质有关，尤其与土壤容重关系最为紧密，且免耕和免耕秸秆还田均是有利于农田土壤固碳减排的重要农业管理措施.
关键词： 耕作深度 秸秆还田 土壤有机碳 农作物产量 Meta分析
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基于TiDE-PatchTST模型的柑橘冷藏效率时序预测模型优化
《农业机械学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：柑橘低温贮藏过程中果实温度波动是引发果品品质安全风险与增加制冷能耗的关键因素，同时果品品质与制冷能耗也是评判柑橘冷藏效率的重要评价指标，实现两者动态预测可为科学预知与精准优化柑橘冷藏效率提供可靠支持。本文提出一种基于PatchTST的柑橘冷藏效率时序预测模型。首先，基于自注意力机制和独立预测方法(Channel independent, CI)构建基础PatchTST模型；其次，通过融合基础PatchTST模型与TiDE模型中的协变量特征提取模块，实现对多元时序数据集中全部序列的特征提取，并有效改进模型预测精度；最后，基于皮尔森相关性分析方法定量分析冷库制冷参数与能耗、柑橘温度的相关性，确定TiDE-PatchTST模型输入参数，并基于5 000组实验数据实现多种模型训练与测试，对比验证TiDE-PatchTST模型的准确性与优越性。结果表明，基于TiDE-PatchTST模型的冷库能耗预测值与实验值平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)分别为3.645 W·h和10.421 W·h,柑橘温度预测值与实验值的MAE和RMSE分别为0.034℃和0.042℃,相比Transformer模型，能耗预测的MAE和RMSE最高分别下降41.43%和39.27%,柑橘温度预测的MAE和RMSE最高分别下降46.03%和28.81%。本研究可为柑橘冷藏过程温度波动与能耗动态感知与优化调控等提供可靠方法支持与参考。
关键词： 柑橘 冷藏效率 时序预测模型优化 PatchTST TiDE
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基于稀疏样点的土壤重金属含量模拟方法
《环境科学 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：土壤重金属受人为和自然因素综合作用,其空间异质性强,存在区域均值和方差的非平稳性,稀疏样本下未知点估计精确度低,土壤环境质量现状精准估计和风险评估困难.基于此,提出了随机森林-序贯高斯模拟混合模型(RF-SGS),选取多种自然因素和人为因素作为辅助变量,充分考虑土壤属性指标的空间自相关性以及环境变量属性相似性,解决传统插值中极端值和空间连续性模式敏感存在的局限性,为非平稳区域精准估计总体提出可行性方法.以北京市顺义区采样数据为例,采用MMSD抽样方法对样点抽稀,对原始采样数据进行不同采样密度的对比实验,用随机森林-序贯高斯模拟混合模型(RF-SGS)、序贯高斯模拟模型(SGS)、趋势面-序贯高斯模拟混合模型(TR-SGS)和随机森林模型(RF)对土壤重金属Cd的空间分布进行模拟,从统计特征和空间结构等方面比较模拟结果,分析误差产生的原因,进一步验证方法有效性.结果表明,在7种采样密度下,预测精度由低到高排序为:SGS 关键词：
土壤重金属
条件模拟
随机森林(RF)
序贯高斯模拟(SGS)
土壤插值
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双轨道弹射式水稻精量直播排种器设计与试验
《农业机械学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对现有排种器存在投种不顺及大播量成穴性较差等问题，本文设计了一种双轨道弹射式水稻精量直播排种器。基于理论分析设计了关键部件，利用DEM-MBD耦合仿真技术得到了弹簧力参数及因素取值范围，明确了转速超过35 r/min后排种器的性能显著下降。以合格率、漏播率及重播率为性能评价指标开展台架正交试验，研究转速、调节深度及稻种球度对排种器工作性能的影响，建立排种性能评价指标的回归预测模型。试验结果表明：排种轮转速为23.06 r/min、型孔深度为8.99 mm、稻种球度为52.7%时，排种器合格率为88.58%、漏播率为4.43%、重播率为6.99%,排种器工作性能最佳。为验证排种器工作性能及优化后参数的准确性，开展了田间试验，试验结果与优化后结果保持一致，回归方程预测结果误差小于2%,验证了试验可行性及参数准确性，在最优参数下排种器穴径合格率为100%、平均穴径为3.62 cm、穴径变异系数为18.45%、平均穴距为22.98 cm、穴距变异系数为8.43%、平均穴粒数为11.08、穴粒数变异系数为17.56%。所设计的排种器具有较好的播种性能、较高的穴径合格率及较低的变异系数，表明该排种器具有良好的成穴性能。
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基于Swin Transformer与GRU的低温贮藏番茄成熟度识别与时序预测研究
《农业机械学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：面向绿熟番茄采后持续转熟特征，适时调温是满足不同成熟度番茄适宜贮运温度需求的关键，而果实成熟度自动识别与动态预测则是实现温度适时调控的基础条件。本文基于Swin Transformer与改进GRU提出了一种番茄成熟度识别与时序动态预测模型，首先通过融合番茄两侧图像获取番茄表观全局红色总占比，构建不同成熟番茄图像数据集，并基于迁移学习优化Swin Transformer模型初始权重配置，实现番茄成熟度分类识别；其次，周期性采集不同储藏温度（4、9、14℃）下番茄图像数据，结合番茄初始颜色特征与贮藏环境信息，构建基于Swin Transformer与GRU的番茄成熟度时序预测模型，并融合时间注意力模块优化模型预测精度；最后，对比分析不同模型预测结果，验证本研究所提模型的准确性与优越性。结果表明，番茄成熟度正确识别率为95.783%,相比VGG16、AlexNet、ResNet50模型，模型正确识别率分别提升2.83%、3.35%、12.34%。番茄成熟度时序预测均方误差（MSE）为0.225,相比原始GRU、LSTM、BiGRU模型MSE最高降低29.46%。本研究为兼顾番茄成熟度实现贮藏温度柔性适时调控提供了关键理论基础。
关键词： 番茄 低温贮藏 成熟度识别 时序预测模型 Swin Transformer GRU
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农业灌溉水资源优化配置研究进展
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：水资源短缺是制约农业可持续发展的关键因素,因此农业灌溉水资源的优化配置对于保障粮食安全和水安全具有重要意义.该研究基于农业灌溉水资源优化配置的主要类型,对单一作物灌溉优化决策、多作物水土资源优化配置和灌溉渠系水资源优化调度 3个方面的研究进展进行了系统综述.同时指出了当前农业灌溉水资源优化配置中存在的主要问题和未来研究方向,研究认为当前的农业灌溉水资源优化配置应在如下 4个方面进行完善:1)建立更具生理意义的作物水分-产量-品质模型;2)在气候变化和人类活动的情景下实现农业灌溉水资源的优化配置;3)构建全面考虑水源、渠系、灌区面积、作物配置以及生育阶段的系统性农业灌溉水资源优化配置模型;4)建立以棵间蒸发最小为目标的动态灌溉优化决策模型.研究可为中国的粮食安全和水安全提供理论指导.
关键词： 模型 作物 水资源 灌溉优化决策 非充分灌溉 节水调质 渠系
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