科研产出
越冬期麦田地表蒸散量估算模型适用性分析与参数修正
《农业机械学报 》 2018 EI 北大核心 CSCD
摘要：地表蒸散量是作物需水量估算以及农田水管理的重要依据。越冬期农田地表蒸散过程改变了土壤内部水热参数分布,进而影响春季作物的生长状况。本文对Penman-Monteith(PM)模型、Priestley-Taylor(PT)模型和Simultaneous heat and water(SHAW)模型在越冬期麦田地表蒸散量估算精度及适用性进行分析与评价,并针对冬季土壤冻结的特殊情况对模型参数进行了修正。麦田试验采集了北京市昌平区2011—2012年和2012—2013年2个冬季的气象参数与实际蒸散量。通过对比3种模型默认或经验参数下的估算值与实际测量值发现:PT模型对蒸散量的估算精度最高(PT、PM、SHAW模型RMSE分别为0.159、0.697、0.390 mm),PM和PT模型的估算整体高于实际测量值,其原因在于冬季地表经历了固-液相变和气-液相变两个过程。为了提高估算精度,在PT和PM模型中引入水分胁迫系数,并利用第1年冬季的数据对3种模型参数进行修正,结果表明,修正后的PM模型(2011—2012年RMSE为0.159 mm)和SHAW模型(2011—2012年RMSE为0.280 mm)对蒸散量的估算精度都有明显提高。将参数修正后的模型用于预测2012—2013年冬季的地表蒸散量,结果表明:3种修正模型的估算精度均较高(PT、PM、SHAW模型RMSE分别为0.267、0.252、0.253 mm)。相比之下,PT模型的计算最为简单,所需数据最少,因此,在估算越冬期麦田地表蒸散量时,可优先选择PT模型。
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萝卜籽蛋白提取物对鲟鱼腐败菌抑制作用及其理化性质的研究
《食品科学 》 2018 EI 北大核心 CSCD
摘要：本实验旨在探究萝卜籽蛋白提取物作为水产品保鲜剂的应用潜力。研究了萝卜籽蛋白提取物对28株鲟鱼腐败菌的生长抑制作用,并探究了该蛋白提取物对温度、pH值、紫外线、金属离子、表面活性剂和蛋白酶的稳定性。结果表明:萝卜籽蛋白提取物对8株气单胞菌、7株假单胞菌、11株肠杆菌和2株其他菌属的菌株均有抑制作用;经80℃处理30 min的萝卜籽蛋白提取物相对抑菌活力大于79.00%;萝卜籽蛋白提取物在pH 2.0~8.0的不同条件下处理2 h,相对抑菌活力大于72.00%;紫外线照射0~24 h后萝卜籽蛋白提取物相对抑菌活力均大于94.00%;萝卜籽蛋白提取物对Ag~+敏感,但对Pb~(3+)、Mg~(2+)、Li~+等13种金属离子稳定性较好;其对表面活性剂尿素、吐温20和司班80稳定性较好;经不同质量浓度的胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、蛋白酶K和中性蛋白酶分别处理后,其相对抑菌活力均大于96.00%。萝卜籽蛋白提取物对鲟鱼腐败菌具有较好的抑制作用,且该蛋白提取物对热处理、酸处理、紫外线照射、蛋白酶、表面活性剂和金属离子处理均具有一定的稳定性,因此具有开发成新型水产品保鲜剂的潜力。
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连续小波变换定量反演土壤有机质含量
《光谱学与光谱分析 》 2018 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：以北京市东部地区96个潮土土样的土壤参数及对应光谱数据为数据源,采用连续小波多尺度分析处理与分析。首先将土壤光谱进行初步处理,生成小波系数,其次将土样的有机质含量与小波分解系数开展相关性分析,提取特征波段,最后采用特征波段建立预测耕层有机质含量的模型。结果表明:经连续小波处理后,光谱对耕层有机质含量的预测能力明显优于传统光谱变换技术;经连续小波分解后,对土壤有机质含量的预测能力随光谱分辨率降低呈先降后升再降的趋势;连续小波分析算法可提升土壤光谱对有机质含量的估测能力,与土壤高光谱反射率相比,基于连续小波变换的土壤有机含量最佳的精度提高19%;由于光谱分辨率为80nm建立的模型精度较高,其R~2达到0.632,这表明在连续小波算法下,光谱分辨率较低的宽波段数据可用于土壤有机质含量的监测。
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气送式水稻施肥机输肥装置气固两相流仿真分析
《农业机械学报 》 2018 EI 北大核心 CSCD
摘要：通过计算流体动力学和离散元法耦合的方法对气送式水稻施肥机的气体肥料混合腔进行气固耦合数值研究。在数值模型中,使用EDEM软件模拟肥料颗粒,ANSYS Fluent软件描述气体相。通过研究混合腔喉部面积、喉部长度、气体入口压力和肥料排出速率的影响,分析气体和肥料的运动规律。模拟结果表明,2型喉管的气体肥料混合腔断面性能良好,喉部压力损失较小,气流速度最快。喉部面积和气流入口压力主要影响气流出口速度和混合腔轴向方向的肥料颗粒速度,肥料颗粒的移动受混合腔喉部长度和肥料进料速率的影响较小。喉部截面积的增加导致气流速度和压力损失在一定范围内下降。随着气流入口压力的增加,肥料所受合力和肥料颗粒速度均增加,适宜的气流入口压力为450~550 Pa。结果表明,CFD-EDM耦合方法作为理解气流场中肥料颗粒运动规律的分析工具是可靠的,基于CFD-EDM耦合方法的肥料颗粒运动的数值模拟可为水稻侧深施肥装置的开发提供理论依据。该研究得到的优化后气体肥料混合腔结构参数及气动参数,对现有气送式水稻施肥机输肥装置的优化改进具有指导意义。
关键词： 水稻施肥 气送式施肥机 气体肥料混合腔 气固两相流 气固耦合
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越冬期麦田根区水热耦合模型参数原位估算与检验
《农业机械学报 》 2018 EI 北大核心 CSCD
摘要：越冬期根区充足的蓄水量有利于春季冬小麦的生长并有助于增产,而冬季作物根区水分运移规律通常借助土壤冻融过程水热耦合模型来描述,但该模型的预测精度受参数确定方法与边界条件等多种因素的影响。为了提高模型预测精度,提出了一种改进型的土壤冻融过程水热耦合模型参数估算方法,即运用土壤冻融特征曲线(冻土未冻水含量和土壤温度的关系)来原位估算土壤水热耦合模型参数,并检验该方法的适用性。在此基础上,评价地表蒸发量对模型预测精度的影响。大田试验在北京市昌平区小汤山精准农业示范基地开展,历经两个越冬期(2011—2012年和2012—2013年),利用管式介电传感器、温度传感器和蒸渗仪分别采集了土壤剖面未冻水含量、土壤温度和地表蒸发量数据。利用第1个越冬期(2011—2012年)的数据拟合土壤冻融特征曲线,对土壤水热参数进行最优估算,利用第2个越冬期(2012—2013年)的数据评价估算参数和地表蒸发量对模型预测精度的影响。结果表明:利用估算参数的模型预测值整体上与实测值相符。考虑到地表蒸发量对模型水热上边界的影响,第2个越冬期10 cm处未冻水含量与温度预测值和实测值的RMSE分别为0.046 m3/m3和1.883℃,20 cm深度RMSE分别为0.071 m3/m3和2.347℃。相比之下,在未考虑地表蒸发量影响下,第2个越冬期10 cm处未冻水含量与温度的模拟值和实测值的RMSE为0.059 m3/m3和2.149℃,20 cm深度RMSE为0.081 m3/m3和2.666℃。提出的改进型模型参数估算方法能够保证模型的预测精度,且考虑地表蒸发量的影响能够进一步提高模型的预测精度,随着深度的增加,蒸发量对水分与温度的影响逐渐减小。
关键词： 麦田根区 水热耦合运移 地表蒸发量 数值模拟 参数估算
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批次清单结合Petri网追溯模型提高小麦粉加工过程追溯精度
《农业工程学报 》 2018 EI 北大核心 CSCD
摘要：为解决小麦粉加工过程追溯质量安全信息交叉、单位个体追溯困难等问题,该研究在分析小麦粉加工流程和追溯关键信息的基础上,研究基于批次清单的信息追溯方法,以加工时间为依据结合高津托图(Gozintograph)数据结构构建批次清单(bill of lots,BOL),实现小麦粉产品信息和关键节点活动信息的精确追溯;在BOL的基础上,利用鱼骨图和Petri网分别描述小麦粉质量追溯点的位置和危害指标;结合山东某面粉厂实际生产参数对追溯模型进行验证,实现小麦粉产品与原料的批次关联和其质量危害传播路径的预测。分析结果表明,通过使用BOL和Petri网追溯模型与传统方法相比实现召回批次数量由7个减少到4个、危害因素查找数量由6个减少到5个。该研究提高了小麦粉追溯精度和缺陷召回效率,为粮食等小颗粒产品加工过程的追溯提供了理论支持。
关键词： 农产品 模型 供应链 小麦粉加工 追溯 加工时间 批次清单 Petri网
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山梨酸钾/氯化钾复合相变材料制备及热物性分析
《农业工程学报 》 2018 EI 北大核心 CSCD
摘要：为开发出高效、性能稳定的微冻保鲜用相变蓄冷剂,保证运输中肉制品等农产品的品质,以山梨酸钾水溶液为主基液,探究添加氯化钾后相变蓄冷材料的热物性及热循环稳定性。对比30 g/L山梨酸钾溶液,当再添加氯化钾浓度为5 g/L时,相变温度为-2.8℃,潜热为254.6 J/g,热导率为1.012 W/(m·K),热扩散率为1.01 mm2/s。添加氯化钾对相变温度和潜热几乎没有影响;溶液的热导率提高了23.32%;热扩散率提高了151.37%。经200次冻融循环后,未添加氯化钾的相变溶液出现了-5.3℃的过冷度,含氯化钾的相变溶液没有过冷度,氯化钾在山梨酸钾相变过程中体现出了其良好的成核作用,使得该复合相变蓄冷剂具有优异的热稳定性。试验表明,山梨酸钾/氯化钾复合相变蓄冷剂适合于农产品的微冻保鲜用。
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基于近红外光谱的大豆叶片可溶性蛋白含量快速检测（英文）
《农业工程学报 》 2018 EI 北大核心 CSCD
摘要：可溶性蛋白是植物生化及抗性生理研究的重要指标之一。快速、准确、无损测定可溶性蛋白含量对作物生长状况的动态监测及抗性作物品种的筛选具有重要意义。近红外光谱具有快速、简单方便、非破坏性的特点,已在农业、食品、化工等领域广泛应用,尤其是近年来基于光谱技术快速无损的获取作物生理生化信息的研究已成为当前农业领域研究的热点。本文采用近红外光谱技术结合化学计量学方法以实现大豆叶片可溶性蛋白含量的快速无损检测。首先,采用Savitzky-Golay平滑(SG)、一阶导数(1-Der)、二阶导数(2-Der)等7种光谱预处理方法分别建立大豆叶片可溶性蛋白含量的偏最小二乘(PLS)预测模型,经对比发现SG预处理方法为大豆叶片可溶性蛋白含量预测的最优光谱预处理方法。其次,分别采用连续投影算法(SPA)、随机蛙跳(RF)和遗传算法(GA)对SG预处理后的光谱数据进行特征波长提取。最后,基于提取的特征波长分别建立了大豆叶片可溶性蛋白含量的SPA-PLS、RF-PLS和GA-PLS预测模型,发现基于SPA提取的11个特征波长建立的大豆叶片可溶性蛋白含量SPA-PLS模型具有最佳的预测效果,其预测集相关系数(R2p)为0.864,预测均方根误差(RMSEP)为1.894 mg/g,预测偏差为2.061(RPD)。上述结果表明,应用近红外光谱技术检测大豆叶片中可溶性蛋白含量是可行的,可为大豆生长状况动态监测及抗性大豆品种的筛选提供新的方法。
关键词： 近红外光谱 大豆叶片 可溶性蛋白 连续投影算法 偏最小二乘算法
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基于分数阶微分算法的大豆冠层氮素含量估测研究
《光谱学与光谱分析 》 2018 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：氮素与作物的生长发育、产量和品质密切相关。作物冠层氮素含量的快速、准确、无损检测对于作物营养诊断和长势评估具有重要意义。传统的氮素检测方法检测周期长、操作复杂,同时具有破坏性,无法实现作物氮素含量在时间和空间上的连续动态监测。基于光谱遥感技术快速、无损地获取作物氮素含量是近年来作物组分快速检测研究的热点。当前的研究大多基于原始光谱或整数阶微分(一阶、二阶)预处理后的光谱进行氮素含量预测,原始光谱或整数阶微分预处理后的光谱会忽略光谱曲线间的渐变信息,影响氮素含量的预测准确度。与原始光谱和整数阶微分方法相比,分数阶微分算法在背景噪声去除、有效信息提取等方面较有优势。为研究分数阶微分预处理算法在作物氮素检测中的应用,本文以不同施肥处理下的盆栽大豆作物为研究对象,获取大豆苗期、花期、结荚期和鼓粒期四个生育期共256组冠层高光谱及对应的大豆冠层氮素含量(CNC)数据,运用分数阶微分算法对光谱数据进行0~2阶微分预处理,微分间隔为0.1,分别采用归一化光谱植被指数NDSI、比值光谱指数RSI对预处理后的光谱数据和大豆冠层氮素含量数据进行相关性分析,得到各阶微分预处理下NDSIα(α代表分数阶微分阶数)与大豆CNC,RSIα与大豆CNC相关系数绝对值的最大值及其对应的波段组合——最优波段组合NDSIα(opt)和RSIα(opt),采用线性回归方法,建立各阶微分下NDSIα(opt)与CNC,RSIα(opt)与CNC的预测模型,并与常用植被指数(VOGII,MTCI,DCNI,NDRE)建立的氮素含量预测模型进行比较,研究分数阶微分算法对大豆作物冠层氮素含量预测模型的效果。结果表明:(1)在0~2阶微分范围内,最优波段组合NDSIα(opt),RSIα(opt)与大豆CNC的相关系数随阶数增加呈现先升高后下降趋势。其中,0.8阶微分下NDSI0.8(R725,R769)与大豆CNC的相关系数最大,为0.875 9;0.7阶微分下RSI0.7(R548,R767)与大豆CNC的相关系数最大,为0.865 1;(2)分数阶微分预处理能够细化光谱数据中的有效信息,增强光谱数据对冠层氮素含量的敏感性,尤其是增强红边平台波段与氮素含量的正相关性及绿波段与氮含量的负相关性;(3)与整数阶微分、常用植被指数相比,分数阶微分能够提高大豆CNC预测模型的准确性。其中,基于0.7阶微分RSI0.7(R548,R767)建立的大豆CNC预测模型与0阶微分RSI0(R725,R769)相比建模集决定系数(R2C)和预测集决定系数(R2P)分别提高了0.061 9和0.016 6,建模集均方根误差(RMSEC)和预测集均方根误差(RMSEP)分别降低了0.552 5和0.180 9,预测相对偏差(RPD)提高了0.110 4。基于0.7阶微分RSI0.7(R548,R767)建立的大豆CNC预测模型与VOG II相比R2C和R2P分别提高了0.086 6和0.025 5,RMSEC和RMSEP分别降低了0.757 5和0.248 3,RPD提高了0.14688;(4)基于0.7阶微分比值光谱指数RSI(R548,R767)建立的大豆LNC预测模型较优,其R2C为0.748 4,R2P为0.800 3,RMSEC为4.752 9,RMSEP为3.511 1,RPD为2.253 7,能够较好的估测大豆冠层氮素含量。研究表明分数阶微分算法在大豆冠层氮素含量的定量预测中具有一定的优势,为光谱遥感技术在作物氮营养检测中的应用开拓了新的思路。
关键词： 冠层氮素含量 高光谱数据 植被指数 分数阶微分算法
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基于近红外光谱技术的发育后期苹果内部品质检测
《农业机械学报 》 2018 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了解发育后期苹果内部品质与近红外光谱特性之间的关系,给田间管理、实时采收等提供依据,利用近红外漫反射技术测量了发育后期3个月内"富士"苹果在833~2 500 nm波长范围内的光谱特性,并测量了各样品的内部品质参数(可溶性固形物含量、硬度、p H值和含水率),分析了单一波长下吸光强度与各内部品质参数之间的线性关系。结果表明,单一波长下吸光强度与苹果各内部品质参数之间的线性相关性均较弱,基于单一波长下的吸光强度很难预测苹果的内部品质。为此,结合化学计量学方法建立了预测可溶性固形物含量、硬度、p H值和含水率的最小二乘支持向量机和极限学习机(ELM)模型,并分析了主成分分析(PCA)、连续投影算法(SPA)和无信息变量消除法等3种降维方法对模型预测性能的影响。结果表明,预测可溶性固形物含量、p H值的最优模型为SPA-ELM,其RMSEP分别为0.443 5°Brix和0.006 8;预测硬度、含水率的最优模型为PCA-ELM,其RMSEP分别为0.2612 kg/cm2和0.623 5%。
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