科研产出
北京市菜地土壤重金属现状分析与评价
《农业工程学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：近年来北京蔬菜种植业得到迅速发展,已成为农业经济的支柱产业之一。为了解北京地区菜地以重金属为主要指标的土壤环境质量现状,采集北京市主要蔬菜生产区表层土壤(0~20cm),测定镉(Cd)、铅(Pb)、铜(Cu)、铬(Cr)、锌(Zn)、镍(Ni)、汞(Hg)含量和基础理化性质。依照《土壤环境质量标准》和《土壤环境监测技术规范》采用单项和综合污染指数法进行评价,结果表明,与土壤背景值相比,大兴、昌平、密云、延庆、房山、顺义、通州区内Cd、Cr明显富集,顺义区、房山区Cd质量分数平均值接近于《食用农产品产地环境质量评价标准》限量值(0.40 mg/kg),但未超过《土壤环境质量标准》中二级限量值(0.60 mg/kg)。Cd、Cu、Zn、Cr单项污染指数平均值处于>0.7~1.0,属于尚清洁(警戒限)水平,且土壤Cd质量分数变异系数极高,40%以上样点存在"轻度"和"中度"污染,设施菜地较裸露菜地相比存在较高Cd污染风险。综上,北京市菜地土壤重金属环境质量指标总体安全,处于非污染状态,但存在一定程度的Cd、Cr、Cu、Zn累积污染风险。
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WebGIS在农业环境物联网监测系统中的设计与实现
《农业工程学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：近年来物联网技术在农业环境监测领域得到了广泛的应用。物联网能够及时获取监测点上时间连续的数据,但在进行较大尺度的区域监测时,因空间变异性影响,基于节点的物联网监测技术面临着监测点分布设计、数据空间连续表达等诸多难题。针对农业环境监测对象的特点,提出了由点到面的区域模拟与评估方法,设计了一套将物联网基于"点"的监测数据与WebGIS基于"面"的空间数据融合分析的解决方案。在已建立的物联网监控中心系统平台基础上,优化集成WebGIS图形化空间分析技术,建立了物联网监测数据与WebGIS空间数据点面融合的农业环境监测系统。系统实现了数据位置地图显示、由点到面的区域模拟与评估、区域监测专题图管理3个功能。以河南省小麦灾情监测为案例对系统进行了应用分析,结果表明系统能有效地实现农业环境由点到面的区域动态监测,提高了作物长势与灾害的综合诊断能力,并能够为农业生产管理提供更为便捷的应用服务。
最优权重组合模型和高光谱估算苹果叶片全磷含量
《农业工程学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了估算苹果叶片全磷含量,该文使用2012年和2013年在山东省肥城市潮泉镇下寨村的2个苹果示范园获取的整个生育期苹果叶片全磷含量和对应的叶片光谱数据,建立了预测苹果叶片全磷含量的最优权重组合模型。首先分析了苹果叶片全磷含量和原始光谱的相关关系,确定了以553和722 nm为苹果叶片全磷含量的诊断波段;根据叶片全磷含量与400~2 500 nm范围两两组合的决定系数等值线图,确立了对苹果叶片全磷含量敏感的546和521 nm、553和518 nm组合的归一化差值指数和543和525 nm、1 394和718 nm组合的比值指数;最后以553和722 nm的反射率以及546和521 nm、553和518 nm组合的归一化差值指数和543和525 nm、1 394和718 nm组合的比值指数为自变量,构建了基于苹果叶片全磷含量的最优权重组合模型,实现了对苹果叶片全磷含量的高光谱估算。结果表明,最优权重组合模型无论是建模集还是验证集,其预测能力(R2=0.94)要优于该文中的6种统计方法(平均R2=0.82),研究结果为快速无损诊断苹果叶片的磷素状况提供新的技术途径。
关键词： 光谱分析 磷 模型 苹果叶片 最优权重 RBF神经网络
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基于EFAST和PLS的苹果叶片等效水厚度高光谱估算
《农业工程学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：叶片等效水厚度(EWT)是评估果树生长状况及产量的一个重要参数。为了快速、准确地估算此参数,该文建立苹果叶片EWT归一化近红外水分指数(NDIWI)和扩展傅里叶幅度灵敏度检测方法和偏最小二乘回归(EFAST-PLS)估算模型并验证。使用2012年和2013年在中国山东省肥城县潮泉镇获取的整个生育期苹果叶片EWT和配套的光谱数据,比较NDIWI和EFAST-PLS联合模型。在EFAST-PLS联合模型中,EFAST用来选择光谱敏感波段,PLS用来回归分析。NDIWI与EFAST-PLS模型的决定系数(R2)分别为0.2831和0.5628,标准均方根误差(NRMSE)分别为8.00%和6.25%。研究结果表明:EFAST-PLS模型估算苹果叶片EWT潜力巨大,考虑到应用简单,NDIWI也有可取之处。
关键词： 光谱分析 模型 含水率 苹果叶片 等效水厚度 EFAST 偏最小二乘 NDIWI
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纤维素类芒属草本能源植物品质近红外光谱快速检测技术研究
《光谱学与光谱分析 》 2016 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：我国生物质能源产业近年来得到快速发展,但对能源草的研究还处于初级阶段,如果能建立全面的能源植物木质素、纤维素、半纤维素的近红外预测模型数据库,将有助于优良品种的筛选、能源植物能用性能的评价及生物质能源产业在线控制。本研究采用傅里叶变换近红外光谱(FT-NIR)技术结合偏最小二乘法(PLSR)建立了荻、南荻、奇岗、芒四种芒属能源植物品质指标(纤维素,半纤维素,木质素和灰分)近红外预测模型,并在此基础上研究了样本粒度对模型的影响。研究结果表明:(1)四种芒属能源植物茎秆中纤维素,半纤维素和木质素含量误差均方根(RMSECV)分别为1.35%(R~2=0.88),0.39%(R~2=0.91)和0.35%(R~2=0.80),叶片中纤维素,半纤维素和木质素含量误差均方根(RMSECV)分别为0.72%(R~2=0.88),0.85%(R~2=0.85)和0.44(R~2=0.87),所建的纤维素,半纤维素和木质素的近红外校准模型在预测未知样品含量时效果较好,但灰分含量预测效果不理想;(2)2和0.5mm粒度样品所建近红外模型均满足样品检测精度要求,但考虑到时间和人工成本,建议在工厂对能源植物原料品质进行分析时,采用2mm样品建模。
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基于中分辨卫星影像的农用航空喷药效果评估（英文）
《光谱学与光谱分析 》 2016 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：遥感技术能被用于大尺度作物化学喷药效果检测,这为精准农业航空施药发展提供了重要的技术支撑。利用M-18B农用飞机在4米的飞行高度喷施化学农药混合剂(杀菌剂和植物生长调节剂),去控制水稻爆发性疾病--叶片纹枯病和促进水稻植株的生长。施药一周后,喷药区的卫星影像被获取并计算植被指数,同时采集了地面化学农药的药液沉积量。分析了药液雾滴沉积量和植被指数的关系,结果显示,单相光谱特征(NDVI)和液滴沉积点密度(DDPD点·cm~(-2))的相关系数是0.315,p-value为0.035;时间变化特征(MSAVI)和液滴沉积体积密度(DDVDμL·cm~(-2))之间的相关系数是0.312,p-value为0.038。另外,水稻生长活力最旺盛的范围都出现在喷洒区域内,植株活力随着药液漂移距离的增加逐步减少。同时,相同的变化趋势也出现在雾滴沉积量与光谱特征的空间变化插值图中。由此得知,从卫星图像中计算的植被指数NDVI和MSAVI,可以用来评估大尺度农田的农用航空药液喷洒效果。
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基于滑板压秆旋切式防堵装置的秸秆摩擦特性研究
《农业工程学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：结合被动式防堵装置和动力驱动式防堵装置的优缺点,开发了一种新型的滑板压秆旋切式防堵装置。针对秸秆能否顺利通过滑板压秆旋切式防堵装置主要涉及滑板与秸秆的摩擦系数及土壤与秸秆的摩擦系数的问题,该研究以华北一年两熟区主要粮食作物小麦和玉米的秸秆为研究对象,试验对比了Q235钢、不锈钢、木板和塑料4种不同滑板材料及含水率分别为10%、12.5%和15%的3种土壤对秸秆摩擦系数的影响;考虑免耕防堵装置作业时秸秆的状态,秸秆接触角度和秸秆接触部位也作为摩擦系数的影响因素。试验结果表明,滑板材料与玉米和小麦秸秆的摩擦系数分别满足:Q235钢>不锈钢=塑料>木板,不锈钢>Q235钢>木板>塑料,单因素分析表明滑板材料和秸秆接触角度对滑板与玉米和小麦秸秆之间的摩擦系数影响均显著;含水率12.5%和15%的土壤与玉米秸秆的摩擦系数分别比含水率10%的土壤高0.08和0.09,差异显著,秸秆部位和秸秆接触角度对土壤与玉米和小麦秸秆之间的摩擦系数影响均显著;双因素分析表明,滑板与玉米秸秆的摩擦系数受滑板材料和秸秆部位及滑板材料和接触角度之间交互作用的影响,滑板与小麦秸秆的摩擦系数受秸秆部位和接触角度之间交互作用的影响,土壤与玉米秸秆的摩擦系数受秸秆部位和接触角度之间交互作用的影响;三因素分析表明各因素之间不存在交互作用;处理玉米秸秆时滑板材料宜采用Q235钢,处理小麦秸秆时滑板材料宜采用不锈钢材料。该研究为免耕防堵装置的设计提供了参考。
关键词： 秸秆 农业机械 试验 滑板 摩擦系数 免耕防堵装置
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酒石酸手性异构体的红外光谱初步探讨
《光谱学与光谱分析 》 2016 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：采用中红外光谱仪结合衰减全反射附件在特定分辨率下研究了D-酒石酸和L-酒石酸的中红外光谱特征。结果表明,在特定的光谱分辨率下,L-酒石酸和D-酒石酸的中红外光谱谱形仅在1 780~1 640cm-1范围内具有差异。
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基于太赫兹光谱的土壤重金属铅含量检测初步研究
《农业机械学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：探索应用太赫兹时域光谱用于农田土壤重金属含量检测的机理和可行性,尝试发展一种新的检测方法和手段。研究了样品制备测量方法,确定了最佳的制备参数为:聚乙烯样品盒尺寸为35 mm×3.5 mm×35 mm,中间空隙1.5 mm;压片法样品质量220 mg,2.5 t压力;分别制作一定浓度梯度(30~900 mg/kg)的含铅土壤样品30组,使用Z-2型太赫兹时域光谱仪采集相应的土壤样品太赫兹透射光谱数据,对光谱数据进行预处理,包括平滑处理、多元散射校正、基线校正,采用全谱-偏最小二乘法、区间-偏最小二乘法和遗传算法-偏最小二乘法建立土壤样品中重金属元素铅含量的定标模型并对预测集样本进行预测。实验结果表明,采用样品盒法制作土壤样品并且基于遗传算法进行特征波段选择、结合偏最小二乘法的建模效果最佳,含重金属铅的土壤样本模型的标定集和预测集的相关系数分别为0.86和0.81,标定均方根误差和预测均方根误差分别为23.55 mg/kg和39.52 mg/kg。本研究通过分析土壤样品的太赫兹透射光谱吸收系数与重金属元素铅含量的相关关系,建立了较好的预测模型。
关键词： 太赫兹时域光谱 土壤重金属 检测 铅 偏最小二乘法 遗传算法
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基于图像的作物病害状态表观三维模拟方法
《农业工程学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了解决病害表观信息难以获取导致的作物病害状态三维模拟困难的问题,该文提出一种基于图像的作物病害状态表观模拟方法。该方法首先利用单张图像提取病斑的形状、颜色以及位置特征,并对其变化过程进行自动推断;基于这些特征信息,对病害的病状以及病症表观进行建模。试验结果表明,该方法可以利用网络中已有的病斑图像对病害侵染导致的作物表观变化进行真实地三维模拟,一定程度上解决病害表观信息缺失的问题,为数字农业设计及农业科普培训动画的制作提供有力工具。
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