科研产出
基于区块链的远洋捕捞产品新鲜度评价与可信追溯模型研究
《农业机械学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对远洋捕捞追溯流程缺少产品新鲜度定量分析，分析结果可信度差等问题，以三文鱼为例，详细分析远洋捕捞追溯流程，基于层次分析法建立了远洋捕捞产品新鲜度指标评价体系，提出新鲜度得分公式，实现了标准统一的产品新鲜度评价。结合ECDSA签名技术与智能合约实现了追溯责任的精准定位，通过引入信誉积分数据，建立了奖励、惩罚、补偿机制三位一体的企业双向信誉评价模型，保障了信誉评价主体的积极性及新鲜度得分数据的真实性，实现了产品新鲜度的可信追溯。安全性分析表明信誉积分的攻击难度等价于ECDSA私钥的破解难度，证明了信誉评价模型可信、安全及不可篡改的特性。性能测试结果显示，追溯数据读写吞吐量保持在500笔/s与150笔/s以上，读写成功率分别为100%与98%,数据写入平均耗时为0.416 s,数据查询平均耗时为0.142 s,相比基于可靠企业信誉评估机制的区块链农产品可信追溯模型，存储与查询效率分别提升55.8%与63.4%,基本满足产品实际追溯业务需求。
关键词： 三文鱼 远洋捕捞产品 区块链 椭圆曲线数字签名算法 层次分析法
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控释掺混肥对麦玉轮作体系作物产量和温室气体排放的影响
《环境科学 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探究控释掺混肥一次性施肥对华北平原麦玉（冬小麦和夏玉米）轮作体系作物产量和温室气体排放的影响，于2020～2022年在德州市现代农业科技园区开展田间试验.冬小麦和夏玉米均设不施氮对照（CK）、农户习惯施氮（FFP）、优化施氮（OPT）、CRU1（包膜尿素与普通尿素在冬小麦和夏玉米上的掺混比例分别为5∶5和3∶7）、CRU2（包膜尿素与普通尿素在冬小麦和夏玉米上的掺混比例分别为7∶3和5∶5）共5个处理.对比分析了不同处理的作物产量、氮肥利用效率、施肥经济效益和温室气体排放的差异.结果表明，施氮可显著提高麦玉轮作系统单季和周年作物产量（P＜0.05）.与FFP相比，CRU1和CRU2处理的夏玉米、冬小麦和周年产量分别提高了0.4%～5.6%、-5.4%～4.1%和-1.1%～3.9%（P＞0.05）；氮肥吸收利用率、氮肥农学利用率和氮肥偏生产力分别提高了-8.6%～43.4%、2.05～6.24 kg·kg-1和4.24～10.13 kg·kg-1；周年净收益提高了0.2%～6.3%.施氮显著增加了麦玉轮作体系的土壤N2O和CO2的周年排放（P＜0.05），但对CH4周年排放没有影响（第1年FFP处理除外）.CRU1和CRU2处理的土壤N2O周年排放总量较FFP处理显著降低了23.4%～30.2%（P＜0.05）.施氮显著增加了麦玉轮作体系的周年全球增温潜势（GWP）（P＜0.05），但各施氮处理通过提高作物产量降低了温室气体排放强度.与FFP相比，CRU1和CRU2处理的周年GWP降低了9.6%～11.5%（P＜0.05），周年温室气体排放强度（GHGI）降低了11.2%～13.8%（P＞0.05）.综上所述，一次性减量施用控释掺混肥在减少氮肥和人工投入、提高作物产量、经济效益和降低温室气体排放方面具有积极作用，是促进华北平原粮食作物清洁生产的有效氮肥管理措施.
关键词： 麦玉轮作体系 产量 控释掺混肥 氮肥利用效率 温室气体排放 全球增温潜势
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基于无人机多光谱植被指数的生菜全氮含量预测
《光谱学与光谱分析 》 2024 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：我国露地蔬菜种植规模庞大，生产方式高度集约化，但过量施肥等导致的水氮利用效率低下的问题较为严重。为实现露地蔬菜规模化种植中精准施肥、高效生产的目标，以露地生菜为研究对象，设无氮(N0)、低氮(N1)、高氮(N2)三个处理，通过无人机搭载多光谱相机，建立3种多光谱植被指数(NDVI、 RVI和SAVI)与生菜叶绿素、生物量、吸氮量、全氮含量数据集，并构建单生育期和多生育期氮素诊断模型。结果表明：(1)在莲座期和结球期，生菜各处理NDVI、 RVI和SAVI值表现出随施氮量的增加而增大，但在收获期，N1处理达到最大值。(2)在生菜结球期，NDVI与生菜的产量、吸氮量、叶绿素均存在显著相关性，其中生菜全氮含量与叶绿素在p≤0.01水平下显著相关，相关系数(R)为0.51;综合生菜多生育期，NDVI值与生菜的产量、叶绿素、吸氮量和全氮含量均在p≤0.001水平下达到极显著相关，相关系数分别为0.85、 0.82、 0.81和0.71。(3)通过相应数据集拟合出指数、线性、对数和幂函数4种模型关系，建立生菜多生育期植株全氮最佳预测模型：全氮=16.52ln(NDVI)+73.514;应用生菜全氮估层模型反演基地生产田块，其平均相对误差为3.22%、 RMSE=0.556 6、 NRMSE=0.010 8,说明模型估算效果均较好，通过无人机多光谱遥感对蔬菜氮素诊断具有一定的可行性。
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控释掺混肥对麦玉轮作体系农田温室气体排放和硝态氮残留的影响
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：为阐明控释肥对冬小麦-夏玉米轮作体系作物产量、温室气体排放和硝态氮残留的影响，该研究以郑单958（夏玉米）和济麦22（冬小麦）为供试材料，设不施氮对照（CK）、常规施氮（FFP）、优化施氮（OPT）、含30%控释尿素的控释掺混肥（夏玉米）和含50%控释尿素的控释掺混肥（冬小麦）（CRBF1）、含50%控释尿素的控释掺混肥（夏玉米）和含70%控释尿素的控释掺混肥（冬小麦）（CRBF2）共5个处理，对比分析了不同处理的冬小麦、夏玉米及周年产量、温室气体排放和土壤硝态氮残留的差异。结果表明，施氮可显著提高麦玉轮作系统单季和周年作物产量（P＜0.05）。与FFP相比，CRBF1和CRBF2处理的夏玉米、冬小麦和周年产量分别提高了1.4%～3.0%、1.9%～3.4%和1.6%～3.1%（P＞0.05）。施氮显著增加了麦玉轮作体系的土壤N2O和CO2的周年排放（P＜0.05）。CRBF1和CRBF2处理的土壤N2O周年排放总量较FFP处理显著降低了27.7%～34.6%（P ＜0.05）。施氮显著增加了麦玉轮作体系的周年全球增温潜势（GWP）（P＜0.05）。CRBF1和CRBF2处理的周年GWP较FFP处理降低了4.2%和5.7%，其中CRBF2处理差异显著（P＜0.05）。施氮降低了麦玉轮作体系的周年温室气体排放强度（GHGI）。CRBF1和CRBF2处理的周年GHGI较FFP处理降低了5.6%～8.6%（P＞0.05）。与FFP相比，CRBF1和CRBF2处理的100～200 cm土层硝态氮残留降低30.6%～34.3%（P＜0.05），减少了硝态氮淋失风险。综上所述，控释掺混肥在稳定作物产量、减少温室气体排放和土壤硝态氮残留方面具有积极作用，研究结果可为麦玉轮作体系的轻简高效氮肥管理提供数据支持和理论支撑。
关键词： 产量 温室气体 排放 冬小麦-夏玉米轮作 控释掺混肥 硝态氮残留
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基于离散元的肥料流重构玉米分层施肥装置设计与试验
《农业机械学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了提高玉米分层施肥的比例分肥精度以及肥层间覆土的稳定性，设计了一种肥料流重构的分层施肥装置，利用离散元法确定了圆弧散肥板半径的最佳值为20 mm,并进行了肥料流重构与未重构的对比试验，试验结果表明：经过肥料流重构后的作业效果较优，且对7∶3和8∶2两种比例分肥有较好的稳定性。通过对分层施肥开沟运动学分析，确定开沟器入土角、浅层肥口的横向距离和机具作业速度为分层施肥效果的影响因素，建立了各因素与深、浅层肥深度变异系数的回归模型，并采用响应面法分析了各因素交互作用对试验指标的影响，运用多目标优化设计方法获得分层施肥装置的最佳作业参数：入土角为39°、横向距离为174 mm、作业速度为4.3 km/h,根据优化结果加工分层施肥装置并进行田间试验，试验结果表明：深层肥深度变异系数为4.78%,浅层肥深度变异系数为6.41%,分层施肥作业稳定性可靠。
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不同施氮措施对麦玉轮作系统N2O排放的影响
《环境科学 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探究华北麦玉轮作系统农田土壤N2O排放对不同施氮措施的响应及影响因素，采用常规静态箱-气相色谱法，分析了：不施肥（CK）、常规施氮（尿素，追肥一次，U1）、优化施氮（减氮20%，追肥一次，U2）、控释掺混肥一次性施肥（50%尿素+控释尿素50%，减氮20%,SRU1）、控释氮肥一次性施肥（减氮20%,SRU2）和抑制剂型控释氮肥一次性施肥（减氮20%,ISRU）这6个处理下，N2O排放通量及土壤理化性质的差异.结果表明，麦玉轮作期间土壤N2O排放通量呈动态变化，CK、U1和U2处理玉米季N2O排放峰出现在基肥后4～7 d，追肥后6～10 d，小麦季排放峰出现在基肥后4～8 d，追肥后6～9 d；玉米季和小麦季SRU1、SRU2和ISRU排放峰分别出现在基肥后10～21 d和12～20 d，控释氮肥的施用显著降低N2O排放峰值和频次.与U1相比，玉米季U2、SRU1、SRU2和ISRU处理N2O排放通量分别显著降低了8.5%、20.0%、33.8%和43.6%，且玉米季N2O排放通量高于小麦季，占整个轮作周期的58.1%～65.1%.与U1相比，U2、SRU1处理产量分别降低了5.9%和1.9%,SRU2和ISRU处理产量分别增加了1.7%和7.0%.玉米季，与U1相比，ISRU产值增加了14.6%，环境效益为581元，净经济效益提高得最多达18.6%，而小麦季产值和净经济效益出现下降的现象，由此抑制剂控释氮肥一次性施入更适用于玉米季. N2O排放通量与土壤性质理化指标相关性分析发现，N2O与湿度、铵态氮、硝态氮以及微生物量碳、氮呈显著正相关关系.由此，抑制剂型控释氮肥一次性施肥在减少劳动力投入与降低环境效益方面起到积极作用，可为华北地区玉米种植提供有效的氮肥管理方式.
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分频北墙结构对日光温室内光热环境的影响
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：日光温室为中国特有的一种栽培设施结构,非对称的结构形式造成温室内南北光环境分布不均匀,一般墙体结构冬季夜间保温不能满足多数作物的生长需求.为构建具有保温蓄热能力、反射补光能力的多功能墙体结构,该研究设计了一种直接吸收太阳能的红外分频补光板(infrared frequency divided and supplementary light panel,IFDSLP),可对室内光热环境进行调节.合成了基于氧化锡锑(antimony tin oxide,ATO).三氧化钨(tungsten trioxide,WO3)的水基纳米流体,将该纳米流体补充进IFDSLP内腔,作为传热分光工质.当IFDSLP集热面积为7.2 m2,光程为10 mm、体积分数为0.005%时,该流体工质在300~800 nm的植物光合有效波段中的平均反射率为79.6%,在近红外光波段中的平均吸收率为85.4%.该结构在增加温室北侧作物光照的同时,兼具温室夜间升温能力.IFDSLP系统的太阳能总利用率为71.9%,光热转换效率为36.4%,相比传统砖墙光辐射增加25%~28%,夜间空气温度平均提高1.5~2.0 ℃.该系统依托于现有日光温室结构,进一步改善了温室内的光热环境,是提高温室北墙全光谱利用率的有效途径.
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高光谱结合理化参数跨品种识别玉米种子贮藏年份
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：玉米种子老化劣变是影响玉米种子活力的关键因素，因此，识别种子的贮藏时间对于种质资源保存、种子质量鉴定具有重要意义。为实现跨品种玉米种子贮藏年份的准确分类，该研究通过对103个玉米品种种子的理化参数与高光谱波段的相关性结合机器学习算法对不同贮藏年份的玉米种子进行识别。分析玉米种子内部理化参数随贮藏年份增加的变化趋势，筛选出随贮藏年份变化呈现一致变化规律的理化参数。分别基于胚面与胚乳面的全波段光谱数据和特征波长筛选的光谱数据建立分类模型，筛选出最优分类模型。对随贮藏年份变化呈现一致变化规律的理化参数与高光谱波段进行Pearson相关性分析，利用相关性筛选特征波段用于建模。对比了特征波长筛选、相关系数筛选和相关系数筛选与特征波长筛选结合的建模准确率，并验证了模型跨品种检测能力。结果表明，基于相关系数筛选与特征波长筛选结合建立反向传播神经网络（back propagation neural network,BPNN）分类模型的准确率最高，单粒预测准确率为92.3%，群体预测准确率为94.4%。该研究提出的方法通过多个玉米品种的验证，模型具有较高的泛化能力。研究结果可为玉米种子贮藏的精准管理提供理论依据且对种业振兴具有重要的现实意义。
关键词： 高光谱 跨品种检测 理化特征 贮藏年份 泛化能力 玉米种子活力
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基于区块链技术的农业食品溯源研究进展
《食品科学 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：随着全球食品安全问题日益严峻,加之供应链改革和食品召回相关工作耗资巨大且充满挑战,这使得建立农业食品溯源体系变得尤为重要,各国也越来越重视食品安全溯源体系建设.在智慧农业背景下,信息通信技术可通过区块链基础设施进一步完善,以实现新农场和数字农业,确保农产品从种植到销售的全链条安全可追溯.本文通过分析国内外最新研究,系统阐述了基于区块链技术的农业食品溯源研究进展.详细分析了农业食品供应链流程,提出了区块链在农业食品溯源领域的基本架构.归纳总结了当前区块链在农业食品溯源领域的应用研究,主要集中在与云边端计算、加密技术、存储优化、共识机制改进和智能合约设计的结合方面.本文还指出了农业食品溯源当前面临的数据安全、存储扩展、监管困难和实际应用等方面的挑战.最后,展望了区块链技术在农业食品溯源领域的未来发展方向,如加强安全监管、提高区块链可扩展性、利用新兴技术赋能食品溯源等,并强调了区块链技术在农业食品供应链中应用所面临的机遇与挑战.
关键词： 区块链技术 农业食品溯源 溯源系统 食品安全 供应链
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基于轻量化MLCE-RTMDet的人工去雄后玉米雄穗检测算法
《农业机械学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：玉米制种田遗漏雄穗检测是实现人工去雄质量评估的关键.针对现有玉米雄穗检测模型面临的参数量大、检测效率低和精度差等问题,提出一种基于RTMDet-tiny的轻量级雄穗检测模型MLCE-RTMDet.模型采用轻量级的MobileNetv3作为主干特征提取网络,有效降低模型参数量;在特征提取网络中引入CBAM注意力模块,增强对雄穗目标的多尺度特征提取能力,克服引入轻量化网络可能带来的性能损失.同时,使用EIOU Loss替代GIOU Loss,进一步提高雄穗检测精度.在自建数据集上的试验表明,改进的MLCE-RTMDet模型参数量缩减至3.9 × 106,浮点运算数降至5.3 ×109,参数量和浮点运算数分别比原模型减少20.4%和34.6%.测试集上模型平均精度均值增至92.2%,较原模型提高1.2个百分点;同时,推理速度达到41.9f/s,增幅达12.6%.与YOLO v6、YOLO v8、YOLO X等当前主流模型相比,MLCE-RTMDet表现出更好的综合检测性能.改进后的高精度轻量化模型可为实现玉米制种田人工去雄后的遗漏雄穗检测提供技术支撑.
关键词： 无人机 目标检测 人工去雄 玉米雄穗 RTMDet 轻量化网络
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