科研产出
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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基于环境变量辅助的不同地形单元土壤类型数字制图研究
《农业机械学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：土壤类型图反映了不同土壤类型的地理分布及其特征，为土壤资源利用、保护和管理提供了科学基础。基于土壤-环境关系的数字土壤制图方法是快速获取高精度、高分辨率土壤空间分布信息的重要手段，但针对不同地形单元的适用性及制度精度仍需进一步探讨。本文以北京市平谷区为研究区，将其划分为山地丘陵区和平原区2个地形单元，基于土壤调查点和随机森林算法，构建土壤-环境变量关系模型，进行不同地形单元的土壤类型数字制图。结果表明，山地丘陵区土类、亚类、土属和土种数字制图总体精度(Overall accuracy, OA)分别为100%、93.1%、89.7%和75.9%;而平原区土类、亚类、土属和土种数字制图OA分别为73.7%、55.3%、52.6%和23.7%。这表明在山地丘陵区，环境变量辅助的土壤类型数字制图具有较好的精度，而在平原区，这种精度会显著降低。随着土壤类型分类单元从土类到土种的精细化，环境变量辅助的土壤类型制图精度也逐渐下降。建议在资源有限的情况下，对于山地丘陵区，可以充分利用易获取的环境变量数据来提升土壤类型制图精度；而对于平原区，则需适当增加土壤类型剖面数量以提高制图精度。研究结果为其他地区土壤类型数字化制图提供了实践案例和技术支持。
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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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高光谱图谱结合策略检测小麦单粒种子活力
《光谱学与光谱分析 》 2024 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：小麦是我国主要的粮食作物，在国民经济发展中扮演至关重要的角色。种子是一切农业活动的基础，种子活力是种子最重要的评价指标之一，高活力的种子拥有良好的田间表现及耐储能力，因此准确鉴别小麦种子活力对我国农业生产具有重要意义。传统种子活力检测技术耗时、对操作人员要求高，且会对种子造成不可逆的损伤。以往利用高光谱成像技术检测种子活力，通常是针对种子批检测，且仅仅利用图像数据或光谱数据中的一种，很少将图谱数据结合用于单粒种子活力检测。为了更深入了解种子活力与光谱的内在联系，高光谱成像的小麦单粒种子快速无损检测研究颇具学术价值。以210粒经人工老化处理过的小麦种子(105粒有活力，105粒无活力)为研究对象，采集种子400～1 050 nm波段内的高光谱数据，随后进行标准发芽试验，确保高光谱数据与发芽实验结果一一对应，按照4∶2∶1的比例将数据集划分为训练集、测试集和真实数据集。利用竞争自适应重加权(CARS)算法选择特征波段，最终得到了30个特征波段，且所选特征波段对应了引起种子活力变化的蛋白质、淀粉和脂类等种子内部营养物质。为挑选出最优分类模型，对于全波段和特征波段光谱数据，利用训练集和测试集数据基于SVM、 KNN、 1DCNN和改进的ECA-CNN机器学习算法分别建立了小麦种子活力预测模型。结果表明，使用特征波段数据建立的模型性能均优于使用全波段数据建立的模型，其中使用特征波段数据建立的ECA-CNN模型性能最好，在避免过拟合的情况下，训练集整体准确率为99.17%,测试集准确率为80%。为避免建模过程对比较分类策略造成影响，利用真实数据集对比整体法和像素法两种分类策略。结果表明，像素法相比于整体法拥有更好的检测效果，整体准确率为86.67%,精确率为92.31%,召回率为80%,均优于像素法。该研究可为快速无损检测单粒小麦种子活力提供科学依据。
关键词： 高光谱成像 单粒小麦 活力 卷积神经网络 光谱特征 图像信息
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多源遥感数据耦合CBA-Wheat模型的冬小麦生物量估算研究
《遥感学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：生物量是反映作物生长状况的重要指标，及时准确估计冬小麦地上生物量对于产量预测和田间管理决策具有重要意义。综合考虑遥感植被指数VI (Vegetation Index)与数字化生育期ZS (Zadoks Stage)创建的作物生物量模型CBA-Wheat (Crop Biomass Algorithm for Wheat)，虽然适用于全生育时期的冬小麦生物量估算，但是由于模型参数基于地面高光谱数据构建，而卫星遥感数据在应用过程中，需要使用更多的地面实测数据进行模型参数的调试，因而限制了该模型的推广使用。因此，本研究采用遗传优化算法GA (Genetic Algorithm)对CBA-Wheat模型进行全局优化确定模型最优参数，利用高分辨率遥感影像提取VI与试验记录的ZS数据，分别构建以不同VI为输入变量的冬小麦生物量反演模型，并进行验证。结果表明：增强型植被指数EVI2 (Enhanced Vegetation Index2)为输入变量建立的模型精度最高，冬小麦生物量估算验证的决定系数（R2）和均方根误差（RMSE）分别达到0.92 t/hm2和1.37 t/hm2；基于CBA-Wheat模型的生物量估算精度效果优于基于偏最小二乘回归方法的生物量估算精度（R2=0.85,RMSE=1.87 t/hm2）。综上，本研究基于遗传算法优化的CBA-Wheat模型不仅具有较高的反演精度，而且适用于冬小麦多个生育期反演，在使用遥感卫星数据进行大面积生物量预测方面具有较好的应用潜力。
关键词： 冬小麦 地上生物量 遗传算法 CBA-Wheat 多源数据 EVI2 Sentinel-2 遥感
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基于多源数据的北京生态涵养区生态产品供给与经济发展耦合协调度研究
《北京大学学报(自然科学版) 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：结合生态涵养区的特点,构建生态产品供给与经济发展两个系统评价指标体系,采用综合评价法评估生态产品供给和经济发展状况,采用耦合协调度模型分析北京市生态涵养区2019年生态产品供给与经济发展的耦合协调度及其耦合协调类型.结果表明,2019年北京市生态涵养区各乡镇生态产品供给和经济发展差距较大,生态产品供给能力的高值和较高值区域主要分布在怀柔区、密云区和延庆区,经济发展水平较高的区域主要分布在各区的城镇以及靠近北京市近郊的乡镇.北京市生态涵养区各乡镇生态产品供给与经济发展的耦合度介于0.648~0.999之间,处于高水平耦合阶段.耦合协调度值介于0.312~0.600之间,耦合协调度内部差异较大,整体耦合协调水平不高,呈现较弱的耦合协调关系.北京市生态涵养区各乡镇生态产品供给与经济没有实现同步发展,生态产品供给滞后型和经济发展滞后型的乡镇大约各占一半.建议北京生态涵养区应立足于不同的资源优势,根据生态产品供给和经济发展状况采取不同的策略,实现两者的互补和相互促进.
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林地土壤溶解性有机质荧光光谱特征及与重金属相关性
《光谱学与光谱分析 》 2024 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：溶解性有机质(DOM)是土壤有机质中最活跃的成分,影响重金属迁移、转化过程,研究两者间相关性对环境监测和污染评价具有重要价值.采集位于小兴安岭的黑龙江省茅兰沟国家级自然保护区内典型针阔叶混交林表层(0~30 cm)土壤,采用三维荧光光谱-平行因子分析法,揭示林地土壤DOM荧光光谱特征,并进一步分析DOM荧光组分与重金属含量间相关性.结果表明:林地土壤DOM荧光指数在1.468~1.635之间,平均值为1.531,其来源兼具自生源和外生源特征;生物指数在0.563~0.646之间,平均值为0.603,新近自生源贡献率低;腐殖化指数在4.607~8.993之间,平均值为6.491,腐殖化程度不高.林地土壤DOM荧光光谱中共识别出3类5种荧光组分,包括类腐殖质(紫外类富里酸C1和可见类富里酸C2)、类腐殖酸(胡敏酸C3)和类蛋白质(类酪氨酸C4和类色氨酸C5).类腐殖质占总组分和比例(60.12%)最大,显著高于类腐殖酸和类蛋白质,类腐殖酸占总组分和比例(11.25%)最小.C1、C2和C3间均具有明显正相关性,C5与其余4种荧光组分均成显著负相关.5种荧光组分与荧光指数间均具有显著的相关性,仅C5与荧光指数成正相关.林地土壤重金属含量空间分布具有较大差异,As与Cr,Cu、Ni与Zn,Hg与Pb均具有显著正相关性,Hg与Cu、Ni及Zn,Cr与Pb均具有显著负相关性.3类荧光组分与As、Cr和Pb的相关性均不显著,而均与Zn具有显著的相关性.同时,类腐殖质与Cu和Hg成显著相关,类腐殖酸与Cu、Hg和Ni显著相关,而类蛋白质与Ni显著相关.研究结果可为茅兰沟国家级自然保护区林地土壤环境监测提供基础数据,为小兴安岭典型针阔叶混交林土壤重金属污染评价提供参考依据.
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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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