玉米空间分层施肥装置结构优化与试验

针对玉米分层施肥作业中开沟宽度大、回土效果差导致的肥料分层效果不明显、各层肥量难以控制等问题，设计了一种各层肥量可调的空间分层施肥装置，肥料可在土壤中形成半包围种子的分布状态。通过理论分析和设计计算确定了空间分层施肥装置的基本结构参数，明确了影响分层施肥装置内肥料颗粒运动的主要因素。运用离散元法对分层施肥装置工作过程进行仿真分析，选取施肥调节片前端宽度、后端宽度和安装角为试验因素，以上层和中层排肥口出肥量为试验指标，进行二次正交旋转组合仿真试验，建立了试验指标与影响因素的回归模型，仿真结果表明，当施肥调节片前端宽度为3.61mm，后端宽度为21.52mm，安装角为43.23°时，上、中、下3层排肥口施肥量比例为最佳施肥比例3∶3∶4。为验证仿真分析结果，在不同作业速度和不同施肥量条件下，进行了空间分层施肥装置的样机性能试验，试验结果表明，空间分层施肥装置能够实现各层肥量的目标施肥配比，在不同作业速度和不同施肥量下各层施肥量变异系数不大于4.3%，各层肥料深度误差在10mm以内，各层肥料横向距离误差在6mm以内，工作性能稳定。     

湿热处理制备马铃薯抗性淀粉工艺优化

为获得湿热处理制备马铃薯抗性淀粉的最适工艺参数，以抗性淀粉得率为考察指标，研究淀粉含水量、湿热处理温度和湿热处理时间对抗性淀粉得率的影响。在单因素试验的基础上进行正交优化，确定了制备马铃薯抗性淀粉的最佳工艺条件为：淀粉含水量30%，湿热处理温度90 ℃，热处理时间90 min。在此条件下制得的抗性淀粉得率为26.63%。淀粉经过湿热处理后仍然保持偏光十字，为颗粒型抗性淀粉。     

优化预处理及脱毒工艺以制备玉米芯半纤维素水解液

为了降低玉米芯半纤维素水解液中的乙酸、糠醛和酚类等有毒物质含量,使可利用糖类含量增加。本研究以玉米芯为原料制备水解液,对预处理及脱毒工艺进行优化,并利用高效液相色谱(HPLC)检测优化效果。结果表明,10~20目的玉米芯在10%氨水浸泡24 h后,可将乙酸和酚类物质的脱除率,分别提高至93.4%和32.3%,而糠醛的含量也大大降低。经过真空浓缩、CaO脱毒以及2%活性炭吸附后,使有毒物质含量再次降低,此时的水解液可完全用于菌株的发酵试验,达到了去除的目的。本文所得到的最佳水解液处理步骤,其结果符合菌株发酵用标准,说明水解液处理方式的不同,直接影响着水解液的制备。这为研究和利用木质纤维素等可再生资源提供了思路,也为发酵生产奠定了理论基础。     

羊肚菌营养袋制作原料的化学成分分析及配方优化

为优化羊肚菌营养袋的原料组成与配比,以食药用菌栽培基质中常用的4种秸秆及谷壳、麦粒、麦麸,通过主成分分析归纳各原料的营养组成属性,设计出9个营养袋配方进行栽培试验,比较出菇产量,得出高产营养袋原料组合为谷壳和麦粒;再以谷壳与麦粒按11种不同的重量比混合制成营养袋进行栽培试验,综合考量制作成本、出菇产量、经济效益等因素后,最终得到高产高效的羊肚菌营养袋配方(重量比)为谷壳19%、麦粒79%、石灰1%、石膏1%。     

油菜覆膜打孔穴播机打孔装置设计与试验

为实现油菜等小粒径作物覆膜种植中膜上均匀打孔的功能,针对传统膜上成穴装置结构庞大复杂、工作时易黏土挑种及撕挑地膜等问题,设计了一种法兰式滚轮与螺纹式圆锥型锥钉组合式结构的打孔装置,确定了其主要结构参数范围;构建了打孔装置运动学模型,分析了打孔锥钉关键点的运动轨迹,确定了膜上打孔过程,并基于轨迹方程分析了膜孔尺寸参数;运用ADAMS运动学仿真,采用四因素三水平正交试验方法,以打孔锥钉顶角、打孔锥钉直径、打孔滚轮半径、机组前进速度为试验因素,以膜孔长度、膜孔间距偏差为试验考核指标,进行了打孔装置结构和运动参数的仿真试验。仿真结果表明:影响膜孔长度的因素主次顺序为打孔滚轮半径、打孔锥钉顶角、打孔锥钉直径、机组前进速度;影响膜孔间距偏差的因素主次顺序为打孔滚轮半径、机组前进速度、打孔锥钉顶角、打孔锥钉直径;基于参数优化,获得较优参数组合为:打孔锥钉顶角53°、打孔锥钉直径16 mm、打孔滚轮半径65 mm、机组前进速度4 km/h。以打孔装置较优结构参数组合进行了田间验证试验,结果表明:打孔装置所打膜孔形状较规则,普遍呈类圆形状,膜孔长度均在18 mm以上,膜孔间距较为均匀,与仿真结果基本一致;各行膜孔长度一致性变异系数为4.98%,各行膜孔间距均匀性变异系数为3.44%。结果表明试验参数组合选取合理,打孔装置符合设计要求。     

Precipitation forecasting by large-scale climate indices and machine learning techniques

Global warming is one of the most complicated challenges of our time causing considerable tension on our societies and on the environment. The impacts of global warming are felt unprecedentedly in a wide variety of ways from shifting weather patterns that threatens food production, to rising sea levels that deteriorates the risk of catastrophic flooding. Among all aspects related to global warming, there is a growing concern on water resource management. This field is targeted at preventing future water crisis threatening human beings. The very first stage in such management is to recognize the prospective climate parameters influencing the future water resource conditions. Numerous prediction models, methods and tools, in this case, have been developed and applied so far. In line with trend, the current study intends to compare three optimization algorithms on the platform of a multilayer perceptron (MLP) network to explore any meaningful connection between large-scale climate indices (LSCIs) and precipitation in the capital of Iran, a country which is located in an arid and semi-arid region and suffers from severe water scarcity caused by mismanagement over years and intensified by global warming. This situation has propelled a great deal of population to immigrate towards more developed cities within the country especially towards Tehran. Therefore, the current and future environmental conditions of this city especially its water supply conditions are of great importance. To tackle this complication an outlook for the future precipitation should be provided and appropriate forecasting trajectories compatible with this region's characteristics should be developed. To this end, the present study investigates three training methods namely backpropagation (BP), genetic algorithms (GAs), and particle swarm optimization (PSO) algorithms on a MLP platform. Two frameworks distinguished by their input compositions are denoted in this study: Concurrent Model Framework (CMF) and Integrated Model Framework (IMF). Through these two frameworks, 13 cases are generated: 12 cases within CMF, each of which contains all selected LSCIs in the same lead-times, and one case within IMF that is constituted from the combination of the most correlated LSCIs with Tehran precipitation in each lead-time. Following the evaluation of all model performances through related statistical tests, Taylor diagram is implemented to make comparison among the final selected models in all three optimization algorithms, the best of which is found to be MLP-PSO in IMF.     

热带土壤中解淀粉芽孢杆菌HNU1的鉴定及发酵条件优化

重金属毒性强、不可降解，在环境中可持续存在，土壤中的重金属可通过食物链累积，对生物体的健康构成严重威胁。土壤微生物修复重金属污染方法具有经济成本低、周期短、效率高、无二次污染等优点，也存在外源微生物在土壤环境中不易存活和繁殖的缺点。通过形态观察、生理生化试验以及16S rDNA同源性序列分析对前期研究中分离保存的一株铜富集细菌HNU1菌株进行鉴定，鉴定该菌为解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)。并通过单因素试验和正交试验找出该菌株的最适发酵条件，该菌的最适培养基组成为蔗糖2 g·L-1，酵母粉4 g·L-1，胰蛋白胨6 g·L-1，MgSO4 5 g·L-1。培养条件为初始pH为8.0，温度37 ℃，接种量0.1%，摇床转速180 r·min-1，50 mL三角瓶中装液量20 mL。鉴定的解淀粉芽孢杆菌HNU1菌株对Cu具有良好的富集作用，可进一步开发为微生物肥料用于重金属污染农田土壤的修复，对土壤修复和改良具有重大意义。     

基于粒子群算法优化BP神经网络的土壤含水量短期预测模型

为提高土壤含水量预测精度,基于物联网监测数据,提出了粒子群算法(PSO)优化BP神经网络的土壤含水量预测方法。首先应用主成分分析法筛选出影响土壤含水量的关键影响因子,然后构建8-5-1的BP神经网络拓扑结构,应用粒子群算法优化BP神经网络的初始权值和阈值。结果表明:与传统BP神经网络相比,新模型优化了网络结构,避免了陷入局部最优解,具有良好的预测效果;模型的评价指标平均绝对误差、平均绝对百分误差、误差均方根分别为0.259 2、0.010 5和0.135 6,与单一BP神经网络相比,预测精度更高,可满足实际的土壤含水量预测的需要。     

基于模型预测控制的农机主从跟随作业控制方法

针对实际环境中由于农业机械（简称农机）作业过程的作业量以及土壤条件的变化等不确定性因素的影响，导致协同作业跟随农机的行驶工况不稳定、跟随协同作业响应慢、控制困难等问题，在综合考虑不确定性以及响应性能的基础上，提出了一种农机跟随分层控制架构，搭建农机田间作业下的纵向跟随动力学模型，并以间距保持、速度跟随、燃油经济性、加速度跟随性能为目标，进行基于模型预测控制（MPC）算法的上层控制器推导，基于前馈以及PI反馈的控制器作为下层控制，以上层控制器获得的控制加速度为目标，进行力矩（电流）跟踪，在保证抗不确定性以及干扰噪声的同时，提高跟随农机的响应能力。通过Matlab/Simulink仿真和田间试验验证，结果表明，该控制方法可以有效解决农机作业的跟随控制问题，与滑模变结构控制器相比，能够实现稳定跟随行驶，且速度误差和加速度误差更小，速度误差控制在-0.29132~0.18001m/s，加速度误差控制在-0.05678~0.05628m/s2，稳定跟随距离误差为±0.45m，具有良好的跟随效果。     

鲍蒸煮液复合调味品制作配方和工艺研究

为了提高鮑资源的利用率,开发新型香精,以鲍蒸煮液美拉德反应产物为基料,感官评定为指标,在单因素及L_9(3~4)正交试验基础上,确立了口感和海鲜风味俱佳的鲍复合调味品最佳配方为:盐添加量35%、味精添加量40%、玉米淀粉添加量9%、鲍风味基料添加量为6%、白砂糖添加量4%、麦芽糊精添加量3%、呈味核苷酸二钠(I+G)添加量1.5%、酵母抽提物添加量1.5%。研究了不同的造粒方式和干燥方法对颗粒产品吸湿性、溶解性、流动性、质构特性及感官评定的影响;相关理化、性能指标为:完全溶解于90~100℃热水中的时间需要72 s,且分散良好、溶液微浑浊、无沉淀,鲜味足;堆密度为(0.61±0.01)g/cm~3,硬度为(3 642±122.198)g,吸湿性为(9.35±0.01)%,临界湿度值为60%,休止角为33.0°,总体可接受度为(7.81±0.12)分。研究结果表明,旋转造粒和流化床干燥的产品质量最佳,吸湿性比较小,溶解性、流动性和质地性都比较好,感官评分最高。