全膜双垄沟双幅覆膜覆土联合作业机设计与试验

为进一步提升全膜双垄沟覆膜种床机械化耕整作业效果与作业效率,基于全膜双垄沟种床双幅覆膜覆土农艺技术栽培模式,设计全膜双垄沟双幅覆膜覆土联合作业机,实现了全膜双垄沟种床构建过程中的旋耕、起垄、施肥、双幅覆膜覆土及镇压的一体化作业。在设定联合作业机传动系统的前提下,对样机关键部件进行设计与选型,确定其旋耕刀组、排肥装置、提土-种床覆土装置的工作参数与功耗,同时解析了刮板式提土装置、水平双向螺旋输土装置作业过程,得到满足双幅覆膜种床各部位覆土的必要条件。应用离散单元法对提土-种床覆土装置"提土-输土-覆土"动态作业过程进行数值模拟,分析了各工作环节输土、覆土特性,对影响覆土作业效果的相关因素进行了探讨。田间试验结果表明,当全膜双垄沟双幅覆膜覆土联合作业机前进速度为1. 10 m/s时,采光面地膜机械破损程度为39. 8 mm/m~2、种床膜边覆土宽度合格率为94. 5%、大垄垄体中心覆土宽度合格率为91. 6%、种床覆土厚度合格率为97. 5%、种床起垄高度合格率为93. 2%,试验指标均符合国家与行业标准要求,试验结果满足设计和实际作业要求,田间试验工况与仿真结果基本一致。     

机器学习及其在农业中应用研究的展望

机器学习是一种面向机器的数据分析方法,自动化机器学习的研究促进了人工智能的发展。大数据的快速积累,促进了机器学习算法的井喷式发展。如何选择合适的机器学习算法解决行业问题,成为了当前应用的难点。笔者整理了机器学习新材料,对各种机器算法的特点和算法之间的差异,进行了仔细的梳理,总结了各种算法的需求背景和优缺点,以及主要的应用场合。在此基础上,分析了机器学习在农业应用的案例,综述了机器学习在农业应用,指出了目前存在的发展瓶颈,并提出了进一步研究应用的建议。     

耕作方式及秸秆还田对土壤性质、微生物碳源代谢及小麦产量的影响

以小麦品种济麦22为试验材料,采用裂区试验设计,耕作方式为主区,分别设常规翻耕(C)、深松(S)、旋耕(R)处理,副区为秸秆还田量,分别设秸秆全还田(P)和秸秆不还田(A)处理,采用Biolog Eco技术测定土壤微生物碳源代谢功能,并分析土壤基本理化性质和作物产量。结果显示:深松与秸秆还田均有利于土壤含水量和有机碳含量的提高,0～15 cm土层分别提高了9.78%和24.00%,15～30 cm土层分别提高了7.08%和15.81%;深松提高了15～30 cm土层的pH值6.67%,秸秆还田提高了0～15 cm土层的pH值4.32%。深松和秸秆还田均有利于代谢多样性(丰富度指数、香浓多样性指数)、碳源代谢强度的提高,0～15 cm土层分别提高了26.84%、3.84%和38.02%,15～30 cm土层分别提高了11.87%、 3.63%和14.74%。主成分分析表明常规翻耕秸秆不还田和旋耕耕作秸秆不还田碳源代谢功能相近,15～30 cm层次内常规翻耕秸秆全还田碳源代谢功能和深松耕作秸秆全还田处理相近。深松和秸秆还田平均提高了小麦产量5.82%,微生物碳源代谢功能与小麦产量具有极显著的相关性。     

高压脉冲电场法提取耐辐射奇球菌中类胡萝卜素的研究

为探讨高压脉冲电场(PEF)电学参数致耐辐射奇球菌破壁提取类胡萝卜素的影响及最佳工艺参数,采用正交试验法,分析了电场强度、处理时间、频率和脉宽4种电场参数对类胡萝卜素提取效果的影响。结果表明,PEF技术提取类胡萝卜素的最优提取水平组合为:电场强度30 kV·cm^-1,处理时间30 s,频率30 Hz,脉宽10 μs。该条件下,提取量为75.06 μg·g^-1,与未进行电场处理的样品提取量48.27 μg·g^-1相比,增加了55.5%。本研究结果为PEF技术的工业化大规模应用提供了理论依据。     

Integrated rice management simultaneously improves rice yield and nitrogen use efficiency in various paddy fields

The hilly area of Southwest China is a typical rice production area which is limited by seasonal droughts and low temperature in the early rice growth period. A field experiment was conducted on three typical paddy fields (low-lying paddy field, medium-elevation paddy field, and upland paddy field) in this region. Nitrogen (N) treatment (180 kg N ha^-1 year^-1) was compared to a control treatment (0 kg N ha^-1 year^-1) to evaluate the effects of integrated rice management (IRM) on rice growth, grain yield, and N utilization. Integrated rice management integrated raised beds containing plastic mulch, furrow irrigation, and triangular transplanting. In comparison to traditional rice management (TRM), IRM promoted rice tiller development, with 7-13 more tillers per cluster at the maximum tillering stage and 1-6 more tillers per cluster at the end of tillering stage. Integrated rice management significantly increased the rice aboveground biomass by 34.4%-109.0% in different growth periods and the aboveground N uptake by 25.3%-159.0%. Number of productive tillers significantly increased by 33.0%, resulting in a 33.0% increase in grain yield and 8.0% improvement of N use efficiency (NUE). Grain yields were significantly increased in all three paddy fields assessed, with IRM being the most important factor for grain yield and productive tiller development. Effects of paddy field type and N level on N uptake by aboveground plants were reflected in the rice reproductive growth period, with the effects of IRM more striking due to the dry climate conditions. In conclusion, IRM simultaneously improved rice yield and NUE, presenting a valuable rice management technique in the paddy fields assessed.     

植保无人机旋翼风场模型与雾滴运动机理研究进展

近几年，植保无人机施药技术在中国获得广泛应用，并逐渐发展为国内主要植保技术之一。但由于对植保无人机施药技术基础理论研究不够深入，相关机理尚不明晰，且植保无人机作业平台的稳定性依然有待提高，导致国内植保无人机施药效果不够理想。深入研究植保无人机施药技术的基础理论，理论结合试验结果共同指导植保无人机田间施药是提高其施药效果的经典方法。该研究综述了植保无人机旋翼风场分布特性、雾滴与无人机旋翼风场交互机理、雾滴沉降与飘移机理、雾滴与叶片表面的交互机理及雾滴分散和蒸发特性等植保无人机施药技术基础理论及其模型构建情况的国内外研究现状，并结合其基础理论与模型构建的国内外研究现状，给出植保无人机施药技术的未来发展建议，以期为植保无人机施药技术的发展提供参考。     

气吹集排式水稻旱直播机关键部件设计与试验

针对中国水稻直播品种不一、高速作业和大播量的要求,该文设计了一种气吹集排式水稻旱地精量直播机,直播机主要由均匀分种装置、定量排种装置、气力输送装置、同步传动装置、大尺寸集成种箱、开沟覆土镇压装置和支撑悬挂装置组成。从直播机的稻种适应性、作业速度、播量调节等方面研究了气吹集排式分种器的分种机理和分种均匀性。根据不同品种水稻种子的物理特性和气流输送原理,分析了不同种子在持续气流作用下,种子在分种器中的运动轨迹。按照大播量可调要求,设计了播量无级可调槽轮式排种器,槽轮槽形为圆弧状,通过双地轮驱动排种器保证播量同步。设计变速传动装置增加定量排种装置高速作业的适应性,气力输送装置使定量排种装置排出的种子在高速作业下连续排入播种沟。分种器的均匀稳定分种提高了直播机播种的均匀性和稳定性,通过减少排种器数量和使用气力输送种子,降低了伤种率。对比不同籼、粳稻品种在直播过程的运动规律和田间播种效果,得到了适应不同稻种的分种器结构及相关参数。试制了气吹集排式直播机并进行田间试验。田间试验结果表明,气吹集排式直播机的播量在75～375 kg/hm2可调,最高作业速度为14 km/h,10行幅宽2 m和20行幅宽4 m的每行播种量变异系数分别为4.89%和5.06%,田间播种的稻种破损率为0.46%。2017年,在宁夏播种富源4号品种的产量为10 372.5 kg/hm2,在广东播种粤农丝苗品种的产量为7 074kg/hm2,生产试验结果表明,所研制的气吹集排式水稻旱直播机达到了设计目标,满足作业需求。     

基于机器视觉的育肥猪分群系统设计与试验

为控制育肥猪出栏时的体质量差异,该研究开发了一套基于机器视觉技术的育肥猪分群系统,该系统通过机器视觉技术和卷积神经网络模型代替传统地磅对猪只体质量进行估测,可有效避免粪污对设备精度的影响及腐蚀;以前一天全部猪只体质量数据从小到大排列的第30%个数据作为当日的分群基准质量,将大于等于基准质量的视为长势较快的猪只,小于基准质量的视为长势较慢的猪只,每次采食按照猪只长势快慢分为2群进行饲喂;该系统依托于LabVIEW软件开发平台和物联网系统构建,平均每头猪只通过系统时间为6.2 s。为验证该系统的实际应用效果开展了为期30 d的现场试验,将饲喂于装有分群系统猪栏中的120头长白育肥猪作为试验组,由分群系统按猪只长势快慢分群饲喂;将饲喂于传统猪栏中的120头长白育肥猪作为对照组,按照传统人工调栏的方式进行饲喂。试验开始时试验组和对照组猪只平均体质量分别为32.21、31.76 kg,标准差分为别2.61和2.49 kg;结束时试验组和对照组猪只平均体质量分别为57.68、57.41 kg,标准差分为别5.26和5.51 kg,总料肉比分别为2.31和2.34,期间试验组猪只体质量的标准差小于对照组,但是2组猪只平均体质量、标准差、总料肉比均不存在显著差异,表明采用该系统对猪只进行分群饲喂控制猪只体质量差异效果等同于人工调栏,同时可以节省人力成本,缓解农业劳动力短缺的压力。该研究也可为母猪饲喂站、种猪测定站等智能化养猪设备的研发提供参考。     

基于变量优选与机器学习的干旱区湿地土壤盐渍化数字制图

土壤盐渍化是导致土壤退化和生态系统恶化的主要原因之一，对干旱区的可持续发展构成主要威胁。为了尽可能精确地监测土壤盐渍化的空间变异性，该研究收集新疆艾比湖湿地78个典型样点，其中选取54个样本作为训练集，24个样本作为独立验证集。基于Sientinel-2 多光谱传感器（Multi-Spectral Instrument，MSI）、数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）数据提取3类指数（红边光谱指数、植被指数和地形指数），经过极端梯度提升（Extreme Gradient Boosting，XGBoost）算法筛选有效特征变量，构建了关于土壤电导率（Electrical Conductivity，EC）的随机森林（Random Forest，RF）、极限学习机（Extra Learning Machine，ELM）和偏最小二乘回归（Partial Least Squares Regression，PLSR）预测模型，并选择最优模型绘制了艾比湖湿地盐渍化分布图。结果表明：优选的红边光谱指数基本能够预测EC的空间变化；红边光谱指数与植被指数组合建模效果总体上优于其与地形指数的组合，3类指数组合的建模取得了较为理想的预测精度，其中RF模型表现最优（验证集R2=0.83，RMSE=4.81 dS/m，RPD=3.11）；在整个研究区内，中部和东部地区土壤盐渍化程度尤为严重。因此，XGBoost所筛选出的环境因子结合机器学习算法可以实现干旱区土壤盐渍化的监测。     

菌根化育苗对玉米生长和养分吸收的影响

【目的】丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)侵染作物根系形成菌根共生体系对于作物吸收磷具有重要作用,但该结果大多来源于室内受控试验,有限的田间试验因环境条件、试验材料与接种技术等差异致使AMF菌剂应用效果不一。本研究通过玉米菌根化育苗和田间移栽,分析了接种AMF对玉米生长、养分吸收、籽粒产量及养分含量的影响,以期推进菌根技术的实际生产应用。【方法】以自交品系玉米B73为供试作物,于2018年5月至10月在北京市延庆区进行了田间试验。田间小区设置基施磷(+P)和不施磷(–P)处理。供试AMF为Rhizophagus irregularis Schenck&Smith BGC AH01。玉米种子催芽后,分别播入加入AMF菌剂(+M)和菌剂过滤液(–M)的育苗钵内,培养两周后移栽至田间。玉米在田间条件下生长至拔节期时,使用便携式光合仪测定叶片光合速率与气孔导度,取样测定地上部与根部干重和养分元素含量,同时测定菌根侵染率;在玉米完熟期取样,测定籽粒百粒重、籽粒产量及养分含量。【结果】无论田间施磷与否,接菌植株根系的菌根侵染强度和丛枝丰度均显著高于不接菌植株。不施磷情况下,+M处理显著提高了玉米根系干重,玉米生长的菌根依赖性(163.7%)显著高于施磷情形(124.1%)。–P–M处理玉米叶片的光合速率和气孔导度显著低于其他3个处理。–P+M处理玉米叶片的光合参数、玉米地上部和根部磷含量与+P+M均无显著差异。与–P–M处理相比,–P+M显著提高了玉米籽粒产量和百粒重,同时也提高了籽粒中锌、锰、镁等矿质养分的含量,且与+P+M处理相比均无显著差异。【结论】玉米幼苗接种AMF后再移栽到田间,可以显著提高拔节期玉米根系的菌根侵染率,促进玉米地上部和根部对磷及锌、锰和镁的吸收,进而促进玉米的生长,提高籽粒产量和养分含量。本试验条件下,菌根化育苗可以达到与施磷同样的效果,在保障作物不减产的前提下减少磷肥施用量。