基于卷积神经网络的堆肥腐熟度预测

【目的】目前堆肥腐熟度主要采用复杂的化学、生物学方法进行判断,操作繁琐且效率低。卷积神经网络 (convolutional neural network,CNN) 模拟人类视觉,既可保留堆肥图像的颜色信息,也提取了轮廓、线条、粒度等更加具有代表性的特征,从而避免了因光照条件不同对堆肥腐熟度预测识别效果的影响。本文提出了通过堆肥图像判断堆肥腐熟度的方法,构建基于卷积神经网络的堆肥腐熟度预测模型,并验证了该模型进行堆肥腐熟度判断的准确度。【方法】供试堆肥样本采集自江苏、山东、浙江三省,堆肥原料分别为秸秆、尾菜和畜禽粪便,堆肥周期依次为50 d、45 d和60 d。在厂棚内的堆肥槽中,用海康威视摄像头 (型号为C3W,焦段为广角,焦距2.8 mm,清晰度1080 p,夜间自动补光,摄像头距堆肥表面约1 m) 拍摄不同腐熟时期的堆肥图像,图像格式为JPEG。分别取三种不同原料的堆肥图像样本构成三组图像数据集,将三种原料的图像按照尾菜∶秸秆∶畜禽粪便原料1∶1∶1构成第四组图像数据集。每组数据集中,80%的图像数据用于训练基于卷积神经网络模型,并建立预测模型参数。剩余20%的图像用于测试,验证模型的腐熟度预测效果。【结果】搭建的堆肥腐熟度预测模型由输入层、3层卷积层、3层池化层、2层全连接层和输出层构成。构建的腐熟度预测模型在秸秆、尾菜、畜禽粪便及三者堆肥混合图像数据集上的腐熟度预测平均准确率分别为98.7%、98.7%、98.8%和98.2%。与几种经典高效的图像特征提取、分类方法相比,较每个数据集上最优经典算法的平均准确率提升了3～14个百分点。通过CNN方法判断堆肥腐熟度,纹理特征比颜色特征更加有效。【结论】采用卷积神经网络的堆肥腐熟度预测模型能够提取堆肥图像外观特征,实现在可见光条件下直接通过堆肥图像准确、快速地识别堆肥腐熟度,可为堆肥企业生产实践提供指导。     

休闲农业园区排泄物与绿化废弃物共堆肥效果研究

以处理后的粪便渣和园林绿化废弃物为堆肥原料,研究粪便渣与园林绿化废弃物不同配比及添加堆肥菌剂对共堆肥效果的影响。结果表明:各处理堆肥温度达到50℃以上持续14d左右,且EC值均在1.9mS/cm以下,符合堆肥无害化生产标准;各处理的pH值均呈升高-降低-升高的趋势,最终稳定在8.0~8.4之间,均达到堆肥腐熟的标准;堆肥完全腐熟后,各处理堆肥全氮含量依次为T4T3T2T1。发芽率指数(GI)测定结果表明,4个处理的堆肥腐熟度依次为T4T2T3T1。综合上述测定指标,以园林绿化废弃物与粪便渣混合比例为3∶5并添加堆肥菌剂的处理(T4)效果最好,不仅加快堆肥腐熟,降低堆肥的毒性,且提高了堆肥产品质量。     

添加不同形态化学氮肥对杏鲍菇菌渣堆肥的影响

以杏鲍菇菌渣为堆肥原料,分别添加硝酸钾、硫酸铵和尿素,调节堆体碳氮比(C/N)至20,研究添加不同化学氮肥对杏鲍菇菌渣堆肥的温度、p H、电导率(EC)、氧化还原电位(ORP)及有机(无机)态氮等的影响。结果表明:添加尿素和硫酸铵的堆肥升温较快,达到的最高温度较高,并且具有较低的p H值和较高的ORP值,堆肥最终的腐熟程度比添加硝酸钾的堆肥高;添加3种化学氮肥后,随着堆肥时间的推进,堆肥中的DOC、DON、NH4+–N、NO3––N、NO2––N含量都发生了变化,到堆肥结束时,添加硝酸钾的堆肥中DOC和DON含量高于添加硫酸铵和尿素的堆肥中的含量。综合分析,添加不同形态的化学氮肥对堆肥过程中的温度、酸碱度和氧化还原电位等产生影响,进而导致堆肥的腐熟程度不同。     

微生物堆肥技术修复含油污泥的试验研究

利用自然堆肥和2种强化堆肥技术对大庆油田含油污泥进行生物修复处理,比较不同堆肥方式中各理化参数和总石油烃降解的变化趋势,建立最佳的堆肥体系,结果表明,3种堆肥方式均呈现有机碳含量下降而总氮含量上升趋势,2种强化堆肥可延长堆肥高温时间,堆肥结束后石油烃降解率显著高于自然堆肥,其中表面活性剂强化堆肥是最佳的处理方式,对含油污泥降解率高达88%,降解半衰期为14d。     

城市污泥堆肥前后病原菌的变化规律研究

研究了城市污泥快速堆肥前后病原菌数量的变化。结果表明：堆肥处理后病原菌数量虽有所下降,但不能达到完全消灭病原菌的目的。     

利用鸡粪堆制复合微生物肥的关键指标

采用人工机械翻堆,以鸡粪和菌糠为原料,研究其经高温堆肥发酵制备复合微生物肥料过程中关键指标的变化,为畜禽粪便的资源化利用提供一种有效的方法。试验结果表明：在整个堆肥周期中,有机质的含量呈逐渐下降的趋势,温度先上升达到最高温65℃,并在60℃左右高温维持8~10 d,之后下降。对前发酵物和后发酵物的养分分析表明,有机质由46.0%降到41.2%,总养分基本维持不变,总磷和总钾略有上升,水分则由35.82%下降至25.40%,符合国家NY/T798—2004《复合微生物肥料》标准要求,为产品研发提供技术参数。     

堆肥优势菌种筛选

利用城市污水处理厂的脱水污泥进行高温好氧堆肥,筛选其中的优势菌种。结果表明:菌种XJ-2是细菌类中的优势菌,菌种FXJ-3是放线菌类中的优势菌;大分子有机物分解菌中的淀粉降解菌DF-1、油脂降解菌YZ-2、蛋白质降解菌DBZ-1及纤维素降解菌XWS-1是优势菌种;随培养时间的延长,XJ-2和FXJ-3均符合微生物生长基本规律,经历了生长期、对数期、稳定期和衰亡期。     

The Effect of Planting Oilseed Rape and Compost Application on Heavy Metal Forms in Soil and Cd and Pb Uptake in Rice

Pot experiments were conducted under greenhouse condition to investigate whether Cd and Pb uptake by rice could be reduced when it was rotated with oilseed rape and compost application. The results showed that the rice grown after oilseed rape had significantly lower Cd and Pb concentrations in both straw and grains. Cd and Pb concentrations in the grains of the rice rotated with oilseed rape decreased by approximately 46-80% and 17-86%, respectively, although the Cd and Pb removal by oilseed rape ranged only from 2.39-3.67 and 0.032-0.13% of the total content in soil. Compost amendment also decreased the bioavailability of Cd and Pb in the soil and reduced Cd and Pb uptake by oilseed rapes and rice. The concentrations of Cd and Pb significantly decreased in the exchangeable and carbonate fractions and Pb concentration decreased in the organic matter and sulfide fractions in the contaminated soil after planting oilseed rapes.     

蔬菜废弃物、稻草与猪牛粪不同配比厌氧堆肥研究

将蔬菜废弃物、稻草以不同配比分别与牛粪和猪粪进行厌氧堆肥研究.试验对牛粪、猪粪分别设置了4种不同的配比,依次增加蔬菜废弃物的含量;采用厌氧发酵的方法进行堆肥,为提高发酵效果,在堆肥开始前接种了微生物发酵剂.分析了堆肥结束后的pH、EC、有机质、C/N比值、总氮、速效磷钾含量等指标.试验结果表明,猪粪处理的效果在氮含量、...     

重金属Cu对堆肥过程中微生物群落代谢和水解酶活性的影响

为了探讨重金属Cu对堆肥过程的影响,以猪粪、麦秸、废菌糠为原料并接种复合微生物菌剂,在静态堆肥条件下,研究了Cu对堆肥过程中温度、微生物群落代谢能力和水解酶活性的变化.结果表明,CK处理(不添加Cu)高温期维持5 d(其中55℃以上维持4 d)达到无害化的温度要求;添加Cu处理后,L处理(Cu浓度为100 mg·kg<'-1>)高温期(>50℃)只持续4 d;H处理(Cu浓度为500mg·kg<'-1>)在整个堆肥过程中只有1 d超过55℃,高温期只维持2 d,L、H处理均未达到无害化的温度要求.以Biolog方法为主要检测手段并结合聚类分析和主成分分析方法,分析了重金属Cu对堆肥过程中微生物群落代谢能力的影响,结果表明,低剂量Cu能提高微生物群落对聚合物类碳源的转化与利用的能力,高剂量Cu对微生物群落利用中间代谢物和复杂大分子类碳源产生一定的抑制作用.水解酶活性分析结果表明,低剂量Cu对水解酶有一定的激活效应,高剂量Cu对水解酶有一定的抑制效应.