宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄耗水规律及灌溉制度优化研究

以宁夏贺兰山东麓大田滴灌酿酒葡萄为研究对象,分析不同灌水处理条件下土壤含水率、耗水规律、品质、产量及水分生产效率的变化,基于多因素提出优化酿酒葡萄滴灌灌溉制度。主要结论有:不同生育期土壤含水率随土层深度呈下降趋势,生育期内果实膨大期土壤含水率最高。阶段耗水量呈现开花期、初果期小,萌芽期、果实膨大期、着色成熟期大的"下开口抛物线"分布,果实膨大期为耗水高峰期,日均耗水量2.26~4.48 mm/d。3 600 m3/hm~2时滴灌酿酒葡萄的可溶性固形物、总酸等含量较优,品质较好,产量、水分生产效率最高。(4)推荐优化酿酒葡萄滴灌灌溉制度为:灌溉定额3 600 m3/hm~2,灌水次数13次,其中萌芽期3次,开花期1次,初果期2次,果实膨大期4次,着色成熟期3次。     

RCPs气候情景下三江平原典型流域耕地动态模拟

选取三江平原典型流域挠力河流域为研究区,以1990、2002和2014年3期Landsat影像、DEM数据和社会经济统计资料等多源数据为基本信息源,结合3S技术,运用FLUS模型定量模拟代表性浓度路径情景系列(RCPs)下耕地动态变化特征。结果表明:24 a间挠力河流域的旱地面积变化幅度较小,水田面积持续增加,1990—2002年水田扩张剧烈,2002—2014年扩张速度趋于缓和;3个时点的旱地均沿东北-西南轴方向进行分布,主轴沿顺时针缓慢旋转,空间变化稳定,分布范围逐渐减小。水田沿东北-西南走向分布,1990—2002年其主轴逆时针旋转,后顺时针旋转至45.31°,整体分布较为离散,极化特征不明显;通过对比不同空间分辨率及时间尺度下模拟精度,确定最优模拟空间分辨率为200 m,最优模拟时间点为2038年;MESSAGE气候模式下,未来挠力河流域的旱地面积先减少后增加,水田继续维持扩张态势,2029年后面积将以2%速度逐年下降,其分布将更加聚集,主轴沿顺时针旋转,重心逐渐向东北方向进行偏移;AIM气候模式下,气候波动对水田的影响程度大于旱地,旱地面积持续缓慢增加,水田面积在波动中下降,空间分布的极化特征突出。     

摆动分离筛薯土分离机理分析与参数优化试验

针对摆动分离筛薯土分离机理不明确,作业参数匹配不合理导致明薯率与马铃薯破皮率矛盾突出等问题,利用高速摄像机实时拍摄不同曲柄转速、筛面倾角和机器前进速度时摆动分离筛上薯土混合物的分布状态,统计并分析薯土混合物分布高度的变化规律,揭示薯土分离机理,并获得影响分离筛性能主要因素的取值范围。以明薯率和破皮率为评价指标,采用Box-Behnken响应面试验方法进行试验,建立各指标与因素间的回归数学模型,对影响摆动分离筛性能的结构与工作参数进行优化。结果表明,各因素对明薯率、破皮率影响由大到小为曲柄转速、筛面倾角、机器前进速度。摆动分离筛优化参数组合为:曲柄转速230 r/min,筛面倾角21.1°,机器前进速度2.03 km/h,优化后明薯率和破皮率分别为98.94%和0.21%,明薯率较优化前提高1.68个百分点,破皮率较优化前降低9.6个百分点,参数优化试验结果满足国家标准要求。     

乳清蛋白对以麦芽糊精为助剂桑葚汁喷雾干燥性能影响

桑葚富含多酚类物质,具有一定的营养与保健功能。多酚类物质在加工及贮藏过程中非常不稳定,喷雾干燥法微胶囊包埋是保护生物活性成分常采用的方法。但是,果汁喷雾干燥过程中极易出现黏壁现象,导致粉末回收率较低。基于此,研究不同比例乳清分离蛋白(WPI)与麦芽糊精(MD)对喷雾干燥桑葚粉理化特性的影响。结果表明,进料液中以少量WPI取代MD能显著提高桑葚粉的回收率,WPI较高的表面活性与良好的成膜性是使桑葚粉回收率提高的主要原因。随着进料溶液中WPI质量分数的增加,桑葚粉含水率增加;水分活度、堆积密度、粒径、水溶性指数和玻璃化转变温度呈降低趋势,而吸湿性则无明显变化。随着进料溶液中WPI质量分数的增加,桑葚粉L值、b值增加,a值降低,色差ΔE增加。桑葚粉的总酚含量与清除自由基能力随进料溶液中WPI质量分数的增加呈降低趋势。当进料溶液中桑葚汁/MD/WPI质量比为65∶(34.5~30.0)∶(0.5~5.0)时,既能有效解决黏壁问题,又能较好地抑制桑葚汁中多酚类成分降解,使桑葚粉具有较高的抗氧化能力。     

基于Kinect动态手势识别的机械臂实时位姿控制系统

基于Kinect动态手势识别达到实时控制机械臂末端位姿的效果。位置控制信息的获取采用Kinect计算手部4个关节点在控制中的位置变动,数据噪声在控制中易引起机械臂误动作和运动振动等问题,为了避免噪声对实时控制的不利影响,采用卡尔曼滤波跟踪降噪。姿势控制信息通过采集手部点云经滤波处理后应用最小二乘拟合的方式获取掌心所在平面,运用迭代器降噪处理。系统通过对手部位置和姿势信息的整合、手势到机械臂空间坐标映射及运动学求解来实时控制机械臂末端位姿。实验结果证明,手势控制系统满足控制要求,简单、易于操作,机械臂实时响应速度快、运动准确。     

基于自适应概率PCA的植物叶片彩色图像修复

植物叶片图像的采集过程中，由于自然环境或成像条件的影响，特别是夜间，采集到的图像大多带有椒盐噪声，造成图像质量下降。很多植物叶片含有丰富的叶脉，被噪声污染不利于后续的表型分析、图像分割等。椒盐噪声密度较小时，中值滤波降噪效果较好，但在噪声污染严重时滤波方法也无法有效去噪。针对这一问题，提出了基于概率PCA的图像修复模型。一幅光滑的不含噪图像通常可认为服从高斯分布，概率PCA能有效地提取描述这幅图像中的主要信息，通过估计模型参数重构因噪声引起的数据缺失，从而达到图像修复的目的。但是当噪声的缺失像素点聚集在叶脉上时，直接用概率PCA修复会出现明显的边界效应，因此本文先基于树的叶脉进行追踪，再对叶脉进行概率PCA修复，然后再基于整幅图像利用概率PCA模型修复，迭代次数根据修复后图像的PSNR值自适应地选择。为了验证所提出的模型的修复性能，进行了与常用滤波方法的对比试验。试验结果表明：去噪后的图像PSNR值比使用均值滤波高出6dB左右，比使用维纳滤波高出9dB左右，比使用高斯滤波高出7dB左右，比使用中值滤波高出1dB左右，并且在结构相似性上采用本文算法去噪后的图像与原始图像的相似度最高。因此，将概率PCA模型应用于植物叶片彩色图像修复是可行的、有效的，为其后续的图像处理提供了技术支持。     

基于Fuzzy-Smith控制器的营养液pH值调控系统研究

pH值的控制是水肥一体化营养液循环控制系统的重要环节，水肥控制过程中pH值在最优控制范围内有利于根系的发育以及多数矿物质的吸收。营养液调控过程中，由于循环管路以及酸液的缓慢扩散，使得pH值调节过程存在很大的时滞，传统PID难以取得良好效果。本研究根据被控对象特点，建立了描述该过程的数学模型，设计开发了一套具有二次混肥特性的以MSP430单片机为主控的营养液pH值控制系统。由于参数自整定模糊PID不需要精确数学模型以及Smith预估可对纯滞后进行补偿的特点，开发的系统将参数自整定模糊PID控制引入Smith预估当中，既缓解了滞后时间对控制系统的影响，又对模型的不精确性进行了补偿。为了验证该算法以及系统的有效性和优越性，分别对PID、Fuzzy-Smith控制算法进行仿真测试，同时在不同灌溉量下进行性能试验。试验结果表明，在不同灌溉量下Fuzzy-Smith控制算法pH值的平均最大超调量为0.83%，营养液pH值从8.0调节为6.0的平均时间为157s，优于常规PID控制的2.55%和189s。     

灌溉畦田规格对张杂谷生长、产量及水分利用的影响

以张杂谷3号为材料,设置不同畦田规格(T1规格为2 m×5 m,T2规格为6 m×5 m)进行灌溉处理,探究不同畦田规格灌溉对张杂谷生理、产量及水分利用效率的影响。结果表明,12个处理相同生育期耗水量均差异不显著,T1处理总灌溉水量较T2处理减少33.35%;2T2处理叶片水势、叶绿素、光合速率、蒸腾速率、气孔导度分别比T1处理提高9.0%、2.67%、26.44%、33.0%、40%,但叶片蒸腾效率较T1处理下降4.52%;32个处理生物量差异不显著,T2处理产量虽较T1处理提高4.59%,但未达到显著性水平。与T2处理相比,T1处理WUEBM、WUEY分别提高17.05%、19.67%。综合分析,张杂谷生育期进行地面水灌溉时,宜实施小畦灌溉,一方面有助于提高谷子水分利用效率,另一方面是实现节约灌溉用水的最直接的手段。     

调亏灌溉下酿酒葡萄耗水特性及水分生产函数研究

为了确定酿酒葡萄的水分生产函数,以酿酒葡萄"梅鹿辄"为供试品种,采用滴灌的方式,以不同生育期土壤水分水平为试验因素,对酿酒葡萄不同生育期进行亏水处理,测定不同生育期土壤含水率、耗水量、产量及水分利用效率,研究了不同生育期、不同土壤水分状况对酿酒葡萄耗水量和产量的影响。结果表明,土壤水分对酿酒葡萄产量的影响规律为浆果膨大期最大,其次是开花期、着色成熟期、抽蔓期,萌芽期最小;通过对Jensen模型与Blank模型进行计算比较,发现在该试验中Jensen模型更为合理,且得出不同生育期水分生产函数的敏感指数为:浆果膨大期开花期着色成熟期抽蔓期萌芽期,与酿酒葡萄耗水规律一致;在萌芽期、抽蔓期及着色成熟期的土壤水分保持在田间持水率的60%~65%左右不会造成酿酒葡萄减产,而在浆果膨大期进行充分供水,既可获得高产,也使水分利用效率达到较高水平。     

长江流域近期水沙变化趋势及成因分析

采用双累积曲线法分析了2000—2013年长江流域7大水文站水沙变化关系,基于Mann-kendall检验法和Yamamoto突变检验法研究水沙变化趋势和突变年份。结果表明,屏山、朱沱和寸滩站的双累积曲线较为顺直。宜昌、沙市、汉口和大通站则均在2005年发生转折,斜率减小,输沙量大幅减小;长江干流径流量的变化趋势较为平稳,发生突变的现象少,仅屏山站于2001—2002和2005—2006年发生突变,而输沙量的变化趋势则较为明显,常发生强突变现象,且宜昌、沙市、汉口和大通站均无虚假点出现;造成长江干流2000年以来输沙量显著减小的主要原因是三峡水库的蓄水运用和水土保持工作的持续开展,而降雨量下降是导致径流量减小的因素之一。