农田背景噪声下的土壤结构体数字图像信息特征

智慧农业的技术基础是基于机器主体的农情信息获取、加工与分析。土壤结构管理是智慧农业的重要子模块,但目前尚不清楚农田背景噪声下土壤结构体的图像信息特征以及目标信息的信噪分离、纯化和加工方法。本研究逐级递进界定田间土壤结构体的数字图像信息特征,并针对自然光源、秸秆及有机质混杂、土壤结构体孔隙等噪声源逐一处理,同时引入了线段法、体视概率法定量土壤结构体信息。筛分法所得结果用于对照。结果表明农田背景下土壤结构体信息受多重环境背景噪声影响,为此需要进行系统补光、噪声过滤、土壤孔隙形态修补等技术处理才能够实现基于机器主体的土壤结构体目标信息获取。运用线段法和体视概率法均能较好地定量土壤结构体的尺度分布信息,线段法与体视概率法所得到的土壤结构体的累积分布数据与筛分数据的相关性(R~2)大于0.96、均方根误差(RMSE)小于0.1 mm。     

基于数字图像三维重建的土壤粗糙度测量

土壤粗糙度影响径流与入渗,是参与土壤-大气界面与植物生长的重要影响因子,常规土壤粗糙度测量的方便性与成本不够理想。在进行基于软硬件集成的数字图像三维重建方法基础上,以江苏中部宁镇扬丘陵地带撂荒裸地土壤粗糙度三维重建为目标,结合数字图像拍摄与Autodesk-Remake微地貌构建,并利用Geomagic-Studio的点云模拟、格式转换及样线抽取等技术实现高精度数字化。研究表明:使用常规相机的数字图像法土壤粗糙度三维重建技术操作简便,能够实现土壤粗糙度的快速数字化。用探针式土壤粗糙度测量仪所得数据的标定结果表明,使用该方法提取的微地貌高程分辨率高达1.5 mm,均方根误差低于1.1 mm,表明该技术手段用于丘陵坡地精细尺度范畴的微地貌土壤物理、生物及水文过程研究的潜力。     

采用Gompertz函数的水稻土压缩特性研究

土壤压实模型是预测压实破坏的常用方法,但土壤压实模型的应用常因输入参数(土壤压缩特性及其与不同土壤物理性质之间的关系)的缺乏而受到限制。为定量地评价土壤水力学性质和土壤结构对土壤压缩特性的影响,该文利用土壤固结仪对25种不同含水率和容重的重塑土样进行单轴压缩试验,并采用Gompertz函数对试验数据进行拟合以获取土样的回弹指数、压缩指数和先期固结压力。试验结果表明,Gompertz函数对水稻土试验数据的拟合效果较优,决定系数为0.991～0.999。水稻土回弹指数为0.003～0.138,与容重呈负相关,与含水率呈正相关。水稻土压缩指数为0.115～0.839,与容重呈负相关,与含水率呈二次多项式关系。水稻土先期固结压力为33～127k Pa,与容重呈正相关,与含水率呈负相关。该研究建立的土壤压缩特性与含水率和容重之间的传递函数,可用于大尺度范围内水稻土压缩特性的预测;同时这些传递函数可作为土壤压实模型的输入参数,用于农业机械作业引起的压实破坏的量化和土壤压实风险的评估。     

机械耕作土壤结构体的数字图像分析

合理的耕作是创建土壤良好耕层结构的手段,精确定量描述土壤结构体可为采取有效措施改善土壤结构体提供科学的指导。本文使用数字图像分析技术,分析和比较了不同茬口水稻土在犁耕和旋耕条件下生成的土壤结构体的棱角性、形状指数以及矩形度。结果表明旋耕生成的土壤结构体的棱角性、形状指数高于犁耕,相同耕作机具下稻茬口土壤结构体的棱角性和形状指数高于麦茬口。显著性差异分析表明,棱角性、形状指数能较好地区分不同耕作方式的土壤结构体。数字图像法可以从土壤结构体的矩形度、形状指数和棱角性这些具有"视觉"效果的形态学指标中更为准确定量和直观地表征土壤结构体。     

发酵床网上养殖肉鸭舍春季环境参数监测及通风策略模拟优化

中国作为世界上肉鸭出产最多的国家，近年一直在提倡对肉鸭进行集约化和规模化养殖。而最近兴起的一种新型的发酵床网上养殖模式，通过地面铺设生物垫料用来发酵分解粪便，能有效避免水禽与粪污的接触，减少病原微生物的感染与传播机会，提高鸭舍内的空气环境质量。对发酵床网上养殖肉鸭舍内的温湿度进行测试，使用三维建模软件建立了鸭舍的等比例模型，使用fluent软件对鸭舍内的气流场进行环境模拟，为使鸭舍内环境达到适宜肉鸭成长的范围，使鸭舍内的气流组织更加均匀，引入了不均匀系数，且以不均匀系数<0.2为目标，针对鸭舍内气流组织形式不均匀的问题，采用优化通风策略的方法来解决。实地测试数据为，测试期间(2022年3月18日00:00至2022年3月25日00:00),鸭舍内气温9.34～23.77℃,舍内外平均温差6.75℃;舍内平均相对湿度80.66%,低于舍外；对鸭舍的实际情况进行仿真计算后发现，与实地测试数据相比，平均相对误差仅为3.58%～4.07%,说明该研究所建模型的数值模拟与试验数据具有很好的一致性。但模拟结果显示，原有的通风策略并不能满足鸭舍内气流组织均匀性的要求，鸭舍后半部分的空气流动几乎...     

基于压实分析模型的土壤应力传递系数研究

机械压实是造成土壤退化的重要原因之一,研究并预测土壤应力有助于科学规划田间机械使用,缓解压实问题。基于分析模型预测土壤应力的关键在于选择合适的集中系数。然而在已有的研究中集中系数取值混乱,导致该模型使用时存在很大争议,其原因在于对该参数随土壤环境的变化缺乏规律性认识。本文通过对集中系数表达式的进一步推导,在理论上提出了能够代表土壤环境对集中系数影响的无量纲参数σ_z/σ_0,定义为应力传递系数(STC)。基于水稻土和黄棕壤两种土壤,通过控制含水率和湿密度于室内重塑30种状态的土壤,在单轴压缩实验中运用土压力传感器测量计算应力传递系数,建立应力传递系数与土壤环境参数,如含水率、干密度和先期固结压力等之间的相关性分析。结果表明应力传递系数随土壤含水率的增大而增大,土壤初始干密度和先期固结压力与应力传递系数之间负相关性明显。根据所得应力传递系数计算相应土壤状态下的集中系数,其取值在1.20~12.39之间,与以往的研究结果相差不大,但包含了关于集中系数随土壤环境变化的具体信息。这意味着作为一个稳定可测的无量纲参数,应力传递系数为集中系数的计算提供了一个相对科学的方法,在定量描述土壤环境对集中系数影响的同时,完善了分析模型。