普渡大学农业工程专业本科生创新与实践能力培养的借鉴与思考

借鉴国际一流大学农业工程专业结构设置和人才培养模式，对于提高教育质量、提升学生创新与实践能力具有重要意义。介绍了美国普渡大学农业与生物工程系本科生学科专业设置概况，分析各培养环节的设置目的、教学方式和教学效果，探讨教学实践中各类问题的产生原因与应对策略，并思考在“新工科”建设过程中推进学生创新思维训练与实践能力培养的可行途径，以期为学科专业建设、教学模式优化和学生能力培养提供参考。      

基于茎秆生物力学特性的油菜抗倒调控机制研究

为了应用生物力学特性指标对茎秆抗倒性进行评价，进而指导油菜抗倒栽培，以华杂62和金油杂158为试验材料，基于不同栽培因素下油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度、剪切强度及抗倒性，分析了栽培因素对油菜茎秆力学特性指标的影响及其与抗倒性的相关性。结果表明：油菜抗倒性与茎秆的弹性模量、弯曲强度、剪切强度呈显著负相关；随着播期推迟，油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度及剪切强度分别减小15.31%、29.16%和13.88%，倒伏指数增大32.18%；随着播种密度增大，油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度及剪切强度均呈先增大后减小趋势，而倒伏指数先减小后增大；随着施氮量增加，油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度及剪切强度均逐渐减小，而倒伏指数逐渐增大，与施氮量120 kg·hm^-2处理相比，在施氮量为360 kg·hm^-2下，油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度及剪切强度分别减小39.43%、19.40%和16.63%，倒伏指数增大16.36%。因此，播期提前、适当增加播种密度、控制氮肥投入，有助于提高油菜茎秆的力学特性强度，从而增强油菜的抗倒伏能力。研究结果可为油菜抗倒栽培调控提供理论依据。     

猪粪中温半干法连续厌氧发酵产气性能

为改善猪粪在连续型沼气工程中的容积产气效率和降低其进出料过程的热损失,该研究拟采用高浓度和小体积喂料方式进行,将新鲜猪粪分别稀释成总固体质量分数(total solid,TS)为10%、12%和14%3个水平,通过逐级缩短水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)(HRT:25 d→20 d→18.5 d)的方式来改变各组反应器的负荷。试验结果表明,当HRT:25 d时,各组平均日产气量均表现最高,约为460 m L/g,此阶段可获得85%以上的沼气转化效率;当HRT:20d时,各组均获得最大容积产气率,最高达到2.29 L/(L·d)(TS:14%);当HRT下降至18.5 d时,各组产气量均呈下降趋势,表明有机负荷已超出反应器的最大转化能力。通过综合原料产气转化效率和容积产气效率2个指标,发现进料TS为14%和HRT为25 d为较优组合条件。该研究可为在实际沼气工程中如何协调进料浓度和HRT的关系提供参考。     

芋头压缩和剪切特性试验研究

【目的】降低芋头在收获和运输过程中的损坏.【方法】以山东小芋头‘8520’品种为试验材料,用快速卤素水分测定仪测芋头的含水率,利用TMS-PRO质构仪对芋头样品进行压缩,分析计算得出芋头的弹性模量参数,利用微机控制电子万能试验机,对整块芋头在4种不同加载速率下,进行不同加载方向的压缩和剪切试验,测得加载力-位移曲线,运用SPSS软件分析力学特性变化规律.【结果】湿基含水率为77.73%的芋头,弹性模量为3.78 MPa,整块芋头在压缩状态下,加载方向和加载速率对芋头破裂力有极显著影响,芋头损伤的最小破裂力为433.7 N;整块芋头在剪切状态下,加载方向和加载速率对剪断力无显著性影响,芋头损伤的最小切断力为328.4 N.【结论】试验分析结果可为芋头的机械化收获、运输等提供理论依据.     

牛粪堆肥成型基质块蔬菜育苗灌溉方式

为优选蔬菜育苗成型基质的灌溉方式,提高成型基质蔬菜育苗效果,以牛粪好氧堆肥腐熟料和牛粪蚯蚓堆肥腐熟料为主料配方的成型基质块为研究对象,在低位浸泡灌溉和微喷灌溉条件下,其中牛粪好氧腐熟料成型基质块灌溉耗水量体积的处理水平分别为2 500、350、700、1 050、1 400、1 750 m L,用T1、T2、T3、T4、T5、T6表示;牛粪蚯蚓堆肥腐熟料基质块灌溉耗水量体积的处理水平分别为3 000、700、1 050、1 400、1 750、2 100 m L,用TS1、TS2、TS3、TS4、TS5、TS6表示,探讨不同灌溉条件对2种牛粪腐熟料成型基质块中全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)的迁移及其吸水特性和育苗效果。结果表明,2种牛粪腐熟料成型基质块在低位浸泡灌溉下,其灌溉充分,淋洗脱盐量相对较小,并且对成型基质块的冲刷,扰动较小;微喷灌溉最小灌溉量T2或TS2下,虽然其淋洗损失的TN、TP、TK小于低位浸泡灌溉,但成型基质块未能被充分湿润,影响育苗效果;微喷灌溉在T3、T4、T5、T6或TS3、TS4、TS5、TS6处理水平下,成型基质块中的TN、TP、TK淋洗损失量均大于低位浸泡灌溉,并且随灌溉量的增大而逐步增大。对牛粪好氧堆肥腐熟料成型基质块,育苗前期应选取微喷灌溉T4进行前充分淋洗,育苗后期采取低位浸泡灌溉保留幼苗生长所需养分;而对牛粪蚯蚓堆肥腐熟料成型基质块,TS1处理下黄瓜幼苗的茎粗(6.23 mm)、株高(138.09 mm)、地上部分干质量(758.85 mg)、地下部分干质量(147.92 mg)和壮苗指数(217.64)均为该试验中最大值,灌溉水利用率为2.79g/kg,该处理水平下幼苗生长及水分有效利用率均较优,即可采取TS1处理对牛粪蚯蚓腐熟料成型基质块进行灌溉。     

基于轮廓投影的盆栽水稻三维重建方法研究

近几年，基于图像的高通量水稻表型研究取得了极大进展，但从三维层面进行研究的工作则相对较少。一般而言，相对于二维图像，从三维模型中能提取更为全面的性状参数。三维模型重建是作物三维表型研究的基础，提出一种适用于盆栽水稻三维点云的重建方法。该方法在相机固定、样本旋转的拍摄模式下获取水稻多视角图像，根据相机标定参数以及水稻轮廓二值图，通过轮廓投影方法重建水稻三维可视外壳点云模型，并通过反投影方法进行点云着色。结果表明，该方法对于不同时期及不同品种的水稻样本均能取得较好重建效果。     

油菜籽粒点面接触碰撞中恢复系数的测定及分析

为建立油菜籽粒与播种、收获等机具相关重要工作部件间发生碰撞时的碰撞模型,该文基于运动学方程构造了油菜籽粒恢复系数的测定装置,并针对油菜籽粒的弹性特性进行了试验测定和分析。针对华双4号油菜品种,采用L8(41×24)混合正交试验方案研究了碰撞材料、碰撞材料厚度、自由下落高度和含水率等因素对油菜籽粒恢复系数的影响,然后针对碰撞材料、下落高度和碰撞材料厚度等重要因素进行了单因素试验,并进一步获得下落高度和碰撞材料厚度2个因素对恢复系数的影响规律及回归方程。试验结果表明,影响油菜籽粒恢复系数的因素主次顺序为:碰撞材料、自由下落高度、碰撞材料厚度和含水率。油菜籽粒与Q235、铝合金、有机玻璃、橡胶等碰撞材料之间恢复系数依次减小,并且随着下落高度的增加而减小,随着碰撞材料厚度的增加而增大。在碰撞材料为厚1 mm的Q235和籽粒含水率8.06%条件下,恢复系数随下落高度变化的回归方程决定系数R2=0.9979;在碰撞材料为Q235、籽粒含水率8.06%和下落高度420 mm条件下,恢复系数随材料厚度变化的回归方程决定系数R2=0.9872。该文结果可为油菜精密播种及高性能收获机具中相关工作部件的设计提供依据。     

鸡蛋蛋壳膜超微结构与呼吸强度的相关关系

蛋壳膜作为蛋壳的有机层是呼吸的必经通道,研究蛋壳膜的超微结构与鸡蛋呼吸强度的相关关系对于鸡蛋贮藏保鲜具有重大意义。该研究利用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope,SEM）对蛋壳膜的超微结构图像进行表征。结果表明：强呼吸强度（≥3 mg/(kg?h)）与弱呼吸强度（≤1 mg/(kg?h)）鸡蛋的蛋壳膜纤维直径、孔隙度与厚度均存在显著性差异（P<0.05）;鸡蛋蛋壳膜纤维直径、外膜以及内膜外侧的孔隙度与呼吸强度存在极显著的正相关关系（P<0.01）,蛋壳膜厚度与呼吸强度存在极显著的负相关关系（P<0.01）。蛋壳膜外膜纤维直径大于内膜,厚度为内膜的3-4倍。以蛋壳膜外膜外侧孔隙度、外膜内侧孔隙度、内膜外侧孔隙度、内膜内侧孔隙度、外膜外侧纤维直径、外膜内侧纤维直径、内膜外侧纤维直径、内膜内侧纤维直径与外膜厚度、内膜厚度共10个指标特征参数为自变量,鸡蛋呼吸强度为因变量,建立较佳偏最小二乘回归模型,测试集相关系数为0.976 7,蛋壳膜超微结构可以很好地表征呼吸强度的大小;以弱、中与强呼吸强度作为分类依据,建立了偏最小二乘判别分析,测试集准确率为83.33%,说明在25 ℃空气环境下蛋壳膜超微结构对呼吸强度具有较好的判别效果。研究结果为更好地利用蛋壳膜超微结构特性来改良涂膜保鲜技术提供参考。     

旋刀式荸荠芽根同步切除装置设计与试验

针对荸荠芽和根切除工序复杂、效果差、切削力较大等问题,该研究设计了一种旋刀式荸荠芽根同步切除装置,借助荸荠自身重力和装置结构形式进行限位,由回转刀片组同时切除芽和根。首先对荸荠运行及切削过程展开理论分析,确定关键部件结构形式与参数范围。进一步在EDEM离散元软件中以荸荠芽和根的切削力为评价指标,以锯齿旋切刀几何参数和切削速度为影响因素开展仿真优化试验,得到最佳参数组合为：锯齿底长5 mm,齿高15 mm,切削速度0.103 m/s。搭建测力平台对仿真结果进行验证,并与平刃旋切刀进行性能对比。结果表明,优化后的锯齿旋切刀可减小23.29 %的切削力。基于Box-Behnken原理设计定位孔内壁优化试验,得到最佳参数条件下荸荠的斜切高度差为4.5 mm。研究结果可为荸荠芽根切除装置设计提供参考。     

边缘计算在智慧农业中的应用现状与展望

互联网技术快速发展使得数据量剧增,云计算的数据集中处理模式存在实时性不足、能耗过高以及数据安全等一系列问题。边缘计算是在靠近数据源端执行计算的分散处理模式,与云计算相比具有低延迟、低成本、安全性高、个性化设计等优势。随着智慧农业迅速发展,结合深度学习的农业应用屡见不鲜,如作物病害检测、生长环境监测、作物自动采摘、无人农场管理等,边缘计算可以为农业多场景、复杂任务提供高效、可靠的新型数据处理方案。该研究概述了边缘计算的发展,计算架构及主要优势;介绍了边缘计算在农业中的应用背景,结合文献量分析,归纳了边缘计算在农业上的主要应用场景及相关智能农业装备,调研了现有常用边缘计算设备及性能参数,总结了适合边缘计算的主流深度学习算法及模型压缩方法。研究表明边缘计算在智慧农业中的应用有效促进了农业的数字化、智能化,未来在多场景、多功能边缘计算智能农业装备开发等领域将面临重大挑战和机遇。