稻茬麦根系构型可视化与三向分型维研究

提出一种根系可视化分析方法用于定量稻茬田环境的小麦根系构型。使用根系构型数字化仪测试稻茬麦苗期根系构型,将所测数据导入Pro/E平台进行根系构型的3-D重构,然后对可视化根系进行3向平面投影,计算小麦根系在不同平面的分形维数与分形丰度。结果表明,该方法可以真实反映出田间稻茬麦根系构型的动态变化状况,而根系分形维数与分形丰度随时间逐步递增,正视图面的分形维数和分形丰度总大于左视图面。从播后第98天开始,俯视图面的根系构型分形维数与分形丰度出现突增。在3个投影面上稻茬麦根系的分形维数与分形丰度都高度相关,二者与根总长也存在一定的相关关系。     

发酵床垫料翻耙结合网床养殖改善鸭舍空气质量与鸭生产性能

为解决规模化肉鸭生产中粪污影响鸭健康和污染环境的问题,研发了一种发酵床结合网床架养新技术及其配套的可移动式网床下发酵床垫料翻耙系统,并研究了该模式在控制舍内气载微生物数量和提高鸭生产性能中的优势。结果显示:1)可移动式发酵床垫料翻耙系统实现不同发酵床体共用一台翻耙机。2)与发酵床平养相比,鸭26日龄之前未翻耙垫料时,发酵床网养舍内需氧菌总数(1.531×105 CFU/m3)和大肠杆菌数量(1.298×104 CFU/m3)显著升高(P0.05);鸭27~34日龄时每4 d翻耙垫料,发酵床网养舍内需氧菌总数(2.304×105 CFU/m3)和金黄色葡萄球菌数量(1.353×105 CFU/m3)显著降低(P0.05);鸭35~39日龄时每天翻耙垫料,发酵床网养舍内需氧菌总数(1.255×105 CFU/m3)和"沙门+志贺"氏菌数量(14.13 CFU/m3)显著降低(P0.05)。3)在发酵床平养舍内,与每4 d翻耙1次垫料相比,每天翻耙1次垫料舍内需氧菌总数(2.688×105 CFU/m3)、大肠杆菌(2.038×104 CFU/m3)、金黄色葡萄球菌(8.90×104 CFU/m3)和"沙门+志贺"氏菌(47.11 CFU/m3)数量显著(P0.05)降低,而在发酵床网养舍内,每天翻耙1次垫料舍内需氧菌总数(1.255×105 CFU/m3)和"沙门+志贺"氏菌(14.13 CFU/m3)数量显著降低(P0.05)。4)与发酵床平养相比,发酵床网养增加鸭体质量(P0.05),降低死亡率和上市淘汰率(P0.05)。结果表明研发的肉鸭养殖新模式能更好地减少舍内空气中病原菌浓度,改善鸭舍内空气环境,提高鸭生产性能。该研究为发酵床结合网床架养新模式在规模企业中推广应用提供技术支持。     

套筒式橡胶减振器的疲劳工况试验研究

为了准确掌握金穗4SW系列马铃薯挖掘机摆动分离筛新型套筒式橡胶减振器的疲劳工况，进行了田间试验和实验室试验。试验表明，该橡胶减振器能够满足生产实际要求和对橡胶减振器的设计寿命要求。给出了符合橡胶减振器疲劳损失衡量标准的静刚度损失值，经生产实践证明，此值具有指导生产的实际意义。     

分选加工中稻米垩白自动检测算法

林地利用变化会对森林固碳总量产生一定的影响,林地利用过程碳汇效率可以从投入产出解释不同林地利用类型的固碳效应,以帮助实现林地利用结构最优时碳汇产出水平的最大化。该文基于区域的视角,通过选用数据包络分析方法（data envelopment analysis,DEA）的C2R-I模型,将不同类型的林地利用数量作为投入,将森林固碳总量作为最终产出,结合全面的历史统计资料查证与实地校验,对杭州市域林地利用过程碳汇效率进行了测度与实证研究。研究结果表明：杭州市域林地利用过程碳汇效率发展不平衡,各县市区之间差距较大,并且碳汇效率的空间分布与各县市区经济发展水平之间存在一定的反向关联性。而根据"土地利用、土地利用变化及林业（land use, land-use change and forestry,LULUCF）"指南和"复杂系统数据包络分析（complex system data envelopment analysis,CSDEA）"转化法则,提高不同林地利用类型的单位面积蓄积量,充分考虑本地区的城市化水平与森林自然度状况,将是影响区域林地利用过程碳汇效率优化的3个重要因素。文章最后给出了包含这3个影响因素的投入产出优化计量模型。模型计算结果表明,杭州市域"造林再造林"投入优化可增加蓄积量3 279.68 m3/a,"森林管理"投入优化可增加蓄积量2 9871.23 m3/a,"森林采伐"投入优化可增加蓄积量111 959.19 m3/a,"森林固碳"产出优化可增加固碳总量7.61 Tg/a。文章结论不仅对区域林地利用过程的碳汇效率研究具有理论贡献,而且可以从碳循环调控的角度为区域低碳经济发展的模式选择与发展战略提供参考。     

基于逆向工程的搅浆刀作业性能界定与关键设计参数研究

水田搅浆是基于稻作制度的独立机械化作业环节,搅浆刀是进行搅浆农艺处理的专用刀具,但目前缺乏针对搅浆的农艺界定及搅浆刀专用设计参数研究。本文利用逆向工程技术获取搅浆刀的关键几何参数,并对搅浆作业和搅浆刀的设计方法进行定义。通过与常规旋耕刀(R245)进行分析对比提出搅浆刀的专用设计参数,进而通过田间试验进一步探讨搅浆刀的设计方法。结果表明,搅浆刀的楔面入土效应是保障其水田搅浆性能的关键,该效应所对应的搅浆刀设计参数被定义为侧切刃楔角,侧切刃楔角与侧切刃刀面宽度2个关键设计参数决定了搅浆刀入土过程的侧向搅浆作业强度。与R245旋耕刀相比,侧切刃楔角是搅浆刀设计的显著特点,搅浆刀的侧切刃静态楔角高于动态楔角,而R245的侧切刀面是一平直刀面(楔角为0°),在正切刃区域,搅浆刀与旋耕刀的楔角变化基本一致。基于田间土壤条件的原位台架试验进一步证明了搅浆刀专用设计参数对保障起浆、水田埋草等性能的优越性。     

厚度和重力分选稻谷籽粒的品质特性分析

为达到从稻谷籽粒厚度和密度大小来均匀化其品质的目的,对稻谷进行了厚度分选和厚度分选后再进行重力分选加工。结果表明,收获稻谷含水率小于20%后,含水率不同的籽粒无法通过厚度和重力分选加工获得;分选后稻谷籽粒厚度和密度越大,籽粒的加工品质、物理化学、特性糊化特性等都相对较优;同时稻谷籽粒的密度越大,其加工破碎率越低,所能承受的最大三点弯曲作用力越大。因此厚度和重力分选具有使稻谷籽粒按照其内部品质分级和品质均匀化的作用,增加稻谷籽粒的品质附加值。     

基于小麦群体图像的田间麦穗计数及产量预测方法

在田间小麦测产时,需人工获取田间单位面积内的麦穗数和穗粒数,耗时耗力。为了快速测量小麦田间单位面积内的产量,该文利用特定装置以田间麦穗倾斜的方式获取田间麦穗群体图像,通过转换图像颜色空间RGB→HSI,提取饱和度S分量图像,然后把饱和度S分量图像转换成二值图像,再经细窄部位粘连去除算法进行初步分割,再由边界和区域的特征参数判断出粘连的麦穗图像,并利用基于凹点检测匹配连线的方法实现粘连麦穗的分割,进而识别出图像中的麦穗数量;通过计算图像中每个麦穗的面积像素点数并由预测公式得到每个麦穗的籽粒数,进而计算出每幅图像上所有麦穗的预测籽粒数,然后计算出0.25 m2区域内对应的4幅图像上的预测籽粒数;同时根据籽粒千粒质量数据,计算得到该区域内的产量信息。该文在识别3个品种田间麦穗单幅图像中麦穗数量的平均识别精度为91.63%,籽粒数的平均预测精度为90.73%;对3个品种0.25 m2区域的小麦麦穗数量、总籽粒数及产量预测的平均精度为93.83%、93.43%、93.49%。运用该文方法可以实现小麦田间单位面积内的产量信息自动测量。     

轴流式和切流式机械脱粒对稻谷损伤及加工品质的影响

为确定不同机械脱粒滚筒收获方式对收获后稻谷品质性状的影响,以手工收获方式稻谷为对照组,对轴流式和切流式脱粒滚筒收获方式收获稻谷的品质性状进行研究,检测不同收获方式稻谷的裂纹率、裂颖率、发芽率、幼苗生长、腹部与背部作为承压面糙米的三点弯曲破碎力、加工品质指标等。测试结果表明:机械脱粒方式收获稻谷与手工收获方式相比,裂颖率增加,发芽和幼苗生长、三点弯曲破碎力和加工品质降低,其中裂颖率最大增加约35.6%,发芽率降低最大达53%,茎秆长度最大降低15 mm,根数量最大降低2.4个,腹部和背部三点弯曲破碎力减小最大值为4.5和3.8 N,整精米率最大降低12.11%;而切流式脱粒滚筒收获方式收获稻谷与轴流式相比,裂颖率较大,发芽率降低达34%~51%,茎杆长度降低最大达12.6 mm,根数量降低最大达1.8个,腹部和背部三点弯曲破碎力差异较小,整精米率降低10.38%。总体来说不同机械脱粒收获方式对稻谷的品质性状影响具有差异性,轴流式脱粒收获方式对稻谷的机械损伤小于切流式脱粒收获方式,机械脱粒损伤稻谷品质性状的评价应该根据稻谷具体使用目的进行客观全面的评价。     

南方稻麦轮作系统下小麦根系的三维分形特征

【目的】根构型直接影响作物的水肥吸收,而定量根构型的相关指标多局限于二维分析,缺乏有效的3D分析指标。论文探讨计算分析根构型3D特征的指标与操作方法,用于定量稻麦轮作制不同耕作方式对小麦根构型的影响。【方法】使用自制的根构型数字化仪,测取田间小麦根系的真实空间拓扑数据,获得根系构型的空间坐标。然后运用Matlab编程实现小麦根构型拓扑数据的虚拟重构,令虚拟根系再现实体根系的空间拓扑。结合分形理论与软件的计算分析功能对虚拟根构型进行分形维计算,分别获取3D分形维数、3D分形丰度、2D分形维数、2D平面分形丰度和单株总根长5个特征指标,以此表达小麦根构型在不同年度、不同耕作方式处理下的时空动态。同时建立不同年度及耕作处理下单株总根长动态与根构型3D分形维数、3D分形丰度、2D分形维数、2D平面分形丰度间的相关关系。【结果】研究发现随着作物生长期的变化,不同年份及不同耕作处理下的小麦根构型指标都表现出稳定增长的趋势。不同之处在于2010—2011年度的小麦根构型指标平稳增长,而2011—2012年度的根系生长速率变化较为剧烈。对比两个年度间的小麦根构型指标发现,免耕和旋耕两种耕作方式对小麦根构型的影响效果相反,在2010—2011年度,旋耕处理方式下的根系指标优于免耕处理方式,而在2011—2012年度,免耕处理方式下的根构型指标表现更优。对于作物生长前期(0—98 d)而言,年度变化引起的根构型指标差异显著大于耕作处理引起的差异,在作物生长后期(98—112 d),年度变化和耕作处理方式对小麦根构型指标的影响较为相近。对比小麦根构型的3D分形维指标和平面分形维指标发现,3D分形维明显区别于平面分形维,这表明根系的三维分形是根构型的必要分析指标。在不同的年度与耕作措施下,单株小麦的总根长与3D分形维数、3D分形丰度、2D分形维数、2D分形丰度都满足指数模型,且显著相关,说明年度因素和耕作措施仅是影响模型的常量参数项。【结论】由计算机软硬件结合分形理论构建的田间小麦根构型的可视化和定量化分析手段是实现小麦根构型精确分析的保证,该分析过程真实再现了田间小麦根构型的时空动态。3D分形指标可以准确定量作物根构型真实的时空动态,在进行根系生长策略的选择及根土关系优化时需要考虑到田间作物根系的实际生长条件和耕作制度。     

耕地细碎化条件的机械化特征 ——小型收割机的田间作业行为调查

南方丘陵山地农业具有耕地细碎化的典型特征,土地细碎化条件下的紧凑型种植模式是普遍现象,细碎化耕地条件的机械化依靠小型作业机械。为描述作业机械在细碎化耕地条件下的行为特征,田间调查发现,快速进退、频繁转向、循边收获、移动困难等是细碎化耕地条件机械化田间作业的显著特点。小型收割机在南方的普遍应用状况表明丘陵山地作业机械的性能评价需要以土地适应性为主导的评价指标。