近红外漫反射光谱检测土壤有机质和速效N的研究

利用近红外漫反射光谱检测技术对土壤有机质和速效N含量进行了相关研究。通过自行设计的NIR光谱系统测定了150个土壤样品有机质和速效N。126个土壤样品用来建立校正集模型,其余24个用来验证模型的性能。采集完整土壤样品的近红外漫反射光谱,原始光谱经移动窗口平滑处理、SNV和一阶微分预处理后,分别采用最小二乘支持向量机(LS-SVM)和偏最小二乘法(PLS),建立土壤有机质和速效N含量的定量预测数学模型。结果表明采用一阶微分结合最小二乘支持向量机(LS-SVM)所建模型的预测效果较好,土壤有机质和速效N含量定量预测数学模型的决定系数分别为0.8255和0.8015,均方根误差分别为2.84和16.80。近红外漫反射光谱作为一种检测方法,可用于评价土壤有机质和速效N含量。     

近红外光谱结合最小二乘支持向量机的脐橙叶片含水率无损检测

为了快速检测赣南脐橙果树叶片含水率,提出近红外光谱结合最小二乘支持向量机的快速检测方法。采用积分球漫反射方式采集叶片的近红外光谱,通过间隔偏最小二乘法从2 074个光谱变量中优选出345个变量作为建模的输入向量,分别建立最小二乘支持向量机和偏最小二乘校正模型。经比较,以径向基函数为核函数的最小二乘支持向量机模型预测结果最优,预测相关系数为0.942,预测均方根误差为2.7%,模型建立及预测时间为0.176s。实验结果表明近红外光谱结合最小二乘支持向量机的脐橙叶片含水率无损检测方法是可行的。     

近红外光谱分析在番茄植株生长监测中的应用

为了克服传统化学检测方法的缺陷,研究了不同氮营养下番茄叶片的近红外光谱特征,利用偏最小二乘回归算法建立了光谱数据与植物生化组分信息的定量分析模型,并采用决定系数R2、交叉校验定标标准差RMSECV、相对分析误差RPD和预测标准差RMSEP验证了模型的优劣。实验表明,所建立的水分、全氮NIR模型的R2分别达到92.35%、86.15%,RMSECV分别为0.346、0.129,RPD分别为3.62、2.69,RMSEP分别为0.209、0.111,预测精度满足实际的测定需求,说明运用近红外漫反射光谱监测番茄植株的生长状况是可行的。     

鸡粪工厂化堆肥过程中有机质含量预测模型

以148份肉鸡粪和菊花渣工厂化高温堆肥过程样品为研究对象,分别探讨了基于基本理化指标和近红外光谱预测鸡粪堆肥过程中有机质含量的可行性.根据样品中干物质含量、pH值和电导率3种理化指标与有机质含量的相关关系建立了基于理化指标预测有机质含量的一元和二元线性回归模型.结果表明,利用干物质含量预测有机质含量简便、易行且最具实际应用价值(R~2=0.81, P<0.001).采用多元线性回归、主成分回归和偏最小二乘回归3种定量分析方法分别建立了鸡粪堆肥过程有机质含量的近红外预测模型.其中,主成分回归和偏最小二乘定量分析方法所得预测模型的验证决定系数(r~2)均为0.95,验证相对分析误差(RPD)均大于4.0,所建模型的预测精度较高,可用于实际检测工作.     

支持向量机在李果实坚实度近红外检测中的应用

为增强模型的适应性,选取了3个不同成熟期(绿熟、半红熟和红熟)的李果实样品建立坚实度指标的近红外检测模型,建模所使用的光谱范围为4 000~12 492cm-1。为改善模型性能,比较了最小二乘支持向量机和偏最小二乘法两种建模算法对李果实坚实度指标的建模结果。研究结果表明,所建立的最小二乘-支持向量机模型的预测性能和稳定性均好于偏最小二乘模型,并以前10个潜在变量得分作为输入变量的最小二乘-支持向量机模型为最佳模型,其校正相关系数、校正和预测均方根误差分别为0.989及1.31、1.84kg/cm2,剩余预测偏差为4.79。与以往研究文献相比,获得了较为理想的预测精度和稳定性能。研究结果表明,最小二乘支持向量机算法结合偏最小二乘法提取的潜在变量作为输入变量,可以使李果实坚实度近红外定量模型有较大程度的改善。     

土壤中总氮与总磷含量的近红外光谱实时检测方法

以浙江省潮化盐土为研究对象,用近红外光谱分析技术探测土壤氮(N)和磷(P)的含量.从试验田采集6组土样,每组取20个样品,共计120个样品.利用均值法、卷积滤波确定最终光谱数据,然后采用偏最小二乘回归法(PLS)及最小二乘支持向量机(LSSVM)分别建立了土壤总氮和总磷的近红外光谱模型,其中采用PLS所建模型的相关系数分别为0.9454(N)、0.9327(P),预测标准误差分别为0.0321(N)、0.0089(P).采用LSSVM所建模型的预测相关系数分别为0.9503(N)、0.9547(P),预测标准误差为0.0378(N)、0.0101(P).分析结果表明采用近红外分析技术可以预测土壤总氮(N)和总磷(P)的含量.     

北京典型耕作土壤养分的近红外光谱分析研究

以北京郊区试验田采集的72个土壤样品为实验材料,应用傅里叶变换近红外光谱技术,分析了土样的全氮、全钾、有机质和pH值养分含量。采用偏最小二乘法(PLS)对光谱数据与土壤养分实测值进行回归分析,建立预测模型,以模型决定系数(R2)、校正标准差(RMSECV)、预测标准差(RMSEP)和相对分析误差(RPD)作为模型精度的评价指标。分析结果:土壤的全氮模型R2为95.44%,RMSECV为0.014 1,RMSEP为0.016 8,RPD为4.68;有机质模型R2为89.63%,RMSECV为0.37,RMSEP为0.47,RPD为3.11;全钾模型R2为85.62%,RM-SECV为0.173,RMSEP为0.204,RPD为2.64;pH值模型R2为87.33%,RMSECV为0.031,RMSEP为0.053,RPD为2.81。     

基于高光谱成像技术的面条中马铃薯全粉含量检测

为了快速检测面条中马铃薯全粉含量,研究近红外高光谱成像技术定量检测面条中马铃薯全粉含量的可能性,自制了马铃薯全粉质量分数在0~35%内随机均匀分布的120个面条样品,在900~2500nm范围采集高光谱图像,随机选取80个样品作为校正集,分别采用原始光谱和经过6种预处理方法预处理后的光谱建立了偏最小二乘回归、主成分回归、支持向量机回归模型。结果表明经标准化预处理后用偏最小二乘回归建模效果最好,校正集决定系数（R2C）为0.8653,交叉验证集决定系数（R2CV）为0.6914。用回归系数法在经过标准化预处理后的光谱数据中提取了与全粉含量相关的特征波长,建立了马铃薯全粉含量偏最小二乘回归简化模型, 校正集决定系数（R2C）为0.8685,交叉验证集决定系数（R2CV）为0.8021,基于特征波长建立的模型效果优于全波段模型,模型效果得到了一定的提高。以剩余40个未参与校正模型建立的样品作为预测集,基于特征波长建立了标准化-偏最小二乘回归简化预测模型,预测集决定系数（R2P）为0.8546,模型具有较好的预测能力。结果表明利用近红外高光谱成像技术可检测面条中马铃薯全粉含量,可为马铃薯全粉面条的快速无损检测建立新的方法。     

苹果硬度的傅里叶变换近红外光谱无损检测

利用傅里叶变换近红外光谱技术探讨快速无损检测苹果硬度方法的可行性.通过解析苹果样品的近红外光谱图,用一阶导数、多元散射校正和矢量归一等方法进行预处理,再用偏最小二乘法建立模型.结果表明,多元散射校正能够有效消除光谱基线平移和偏移现象, 提高原光谱的信噪比,选取有效信息波长范围为1408～2355nm.偏最小二乘法结合多元散射校正所建模型的预测效果最好,模型的决定系数R2为0.9852,内部交叉验证均方根差RMSECV和预测标准偏差RMSEP分别为0.0398kg/cm2和0.0166kg/cm2.进一步通过剔除异常值优化模型,并验证检验组的25个样品,模型的R2为0.9908,RMSEP为0.0147kg/cm2.结果表明:建立的模型可靠,预测效果好,能满足苹果硬度快速检测的要求.     

核桃仁脂肪含量的近红外光谱无损检测

为了实现核桃仁脂肪含量的快速无损检测,在1 040～2 560 nm光谱范围内采集了核桃仁近红外光谱。首先,通过多元散射校正和标准正态化组合方法对原始光谱信息进行预处理,采用马氏距离法剔除异常样本;然后,运用竞争性自适应重加权采样算法与相关系数法相结合,进行特征波段筛选;最后,采用偏最小二乘回归和支持向量机回归算法建立了核桃仁脂肪含量的预测模型。结果显示,以筛选出的6个特征波段为输入,采用偏最小二乘回归算法建立的核桃仁脂肪质量分数预测模型的验证集决定系数为0. 86,均方根误差为1. 584 9%;采用支持向量机回归算法建立的模型验证集决定系数为0. 88,均方根误差为1. 371 6%;表明支持向量机回归算法的建模质量优于偏最小二乘回归算法。采用特征波段建立的支持向量机回归预测模型能大幅降低建模复杂度,实现核桃仁脂肪含量的快速无损检测。     

黄酒总糖含量的中红外光谱定量检

利用中红外光谱技术对黄酒中的总糖含量进行了快速检测.实验以3个厂家的共30个样品为研究对象,在1000～1500cm-1和2500～3000cm-1波段范围内建立了多元线性回归、主成分回归以及偏最小二乘回归模型,并比较了微分的光谱预处理方法对模型精度的影响.二阶微分光谱建立的偏最小二乘模型的精度最佳,交互验证的相关系数为0.984,RMSECV为0.765g/L, RPD为5.75,表明中红外光谱技术可以用于黄酒中总糖含量的快速检测.     

番茄叶片光合作用对水肥耦合的响应

研究了不同水肥因子对番茄叶片光合作用的影响。采用五元二次正交旋转组合设计,通过盆栽试验,建立了水分、氮、磷、钾和有机肥用量对番茄叶片光合速率的数学模型。随灌水量的增加,番茄叶片光合速率呈开口向下的抛物线状变化;光合速率随施氮量、施磷量、施钾量和有机肥用量的增加呈先减少后增加的变化规律。交互效应表现为,灌水量与施氮量和施磷量呈负的交互作用,有机肥用量与灌水量、施氮量和施钾量、施氮量与有机肥用量、施钾量与有机肥用量对光合速率的影响具有正交互作用。灌水和氮、磷、钾、有机肥施用对番茄叶片光合速率的影响既相互促进,又相互制约,只有合理的水肥管理措施才能提高番茄叶片的光合速率。     

不同基质配比对盆栽香菜生长及品质的影响

以“大叶香菜”为试验材料,设置T1（草炭∶蛭石∶珍珠岩=3∶1∶1）、T2（草炭∶蛭石∶珍珠岩∶有机肥=6∶1∶1∶2）、T3（草炭∶蛭石∶有机肥=3∶1∶1）、T4（草炭∶蛭石∶珍珠岩∶有机肥=2∶1∶1∶1）、T5（草炭∶蛭石∶珍珠岩∶有机肥=1∶1∶1∶1）和T6（草炭∶蛭石∶有机肥=2∶1∶1）共6种基质配比种植盆栽香菜,研究不同基质配比对盆栽香菜生长及品质的影响。结果表明,T4处理的盆栽香菜茎粗、根长和根体积等生长指标优于其他处理,全株鲜质量相对较大,为2.854 g,全株干质量具有最大值,为0.384 g。T4处理的品质指标可溶性蛋白含量、维生素C含量和叶绿素含量也相对较高,分别为37.78、0.20和2.02 mg/g。因此,建议使用草炭∶蛭石∶珍珠岩∶有机肥=2∶1∶1∶1的基质配比进行盆栽香菜的种植。      

施肥对采煤塌陷复垦土壤团聚体组成及其碳、氮分布的影响

【目的】研究施肥对采煤塌陷复垦土壤团聚体组成及其碳、氮分布的影响,为改善采煤塌陷复垦土壤的物理团粒结构与化学性质,促进复垦土壤碳氮循环与利用提供一定理论基础。【方法】以山西省晋城市采煤塌陷复垦区土壤为研究对象,在常规灌溉条件下,以不施肥处理为对照(CK),研究了有机肥、无机肥、有机无机肥配施3种施肥处理对0～20、20～40 cm土层团聚体组成及碳、氮分布的影响。【结果】与CK相比,有机肥处理显著增加了土壤>2mm和1～2 mm粒级团聚体量,降低了0.053～0.25 mm和<0.053 mm粒级微团聚体量,单施化肥较有机肥处理提高了微团聚体量。单施有机肥、有机无机肥配施处理土壤的平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)显著高于单施化肥处理,分形维数(D)低于化肥处理。有机肥处理土壤有机碳、全氮量最高,有机无机肥处理配施次之,单施化肥处理显著低于有机肥处理;土壤有机碳、全氮主要分布在>2 mm、1～2 mm、0.25～1 mm粒级大团聚体,显著高于0.053～0.25 mm、<0.053 mm粒级小团聚体;有机肥处理、有机无机肥配施处理土壤>2 mm、1～2 mm、0.25～1 mm粒级团聚体中的有机碳、全氮量要显著高于单施无机肥处理的。各施肥处理土壤1～2 mm、0.25～1 mm粒级团聚体有机碳、全氮贡献率较高,显著高于其余粒级。有机肥、有机无机配施处理各级团聚体(除0.053～0.25 mm外)的C/N值显著高于CK,而单施化肥处理与CK差异不显著。【结论】不同施肥处理(尤其是有机肥)提高了复垦土壤大团聚体量,增强了团聚体稳定性,提高了团聚体有机碳、全氮量。     

粉末状有机肥条施排肥器设计与试验

针对粉末状有机肥湿度大、流动性差、条施困难等问题,设计了一种粉末状有机肥排肥器。该装置主要由肥箱、排肥拨轮、防自流挡板和排肥轴组成。为了提高排肥器的适用性,以不同含水率（（28±1）%、（32±1）%、（36±1）%）的粉末状有机肥为研究对象进行排肥器设计。对拨轮推动过程中的有机肥进行力学分析,将排肥拨轮设计成摆线型。为了防止有机肥直接通过肥箱底板的排肥口产生自流现象,以及破碎结块的有机肥,设计了防自流挡板。以排肥指数和排肥口宽度为试验因素,排肥稳定性变异系数为性能指标,进行二次正交旋转组合试验,建立排肥器离散元仿真模型,得到排肥指数为6个、排肥口宽度36.36mm时排肥稳定性最好;以断条率、各行排肥量一致性变异系数、排肥稳定性变异系数与排肥均匀性变异系数为评价指标对设计的排肥器进行性能测试试验,试验结果表明：排肥器对不同含水率有机肥以5~8km/h的速度施用时各性能指标均在规定范围内,工作性能稳定,满足技术要求。     

生物有机肥对马铃薯产量与土壤氮循环作用机制研究

为探讨煤基生物有机肥对滴灌条件下马铃薯产量和土壤理化特性及氮循环相关功能微生物丰度的影响,揭示煤基生物有机肥对作物产量和土壤氮循环的作用机制,在施用相同化肥基础上,分别增施0、1 500、3 000、4 500 kg/hm²（CF、BF1、BF2、BF3处理）煤基生物有机肥开展田间试验。结果表明：与CF相比,增施煤基生物有机肥显著增加了植株和块茎干物质积累量,显著提高块茎总产量5.30%～9.49%,且随增施量的增加而增加;显著降低了土壤pH值,增加了有机碳含量。随有机肥增施量的增加,土壤细菌和真菌丰度呈现减少趋势,但均高于CF。增施煤基生物有机肥显著提高了亚硝酸盐还原酶基因（nirS）丰度,对固氮酶基因（nifH）和氨氧化细菌（AOB）的氨单加氧酶基因（amoA）丰度提高不显著。土壤有机碳是驱动nirS型反硝化菌丰度的重要环境因子。适宜增施煤基生物有机肥可以调控土壤细菌和真菌占比,调节土壤氮循环过程,与其他功能基因相比,nirS基因丰度变化对煤基生物有机肥的添加更为敏感。增施煤基生物有机肥有助于提升马铃薯田生产力,以增施4 500 kg/hm²     

斗式黑水虻处理猪粪有机肥取料机设计与试验

针对黑水虻处理的猪粪有机肥在取料输送过程中劳动强度大、作业效率低的问题,根据黑水虻养殖工艺流程与有机肥物理特性,设计了一种斗式取料机。采用离散元软件构建了有机肥斗轮机械部件耦合仿真模型,运用单因素试验方法获得了斗轮进给速度、料斗转速、料斗数量对单斗平均取料量、变异系数的影响规律,并确定了各因素取值范围。在单因素试验基础上,运用Box Behnken中心组合试验方法,以斗轮进给速度、料斗转速、料斗数量为试验因素,进行了三因素三水平二次回归正交试验。建立了响应面数学模型,分析了各因素对作业效果的影响,同时对影响因素进行了综合优化。结果表明:对单斗平均取料量与变异系数影响显著顺序由大到小均为料斗转速、料斗数量、斗轮进给速度;最优工作参数组合为斗轮进给速度65 mm/s、料斗转速8.25 r/min、料斗数量3个,在最优工作参数组合下,单斗平均取料量、变异系数的理论优化值与试验值分别为4.008、4.236 kg和3.19%、3.37%,二者相对误差为5.38%、5.34%,仿真试验和台架试验结果吻合度较好。     

化肥施用量对中国粮食产量的影响分析

化肥对粮食生产的影响是粮食经济研究的重要议题,文章基于1994—2018年中国粮食主产区玉米、小麦、水稻三种主粮作物化肥施用量和粮食产量的面板数据,构建分位数回归模型,分析化肥施用量对粮食产量的影响。研究表明,随着化肥施用量的持续增加,对粮食作物的单产水平具有显著的关联效应,且呈现明显的阶段性增长特征。1997年以前,化肥施用量和单位面积粮食产量浮动程度趋于水平。1998—2004年,化肥施用量呈现大幅度跳跃趋势,但其总体产量始终维持在5 000 kg/hm~2以上。2004—2015年,化肥施用量和粮食单产都呈现出逐步递增的发展趋势。2016年后,化肥施用量和粮食单产出现小幅度增长再到小幅度回落的趋势。此外,在0.1～0.9分位点上,随着分位点的升高,玉米的化肥施用量对其单产存在正向作用,但已呈现边际效用递减特征,反观小麦、水稻的化肥施用量对其单产的促进作用逐渐减弱。为此,在坚持化肥施用零增长的前提下,需注重科学施肥、结合有机肥混合施用以提高化肥利用率,便于在保障粮食安全与促进农业可持续发展之间达成平衡。     

滴灌施肥下水肥用量对温室土壤硝态氮残留的影响

【目的】通过水肥管理达到减少温室土壤硝态氮残留、维持土壤质量的目的,探求温室土壤硝态氮残留与水肥用量的关系。【方法】在滴灌施肥条件下,以灌水量和氮、磷、钾及有机肥用量为试验因素,根据当地日光温室番茄长季节栽培实际中的水肥用量,设计各试验因子的水肥水平,采用五元二次通用旋转组合设计进行试验。拉秧后测定耕层土壤硝态氮量,建立土壤硝态氮量与水肥因子间的数学模型,据此分析了各单因子效应及二因素的耦合效应。【结果】施氮量对土壤硝态氮残留量影响最大,施磷量、灌水量和施钾量次之,有机肥用量最小。当其他因子为0水平时,土壤硝态氮残留量随氮肥用量的增多而增加,随施磷量呈开口向上的抛物线变化,随灌水量、施钾量以及有机肥用量呈开口向下的抛物线变化。灌水量及氮、磷、钾和有机肥用量对土壤硝态氮残留产生的影响程度随其他因子的水平而变,存在明显交互作用。模型寻优显示:灌水量455.1～471.5 mm,施氮量532.3～586.5 kg/hm2,施磷量420.8～466.4 kg/hm2,施钾量646.1～723.5 kg/hm2,有机肥用量25.6～27.9 t/hm2,耕层土壤硝态氮量可维持在100～150 mg/kg的较低水平。【结论】温室菜地土壤硝态氮残留量相对较大,可以通过优化水肥用量来减少土壤硝态氮的残留,故在滴灌施肥条件下仍需严格控制水肥用量。     

不同基质配比对黄瓜幼苗生长的影响

研究不同基质配比对黄瓜穴盘苗生长的影响，可为新疆和田地区黄瓜穴盘育苗提供参考。采用穴盘育苗技术，把椰糠、商品有机肥、沙子按不同体积比例混配成复合基质进行黄瓜育苗，设置5个处理和1个对照。对照基质配比为椰糠∶商品有机肥=20∶1，5个处理的基质配比分别为椰糠∶沙子∶有机肥=16∶1∶1、椰糠∶沙子∶有机肥=18∶1∶1、椰糠∶沙子∶有机肥=20∶1∶1、椰糠∶沙子∶有机肥=22∶1∶1、椰糠∶沙子∶有机肥=24∶1∶1，每个处理重复3次。试验结果表明，基质配比为椰糠∶沙子∶有机肥=22∶1∶1的处理H4，培育的黄瓜幼苗综合隶属函数值较高，优于对照（椰糠∶有机肥=20∶1），长势好。在本试验条件下，椰糠∶沙子∶有机肥=22∶1∶1的椰糠型复合基质配比作为和田地区黄瓜穴盘苗生长的育苗基质，对培育黄瓜壮苗有利，可以作为和田地区日光温室黄瓜穴盘育苗的基质配比。