生态农业和有机农业的创新

现代农业系统在明显提高产量、保证粮食安全的同时,也对人类健康和地球的可持续性产生了影响。在持续不断的严重环境破坏和自然资源毁坏的背景下,建立可持续的农业生产方式至关重要。生态农业和有机农业是减少生态可持续性和生产力及社会可持续之间权衡关系的重要方法。这两种农业方法都属生态集约化范畴,均具有减少环境污染的巨大潜力;然而,生态农业和有机农业常导致产量降低。虽然产量降低带来的损失可以通过改变人们的饮食习惯来弥补（如减少食物浪费、减少食用精饲料喂养的肉类）,但是,由于全球的发展趋势与之相反,因此本文探讨了通过科学研究寻求新的解决方案前景来提高低投入农业系统作物产量的可能性。为权衡生产力与可持续发展的关系,使生态农业和有机农业有助于粮食安全,我们对未来研究提出5点建议：1）农场和田地的景观设计与复合种植模式、2）数字化技术的应用、3）以农田低投入为目标的作物育种、4）农业废弃物的高质量循环利用和5）非化学作物保护。     

双行手扶式大蒜联合收获机设计和试验（英文）

为解决大蒜机械化收获时损伤率与损失率较高的问题,结合大蒜物理特性和种植模式,该研究设计了一种双行手扶式大蒜联合收获机,主要由挖掘装置,矫正装置,夹持装置,切割装置,收集装置等组成,可一次完成大蒜的挖掘,姿态矫正,夹持输送,茎根切割,低损收集等作业工序。为提高大蒜收获作业质量,采用Box-Behnken中心组合试验方法,以前进速度、挖掘深度、链条距离为试验因素,以损伤率和损失率为评价指标,进行参数优化试验。建立各影响因素与指标之间的回归数学模型,分析各因素对响应值的交互影响,获得最优参数组合为:前进速度0.51 m/s、挖掘深度97.2 mm、链条距离7.6 mm,对应的损伤率、损失率分别为0.65%、1.28%,对优化结果进行验证试验,试验结果表明在最优参数组合下,损伤率为0.63%、损失率为1.25%,各评价指标与预测值均很接近。研究结果可为大蒜联合收获机进一步完善结构设计和工作参数优化提供参考。     

植物提取影响因素研究进展（英文）

Hyperaccumulators concentrate trace metals and heavy metals in their shoots when grown in metal-contaminated soils and these trace metal-loaded plants may be removed by harvesting the fields.Studies exploring the beneficial role of these hyperaccumulators to clean up the environment have led to the development of phytoextraction.The success of phytoextraction depends upon the high biomass of plant species and bioavailability of metals for plant uptake.The phytoavailability of metals is influenced by soilassociated factors,such as pH,redox potential,cation exchange capacity,soil type,and soil texture,and by plant-associated factors,such as root exudates and root rhizosphere processes(microorganisms).Efficiency of phytoextraction can be improved by advanced agronomic practices including soil and crop management by application of genetic engineering to enhance the metal tolerance,shoot translocation,accumulation,and sequestration and by application of chelate treatments to enhance metal bioavailability.Application of microorganisms including bacteria and mycorrhiza may facilitate the phytoextraction application at commercially large scale.     

灌水和氮肥类型对土壤微生物量和酶活性的影响（英文）

灌水和施氮肥类型对土壤微生物和酶的影响尚不清楚。该研究旨在评估不同灌水和氮肥类型对土壤微生物生物量和酶活性的影响。结果表明,与清水灌溉相比,再生水灌溉显著增加了土壤细菌、放线菌、革兰氏阳性菌的生物量以及总磷脂脂肪酸,增加幅度分别为7.60%、10.48%、4.97%和4.88%。施氮肥显著提高了土壤细菌生物量和总磷脂脂肪酸,增加幅度范围分别为13.42%～17.34%和8.12%～11.19%。与清水灌溉相比,再生水灌溉并没有显著增加土壤脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶活性。施氮肥也没有显著提高土壤脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶活性。土壤微生物和酶在施缓释尿素肥的土壤中更为活跃。研究结果表明,与其他土壤微生物相比,放线菌和革兰氏阳性菌生长得更快,能更有效地利用再生水灌溉带入的可溶性有机氮;而细菌能更有效地利用氮肥带入的硝态氮。再生水灌溉和施缓释尿素肥在增加土壤微生物生物量和酶活性方面更有效。为了获得更好的土壤质量,更高的作物产量和可持续性利用水资源,建议夏玉米-冬小麦轮作种植利用再生水滴灌并施用缓释尿素肥。     

基于图像和卷积神经网络的蝴蝶兰种苗生长势评估（英文）

在蝴蝶兰(Phalaenopsisaphrodite)产业中,种苗在达到最短营养栽培时长时的生长势在其后续的栽培链和最终的经济利润中起着重要的作用。当前在商业大型温室中主要采取人工方式对每株种苗进行评估,既费时又费力。基于RGB图像进行植物生长评估的相关研究依赖于从图像中手动提取人工定义的特征,从而影响了机器学习模型的有效性和泛化能力。该研究使用卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)来探讨其以端对端方式评估温室中蝴蝶兰种苗生长势的可行性。对在温室中采集的图像数据集,采用不同的CNN架构(VGG、ResNet和Inception-v3)结合不同的训练机制(从头训练、微调、特征提取)建立基准模型,其中微调取得了最佳的分类结果。考虑到该研究的目标任务是对具有复杂图像背景的单个温室种苗的形态分类,为进一步提高模型性能,在可控的实验室条件下采集了更多的种苗图像。实验室图像进行背景分割后,用于协助模型更好地学习植株的形态,即建立增强模型。与基准模型相比,2种增强方式总体上在温室测试集的F1-score取得了0.03～0.05的提升。采用增强方式Ⅱ的VGG模...     

基于PLSR和BPNN方法的番茄光合速率预测比较（英文）

CO2作为温室作物光合作用的重要原料,不同环境因子交互作用的植株叶片对CO2浓度需求具有较大差异。为寻求CO2浓度合理增施量,该文基于偏最小二乘法和BP神经网络方法对不同生长阶段番茄作物进行光合速率预测,进而探讨作物生长过程中可通用的光合速率预测方法。试验以无线传感器网络系统实时监测环境信息(CO2浓度,光照强度,空气温度及相对湿度),以LI-6400XT光合速率仪获取作物单叶净光合速率。剔除样本奇异点后,对样本值进行统一归一化。以CO2浓度、光照强度、空气温度及相对湿度为模型输入变量,以光合速率为输出量,利用偏最小二乘法和BP神经网络方法分别建立番茄幼苗期,开花期及结果期的光合速率预测模型。模型验证结果表明,偏最小二乘法在番茄各生长阶段的决定系数分别为0.74,0.88和0.85,最大相对误差为15.01%;而BP神经网络在各阶段具有较高的预测精度,其决定系数分别为0.94,0.96和0.97,最大相对误差为9.56%。因此,基于BP神经网络模型预测了特定环境下的CO2浓度饱和点,为温室CO2增施提供依据。     

有机农业生产中的因基饰变生物（GMOs）问题及对策

从有机农业生产角度综合分析论述因饰变生物在开发和应用中存在的问题，有机农业生产和加工中的相关标准，及如何来防止基因饰变生物对有机农业的污染，并分析了我国有机农业发展中的基因饰变生物状况。     

核桃酚类物质和蛋白间的相互作用及其抗氧化活性（英文）

酚类物质和蛋白质之间存在多种相互作用力,因此难以被充分提取。该研究以核桃蛋白为研究对象,用不同量的尿素和氯化钠定向破坏核桃酚类物质和核桃蛋白之间的离子键、氢键和疏水作用力,以研究核桃酚类物质和核桃蛋白之间的非共价键结合机制。结果显示在p H值3.0时,77.7%的酚类物质与蛋白以共价键结合,而有34.6%的缩合单宁与核桃蛋白以共价键结合。在p H值8.0时,有65.4%酚类物质和59.4%的缩合单宁与核桃蛋白以非共价键结合。其中疏水作用力是主要的非共价键结合方式。对以不同非共价键与核桃蛋白相结合的酚类物质的抗氧化活性进行测定,结果显示以离子键与蛋白结合的酚类物质的抗氧化活性最强。其中,在p H值3.0条件下与WP(Iwalnut protein isolates)以离子键结合的酚类物质的DPPH自由基清除能力为5.7%,Fe2+螯合率为5.9%,在p H值8.0条件下与WPI以离子键结合的酚类物质的DPPH自由基清除能力为10.9%,Fe2+螯合率为11.5%。另外,该研究还探讨了在p H值3.0和8.0时,70%(v/v)乙醇和60%(v/v)甲醇提取核桃蛋白中酚类物质的能力,结果表明这两种提取剂不能显著提高酚类物质的提取率,且不能有效得到具有较强抗氧化能力的酚类物质。     

基于Android的车载式土壤电导率和光谱反射率检测系统（英文）

This paper aims to develop a vehicular integrated system collecting soil electrical conductivity(EC)and spectral reflectance.The system could collect soil EC and spectral reflectance automatically when the vehicle moves and save these measurement results with GPS.The information could reflect the characteristics of soil parameters such as soil salinity and water content.Hence,an Android-based vehicular detection system for soil conductivity and spectral reflectance information was developed.Soil electrical conductivity measurement was performed based on improved"current-voltage"four-terminal method.A STS-NIR spectrometer was used for collecting near-infrared spectral reflectance.The system collected the information of soil electrical conductivity and soil spectral reflectance while collecting GPS,which could be used for precision agriculture.The system was tested in a farm of Beijing on March 25,2014.Soil electrical conductivity of the farmland was measured and soil samples were collected.Water content and soil electrical conductivity were measured in the laboratory.The result of these experiments showed that the system could work stably in farmland and had good prospects.     

小车避障双目视觉识别系统的研发（英文）

For the reasons of the complex working environment and plenty of obstacles in facility agriculture,this paper studied the problem of identifying the obstacles by binocular vision recognition system.Binocular vision system was built up at first.Open CV and Matlab were used for the binocular camera calibration respectively.Secondly,Bouguet algorithm was used to rectify the input images and analyse three kinds of matching algorithms.Then the smallest enclosing moment of the object could be extracted.At last,the distance between the objects was calculated and 3D reconstruction was used.The experimental results showed that the binocular vision system had high reliability,high real time,strong anti-interference ability and lower cost which can identify different obstacles with a wide application rage.It could satisfy the operational requirements of the unmanned control vehicle’s automatic obstacle avoidance in facility agriculture,and laid the foundation for vehicle obstacle avoidance and navigation.     

基于点云配准的果树快速三维重建（英文）

旨在为果园生产管理提供果树三维可视化基础数据,该文提出了一种基于点云配准的自然光照环境下的果树三维重构方法。首先,利用RGB-D相机采集不同视角下的果树彩色图像和深度图像,并通过信息融合获取相应视角下果树的三维点云数据;第二,对果树原始点云进行去背景和滤波等预处理,利用归一化对齐径向特征NARF(Normal Aligned Radial Feature)算法计算每片点云中的关键点,并在关键点初运用快速点特征直方图FPFH(Fast Point Feature Histograms)描述子得到关键点的特征向量。通过计算比较两片点云的FPFH特征,寻找两片相邻点云之间的空间映射关系,利用随机抽样一致性RANSAC(RANdom SAmple Consensus)算法提纯映射关系并完成相邻两片点云的初始配准;第三,在初始配准的基础上,利用迭代最近点ICP(Iterative Closest Point)算法完成点云的精确配准;最后,利用上述点云初始配准和精确配准方法对果树多片点云进行全局配准并完整重构果树的三维点云图像。针对配准过程中时间消耗过大的问题,该文提出了基于OpenMP技术对配准进行加速的方法。结果表明,该文所提出的果树三维重构方法具有较高的准确性,配准的平均距离误差为0.0068 m;同时,在不影响配准精度和稳定性的前提下大幅提高了果树三维重建的效率。     

农业航空喷施风洞试验技术研究进展（英文）

The low speed wind tunnel is more and more popular in civil applications nowadays.The aviation spray is one of the key technologies in agricultural aviation application while wind tunnels can create the right environment for aviation spray simulation tests.The authors collect and analyzes the typical low speed wind tunnel applications in aviation spray drift,droplet size distribution,spray prediction model building and droplet size spectra classification.The authors also put forward the suggestions of preferential domestic wind tunnel tests research not only for general agricultural aviation spray but also for the application of spray prediction model,spray with unmanned aerial vehicle and aviation electrostatic spray.     

基于显著和模糊检测的浅景深作物病害图像分割（英文）

大多数现有的基于图像的作物病害诊断方法往往对输入图像的质量具有很高的要求,例如要求背景简单、大景深等等。因此这些方法的预处理过程中需要去除复杂背景,然而这个预处理较难获得理想的结果。此外,当作物病斑面积较小时,会使得获取的图像景深较浅,也导致了这些方法难以抽取精确的病斑区域。为了解决上述问题,该文提出一种利用目标检测来分割病斑图像的方法。首先,该方法对抽取的结构特征和颜色特征进行整合并对特征空间进行量化,从而得到作物病害图像的显著区域。该方法不需要进行去除复杂背景的预处理过程即可得到病斑区域的图像;同时,为了处理浅景深的病害图像,引入了模糊检测方法用以进一步过滤背景和模糊区域的图像。试验中利用多种黄瓜和水稻病害的图片,将该方法与阈值法、图切割法进行了对比,结果表明该方法在效率不明显降低时,其分割效果明显优于阈值法;在分割效果差异不大时,其运行效率明显高于图切割方法;同时,该方法能够对浅景深的作物病害图像的病斑区域进行有效的分割。     

基于3G和Wi-Fi的高分辨率视觉传感器传输控制方案（英文）

智能视觉传感器技术因其低成本和图像高效采集优势成为当今无线视觉传感器网络(wireless vision sensor network,WVSN)的研究热点。该文在之前基于ARM平台S3C6410设计的低成本高分辨率农业视觉传感器(agricultural high resolution vision sensor,HRAVS)设计基础上,进行了网络和远程控制扩展,设计了一种基于WCDMA和Wi-Fi的高分辨率视觉传感器远程传输控制方案(vision sensor remote transmission control schema for the HRAVS,VSRTC)。使新型HRAVS节点可以利用有线、Wi-Fi、3G和4G等支持WVSN和农业物联网的应用。该文详细设计了VSRTC的应用体系结构、传输控制协议、应用软件。利用扩展的网络化视觉感知传感器,在华南农业农业大学试验农场部署了10个图像采集节点构成的WVSN,并开展了25d的运行测试,测试了新型节点的稳定性、图像采集与编码的性能,采集图像的平均耗时,以及在不同分辨率下的视频帧速率等。结果表明,该节点能够有效地支持命令响应式、周期响应式、视频流3种采集模式;在重传方案支持下所有节点指令丢失率在1%以内;在非联网状态下节点本地工作模式下,节点在1.3、2.0和3.2 Mpixel下采集图像的最短节点平均耗时分别约为6.2、8.2和11.1 s,最大视频帧速率分别为58.7、34.6、16.4帧/s;在全网络环境中,节点在1.3、2.0和3.2 Mpixel下采集图像的最短节点平均耗时分别约为17.6、26.9和49.6 s,最大视频帧速率分别为20.2、16.1、9.3帧/s。该方案对实时性要求不太高的农业领域来说,基本能满足其高分辨率图像和视频传输的需要。     

土壤pH值和含水量对土壤硝化抑制剂效果的影响（英文）

硝化抑制剂如2-氯-6-三氯甲基吡nitrapyrin,通常与氮肥配施来抑制硝化作用提高农田中肥料的利用率,但是其抑制效果会受到土壤理化性质的影响。采用新工艺重新合成后的新型nitrapyrin纯度高达98%,由于杂质减少而具有更好的硝化抑制效果。为了研究土壤pH值和含水量对新型nitrapyrin抑制效果的影响,明确nitrapyrin适合施用的土壤条件,采用室内培养试验,研究了在不同的土壤pH值和含水量下nitrapyrin对无机氮含量动态变化和硝化作用强度的影响,以及其硝化抑制率的变化规律。结果表明:随着土壤pH值的升高,铵态氮含量降低,硝态氮含量和表观硝化率呈现上升的趋势,并且在所有pH值处理下氮肥配施nitrapyrin均显著地降低了矿质氮库铵态氮的转化量,均不同程度地抑制了硝化作用;在培养的第9天,nitrapyrin在pH值7.70处理下对硝化作用抑制效果最好,硝化抑制率达到91.53%,但硝化抑制率的降低速率在高pH值处理上更快;在培养的第45天,当pH值为4.66时,硝化抑制率为36.43%,显著高于其他处理;在整个培养过程中,施用nitrapyrin能显著抑制各处理的硝化作用,硝化抑制率在不同土壤含水量上的表现为:40%WHC60%WHC80%WHC。可见,nitrapyrin更加适合施用在酸性土壤以及旱地土壤上,该研究可以为新型硝化抑制剂nitrapyrin在农田中施用的最优条件提供理论依据。     

生物炭对沙质土水分蒸发和导水率的影响（英文）

Biochar,as a kind of soil amendment,has important effects on soil water retention.In this research,4 different kinds of biochars were used to investigate their influences on hydraulic properties and water evaporation in a sandy soil from Hebei Province,China.Biochar had strong absorption ability in the sandy soil.The ratio of water content in the biochar to that in the sandy soil was less than the corresponding ratio of porosity.Because of the different hydraulic properties between the sandy soil and the biochar,the saturated hydraulic conductivity of the sandy soil gradually decreased with the increasing biochar addition.The biochar with larger pore volume and average pore diameter had better water retention.More water was retained in the sandy soil when the biochar was added in a single layer,but not when the biochar was uniformly mixed with soil.Particle size of the added biochar had a significant influence on the hydraulic properties of the mixture of sand and biochar.Grinding the biochar into powder destroyed the pore structure,which simultaneously reduced the water absorption ability and hydraulic conductivity of the biochar.For this reason,adding biochar powder to the sandy soil would not decrease the water evaporation loss of the soil itself.     

生态环境视角下有机农业发展助推环境保护与绿色发展（1994—2019）

习近平总书记在2018年全国生态环境保护大会上的重要讲话指出,要加快形成绿色发展方式,从源头上防治环境污染。实现绿色发展关键在于产业生态化、生态产业化,而推动有机农业发展是农业生产方式绿色转型和生态环境保护耦合发展的重要途径。本文从生态环境视角首先依据发展水平、发挥作用以及政策形势,将1994—2019年我国环境保护部门在推动有机食品发展和有机产品基地建设方面开展的工作划分为三个阶段;其次,总结凝练了有机产品基地建设在面源污染源头防控、农田生物多样性保护、生态扶贫及生态产品供给等方面产生的综合效益;最后,提出新形势下有机农业发展与有机产品基地建设在发展生态经济、防控面源污染、助推农村生态环境监管以及生态产业扶贫等方面的对策建议。     

肯尼亚和中国农业资源投入与农业单产水平变化（英文）

当前,肯尼亚和中国在生产足够粮食以保障粮食安全方面都面临着严峻的挑战。尤其是对于肯尼亚而言,因为其2100年预测的人口将达到2018年的1.4倍,且其粮食生产在过去并没有大幅度的改善。而中国近些年粮食生产能力显著提高。本文系统分析了肯尼亚和中国农业资源投入、种植业和畜牧业单产水平的历史变化,以及农业资源投入与产量之间的关系,为肯尼亚粮食危机和消灭贫困提供更多的理论支撑。研究结果表明,在20世纪60年代,肯尼亚耕地、草地和降水等自然资源人均占有量比中国高2～3倍,且人均食物能量和蛋白质供应显著高于中国。当前,肯尼亚人均资源拥有量仍高出中国约30%,但是其人均食品供应和粮食自给率却远低于中国平均水平。这是由于与肯尼亚相比,中国在种植业和畜牧业长期持续的投入,大幅度地增加了种植业和畜牧业能量或蛋白质单产水平。1961—2017年,中国和肯尼亚作物蛋白的平均单产分别增加282%和44%。中国的数据表明,种植业和畜牧业单产水平与肥料、精饲料、机械和农药的投入具有显著正相关性;农牧业生产结构对单产水平的变化影响也很大,如种植业中蔬菜和水果播种面积占比,畜牧业中单胃动物饲养占比等。总的来说,农业资源投入和农业结构对生产力的提高都有很大的影响,这可能是肯尼亚提高农业生产力的潜在选择。