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。     

基于全子集-分位数回归的土壤含盐量反演研究

为提高植被覆盖条件下卫星遥感对土壤含盐量的估测精度,以河套灌区解放闸灌域为研究区,以高分一号卫星影像为数据源,同步采集不同深度土壤含盐量,通过全子集筛选法(Best subset selection)分析不同波段和光谱指数对于不同深度土壤含盐量的敏感性,并采用人工神经网络(Artificial neural network,ANN)、支持向量机(Support vector machine,SVM)和分位数回归(Quantile regression,QR) 3种方法,构建全子集筛选前后0～20 cm、20～40 cm、0～40 cm、40～60 cm、0～60 cm等不同深度下的土壤含盐量反演模型。结果表明,B4、BI、SI1、SI3是0～20 cm、0～40 cm处土壤含盐量的敏感变量组合,B4、BI、NDVI为20～40 cm、40～60 cm、0～60 cm处土壤含盐量的敏感变量组合;在各深度下,分位数回归模型的精度最高,模型的决定系数R2c1、R2v1均在0. 4以上,均方根误差RMSEc1、RMSEv1均小于0. 4%,SVM次之,ANN最差;在20～40 cm深度下QR反演模型效果优于其他深度,为本文土壤含盐量估算的最优模型,其建模和验证的决定系数R2c1、R2v1分别为0. 611和0. 671,建模和验证均方根误差RMSEc1、RMSEv1分别为0. 177%和0. 160%。本研究可为卫星遥感大范围监测植被覆盖条件下土壤盐渍化程度提供参考。     

外保温塑料大棚表冷器-风机集放热系统性能分析

为调节外保温塑料大棚的室内气温,设计了一套通过表冷器-风机与室内空气进行热交换的表冷器-风机集放热系统（TSFU系统）。根据测试,TSFU系统在晴天和多云天的放热量Qr分别为(433.0±48.6)MJ和(199.3±0.1)MJ,系统性能系数（COP）分别达到2.9和3.1,可将室内气温分别提高(2.5±0.4)℃和(1.1±0.3)℃,且加温成本较燃气热风炉节约了40.2%。根据模拟分析,将系统表冷器-风机的全热交换效率和表冷器-风机数量分别提高至0.44和20时,可分别使晴天Qr增加(67.4±14.9)%和(76.1±14.7)%,多云天Qr增加(149±76)%和(17.0±4.5)%,COP达到3.6±0.6以上。若将蓄水池中的水体积提高到52m3,可使多云天Qr和COP分别提高(31.7±20.3)%和10±07,但晴天Qr和COP未得到改善;将水体积减小至13m3时,晴天Qr未受影响,但使多云天Qr和COP显著减小。因此,可使用TSFU系统调节外保温塑料大棚的室内温度。     

基于无人机多光谱遥感的土壤含盐量反演模型研究

为探究无人机多光谱遥感技术快速监测植被覆盖下的土壤含盐量问题,以内蒙古河套灌区沙壕渠灌域内4块不同盐分梯度的耕地为研究区域,利用无人机搭载多光谱传感器获取2018年8月遥感影像数据,并对0~40cm〖JP〗的土壤进行盐分测定。分别引入敏感波段组、光谱指数组、全变量组作为模型输入变量,采用支持向量机（Support vector machine,SVM）、BP神经网络（Back propagation neural network,BPNN）、随机森林（Random forest,RF）、多元线性回归（Multiple linear regression, MLR）4种回归方法,建立基于3组输入变量下的土壤盐分反演模型,并进行精度评价,比较不同输入变量、不同回归方法对模型精度的影响,评价并优选出最佳盐分反演模型。结果表明,通过分析3个变量组的R2和RMSE,光谱指数组在4种回归方法中均取得了最佳的反演效果,敏感波段组和全变量组在不同的回归方法中反演效果不同。4种回归方法中,3种机器学习算法反演精度明显高于MLR模型,且MLR模型中的敏感波段组和全变量组均出现了“过拟合”现象,RF算法在3种机器学习算法中表现最优,SVM算法和BPNN算法在基于不同变量组的模型中表现也不相同。基于光谱指数组的RF的盐分反演模型在12个模型中取得了最佳的反演效果,R2c和R2v分别达到了0.72和0.67,RMSEv仅为0.112%。     

基于Sentinel-2影像的黄河南岸典型改良示范区土壤含盐量反演模型

土壤盐渍化严重制约农田土壤环境的循环发展,高效准确地监测土壤盐分动态变化对盐碱地改良利用具有重要意义。为及时、有效地监测盐渍化土壤含盐量,以内蒙古黄河南岸灌区的4个典型盐碱化耕地改良示范区为例,利用Sentinel-2多光谱遥感影像,同步采集示范区内表层土壤的含盐量数据,通过相关性分析筛选敏感光谱指标,基于偏最小二乘回归（PLSR）、逐步回归（SR）、岭回归（RR）3种简单机器学习模型和深度学习Transformer模型建模,最后进行精度评价并优选出最佳含盐量反演模型。结果表明：示范区土壤反射率的可见光、红边、近红外波段反射率均与土壤含盐量呈正相关,短波红外波段反射率与土壤含盐量呈负相关,引入光谱指数能够有效提升Sentinel-2遥感影像与示范区表层土壤含盐量的相关性（相关系数绝对值不小于0.32）;对比不同模型发现深度学习Transformer模型优于简单机器学习模型,验证集决定系数R2和均方根误差（RMSE）分别为0.546和 2.687g/kg;含盐量反演结果与实地结果相吻合,为更精准反演内蒙古黄河南岸灌区盐渍化程度提供了参考。     

不同植被覆盖度下无人机多光谱遥感土壤含盐量反演

准确快速获取植被覆盖条件下农田土壤盐分信息,为土壤盐渍化治理提供依据。利用无人机遥感平台,获取2019年7、8、9月内蒙古河套灌区沙壕渠灌域试验地的多光谱遥感图像以及取样点0~10cm、10~20cm、20~40cm、40~60cm深度处土壤含盐量,通过多光谱遥感图像计算得到光谱指数,选择归一化植被指数（NDVI-2）代入像元二分模型计算植被覆盖度,并划分为T1（裸土）、T2（低植被覆盖度）、T3（中植被覆盖度）、T4（高植被覆盖度）4个覆盖度等级;同时,对光谱指数进行全子集变量筛选,并利用偏最小二乘回归算法和极限学习机算法,构建不同覆盖度下各深度土壤含盐量反演模型。研究结果表明,裸土和高植被覆盖度下的反演模型精度高于低植被覆盖度和中植被覆盖度下的反演模型精度;对比PLSR和ELM 2种SSC反演模型精度,ELM模型的反演精度比PLSR模型高;覆盖度T1、T2、T3和T4的最佳反演深度分别为0~10cm、10~20cm、20~40cm、20~40cm。研究结果为无人机多光谱遥感监测农田土壤盐渍化提供了思路。     

基于GF-1卫星遥感的河套灌区土壤含水率反演模型研究

为探究植被覆盖条件下GF-1卫星反演农田土壤含水率的可行性,以河套灌区解放闸灌域沙壕渠为研究区,采用GF-1卫星遥感影像作为数据源,通过全子集筛选法确定不同土壤深度下光谱指数的最优自变量组合,并分别采用多元线性回归(MLR)、BP神经网络(BPNN)、支持向量机(SVM)3种算法,构建不同深度下土壤含水率反演模型。结果表明,全子集筛选后模型反演精度有较大提升,且过拟合现象减弱;植被覆盖条件下各深度土壤含水率敏感程度从大到小依次为0~40cm、0~60cm、20~40cm、0~20cm、40~60cm;植被覆盖条件下各模型对土壤含水率反演能力由强到弱依次为BPNN、SVM、MLR;筛选后BPNN在深度0~40cm下的建模集和验证集R2adj均能达到0.50以上,RMSE在0.02%以内。研究结果可为植被覆盖条件下利用GF-1卫星监测农田土壤含水率提供参考。     

基于可见光/近红外技术的干旱区绿洲土壤盐分空间分布识别

土壤盐渍化是制约干旱区经济发展的重要因素,准确获取土壤盐分信息成为治理干旱区土壤盐渍化的前提。利用采集自渭干河-库车河绿洲的67个表层(0~10 cm)土壤样品,通过可见光/近红外(visible-near infrared spectroscopy,VNIR)光谱技术结合实验室测定的土壤盐分数据,在相关分析提取敏感波段的基础上,运用偏最小二乘回归(PLSR)和支持向量机(SVM)方法进行土壤含盐量的建模并对比分析;此外,利用地统计方法,将最优模型预测得到的土壤含盐量数据进行空间插值,最终获取土壤含盐量的空间分异规律。结果表明:1利用原始一阶微分经支持向量机方法(SVM)建立的土壤含盐量模型,预测集决定系数R2为0.853,均方根误差RMSE为0.381,该模型具有较高的预测精度和较好的稳健性,可以作为有效手段估算干旱区绿洲土壤含盐量。2土壤表层含盐量属于中等空间变异,且空间结构比小于25%,具有强空间自相关。3利用支持向量机得到的土壤含盐量盐分分布图中,土壤含盐量预测值和实测值的决定系数R2为0.786,均方根误差(RMSE)为0.528,显示了较高的预测精度,该研究为快速获取干旱区绿洲土壤含盐量空间分异规律提供了一种新方法。     

基于Pyboard的土壤水通量测量系统研究

针对目前没有成熟的土壤水通量测量设备的问题,通过技术分析,使用Pyboard控制单元、MicroPython编程语言和ADS1256模数转换芯片,设计了一款土壤水通量传感器。使用Python软件,利用Math库中的Matplotlib函数设计了上位机软件,通过传感器功能测试,可实现土壤热扩散系数、容积热容量、热导率以及土壤水通量的测量。选用石英砂、壤质砂土、砂质壤土和砂质黏壤土4种土样进行试验,根据最大无量纲温度差（MDTD）法和比率（Td/Tu）法得出计算值,并与实际水通量进行对比。结果表明,该系统测量精度高、运行稳定。两种方法的计算结果与实际值之间线性度良好,4种土样的MDTD法决定系数分别为0.9677、0.9798、0.9780、0.9647,Td/Tu法的决定系数分别为0.9845、0.9985、0.9989、0.9986,说明系统具有较高的测量精度。通过适应性评价得出,4种土样中Td/Tu法计算值与实际值之间的相关性更好,误差更低,计算效果优于MDTD法。     

基于无人机遥感图像纹理与植被指数的土壤含盐量反演

基于无人机遥感技术获取农田土壤盐分信息为盐渍化治理提供了快速、准确、可靠的理论依据。本文在内蒙古河套灌区沙壕渠灌域试验地上采集了取样点0～20cm的土壤含盐量，并使用M600型六旋翼无人机平台搭载Micro-MCA多光谱相机采集图像。利用Otsu算法对多光谱图像进行图像分类（土壤背景和植被冠层），基于分类结果分别提取剔除土壤背景前后的光谱指数和图像纹理特征，采用支持向量机（SVM）和极限学习机（ELM）构建土壤含盐量监测模型，其4种建模策略分别为:未剔除土壤背景的光谱指数(策略1)、剔除土壤背景后的光谱指数(策略2)、未剔除土壤背景的光谱指数+图像纹理特征(策略3)、剔除土壤背景的光谱指数+图像纹理特征(策略4)，通过比较4种建模策略的模型精度以筛选出最优变量组合。结果表明：策略3、4所计算出的土壤含盐量反演精度高于策略1、2，策略1~4验证集决定系数R2v分别为0.614、0.640、0.657、0.681，因此利用图像纹理特征+植被指数对提高土壤含盐量的反演精度有重要意义。对比策略3、4，图像纹理特征+植被指数受到土壤背景的影响，策略4精度低于策略3精度，其R2v分别为0.614、0.657；各变量处理的最优模型均为ELM模型，建模集R2c分别为0.625、0.644、0.618、0.683，标准均方根误差分别为0.152、0.134、0.206、0.155。相比于SVM模型,ELM模型提高了土壤含盐量的反演精度。     

中国主要退化土壤的改良剂研究与应用进展

在中国主要退化土壤类型和分布的基础上,对比分析了退化土壤的不同改良技术;结合国内外土壤改良剂研究概况和土壤改良剂的原料来源及其分类,总结强调了土壤改良剂对土壤和农作物的主要功能影响.阐述了酸化地、盐碱地和重金属污染地土壤的土壤改良剂研究效果,提出不同类型退化土壤的土壤改良剂在应用过程中存在的问题.最后,进一步探讨土壤改良剂研发与应用过程中面临的主要问题,结合绿色和可持续发展导向,指出加强土壤改良剂的应用基础研究、新型环保低成本研发、应用评价、应用规范建立和认证管理以及退化土壤的综合治理是土壤改良剂研究与应用的发展趋势.     

土壤水分对半干旱区石灰性土壤有机碳矿化的影响

为明确土壤水分对我国北方半干旱区域石灰性土壤有机碳矿化的影响,采用室内恒温培育试验,以栗钙土、栗褐土、褐土为研究对象,研究了不同土壤水分条件下土壤有机碳(SOC)矿化差异。土壤含水率设置为田间持水率(WHC)的40%、70%和100%。结果表明,随着土壤含水率升高,3类土壤2种利用方式(玉米地、果园)土壤有机碳累积矿化量及矿化率增大,较高水分下的增幅(70%WHC~100%WHC)小于较低水分下的增幅(40%WHC~70%WHC);土壤有机碳矿化动态符合一级动力学方程,土壤潜在矿化碳库(Cp)为33.10~193.56 mg/kg,潜在矿化率Cp/SOC为0.41%~3.35%,Cp及Cp/SOC随土壤含水率升高而增大,Cp及Cp/SOC较高水分条件下的增幅较小;40%WHC下Cp/SOC与土壤有机碳量显著负相关,70%WHC及100%WHC下则与土壤有机碳量及黏粒量显著负相关(P0.05)。半干旱区域石灰性土壤有机碳矿化及土壤有机碳固存能力在较低水分条件下(40%WHC~70%WHC)受土壤水分变化影响较大。     

花岗片麻岩山区土壤水分特征研究

以河北平山县岗南镇低山丘陵区为研究对象,分析不同土层、坡位及坡向的土壤水分特征。结果表明:土壤水分渗透速率随着时间的延长逐渐降低,最后达到稳渗。土壤质地大部分为多砾质,土壤总孔隙度在37.53%~48.12%之间,阳坡绝大部分是毛管孔隙。不同坡位>0.25 mm土壤团聚体含量,坡下明显高于坡上,不同坡向>0.25 mm的团聚体呈现:半阴坡>阴坡>阳坡,且随土层加深含量增加。土壤容重,阴坡>阳坡>半阴坡。土壤蓄水能力,阴坡优于阳坡;20~40 cm的中层土壤蓄水能力优于其它土层。     

淋洗状态下保护地土壤pH与盐分含量及其组成关系的研究

以沈阳地区酸化比较严重的保护地土壤为研究对象,采用淋洗模拟试验的方法,通过测定淋洗后土壤pH值和全盐量、淋洗出的盐分离子含量,研究了土壤pH值与离子组成、含量之间的关系.结果表明:①土壤pH值与土壤全盐含量呈显著负相关关系,即土壤pH值随土壤全盐量的降低而逐渐增加,但盐分的减少对土壤pH的影响在淋洗后期明显大于前期;②土壤pH值与阳离子、阴离子的组成即相对比例有关,其中与K+和其他4种阴离子呈曲线负相关关系,与另外3种阳离子呈直线负相关关系,且相关性均达到极显著;③随着淋洗次数的增加,NO3、SO42-等离子含量在全盐含量中所占比例而不断下降,与此同时土壤pH值却在不断的上升,而Ca2+、Na+等盐基离子在全盐中的相对比例的上升也是导致土壤pH值上升的重要因素.     

大孔隙对土壤水分特征曲线的影响

土壤大孔隙是普遍存在的现象 ,并非例外 ,它对水及溶质在土壤中的运移有着深刻影响。分别从原状土区和回填土区随机取若干土样 ,采用离心机法测得了原状土和回填土的水分特征曲线 ,比较原状土和回填土土壤水分特征曲线的参数 ,分析了土壤中大孔隙的存在对土壤水分曲线中各参数的影响。指出在进行土壤中水及溶质运移研究中 ,必须考虑大孔隙的影响。     

层状土溶质运移特性及其参数分析

由于自然和人为因素作用,土壤常常呈现层状结构,这种层状结构影响土壤水分和溶质的运移特性。通过室内模拟试验,分析了层状土溶质运移特性,研究了层状土溶质运移参数变化特征。结果表明C l-在层状土及均质土中弥散度具有明显差异,并且这种差异与夹层土壤的弥散度存在密切相关。     

黄河古道细质沙土水分性状的研究

供试土壤为细砂（粉砂）质壤上，２ｍ土层有效水贮量总计为４５８．３ｍｍ，其中，０～９３ｃｍ细质矽土层为主要供水土层，在９３～１５５ｃｍ有一粘土夹层，它能提供的有技水量很少，但它使砂层产生了近１００ｍｍ的顶托水量，因此，供试土壤有一个良好的水分性状，其２ｍ土层有效水贮量基本能满足作物的需水要求。     

小型碎土机的设计

为解决水田育苗过程中碎土劳动强度大、效率低的问题,设计研制了工厂化育苗生产线配套机具———小型碎土机。介绍碎土机的基本结构及工作原理,着重阐述关键部件的设计和使用SolidWorks建模方法。试验结果表明：该机结构紧凑、运行平稳、工作效率高、作业质量好,可促进工厂化育苗技术的快速发展。     

土壤质地对机采棉土壤水热状况及生长发育影响研究

为了进一步明确玛纳斯河流域土壤质地对机采棉水热状况及生长发育的影响,通过测坑试验,对3种不同土壤质地(壤土、砂土、黏土)下的土壤温度、土壤含水率、机采棉、株高、叶面积及产量进行了对比分析。结果表明,不同土壤质地条件下地温日变化及不同时间段温度增量表现为:砂土黏土壤土;不同土壤质地条件下0~60 cm和0~100 cm土层土壤质量含水率大小顺序为:黏土壤土砂土;不同土壤质地下机采棉的生长及产量均表现为壤土黏土砂土。研究认为壤土质地种植机采棉,提高了其生育前期的土壤温度,有效保持了土壤水分,有利于其生长发育。因此,为了提高水分利用效率及产量,建议玛纳斯河流域应增加壤土质地种植机采棉的比例。     

不同灌溉方式对新疆盐碱地土壤理化性质和微生物特性的影响

采用大田试验,以农十师种植面积最大的食葵为研究对象,用3种不同灌溉方式对新疆种植食葵盐碱地的土壤理化性质和微生物特性的影响进行研究。结果表明:渗灌、滴灌和沟灌3个处理对土壤中总盐和pH值有明显的抑制作用,对土壤的速效养分、微生物种群数量、微生物量、碱性磷酸酶、蔗糖酶、蛋白酶、碱性磷酸酶、多酚氧化酶活性有明显的促进作用,对土壤过氧化氢酶活性没有影响。降低土壤的盐分和pH值以沟灌为宜;提高土壤的速效养分、土壤微生物特性以滴灌为宜。