蝗虫对光谱光照特性趋光反应的对比及数学分析

为给蝗虫灾害光电诱导机械化捕集技术中诱导光源光照参数的选取及设计提供技术支持,该文利用LED光源和自制的行为反应试验装置采用对比试验法,进行了蝗虫趋光选择最佳的光谱优选,并测试了蝗虫趋光行为反应的光照阈值,探讨了不同光谱和光照度对蝗虫趋光行为影响的机理。结果显示：相同光照度条件下,蝗虫对紫光（405?nm）的内在趋光反应率最高,对紫绿蓝（520+465+405?nm）组合光的反应次之;蝗虫对紫（405?nm）、绿（520?nm）、蓝（465?nm）及组合光的趋光反应率数学模型求解表明,蝗虫对不同光谱的趋光反应存在最高趋光光照度值和最低灵敏光照度值,其中紫光对二者的光照度最低;蝗虫的趋光响应受光谱和光照度的影响,在绿、紫、蓝光谱组合的光照度值内提高光照强度可达到蝗虫对紫光反应的逼近效果。     

光温耦合效应对蝗虫趋光增益的影响（英）

为给蝗虫灾害光电诱导捕集治理技术中蝗虫趋光增益性热源温度参数的确定及光温耦合调控效应的有效实施提供技术支持,该文利用LED光源、温控加热装置和行为反应试验装置,采用对比试验法进行蝗虫趋光增益性热源温度的优选,探讨光温耦合效应与环境温度作用对蝗虫趋光增益行为影响的机理。结果显示：热源温度高低、光谱色光照、环境温度及蝗虫昼行夜伏性活动规律影响夜间蝗虫对光温耦合效应的选择,热源温度于蝗虫的趋光响应具有增益效应,其中以65℃热源温度于蝗虫的趋光增益作用最佳;同一时间段内,蝗虫对紫光与65℃热源温度耦合效应的选择最优;热源温度对蝗虫的光温诱导起增益群集作用,而光谱色光照对蝗虫诱导起主要作用。该项目的开展对于蝗虫光电诱导捕集机械化技术中在确定温度增益调控参数以及诱导区域内光温耦合效应对蝗虫诱导率的评估可提供实践指导参考。     

光源与机械刺激下蝗虫的运动行为

为提高光电诱导机械捕集蝗虫设备的捕集效率,本研究利用LED光源和自制的行为反应试验装置采用对比试验法,测定了蝗虫在诱导光源与机械刺激作用下的运动方向性和运动敏感性,探讨了蝗虫对外界刺激的神经反应与运动行为间的相互关系。结果显示:不同因素刺激下蝗虫表现出不同的运动行为。机械刺激作用下蝗虫的运动敏感性提高,但无明显的运动方向性;诱导光源作用下蝗虫具有明显方向选择性,但运动敏感性随时间逐步衰减;机械刺激与光源刺激耦合作用下蝗虫既有较强的方向选择性,又有持续的运动敏感性。     

光振耦合对蝗虫趋光响应驱动增效效应的影响及测定

依据蝗虫趋光机理和振动惊吓蝗虫反应特性,利用LED光源、振动激发设备和蝗虫行为试验装置,进行了蝗虫对光振耦合和光谱光照趋光响应的对比测定。结果显示:光谱光照和振动的耦合效应对蝗虫趋光产生了推拉驱动激发效果,振动刺激驱动增效了蝗虫趋光响应的程度,并增益了蝗虫趋光响应的实现,而光谱光照决定了蝗虫的趋光诱导效果;光谱光照和振动刺激蝗虫不同感受器引发蝗虫神经生理敏感反应的差别,导致振动频率50Hz、振动400ms而间歇停止1s、较高激振力的循环振动模式与紫光耦合激发蝗虫趋光响应强度和增效程度较佳;光振耦合效应激发蝗虫,会导致蝗虫产生有利于趋光的生理效应,且光振能量越强,对蝗虫趋光生理反应的初始激发效应也越强;蝗虫对光振刺激敏感反应点的差异性、光振传播的衰减性、蝗虫对光振刺激的敏感选择调谐性等,影响光振耦合对蝗虫趋光激发的增效程度。因此,在蝗虫趋光有效的光照范围内,通过利用振动惊吓蝗虫反应的强度门限值与振动激发蝗虫趋光最佳的调控模式的组合,来实施逐步移动逼近式的调控性振动激发,可满足振动激发蝗虫趋光增效的技术需求,进而为蝗虫光电诱导物理捕集设备的研制和实施提供了技术支撑。     

灾害蝗虫附着系统爪尖的剪切强度测算

蝗虫爪尖能够形成用于稳固附着的机械锁合,抑制蝗虫在捕集滑板表面的滑移行为。为获取用于蝗虫捕集滑板研制的爪尖强度信息,利用自行设计的昆虫微力测试系统测试了蝗虫前足、中足、后足爪尖的剪切力;采用扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)分析了蝗虫爪尖及其断裂面的微形貌结构与几何特征,计算了爪尖断裂面的截面积,并据此测算了蝗虫爪尖的剪切强度。结果表明爪尖的剪切力介于197.4~243.6 mN,其中前足爪尖的剪切力最大,后足居中,中足最小;爪尖断裂面表现出层状的复合结构且具有显著不同的截面积(10 847.6~13 908.5μm2);测算结果表明蝗虫爪尖的剪切强度介于14.2~22.5 MPa。该研究可为研制具有良好滑移功能蝗虫捕集滑板提供参考,并可促进灾害蝗虫光电诱导滑移捕集技术的发展。     

致灾农业昆虫捕集滑板表面结构仿生构建与性能验证

致灾农业昆虫光电诱导滑移捕集技术中,致使昆虫产生良好滑移行为的捕集滑板是获取该技术高效应用的关键。红瓶猪笼草(Nepenthes alata)叶笼滑移区依靠特殊形貌对昆虫附着系统表现出显著滑移功能,为致灾农业昆虫捕集滑板的研制提供了仿生原型。采用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)与三维白光形貌干涉仪(scanning white light interferometer,SWLI)对滑移区表面微形貌进行观测分析并获取三维结构参数,据此构建了致灾农业昆虫捕集滑板表面结构的仿生模型;采用激光微纳加工技术和高压静电吸附技术实现捕集滑板的仿生制备。为验证仿生制备致灾农业昆虫捕集滑板功效,测试了蝗虫(Locusta migratoria manilensis)在捕集滑板和仿生原型的附着力,结果分别为(402.9±26.1)m N和(361.9±25.5)m N,相近的附着力预示研制的致灾农业昆虫捕集滑板具有与仿生原型类似的性能。     

气吸式蝗虫捕集技术的发展与蝗虫的养殖利用

蝗虫营养成分含量高，用途广泛，是一种很好的昆虫资源，在食用、药用、饲用等方面均有利用价值；气吸式蝗虫捕集技术在蝗虫灾害的防治和蝗虫资源的无害化捕集利用中起到重要的作用，通过对4种不同结构形式的蝗虫吸捕机的结构形式和作业特点的对比分析，找出了各自的优点和不足之处并提出了一些改进的建议，分析了每种机型所适用的作业范围。随着对蝗虫资源需求量的增大，蝗虫的网棚养殖技术也逐渐兴起、养殖规模不断扩大，通过对上述蝗虫吸捕机的分析研究，为研制一种适合于网棚内使用的小型、轻便的蝗虫吸捕机提供了参考依据。     

蛋种鸡对本交笼产蛋窝内光环境的偏好性选择

产蛋窝是种鸡表达行为需求的必要福利设施,为明确本交笼养模式下种鸡对产蛋窝内部光环境相关设计参数的需求,探究种鸡对产蛋窝内部LED光环境的偏好性选择,该研究采用窝内蛋比例、产蛋行为与竞争行为作为评价产蛋窝使用效果的指标,选择LED白光（400～700 nm）、LED红光（585～690 nm）、LED蓝光（460～490 nm）3种光色作为诱导光源,每种光色设置2种不同的光照强度（5 lx、30 lx）,对照组为无光源诱导组,对比7个试验组产蛋窝使用效果。结果表明,产蛋窝内设置30 lx的LED白光与蓝光时,窝内蛋比例显著高于其他试验组（P<0.05）,在33周龄时,窝内蛋比例可达91.5%±3.4%、93.2%±4.5%。30 lx的LED白光与蓝光组鸡只的打斗行为与排挤行为频次显著高于其他试验组（P<0.05）,30 lx的LED红光组鸡只啄羽行为频次显著高于其他试验组（P<0.05）。竞争行为频次随时间分布的趋势与产蛋数量随时间分布趋势一致,产蛋数量与竞争行为频次主要集中在开灯后的第2～5小时,开灯后第3和第4小时为产蛋高峰。鸡只更偏好于30 lx的LED白光与蓝光作为产蛋窝内诱导环境,在该刺激下鸡只的产蛋行为可较好地表达,产蛋窝利用率更高。     

气吹集排式水稻旱直播机关键部件设计与试验

针对中国水稻直播品种不一、高速作业和大播量的要求,该文设计了一种气吹集排式水稻旱地精量直播机,直播机主要由均匀分种装置、定量排种装置、气力输送装置、同步传动装置、大尺寸集成种箱、开沟覆土镇压装置和支撑悬挂装置组成。从直播机的稻种适应性、作业速度、播量调节等方面研究了气吹集排式分种器的分种机理和分种均匀性。根据不同品种水稻种子的物理特性和气流输送原理,分析了不同种子在持续气流作用下,种子在分种器中的运动轨迹。按照大播量可调要求,设计了播量无级可调槽轮式排种器,槽轮槽形为圆弧状,通过双地轮驱动排种器保证播量同步。设计变速传动装置增加定量排种装置高速作业的适应性,气力输送装置使定量排种装置排出的种子在高速作业下连续排入播种沟。分种器的均匀稳定分种提高了直播机播种的均匀性和稳定性,通过减少排种器数量和使用气力输送种子,降低了伤种率。对比不同籼、粳稻品种在直播过程的运动规律和田间播种效果,得到了适应不同稻种的分种器结构及相关参数。试制了气吹集排式直播机并进行田间试验。田间试验结果表明,气吹集排式直播机的播量在75～375 kg/hm2可调,最高作业速度为14 km/h,10行幅宽2 m和20行幅宽4 m的每行播种量变异系数分别为4.89%和5.06%,田间播种的稻种破损率为0.46%。2017年,在宁夏播种富源4号品种的产量为10 372.5 kg/hm2,在广东播种粤农丝苗品种的产量为7 074kg/hm2,生产试验结果表明,所研制的气吹集排式水稻旱直播机达到了设计目标,满足作业需求。     

基于空间漫反射光的母兔早期妊娠诊断装置研制

妊娠诊断是肉兔繁殖管理中的重要环节,尤其是早期妊娠诊断,可提前未妊娠母兔的再授精时间,提高种兔利用率,缩短繁殖周期。针对人工摸胎诊断法存在对母兔腹内胚胎产生机械损伤、母兔应激反应大及对工人经验要求高等缺陷,该研究基于妊娠母兔与未妊娠母兔腹内有无孕囊组织所引起的光学特性差异,提出一种基于空间漫反射光的母兔妊娠诊断方法,研制了快速、无侵入式的便携诊断装置。该装置由具有2个红外发光二极管（Light Emitting Diode,LED,LED发光波长分别为850和930 nm）、3个硅基光电二极管和外围电路的传感探头和信号处理主机组成。利用该便携诊断装置采集130只人工授精14 d后的母兔（包括63只妊娠母兔和67只未妊娠母兔）腹部漫反射光强度数据,将采集的数据按照7∶3的比例划分为训练集和测试集,训练集数据分别用于建立偏最小二乘判别分析（Partial Least Squares Discrimination Analysis, PLS-DA）模型和支持向量机（Support Vector Machine, SVM）分类模型,测试集数据用于模型性能测试,并对比两种模型的分类性能。同时,利用PLS-DA对采样数据进行有监督的主成分分析和变量重要性分析,结果表明妊娠母兔与未妊娠母兔的采样数据之间存在差异,可以被较好的分类。对比两种分类模型的分类性能发现SVM对妊娠母兔和未妊娠母兔的分类性能均比PLS-DA好,对测试集数据的灵敏度、特异性和准确率分别为80.95%、83.33%和82.05%。研究结果表明,该研究提出的光学妊娠诊断方法可行,研制的诊断装置可对授精14 d后的母兔进行妊娠诊断,对提高兔产业体系智能化装备水平有积极的促进作用。     

基于模糊模式的蝗虫图像识别方法

蝗灾是中国农业病虫害防治的重点,采用低空机载蝗虫预警系统技术,对拍摄图像中蝗虫识别和计数,实现蝗虫监测,可以弥补蝗虫地面人工监测的不足。以广东省清远市英德区域农田为试验区,采用数码相机采集蝗虫图像,对蝗虫区域和背景的RGB分量平均值进行对比分析,选用超G绝对值法进行灰度转换,实现蝗虫与背景分离。通过面积统计对比,确定单个蝗虫的面积和周长特征,建立单个蝗虫模糊集和粘连重叠蝗虫区域模糊集,采用最大隶属度原则可以判定蝗虫连通区域为单个蝗虫或是存在图像粘连重叠。用模糊识别方法对单个和粘连重叠的区域分别计算数量,准     

水趋光抑制法快速监测重金属污染土壤的生态毒性研究

试验研究水趋光抑制法快速监测重金属污染土壤的生态毒性结果表明,水趋光指数与土壤Cd、Pb添加量(模拟污染浓度)呈极显著相关性。同一污染水平下土壤生物毒性表现为酸提液>水提液;同浓度重金属含量下土壤溶液生物毒性则表现为Cd>Pb,水提液 重金属>酸提液 重金属,远低于重金属在ISO标准水中的生物毒性。水趋光抑制法能综合、快速、灵敏地反映土壤重金属污染状况及土壤生态毒性,可为土壤健康质量的生物监测及评价提供理论依据。     

玉米去雄机去雄作业控制系统设计与试验

为推动中国玉米制种去雄机械化的进程,针对中国农业大学协助研制的去雄机,该文设计了一套包括主控板、显示屏和控制面板的去雄作业控制系统。系统可通过按钮操作实现去雄机构高度的手动调整,也可通过玉米穗高度信息的采集,控制算法的推导实现去雄机构高度的自动调整。系统控制参数由去雄机构的运动分析、车辆的作业车速和液压系统特性获得,并通过显示屏进行设置和显示。田间试验结果表明:去雄机安装本系统进行去雄作业,去雄效率是人工的18倍,去雄率达到96.16%,且去雄误差小于5%,满足去雄作业要求。该系统的设计为玉米去雄机的研制提供参考。     

基于光伏光热的地下空间太阳能烟囱效应影响因素研究

提出了将太阳能烟囱效应与太阳能光伏光热(PV/T)技术相结合来强化地下空间通风的技术措施.为研究该通风模式的影响因素,基于质量和热量平衡理论,建立了风井通风性能的数学模型,分析了换热器管排数、风井高度、热水水温和流速对通风性能的影响.结果表明:风井内换热器存在最大有效管排,管间距为0.032、0.038、0.047 m时换热器的最大有效管排数分别为9、13、18,在有效管排数范围内,随着管排数的增加风井出口温度升高,通风量先增大后减小;空气质量流量随着风井高度增加、热水温度升高明显增大,随着热水流速增大而缓慢增大;风井出口空气温度随着风井高度增加而降低,随着热水温度升高、流速增大而升高.最后,通过拟合得到计算风井空气质量流量的经验公式.     

筛片参数优化对饲料粉碎机筛分效率的影响

传统锤片式粉碎机普遍存在着筛分效率低于粉碎效率的问题,为了寻求提高粉碎机的筛分效率的途径,该文通过试验台试验与颗粒动力学仿真相结合的方法,通过研究粉碎机筛片的结构参数和分离装置内的气流速度对筛分效率之间的影响规律,揭示物料的透筛机理。通过试验台试验发现:随着气流速度的增大,筛分效率呈先高后低的趋势;筛孔形状和筛片安装角度对筛分效率的影响较大;筛孔的排列方式对筛分效率的影响较小。利用颗粒动力学仿真软件EDEM-FLUENT对颗粒筛分过程进行模拟仿真,模拟结果与试验结果基本吻合,二者的相对误差不超过4%,结果显示:气流速度为6~15 m/s时,物料透筛效率呈先逐渐增大后又逐渐降低的趋势;筛片安装角度在20~70°范围内,最佳筛片安装角度为35~45°;在筛片开孔率相同的情况下,长方孔的筛分效率最高,圆孔的筛分效率最低。研究认为:在多种组合中,气流速度为12.37 m/s,筛片安装角度为40°的长方形的T型筛孔的筛分效率最高。     

水稻精量穴直播机播量监测系统研制

播种量是水稻精量穴直播机的关键技术参数。为了实时监测水稻精量穴直播机的播种量,提高播种作业性能,该文以环形布置安装于排种管的面源式光电传感器为主要监测元件,设计了水稻精量穴直播机播量监测系统。根据型孔式排种器结构与工作原理,确定了面源式光电传感器和旋转编码器的安装方式。采用高速摄像技术建立了水稻种子流通过监测区时种子数量与脉冲宽度之间的数学模型;通过时间分割节点得到穴粒数监测时间窗口,根据监测时间窗口内的脉冲宽度信息得到每穴播种粒数。选用南粳46和象牙香占2种具有代表性的水稻品种,对水稻精量穴直播机播量监测系统进行试验,将人工统计数据与监测系统统计数据进行对比分析,台架试验结果表明:对于南粳46(短粒型品种),平均穴粒数监测误差不超过7.99%,穴数监测误差不超过6.07%;对于象牙香占(长粒型品种),平均穴粒数监测误差不超过24.07%,穴数监测误差不超过5.66%。该系统基本满足不同工作转速下不同粒型的水稻播种量实时监测要求,可为后期实现水稻精量穴直播机大田作业参数监测提供了参考。