基于CNN-Transformer的农作物病虫害知识问答意图识别与槽位填充联合模型

意图识别与槽位填充是农作物病虫害知识问答中问题理解的两个重要任务。在已有面向农业领域的研究中,上述任务仍被视为两个完全独立的子任务,并且未充分利用意图识别与槽位填充的语义信息。为此,该研究提出一种基于CNN-Transformer的意图识别与槽位填充联合模型（CDPCT-IDSF）。该模型根据农作物病虫害文本语义复杂设计CNN网络与多层Transformer结合强调局部的有用信息以缓解语义缺失问题;然后在Transformer解码器中引入对齐保证输入与输出一对一关系以提高识别正确槽位标签的能力。此外,进一步构建了包含20个意图类别、12个槽位类别和11242条标注样本的农业病虫害知识问答数据集进行对比试验,CDPCT-IDSF模型在该语料库上的槽位填充F1值为94.36%,意图识别精度为92.99%,整体识别精度为87.23%,优于其他对比模型,结果证明了所提模型在农作物病虫害意图识别与槽位填充任务上的有效性,可为面向农作物病虫害的知识问答研究提供理论支撑。     

设施园艺电驱移动平台轮毂电机设计及其磁-热耦合性能

针对设施园艺作业场景下电驱移动平台的低速大扭矩牵引作业需求,该研究设计了一种减速内转子轴向磁通轮毂电机,建立电机的电磁有限元模型并分析其电磁和损耗特性。考虑到绕组电阻率受温度变化影响,构建基于热网络法的轮毂电机磁-热耦合改进模型。与台架试验结果相比,基于改进模型获得的转矩预测值较传统模型的精度提高了5.33%,验证了模型的正确性。利用改进模型分析了温度和相电流对电机转矩特性的影响,仿真结果表明,输出转矩随电机温度增加而降低;在0～20 A,电机平均输出转矩与相电流呈线性关系。试验结果表明,轮毂电机功率随转速增加而增大,峰值功率可达4.59 kW,而转矩基本保持恒定;在转速450～900 r/min、转矩300～600 N·m时,电机效率高达93.2%。研究结果可为轴向磁通电机初步设计与多场耦合影响下电机性能分析提供思路。     

纳米纤维素水凝胶的制备与表征及其对猪肉的保鲜作用

水凝胶因具有低毒性、高生物相容性和可降解性而常用于食品保鲜,但其机械性能和抗疲劳性有待提高。为了探究大豆种皮纳米纤维素对水凝胶机械性能和抗疲劳性的影响,并提高水凝胶的综合机械性能。因此,本研究通过-20 ℃低温循环冷冻-解冻法制备具有可拉伸、强韧、抗疲劳的聚乙烯醇/海藻酸钠/纳米纤维素水凝胶,探究水凝胶对猪肉货架期的影响。通过扫描电子显微镜、傅里叶红外变换光谱仪、X-射线衍射仪、热重仪和质构仪测定了水凝胶的理化性质和机械性能。研究结果表明,水凝胶内部单体之间以氢键和酯键交联,内部呈现多孔结构,断裂伸长率为230%、压缩强度为70 kPa、拉伸强度为17 kPa,经过多次循环拉伸仍具有良好的机械性能和较高的抗疲劳性。猪肉保鲜试验表明,水凝胶维持了猪肉色泽的稳定性,防止内部水分流失,并且将猪肉的保质期延长至10 d。因此,该水凝胶可用于食品包装以延长冷藏肉制品的保质期。同时,本研究为构建一种可拉伸、强韧、抗疲劳的多功能水凝胶提供了一种新的视角。     

基于非靶向代谢组学的特色寒地浆果滋味品质分析

为探究笃斯越橘、蓝靛果、树莓、黑加仑4种特色寒地浆果滋味特点,及其滋味形成的特征性物质组成,该研究基于超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（ultra-high-performance liquid chromatography-quadrupole time-of-flight tandem mass spectrometry, UPLC-QTOF-MS）和气相色谱质谱法（gaschromatography-mass spectrometry, GC-MS）分别对4种浆果的非挥发性和挥发性物质进行鉴定和筛选,并进行公因子分析;同时进行4种浆果的电子舌分析及感官评价,得出4种浆果滋味品质模糊综合得分。结果显示：笃斯越橘糖酸比为4.41,特征性挥发性物质为α-松油醇和苯甲醛,电子舌酸味响应值最强;黑加仑糖酸比为3.80,特征性挥发性物质为苯乙醇和乙酸,各滋味响应值相当;蓝靛果糖酸比为3.37,总酚含量最高,特征性挥发性物质为正己醇和3-己烯-1-醇,咸味和鲜味响应值最高;树莓糖酸比为8.19,特征性挥发性物质为乙酸和α-紫罗酮,甜味和苦味响应值最高;经筛选鉴定及统计分析得出4种浆果的非挥发性物质中有显著差异的化合物有10种,分别为塔格糖、乳酸、阿洛酮糖、草酸、柠檬酸、天冬氨酸、茜草苷、6α-甘露二糖、蔗糖和异槲皮素。滋味感官模糊综合评分由大到小为树莓、蓝靛果、笃斯越橘、黑加仑;因子分析结果表明4种浆果滋味组成得分由大到小排序依次为黑加仑、蓝靛果、笃斯越橘和树莓。该研究结果可为4种寒地浆果的产品开发滋味调控提供理论依据。     

矿区生态监测的地理加权遥感生态指数构建及评价

矿区生态是陆地生态系统的重要组成部分,准确监测矿区生态对保护生态环境、维持生态平衡具有重要意义。遥感技术为矿区生态监测提供了有效手段,针对遥感生态指数（remote sensing ecological index,RSEI）在矿区生态监测中存在监测精度低、针对性弱和指标权重空间上均一化问题,该研究对RSEI进行了改进。首先,考虑矿区特殊的生态成因,在绿度、热度、湿度、干度的基础上加入煤尘污染因子构成矿区遥感生态指数;然后,利用地理加权主成分分析法确定各指标的空间权重,构建了地理加权遥感生态指数（geographically weighted-remote sensing ecological index,GW-RSEI）;最后,以山西省大同煤田为例,基于多期遥感影像对GW-RSEI在矿区生态监测中的有效性、适用性进行了验证。结果表明：GW-RSEI能准确捕捉矿区大气中的煤尘污染,从整体和局部尺度实现了矿区生态的精准监测,有效提高了矿区生态监测的精度;地理加权主成分分析法能够明确表征矿区生态的空间异质性和生态环境变化的空间连续性;2000—2020年大同煤田的GW-RSEI均值分别为0.51、0.48、0.46、0.59、0.56,整体生态环境经历了先恶化后改善的过程,其东南部生态环境变化趋势与整体一致,而西北部生态环境呈现先改善后恶化的变化趋势。研究成果为准确监测矿区生态提供了一种更加科学、有效的方法。     

水稻田间育秧水肥药变量喷灌装置设计与试验

为解决南方水稻工厂化田间育秧水肥药人工管理作业中存在的灌溉均匀性差、化肥和农药浪费以及劳动强度大等问题,该研究设计了一种水稻田间育秧水肥药变量喷灌装置,阐述了水肥药变量喷灌装置总体结构和工作原理,进行了关键部件设计与试验;以可编程逻辑控制器（programmable logic controller,PLC）为控制核心,构建了注肥量在线调控及整机变量喷灌控制系统。采用Box-Behnken试验设计方法,对装置喷灌均匀性与主要影响因素进行试验研究,应用单目标优化方法对喷灌关键参数进行优化,并通过验证试验,得到最优参数组合为：干管入口水压0.20 MPa、球阀开度90°、喷头喷角80°,此时装置的喷灌均匀性为92.69%;构建了氯化钾肥液质量浓度与电导率（electrical conductance,EC）值的线性模型,开展了装置变量灌溉施肥性能试验,3种喷灌等级下各作业区的肥液EC值分别为1.65、1.66和1.68 mS/cm,平均喷灌强度分别为900.85、1092.04和1263.67 mm/h,施肥均匀系数分别为85.21%、87.86%和91.62%。采用水肥药变量喷灌装置开展水稻育秧田间管理试验,华航51常规稻和广8优165杂交稻的秧苗长势均匀度均高于95%,成毯性良好,各项素质指标满足机插作业要求。所设计的水肥药变量喷灌装置能够满足水稻田间育秧水肥药变量喷灌作业要求,对提高水稻工厂化田间育秧机械化水平、保证秧苗质量具有实际应用价值。     

粗山羊草高分子量谷蛋白亚基组成分析

为了发现能够用于小麦品质改良的优异高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS),应用SDS-PAGE技术分析了47份粗山羊草Glu-Dt1位点的HMW-GS组成,分别检测到5种x-型亚基(1.1t、1t、1.5t、2t、3t)和4种y-型亚基(10.1t、11t、12t、12.4t).其中,1Dx1.1t是1种新的x-型亚基,它的迁移率比普通小麦的1Ax1亚基稍慢,这是目前在粗山羊草中发现的分子量最大的HMW-GS.供试粗山羊草中有8种HMW-GS组合类型:1.1t 11t、1t 11t、1.5t 12t、2t 10.1t、2t 11t、2t 12t、2t 12.4t和3t 11t.其中,1.1t 11t和2t 12.4t未见报道.     

一种快速大量提取禾谷类作物幼苗期总RNA的方法

为探索一种快速、大量提取禾谷类作物总RNA的方法,利用改良的热酚法提取禾谷类作物(玉米、水稻和小麦)幼苗期不同组织的总RNA,该方法在2.5 mL的离心管中进行,在提取缓冲液中增加了巯基乙醇,对传统的操作步骤进行了优化.提取的RNA质量较高,纯度检测表明RNA样品OD260/OD280在1.8～2.1之间,含量约为10 μg/μL.RT-PCR和Northern杂交结果表明RNA可以满足进一步分子操作的需要.     

干旱对棉花叶片碳水化合物代谢的影响

以3个不同铃重的棉花基因型为材料,研究了土壤干旱对棉叶碳水化合物代谢的影响.结果表明,干旱胁迫使主茎叶片与不同部位内围果枝叶片可溶性糖含量均有不同程度的增加,而淀粉的积累受到明显抑制.虽然干旱条件下不同基因型棉叶的可溶性糖与淀粉含量的变化趋势一致, 但小铃基因型开花 (7月5日)后的主茎叶可溶性糖含量较中、大铃基因型变化小,淀粉含量则低于大铃基因型.上部内围果枝叶淀粉含量在棉铃发育过程中波动明显大于中、下部果枝,而小铃品种相对稳定.研究结果加深了对干旱胁迫下棉叶碳水化合物时空变化特征的认识.     

陆地棉品种抗黄萎病性状的分子标记及其辅助选择效果

利用综合性状优良、适应性广、抗黄萎病的鲁棉研22号与渐渗了海岛棉优异纤维基因的鲁原343组配杂交组合,对F2∶3家系在不同发病时期进行黄萎病鉴定,并以SSR标记对抗黄萎病性状进行定位分析.在棉花发病相对较轻的7月份检测到1个位点(qVWR-16-1a)与抗黄萎病有关;在发病较重的8月份,检测到3个QTLs位点与抗黄萎病有关,其中1个QTL(qVWR-16-1b)与7月份检测到的位点qVWR-16-1a为同一位点,能解释的表型变异为10.27%,与NAU751连锁较紧密,另外2个与BNL1395和BNL3590连锁较紧密的位点qVWR-16-2b、qVWR-2-1b,能解释的表型变异分别为10.8%和13.78%.利用检测到的与3个QTL位点连锁较紧密的SSR标记对杂交后代辅助鉴定,发现标记NAU751和BNL1395的抗性基因型均能显著增加后代的黄萎病抗性,两个标记的抗性基因型聚合后,后代抗性水平提高极显著.分子标记辅助抗病选择应用于优异纤维渐渗系杂交后代的鉴定中,可以培育出既优质又抗病的棉花新品种.