基于语义分割的非结构化田间道路场景识别

环境信息感知是智能农业装备系统自主导航作业的关键技术之一。农业田间道路复杂多变,快速准确地识别可通行区域,辨析障碍物类别,可为农业装备系统高效安全地进行路径规划和决策控制提供依据。该研究以非结构化农业田间道路场景为研究对象,根据环境对象动、静态属性进行类别划分,提出一种基于通道注意力结合多尺度特征融合的轻量化语义分割模型。首先采用Mobilenet V2轻量卷积神经网络提取图像特征,将混合扩张卷积融入特征提取网络最后2个阶段,在保证特征图分辨率的基础上增加感受野并保持信息的连续性与完整性;然后引入通道注意力模块对特征提取网络各阶段特征通道依据重要程度重新标定;最后通过空间金字塔池化模块将多尺度池化特征进行融合,获取更加有效的全局场景上下文信息,增强对复杂道路场景识别的准确性。语义分割试验表明,不同道路环境下本文模型可以对场景对象进行有效识别解析,像素准确率和平均像素准确率分别为94.85%、90.38%,具有准确率高、鲁棒性强的特点。基于相同测试集将本文模型与FCN-8S、SegNet、DeeplabV3+、BiseNet模型进行对比试验,本文模型的平均区域重合度为85.51%,检测速度达到8.19帧/s,参数数量为,相比于其他模型具有准确性高、推理速度快、参数量小等优点,能够较好地实现精度与速度的均衡。研究成果可为智能农业装备在非结构化道路环境下安全可靠运行提供技术参考。     

长期施肥棕壤有机硫矿化特征及其驱动力

  【目的】  探究长期不同施肥对土壤有机硫矿化量、动力学特征和酶活性的影响,揭示玉米–大豆轮作体系中棕壤有机硫矿化特征及其主要驱动因子。  【方法】  沈阳农业大学长期定位试验于1979年建立,为玉米–玉米–大豆 (一年一熟) 轮作模式。试验设置15个处理,本研究选取了其中7个处理,分别为:CK (不施肥)、N₁ (低量化学氮肥)、N₂ (高量化学氮肥)、N₁P (低量化学氮肥+磷肥)、N₁PK (低量化学氮肥+磷钾肥)、M₁ (低量有机肥) 和M₁N₁PK (低量有机肥配施化学氮磷钾肥)。不同作物有机肥投入量相同,氮磷钾化肥投入量不同。选取2014和2015年的耕层 (0—20 cm) 土壤样品,测定土壤基本理化指标 (pH、有机碳和全氮含量)、有机硫矿化量、土壤中性蛋白酶及土壤芳基硫酸酯酶活性。同时,进行矿化培养试验,分析不同温度下有机硫矿化特征。于玉米、大豆收获后测定产量。  【结果】  长期施肥处理均提高了土壤有机硫的矿化量,7个处理总体表现为M₁N₁PK > M₁ > N₁PK、N₁、N₂ > N₁P > CK。单施化肥条件下,增加氮肥用量对有机硫矿化作用无显著影响;单施有机肥或有机肥与化肥配施均可明显促进土壤有机硫矿化。与CK相比,M₁N₁PK处理有机硫矿化量提升幅度最大,提高了57.30%。利用一级动力学方程进行拟合,长期施肥均提高了有机硫矿化势,无机肥处理 (N₁、N₂、N₁P和N₁PK) 的提升幅度均较低,提升效果最优的是M₁处理,比CK提高了45.27%。环境温度和作物种类均显著影响有机硫矿化量和矿化势,随着环境温度的升高,有机硫的矿化量和矿化势均明显增加;玉米种植季有机硫矿化量和矿化势均高于大豆种植季。土壤中性蛋白酶活性和芳基硫酸酯酶活性均以M₁N₁PK处理最高,与单施化肥相比分别提高了96%～220%、264%～986%。有机硫累积总矿化量在种植玉米的年份与土壤有机碳 (r = 0.7693) 含量和全氮 (r = 0.7554) 含量呈显著正相关 (P < 0.05)。  【结论】  土壤的有机碳和全氮含量是棕壤有机硫矿化的主要驱动力。只施用无机肥对土壤有机硫的矿化没有显著影响,而有机无机肥配合施用可显著提高土壤芳基硫酸酯酶、中性蛋白酶活性,进而提高有机硫矿化势和矿化量。玉米因其较高的生物量也成为有机硫矿化的主要驱动力。     

内蒙古河套灌区农田土壤中微塑料的赋存特征

为阐明内蒙古河套灌区农田土壤中微塑料的赋存特征及其与覆膜年限、灌溉类型等的响应关系,该文采用田间取样与室内试验相结合的方法进行了系统研究,分析了研究区地膜覆膜现状,并考虑覆膜年限(覆膜5、10、20 a)及灌水方式(滴灌和畦灌)2个因子,探索了河套灌区农田土壤中微塑料的丰度、类型、颜色、粒径等赋存特征,并通过扫描电镜、能谱仪等对微塑料表面特征及表面附着物进行观察与分析。结果表明:内蒙古河套灌区不同覆膜年限下(5、10、20 a)土壤中微塑料平均丰度分别为2526.00、4352.80、6070.00个/kg,单层土的微塑料含量最大值(2133.50 ind/kg)出现在覆膜20 a的0~10 cm土层,最小值(678.00个/kg)出现在覆膜5 a的>20~30 cm土层;不同覆膜年限和灌溉类型影响土壤微塑料丰度,滴灌农田微塑料丰度值略大于畦灌农田,在不同土层深度上微塑料丰度值随土层深度增加逐渐减小;微塑料类型主要有纤维类(23.34%)、碎片类(26.31%)、薄膜类(38.57%)和颗粒类(11.78%)等4种,且薄膜类在不同土层占比都较高,微塑料颜色包括黑色、透明、绿色、红色、蓝色等,比例分别为24.56%、23.83%、19.34%、16.52%和15.75%,其中0~10 cm土层中微塑料以黑色为主,占比30.25%,在>10~20、>20~30 cm土层中微塑料以透明为主,占比30.15%和29.23%,粒径则随覆膜年限增加而呈逐渐减少趋势,粒径小于1 mm的微塑料居多,随着覆膜年限的增加,微塑料粒径在0~10、>10~20、>20~30 cm土层间的差异逐渐减小,且粒径大小与灌溉类型无显著关系(P>0.05);微塑料样品表面特征粗糙,呈现不规则孔隙,纤维类、薄膜类和碎片类微塑料均具有较多规则微小孔隙,而颗粒类微塑料表面孔隙则不规则且呈凹凸状,土壤中微塑料的多孔特性造成微塑料比表面积增大,进而增加对土壤中其他污染物和微生物的吸附;微塑料的表面孔隙附着有机体和污染物,表面存在稳定的铁氧化物、稀土元素等,并容易形成有机-无机复合污染效应。研究对于明晰微塑料在河套灌区土壤中的分布现状及危害具有重要意义。     

基于EDEM的猪粪接触参数标定

为准确快速获得畜禽粪便的接触参数,该研究通过物理堆积试验与仿真方法对猪粪接触参数进行了标定。测定了不同含水率下猪粪的堆积角,建立了含水率与堆积角的回归方程;基于Hertz-Mindlin with JKR球体粘结模型,进行了离散元仿真模拟;采用筛选试验设计(Plackett-BurmanDesign,P-BD)对10个初始参数进行了筛选,发现JKR(Johnso-Kendall-Roberts)表面能、颗粒间滚动摩擦系数、颗粒间碰撞恢复系数对猪粪堆积角影响显著;并根据响应曲面试验设计(Box-BehnkenDesign,B-BD)建立了堆积角与显著性参数的二阶回归模型,得到了3个显著性参数值分别为JKR表面能0.03J/m~2、颗粒间滚动摩擦系数0.27、颗粒间碰撞恢复系数0.54;将仿真所得堆积角与物理试验值进行对比验证,相对误差为4.27%。结果表明,该研究提出的标定方法能准确模拟物理堆积试验,可为畜禽粪便接触参数的标定提供参考。     

含水量和容重对旱地耕层土壤热导率的影响及预测

土壤热导率是研究地表能量平衡和土壤水热运移过程中的一个基础参数。受土壤耕作、干湿交替和根系生长等过程的影响,耕层土壤的含水率和结构呈现较强的变异特征,而目前缺乏关于定量分析耕层土壤热导率变异特征的研究。该研究利用田间定位试验,采用热脉冲技术测定了含水率和容重变化条件下耕层土壤热导率的变异特征,并利用传递函数模型对耕层土壤热导率进行了预测。结果表明:含水率和容重是影响耕层土壤热导率变异的主要因子,而耕作强度和干湿交替是这种变异的关键驱动力;与翻耕和旋耕处理相比,免耕处理提高了土壤容重和含水率,从而增大了土壤热导率;在干湿交替作用下,翻耕后土壤容重逐步增加,耕层热导率也呈现上升趋势,波动幅度与含水率的变化相关。基于含水率、容重和质地信息,土壤热导率传递函数模型可以给出可靠的田间土壤热导率估计值,其均方根误差和平均偏差分别为0.09和-0.01 W/(m·K);考虑耕层土壤容重的动态信息,可以提高该模型预测土壤热导率的准确性。     

罗汉果种子传播小西葫芦黄化花叶病毒的检测

为了解小西葫芦黄化花叶病毒（Zucchini yellow mosaicvirus,ZYMV）是否能通过罗汉果种子传播。本研究通过取ZYMV阳性的罹病罗汉果植株种子700粒,400粒直接播种于防虫网室中,300粒经表面消毒处理后播种于MS培养基上。最终获得213棵罗汉果实生苗。对所获得实生苗进行生物学鉴定及ZYMV特异性RT-PCR检测,均未检测到ZYMV阳性植株。结果表明ZYMV不能经罗汉果种子传播,或其传播率很低。     

Enzymatically catalyzed synthesis of low-calorie structured lipid in a solvent-free system: optimization by response surface methodology

A kind of low-calorie structured lipid (LCSL) was obtained by interesterification of tributyrin (TB) and methyl stearate (St-ME), catalyzed by a commercially immobilized 1,3-specific lipase, Lipozyme RM IM from Rhizomucor miehei . The condition optimization of the process was conducted by using response surface methodology (RSM). The optimal conditions for highest conversion of St-ME and lowest content LLL-TAG (SSS and SSP; S, stearic acid; P, palmitic acid) were determined to be a reaction time 6.52 h, a substrate molar ratio (St-ME:TB) of 1.77:1, and an enzyme amount of 10.34% at a reaction temperature of 65 °C; under these conditions, the actually measured conversion of St-ME and content of LLL-TAG were 78.47 and 4.89% respectively, in good agreement with predicted values. The target product under optimal conditions after short-range molecular distillation showed solid fat content (SFC) values similar to those of cocoa butter substitutes (CBS), cocoa butter equivalent (CBE), and cocoa butters (CB), indicating its application for inclusion with other fats as cocoa butter substitutes.     

商陆不同极性、根和茎提取物的抑菌性能分析

为探究商陆不同极性、部位提取物的抑菌性能,本实验分别从商陆根和茎中提取石油醚相、乙酸乙酯相、正丁醇相和水相4种不同极性的提取物,再采用滤纸片法测量提取物对大肠杆菌（Escherichia coli）、金黄色葡萄球菌（Staphyloccocus aureus）、巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）和副溶血弧菌（Vibrio parahaemolyt-icus）4种细菌的抑制性能。结果表明,部分商陆的提取物有一定的抑菌活性,如根正丁醇相对巨大芽孢杆菌和副溶血弧菌,茎水相对副溶血弧菌的抑菌圈在10mm以上,但总体上商陆的提取物的抑菌性能远不及头孢氨苄好。实验还发现商陆抑菌活性最强的物质大都存在于根中,且抑菌活性最强的物质大都存在于水和正丁醇这种极性较高的溶剂的提取物中,不同提取物对不同细菌的抑菌活性情况不一致。因此本研究结果可以为商陆提取物抑菌性能的进一步探索提供参考。     

不同pH条件下添加纳米型蒙脱土和高岭土对溶液中铜的去除效果研究

通过有机插层法对蒙脱土、高岭土进行改性,制备成纳米型蒙脱土、高岭土,并利用制备的纳米型高岭土、蒙脱土对溶液中铜的吸附效果及吸附机理进行了研究。结果表明,纳米型蒙脱土和高岭土对溶液中的铜具有很好的去除效果,其吸附等温线可以用Langmuir和Freundlich方程进行拟合。相比而言,蒙脱土比高岭土具有较高的吸附量和吸附亲和力参数。在溶液中铜离子浓度低于120 mg/L时,纳米型蒙脱土、高岭土对铜的最大去除率分别达到99.5%和94.3%,对溶液中铜的去除率随铜离子浓度增加和溶液的pH降低而降低。     

中国农村生物质能利用技术和经济评价

农村生物质能利用技术种类较多,确定各类技术的适用范围及经济性,有利于在农村地区选择合适的技术,促进生物质能利用技术在农村的开发利用。该文提出了户均用能成本的概念和计算方法,对农村户用沼气、养殖场沼气工程、固体成型燃料、秸秆沼气、秸秆气化集中供气等技术进行了技术经济评价。研究结果表明:农村户用沼气技术的经济性最好,其次为固体成型燃料技术,而秸秆气化集中供气技术的经济性最差。随着农村社会经济的发展,认为固体成型燃料技术将逐渐占主导地位,而秸秆沼气技术可以填补由于畜禽粪便短缺而带来的空白。