新疆棉田耕后土壤模型离散元参数标定

为提高耕后分层施肥开沟覆土过程离散元仿真模拟的准确性,采用EDEM离散元软件对分层施肥作业土壤的堆积和滑落过程进行仿真模拟,来标定土壤接触参数。通过通用旋转中心组合试验,采用 Design-Expert 软件对试验数据进行回归分析,以实测土壤休止角、土壤与65 Mn钢滑动摩擦角为优化目标,获得最优的离散元接触参数组合为：土壤间恢复系数0.48、土壤间滚动摩擦系数0.56、土壤间静摩擦系数0.24、土壤与65 Mn钢间恢复系数0.5、土壤与65 Mn钢间滚动摩擦系数0.1、土壤与65 Mn钢间静摩擦系数0.31。为验证标定优化的离散元模型参数的准确性,对土壤堆积试验和滑落试验进行仿真试验与实际试验对比,两者相对误差分别为1.7%和2.5%;并在最优标定参数组合条件下,采用离散法仿真模拟分层施肥装置的开沟覆土过程,获得分层施肥装置5、6和7 km/h作业速度下,仿真试验和田间试验的工作阻力相对误差分别为10.2%、7.95%、7.04%,误差在可接受范围内。仿真试验和田间试验开沟覆土效果基本一致,验证了土壤参数标定的准确可靠,可为后期分层施肥装置减阻研究提供理论基础和技术支持。     

不确定场景下无人农机多机动态路径规划方法

在现代化农业中,越来越多的龙头企业或农村合作社提供一系列的农业作业专业化服务,引入多台农机进行规模化作业,不仅提高效率,而且可以实现抢种抢收,减少自然灾害的风险。目前,多台农机并行作业仍以预先计划的固定农机和静态的固定路线为主,但在实际耕种、收割等作业中,常会出现农机突发故障、农机临时增加、农机工作效率不一致等不确定场景,这些不确定性给多台农机集群控制带来巨大挑战。因此,研究不确定场景下多机动态路径规划方法具有十分重要的理论意义和实用价值。该研究以总作业时长为综合优化目标,综合各种不确定场景,针对轮式自动驾驶拖拉机,提出了改进的迭代贪婪（Improved Iterated Greedy, IIG）方法进行多机动态路径规划,解决以往传统方法在不确定情况发生后路径规划结果低效甚至失效的问题。试验表明,该方法在不确定场景下可及时、高效的动态调整路径规划方案,能够为不同数量、不同性能的农机迭代找到当前最优路径。与传统的并排作业方法相比,IIG优化的矩形农田作业路径总作业时间平均下降约35%,且随着农机性能差异越大,节省时间越多;与迭代贪婪（Iterated Greedy, IG）方法相比,IIG在一般播种作业中总掉头时间平均减少约17%。该方法在不确定场景下路径优化效果较好,且具有很好的鲁棒性及环境适应性,可为农田无人作业多机路径规划提供参考。     

稻-麦轮作条件下不同施肥模式土壤水溶性氮的变化与籽粒产量的关系

肥料用量、肥料种类和施肥方式直接影响土壤供氮强度和作物的正常生长发育。通过田间试验,研究减量施用氮、磷肥,增加钾肥投入时土壤水溶性氮含量的变化与水稻、小麦籽粒产量的关系。试验设置5个处理:不施肥(CK)、习惯施肥(FP)、推荐施肥(LRF)、商品有机肥部分替代化肥(RF-OM)、秸秆部分替代化肥(RF-S),各处理重复4次。结果表明,水稻幼穗分化期有机肥部分替代化肥处理(RF-OM和RF-S)土壤水溶性总氮、硝态氮含量显著高于LRF处理(P<0.05),与FP处理相当;返青期土壤水溶性总氮、硝态氮、铵态氮含量稍低于FP和LRF处理,差异不显著。小麦拔节期和齐穗期有机肥部分替代化肥处理土壤水溶性总氮、硝态氮含量显著高于LRF处理(P<0.05),小麦主要生育期各施肥处理土壤水溶性铵态氮含量均无显著差异。在减氮减磷增钾条件下,RF-OM处理水稻籽粒产量显著高于LRF处理(P<0.05),有机肥部分替代化肥处理水稻籽粒产量与FP处理差异不大;与LRF处理比较,RF-OM处理小麦籽粒产量较高,RF-S处理小麦籽粒产量有所降低,但差异均未达到显著水平。水稻籽粒产量与返青期土壤水溶性总氮、铵态氮含量均呈极显著正相关(P<0.01),相关系数分别为0.932和0.974;与幼穗分化期土壤水溶性总氮、铵态氮和硝态氮含量也均呈极显著正相关(P<0.01),相关系数分别为0.888、0.961、0.776。小麦籽粒产量与主要生育期土壤水溶性总氮、铵态氮、硝态氮浓度均呈极显著正相关(P<0.01),相关系数分别为0.928～0.960、0.827～0.968、0.574～0.929,土壤水溶性总氮供应对水稻、小麦籽粒产量的影响尤其值得关注。有机肥部分替代化肥能保持或提高土壤水溶性氮含量,在减少养分总投入量的基础上稳定水稻、小麦籽粒产量,其中商品有机肥部分替代化肥模式的效果     

小麦面条和面过程不同阶段面絮的划分与自动识别

和面是小麦面条加工过程中重要的一道工序,主要依据人工经验判断和面终点,缺少基于客观分析的自动化评价方法。为了实现和面过程的自动化,该研究依据小麦面条和面过程中面絮颗粒宏观状态,通过面絮状态图像的数据分析,并且从面条质构、水分状态及分布、蛋白质分子特性及微观结构揭示和面阶段划分的依据。结果表明,和面过程可以划分为初始面粉（阶段1）、润湿黏连（阶段2）、聚集成形（阶段3）、破裂分散（阶段4）和稳定平衡（阶段5）5个阶段,阶段5占和面总时间的50%左右;从阶段2到稳定平衡阶段初期（阶段5-1）,面片的硬度、弹性和咀嚼性逐渐增加并达到最大,在稳定平衡阶段中后期（阶段5-2、5-3）,面片硬度等指标数值下降;低场核磁共振与核磁共振成像分析结果表明,阶段2的水分自由度高,和面过程加速了水分在固、液、气三相之间的交换,并在阶段5达到稳定;所有和面阶段中氢键、离子键的强度明显低于疏水相互作用的强度,游离巯基含量在阶段5-2、5-3逐渐降低至稳定,二硫键含量在此阶段逐渐增多并保持稳定,蛋白质实现充分交联,决定了面条微观结构和宏观状态。构建基于深度学习的Transfer-ResNet50网络模型,实现和面阶段面絮图像的自动识别,模型识别准确率达98.5%,具有良好的可靠性,可以实现和面终点的自动判断。综上所述,面絮宏观颗粒状态可以作为和面过程划分的可靠依据,深度学习也为小麦面条和面过程自动控制提供新的思路。     

稳定同位素指纹分析在蚕茧产地溯源中的应用研究

蚕茧产地溯源是丝绸原产地溯源的基础.本研究为了探究蚕茧产地溯源最适方法,以不同产地的蚕茧为研究对象,利用不同产区蚕茧的13C、15N、18O和2H同位素组成,通过单因素方差分析、多重比较分析、Fisher线性判别分析留一法交叉验证,最后建立蚕茧产地溯源模型.单因素方差分析结果表明,不同产地蚕茧的δ13C、δ15N、δ1...     

台湾省植被NDVI随海拔高度的变化及其气候响应

[目的]揭示台湾省陆地植被生态系统随海拔高度的变化趋势及其响应程度,为区域可持续发展、生态环境保护提供理论依据。[方法]基于台湾省1998—2018年SPOT/VEGETATION NDVI卫星遥感数据、气象及DEM数据,结合相关分析法、回归分析法等数理统计方法,对气候变化下的台湾省植被归一化植被指数(NDVI)变化趋势及区域响应进行了分析。[结果] 1998—2018年台湾省植被NDVI均值增长率为5.09%;台湾省不同高程范围所占的面积比例差异较大,500 m区域的面积比例高达52.49%,3 600 m区域的面积比例仅为0.01%,且NDVI均呈现较低值,分别为0.72和0.73;1998—2018年台湾省海拔除3 600 m外,其他海拔高程范围NDVI均值增长明显(p0.001);在500～3 600 m高程范围内,NDVI年均值与气温、降雨相关关系显著(p0.05)。[结论]海拔越高,植被生长状况对降雨的变化较气温更为敏感。     

基于低场核磁共振的热风干燥猕猴桃切片含水率预测模型

为研究猕猴桃切片热风干燥过程中水分迁移规律,该试验通过对猕猴桃切片进行热风干燥,考察不同干燥温度(70、80、90℃)、切片厚度(3、4、5 mm)下的干燥特性。试验采用直接干燥法测定含水率,运用低场核磁共振技术(Low-Field Nuclear Magnetic Resonance,LF-NMR)分析热风干燥过程中猕猴桃切片内部水分分布状态与变化规律,建立动力学模型,验证并预测。结果表明:猕猴桃切片热风干燥开始为外部控制,随后属于内部扩散控制,水分有效扩散系数范围为1.58×10-7～4.18×10-7 m2/s,扩散效率随温度升高而增大。升高温度能显著提高猕猴桃干燥速率,可加快结合水、不易流动水以及自由水的迁移。自由水和结合水先于不易流动水发生变化,自由水含量在干燥前期逐渐下降,此过程中不易流动水和结合水含量均表现为先升高后降低的趋势。当自由水被脱除后,不易流动水和结合水含量依次达到最大值;此后,随着干燥的进行,不易流动水逐渐被脱除,此时结合水含量开始下降直至干燥结束。整个干燥过程中,猕猴桃切片部分自由水先转化为不易流动水和结合水,结合水与不易流动水相互转化,循环往复伴随整个干燥过程。以干燥过程中的自由水、结合水、不易流动水的核磁峰值总和、切片厚度和干燥温度为自变量,猕猴桃切片含水率为因变量,进行多元线性回归分析,建立含水率预测模型,模型的拟合优度为0.982。结果表明,低场核磁共振技术结合数学模型可用于描述猕猴桃切片热风干燥过程,可实现对猕猴桃切片干燥过程中含水率的快速、无损检测,研究结果可为猕猴桃热风干燥工艺和过程设计提供理论依据。     

"池-田"蓄引水模式改善环渤海棉田水盐运移提高棉花产量

为探明环渤海"池-田"蓄引水模式下棉田水盐运移规律对棉花生产的影响,2017和2018年4-10月对未改造棉田(CK)及模式中的台田(A)、浅层地下水抽提棉田(B)、抑盐排涝棉田(C)进行土壤水分、盐分和pH值、棉花光合指标、产量进行测定,结果表明,模式中棉田0～80cm土层盐分和pH值显著降低,A和B棉田盐分降至3.0g/kg左右,pH值低于8.0;C棉田盐分低于5.0 g/kg,7-8月pH值低于8.0。A棉田土壤水分、盐分和pH值最低,滴灌条件下棉花光合性能长期保持高值,光合物质积累的直线增长持续时间和活跃期最长,籽棉产量超过3 500 kg/hm~2。B棉田水分0～40 cm土层高于20%,光合性能高值较长,籽棉产量超过3 000 kg/hm~2。C棉花7-8月光合性能明显提高,籽棉产量超过2 500kg/hm~2。环渤海"池-田"蓄引水模式显著改善棉田水盐运移,有利于棉花生产,从而提高产量。研究可为高效开发利用滨海盐碱地提供科学模式和理论基础。     

黄麻土工布覆盖对花岗岩红壤表土坡面侵蚀特性的影响

[目的]探究黄麻土工布覆盖条件下花岗岩红壤表土坡面侵蚀特性,为花岗岩红壤区坡面土壤侵蚀防治提供科学依据。[方法]通过室内模拟降雨试验,在2个坡度(5°和15°坡度)、3种密度(无覆盖,6 cm×6 cm及3 cm×3 cm网格)的黄麻土工布覆盖条件下,研究极端降雨条件下(90 mm/h)花岗岩红壤表土的坡面侵蚀特性,并观测径流系数、土壤侵蚀速率、泥沙颗粒变化规律及富集率等指标。[结果]坡面径流随降雨历时增加而增加,土壤侵蚀速率则相反,表明侵蚀过程是一个分离受限的过程。和对照组相比,黄麻土工布覆盖在不同试验条件下都具有明显的减流减沙作用。另外,由侵蚀泥沙的粒径分选规律可知,坡面土壤中的黏粒和粉粒大小的颗粒倾向于被优先选择性搬运,其结果致使坡面石英粗颗粒富集,在缓坡(5°)与高密度黄麻土工布覆盖条件下(3 cm×3 cm网格)尤为突出。坡面石英粗颗粒随降雨历时增加不断富集进一步增加了原位坡面的侵蚀抗性,产生了土壤侵蚀速率随降雨历时不断降低的现象。[结论]高密度黄麻土工布的覆盖能够有效地减流减沙,增加原位坡面抗蚀性,是一种有效的水土保持措施,在今后的土壤侵蚀防治和劣地恢复工作中应该被重视。     

基于能值理论的长三角沿江城市群生态-经济-社会系统可持续发展态势研究

[目的]对长三角沿江城市群生态—经济—社会系统可持续发展态势进行研究,为该区域生态经济可持续发展提供科学支持。[方法]基于能值理论构建评价指标和评价体系,分析长三角沿江城市群生态—经济—社会系统的可持续发展态势。[结果] 2017年长三角沿江城市群中29%的城市资源过度开发,外部依赖性强;53%的城市环境负载率低,29.4%的城市环境负载率高;11.7%的城市废弃物循环再生能力低;47%的城市能值交换率低,经济竞争力强;35%的城市能值货币率高,经济产出效率低。上海、苏州单位面积能值密度高,23.5%的城市较低;29.4%的城市人均能值福利低;17.6%的城市人口负载率高;41.2%的沿江城市呈可持续发展态势,58.8%的城市呈过度发展态势。[结论] 2017年沿江城市群自给能力、环境压力、生态质量呈现上游城市强、小、优向中游基本协调,下游弱、高、差的渐变态势。上海、苏南城市经济竞争力强,但产出效率低;苏中、皖中地区除省会城市外其他城市竞争力弱;皖南城市经济发展滞后且呈沿江单边孤立发展态势。上海、苏南城市社会可持续发展优,形成人才、资源强吸引同时存在用地短缺问题;苏中城市较均衡并形成弱吸引;除合肥市、铜陵市外,皖中、皖南其他城市发展滞后,缺乏有效吸引。沿江城市群整体可持续发展态势严峻。