基于理化指标快速预测奶牛粪便肥料成分含量

探讨基于相对密度、电导率和pH快速预测奶牛粪便肥料成分含量的可行性,在京郊奶牛场采集代表性样本89份,用实验室常规化学分析方法确定其中氮、磷、钾和铵态氮的含量,使用密度计、电导仪和pH计测定其相对密度、电导率和pH。根据奶牛粪便理化指标与粪便中氮、磷、钾和铵态氮含量的相关关系建立了基于理化指标快速预测奶牛粪便氮、磷、钾和铵态氮含量的回归方程,分析结果表明:总氮含量可依据电导率和pH进行预测(R2=0.645,P<0.001,精度12.0%),或依据电导率、相对密度和pH进行预测(R2=0.675,P<0.001,精度11.7%);总钾含量可依据电导率进行预测(R2=0.687,P<0.001,精度30.2%);铵态氮含量可依据电导率和pH进行预测(R2=0.717,P<0.001,精度19.6%)。     

豆粕中三聚氰胺显微近红外成像检测的扫描条件优化

为了确定豆粕中三聚氰胺显微近红外成像检测的最佳扫描条件,该文研究了扫描条件对显微近红外光谱图像质量、采集效率和豆粕中三聚氰胺检测效果的影响。针对不同光谱分辨率和扫描次数对光谱图像均方根噪声（RMS）的影响进行了单因素方差分析试验,对干涉仪动镜移动速度（1、2.2 cm/s）、空间分辨率（25、50 μm）、光谱分辨率（8、16、32 cm-1）和扫描次数（4、8、16次）进行了多因素正交试验方差分析,结果得出光谱分辨率对RMS有显著性影响,而且采用不同扫描条件时显微近红外图像采集时间相差很大。根据图像质量、采集效率和豆粕中三聚氰胺检测效果分别得出优选扫描条件,综合考虑上述3个方面,最终推荐采用的扫描条件为空间分辨率为25 μm,干涉仪动镜移动速度为1 cm/s,光谱分辨率为32 cm-1,扫描次数为4次。该研究同时表明显微近红外成像技术可应用于豆粕中三聚氰胺的检测。     

灰色关联理想解法在秸秆综合利用方案优选中的应用

农作物秸秆是一种重要的生物质资源,其综合利用不仅保护产地环境、促进农民增收,而且是循环经济与新兴产业发展的基础与机遇。农作物秸秆综合利用方案主要分为秸秆用作饲料、食用菌基料、肥料、燃料和工业原料。为了对农作物秸秆综合利用方案进行合理优选,根据文献信息对评价指标体系进行赋值,应用基于序关系分析法和熵值法的综合集成赋权方法进行指标权重确定,采用灰色关联理想解法将指标权重和指标属性值进行集结,并将该方法应用于黑龙江地区的农作物秸秆综合利用方案优选中。该文分析的适宜黑龙江地区农作物秸秆综合利用方案排序为：饲料化利用＞肥料化利用＞燃料化利用＞食用菌基料化利用＞工业原料化利用,优选结果与黑龙江地区的实际情况及发展规划相吻合,同时优选结果为按照多元利用原则规划黑龙江地区农作物秸秆综合利用模式提供支持。此外该文评价指标的赋值根据已有文献信息进行9级赋值,方法具有较好的适应性,可很方便的用于不同区域农作物秸秆的综合利用评价。     

基于红外光谱的不同农作物秸秆磨木木质素差异表征

木质素是植物细胞壁中主要组分之一,其苯丙烷结构单元的单体结构和连接方式的复杂性直接影响木质素脱除和利用效果,了解不同农作物秸秆中木质素的差异,对提高秸秆的综合利用效率是非常必要的。该文选取代表性棉秆、玉米秸和小麦秆,分别提取磨木木质素,利用傅里叶变换中红外技术对棉秆、玉米秸和小麦秆三类秸秆磨木木质素进行红外表征,分析比较三类秸秆磨木木质素的差异,结果表明:1)三类秸秆磨木木质素G/S相对比值差别不大,并无明显规律;2)三类秸秆磨木木质素中,对羟基结构单元:玉米秸小麦秆棉秆;愈创木基结构单元:棉秆玉米秸小麦秆;紫丁香基结构单元:玉米秸小麦秆棉秆;3)玉米秸和小麦秆磨木木质素相似度较高,而棉秆磨木木质素则更加接近于木本植物。     

基于特征荧光信号的去囊衣带芯橘瓣分选

为实现去囊衣带芯橘瓣的机器视觉分选,给去囊衣带芯橘瓣的机器识别提供直接、准确的判别信号,采用荧光分光光度计对50颗去囊衣带芯橘瓣的橘芯和砂囊分别进行三维荧光光谱扫描,通过对橘芯、砂囊平均三维荧光光谱分析,确定了橘芯相对砂囊的特征荧光信号,据此对带芯橘瓣荧光图像识别的可行性进行了验证。检测发现,在370~390 nm紫外光激发下,橘芯和砂囊在440 nm处的荧光强度差异较大;橘芯与砂囊在370 nm紫外光激发下,440 nm处荧光强度分布的箱线图表明两者荧光强度分布存在明显差异,且以橘芯在440 nm处荧光强度的下四分位数(Q1)与砂囊在440 nm处荧光强度的上四分位数(Q3)的平均值作为分类标准,去囊衣带芯橘瓣检出准确率可达85%。对(370±2)nm激发下得到的单色(440±5)nm荧光图像进行二值化及形态学处理后,可在以砂囊为背景的橘瓣图形中显现橘芯亮斑。利用橘芯与砂囊的荧光特性差异进行机器视觉成像分析,可作为识别去囊衣带芯橘瓣的一种有效方法。     

FTIR显微成像表征碱处理后玉米秸秆木质素含量及分布

探究木质素原位表征方法,能为研究农作物秸秆去木质化过程中木质素变化规律提供帮助。该研究以玉米秸秆为原料,碱处理玉米秸秆横切片后进行傅里叶变换红外(Fourier transform infrared,FTIR)显微成像,并结合快速非负最小二乘(fast non-negativity-constrained least squares,fast NNLS)拟合算法计算组织中木质素的分布。结果显示:1)FTIR显微图像结合fastNNLS算法可对组织中的木质素进行定位及定量分析。如拟合计算得到,原样组织薄壁细胞中木质素质量分数为7.7%,碱处理5、30、60min后下降至6.0%、4.8%、3.5%;2)基于fastNNLS拟合计算的组织中木质素变化趋势同试验测定的木质素变化趋势一致。研究结果表明,基于FTIR显微成像的表征方法可用于原位分析碱处理过程中秸秆组织的木质素分布及含量变化,实现介观尺度研究秸秆木质素降解规律。     

黑龙江垦区农田土壤养分平衡分析与评价

养分资源高效利用是农业绿色发展的重要环节。黑龙江垦区是中国粮食主产区之一,对其进行农田土壤养分平衡评价至关重要。该研究以黑龙江垦区为研究对象,采用农田土壤养分平衡方法,分析与评价其2000-2018年农田土壤氮、磷、钾养分输入与输出情况。结果表明:1)2000-2018年黑龙江垦区农田土壤氮、磷、钾输入与输出整体呈现"平稳-增长-下降后平稳"的趋势,养分输入以化肥为主,养分输出以籽粒和秸秆为主。2)黑龙江垦区农田土壤单位面积养分输入量较为稳定,并且所带来的经济效益在增加。3)2017年以来黑龙江垦区农田土壤氮和钾处于养分平衡状态,而磷处于养分盈余状态。2018年黑龙江垦区氮、磷、钾利用效率分别为51.03%、27.98%、10.04%。建议黑龙江垦区大力推广有机无机肥配施,开展农田土壤养分平衡长期调查与监测,促进区域农业绿色发展。     

不同分子质量牛骨胶原多肽制备复合膜特性研究

作为畜禽屠宰业的副产物,动物骨含有蛋白质、脂肪等营养物质,合理利用动物骨可以减少环境污染与资源浪费。从骨骼中提取回收胶原蛋白/多肽、并加工为高附加值产品被认为是一个具有潜力的发展方向。然而,胶原多肽的分子质量及分布会影响其溶解度、粘度、胶凝能力和稳定性等理化性质,从而影响胶原多肽基复合材料的结构与性能。以不同分子质量的牛骨胶原多肽为研究对象,采用溶液流延法制备胶原多肽-羧甲基纤维素复合膜,通过测定拉伸强度、断裂伸长率、水溶性指数、静态接触角等指标,考察复合膜的力学性能和疏水性,并结合傅里叶变换红外光谱分析、X射线衍射分析、热重分析和扫描电子显微镜等技术,探究胶原多肽分子质量对复合膜微结构与性能的影响及作用机理。研究结果表明:添加胶原多肽可以显著改善复合膜的力学性能和疏水性,且在肽分子质量为700～1 000 u时复合膜性能最优,其表面结构致密,拉伸强度、断裂强度和杨氏模量较对照组分别提升2. 39、2. 55、10. 11倍,断裂伸长率较对照组降低40%,疏水性和热稳定性也最理想;但随着牛骨胶原多肽分子质量的增加,复合膜的水溶性增加,力学性能和热稳定性显著降低。     

基于近红外显微成像的豆粕和抗生素菌渣鉴别分析

以豆粕和3种抗生素菌渣为研究对象,通过傅里叶变换近红外显微成像系统采集样品近红外显微图像;对采集到的近红外显微图像进行光谱重构,并对所有样品光谱进行预处理,利用Duplex算法分别从不同的样品预处理光谱中筛选具有代表性的光谱建立豆粕和抗生素菌渣的特征光谱库。使用偏最小二乘判别分析(PLS-DA)与支持向量机判别分析(SVM-DA)结合不同的光谱预处理方法,构建豆粕与不同种类抗生素菌渣的近红外显微成像定性判别模型。结果表明:构建的2种模型均能有效对试验中所用豆粕和抗生素菌渣样品进行鉴别分析,正确率均在99.4%以上。进一步比较研究发现,一阶导数+SNV的预处理方式优于无预处理、一阶导数、二阶导数;SVM-DA的模型效果优于PLS-DA,SVM-DA中特征提取方法 PLS优于PCA。     

好氧堆肥反应器试验系统设计与性能试验

针对现有好氧堆肥反应器试验系统体积小、实时监测和反馈控制功能单一等问题,在已有研究基础上设计了一种好氧堆肥反应器试验系统。根据静力学及热力学原理,对反应器试验系统关键功能单元进行了优化设计,开发了适用于该好氧堆肥反应器的自动控制系统,并对其进行了好氧堆肥性能测试试验。反应器体积为100 L,并具有实时监测不同梯度温、氧数据的功能,其反馈控制系统含有3套反馈控制方案。试验结果表明:好氧堆肥反应器试验系统内堆体上、中、下层温度高于50℃的时间分别为8.1 d、7.2 d和4.8 d;堆体各层最终pH值均小于8,种子发芽指数均大于85%,堆肥试验效果良好。