基于RGB-D SLAM手机的森林样地调查系统研究

基于RGB-D SLAM手机构建了森林样地调查系统,该系统实现了样地构建、每木检尺及林分/样地参数的估计功能,并在测量过程中使用增强现实展示测量结果,且提供了重新测量的交互方式,使观测者在观测过程中能够检测结果的可靠性,并保证所获取样地信息的完整性。该系统在18块半径为7. 5 m的圆形样地中进行了测试。结果显示,平均胸径估计值的偏差(BIAS)及均方根误差(RMSE)分别为0. 36、0. 69 cm,平均树高估计值的BIAS及RMSE分别为0. 06、0. 63 m,蓄积量估计值的BIAS及RMSE分别为8. 595 9、25. 735 8 m3/hm2,横断面积估计值的BIAS及RMSE分别为0. 949 7、1. 987 3 m2/hm2,株树密度估计值的BIAS及RMSE分别为-3、13株/hm2,坡度估计值的BIAS及RMSE分别为0. 30°、0. 88°,坡向估计值的BIAS及RMSE分别为-0. 44°、7. 61°。其中,坡向估计具有较大的RMSE,是由于当坡度较小时,即使SLAM系统估计位姿有较小漂移,仍会导致该值产生较大偏差,但整体而言坡向仍是无偏的。     

深松处理对豫北农田土壤水分与作物耗水的影响

为探索豫北潮土区冬小麦-夏玉米周年复种连作合理的深松技术指标,于2017—2018年在河南省获嘉县冬小麦播种前进行深松田间试验。采用2种深松机具(T,传统深松机; A,深松+施肥一体机),在传统深松机(T)上设置3个深松深度(D1,30 cm; D2,35 cm; D3,40 cm)和深松+施肥一体机(A)上设置1个深松深度(D2,35 cm),同时以常规旋耕(CK,平均耕作深度为15 cm)为对照,通过测定土壤容重、作物生育期内不同时间段的土壤含水率以及作物收获后的产量和产量性状,分析各深松处理对作物产量和水分利用效率的影响。结果表明,深松方式能够改变土壤容重,显著降低豫北农田10～30 cm土层的土壤容重。不同深松处理可以显著影响土壤含水率,增加田间蓄水能力,周年0～100 cm土层贮水量两季作物不同处理由大到小依次为TD2、TD1、TD3、AD2、CK,且各处理较旋耕对照依次分别显著增加34. 9%、28. 9%、28. 5%、27. 0%(p 0. 05)。深松处理还可以显著增加作物的穗数和穗粒数,提高作物产量,各处理两季产量较旋耕对照平均增加8. 3%,且冬小麦的增产效应大于夏玉米。同时,深松还能较大幅度地提高冬小麦-夏玉米复种体系作物的水分利用效率,深松处理两季较旋耕对照平均提高12. 4%,并显著降低了作物的耗水量和耗水强度,其中以传统深松机深松40 cm处理的效果最优。因此,在冬小麦播种前深松,有利于土壤耕层合理构建,并提高作物产量和水分利用效率,对以旱作冬小麦-夏玉米复种体系为主的豫北地区有很高的推广价值。     

节水灌溉下复合微生物有机肥对水稻光合与产量的影响

为研究寒地黑土区节水灌溉配施复合微生物有机肥对水稻光合特性及产量的影响,在节水灌溉条件下设置了4个复合微生物有机肥施用水平:OF20(20 kg/hm~2)、OF40(40 kg/hm~2)、OF60(60 kg/hm~2)和OF80(80 kg/hm~2),同时以单施无机肥为对照(CK)处理,研究水稻光合特性及其产量的变化趋势。结果表明:随着复合微生物有机肥施用量的增加,水稻各生育时期的叶片净光合速率(P_n)、最大光化学量子效率(F_v/F_m)、反应中心的潜在活性(F_v/F_o)以及光化学系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心激发能捕获效率(F_(v')/F_(m'))均呈先升、后降的趋势;在抽穗期和乳熟期,实际光化学量子效率(Φ_(PSⅡ))和光化学荧光淬灭系数(q_P)均随复合微生物有机肥施入量的增加先增大、后减小,在OF60处理时达到最大值,且均高于CK处理;气孔限制值(L_s)随着复合微生物有机肥施用量的增加,先减小后增大,且低于CK处理;非光化学荧光淬灭系数(q_N)在不同复合微生物有机肥施用量处理下并无显著差异;施加复合微生物有机肥处理的水稻产量高于CK处理,其中OF60处理产量最高,且米质优于CK处理。综合分析,施用60 kg/hm~2复合微生物有机肥处理效果最佳,研究结果可为寒地黑土区节水灌溉条件下合理配施复合微生物有机肥提供理论依据和参考。     

沼液施用对设施土壤饱和导水率的影响

为探求沼液灌溉对土壤饱和导水率的影响。系统研究了不同沼液配比及灌溉量对番茄根区不同深度土壤的pH值、容重、总孔隙度、颗粒机械组成、含水率和有机质的变化规律,进而分析对土壤饱和导水率的影响。灌施沼液能一定程度降低土壤pH值,降幅为1.25%～3.75%;施用沼液可以降低土壤容重,降低幅度在2.13%～8.97%之间;灌施沼液可以降低土壤砂粒含量,增加土壤粉粒及黏粒含量;随着沼液灌溉配比增大以及沼液灌溉量的增加,不同土层深度的总孔隙度均呈现增加的趋势;土壤含水率与沼液配比无关与沼液灌溉量呈正相关,土壤含水率随土层深度呈抛物线变化;垂直剖面上,沼液灌溉处理土壤剖面的饱和导水率都随土壤深度的增加而下降;有机质对土壤饱和导水率的影响阈值为18.51 g/kg。多元逐步回归分析表明土壤容重、黏粒含量以及土壤有机质含量是影响土壤饱和导水率的主要因子,建议沼液合理的配比及灌溉量应控制为T2处理,但是其长期施用效果还有待于进一步验证。     

排盐补淡对滨海盐碱土壤盐分变化的影响

为明确增加地下水埋深及补淡淋洗对滨海盐碱土的脱盐效果,以期为滨海盐碱土壤改良及水资源合理利用提供科学依据。以浅井排盐和灌溉水、降雨淋洗作为排盐补淡措施,在距排盐井不同半径处对地下水位和1 m土层含盐量进行测定,研究其在排盐补淡过程中的变化情况。研究表明,利用4 m左右的简易浅井可有效增加地下水埋深,抽水区域地下水埋深围绕排盐井呈现"V"型变化;排盐对中度和重度盐碱土1 m土层含盐量的影响存在差异,中度盐碱土表现抑盐、重度盐碱土有脱盐效果,且都随着抽提半径的增大,抑盐脱盐效果减弱;灌溉或降雨对盐碱土壤有脱盐作用,抽水腾出土壤水库容会提高土壤脱盐率,比仅灌溉或降雨分别高34.22%和17.53%,接近水量的灌水处理比降雨效果明显。综上所述,增加地下水埋深、腾空土壤水库容可以有效抑制盐碱土壤返盐并提高灌溉水、降雨等淡水洗盐效率,加大土壤脱盐效果。     

云南高原湖泊地区水资源脆弱性评价研究

针对云南高原湖泊独特的生态环境及水资源现状,构建了基于压力状态响应模型的高原湖泊水资源脆弱性评价指标体系。以湖泊区域典型代表玉溪市近30年水资源变化情况为案例,运用集对评价法对高原湖泊水资源脆弱性进行分析评价。结果表明：该区域2005-2007年水资源脆弱性程度为中度脆弱,并呈现一定的恶化趋势,表明目前高原湖泊的水资源承载能力与区域经济、社会发展和生态环境保护方面存在显著错位情况,亟待加强水环境保护与综合整治。     

长期保护性耕作对冬小麦氮素积累和转运的影响

基于长期定位耕作试验(2006—2016年),探讨长期传统翻耕、免耕和深松耕作对冬小麦关键生育期0~100 cm土层土壤含水率的影响,分析长期免耕和深松耕作下冬小麦植株氮素积累和转运的特性。试验结果表明:长期免耕和深松耕作较传统翻耕均不同程度提高了0~100 cm土层土壤含水率,但在较干旱年份,不同生育期免耕蓄水保墒效果优于深松耕作。从冬小麦扬花期到成熟期,无论何种耕作方式氮素在茎和叶中的分配比例逐渐减小,在穗中的分配比例逐渐增大。扬花期,与传统翻耕相比,连续2 a免耕分别提高茎、叶和穗的平均氮素积累量44.3%、80.5%和70.9%,而连续2 a深松耕作未呈现显著变化;成熟期,连续2 a免耕和深松耕作较传统翻耕均显著降低了茎的平均氮素积累量,增加了籽粒的平均氮素积累量(P0.05),且免耕优于深松耕作。此外,与传统耕作相比,免耕显著提高冬小麦植株营养器官氮素转运量、转移率和营养器官对籽粒的贡献率(P0.05),而深松耕作仅在较干旱年份未明显提高冬小麦植株营养器官转运量和对籽粒的贡献率。综上,长期深松耕作并不能持续促进冬小麦植株氮素积累与转运,对于干旱少雨年份免耕优于深松耕作。     

机采棉加工过程智能控制与试验优化

机采棉杂质含量高,多级籽棉清理和皮棉清理会造成纤维损伤,为综合提高皮棉产品的外观形态和纤维内在质量,提出了对机采棉加工工艺进行过程优化控制的研究方法和试验方案。在充分分析典型机采棉加工流程的基础上,根据最新的棉花质量检测标准,确定杂质面积、杂质颗粒数、反射率、黄度、上半部长度、长度整齐度、短纤维指数、马克隆值、断裂比强度9个参数作为优化目标,建立以加工皮棉产品成交价格最大化的总体优化控制目标。选取对棉花清理有显著影响效果的倾斜式籽清机I和II、提净式籽清机、回收式籽清机、轧花机上部、锯齿式皮清机I和II 7个关键设备的转速作为优化控制变量。采用监控层、控制层、设备层的构架模式,完成关键设备自动化升级改造。使用响应面分析法的中心组合设计试验方法建立控制变量与控制目标之间的数据模型。以建立的总体优化控制目标为适应度评价函数,利用遗传算法完成对多变量数据模型的求解,7个设备的转速分别为495、484、727、472、1 131、822、763 r/min。试验结果表明,加工后的皮棉产品杂质面积变化率降低约7个百分点,上半部长度变化率提高约2个百分点,质量较为稳定。本文方法在降低机采棉含杂率的同时,提高了棉花的综合质量水平。     

调亏灌溉下滴灌玉米根冠生长与水分动态响应特征

以玉米为试验材料,在自动感应式遮雨棚下,采用测坑微区试验方法,研究黑龙江西部滴灌条件下调亏灌溉对作物根冠生长、干物质分配特征、根冠比、耗水特征及植株伤流量的影响。以土壤相对含水率(占田间持水率的百分数)为控制上下限,设置5个水分调亏处理,分别为苗期轻度(60%~70%FC)处理,苗期中度(50%~60%FC)处理,拔节期轻度(60%~70%FC)处理,拔节期中度(50%~60%FC)处理,苗期中度、拔节期轻度处理,另设全生育期保持适宜土壤水分(70%~80%FC)作为对照。试验结果表明,调亏灌溉不改变玉米根部和冠部生长的原有总趋势,也不改变冠部各器官生长的基本趋势,但是显著地增大了作物根冠比(R/S),复水后根、冠补偿生长效应明显,促进光合同化产物向生殖器官的运转与分配,增大了生育后期干物质向果穗的分配率。苗期中度处理和拔节期轻度处理的玉米,在调亏期间使根系维持较高的根质量,水分胁迫复水后根系活力明显提高,其伤流量表现出超补偿效应,在灌浆期仍保持较高的伤流量并且在生育后期仍保持有较高的根冠比(R/S),是协调玉米根冠生长关系的适宜水分调亏处理。     

基于高光谱联合流化床富集的红葡萄酒白藜芦醇检测

利用高光谱成像技术联合流化床富集技术对红葡萄酒中微量成分白藜芦醇的含量进行快速检测。通过高效液相色谱法检测红葡萄酒中白藜芦醇的含量,设计流化床富集装置,研究HPD826、DA-201、AB-8、H103、HPD600共5种树脂对红葡萄酒中白藜芦醇的富集效果,筛选出H103树脂富集效果最优。将H103大孔吸附树脂用于富集红葡萄酒中的白藜芦醇。获取吸附白藜芦醇后树脂的高光谱反射图像(900~1 700 nm),对比5种光谱预处理方法(MSC、SNV、SG-S、RN、QN)对白藜芦醇含量的建模效果,优选出RN预处理方法;建立PLSR、SVMR(LK-SVMR、PKSVMR、RBF-SVMR和S-SVMR)、PCR的6种回归模型,优选出LK-SVMR校正模型和PLSR校正模型,将其用于预测集样本进一步评价模型的精度和稳定性,最终确定PLSR模型为最佳模型。研究表明,基于RN-PLSR的红葡萄酒中白藜芦醇的定量预测模型相关系数R_P=0.852 8,预测集均方根误差为0.036 0,R_C=0.878 3,校正集均方根误差为0.033 0,预测效果最佳,为高光谱技术在微量、痕量成分检测方面的应用提供了参考。