曲翼中耕培土装置作业参数优化与试验

中耕培土作业质量对防旱保墒、促进玉米植株生长有重要影响,合理的结构及作业参数可有效改善玉米的生长环境.针对传统中耕培土器碎土率较低、培土高度不佳的问题,该研究对曲翼中耕培土装置(以下简称曲翼培土装置)曲翼结构及其关键作业参数进行优化.首先对阻力监测系统进行改进并通过土槽试验对其可靠性进行验证;再基于装置关键部件与结构理...     

等离子体处理对亚麻籽胶结构和功能特性的影响

为了揭示等离子体技术对亚麻籽胶的物理改性效应,该研究以5 mg/m L亚麻籽胶溶液为对象,比较了不同等离子体处理时间(0～120 s)对亚麻籽胶结构和功能特性的影响规律。结果发现,随着等离子体处理时间的延长,亚麻籽胶溶液p H值、Zeta电位绝对值和平均分子量逐渐减小,而对亚麻籽胶的多糖骨架结构和单糖组成无明显影响。等离子体处理降低亚麻籽胶的炭化和聚合反应温度、表观黏度和界面吸附能力。冷场扫描电镜结合稳定性指数(Turbiscan Stability Index, TSI)结果显示,0～15 s等离子体处理在不明显降低亚麻籽胶中酚类化合物含量和体外抗氧化活性的同时,明显改善了亚麻籽胶构建亚麻籽油乳液的稳定性(P0.05)。因此,等离子体作为一种非热加工技术,能够用于亚麻籽胶的适度改性研究,以拓宽其在健康食品领域中的应用前景。     

丙酮酸基对黄原胶/魔芋葡甘聚糖复配体系凝胶特性的影响

为了实现对复配凝胶体系状态的调控,扩展凝胶在食品中的应用,该研究通过酸性热处理调控黄原胶中丙酮酸基含量变化,研究其对黄原胶结构、流变特性及黄原胶(Xanthan Gum)与魔芋葡甘聚糖(Konjac Glucomannan)复配凝胶特性(如溶胶-凝胶转换温度、流变特性等)的影响。研究结果表明;XG螺旋结构随丙酮酸基减少而逐渐紧密,流动性增强,有序无序构象转换温度升高。通过对XG/KGM复配凝胶流变特性的研究发现丙酮酸基含量减少,复配体系的黏度系数减小,似固性减弱,趋向于牛顿流体;且同一角频率下,XG/KGM复配凝胶的储能模量和损耗模量随丙酮酸基的脱除均呈现减小的趋势,但储能模量恒大于损耗模量,损耗因子的正切值恒小于1,呈固体特性。温度扫描表明温度降低,复配体系的储能模量逐渐增大,但其增加的起始温度随丙酮酸基含量减少而降低,且整体呈下降趋势,溶胶-凝胶温度从60℃降至41℃,该研究结果使得溶胶-凝胶的转换温度更接近于口腔温度,为食品产业中"入口即化"特性的研究提供了可能。     

基于DSSAT作物模型的中美大豆主产区单产模拟与验证

开展基于作物模型的大面积作物产量估测研究,可以为及时掌握全球重点地区农作物的生产情况提供数据支撑。该研究以大豆为监测作物,选取中国吉林省和美国爱荷华州作为研究区域,基于DSSAT作物估产模型中的SOYGRO大豆模型,利用分辨率为0.5°×0.5°的生育期气象要素以及500 m×500 m绿色叶绿素植被指数,进行遥感数据融合作物模型估测大豆单位产量的模拟与验证研究。结果显示,2008-2017年,美国爱荷华州大豆单位产量模拟值的平均误差为16.8%,均方根误差为762.8 kg/hm~2,平均偏差为107.2 kg/hm~2;中国吉林省大豆单位产量估测的平均误差为36.3%,均方根误差为1 088.4 kg/hm~2,平均偏差为-237.9 kg/hm~2。在县域尺度下,大豆单位产量模拟值与调查值的拟合度较好,尤其在产量较低的年份,其中美国爱荷华州的产量相关系数最高可达0.78,中国吉林省的相关系数偏小,为0.59,表明对美国爱荷华州大豆单位产量的估测精度优于中国吉林省。研究所建立的大豆单位产量估测技术路线,可以为中美两国主产区作物单位产量的大面积有效估测提供参考。     

利用叶片光谱的作物铜铅污染判别

重金属污染种类的判别是作物生长环境监测的重要组成部分。该研究旨在提出一种由叶片光谱构建的铜铅污染判别特征(Copper and Lead Contamination Discriminating Features,CLCDF),以实现作物铜、铅污染判别。以典型作物玉米为试验对象,运用包络线去除与导数处理叶片光谱,基于该研究提出的归一化铜铅污染指数(NormalizedDifference Copper and Lead Contamination Index,NDCLCI)构建叶片CLCDF,在CLCDF分布域内建立判别平面(Discriminating Plane,DP)。依据CLCDF与DP的位置关系,得出直观的污染种类判别规则,并利用判别距离(Discriminating Distance,DD)对判别规则进行量化。基于训练集数据进行试验,提取到189种用于判别铜、铅污染的DP,同时获取了对应的污染种类判别规则,判别正确率为100%。使用验证集数据进行验证,189种DP中的88种判别效果较好,判别正确率为78.22%。该研究结果证明,基于CLCDF的铜铅污染判别方法效果良好且稳定。     

基于生物酶法的酰基化桑椹花青素的制备与特性

为尽可能减少花青素的降解,提高其稳定性,采用生物酶法,对桑椹花青素进行酰基化修饰,并与非酰基化花青素进行对比研究。运用单因素试验筛选脂肪酶、反应溶剂和酰基供体,分析对花青素酰基转化率的影响。确定酰基化反应的优化条件为南极假丝酵母脂肪酶为酰基化催化酶、吡啶为催化反应溶剂、苯甲酸甲酯为酰基供体,酰基化效果最好,转化率最大为13.5%。采用傅里叶红外、高效液相色谱对产物进行分析,经鉴定,酰基化产物为单酰基或多酰基花青素。此外,研究了酰基化对花青素稳定性和抗氧化性的影响。酰基化可提高花青素的热稳定性、光稳定性和耐酸碱稳定性。相同温度下,酰基化花青素保留率提高约5.0%,光照6d后,酰基化花青素的保留率仍高达96.1%。酰基化可以显著增加花青素体外抗氧化性,增强DPPH自由基清除能力,总还原能力比非酰基化花青素提高30%,金属离子螯合能力高达90%。酰基化花青素肿瘤细胞活性抑制率可达81%,而非酰基化花青素仅为50%。该研究为花青素稳定性提高和性能改善提供参考的理论依据。     

不同吸附特性的稻草生物炭对稻田氨挥发和水稻产量的影响

秸秆生物炭具有改善土壤生态环境、土壤蓄水保肥和减少温室气体排放等正效应,但其石灰效应会加大稻田氨挥发损失。为充分发挥生物炭吸铵特性,降低其石灰效应的不利影响,对不同热解温度(300、500、700℃)和酸化水平(pH值=5、7、9)稻草生物炭处理下的田面水NH_4~+-N浓度、氨挥发和水稻产量进行了研究。结果表明:偏酸性(pH值=5)、中性(p H值=7)生物炭处理在基肥期和分蘖肥期均能显著降低田面水NH_4~+-N峰值浓度(P0.05),降幅达16.90%～35.60%。全生育期稻田氨挥发损失占施氮量的15.14%～26.05%(2019年)、15.10%～19.00%(2020年)。稻田增施热解温度为700℃、酸化水平为5(p H值=5)的生物炭(C700P5)降氨效果最好,两年氨挥发分别显著降低22.93%、12.61%(P0.05)。高温热解配合偏酸性、中性生物炭(C700P5、C700P7)增产效果显著,增产率达9.92%～13.50%,结构方程模型表明,其增产原因是生物炭酸化处理降低了稻草生物炭的石灰效应,而热解温度调整提高了生物炭阳离子交换量(CationExchange Capacity,CEC),进而降低了田面水NH_4~+-N浓度和氨挥发损失,最终提高了水稻地上部氮素积累和水稻产量。研究可揭示不同热解温度和酸化水平制备的生物炭在稻田中的应用潜力,并为稻田合理施用生物炭和减少化肥施用量提供理论依据。     

双轴旋耕碎土试验台设计与分层耕作试验

针对现有耕作试验台难以满足双轴耕作部件测试的需求、室内测试重塑土难以反映作业现场真实环境的问题,设计了一种集前轴正转抛土、后轴反转碎土功能于一体的双轴旋耕碎土田间移动式试验台,可实现前后刀轴相对位置及转速比的实时调整。阐述了整机工作原理,分析了前后刀轴相对位置的调节范围、碎土刀轴位置调节机构结构参数、旋耕刀轴调速装置的运动参数,计算并选型了碎土刀轴调速系统、功耗测试系统中液压及电气元件。为提高分层耕作质量同时降低作业能耗,以前期研究的双轴起垄机的双轴旋耕碎土关键部件为研究对象,开展了分层旋碎的田间试验,并采用中心组合试验设计方法,以两轴水平间距、垂直间距、碎土刀轴转速为影响因素,以双刀辊作业平均功耗、表层5 cm土层的碎土率为评价指标进行响应曲面分析。利用Design-Expert软件进行数据分析,建立各因素和平均功耗、碎土率之间的回归模型,分析各因素对平均功耗、碎土率的显著性,同时对影响因素进行了综合优化。试验结果表明:各因素对平均功耗影响由大到小依次为水平间距、碎土刀轴转速、垂直间距;各因素对碎土率影响由大到小依次为水平间距、垂直间距、碎土刀轴转速;最优工作参数组合为水平间距为570mm、垂直间距为96mm、碎土刀轴转速为340r/min,对应的平均功耗为17.92 kW、碎土率为91.65%,且各评价指标与其理论优化值的相对误差均小于5%。试验表明,所设计的双轴旋转耕作部件性能测试试验台设计合理,能够满足多因素多水平的测试需求,为双轴旋转型耕作部件的优化设计提供了新的测试手段。     

基于网络RTK的离心式无人机变量施药可行性初探

针对植保无人机施药准确性和作业效率需求的提高,验证网络实时动态(Real-Time Kinematic,RTK)载波差分技术在无人机施药上的可行性,设计了一种基于网络RTK的离心式变量施药系统。采用STM32F103为控制核心,通过串口获取GPS定位信息,并连接DTU模块实现网络RTK技术,通过脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)技术调节占空比的大小,从而调节离心喷头的转速以及蠕动泵的流量。系统在工作时,通过农情信息完成处方图构建,通过高精度GPS模块获取经纬度信息,在施药过程中系统实时检索无人机所在位置,调出处方决策信息,按照处方信息调节离心喷头和蠕动泵的输出比例,从而控制无人机的施药粒径大小和施药量大小,并将作业数据上传至监控平台。通过试验表明系统能正确执行变量施药任务;在使用离心喷头进行变量施药任务时,受到系统稳定性和离心喷头特性的影响,在处方交界区域会存在一个不稳定区域;离心喷头在较高转速下进行变化时,在处方交界区域粒径大小的变化越平滑。该结果满足预期试验设计,可为植保无人机变量施药技术改良提供基础与参考。     

基于FCN的无人机玉米遥感图像垄中心线提取

为解决农业机器人在玉米田行间行走的全局路径规划问题,该研究提出一种基于全卷积神经网络(Fully ConvolutionalNetworks,FCN)的无人机玉米遥感图像垄中心线提取方法。基于无人机获取的高精度可见光遥感图像,设计了针对农田垄中心线提取的数据集标注方法,采用滑动窗口法进行图像分块,利用深度学习语义分割网络FCN对垄中心线附近7～17像素宽度范围的垄线区域进行提取,模型在测试田块上精确率达66.1%～83.4%,召回率达51.1%～73.9%,调和平均值为57.6%～78.4%;对拼接后的图像使用影像分割投影法提取中心线,探究了垄线区域宽度对垄中心线提取精度的影响,训练采用9像素的垄区域宽度,可得到垄中心线在77 mm左右偏差范围准确率为91.2%,在31.5 mm左右偏差范围内为61.5%。结果表明,基于FCN对无人机玉米遥感图像进行处理,可得到整片田地的垄中心线栅格地图,方便农业机器人进行全局路径规划。