基于称量反馈的设施番茄灌溉系统的构建与应用

为提高设施番茄灌溉的精准性,该研究设计了一种基于称量反馈的灌溉系统,该系统包括称量反馈模块、多源信息采集传输模块、灌溉决策模块与水肥执行模块。称量反馈灌溉决策首先利用卫星定位模组获取灌溉地经纬度信息自动计算当天的日出时刻、日落时刻、日中时刻,结合椰糠条吸水特性与番茄植株日需水量变化规律,把1 d自动划分为4个不同的动态灌溉阶段;根据温室内温湿度信息及排液电导率（electrical conductivity,EC）值反馈的番茄植株根部信息,制定了一般模式灌溉肥液或洗盐模式灌溉清水（或低浓度营养液）。设计试验以基于辐射累积控制灌溉、定时灌溉作为对照,分别从栽培效果、灌溉效果、应用效益方面验证该灌溉系统的应用效果。结果显示使用该称量反馈灌溉系统比基于辐射累积控制灌溉系统灌溉量增加1.8%,用肥量减少7.3%,排液比降低7.9%,排液EC值降低9.3%;与定时灌溉方式相比灌溉量减少11.3%,用肥量减少20.0%,排液比降低17.9%,排液EC值降低4.9%。栽培效果显示,使用该称量反馈灌溉系统的椰糠条栽培番茄在茎粗、叶片叶绿素相对含量、糖度值、单穗质量和基于辐射累积的控制灌溉相比无显著性差异（P>0.05）,但株高增加4.8%;与定时灌溉相比在株高、茎粗、叶片叶绿素相对含量、糖度值、单穗质量均无显著性差异（P>0.05）。预计使用该称量反馈灌溉系统,园区15栋日光温室（1.22 hm²）相比基于辐射累积控制灌溉,应用效益月节约0.276万元,与定时灌溉方式相比,园区月节约2.247万元。该系统简化了番茄植株需水量的计算过程,实现了番茄栽培水分的精准感知与按需精量灌溉。     

基于CNN-Transformer的农作物病虫害知识问答意图识别与槽位填充联合模型

意图识别与槽位填充是农作物病虫害知识问答中问题理解的两个重要任务。在已有面向农业领域的研究中,上述任务仍被视为两个完全独立的子任务,并且未充分利用意图识别与槽位填充的语义信息。为此,该研究提出一种基于CNN-Transformer的意图识别与槽位填充联合模型（CDPCT-IDSF）。该模型根据农作物病虫害文本语义复杂设计CNN网络与多层Transformer结合强调局部的有用信息以缓解语义缺失问题;然后在Transformer解码器中引入对齐保证输入与输出一对一关系以提高识别正确槽位标签的能力。此外,进一步构建了包含20个意图类别、12个槽位类别和11242条标注样本的农业病虫害知识问答数据集进行对比试验,CDPCT-IDSF模型在该语料库上的槽位填充F1值为94.36%,意图识别精度为92.99%,整体识别精度为87.23%,优于其他对比模型,结果证明了所提模型在农作物病虫害意图识别与槽位填充任务上的有效性,可为面向农作物病虫害的知识问答研究提供理论支撑。     

设施园艺电驱移动平台轮毂电机设计及其磁-热耦合性能

针对设施园艺作业场景下电驱移动平台的低速大扭矩牵引作业需求,该研究设计了一种减速内转子轴向磁通轮毂电机,建立电机的电磁有限元模型并分析其电磁和损耗特性。考虑到绕组电阻率受温度变化影响,构建基于热网络法的轮毂电机磁-热耦合改进模型。与台架试验结果相比,基于改进模型获得的转矩预测值较传统模型的精度提高了5.33%,验证了模型的正确性。利用改进模型分析了温度和相电流对电机转矩特性的影响,仿真结果表明,输出转矩随电机温度增加而降低;在0～20 A,电机平均输出转矩与相电流呈线性关系。试验结果表明,轮毂电机功率随转速增加而增大,峰值功率可达4.59 kW,而转矩基本保持恒定;在转速450～900 r/min、转矩300～600 N·m时,电机效率高达93.2%。研究结果可为轴向磁通电机初步设计与多场耦合影响下电机性能分析提供思路。     

纳米纤维素水凝胶的制备与表征及其对猪肉的保鲜作用

水凝胶因具有低毒性、高生物相容性和可降解性而常用于食品保鲜,但其机械性能和抗疲劳性有待提高。为了探究大豆种皮纳米纤维素对水凝胶机械性能和抗疲劳性的影响,并提高水凝胶的综合机械性能。因此,本研究通过-20 ℃低温循环冷冻-解冻法制备具有可拉伸、强韧、抗疲劳的聚乙烯醇/海藻酸钠/纳米纤维素水凝胶,探究水凝胶对猪肉货架期的影响。通过扫描电子显微镜、傅里叶红外变换光谱仪、X-射线衍射仪、热重仪和质构仪测定了水凝胶的理化性质和机械性能。研究结果表明,水凝胶内部单体之间以氢键和酯键交联,内部呈现多孔结构,断裂伸长率为230%、压缩强度为70 kPa、拉伸强度为17 kPa,经过多次循环拉伸仍具有良好的机械性能和较高的抗疲劳性。猪肉保鲜试验表明,水凝胶维持了猪肉色泽的稳定性,防止内部水分流失,并且将猪肉的保质期延长至10 d。因此,该水凝胶可用于食品包装以延长冷藏肉制品的保质期。同时,本研究为构建一种可拉伸、强韧、抗疲劳的多功能水凝胶提供了一种新的视角。     

基于非靶向代谢组学的特色寒地浆果滋味品质分析

为探究笃斯越橘、蓝靛果、树莓、黑加仑4种特色寒地浆果滋味特点,及其滋味形成的特征性物质组成,该研究基于超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（ultra-high-performance liquid chromatography-quadrupole time-of-flight tandem mass spectrometry, UPLC-QTOF-MS）和气相色谱质谱法（gaschromatography-mass spectrometry, GC-MS）分别对4种浆果的非挥发性和挥发性物质进行鉴定和筛选,并进行公因子分析;同时进行4种浆果的电子舌分析及感官评价,得出4种浆果滋味品质模糊综合得分。结果显示：笃斯越橘糖酸比为4.41,特征性挥发性物质为α-松油醇和苯甲醛,电子舌酸味响应值最强;黑加仑糖酸比为3.80,特征性挥发性物质为苯乙醇和乙酸,各滋味响应值相当;蓝靛果糖酸比为3.37,总酚含量最高,特征性挥发性物质为正己醇和3-己烯-1-醇,咸味和鲜味响应值最高;树莓糖酸比为8.19,特征性挥发性物质为乙酸和α-紫罗酮,甜味和苦味响应值最高;经筛选鉴定及统计分析得出4种浆果的非挥发性物质中有显著差异的化合物有10种,分别为塔格糖、乳酸、阿洛酮糖、草酸、柠檬酸、天冬氨酸、茜草苷、6α-甘露二糖、蔗糖和异槲皮素。滋味感官模糊综合评分由大到小为树莓、蓝靛果、笃斯越橘、黑加仑;因子分析结果表明4种浆果滋味组成得分由大到小排序依次为黑加仑、蓝靛果、笃斯越橘和树莓。该研究结果可为4种寒地浆果的产品开发滋味调控提供理论依据。     

矿区生态监测的地理加权遥感生态指数构建及评价

矿区生态是陆地生态系统的重要组成部分,准确监测矿区生态对保护生态环境、维持生态平衡具有重要意义。遥感技术为矿区生态监测提供了有效手段,针对遥感生态指数（remote sensing ecological index,RSEI）在矿区生态监测中存在监测精度低、针对性弱和指标权重空间上均一化问题,该研究对RSEI进行了改进。首先,考虑矿区特殊的生态成因,在绿度、热度、湿度、干度的基础上加入煤尘污染因子构成矿区遥感生态指数;然后,利用地理加权主成分分析法确定各指标的空间权重,构建了地理加权遥感生态指数（geographically weighted-remote sensing ecological index,GW-RSEI）;最后,以山西省大同煤田为例,基于多期遥感影像对GW-RSEI在矿区生态监测中的有效性、适用性进行了验证。结果表明：GW-RSEI能准确捕捉矿区大气中的煤尘污染,从整体和局部尺度实现了矿区生态的精准监测,有效提高了矿区生态监测的精度;地理加权主成分分析法能够明确表征矿区生态的空间异质性和生态环境变化的空间连续性;2000—2020年大同煤田的GW-RSEI均值分别为0.51、0.48、0.46、0.59、0.56,整体生态环境经历了先恶化后改善的过程,其东南部生态环境变化趋势与整体一致,而西北部生态环境呈现先改善后恶化的变化趋势。研究成果为准确监测矿区生态提供了一种更加科学、有效的方法。     

水稻田间育秧水肥药变量喷灌装置设计与试验

为解决南方水稻工厂化田间育秧水肥药人工管理作业中存在的灌溉均匀性差、化肥和农药浪费以及劳动强度大等问题,该研究设计了一种水稻田间育秧水肥药变量喷灌装置,阐述了水肥药变量喷灌装置总体结构和工作原理,进行了关键部件设计与试验;以可编程逻辑控制器（programmable logic controller,PLC）为控制核心,构建了注肥量在线调控及整机变量喷灌控制系统。采用Box-Behnken试验设计方法,对装置喷灌均匀性与主要影响因素进行试验研究,应用单目标优化方法对喷灌关键参数进行优化,并通过验证试验,得到最优参数组合为：干管入口水压0.20 MPa、球阀开度90°、喷头喷角80°,此时装置的喷灌均匀性为92.69%;构建了氯化钾肥液质量浓度与电导率（electrical conductance,EC）值的线性模型,开展了装置变量灌溉施肥性能试验,3种喷灌等级下各作业区的肥液EC值分别为1.65、1.66和1.68 mS/cm,平均喷灌强度分别为900.85、1092.04和1263.67 mm/h,施肥均匀系数分别为85.21%、87.86%和91.62%。采用水肥药变量喷灌装置开展水稻育秧田间管理试验,华航51常规稻和广8优165杂交稻的秧苗长势均匀度均高于95%,成毯性良好,各项素质指标满足机插作业要求。所设计的水肥药变量喷灌装置能够满足水稻田间育秧水肥药变量喷灌作业要求,对提高水稻工厂化田间育秧机械化水平、保证秧苗质量具有实际应用价值。     

橘色海菊蛤人工繁育技术研究

本研究以野生橘色海菊蛤(Spondylus aurantius)为材料,观察了橘色海菊蛤的亲体催熟、胚胎及稚贝的发育过程,比较了不同温度条件下胚胎发育速度及不同材质和采苗深度对海菊蛤附着效果的影响。结果显示,野生橘色海菊蛤在养殖池经自然催熟后性腺饱满,发育成熟;采用“晾干+流水+高温”刺激获得了橘色海菊蛤优质精卵,并成功完成了受精;受精卵通过不均等卵裂,依次发育为多细胞卵裂期、囊胚、担轮幼虫、D形幼虫、壳顶幼虫、匍匐幼虫和稚贝,累计耗时25～27 d。受精卵在温度为28℃和32℃时均可发育至稚贝,且在水温为32℃时,胚胎各个阶段发育速度均快于28℃。室内不同水层采苗结果显示,底层采苗器附着密度要显著高于上层(P<0.05);不同附着基材质附着密度结果显示,室内采苗阶段黑蝶贝壳附着效果最好,而后依次为海菊蛤壳>牡蛎壳>混凝土饼>黑色遮阳网>绿色聚乙烯网片。在自然海区养殖30d后,海菊蛤壳和牡蛎壳附着及生长效果最优。本研究首次成功开展了橘色海菊蛤人工繁育,获得了其胚胎和稚贝发育规律,研究结果可为该物种在南海人工规模化养殖提供支撑。     

虹鳟倍性鉴定SSR标记筛选与应用研究

虹鳟(Oncorhynchus mykiss)是我国冷水性鱼类的主要养殖品种。与二倍体相比,虹鳟三倍体具有生长速度快、肉质好和不育等优点。目前,鉴定虹鳟倍性主要是通过流式细胞术进行DNA含量分析,但这种方法需要采集鱼类血液或组织样本,会对其造成伤害。为了实现利用微创方法收集样本鉴定虹鳟倍性,本研究利用PCR扩增以及电泳分离技术对153个微卫星标记(SSR标记)进行分析,其中139个SSR标记能够在二倍体和三倍体中成功扩增,筛选出132个SSR标记具有多态性,最终鉴定出7个标记在三倍体中表现出较高的变异性。通过在52个已知倍性水平的参考样本和48个未知倍性的样本上进行验证,进一步从中筛选出3个SSR标记(SSR1054、SSR1056和SSR1468)足以区分倍性水平,并且根据3个标记序列重新设计了3对具有良好稳定性的引物序列进行倍性分析应用。本研究所筛选的SSR标记解决了现有虹鳟倍性鉴定中存在的技术流程复杂、耗材昂贵的问题,并有助于不同倍性虹鳟的遗传多样性研究。     

四种不同食性鱼类肠道微生物群落组成及多样性比较分析

本研究旨在探讨食性对鱼类肠道菌群组成和多样性的影响,并预测特定菌群对不同营养素的潜在功能。实验采用高通量16S rRNA基因测序技术,提取获得滇池高背鲫(Carassius auratus)、草鱼(Ctenopharyngodon idellus)、鳜鱼(Siniperca chuatsi)、昆明裂腹鱼(Shizothorax grahami) 4种不同食性鱼类的肠道内容物,12个样品的16S rRNA,构建文库并测序,分析这4种鱼类肠道微生物的菌落组成和多样性。结果显示,鱼类肠道菌群多样性受到食性的显著影响(P<0.05),综合表现为杂食性(滇池高倍鲫) > 草食性(草鱼) > 滤食性(昆明裂腹鱼) > 肉食性(鳜鱼)。4种鱼类具有一些相同的优势菌群：变形菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)。然而,优势菌群在属水平上存在一定差异,如不动杆菌属(Acinetobacter)为鳜鱼的优势菌群,拟杆菌属(Bacteroides)为草鱼的优势菌群等。功能预测发现,鳜鱼肠道中以革兰氏阴性菌为主;草鱼抗病潜力略高于其他3种鱼类;约氏不动杆菌(A._ johnsonii)、鲁氏不动杆菌(A. lwoffii)和施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)可能有助于宿主对蛋白质的消化,而拟杆菌属中的某些菌群可能有助于宿主消化纤维素。综上所述,食性是影响鱼类肠道菌群组成和多样性差异化的主要因素之一,分析食性与肠道优势菌群之间的关联,探讨特异菌群的功能,可为研究鱼类营养代谢的微生物效应奠定理论基础。