乡村振兴与农业工程学科创新

乡村振兴作为农业农村现代化的长期目标和全方位发展过程,为涉农学科提供了空前巨大的创新与调整空间。该文旨在探讨农业工程学科在这一新的历史机遇与挑战面前,如何确定学科调整与优化的方向,为乡村振兴战略的实施提供有力的科技与人才支撑。近年来,以新工科、新农科建设为标志的新一轮学科布局调整,十分注重引入新技术与产业革命成果,用信息、数字技术和人工智能改造、提升传统工科和农科;相对而言,针对乡村振兴引发的农业农村现代化道路扩展与发展形态变革对学科创新的需求则重视程度不足。农业工程因其对农业农村现代化的特殊与关键性作用,理应更重视社会经济发展模式与结构调整对学科创新的影响及其对应关系。当前形势下,农业工程学科创新应重点关注以下几方面的问题:1)乡村振兴战略的实施为农业工程学科的创新与拓展开辟了新空间,提出了新要求;2)农业工程技术体系的开发推广将从以农业生产领域为主向依托农业农村资源而形成的多产业融合领域延伸;3)农业工程人才培养与科研体系建设要面向乡村生产生活和生态系统构建的全领域全过程;4)农业农村各产业及区域系统性建设要与城乡融合发展和推进农村治理体系与治理结构现代化的需求对接。现阶段,关于农业工程学科创新与扩展的新领域和新方向,在下述几个方面存在十分紧迫的现实需求:1)农村电子商务工程;2)乡村景观营造与维护工程;3)乡村新业态生产空间营造;4)乡村生态环境工程;5)乡村社会经济管理与治理体系和治理结构系统工程。     

资源环境硬约束下中国耕地休耕优先区识别

为厘清全国耕地资源环境本底并识别中国休耕优先区,该研究从生态保护红线、土壤污染状况、地下水超采和耕地质量等级等4个维度,运用生态保护红线划定、内梅罗综合污染指数、地下水水位变幅等方法系统分析中国耕地资源环境胁迫因子空间格局及分异特征,并构建多准则休耕规则识别不同情景下中国休耕规模及优先区的空间分布。结果表明：1）中国北方划入生态保护红线范围内耕地面积远高于南方,划入一级生态保护红线范围内耕地占3.57%;2）中国耕地重、中度污染面积分别占1.23%和2.31%,南方整体污染高于北方且南方呈局部分散、北方呈点状集聚格局;3）地下水超采区集中于河北、河南、吉林和江苏,重度超采区仅占0.68%;4）耕地质量总体一般,劣等、低等耕地面积分别占3.69%和14.0%,北方明显高于南方且大范围分散分布。依据多准则休耕规则综合评判,划入休耕优先区占全部耕地的23.70%,比食品安全优先、产能损失最小和生态保护优先3种情景分别高8.40%、4.18%和3.12%,其中禁植必休区、限植休耕区和重点轮休区分别为1.95%、4.71%和6.18%。因此,必须从源头治理视角厘清耕地资源环境本底,权衡休耕的迫切性,为国家层面上休耕规划有效落地、污染休耕治理和耕地保护创新提供技术支撑。     

腐殖酸肥料射频真空干燥特性

为研究腐殖酸肥料射频真空干燥特性及品质,该研究探讨了不同极板间距（160、165 mm）、不同初始湿基含水率（10%、15%、20%）下腐殖酸肥料的升温速率和加热均匀性,在此基础上进行射频真空干燥试验,并以热风干燥试验为对照,采用Weibull函数拟合腐殖酸肥料射频真空干燥特性曲线,对比射频真空干燥与热风干燥对腐殖酸肥料颜色、总氮、总磷、总钾及有机质的影响。结果表明：真空度为0.085 MPa,极板间距为160 mm、初始湿基含水率为15%时,干燥速率和升温速率较快,加热均匀性较好;升温曲线在53 ℃出现拐点,53 ℃前升温较快,53 ℃后升温较慢;除含水率为20%的物料外,极板间距对加热均匀性影响不显著（P > 0.05）,但初始湿基含水率对其有显著影响（P<0.05）;射频真空干燥所需时间较热风干燥缩短约208 min,射频真空干燥可显著提高干燥速率（P<0.05）;Weibull函数能较好的拟合腐殖酸肥料射频真空干燥过程,尺度参数和形状参数随极板间距的减小而减小,随初始湿基含水率的增加呈先减小后增大的趋势;水分有效扩散系数,随极板间距的减小而增大,随初始湿基含水率的增加,呈先增大后减小的趋势;极板间距与初始湿基含水率总体上对腐殖酸肥料的色泽高度L*、红绿值a*、蓝黄值b*、总氮、总磷、总钾、有机质无显著影响（P>0.05）;65 ℃热风干燥后样品的色差值显著高于射频真空干燥（P<0.05）,总氮和有机质含量显著低于射频真空干燥（P<0.05）。在设置的试验条件下,腐殖酸肥料的较佳干燥参数为真空度0.085 MPa、极板间距160 mm、初始湿基含水率15%。研究结果可为腐殖酸肥料射频真空干燥应用提供参考。     

固原市玫瑰苑小区低影响开发措施改造对降雨径流的调控效益

[目的]计算住宅小区海绵改造后对降雨径流的调控效益,旨在为海绵城市建设提供技术参考。[方法]结合宁夏回族自治区固原市某住宅小区各低影响开发(low impact development, LID)设施的布设情况,计算不同设计降雨量下LID设施对降雨径流的截蓄量与各LID设施截蓄容积的利用率;再结合固原市2004—2014年的降雨资料,计算出该小区年均降雨径流总截蓄量与各LID措施对降雨径流的截蓄量。基于计算出的小区LID设施对降雨径流的截蓄数据,结合资源环境经济学原理,计算小区降雨径流年调控效益、单方降雨径流调控效益与各LID措施年均降雨径流调控效益。[结果]小区海绵改建后,年均降雨径流调蓄量增加11 568 m~3,产生的效益为111 302元/a,单方降雨径流调控效益为9.62元/m~3;各LID设施年均效益分别为:雨水花园45 273元/a,下沉式绿地27 103元/a,雨水桶6 654元/a,雨水池32 272元/a。[结论]住宅小区海绵改建能够有效控制小区降雨径流的外排量,提高小区年径流总量控制率,具有明显的经济、环境和社会效益。     

基于DTW距离的拖拉机传动轴载荷样本长度计算方法

针对工程领域载荷样本长度确定方法对农业机械载荷适用性较差的问题,提出了一种基于动态时间扭曲(DTW,Dynamic Time Warping)距离计算载荷样本长度的方法。首先,运用无线扭矩传感器获取犁耕作业下拖拉机传动轴的动态载荷,结合传动轴犁耕作业下的载荷特点,划分作业工况;再将作业循环叠加并经过归一化处理后进行DTW距离计算,确定传动轴载荷样本长度;最后,计算参数外推中均值混合正态分布函数的拟合参数相对误差。结果表明,运用DTW距离方法确定的载荷样本长度,能够使均值双正态分布函数拟合得到的参数相对误差保证在10%以内。近似均值精度估计法和均值曲线拟合法的拟合参数相对误差最大值分别为126.06%和80.62%,而基于DTW距离计算方法的拟合参数相对误差最大值为5.43%,验证了基于DTW距离的载荷样本长度计算方法的适用性。研究结果可为拖拉机传动轴田间试验载荷样本长度确定提供参考。     

FAHP-GIS在FAST台址单体滑坡危险性评价中的应用

[目的]研究贵州省平塘县500 m口径球面射电望远镜(FAST)工程台址光明顶滑坡的危险性及其区划,为该区及相似地区的滑坡灾害监测与防治提供参考依据。[方法]选取地形地貌、岩性岩组、地质构造、人类工程活动及灾害历史等作为一级评价指标,在此基础上发展二级评价指标,运用GIS技术构建基于模糊层次法(FAHP)的滑坡危险性评价指标体系,并完全参与对指标隶属度矩阵的运算,开展针对喀斯特单体滑坡危险性评价研究。[结果]光明顶坡体总体居于中危险和低危险水平,局部高危险,高危险区域主要位于1 H馈源塔和断层破碎带区域的3个支撑柱附近,高危险区约占研究区面积的4%。[结论]光明顶坡体存在安全隐患,已经对精密的射电望远镜设施的安全运行构成威胁。本文评价结果与实际情况基本相符,评价方法在单体滑坡危险性评价研究方面具有创新性,且可操作。     

基于卷积神经网络与迁移学习的油茶病害图像识别

传统的植物病害图像识别准确率严重依赖于耗时费力的人工特征设计。该文利用深度卷积神经网络强大的特征学习和特征表达能力来自动学习油茶病害特征,并借助迁移学习方法将Alex Net模型在Image Net图像数据集上学习得到的知识迁移到油茶病害识别任务。对油茶叶片图像进行阈值分割、旋转对齐、尺度缩放等预处理后,按照病害特征由人工分为藻斑病、软腐病、煤污病、黄化病和健康叶5个类别。每个类别各选取750幅图像组成样本集,从样本集中随机选择80%的样本用作训练集,剩余20%用作测试集。利用随机裁剪、旋转变换和透视变换对训练集进行数据扩充,以模拟图像采集的不同视角和减少网络模型的过拟合。在Tensor Flow深度学习框架下,基于数据扩充前后的样本集,对Alex Net进行全新学习和迁移学习。试验结果表明,迁移学习能够明显提高模型的收敛速度和分类性能;数据扩充有助于增加数据的多样性,避免出现过拟合现象;在迁移学习和数据扩充方式下的分类准确率高达96.53%,对藻斑病、软腐病、煤污病、黄化病、健康叶5类病害的F1得分分别达到94.28%、94.67%、97.31%、98.34%和98.03%。该方法具有较高的识别准确率,对平移、旋转具有较强的鲁棒性,可为植物叶片病害智能诊断提供参考。     

麻风树生理生态学研究

麻风树是一种具有多种用途的灌木,因其种子富含的油脂可以转变为生物柴油,所以成为一种很有潜力的生物质能源作物。麻风树的研究最先开始在其药用价值上,随着世界能源物资的逐渐短缺,人们开始四处搜寻可替代能源,麻风树种子油的优良特性,引起世界各国的高度关注,对麻风树各方面的研究也越来越多。就现有文献报道看来,研究主要集中在种质资源遗传多样性评价,组织培养方面,对种子油的研究也有一些报道。但这些研究还不够全面透彻,因此本文就麻风树的自然分布环境状态、受环境影响的生物学特性、栽培及技术措施的应用、受环境因素影响的遗传多样性变化以及生理生化变化等方面的研究进行了总结。对目前科学研究及产业发展方面所存在的问题及解决方法提出了建议。     

基于Web投票机制的免疫协同过滤推荐技术研究

针对投票机制的个性化推荐系统,利用人工免疫网络模型的动态适应性、自组织性等特性,通过构建用户的兴趣模型来设计用户投票行为的抗体（抗原）编码及交叉克隆算子,并通过人工免疫网络模型来产生高效的推荐结果。     

小塔山水库流域水土保持与河流泥沙特性分析

为了了解淮河流域近年来水土流失的特点,分析造成水土流失的主导因素,本文采用黑林水文站12年的降水、径流及泥沙资料,根据流域水土保持与河流泥沙分布情况相关性,通过分析降水量与径流量及径流量与含沙量之间的相互关系,总结了流域水土流失特点及造成水土流失的主要原因,结果表明近年来生产建设活动等人为因素是造成流域内水土流失的主要因素,以期为流域今后水土保持工作重点提供参考依据。