基于自监督学习的温室移动机器人位姿跟踪

为实现温室环境下机器人行进过程中的位置及姿态跟踪,该研究提出一种基于时序一致性约束的自监督位姿变换估计模型。模型用软遮罩,处理视频帧间静止造成的位姿预测值收缩现象,进一步用归一化遮罩,解决非刚体场景和目标遮挡问题。设计了一种星型扩张卷积,并基于该卷积,为模型构建自编码器。在采集自种植作物为番茄的日光温室视频数据上开展训练和测试试验。结果表明,与不采用遮罩处理的模型相比,采用软遮罩的模型,位置和姿态估计相对误差分别减少5.06个百分点和11.05个百分点,采用归一化遮罩的模型,这2项误差则分别减少4.15个百分点和3.86个百分点,2种遮罩均可显著提高模型精度;星型扩张卷积对降低模型误差是有效的,在网络参数不变的前提下,该卷积使姿态估计相对误差减少7.54个百分点;时序一致性约束使姿态估计均方根误差下降36.48%,每百帧累积姿态角误差降低54.75%,该约束可用于提高模型精度及稳定性;该研究的位置及姿态估计相对误差分别为8.29%和5.71%,与Monodepth2相比,减少了8.61%和6.83%。该研究可为温室移动机器人导航系统设计提供参考。     

大跨度主动蓄能型温室温湿环境监测及节能保温性能评价

针对日光温室土地利用率低,单体小不能进行立体栽培果树种植,不利于机械化操作等问题。该文提出一种大跨度主动蓄能型温室,该温室南北走向,双屋面拱形钢骨架结构,并采用主动蓄放热系统进行能量的蓄积与释放。该试验以传统砖墙日光温室作为对照,对大跨度主动蓄能型温室室内外温湿度以及主动蓄放热系统的能量收支进行分析,并对比2种温室的建造成本,综合分析了试验温室保温节能效果及经济效益。结果表明:大跨度主动蓄能型温室土地利用率高达87.4%。温室夜间平均气温高于10℃,无极端低温,晴天夜间平均气温比对照温室高1.5~3.1℃,比室外高13.9~19.3℃;阴天夜间平均气温比对照温室高1.2~2.8℃,比室外高12.5~18.9℃。夜间室内相对湿度平均比对照温室低7%~10%。主动蓄放热系统性能系数COP(coefficient of performance)为3.4~4.2,平均每天能耗0.013 k Wh/m2,与传统燃煤锅炉加温系统相比,平均节能率为47%。大跨度主动蓄能型温室建造成本每平米307.2元,比传统砖墙日光温室低144.5元。大跨度主动蓄能型温室是一种土地利用率高,单体大,保温性能良好,能进行冬季果菜生产的新型温室类型,且投入少,综合其经济环境效益,值得推广应用。     

日光温室甜椒起垄内嵌式基质栽培根区温度日变化特征

针对我国北方地区日光温室冬春季低温胁迫、土壤连作障碍、单产低和水肥资源利用率低等问题,本文设计了一种新型的栽培方法——起垄内嵌式基质栽培方法(soil ridge substrate-embedded cultivation,SRSC),并在早春季节,研究了两种模式的SRSC[嵌槽式垄(SRSC-P)和嵌膜(铁丝网槽支撑)式垄(SRSC-W)]及土垄(SR)和单一基质槽垄(NPG)栽培下的甜椒幼苗根区温度的日变化特征。结果表明,日光温室内栽培垄根区温度与温室内、外的气温变化呈显著正相关,室内和栽培垄根区的平均温度分别比室外提高8.07℃和10.93℃,夜间分别提升9.90℃和14.81℃。在夜间低温阶段,SRSC-W维持根区较高温度的能力相对优于SR和SRSC-P,其根区平均温度分别比SR和SRSC-P高1.34℃和0.52℃;在白天高温阶段,SR、SRSC-P、NPG、SRSC-W最高温度平均值分别为28.06℃、27.21℃、29.93℃、26.05℃,SRSC-W抗高温效果最佳,NPG抗高温效果最差。阴天条件下,栽培垄的蓄热保温性能比晴天条件下差。SR白天和夜间的中心根区平均温度皆高于外侧,但SRSC-P和SRSC-W白天外侧温度高,夜间中心根区温度高。栽培垄北部根区温度高于南部根区温度,具有空间差异性,其中SRSC-W栽培模式的南部中心根区温度和北部中心根区温度差异相对于其他处理最小。此外,SRSC-W中心根区温度变化滞后时间最长,温度缓冲能力强。总之,SRSC-W栽培方法维持早春季节夜间甜椒根区温度能力和对低温及高温胁迫的缓冲性最强,且成本低,在日光温室抗低温生产中具有较好的应用前景。     

后墙立体栽培草莓提高冬季日光温室内温度

在日光温室的后墙上,采用管道无土栽培方式进行蔬菜或草莓生产,可以提高温室空间利用率和作物种植量,但可能会出现因为管道和植物的挡光而减少后墙蓄热、降低冬季温室温度的问题。为此,通过冬季连续31 d的温度监测,在3种典型气象（晴天、阴天、雪天）条件下,对比分析了有后墙立体基质栽培的日光温室（solar greenhouse with equipment,ESG）和无后墙立体栽培的日光温室（solar greenhouse with no equipment,NSG）温度环境的变化。监测结果表明,ESG的月平均气温较NSG高0.84℃,其中最大日温差为2.22℃,最小日温差为0.14℃。晴天条件下,ESG的日平均冠层温度和1.5 m高度处的空气温度分别是12.72和13.04℃,NSG分别是10.68和11.04℃;ESG的冠层温度最低值是4.68℃,而NSG最低值是4.10℃。可见,ESG较NSG的气温要略高一些;阴天和雪天条件下,2种温室内的温度环境无显著差别。因此,利用日光温室后墙进行立体基质栽培草莓,不但没有降低反而提高了冬季温室内的温度,是一种可行、值得推广应用的温室高效栽培技术。     

施肥对稻田温室气体排放及土壤养分的影响

【目的】农业活动引起的温室气体排放对全球变暖的影响日益得到关注,本试验研究不同施肥处理对稻田温室气体排放、 产量和土壤养分的影响,以期为农田可持续利用和温室气体减排提供依据。【方法】在长江中下游地区稻麦轮作区进行田间试验,设置不施氮肥(CK)、 当地习惯施肥(FP)、 推荐N肥(OPT)、 有机无机配施(OPT+M)、 秸秆还田(OPT+S)5个处理,采用静态箱/气相色谱(GC)法测定了稻季CH4、 N2O和CO2的排放情况,调查了不同施肥措施对稻田温室气体增温潜势以及产量,测定了土壤养分,并综合产量和增温潜势对温室气体排放强度进行分析,提出该区域稻田减排增产的合理施肥措施。【结果】 1) 不同处理CH4季节排放总量为OPT+SOPT+M FP OPT CK,排放量为99.02~143.69 kg/hm2; N2O季节排放量为FPOPT+MOPT OPT+S CK,排放量范围为0.95~3.57 kg/hm2; CO2排放顺序与CH4季节排放趋势一致,排放量为7231.64~13715.24 kg/hm2。2)根据稻季CH4和N2O季节排放量以及在100年尺度上的CO2当量计算,不同处理温室气体全球增温潜势大小顺序为OPT+SOPT+M FP OPT CK。在CK、 FP、 OPT、 OPT+M和OPT+S的全球增温潜势中,N2O占的比重分别为10.31%、 26.39%、 21.51%、 22.91% 和11.58%,CH4所占比重分别为89.69%、 73.61%、 78.49%、 77.09%和88.42%。稻田N2O的排放量很少,排放以甲烷为主,因此不同施肥措施所排放的N2O对综合温室效应的贡献远低于CH4。相对于当地习惯施肥处理,OPT、 OPT+M和OPT+S 3种优化施肥措施均在减少化肥施用量的情况下增加了水稻产量,增产率分别为3.6%、 14.3%和 8.5%,其中以有OPT+M处理增产效果最明显。3)不同施肥处理下,CO2排放强度为FP(0.56)OPT+S(0.52) OPT(0.50)OPT+M(0.49),OPT和OPT+M显著低于当地习惯施肥处理,OPT+M CO2排放强度最低。4)有机碳、 全氮、 速效磷和速效钾含量均在OPT+S处理中最高。【结论】不同施肥措施影响稻季温室气体排放,施用有机肥和氮肥均增加了CO2、 CH4、 N2O的排放,秸秆还田增加了CO2和CH4排放,减少了N2O排放。稻田减排应以减少CH4排放为主,推荐氮肥量配施有机肥为碳强度评价体系下最优处理。秸秆还田对土壤养分的改善趋势明显,虽然增加了CO2排放,但考虑到其可避免因焚烧造成大量CO2的排放,总体上依然减少了CO2的排放,但对秸秆还田的适宜量需要进一步研究。     

水氮调控对设施土壤有机氮组分、全氮和矿质氮的影响

为探讨水氮调控对设施土壤有机氮组分、全氮和矿质氮的影响,通过膜下滴灌设施番茄田间定位试验,采用灌水下限(W_1、W_2、W_3)和施氮量(N_1、N_2、N_3)的两因素三水平随机区组设计,研究水氮调控对休耕期0—30cm土层土壤有机氮组分、全氮和矿质氮的影响。结果表明,不同水氮调控下,设施土壤有机氮主要是以酸解态氮为主,总体表现酸解态氮大于非酸解态氮含量。土壤有机氮组分在酸解态氮和非酸解态氮中分配比例差异明显。土壤有机氮各组分含量及占全氮比例的大小顺序为氨基酸氮/氨态氮未知氮氨基糖氮。除氨基糖氮,其余酸解态氮各组分和酸解总氮含量及其占全氮比例均随着土层深度的增加而降低,不同土层含量差异显著(P0.05)。土壤全氮、矿质氮和总有机氮含量随土层深度的增加也呈降低趋势,且含量差异达到极显著水平(P0.01)。除氨基糖氮,全氮与其他有机氮各组分、酸解总氮间均达到极显著正相关(P0.01);矿质氮仅与酸解氨态氮及酸解总氮的影响达到极显著(P0.01)和显著正相关(P0.05)。灌水下限、施氮量及水氮交互对设施土壤全氮、矿质氮和总有机氮及有机氮组分影响均达到极显著水平(P0.01)。因此,设施土壤氮素含量的变化与水氮管理模式紧密相关。氨态氮和氨基酸氮是设施土壤中最主要的有机氮形态,是土壤活性氮中的主要组分,亦是土壤供氮潜力的表征。考虑土壤供氮潜力,灌水下限35kPa、施氮量300kg/hm~2为该设施生产下最优的水氮管理措施。     

Effect of Citrate Concentration on the Extraction Efficiency of Selected Micronutrients from Soil

This study was carried out with the objective of evaluating the effect of citrate concentration on the extraction efficiency of some micronutrients from soil. Composite surface soil samples (0–20 cm) were collected from Eastern Harage Zone (Babile and Haramaya Districts), Wolaita Zone (Damot Sore, Boloso Bombe, Damot Pulasa and Humbo Districts) and Dire Dawa Administrative Council in purposive sampling. The treatments were arranged in completely randomized design (CRD) with three replications. A greenhouse pot experiment with soybean plant was conducted to determine the correlation between soil test methods and the selected micronutrients, such as iron (Fe), copper (Cu), manganese (Mn) and zinc (Zn) in the leaves of the plant. The results showed that, among the different citrate concentrations with strontium chloride (SrCl₂) tested for the determination of available Fe, Mn and Zn, the highest correlation coefficients (r = 0.82, p < 0.05), (r = 0.96, p < 0.001) and (r = 0.98, p < 0.001) were found between the diethylenetriamine pentaacetic acid (DTPA) method and 0.02 M strontium chloride (SrCl₂)-0.025 M citric acid extractant, respectively. Therefore, 0.02 M SrCl₂-0.025 M citric acid extractant is considered to be the most effective for the determination of Fe, Mn and Zn in soils of the studied areas. Similarly, high correlation coefficients (r = 0.97, p < 0.001) were found between DTPA and 0.02 M SrCl₂-0.05 M citric acid and (r = 0.88, p < 0.01) between DTPA and 0.02 M SrCl₂-0.025 M citric acid extractants for the determination of available Cu from soils. Hence, the 0.02 M SrCl₂-0.05 M citric acid extractant was shown to be the best for the determination of Cu in soils of the studied areas. However, considering the use of universal extractant, the 0.02 M SrCl₂-0.025 M citric acid extractant could easily be adopted as a procedure for the determination of Fe, Cu, Mn and Zn for both agricultural and environmental purposes. The greenhouse experiment confirmed the result.     

大型秸秆沼气集中供气工程温室气体减排估算

发展秸秆沼气工程可有效地减少农业温室气体排放,科学核算温室气体减排量为管理和监督温室气体排放状况提供数据支撑。该文以河北省沧州市耿官屯大型秸秆沼气集中供气工程为研究对象,参考和借鉴了自愿减排项目方法学、CDM方法学,构建了大型秸秆沼气集中供气工程温室气体减排计量方法,包括项目边界、基准线排放量、项目排放量、泄漏量、减排量5个方面,计算了2014年耿官屯大型秸秆沼气集中供气工程温室气体减排量。研究结果表明:项目基准排放量包括秸秆处理产生的温室气体排放、未建秸秆沼气工程情况下农村居民生活用能及农田施用化肥生产耗能产生的温室气体排放。项目排放量包括秸秆与沼肥运输过程耗能排放、工程运行过程耗能排放及沼气处理温室气体排放,项目泄漏量即沼气生产、储存、管网供气和利用过程中产生的因物理泄漏所造成的排放。2014年耿官屯大型秸秆沼气集中供气工程基准线CO2排放量为5 776.15 t,项目排放量为57.53 t,泄漏量为136.59 t,减排量为5 582.03 t,约相当于2 100 t标准煤CO2排放量,每消耗1 t(干质量)秸秆可净减排3.56 t,每利用1 m3沼气可净减排11.50 kg。同时,在工程设计、管道设计、工程管理、工艺技术改良升级等方面提出了提升大型秸秆沼气工程温室气体减排能力的策略。     

沼肥替代化肥对设施蔬菜产量和土壤养分及重金属累积的影响

针对盲目施用沼肥可能带来的土壤环境问题,该研究采用5年8茬的设施番茄-甜椒田间轮作试验,研究不同沼肥和化肥配比对蔬菜产量、设施土壤氮磷养分及重金属累积的影响.结果表明:在等氮钾养分投入下,沼肥和化肥以不同比例配施的各处理没有影响蔬菜产量;氮素盈余和0~180cm土层土壤全氮含量随沼肥施用比例增加没有显著差异;磷素盈余随沼肥施用比例增加显著增加,完全沼肥处理0~30cm土层土壤Olsen-P及CaCl2-P含量分别达到151和8.0mg/kg,高于其他2个处理,且明显超出环境阈值.与完全沼肥处理相比,减量沼肥施用(3/5沼肥处理)明显降低了土壤氮素淋洗风险和磷素累积.与不施肥处理相比,施用沼肥后30~60、60~90、150~180cm土层土壤全Hg含量均低于不施肥处理;除30~60cm土层使用沼肥处理土壤中全As含量显著高于不施肥处理,其他土层各处理间均没有显著差异,而完全沼肥处理全Cr、全Cd、全Pb含量有所下降,且全Pb含量下降最为显著,但均没有出现重金属污染风险.沼肥替代化肥施用可有效实现废弃物中的养分资源循环利用,但增加菜田土壤磷素累积和淋失风险,本研究为设施菜田合理施用沼肥提供技术支持,为实现沼肥资源的循环利用和化肥替代模式提供理论参考.     

过磷酸钙添加剂对猪粪堆肥温室气体和氨气减排的作用

为研究不同比例过磷酸钙添加剂对畜禽粪便高温堆肥氨挥发和温室气体减排的作用,该文以猪粪和玉米秸秆为试验材料,以市售过磷酸钙肥料作为添加剂,在发酵仓中(单仓体积1.2m3)进行56d的好氧堆肥试验,监测堆肥过程中的温室气体和氨排放速率及堆体碳、氮损失率。结果表明:在初始物料中添加干质量3.3%～13.2%的过磷酸钙添加剂对减少堆体碳、氮损失,降低温室气体排放均有明显效果,但超过初始物料干质量的9.9%的过磷酸钙添加剂会对堆肥腐熟进程产生显著抑制作用;该试验中添加初始物料干质量3.3%～6.6%分别使堆肥56d的NH3、N2O和CH4排放量减少了24.1%～43.4%、22.2%～27.7%和22.4%～62.9%,总温室气体排放当量减少30%。猪粪和玉米秸秆堆肥中较适宜的过磷酸钙添加量是初始物料干质量的3.3%～6.6%。该文为过磷酸钙添加剂应用于实际堆肥工程提供理论依据。