科研产出
水流近壁面水力剪切力对滴灌系统碳酸钙污垢的影响
《农业工程学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对目前水动力学条件对滴灌系统碳酸钙污垢形成的影响及适宜的污垢控制阈值尚不明确的问题，该研究对不同近壁面水力剪切力（0～0.70 Pa）下的滴灌系统附着碳酸钙污垢总量、晶相组成及表观形貌进行了分析。结果表明：不同剪切力显著（P＜0.05）影响了碳酸钙污垢的形成，随着剪切力的增大碳酸钙污垢的总量呈现先增高后降低的趋势，最大碳酸钙污垢形成量的剪切力为（0.42±0.02）Pa。剪切力较低（0～0.42 Pa）时，随着剪切力的增大碳酸钙晶体的尺寸逐渐变大，Ca2+和CO32-的碰撞几率增加且晶体成核效率提高，使得碳酸钙污垢总量呈现增加趋势；剪切力较高（0.42～0.70 Pa）时，随着剪切力的增大碳酸钙晶体大小逐渐减小，且晶体由于高剪切力的作用发生破碎和脱落，使得碳酸钙污垢总量呈现下降趋势。建议灌水器流道近壁面水力剪切力控制在0～0.24 Pa和0.65～0.70 Pa，以减少碳酸钙污垢的形成。该研究结果可为高抗堵塞灌水器的研发以及劣质水滴灌技术的应用和推广提供支撑。
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基于改进1D-VD-CNN与近红外光谱数据的金银花产地溯源研究
《光谱学与光谱分析 》 2023 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：金银花是清热解毒必备良药，市面上金银花来源复杂，最著名的山东平邑产金银花在市场上常遭造假。已有的鉴别方法大多耗时长、成本高且操作复杂，亟需一种快速高效的金银花产地溯源方法。针对应用在金银花鉴别中的近红外光谱（NIRS）数据的一维卷积神经网络（1D-CNN）鉴别模型存在参数量过大、模型效率过于低下、计算复杂度高，同时易产生过拟合问题，对传统1D-CNN结构作出改进。使用效率较高的VD（Very Deep）结构替代传统1D-CNN中隐含层结构，并针对NIRS数据适应性改进，使其可直接应用于一维NIRS数据。改进分为三步：（1）将特征层的设计转为2个约束优化设计：第一约束条件设每个卷积层C值（卷积核与感受野的大小比值）为1/6,可提高网络模型效率；第二约束条件取顶层感受野大小为数据向量大小，实现更深层数据特征提取，并减小过拟合。（2）通过降采样把特征层输出特征向量缩小至较小的尺寸；（3）使用两个1×5大小的卷积层和一个带有Dropout的池化层将数据大小降采样到只有一个矢量的向量替代分类作用的全连接层，进而减小参数量。采集河南、山东、河北、重庆主要产地出产的金银花为样品500份。测试光谱范围908～1 676 nm,采用KS法对样品集预处理，并用shuffle算法完成训练集、验证集、测试集划分，构建基于改进1D-VD-CNN与近红外光谱的金银花产地鉴别模型。结果表明，1D-VD-CNN训练集与测试集准确率均达到100%,损失值收敛为0.001附近。与传统1D-CNN模型相比，1D-VD-CNN模型的训练集与测试集准确率分别提升为约0.5%与1.4%,参数量和FLOPs分别减少近1 M（兆）和20 M（兆）。与原始光谱数据分析法和PLS-DA法对比分析，表明1D-VD-CNN模型对金银花近红外光谱分类具有更高的效率和更好的识别性能。
关键词： 金银花 近红外光谱 超深度 一维卷积神经网络 产地溯源
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蝇蛆生物转化餐厨残渣对产物特性的影响
《农业工程学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：昆虫生物转化有机废弃物是缓解饲料蛋白源短缺和生态环境压力的有效手段。受限于养殖工艺复杂,获取的昆虫蛋白和虫粪常存在物料特性均一性低、稳定性差等问题,加之对产物特性影响作用不明,导致市场接受度低而限制其产业化应用。该研究以获取优质蛋白原料和肥料为目的,以预处理餐厨残渣-腐生链生物转化中的过程产物为研究对象,分析蝇蛆生物转化餐厨残渣对蛆虫、虫粪理化特性的影响,并探究重金属、霉菌等有害物质消减规律。研究结果表明:蛆虫幼虫饲喂4 d收获最佳,此时蛆虫蛋白质质量分数超过14.79%,粗脂肪质量分数超过6.80%,蛆虫干粉氨基酸组成基本符合FAO/WHO推荐值,有害微生物和霉菌含量低于微生物饲料添加剂规定的最高允许量,可替代中国饲料原料三级红鱼粉使用。蛆虫对砷、铅、汞、镉、铬等重金属元素的生物富集系数分别为0.08、＜0.01、0.17、3.71、0.04,对镉元素的富集能力最强,对铅元素的富集能力最小。经蛆虫生物转化处理后,虫粪中重金属元素质量分数明显降低,分别为0.25、1.50、0.03、＜0.01、10.90 mg/kg,在与其他样品有机质含量差异不大的情况下,可作为优质肥料使用。该研究可为蝇蛆生物转化餐厨残渣提供重要的基础数据,为后续蛆虫品质评价、资源筛选及饲料化应用提供理论依据。
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花生气吸滚筒式穴播器分种盘设计与试验
《农业机械学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对花生气吸滚筒式穴播器因一次投种性能不稳定造成单粒率低的问题，通过在气吸滚筒式穴播器的取种盘和二次投种机构之间增设分种盘，将种子限定在一个较小的齿形空间内，并拨动种子沿着预定轨道运动，提高了气吸滚筒式穴播器投种的准确性和精度。设计并分析了分种盘的分种齿齿形和分种盘与取种盘的位置关系，确定了分种盘结构和位置参数。借助DEM-CFD耦合方法研究了气吸滚筒式穴播器的工作过程，分析了携种区种子的运动轨迹，阐明了漏播和重播产生机理。以单粒率、漏播率和重播率为评价指标进行三因素二次旋转正交组合试验，分析了齿形方向角、安装角、作业速度对投种性能的影响，结果表明：当齿形方向角为-4.55°、安装角为14.99°和作业速度为4.01 km/h时，气吸滚筒式穴播器的排种性能最优，此时单粒率为94.99%,漏播率为2.49%,重播率为2.52%。以最优组合为基础进行田间试验，当作业速度为3.51～4.51 km/h时，试验结果满足花生单粒精量播种机械技术要求，且安装分种盘比未安装分种盘的单粒率提升超过1.46个百分点，排种优势明显。
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相对湿度对胡萝卜热风干燥过程中水分迁移和蒸发的影响
《农业工程学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：为揭示相对湿度对胡萝卜热风干燥过程中内部水分迁移和表面水分蒸发的影响，以及物料表面结壳的成因，该研究在干燥温度60℃、风速3.0 m/s时，研究了恒定相对湿度（relative humidity,RH）（20%、30%、40%和50%）、第一阶RH 50%保持不同时间（10、30、60和90 min）而后降为20%，以及基于物料温度自动控制相对湿度干燥条件下的内部水分迁移量（D）、表面水分蒸发量（E）、表面水分累积量（Q）、物料微观结构和复水率。结果表明，恒定RH干燥条件下，D随干燥时间逐渐增大而后趋于稳定，E随干燥时间逐渐增大而后降低。RH越高，物料升温速率越快，D越大；RH越低，E越大。RH为20%、30%和40%时，Q=0的时间分别为1.11、1.36和1.70h，并在此时刻之后物料表面出现明显结壳现象，且RH越大，出现结壳时机越晚；RH为50%时未出现Q＜0，可能未出现明显的结壳现象。Q＞0时，干燥速率与Q值变化趋势一致；Q＜0时，对应干燥速率减小。RH为50%保持30 min后降为20%时，Q=0的时间为1.39 h，相对于RH 20%的干燥条件能够提高物料温度和内部水分迁移速率，延迟结壳发生的时机，干燥时间缩短了18.5%。自动控湿干燥条件下，Q在0～0.25 h内迅速增大，对应干燥速率迅速升高。在0.25～0.50 h内逐渐下降，在0.78～2.00 h内，Q值共出现3个零点，且在Q=0处上下波动。此RH调控方式使得内部迁移至表面的水分会及时蒸发，并未在表面产生积累，对应物料温度呈现出阶梯上升的变化趋势，延缓了结壳出现时间，保留了较多的水分迁移孔道，干燥时间最短，为6.1 h，复水比最高为（4.39±0.07） g/g，收缩率最低为28.55%±1.71%，为最优的阶段降湿干燥方式。研究结果对于分析水分的内部迁移和表面蒸发过程，表面结壳的成因及优化调控相对湿度控制方式提供了理论依据和技术支持。
关键词： 干燥 相对湿度 内部水分迁移 表面水分蒸发 水分累积量 结壳
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山东省典型污灌区土壤-小麦重金属健康风险评估
《环境科学 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探讨污灌区农田土壤-小麦体系中重金属的富集特征和潜在健康风险，选取山东省龙口市北部平原为典型区，系统采集了小麦籽粒和对应点表层土壤样品各63个，测定Cr、 Cu、 Ni、 Pb、 Zn、 As、 Cd和Hg的含量，对土壤和小麦籽粒的重金属含量水平、富集能力和健康风险进行研究.结果表明，土壤中8种重金属的含量均值超出山东省东部元素背景值，由Cd元素造成的土壤污染比较明显.小麦籽粒中Ni和Pb元素的样品超标率偏高，分别为100%和96.8%.小麦籽粒与土壤重金属含量间的相关性并不显著，总体上小麦籽粒对Zn、 Hg、 Cd和Cu的富集能力较强.以本地小麦面粉为食源时，健康风险评价结果显示，在当前食用量下，成人和儿童摄入的Ni元素分别占日允许摄入量的28.278%和131.980%,潜在威胁性较大.As和Pb的风险指数（HQ）超过1,是威胁研究区成人和儿童健康的主要物质，约占总风险的80%. 8种重金属的HQ总和虽低于安全值，但儿童的总风险值为成人的1.245倍，儿童的食品安全问题应引起足够重视.从空间分布来看，研究区南部的健康风险高于北部，今后应加强对南部地区的重金属污染防治工作力度.
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基于酶联金纳米复合探针的磁分离免疫传感器检测莱克多巴胺
《分析化学 》 2023 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：构建了一种基于新型酶联金纳米复合探针(E-GNPs)的磁分离竞争免疫传感器,用于检测莱克多巴胺(Ractopamine,RAC).通过链霉亲和素与生物素的特异性相互作用,在抗体上标记辣根过氧化物酶(Horseradish peroxidase,HRP),采用静电组装法将抗体修饰于金纳米颗粒表面得到E-GNPs,引入卵清蛋白(Ovalbumin,OVA)-RAC半抗原(Hapten)复合物包被的磁珠进行竞争反应,通过显色反应实现目标物的定量分析.当目标分子RAC浓度变化时,酶催化底物显色随之改变,并且RAC的浓度与显色信号强度呈线性关系.紫外-可见吸收光谱表征结果表明,一个E-GNPs可携带11个HRP分子,使得该免疫传感器具有较高的灵敏度,检出限低至1.75 pg/mL,较传统酶联免疫方法灵敏度提高了10倍.交叉反应实验结果表明,此传感器对RAC的选择性良好,可应用于猪肉、牛肉和羊肉等实际样品中RAC的检测,加标回收率为88.3% ~103.4%.本方法为动物源食品中RAC的快速筛查提供了一种新思路.
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农田土壤微塑料分布、来源和行为特征
《环境科学 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：微塑料（MPs）作为一种新型污染物广泛存在于农田土壤中.针对农田土壤中微塑料可能发生的污染问题，对全球农田土壤中微塑料的分布、丰度、来源、形状、聚合物组成、尺寸和迁移等方面特征的研究进展进行了综述，提出了研究展望.全球各地所调查农田土壤均有微塑料检出，其来源主要包括农用塑料薄膜、有机肥、污泥、地表径流与农业灌溉、大气沉降和轮胎磨损颗粒.土壤中微塑料形状以碎片、纤维和薄膜为主，微塑料聚合物组成以聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和聚苯乙烯（PS）为主.农田土地利用方式显著影响土壤中微塑料的丰度，农田土壤中微塑料丰度随颗粒变小而增加.土壤中微塑料可在耕作、淋溶、生物扰动和重力作用下发生迁移.今后应加强土壤微塑料检测方法、数据库建立、安全阈值、迁移转化规律、潜在生态健康风险评价和防控技术体系构建等方面的研究，为农田土壤微塑料污染的风险管控与治理提供参考.
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中早熟苹果品种的贮藏品质和酚类物质差异分析
《食品科学 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：中早熟苹果品种可以丰富水果市场，是苹果产业重要的组成部分，研究其贮藏特性及品质差异意义重大。本实验以‘鲁丽’‘鲁艳’两个苹果新品种为研究对象，以其亲本‘嘎啦’为参照，探究3种苹果的贮藏品质和酚类物质差异。结果表明：相比于‘嘎啦’苹果，‘鲁丽’苹果可溶性固形物质量分数最高，果皮a*值最大，外观品质最佳、适于鲜食，而‘鲁艳’苹果总酸度高、固酸比低，贮藏期间乙烯释放量高，不耐贮藏。与‘嘎啦’和‘鲁艳’苹果相比，‘鲁丽’苹果有着最高的总酚、总黄酮含量和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH）自由基清除率，抗氧化能力最强。3种苹果主要的酚类物质也因品种、成熟度和果实部位存在差异，‘嘎啦’和‘鲁丽’苹果果肉均以绿原酸含量最高，而‘鲁艳’苹果表儿茶素含量最高，果皮酚类物质含量高于果肉。相关性和主成分分析表明果实硬度与a*值有高度显著负相关性（P＜0.001），可溶性固形物质量分数与总酚、总黄酮、绿原酸含量和DPPH自由基清除率存在高度显著正相关（P＜0.001），主成分1主要由总酚、总黄酮、绿原酸、表儿茶素含量等指标决定，成熟的‘鲁丽’和‘嘎啦’苹果在PC1较为接近。该研究可为中早熟苹果的贮藏保鲜和加工提供参考。
关键词： ‘鲁丽’苹果 贮藏品质 酚类物质 成熟度 相关性分析
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高低畦种植模式下水氮耦合对冬小麦产量和水氮利用效率的影响
《农业工程学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：高低畦种植是在生产实践中摸索出的一套节水增产的冬小麦种植模式，尽管已被山东省列为农业主推技术，但由于建立时间尚短，其背后机理研究仍较薄弱，很大程度上制约了该模式的完善与推广应用。为探索高低畦冬小麦最佳的水氮管理制度，于2020—2022年开展田间试验，设置3个灌水定额（W1:120 mm、W2:90 mm、W3:60 mm）和3个施氮水平（N1:300 kg/hm~2、N2:240 kg/hm~2、N3:180 kg/hm~2），以水氮充足的平作种植为对照（CK，灌水定额120 mm，施氮量300 kg/hm~2），测定了不同生育期土壤含水率、成熟期地上部生物量和产量，并计算了麦田耗水量、水分利用效率、氮肥偏生产力和净利润等指标。结果表明：1)与平作种植相比，高低畦种植的麦田耗水量无明显差异，但冬小麦产量、水分利用效率、氮肥偏生产力和净利润分别提高14.8%～17.6%、15.9%～16.9%、14.8%～17.6%和58.9%～112.6%，说明高低畦种植模式具有增产与节水有机统一的良好潜力。2)灌水水平和施氮水平均对高低畦种植麦田耗水量产生极显著影响（P＜0.01）；高低畦种植模式的产量、地上部生物量、水分利用效率、氮肥偏生产力和净利润的水氮耦合效应明显；W2N2与W1N1产量差异不显著（P＞0.05），而水分利用效率和氮肥偏生产力也显著增加（P＜0.05）；说明适量节水减氮不会显著降低产量，且可获得较高的水分利用效率和氮肥偏生产力。二元二次回归分析得出，当耗水量为536.3～559.4 mm（灌水定额为99.2～115.4 mm），施氮量246.5～299.4 kg/hm~2时，可以使高低畦种植模式冬小麦产量、水分利用效率和净利润的综合效益最大化。研究为冬小麦高低畦种植模式下水氮优化管理策略的构建提供理论依据和技术支撑。
关键词： 灌溉 氮肥 冬小麦 高低畦种植 产量 水分利用效率 经济效益
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