科研产出
利用ECOSTRESS探究LCZ类间和类内城市热环境日动态变化
《地球信息科学学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：在全球气候变暖与城市化进程加快的背景下,城市热环境受到广泛关注.了解城市热环境时空变化和城市空间形态对城市局地气候的影响对于缓解城市热岛效应至关重要.ECOSTRESS在昼夜不同时刻获取高时间分辨率地表温度(Land Sur-face Temperature,LST)为从精细化时空尺度对城市热环境进行动态评估提供了数据支持.本文基于局地气候区(Local Cli-mate Zones,LCZ)视角,利用ECOSTRESS LST数据探究了北京市六环内夏季地表城市热岛强度(Surface Urban Heat Island Intensity,SUHII)的日尺度时空变化特征以及LCZ类间和类内SUHII差异.结果表明:①研究区夏季SUHII具有时空异质性,清晨6时左右,SUHII最低,上午10时左右,SUHII达到最高,下午SUHII逐渐下降,傍晚18时左右开始上升,21时左右达到夜间最高值;②在日尺度上,不同类型LCZ表现出显著的热源/汇角色差异.建筑类型LCZ(除LCZ 9)和自然类型LCZ E~F整体上为热源,LCZ 9和LCZ B~C整体上为热汇,LCZ A和LCZ G存在昼夜源汇角色变化;③LCZ类内SUHII表现出显著的昼夜和类型差异.LCZ类内SUHII差异在清晨6时左右最小,在下午13时左右达到最大值.建筑类型LCZ中,低层建筑类内SUHII差异总体上高于中高层建筑.自然类型LCZ中,LCZ C和LCZ E类内SUHII差异相对较小,而LCZ D、LCZ F和LCZ G类内SUHII差异相对较大;④LCZ类型表现出昼夜不同的热特性和源汇角色变化.LCZ G存在昼夜源汇变化,夜间呈现出明显的城市热源特性.本文所采用的10个时刻的ECOSTRESS LST数据克服了以往利用单一固定时刻的LST数据对于SUHII的高估和低估,所得到的LCZ类间和类内SUHII差异对比结果降低了城市热环境定量研究的不确定性,并为城市热环境源汇景观设计的昼夜权衡提供了理论依据和实践支持.
关键词： 城市热岛强度 局地气候区 类间差异 类内差异 日变化 源汇理论 ECOSTRESS 北京市
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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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丘陵山地甘薯膜上仿形扦插移栽机研制
《农业工程学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对北方丘陵山地甘薯膜上移栽机械缺乏这一产业难题,该研究基于甘薯覆膜栽培“浅栽、多埋节”农艺需求,以理论扦插角度、栽植深度、膜下薯苗长度、穴口长度的最优综合得分为目标,对薯苗栽植单元取植动作时空配合参数和工作参数进行分析,并设计了丘陵山地仿形扦插甘薯移栽机,进行了室内外试验。室内取苗试验结果表明,在40～50 r/min植苗速度下,栽植单元对黄淮海地区常用薯苗品种取苗效果较好,取苗率在99%以上,满足田间作业需求。以作业速度、薯苗基部形态、薯苗伸出夹苗刷长度为影响因素,以膜下薯苗长度、栽深合格率和漏苗率为考核指标,进行田间移栽正交试验。结果表明,影响薯苗栽植指标综合评分的主次因素为薯苗伸出夹苗刷长度、薯苗基部特征、作业速度,最优参数组合为作业速度0.5 km/h、薯苗基部形态优、薯苗伸出长度60 mm。验证试验结果表明,最优参数组合下,平均薯苗扦插深度为73.6 mm,膜下薯苗平均长度为205.4 mm,平均穴口长度为76.5 mm,薯苗栽植后与地面平均夹角为53.8°,扦插株距变异系数为8.9%,栽深合格率为93.7%,漏苗率为3.5%,扦插效果良好,满足北方膜上船底形插的农艺需求。研究结果对开发适合北方丘陵山地甘薯膜上扦插的实用机具以及甘薯产业的可持续发展具有重要意义。
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'鲁丽'苹果低温贮藏和货架期间品质和生理变化
《食品科学 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：以'鲁丽'苹果为研究对象,以'嘎啦'苹果作参照,探究其低温贮藏和货架期间的品质和生理变化,为中早熟苹果新品种的贮藏保鲜提供参考.结果表明:低温贮藏和货架期间'嘎啦'和'鲁丽'的硬度、可溶性固形物质量分数、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)自由基清除率总体均呈下降趋势,贮藏90d时'嘎啦'的硬度下降了56.3%,而'鲁丽'仅下降了30.7%.相比于'嘎啦','鲁丽'低温贮藏期间多酚氧化酶和脂氧合酶活力更低,总酚、总黄酮、绿原酸含量更高.低温贮藏期间'鲁丽'的各单体酚含量总体呈下降趋势,其中以绿原酸、表儿茶素、金丝桃苷、阿魏酸在前15d下降最为明显,在货架期间含量变化不明显;而在低温贮藏15 d时'嘎啦'中绿原酸、表儿茶素、根皮苷的含量略有上升,而后在低温贮藏期间呈下降趋势,在货架期间,所有酚类物质含量均降低.'嘎啦'和'鲁丽'中的香气成分以醛类、醇类、酯类为主,其中3-甲基-2-丁烯-1-醇、苯甲酸异戊酯、壬醛、2-氨基-6-甲基苯甲酸、1-甲基二苯并呋喃、邻苯二甲酸二异丁酯等只在'鲁丽'苹果中检出.低温贮藏期间两个品种苹果的醛类物质相对含量呈下降趋势,而醇类、酯类相对含量呈上升趋势,货架期间,'鲁丽'中的醇类物质相对含量呈下降趋势,而'嘎啦'呈上升趋势.综合来看,'鲁丽'苹果在低温贮藏和货架期间均表现出较高的果实硬度、抗氧化能力和酚类物质含量,整体贮藏品质优于'嘎啦'.
关键词： ’鲁丽’苹果 ’嘎啦’苹果 贮藏品质 生理变化 差异分析
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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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基于MS-YOLO v7的多尺度稻飞虱识别分类方法
《农业机械学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：智能虫情测报灯下害虫的精准识别和分类是实现稻田虫情预警的前提，为解决水稻害虫图像识别过程中存在分布密集、体态微小、易受背景干扰等造成识别精度不高的问题，提出了一种基于MS-YOLO v7（Multi-Scale-YOLO v7）轻量化稻飞虱识别分类方法。首先，采用稻飞虱害虫诱捕装置搭建稻飞虱害虫采集平台，获取的稻飞虱图像构成ImageNet数据集。然后，MS-YOLO v7目标检测算法采用GhostConv轻量卷积作为主干网络，减小模型运行的参数量；在Neck部分加入CBAM注意力机制模块，有效强调稻飞虱区别度较高的特征通道，抑制沉冗无用特征，准确提取稻飞虱图像中的关键特征，动态调整特征图中不同通道的权重；将SPPCSPS空间金字塔池化模块替换SPPFS金字塔池化模块，提高网络模型对各分类样本的特征提取能力；同时将YOLO v7模型中的SiLU激活函数替换为Mish激活函数，增强网络的非线性表达能力。试验结果表明，改进后的MS-YOLO v7在测试集上的模型平均精度均值（Mean average precision, mAP）为95.7%,精确率（Precision）为96.4%,召回率（Recall）为94.2%,与Faster R-CNN、SSD、YOLO v5、YOLO v7网络模型相比mAP分别提高2.1、3.4、2.3、1.6个百分点，F1值分别提高2.7、4.1、2.5、1.4个百分点。改进后的模型内存占用量、参数量、浮点运算数分别为63.7 MB、2.85×10~7、7.84×1010,相比YOLO v7模型分别缩减12.5%、21.7%、25.4%,MS-YOLO v7网络模型对稻飞虱种间害虫均能实现高精度的识别与分类，具有较好的鲁棒性，可为稻田早期稻飞虱虫情预警提供技术支持。
关键词： 稻飞虱 图像识别 机器学习 目标检测 分类 YOLO v7
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黄河下游冲积平原轮作休耕农田土壤真菌群落结构与功能
《环境科学 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：通过明确不同轮作休耕方式对土壤真菌群落结构及功能的影响,探索农田土壤肥力对轮作休耕方式响应的微生态变化特性,为促进黄河下游冲积平原农田生态修复和耕地质量提升提供参考依据.以2018年开始的长期轮作休耕定位试验农田土壤为研究对象,采用Illumina MiSeq高通量测序技术,通过FUNGuild真菌功能预测工具,分析田间定位条件下不同轮作休耕方式[长期休耕(LF)、冬小麦-夏休耕(WF)、冬休耕-夏玉米(FM)和冬小麦-夏玉米周年轮作(WM)],土壤真菌群落组成和功能的差异及其影响因素.结果表明,LF使耕层(0~20 cm)土壤真菌群落丰富度和多样性增加,而WF则使冬小麦收获后深层(20~40 cm)土壤的真菌丰富度和多样性增加;所有土壤样本中共获得2 262 OTU,划分为14门、34纲、75目、169科、309属和523种,两个土层中共有的OTU分别包含420类(0~20 cm)和253类(20~40 cm);4种轮作休耕土壤真菌群落门水平上的结构组成相似,但相对丰度各异,优势菌门均为子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)和被孢菌门(Mortierellomycota),总丰度分别 为 91.69%~96.91%(0~20 cm)和 91.67%~94.86%(20~40 cm);PCoA 分析发现,PC1 和PC2可以分别累计解释45.56%(0~20 cm)和46.20%(20~40 cm)的群落组成差异;LEfSe的LDA(阈值为4.0)结果可知,LF、FM、WF和WM中共有64个真菌进化枝在统计学上具有显著差异(P<0.05);RDA分析表明,土壤有机碳(TOC)、全磷(TP)、碱解氮(AN)和含水率(SWC)同是显著影响0~40 cm 土层真菌群落变化的主要环境因子(P<0.05).通过FUNGuild功能比对发现,不同土层不同处理间的主要营养类型同为腐生营养型、腐生-共生营养型、病理-腐生-共生营养型和病理营养型,但其相对丰度存在差异;LF耕层土壤以病理-腐生-共生营养型真菌为主,深层土壤中则以病理营养型真菌相对丰度最高,而种植过小麦或玉米的处理(FM、WF和WM)两个土层都以腐生营养型为主.由此可见,不同轮作休耕方式改变了土壤真菌群落结构、多样性及营养类型,季节性休耕可用于调控集约化种植的农田土壤微生态环境,促进农田土壤生态系统健康和谐.
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果树株间避障除草机设计与试验
《吉林大学学报(工学版) 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对果树株间除草作业复杂、杂草除净率低的问题，基于机构往复式伸缩运动思想，设计了一种用于清理果树株间杂草的自动避障除草机。通过对除草机各部件进行理论分析，确定了工作幅宽调节机构、信号采集机构、自动避障机构和除草刀等关键部件的结构及参数。利用弧形触杆和液压系统的协同作用，构建了自动避障控制系统，可根据触杆的不同位置状态，动态控制除草刀避开果树植株。在ADAMS中建立了虚拟样机模型，并进行了单因素仿真试验，确定了影响株间避障除草的关键因素。以避障液压缸速度、机器前进速度和复位弹簧弹性系数作为主要影响因素，杂草除净比为评价指标，利用Box-Benhnken试验设计原理，采用三因素三水平响应面分析方法，设计了二次回归组合试验，建立了杂草除净比的回归模型，得到最优参数分别为：避障液压缸速度126 mm/s，机器前进速度1.57 km/h，弹性系数21。以最优参数进行了田间验证试验，结果表明，所设计的除草机平均杂草除净比为92.65%，达到了果园除草农艺要求。研究结果为果园及其他作物株间除草机的进一步优化提供了参考。
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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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立式机械冲击式超微粉碎机分级结构的改进设计
《农业工程学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对当前结构立式机械冲击式超微粉碎机加工的成品物料存在粒度分布较宽且有大颗粒夹带的问题，为了提高其立式分级结构分级性能，对分级室内导流罩轴向位置变化、分级叶轮轴向尺寸变化对分级性能的影响进行研究，该研究在现有分级室结构基础上提出了两种改进结构，改进结构一：导流罩上沿与上端盖贴合，阻断导流罩与上端盖间物料流通路径，分级轮轴向尺寸不变；改进结构二：导流罩位置不变，分级轮叶片高度加高，加高后分级轮叶片上沿距离出料口底端部3 mm。对改进前后结构进行分级性能试验，利用CFD软件，采用气-固两相流的数值模拟方法对分级室内流场进行数值模拟，分析不同结构下流场变化规律来解释试验结果。结果表明：相比改进前，两种改进结构都有效避免了大颗粒进入成品物料，从分级粒径、分级效率及分级精度指数3个指标对比得出改进结构二分级效率及分级精度均优于另外两种结构，改进结构一分级得到的产品更细，但分级效率低。该研究结果可为CWFJ型立式机械超微粉碎机分级室流场研究和结构优化提供方法和理论依据。
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