科研产出
黄河三角洲盐渍土蒸发对土壤盐分变化的响应特征
《排灌机械工程学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了探明黄河三角洲盐渍土蒸发对土壤盐分变化的响应特征,采用矿化度分别为5,10,30,50,70,90 g/L的咸水灌溉黄河三角洲0~40 cm土壤,获得不同盐分梯度的盐渍土处理,依次标记为处理T1—T6,并测定各处理的土壤含水率和电导率、蒸发强度和累积蒸发量等指标.结果表明,蒸发过程中表层土壤含水率和电导率均随土壤含盐量增加呈逐渐增加趋势;蒸发结束时,处理T1—T6的土壤表层平均含水率比试验初期降低了80.0%~95.8%,表层含水率的降低幅度随着含盐量增加而逐渐降低;土壤表层电导率分别增加135%~330%,且蒸发前期表层电导率增加幅度明显高于蒸发后期.土壤含盐量对土壤剖面含水率及电导率分布影响差异具有统计学意义,蒸发结束时,处理T1—T6表层0~2 cm比3~6 cm土壤含水率低了8.3%~30.5%,土壤电导率则高了82%~196%,且随着土壤含盐量增加,盐分对土壤剖面盐分分布的影响逐渐增强,表层与深层土壤含盐量差异逐渐增大.蒸发过程中,土壤平均蒸发强度和累积蒸发量随土壤含盐量增加呈降低趋势,处理T1—T6的平均蒸发强度为3.5×10-4,3.5×10-4,3.4×10-4,3.2×10-4,3.0×10-4和2.7×10-4 mm/d,土壤累积蒸发量分别为26.13,26.20,25.50,24.26,22.50和20.58 mm,且蒸发前期各处理的土壤平均蒸发强度及累积蒸发量均高于蒸发后期,土壤含盐量对土壤蒸发的抑制作用主要在蒸发前期.研究表明土壤含盐量可影响土壤剖面含水率与电导率分布以及土壤蒸发强度和累积蒸发量.
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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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生物炭施用对农田土壤团聚体及有机碳影响的整合分析
《环境科学 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：生物炭作为一种土壤改良剂,已广泛用于农田土壤的改善.为明确生物炭对我国农田土壤固碳效应的影响,基于已公开发表的文献数据,利用Meta分析法研究生物炭施用在不同试验条件下对土壤团聚体、团聚体碳和土壤有机碳的响应.结果表明,与不施生物炭相比,施用生物炭显著增加土壤大团聚体比例(10.8%)和平均重量直径(MWD,13.3%),对土壤微团聚体和粉黏粒组分无显著作用;施用生物炭能够显著增加土壤各粒径团聚体碳和土壤总有机碳含量,土壤有机碳增幅为56.9%.通过亚组分析和Meta回归分析表明,华北地区施用生物炭土壤有机碳增幅最大(39.4%);不同试验类型下施用生物炭均能显著提高土壤有机碳含量;相比不施肥,施肥条件下施用生物炭能显著改善土壤结构,提升土壤肥力;生物炭在施用>2 a条件下,能显著提高大团聚体比例(15.7%)、MWD(21.2%)、大团聚体碳(31.7%)和土壤有机碳含量(40.0%);相比木材、木屑等原料制备的生物炭,农作物秸秆制备的生物炭对土壤的改良效果更佳;在高氮土壤中施用生物炭更有利于提高土壤团聚体稳定性.综上所述,生物炭施用可以改善土壤团聚结构,促进土壤有机碳积累,对农田肥力维持与提升具有重要意义.
关键词： 生物炭 土壤团聚体 平均重量直径(MWD) 土壤团聚体碳 土壤有机碳(SOC) 整合分析
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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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贝莱斯芽孢杆菌防治甜樱桃采后软腐病的效果和机理
《食品科学 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探索贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)抑制甜樱桃软腐病的作用机理,实验分析贝莱斯芽孢杆菌KT对匍枝根霉(Rhizopus stolonifer)LC-7的体外和甜樱桃果实体内抑制效果,以及贝莱斯芽孢杆菌KT菌株对甜樱桃果实相关防御酶活力的影响,并通过转录组学解析在与匍枝根霉互作期间,贝莱斯芽孢杆菌KT菌株中与次级代谢物合成和生物防治相关基因的表达情况.结果表明,1×109CFU/mL贝莱斯芽孢杆菌KT菌悬液对匍枝根霉LC-7菌丝抑制率达87.12%,此时孢子萌发率和胚芽管长度分别为21.54%和11.45 μm.在甜樱桃果实上,1×109CFU/mL贝莱斯芽孢杆菌KT菌悬液处理48 h后,果实软腐病发病率约为20%,比对照组降低了约80%,并且贝莱斯芽孢杆菌KT菌悬液能抑制甜樱桃果实多酚氧化酶和脂氧合酶活力,诱导过氧化物酶、苯丙氨酸解氨酶、几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活力增加,提高果实抗氧化和抗病能力.扫描电子显微镜观察发现,经与贝莱斯芽孢杆菌KT菌株共培养后,匍枝根霉LC-7菌丝和孢子形态扭曲,贝莱斯芽孢杆菌KT对匍枝根霉LC-7具有明显的致畸作用.转录组学分析结果表明,贝莱斯芽孢杆菌KT菌株中抗生素合成基因簇bacillaene中的pksIJ和糖醛酸磷壁酸合成基因簇中的tuaAGE基因表达上调,此外发现,表达差异显著的基因主要富集在生物学过程中的核糖核蛋白复合体组装和亚基组成及核糖体组装等一系列与核糖体活动相关的过程.贝莱斯芽孢杆菌可能通过营养和空间竞争以及分泌抑菌活性物质直接抑制匍枝根霉LC-7,还可诱导甜樱桃果实的抗病性.贝莱斯芽孢杆菌对由匍枝根霉引起的甜樱桃软腐病有良好的控制作用,具有开发成生防菌剂的潜力.
关键词： 贝莱斯芽孢杆菌 匍枝根霉 甜樱桃 软腐病 互作 抑菌机理
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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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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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优化秸秆管理提高麦玉农田碳氮效率与经济效益
《环境科学 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：优化周年秸秆管理,可促进小麦-玉米周年集约化种植系统增产增收和碳氮高效.基于2012年开始的大田定位试验,设置5种秸秆管理方式:C100(100%还田)、C75(75%还田+25%收获)、C50(50%还田+50%收获)、C25(25%还田+75%收获)和C0(100%收获),分析不同秸秆管理下小麦-玉米周年农田碳氮投入量的差异,以及碳氮投入比对作物籽粒产量、碳氮效率和经济效益的影响.结果表明:①小麦-玉米周年秸秆还田量不同导致碳氮投入量差异显著,每减少25%的秸秆还田量,来自作物的碳和氮的年均投入分别减少1.76t·hm-2和34.28 kg·hm-2;碳氮投入比随小麦-玉米周年秸秆还田量减少而降低,C100处理到CO处理的周年碳氮投入比分别为18.62、17.03、15.64、12.54和9.61.②小麦、玉米及周年籽粒产量均随着碳氮投入比的降低先增加后降低,且秸秆管理对小麦籽粒产量的影响大于玉米;与C100和CO相比,C50的小麦和玉米籽粒平均产量分别高13.34%~13.67%和16.10%~17.71%,周年籽粒产量分别显著高14.98%和15.68%.③ 碳氮投入比为15.64(C50处理)的条件下周年籽粒增产率和碳农学利用率最高,分别为15.71%和0.29 kg·kg-1;随着碳氮投入比降低,农田碳生产效率持续提高,且与碳氮投入比呈极显著负相关关系;农田氮生产效率随着碳氮投入比的降低呈先增后减的趋势,C50处理的氮生产效率最高(0.64 kg·kg-1),较C100显著高32.63%.④C50处理的单位面积农田经济收益和净收益均最高,分别为4.62万元和3.34万元;其每公顷籽粒和秸秆饲料化获得的经济收益较C100分别高0.56万元和0.32万元.综上,统筹麦玉集约化种植系统的秸秆利用方式,周年秸秆50%还田+50%收获饲用,能够实现最佳碳氮投入比,促进碳农学利用率和氮生产效率的提升,获得最大籽粒产量和经济效益.
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山地作物移栽机井窖式单线螺旋成穴装置设计与试验
《农业机械学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：当前井窖移栽机成穴装置挖掘井窖稳定性差、易坍塌、土壤回流严重、直立度差，无法满足深井窖移栽成穴农艺要求。为此设计一种井窖移栽机单线螺旋成穴装置。对单线螺旋成穴装置的锥形钻尖、螺旋叶片、中心钻杆等关键结构进行设计，并采用动力学方法对其作业过程的入土阶段、切土阶段和排土阶段的成穴机理进行分析，确定了单线螺旋成穴装置的直径、螺距和转速为影响其作业质量的关键参数。应用离散元仿真软件EDEM对成穴装置作业过程进行仿真分析，以井窖深度、井窖直径、井窖直立度和土壤回流程度为评价指标，以直径、螺距、转速为试验因素，进行单因素试验确定关键参数的取值范围。根据取值范围，利用二次正交旋转中心组合试验方法建立单线螺旋成穴装置响应指标与试验因素的回归方程，并通过响应曲面得到其影响趋势和交互关系，结果表明各因素对井窖深度影响的主次顺序为螺距、转速、直径，对井窖直径影响的主次顺序为直径、螺距、转速。以回归方程为基础，采用多目标函数优化获取单线螺旋成穴装置的优化参数组合。根据优化后的参数组合研制单线螺旋成穴装置及田间作业平台并进行田间试验，试验结果表明：成穴装置直径为100 mm、螺距为75 mm、转速为350 r/min时作业效果最佳，此时井窖深度为182 mm、井窖直径为80.7 mm,优化后的单线螺旋成穴装置满足井窖移栽成穴的农艺要求。
关键词： 山地作物移栽机 井窖式 成穴装置 离散元 入土部件
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光谱学技术应用于肉类腐败检测的研究进展
《食品科学 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：微生物的生长代谢是导致肉类腐败的主要原因,肉中微生物的快速、无损检测技术已受到越来越多的关注.其中以拉曼光谱、红外光谱和光谱成像为主的光谱学技术在快速、无损检测等方面表现出较大的优势,但是其在肉类腐败检测中的应用情况却未得到及时总结.因此,本文首先基于肉在不同贮藏条件下发生腐败的优势菌群及微生物代谢活动,简述肉类腐败能够进行光谱学预测的物质基础;然后在了解光谱技术建立预测模型方法的基础上,依次总结拉曼光谱、红外光谱和光谱成像技术在预测肉货架期方面的应用研究进展,并重点阐述以菌落总数或总挥发性盐基氮含量为指标建模进行预测的效果及其存在的问题,以期为利用快速无损检测技术对肉类腐败鉴定的研究提供思路和理论指导.
关键词： 快速检测 腐败微生物 拉曼光谱 红外光谱 光谱成像
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