科研产出
基于改进YOLO v8-Pose的红熟期草莓识别和果柄检测
《农业机械学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对高架栽培模式下的大棚草莓,借鉴人体姿态检测算法,建立了改进YOLO v8-Pose模型对红熟期草莓进行识别与果柄关键点检测.通过对比YOLO v5-Pose、YOLO v7-Pose、YOLO v8-Pose模型,确定使用YOLO v8-Pose模型作为对红熟期草莓识别与关键点预测的模型.以YOLO v8-Pose为基础,对其网络结构添加Slim-neck模块与CBAM注意力机制模块,提高模型对小目标物体的特征提取能力,以适应草莓数据集的特点.改进YOLO v8-Pose能够有效检测红熟期草莓并准确标记出果柄关键点,P、R、mAP-kp分别为98.14%、94.54%、97.91%,比YOLO v8-Pose分别提高5.41、5.31、8.29个百分点.模型内存占用量为22 MB,比YOLO v8-Pose的占用量小6 MB.此外,针对果园非结构化的特征,探究了光线、遮挡与拍摄角度对模型预测的影响.对比改进前后的模型在复杂环境下对红熟期草莓的识别与果柄预测情况,改进YOLO v8-Pose在受遮挡、光线和角度影响情况下的mAP-kp 分别为 94.52%、95.48%、94.63%,较 YOLO v8-Pose 分别提高 8.9、10.75、5.17 个百分点.改进 YOLO v8-Pose可在保证网络模型精度的同时对遮挡、光线和拍摄角度等影响均具有较好的鲁棒性,能够实现对复杂环境下红熟期草莓识别与果柄关键点预测.
关键词： 红熟期草莓识别 关键点预测 YOLO v8-Pose 注意力机制
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基于HS-SPME-GC-MS分析不同基酒装量对美乐葡萄蒸馏酒挥发性成分的影响
《食品科学 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：以胶东半岛产区美乐葡萄为酿酒原料进行基酒发酵,考察蒸馏工艺中基酒装量(150、200、250 L)对美乐葡萄蒸馏酒挥发性成分的影响,以期对美乐葡萄蒸馏酒的蒸馏工艺条件进行优化.本研究采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用等方法对不同基酒装量的蒸馏酒酒身挥发性物质进行了定性定量分析,并结合主成分分析(principal component analysis,PCA)和偏最小二乘法判别分析(orthogonal partial least squares-discriminant analysis,OPLS-DA)两种统计学方法对3个不同基酒装量的蒸馏酒酒身进行统计学分析.结果表明,基酒装量为150、200、250 L时的蒸馏酒酒身分别检测出67、67、64种香气物质,种类最多的均是酯类物质,各37种,基酒装量为150 L时的蒸馏酒酒身中酯类含量最高,显著高于200 L和250 L.根据PCA结果,并运用OPLS-DA统计学方法验证,对基酒装量150、200、250 L蒸馏酒酒身有积极影响的物质分别有13、1、1种.本研究为生产高品质美乐葡萄蒸馏酒奠定基础,并有助于推动我国葡萄酒行业的发展.
关键词： 装量 挥发性化合物 葡萄蒸馏酒 顶空固相微萃取-气相色谱-质谱 主成分分析 偏最小二乘法判别分析
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基于代谢组学分析GSH对霞多丽葡萄酒代谢产物的影响
《食品科学 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探究还原型谷胱甘肽(reduced glutathione,GSH)对霞多丽葡萄酒酒精发酵结束后贮藏5个月期间理化指标、非挥发性代谢物和挥发性代谢物的影响,本研究将5个不同质量浓度的GSH添加到发酵结束后的葡萄酒中,连续测定贮藏5个月过程中基本理化指标、总酚与颜色指数的变化.利用超高效液相色谱-串联质谱法和气相色谱-串联质谱法对添加20mg/LGSH的酒样(T)和无添加酒样(CK)贮藏5个月后进行广泛靶向代谢组学与挥发性代谢组学分析.结果表明:在5个月的贮藏过程中,不同GSH添加量对白葡萄酒的挥发酸、总酸、pH值无显著影响(P>0.05);对总酚含量、总类黄酮含量、颜色指数以及游离SO2含量这4个指标有影响.在贮藏第5个月时,添加30mg/LGSH的酒样总酚含量最高,20mg/LGSH的酒样颜色指数最低,GSH的添加能延缓游离SO2含量的减少;共鉴定出非挥发性代谢物693种,挥发性代谢物816种,以变量重要性投影大于1.0和差异倍数值不小于1.4筛选差异代谢物,共筛选出33种重要的非挥发性差异代谢物和22种挥发性差异代谢物.非挥发性代谢物中,有17种物质下调,16种物质上调,挥发性代谢物中有3种物质下调,19种物质上调.一些酚酸类、脂肪酸以及氨基酸类物质与挥发性代谢物的变化相关.
关键词： 霞多丽葡萄酒 还原型谷胱甘肽 广泛靶向代谢组学 挥发性代谢组学
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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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气力离心组合式小麦精量排种器设计与试验
《农业机械学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对传统小麦播种以无序种流、不定量排出的方式存在脉动性高、均匀性差的问题，设计了一种气力离心组合式小麦精量排种器，采用气力充种和离心清种的方式，种子有序均匀排出。对排种器的关键参数进行设计，建立充种和排种过程的动力学模型，确定充种角和落种角的初始范围。利用气固耦合仿真分析方法DEM-CFD进行排种器单因素试验，仿真结果表明，当充种角范围进一步缩小为36°～56°时，其携种性能较好；落种角范围进一步缩小为43°～63°时，其排种性能较好。在此基础上，以充种角、落种角、排种盘转速为试验因素，以漏播率、重播率、直线落种率为响应指标，进行正交旋转组合试验。试验结果表明，当充种角为47.75°、落种角为52.48°、转速为635.5 r/min时，排种器工作性能最优，此时，漏播率为2.78%、重播率为3.73%、直线落种率为93.46%,验证试验结果与优化结果基本一致。田间试验结果表明，当设置排种盘型孔内侧面充种角为47.8°、下侧面落种角为52.5°、排种盘转速在552～800 r/min范围内时，漏播率低于8.9%、重播率低于4.3%、排种合格率高于88.6%,符合小麦精量播种要求。
关键词： 小麦精量排种器 气力离心组合式 DEM-CFD 正交试验
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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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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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玉米田间机械-化学协同除草的杂草防除效果
《农业工程学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：施用除草剂和机械除草是目前杂草控制的两种主要手段,受农田环境、机具作业能力等限制,单一机械或化学防治均存在一定的局限性.该研究以玉米田为研究对象,设置机械除草协同减量化学除草策略,选取2种机械除草方式(行间与株间)和3种化学减量比例(减量25%、50%、75%)及2种化学施药方式(全幅和苗行)组合进行除草试验.从除草效果和玉米生长方面综合研究了机械-化学协同除草方式的杂草防除效果.试验结果表明:机械除草方式能够疏松土壤,使除草区域的土壤紧实度降低64.4%以上.除草处理后2周,行间机械除草的株防效为83.4%,优于株间机械除草的株防效46.7%;玉米吐丝期,机械-化学协同处理的除草效果优于单一机械除草,行间机械除草协同除草剂减施处理的除草效果优于同水平施药量下的株间机械除草协同除草剂减施处理;无论是在吐丝期还是成熟期,机械-化学协同除草处理的玉米叶面积和干物质量大于单一机械除草或化学除草,机械-化学协同除草模式可促进植株营养元素累积和作物生长;行间机械-化学协同除草处理的平均产量分别高出单一机械和化学除草模式29.0%和20.4%,株间机械-化学协同除草处理的平均产量分别高出单一机械和化学除草模式55.9%和5.1%;从玉米产量及其构成来看,机械除草协同除草剂减施25%处理的增产效果最优,该处理下的千粒质量和产量均高于其他协同处理.该研究明确了机械-化学协同除草策略对农田杂草防除和作物生长的影响,机械协同除草剂减施处理能在不降低除草效果的前提下减少除草剂施用和增加玉米产量.该研究为杂草绿色防控提供了新思路,研究结果可为玉米田除草剂减施提供参考.
关键词： 农业机械 玉米 杂草 机械除草 除草剂减施 机械-化学协同
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正反转动力式玉米切茬防堵装置设计与试验
《农业工程学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对西南地区免耕播种作业存在秸秆覆盖量大、秸秆整杆覆盖和地块较小的问题,该研究基于有支撑切割原理设计了一种正反转动力式切茬防堵装置.通过参数分析设计了仿生切茬圆盘刀,对防堵装置进行力学和运动学分析揭示其防堵机理.基于离散元法建立防堵装置的数值仿真模型,选取机具前进速度、刀盘间距、正转转速和反转转速为试验因素,以粘结键断裂数量和功率为试验指标,进行二次回归正交旋转组合试验,得到防堵装置的最优参数组合为:机具前进速度0.98 m/s、刀盘间距60 mm、正转转速150 r/min、反转转速313 r/min.根据最优参数完成样机试制,并进行田间试验.田间试验结果表明,秸秆覆盖量为1.63 kg/m2时,防堵装置对玉米秸秆的平均切断率为95.72%;机具通过性合格,满足西南地区免耕播种作业要求.该研究可为秸秆覆盖量大和秸秆整杆覆盖条件下免耕播种机的设计与改进提供参考.
关键词： 设计;农业机械;离散元法;免耕播种机;防堵装置;粘结键断裂数量
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丘陵山地作物移栽机井窖式成穴机构设计与试验
《农业机械学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对丘陵山地作物移栽的现有半自动和间歇井窖式成穴装备作业效率和质量较低、人工劳动强度较大等问题,为保证井窖穴体的大深度以及穴体轮廓直径一致的农艺要求,基于非圆齿轮-平行四杆机构设计一种井窖式成穴机构,在阐述机构的组成结构和工作原理的基础上建立其运动学模型.依据运动学模型运用Matlab开发成穴机构的人机交互可视化辅助界面,利用该界面结合二次正交旋转中心组合试验方法建立成穴机构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;以回归方程为基础,采用多目标函数优化获取成穴机构的优化参数组合.根据优化后的机构参数组合研制成穴机构样机及田间作业平台并进行田间试验,试验结果表明:穴体深度为181.7 mm、穴体直立角度为90.5°、穴体直径最大值为75.6 mm、穴体直径最小值为68.5 mm、穴体直径方差为7.5 mm2、穴距为503.1 mm,优化后的成穴机构满足丘陵山地作物移栽井窖成穴的农艺要求.
关键词： 丘陵山地作物移栽机;井窖式移栽;井窖成穴机构;参数优化
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