科研产出
气吸滚筒式花生穴播器投种性能分析与试验
《农业工程学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对气吸滚筒式花生穴播器投种过程中种子不能准确落入导种机构而造成漏播、重播的问题,该研究提出了一种通过调整穴播器盖边缘开口位置和导种机构安装角度的方法寻求最佳投种轨迹,对种子脱离穴播器盖进入导种机构阶段建立动力学模型,明确了投种轨迹变化机理,确定了穴播器盖和导种机构的安装参数.借助EDEM仿真软件研究了穴播器盖和导种机构在不同安装角度下的投种性能,得出种子在与分种盘挡片接触状态下脱离穴播器盖边缘的投种性能最佳.选取穴播器盖安装角度、导种机构安装角度和机具前进速度为试验因素,以排种粒距合格率、漏播率、重播率为试验指标,在排种试验台上进行三因素三水平组合试验.结果表明:在穴播器盖安装角为17.10°、导种机构安装角为11.18°、机具前进速度为3.85 km/h的条件下投种性能最优,此时排种粒距合格率为95.37%.田间试验结果表明,调节穴播器盖安装角为17.10°、导种机构安装角11.18°,机具前进速度在3.05~4.65 km/h范围内,试验结果与台架试验结果基本相符,排种粒距合格率大于89%、漏播率小于7%,重播率小于5%,满足花生单粒精量播种要求.
关键词： 农业机械 试验 种子 花生 气吸式穴播器 投种性能
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纽扣式压力补偿灌水器结构优化与性能分析
《农业工程学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对传统压力补偿灌水器生产工艺复杂、补偿效果不佳的问题,该研究以纽扣式压力补偿灌水器结构为基础进行压力补偿元件的优化与性能分析.基于COMSOL双向流固耦合数值模拟平台,对灌水器多物理场耦合的瞬态过程进行力学建模与数值模拟,确定了球型限位曲面与空间螺旋副流道配合的最佳构型.以流态指数为目标,针对副流道深度、宽度、副流道螺旋角度、压力补偿元件硬度等关键因素开展了单因素水力性能试验与正交试验,得出流态指数影响因素由大到小的次序为副流道宽度、压力补偿元件硬度、副流道深度;经响应面分析获得最优参数为:副流道宽度0.65 mm、副流道深度0.14 mm、压力补偿元件硬度53 HA.验证试验结果表明,所设计的灌水器流态指数为0.067,压力补偿区间为0.075~0.30 MPa,满足流态指数不超过0.1、起调压力不超过0.10 MPa、压力补偿区间大小不小于0.15 MPa的设计要求,压力补偿区间内平均流量为2.32 L/h.研究结果可为灌水器产品的研发提供参考.
关键词： 灌水器 优化 压力补偿 水力性能 瞬态数值模拟 双向流固耦合 正交试验 流态指数
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小麦条锈病胁迫下光合速率与光谱指数关系研究
《光谱学与光谱分析 》 2022 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：为应用遥感技术进行小麦条锈病的实时监测以及大范围作物病害识别,明确条锈病胁迫下小麦光谱反射率和净光合速率与病情指数的关系,利用光谱植被指数预测小麦光合速率的变化,在2018年—2019年度冬小麦生长季节,以易感条锈病的济麦15号小麦品种为对照,以生产上播种面积较大的济麦22和鲁原502为供试品种,基于大田小区条锈病接种试验,从抽穗期到乳熟期,每隔7~10 d进行小麦旗叶光合速率、光谱反射率测定及病情指数调查.研究发现,随感病程度加重,小麦旗叶光合速率呈显著下降趋势,扬花期济麦22光合速率高于鲁原502.灌浆期可见光波段,病斑部位的光谱反射率始终高于正常部位,这是由于病斑部位叶片单位面积上叶绿素含量较低,对光吸收的少;而在反射平台区域,病斑部位的光谱反射率较正常叶低得多.利用与病害胁迫、生长状况以及产量相关较大的光化学反射指数(photochemical reflectance index,PRI)、植被衰减指数(plant senescence reflectance index,PSRI)和比值植被指数(ratio vegetation in-dex,RVI)来反映病情指数变化,结果显示,病斑部位的光化学反射指数和植被衰减指数大于正常部位,且植被衰减指数变化率较大,而比值植被指数变化率小于正常部位.小麦不同生育期,光合速率与光谱反射率的相关性不同,模拟光合速率的植被指数也不同.灌浆期,鲁原502的光合速率与光谱反射率始终呈正相关关系;在可见光范围内,对照光合速率与光谱反射率呈正相关,济麦22呈负相关;在反射率平台位置,对照光合速率与光谱反射率呈负相关,济麦22呈正相关.在小麦灌浆期,可以利用植被衰减指数进行病害程度识别及光合速率估测.该研究为利用遥感手段大面积监测小麦长势及病害发生情况提供了理论依据,也为探讨利用光谱指标无损监测的方法预测小麦条锈病发生及危害程度奠定了基础.
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典型设施菜地中土壤微生物代谢功能多样性
《农业工程学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：土壤微生物代谢功能多样性是维持土壤生态系统健康的关键.为评价设施蔬菜种植对土壤微生物代谢功能多样性的影响,该研究采用Biolog-Eco微平板法,研究2个典型设施蔬菜种植市、不同种植年限设施菜地中土壤微生物代谢功能多样性;采用相关分析和冗余分析分别研究了与碳源利用相关的细菌群落及影响因子.结果表明:两地设施菜地土壤中平均颜色变化率(Average Well Color Development,AWCD)、Shannon指数、Simpson指数和McIntosh指数随着种植年限的增加而降低,但安丘种植14 a和寿光种植10 a菜地土壤不符合此规律.两地间土壤微生物对碳源利用的差异大于种植年限导致的差异.在安丘土壤中,16种碳源(分属糖类、氨基酸类、羧酸类、聚合物类、酚类和胺类)与不同门细菌显著相关(P<0.05);Firmicutes是与碳源相关种类最多的细菌,与9种碳源显著相关(P<0.05).在寿光土壤中,11种碳源(分属糖类、氨基酸类、羧酸类和聚合物类)与不同门细菌显著相关(P<0.05);Latescibacteria是与碳源相关种类最多的细菌,与4种碳源显著相关(P<0.05).在安丘土壤中,Cd对土壤微生物碳源利用有显著负作用(P<0.01),是影响土壤微生物碳源利用的最强环境因子,有机质(Organic Matter,OM)对土壤微生物碳源利用有显著正作用(P<0.01).在寿光土壤中,Zn、OM、Cd对土壤微生物碳源利用有显著负作用(P<0.05),As、pH值对土壤微生物碳源利用有显著正作用(P<0.05).综上,两地之间土壤微生物代谢功能多样性、与之相关的细菌群落及影响因子均有差异,因此,不同地区应因地制宜,采取不同耕作措施以改善土壤微生态环境,保障设施菜地土壤健康.
关键词： 土壤 微生物 设施菜地 栽培年限 Biolog-Eco
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基于GADF变换和多尺度CNN的哈密瓜表面农药残留可见-近红外光谱判别方法
《光谱学与光谱分析 》 2021 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对哈密瓜表面农药残留化学检测方法成本高且具有破坏性等问题,探索了可见-近红外（Vis-NIR）光谱技术对农药残留定性判别的可行性。以哈密瓜为载体,百菌清和吡虫啉农药为研究对象,采集哈密瓜表面无残留、百菌清和吡虫啉残留的可见-近红外漫反射光谱,利用格拉姆角场（GAF）将一维光谱数据转换为二维彩色图像,构建GAF图像数据集。设计一种包含Inception结构的多尺度卷积神经网络模型用于哈密瓜表面农药残留种类判别,包括1层输入层、 3层卷积层、 1层融合层、 1层平坦层、 2层全连接层和1层输出层。模型测试混淆矩阵结果表明,格拉姆角差场（GADF）变换对哈密瓜表面农药残留的可见-近红外光谱表达能力较强。此外,构建AlexNet、 VGG-16卷积神经网络（CNN）模型和支持向量机（SVM）、极限学习机（ELM）机器学习模型与提出的多尺度CNN模型进行性能对比。结果表明,3种CNN模型对哈密瓜表面有无农药残留的判别效果较好,综合判别准确率均高于SVM和ELM模型。对比3种CNN模型性能,多尺度CNN模型的性能最佳,训练耗时为14 s,综合判别准确率为98.33%。多尺度CNN模型结构利用多种小尺寸滤波器组合（1×1, 3×3和5×5）和并行卷积模块,能够捕获不同层次和尺度的特征,通过级联融合模式进行深度特征融合,提高了模型的特征提取能力。与传统深度CNN模型相比,在保证计算复杂度不变的情况下,多尺度CNN模型的精度得到了有效提高。实验结果表明,GADF变换结合多尺度CNN模型可以有效进行光谱数据解析,利用可见-近红外光谱技术可以实现哈密瓜表面农药残留的定性判别。研究结果为大型瓜果表面农药残留的快速无损检测技术的研发提供了理论参考。
关键词： 哈密瓜 格拉姆角场变换 可见-近红外光谱 多尺度卷积神经网络 农药残留判别
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薯类收获机挖掘深度自动控制系统设计与试验
《农业机械学报 》 2021 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了提升薯类收获机械自动化水平,提高明薯率,降低伤薯率和漏挖率,减小挖掘阻力,根据垄作薯类作物种植模式,以牵引式薯类收获机为载体,采用传感器和微处理器控制技术,设计了一种挖掘深度自动控制系统。该系统包括前仿形装置、挖掘机构、液压装置和控制系统。以垄沟地面为研究对象,采用接触式深度探测机构,其仿形深度和宽度可调节,挖掘深度实时调整可有效实现减阻降耗。建立挖掘深度调节模型,设计双阈值死区控制算法,实现系统精确稳定控制,有效避免控制信号频繁跳变和超调,提高薯类作物收获性能指标。田间试验表明,具有挖掘深度自动控制功能的薯类收获机其明薯率为97.37%,伤薯率为1.49%,漏挖率为1.59%。相比采用人工收获,其明薯率提升了2.20个百分点,伤薯率降低了1.41个百分点,漏挖率降低了2.00个百分点。
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铲筛组合式大葱挖掘抖土疏整装置设计与试验
《农业工程学报 》 2021 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对大葱联合收获挖掘抖土疏整装置可靠性差、作业阻力大、易壅土的难题,该研究设计研发了一种铲筛组合式大葱挖掘抖土疏整装置,该装置主要由挖掘铲、抖土筛、疏土整地装置组成。首先构建了挖掘铲、抖土筛、疏土整地装置力学模型,理论阐述了其作业原理和设计思路。进一步对铲筛组合式大葱挖掘抖土疏整装置与原有大葱挖掘抖土疏整装置进行离散元仿真和田间作业对比试验。仿真试验结果表明铲筛组合式大葱挖掘抖土疏整装置作业时的土壤挠动效果和土壤颗粒流动情况均优于原有大葱挖掘抖土疏整装置。田间试验结果表明铲筛组合式挖掘抖土疏整装置收获大葱的含杂率为2.94%,平均损伤率为1.66%,壅土概率为10%;较原有大葱挖掘抖土疏整装置收获大葱的平均含杂率降低0.51个百分点,平均损伤率降低0.77个百分点,壅土概率降低40个百分点。该研究可为大葱联合收获挖掘抖土疏整技术与装备研究提供参考。
关键词： 农业机械 模型 大葱 挖掘 抖土 离散元 田间试验
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机械通风玉米穗储粮仓在黄淮海地区的试验
《农业工程学报 》 2021 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对黄淮海地区玉米穗贮藏存在因含水率比较大不易保存、容易霉变等问题,根据目前合作社免烘干玉米鲜穗储藏的实际需求,为了实现科学储粮,减损增收,研制了机械通风玉米穗储粮仓,并进行了装粮试验。利用常温大风量降水原理和专门设计的仓内正负压通风风道与自然通风风道,风机作为鼓风机、引风机交替运行,完成粮仓的呼吸作业,采用温度、湿度传感器实时采集仓内温度和湿度,配合PLC（Programmable20Logic20Controller）控制系统,粮仓内呼吸作业与缓苏作业交替运行,实现大宗鲜玉米穗的干燥保质贮藏。通过测定玉米穗储藏期间玉米粒、玉米芯的水分及玉米粒的脂肪酸值、容重等指标,研究分析玉米穗储藏期间霉变、品质变化等情况,开展玉米穗储藏特性及储粮损失研究,并通过建立数学模型与试验结果进行对比分析。试验结果表明,该型储粮仓通过机械通风控温技术,可实现玉米穗就仓干燥储粮,经过8020d的储藏,玉米的水分已经低于标准安全水分值,玉米脂肪酸值为39.920mg/10020g,为宜存,容重为74020g/L,霉变粒0.6%,不完善粒0.4%,杂质0.07%,色泽气味正常,有效减少玉米在仓储过程中出现霉变等现象,降水、防霉、防鼠效果明显,可有效降低粮食产后损失,节约能源,保证粮食品质,每斤粮食能比刚收获时多卖0.20～0.25元,实现农民"待价而沽"和藏粮于民的需求。
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核桃炭疽病发生相关的酚类物质代谢分析
《林业科学 》 2021 EI 北大核心 CSCD
摘要：【目的】鉴定胶孢炭疽菌侵染核桃青皮后酚类物质种类以及变化规律,筛选潜在抗炭疽病有效成分,为探究核桃抵抗炭疽病发生机制提供参考。【方法】以‘香玲’和‘泰勒’2个品种核桃为试材,对其青皮体外接种胶孢炭疽菌,通过靶向代谢组学分析侵染后核桃青皮中酚类物质含量及相关变化。【结果】随着胶孢炭疽菌侵染天数增加,‘香玲’青皮病斑逐渐增大,在第6天发生明显变化,而‘泰勒’青皮病斑基本不变。‘香玲’和‘泰勒’青皮中酚类物质总量基本一致,划分为9大类,其中以原花青素/花青素、苯甲酸及其衍生物、黄酮醇和苯丙素类为主。‘香玲’中苯甲酸类最多,占60%以上,主要以没食子酸、丁香酸、鞣花酸和香草酸等为主;‘泰勒’中黄酮醇类最多,接近30%,主要以金丝桃苷、槲皮苷、扁蓄苷和杨梅苷等为主。炭疽菌侵染第6天,与‘香玲’相比,‘泰勒’青皮差异代谢物为60个,上调差异代谢物有52个,下调为8个,其中表儿茶素没食子酸酯、对香豆酸、原花青素B1/2/3、根皮苷、丁香酸、鞣花酸和阿魏酸等差异显著。分析炭疽菌侵染4～6天‘香玲’和‘泰勒’青皮差异代谢物发现,咖啡酸、柚皮素、（S）-圣草酚、扁蓄苷、槲皮苷和没食子酸6种物质出现明显变化,这可能与青皮病斑出现明显变化有关联。【结论】鉴定抗炭疽病品种‘泰勒’和感病品种‘香玲’130种酚类物质,代谢组学分析炭疽菌侵染后物质动态变化,筛选到原花青素B1/2/3、咖啡酸、柚皮素、（S）-圣草酚、扁蓄苷、槲皮苷和没食子酸等潜在抗炭疽病有效成分,可为后期开发炭疽病相关天然药物,探究炭疽病发生机制提供参考。
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棉花气吸滚筒式穴播器二次投种机构设计与试验
《农业机械学报 》 2021 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对棉花气吸滚筒式穴播器因投种性能不稳定而造成排种质量下降的问题,在气吸滚筒式穴播器的取种盘和鸭嘴之间增设二次投种机构,通过重新规划种子运动路径,降低投种点高度,减少了漏播和重播现象,提高了气吸滚筒式穴播器的排种性能。在保证气吸滚筒式穴播器取种方式不变的前提下,依次对二次投种机构的安装位置、种道轮廓和出入口的结构参数进行设计和分析,并采用离散元法对种子运动轨迹、运动速度和排种性能进行了仿真,阐明了漏播和重播产生机理。以合格指数、漏播指数和重播指数为评价指标,进行了三因素二次旋转正交组合试验,分析了安装角、作业速度、内种道高度对排种性能的影响。结果表明:安装角对合格指数的影响最大,内种道高度对合格指数的影响最小;当安装角为10.95°、作业速度为3.29 km/h、内种道高度为16.68 mm时,排种性能最佳,此时合格指数为98.40%,漏播指数为0.85%,重播指数为0.75%。田间试验表明:优化后二次投种机构的气吸滚筒式穴播器的合格指数为98.06%,较普通穴播器提升2.21个百分点。
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