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基于全价值和全成本模型的农业水价方案及其可行性分析

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农业机械学报 2024年第5期55卷 356-367页

作者：成琨王子欣孙楠东北农业大学理学院哈尔滨150030 东北农业大学水利与土木工程学院哈尔滨150030

针对现行农业水价标准过低的问题,选取粮食主产区——黑龙江省为研究区域,从农业用水全价值和全成本出发,利用能值理论分析确定农业用水价值,采用全成本水价法确定用水成本,结合现行水价制定不同情境下农业水资源定价方案;运用双对数模... 详细信息

针对现行农业水价标准过低的问题,选取粮食主产区——黑龙江省为研究区域,从农业用水全价值和全成本出发,利用能值理论分析确定农业用水价值,采用全成本水价法确定用水成本,结合现行水价制定不同情境下农业水资源定价方案;运用双对数模型建立农业用水需求价格函数,揭示水价提升带来的研究区域节水潜力,结合指数分析法确定农户可承受能力,从而判断所制定水价方案的可行性。结果表明:2020年,农业水资源全价值为0.594元/m^(3),地表水与地下水全成本分别为0.180元/m^(3)和0.355元/m^(3);针对设计的3种阶梯水价调整方案,利用2005、2010、2015、2020年进行实证分析,过渡期和长期水价方案平均年节水量分别可达2.72×10^(9)、4.45×10^(9)m^(3),平均年节水潜力分别为12.74%、19.48%,且一阶水价均在农户可承受能力范围,确定为可行方案。本文为研究区农业水价综合改革提供了支持,可结合实际情况逐步提高农业水价到合理水平。

关键词：农业水价农业水资源全价值模型改进的全成本水价模型能值理论阶梯水价

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大豆转录因子NAC1耐低磷胁迫的功能研究

中国农业科学 2024年第3期57卷 442-453页

作者：熊楚雯郭智滨周强华程艳波马启彬蔡占东年海华南农业大学农学院/国家大豆改良中心广东分中心

【目的】磷含量偏低是影响酸性土壤作物产量的重要因素。大豆（Glycine max）是重要的粮食和油料作物，也为喜磷作物，缺磷则影响其产量与品质。NAC(NAM,ATAF1/2,CUC2)转录因子家族参与多种植物对生物胁迫和非生物胁迫响应的调控，是否... 详细信息

【目的】磷含量偏低是影响酸性土壤作物产量的重要因素。大豆（Glycine max）是重要的粮食和油料作物，也为喜磷作物，缺磷则影响其产量与品质。NAC(NAM,ATAF1/2,CUC2)转录因子家族参与多种植物对生物胁迫和非生物胁迫响应的调控，是否参与大豆低磷胁迫响应尚未深入研究。以耐低磷野生大豆BW69为材料，克隆获得耐低磷基因GsNAC1并对其表达特性及功能进行分析，为深入解析GsNAC1调控大豆低磷胁迫及其机制奠定基础。【方法】从野生大豆BW69克隆GsNAC1的全长序列，并通过生物信息学分析探究其编码氨基酸序列的特征。随后，利用实时荧光定量PCR技术（qRT-PCR）对其组织表达模式进行分析，并通过激光共聚焦显微镜观察其编码蛋白的亚细胞定位。此外，通过大豆遗传转化试验，获得转基因株系并进行表型分析。最后，通过转录组联合分析来鉴定转基因植株中与低磷胁迫相关的差异表达基因（differentially expressed genes,DEGs）。【结果】成功克隆获得GsNAC1，编码区全长876 bp，通过构建系统发育树发现GsNAC1与AtATAF1的序列相似性为62.46%，与Williams 82参考基因组的GmNAC1序列没有差异；进一步的亚细胞定位结果显示，GsNAC1定位于细胞核；基于qRT-PCR技术，发现GsNAC1在大豆的根、茎、叶、顶端、花和豆荚均有表达，在根部的相对表达量最高，且受到低pH和低磷诱导表达显著上调。通过水培法和土培法进行表型试验，在低磷处理下，与野生型（WT）相比，转基因株系鲜重根冠比、总根长、根表面积、根体积和磷含量均显著高于WT。结合转录组测序数据进行分析，发现GsNAC1可能通过促进GmALMT6、GmALMT27、GmPAP27和GmWRKY21等基因表达增强其对低磷胁迫的耐受性。【结论】GsNAC1受低pH和低磷诱导表达上调，过量表达GsNAC1可以显著增强大豆对低磷胁迫的耐受性，在低磷胁迫反应中起促进作用。GsNAC1可能通过调控下游基因表达增强大豆对酸性低磷胁迫的耐受性。

关键词：野生大豆耐低磷 GsNAC1 根系构型 RNA-seq

基于作物水分亏缺指数和盐分淋洗系数的新疆棉田节水控盐优化方法

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农业工程学报 2024年第12期40卷 96-108页

作者：赵玉赵嘉滨范雯婧左强吴训盛建东蒋平安石建初新疆农业大学资源与环境学院乌鲁木齐830052 中国农业大学土地科学与技术学院北京100193

通过灌溉对作物根区土壤水盐环境进行适时适度的调控是促进新疆绿洲农业可持续健康发展的重要举措,其中最为关键的一环当属灌溉制度尤其是灌水定额的优化。为了提高灌水控盐效率,该研究以新疆沙湾市膜下滴灌盐碱棉田为研究对象,以当地... 详细信息

通过灌溉对作物根区土壤水盐环境进行适时适度的调控是促进新疆绿洲农业可持续健康发展的重要举措,其中最为关键的一环当属灌溉制度尤其是灌水定额的优化。为了提高灌水控盐效率,该研究以新疆沙湾市膜下滴灌盐碱棉田为研究对象,以当地传统灌溉制度为对照,在基于作物水分亏缺指数(plant water deficit index,PWDI)评估并实施智能灌溉的基础上开展了2 a(2021与2022)田间灌水控盐试验,通过设置不同的盐分淋洗系数(2021年:1.0与2.0;2022年:1.0、1.4、1.8、2.2与2.6)探讨灌水定额对土壤水盐运移与棉花生长以及水分吸收利用的影响。结果表明,在固定PWDI阈值(评估值超过阈值时开启灌水)的情况下,在一定范围内随着盐分淋洗系数的增大,灌水定额增加,灌水周期延长,灌水总量增大,更多盐分被被淋洗到根区下部甚至根区以下,从而改善根域水盐环境,减轻水盐胁迫,促进棉花生长并增产,但灌溉水利用效率呈缓慢下降趋势。然而,当盐分淋洗系数(灌水定额)增大到一定程度时,长期优越的根域水盐环境导致棉花徒长,即营养生长旺盛而生殖生长迟滞,灌水周期缩短,灌水总量急剧上升,产量不再增加反而有下降趋势,灌溉水利用效率显著降低。综合考虑盐分淋洗、棉花生长与产量以及水分利用效率,当试验区PWDI阈值取为0.5时建议对应的盐分淋洗系数取为2.2。该研究可为新疆盐碱棉田高效生产以及绿洲农业可持续健康发展提供理论依据与技术支撑。

关键词：灌溉盐分淋洗灌水定额膜下滴灌节水控盐水分利用效率

基于XGBoost算法的鱼粉中微塑料的红外光谱识别研究

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光谱学与光谱分析 2024年第7期44卷 1835-1842页

作者：许晓栋张慧敏刘佳乐韩鲁佳杨增玲刘贤中国农业大学工学院农业工程系北京100083

作为四大新兴污染物之一的“微塑料”带来的危害日益凸显,微塑料的检测识别是其污染评估和风险管理防控的关键。以鱼粉饲料中的微塑料(包括PA、PE、PET、PP、PS、PVC)作为研究对象,运用XGBoost算法分别研究构建了近红外光谱和红外光谱... 详细信息

作为四大新兴污染物之一的“微塑料”带来的危害日益凸显,微塑料的检测识别是其污染评估和风险管理防控的关键。以鱼粉饲料中的微塑料(包括PA、PE、PET、PP、PS、PVC)作为研究对象,运用XGBoost算法分别研究构建了近红外光谱和红外光谱定性识别模型。采用GridSearchCV工具包研究优化XGBoost模型的主要超参数,近红外光谱模型的超参数优化结果为n_estimators:300,learning_rate:0.08,gamma:0,max_depth:4,min_child_weight:1;红外光谱的超参数优化结果为n_estimators:100,learning_rate:0.02,gamma:0.20,max_depth:4,min_child_weight:1。基于优化后的超参数构建的近红外定性识别模型平均精确率(Precision)为0.985,平均召回率(Recall)为0.977,平均F1值(F1 score)为0.978,相比于优化前模型效果分别提升了40.17%,51.00%,50.00%;红外定性识别模型平均精确率(Precision)、平均召回率(Recall)和平均F1值(F1 score)均为1.000,优化后的模型效果分别提升了20.67%,27.50%,26.33%。进一步与PLS-DA模型对比分析发现,红外光谱的XGBoost模型与PLS-DA模型效果基本一致,近红外光谱的XGBoost模型各参数(Accuracy,Precision,Recall,F1 score)效果均不同程度地优于PLS-DA模型。综上所述,运用XGBoost算法可以有效识别鱼粉中不同种类的微塑料,该研究为鱼粉饲料中微塑料的快速检测识别方法提供理论支持和技术支撑。

关键词：微塑料红外光谱 XGBoost PLS-DA

光照强化施氏矿物/过硫酸盐去除水体中砷的效果与机制

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农业环境科学学报 2024年第8期43卷 1869-1875页

作者：王妍燕付鹏刘奋武山西农业大学资源环境学院农业资源与环境国家级实验教学示范中心(山西农业大学)山西晋中030801

为探究高砷地下水及高砷废水中砷的有效去除方法,本研究考察了自然光与UV-254光照条件下,施氏矿物/过硫酸盐体系中施氏矿物对水体中砷的吸附去除效果。研究表明:施氏矿物单独作用于高砷废水时,当施氏矿物加入量为0.8 g·L^(-1),砷浓度为... 详细信息

为探究高砷地下水及高砷废水中砷的有效去除方法,本研究考察了自然光与UV-254光照条件下,施氏矿物/过硫酸盐体系中施氏矿物对水体中砷的吸附去除效果。研究表明:施氏矿物单独作用于高砷废水时,当施氏矿物加入量为0.8 g·L^(-1),砷浓度为1 mg·L^(-1)时,在暗反应条件下反应2 h后,溶液中砷的去除率为47.7%;而在自然光或UV-254光照条件下反应2 h后,溶液中砷的去除率接近100%。在施氏矿物加入量为0.8 g·L^(-1),过硫酸盐浓度为350μmol·L^(-1)的施氏矿物/过硫酸盐体系中,在暗反应条件下反应30 min,溶液中砷的去除率可达100%;在自然光照条件下反应10 min后,溶液中砷的去除率为100%;而在UV-254光照条件下反应5 min后,溶液中砷的去除率就可达100%。同时,施氏矿物/过硫酸盐共存体系中存在As(Ⅲ)向As(Ⅴ)转化的现象,且光照可以加速As(Ⅲ)向As(Ⅴ)的转化,进而促进施氏矿物对砷的吸附。研究表明,在光照强化施氏矿物/过硫酸盐体系中,光照及硫酸根自由基(SO_(4)·)可以促进As(Ⅲ)向As(Ⅴ)转化,从而使得施氏矿物对砷的吸附去除能力增强,且UV-254光照作用效果要优于自然光。

关键词：施氏矿物砷高级氧化过硫酸盐光催化

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基于改进ConvNeXt模型的黄羽鸡表皮层黑色素智能分级方法

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农业工程学报 2024年第3期40卷 165-174页

作者：肖德琴陈芳玲刘又夫谢青梅张新珩华南农业大学农业农村部华南热带智慧农业技术重点实验室广州510642 华南农业大学数学与信息学院广州510642 华南农业大学动物科学学院广州510642

为解决活体黄羽鸡表皮层黑色素分级方法成本高、效率低下、分级环境易受环境光干扰等问题,该研究探索一种基于ConvNeXt模型的黄羽鸡表皮层黑色素智能分级方法ConvNeXt-WPCA,用于实现活体黄羽鸡表皮层黑色素智能分级。ConvNeXt-WPCA模型... 详细信息

为解决活体黄羽鸡表皮层黑色素分级方法成本高、效率低下、分级环境易受环境光干扰等问题,该研究探索一种基于ConvNeXt模型的黄羽鸡表皮层黑色素智能分级方法ConvNeXt-WPCA,用于实现活体黄羽鸡表皮层黑色素智能分级。ConvNeXt-WPCA模型通过以下3点改进提高模型对黄羽鸡黑色素的识别效果:1)针对黄羽鸡黑色素图像RGB三通道内黑色素信息分布不均衡问题,改变输入图片通道权重来增强模型对黑色素特征的提取能力;2)使用部分卷积代替深度可分离卷积,减少模型计算量和内存访问次数提高对计算资源的利用率;3)引入坐标注意力机制,引导模型关注黄羽鸡胸腹部及肛门附近皮肤提升模型精度。同时,该研究还设计一种双光源图像获取装置,分别在自然光和偏振光条件下拍摄黄羽鸡样本,以减小分级结果受环境光干扰的影响,并探索偏振光在黑色素分级任务中的应用潜力。结果表明ConvNeXt-WPCA模型相较标准ConvNeXt模型,针对自然光下黄羽鸡黑色素图像数据集分级准确率提升9.68个百分点,最终达到89.03%的识别准确率,针对偏振光下黄羽鸡黑色素图像数据集分级准确率提升15.26个百分点,最终达到98.87%的识别准确率。该研究证实基于偏振光条件获取的黄羽鸡表皮层黑色素图像分级效果优于自然光条件,提出的ConvNeXt-WPCA黄羽鸡表皮层黑色素分级方法识别准确率高,同时模型参数量及浮点计算量均有降低,为黄羽鸡表皮层黑色素智能分级实际应用提供了理论基础及技术支持。

关键词：模型深度学习注意力机制黄羽鸡 ConvNeXt 品质分级偏振光

多胎内传感器智能轮胎开发平台设计与侧偏试验研究

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机械工程学报 2024年第8期60卷 245-255页

作者：陶亮唐钰李元强张大山张小龙安徽农业大学工学院合肥230036

轮胎侧偏角的辨识与调控是汽车稳定性控制的关键技术,基于轮胎接地特性来辨识估算轮胎侧偏角是一种新的方法。通过搭建面向胎内多传感器的智能轮胎开发平台,并开展侧偏试验分析基于接地信号的轮胎侧偏特征。首先明确智能轮胎开发平台的... 详细信息

轮胎侧偏角的辨识与调控是汽车稳定性控制的关键技术,基于轮胎接地特性来辨识估算轮胎侧偏角是一种新的方法。通过搭建面向胎内多传感器的智能轮胎开发平台,并开展侧偏试验分析基于接地信号的轮胎侧偏特征。首先明确智能轮胎开发平台的功能及设计要求,搭建系统架构并进行硬件选型,其中胎内传感器包括3个三轴加速度计和3个压电薄膜传感器。其次开发了专用轮辋总成和基于美国NI cRIO的数据采集器,软件基于LabVIEW开发并实现了多通道数据同步和大数据流管控等。最后在Flat Trac台架上进行系统的轮胎侧偏试验。分析发现,在侧偏角达到±3°时加速度计(量程500g)均出现超量程现象,其信号频率主要集中在500~1000 Hz;轮胎中心平面位置加速度计250 Hz内的信号对侧偏角不敏感,但偏离轮胎中心平面其他位置的传感器信号敏感,特别是胎侧位置的径向加速度,其2个尖峰与侧偏角显著相关;轮胎中心平面位置的接地长度与垂直载荷、胎压相关,而与侧偏角无关,但偏离轮胎中心平面其他位置的接地长度对侧偏角敏感,并且垂直载荷越大、胎压越低则影响越明显。开发的智能轮胎开发平台为轮胎接地机理与轮胎侧偏角估算等研究提供了有效手段。

关键词：智能轮胎开发平台集成设计台架试验轮胎侧偏

WPI和WPI-EGCG构建姜黄素纳米乳液的体外消化差异

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食品科学 2024年第1期45卷 1-7页

作者：李艳新陈立莹李雁解新安李璐华南农业大学食品学院广东广州510642

选择接枝率为3%和4%的乳清分离蛋白(whey protein isolate,WPI)-表没食子儿茶素没食子酸酯((-)-epigallocatechin-3-gallate,EGCG)接枝物为乳化剂构建姜黄素纳米乳液,探究纳米乳液体外模拟消化过程中游离脂肪酸(free fat acid,FFA)释放... 详细信息

选择接枝率为3%和4%的乳清分离蛋白(whey protein isolate,WPI)-表没食子儿茶素没食子酸酯((-)-epigallocatechin-3-gallate,EGCG)接枝物为乳化剂构建姜黄素纳米乳液,探究纳米乳液体外模拟消化过程中游离脂肪酸(free fat acid,FFA)释放和消化特性的差异。结果表明,EGCG的结合可能导致WPI分子结构的展开;与WPI相比,WPI-EGCG稳定乳液的界面膜厚度增加了31.6 nm。WPI-EGCG接枝物稳定的乳液的粒径分散度和平均粒径较小,形成的纳米乳液更加稳定,可以更好地促进脂质消化。4%WPI-EGCG稳定的纳米乳液在肠消化120 min后的最终FFA释放率达到85.13%。并且接枝还提高了系统中封装的姜黄素的生物可及性。

关键词：乳清分离蛋白-表没食子儿茶素没食子酸酯接枝物纳米乳液体外消化游离脂肪酸释放

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复杂地形下仿生轮腿式机器人位姿控制研究

农业机械学报 2024年第6期55卷 380-391,403页

作者：张庆潘烤鑫王振宇黄韶炯尤泳王德成中国农业大学工学院北京100083 中国农业大学草业机械装备研究中心北京100083

丘陵山地地势复杂、地形多变,农机装备作业环境以倾斜角度较大的斜坡为主,传统农机装备在丘陵山区复杂地形下作业时效率低、稳定性差,甚至会出现侧倾、翻车等现象。本文从仿生机械设计角度出发,提出一种在丘陵山地复杂地形下能够自主实... 详细信息

丘陵山地地势复杂、地形多变,农机装备作业环境以倾斜角度较大的斜坡为主,传统农机装备在丘陵山区复杂地形下作业时效率低、稳定性差,甚至会出现侧倾、翻车等现象。本文从仿生机械设计角度出发,提出一种在丘陵山地复杂地形下能够自主实现位姿调平控制的轮腿式机器人平台,提升复杂地形下的作业稳定性和安全性。以昆虫后足为仿生机械设计对象,并结合多连杆机构原理,完成新型变行程轮腿机构及机器人平台的整体架构设计。采用D-H参数法分析了轮腿机构运动学特性,结果显示轮腿式机器人离地间隙最大调整量为574mm,具备较强的越障能力。在空间坐标系上定义轮腿式机器人空间姿态参数,推导得到机身姿态角与轮腿伸缩量之间的空间姿态模型,并设计了基于NSGA-Ⅱ的机身空间姿态逆解算法。基于空间姿态逆解算法构建了轮腿式机器人全向位姿调平位姿控制系统,包含机身调平控制器、“虚腿”补偿控制器和质心高度控制器,在复杂地形下行驶时能够控制轮腿式机器人俯仰角、侧倾角、接地力、质心高度等空间姿态参数,然后通过搭建的轮腿式机器人ADAMS-Matlab联合仿真模型完成了位姿控制系统算法仿真验证。在机器人样机上开展了离地间隙自动调整和机身全向位姿调平试验,试验结果表明,试验样机离地间隙最大调整量为574mm,同时在复杂地形下能够实现机身位姿全向自动调平,调平平均时间约为1.2s,调平平均误差为0.8°,位姿控制响应速度与调平精度能够满足实际工作要求。

关键词：轮腿式机器人复杂地形仿生位姿控制样机试验

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