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双金属催化剂在生物质焦油催化蒸汽重整领域的研究进展

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化工进展 2024年第8期43卷 4354-4365页

作者：胡婷霞赵立欣姚宗路霍丽丽贾吉秀谢腾中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所北京100081 农业农村部华北平原绿色低碳重点实验室北京100081

综述了双金属催化剂在生物质焦油及其模型化合物催化蒸汽重整领域的研究现状,梳理了常用双金属催化剂的类型及不同催化剂催化焦油重整的性能,总结了影响双金属催化剂性能的主要因素,探讨了焦油催化重整的反应机理,并阐释了催化剂失活-... 详细信息

综述了双金属催化剂在生物质焦油及其模型化合物催化蒸汽重整领域的研究现状,梳理了常用双金属催化剂的类型及不同催化剂催化焦油重整的性能,总结了影响双金属催化剂性能的主要因素,探讨了焦油催化重整的反应机理,并阐释了催化剂失活-再生反应机制。文中指出:双金属催化剂丰富的活性位点和双金属之间的协同作用促进了催化剂性能的提升,双金属活性相和载体之间适宜的相互作用增强了催化剂的稳定性;双金属催化剂在焦油蒸汽重整方面具有潜在的应用前景。目前双金属催化剂的活性、稳定性仍然无法满足焦油催化重整的产业化应用需求。下一步需开发催化剂的精准调控技术,深入阐释其催化反应机理,为焦油催化蒸汽重整产业化发展提供技术指导。

关键词：生物质焦油催化重整蒸汽重整双金属催化剂再生

基于无人机多光谱植被指数的生菜全氮含量预测

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光谱学与光谱分析 2024年第8期44卷 2318-2325页

作者：连炳瑞李雅豪张静李长青杨小冬王激清邹国元 Thompson Rodney 杨俊刚北京市农林科学院植物营养与资源环境研究所北京100097 河北北方学院农林科技学院河北张家口075000 北京翠湖农业科技有限公司北京100089 河北农业大学资源与环境科学学院河北保定071000 农业农村部农业遥感机理与定量遥感重点实验室北京市农林科学院信息技术研究中心北京100097 University of Almeria Spain 04120

我国露地蔬菜种植规模庞大,生产方式高度集约化,但过量施肥等导致的水氮利用效率低下的问题较为严重。为实现露地蔬菜规模化种植中精准施肥、高效生产的目标,以露地生菜为研究对象,设无氮(N0)、低氮(N1)、高氮(N2)三个处理,通过无人机... 详细信息

我国露地蔬菜种植规模庞大,生产方式高度集约化,但过量施肥等导致的水氮利用效率低下的问题较为严重。为实现露地蔬菜规模化种植中精准施肥、高效生产的目标,以露地生菜为研究对象,设无氮(N0)、低氮(N1)、高氮(N2)三个处理,通过无人机搭载多光谱相机,建立3种多光谱植被指数(NDVI、RVI和SAVI)与生菜叶绿素、生物量、吸氮量、全氮含量数据集,并构建单生育期和多生育期氮素诊断模型。结果表明:(1)在莲座期和结球期,生菜各处理NDVI、RVI和SAVI值表现出随施氮量的增加而增大,但在收获期,N1处理达到最大值。(2)在生菜结球期,NDVI与生菜的产量、吸氮量、叶绿素均存在显著相关性,其中生菜全氮含量与叶绿素在p≤0.01水平下显著相关,相关系数(R)为0.51;综合生菜多生育期,NDVI值与生菜的产量、叶绿素、吸氮量和全氮含量均在p≤0.001水平下达到极显著相关,相关系数分别为0.85、0.82、0.81和0.71。(3)通过相应数据集拟合出指数、线性、对数和幂函数4种模型关系,建立生菜多生育期植株全氮最佳预测模型:全氮=16.52ln(NDVI)+73.514;应用生菜全氮估层模型反演基地生产田块,其平均相对误差为3.22%、RMSE=0.5566、NRMSE=0.0108,说明模型估算效果均较好,通过无人机多光谱遥感对蔬菜氮素诊断具有一定的可行性。

关键词：露地生菜无人机多光谱 NDVI 全氮预测模型

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基于微波遥感的土壤水分反演估算研究进展

土壤学报 2024年第1期61卷 16-28页

作者：郑曼迪刘忠许昭辉李剑辉孙君龄中国农业大学土地科学与技术学院北京100193 农业农村部华北耕地保育重点实验室北京100193

土壤水分是地表和大气水热过程交换的重要纽带,对于农业生产、生态规划、水资源管理等具有十分重要的意义。微波遥感具有基本不受天气条件影响,具有较好探测植被覆盖下的土壤信息和土壤水分变化趋势等优势,成为目前遥感精确反演土壤水... 详细信息

土壤水分是地表和大气水热过程交换的重要纽带,对于农业生产、生态规划、水资源管理等具有十分重要的意义。微波遥感具有基本不受天气条件影响,具有较好探测植被覆盖下的土壤信息和土壤水分变化趋势等优势,成为目前遥感精确反演土壤水分的热点。本文整理了现有全球尺度的基于微波遥感的土壤水分产品;分析比较了土壤水分反演中主动微波遥感、被动微波遥感、主被动微波协同技术的原理、特点、适用范围和关键技术进展:主动微波遥感和被动微波遥感的优势分别在于高空间分辨率和高时间分辨率,高空间分辨率可以很好捕捉地表细微的空间信息特征,但囿于土壤水分与后向散射系数之间的复杂关系,特别是植被、地表粗糙度等对雷达后向散射系数的干扰,使得反演土壤水分的精度不高,因而根据现实情况选取不同散射模型以及利用多源数据协同是目前改善精度的研究热点。而高时间分辨率可以实现全球及大尺度下的土壤水分监测,但是很难满足小尺度或者小区域范围的实际研究需求,为了能使实测数据在空间上得以较好匹配,提出多种降尺度方法。结合以上两种微波遥感方式的优劣,依托更为丰富的数据源、相对成熟的观测技术来对两者进行融合以提取更多的水分信息,以提升反演精度或者获得长时间序列数据。在目前的方法中,土壤水分反演在小尺度下表现出良好的性能,但在全球尺度上会出现数据缺失、适用性不强、反演精度不高以及反演过程过于复杂等诸多问题,可以借助多种观测方式(多极化、多角度、多波段)、多时相重复观测、在原有模型上引入新的算法以及数据同化等方面着手进行改进,同时全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)中长期稳定、高时空分辨率的L波段微波信号在陆面遥感领域的快速发展也为我国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)的发展提供了借鉴,展现出在土壤水分反演方面的巨大潜力。

关键词：主被动微波遥感散射方式降尺度 GNSS-R

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禾本科杂粮作物养分高效机理及指标研究进展

植物营养与肥料学报 2024年第4期30卷 786-800页

作者：王京新赵宇夏雪岩崔纪菡魏志敏李顺国河北省农林科学院谷子研究所/农业农村部特色杂粮遗传改良与利用重点实验室(部省共建)/河北省杂粮研究重点实验室河北石家庄050035

我国耕地中低产田面积大,养分缺乏始终是限制作物产量的一个主要因素。谷子、糜子和高粱为我国传统的禾谷类杂粮作物,具有光合效率高,耐旱耐瘠薄的特点,较大宗粮食作物更适应干旱、贫瘠的土壤。然而,养分利用效率研究主要集中在玉米、... 详细信息

我国耕地中低产田面积大,养分缺乏始终是限制作物产量的一个主要因素。谷子、糜子和高粱为我国传统的禾谷类杂粮作物,具有光合效率高,耐旱耐瘠薄的特点,较大宗粮食作物更适应干旱、贫瘠的土壤。然而,养分利用效率研究主要集中在玉米、小麦等主粮作物,小杂粮作物研究进展相对缓慢。本文系统总结了谷子、糜子和高粱氮、磷、钾高效利用的研究结果,归纳了几种杂粮作物养分高效的筛选指标,形态指标包括地上部干重、穗粗、穗重、草重、产量等,生理指标包括氮同化酶活性、磷积累量、光合养分效率等,养分吸收效率主要指标包括根系大小、根系长度、侧根分支和根直径,及可能参与养分高效的候选基因如NRT1、PHR1、钾转运蛋白HAK和钾离子通道蛋白Shaker等。未来可从以下几方面推进杂粮作物养分高效的研究:杂粮作物光合效率高和根系耐旱耐贫瘠的特点;利用转录组学方法深入分析引起杂粮作物光合作用和养分吸收效率的种间和种内变异的机理,特别是与氮组分、磷组分变化相关的机制;分析杂粮作物的根系形态及其主导的根系微生物互作特征对养分高效吸收的影响。这些研究将为培育养分高效高产的杂粮品种和高效栽培技术提供理论基础和指导。

关键词：谷子糜子高粱养分高效光合根系

基于代谢组学分析L. kefiri IMAU10804酸胁迫前后的代谢物差异

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食品与发酵工业 2024年

作者：王会莹薄晓宇袁保壹包秋华内蒙古农业大学乳品生物技术与工程教育部重点实验室农业农村部奶制品加工重点实验室内蒙古自治区乳品生物技术与工程重点实验室

酸胁迫制约着乳酸菌在生产应用过程中的活力及其益生功能的发挥，研究某一菌株的潜在耐酸机制对其进一步应用至关重要。该研究首先测定不同低pH对开菲尔慢生乳杆菌（Lentilactobacillus kefiri）IMAU10804生长的影响，然后利用LC-MS技... 详细信息

酸胁迫制约着乳酸菌在生产应用过程中的活力及其益生功能的发挥，研究某一菌株的潜在耐酸机制对其进一步应用至关重要。该研究首先测定不同低pH对开菲尔慢生乳杆菌（Lentilactobacillus kefiri）IMAU10804生长的影响，然后利用LC-MS技术从组学水平上分析L. kefiri IMAU10804酸胁迫前后的代谢物差异。结果显示，随着pH的降低，L. kefiri IMAU10804生长受到抑制。将L. kefiri IMAU10804在pH 3.0的条件下处理60 min，正离子和负离子模式下分别检测到796和615种代谢物；采用SIMCA 14.1软件结合Metaboanalyst 5.0进行多元统计分析，大量代谢产物主要富集在ABC转运蛋白、精氨酸和脯氨酸代谢、嘌呤代谢等代谢通路。根据P<0.05、VIP≥1和FC≥1.5原则筛选出L-丙氨酸、天冬氨酸、海藻糖等24种主要差异代谢物。该研究表明L. kefiri IMAU10804在酸胁迫环境下生长代谢物显著发生变化，可为后续乳酸菌产品开发和应用提供数据支撑。

关键词：迟缓乳杆菌属 L. kefiri IMAU10804 酸胁迫代谢组学耐酸机理

敲除OsLRR-RLK18基因提高水稻对褐飞虱的抗性

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植物保护学报 2024年第2期51卷 383-393页

作者：唐璎瑛蒯鹏邱晨吕静娄永根浙江大学农业与生物技术学院昆虫科学研究所水稻生物学国家重点实验室农业农村部作物病虫分子生物学重点实验室杭州310058

为明确富亮氨酸重复类受体蛋白激酶(leucine-rich repeat receptor-like kinase,LRR-RLK)编码基因OsLRR-RLK18在调控水稻对褐飞虱Nilaparvata lugens防御中的作用及机理,以野生型水稻品系、OsLRR-RLK18基因敲除纯合水稻品系为研究对象,测定不同水稻品系的株高和根长、不同水稻品系对褐飞虱生物学参数的影响及褐飞虱为害后不同水稻品系中防御信号分子含量和防御化合物含量。结果显示,敲除OsLRR-RLK18基因后水稻株高和根长降低,褐飞虱为害后期诱导的茉莉酸、茉莉酸-异亮氨酸和脱落酸含量显著增加,但水稻组成型(未受褐飞虱为害)和为害早期的水杨酸和过氧化氢含量降低,引起水稻多种挥发物组分释放量增加,木质素、对香豆酰腐胺及樱桃苷、刺苞菊苷和大波斯菊苷3种类黄酮含量下降,最终导致褐飞虱卵孵化率和产卵量显著降低。表明OsLRR-RLK18基因参与了水稻对褐飞虱为害的防御反应,在调控水稻对褐飞虱的抗性中发挥着一定作用。

关键词：水稻褐飞虱诱导防御反应抗虫性基因

山药片红外联合热风干燥热质传递收缩模拟与品质

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农业工程学报 2024年第6期40卷 134-145页

作者：张继凯郑霞肖红伟单春会李义璨杨涛庆石河子大学机械电气工程学院石河子832003 农业农村部西北农业装备重点实验室石河子832003 现代农业机械兵团重点实验室石河子832003 中国农业大学工学院北京100080 石河子大学食品学院石河子832003

为了准确揭示山药片红外联合热风干燥传热传质机理,在考虑山药片收缩变形特性的基础上,通过有限元软件COMSOL6.1建立了“温度场-湿度场”多场耦合的山药片红外联合热风干燥传热传质模型。模拟研究基于山药片在不同温度(50、60、70℃)下... 详细信息

为了准确揭示山药片红外联合热风干燥传热传质机理,在考虑山药片收缩变形特性的基础上,通过有限元软件COMSOL6.1建立了“温度场-湿度场”多场耦合的山药片红外联合热风干燥传热传质模型。模拟研究基于山药片在不同温度(50、60、70℃)下收缩变形的传热传质,并通过试验进行验证。分析不同温度对山药片品质(色差、复水比、多糖和尿囊素含量)的影响。结果表明:(1)山药片体积比随干燥温度的升高而增加,在干燥温度分别为50、60、70℃时,其值分别为34.55%、37.23%、39.04%。(2)在干燥温度为50、60、70℃时,红外联合热风干燥收缩模型可准确预测山药片干燥过程中干燥温度和含水率,其决定系数R^(2)分别为0.973、0.976、0.981和0.983、0.984、0.974。(3)山药片外部温度升高,表面水分开始蒸发,形成水分梯度。随着干燥的继续,红外热量在山药片内部不断积累,导致内部温度升高,水分向外扩散,进而减小了内外水分梯度。随着干燥温度的升高,增加了山药片温度和湿度梯度,促进了热量和质量的传递,提高了水分迁移的速率。(4)在60℃时,干燥品质最优,其色差为7.49、复水比为2.65 kg/kg、多糖含量为24.17 mg/g、尿囊素含量为2.66μg/g。该模型为其他物料在红外联合热风干燥技术的模拟研究提供有益借鉴。

关键词：干燥品质控制山药片红外联合热风干燥收缩传热传质

基于时间序列植被指数的小麦条锈病抗性等级鉴定方法

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农业工程学报 2024年第4期40卷 155-165页

作者：苏宝峰刘砥柱陈启帆韩德俊吴建辉西北农林科技大学机械与电子工程学院杨凌712100 农业农村部农业物联网重点实验室杨凌712100 陕西省农业信息感知与智能服务重点实验室杨凌712100 西北农林科技大学农学院杨凌712100 西北农林科技大学旱区作物逆境生物学国家重点实验室杨凌712100

条锈病严重影响小麦产量,培育抗条锈病的小麦品种至关重要。针对传统育种中抗性鉴定手段单一、效率低的问题,该研究提出了一种通过小麦冠层植被指数的时间序列实现对条锈病不同抗性等级的高效鉴定方法。该方法利用无人机采集自然发病的... 详细信息

条锈病严重影响小麦产量,培育抗条锈病的小麦品种至关重要。针对传统育种中抗性鉴定手段单一、效率低的问题,该研究提出了一种通过小麦冠层植被指数的时间序列实现对条锈病不同抗性等级的高效鉴定方法。该方法利用无人机采集自然发病的育种群体小麦(共600个样本,516个基因型)冠层多时相的光谱图像,使用随机蛙跳算法和ReliefF算法筛选出6个条锈病病害严重度的敏感特征:归一化色素叶绿素指数(normalized pigment chlorophyll index,NPCI)、沃尔贝克指数(woebbecke index,WI)、叶绿素红边指数(chlorophyll index rededge,CIrededge)、绿大气抵抗植被指数(green atmospherically resistant index,GARI)、归一化差分植被指数(normalized difference vi,NDVI)、叶绿素绿指数(chlorophyll index green,CIgreen),这些敏感特征在试验群体中的时间序列符合条锈病的发病规律,验证了其作为条锈病发病严重度敏感特征的有效性;基于支持向量机(support vector machine,SVM)算法使用上述敏感特征建立条锈病病害严重度等级分类模型,在测试集的表现中,与使用未经过筛选的原始特征所建立的模型相比在精度、平均准确率、平均召回率和F1分数上分别仅下降6.2%、3.3%、2.7%、4.0%,证明了所筛选敏感特征的有效性;针对一般机器学习算法难以捕捉不同抗性等级样本之间较小的特征变化差异的问题,提出了一种从植被指数时间序列转化生成的二维图像中提取特征实现条锈病抗性等级分类的方法。将敏感特征中能够较好区分不同抗病等级的4个时间序列植被指数(NPCI、GARI、NDVI、WI),通过格拉姆角场方法生成格拉姆角和场图像,并制作成数据集,使用DenseNet121网络进行训练,以实现不同条锈病抗病等级的分类。建立的条锈病抗性等级分类模型中,由NPCI时间序列图像建立的分类模型测试效果最佳,其准确率为0.837,召回率为0.834,F1分数可达0.833,能够较好地实现对群体小麦不同品种(系)的条锈病抗性等级差异的区分,表明基于光谱植被指数时间序列的小麦条锈病抗性等级识别方法可以用于小麦抗病育种中抗性等级的鉴定,并可为其他作物的病害抗性等级鉴定提供一定的参考。

关键词：无人机遥感机器学习深度学习小麦条锈病多光谱成像 DenseNet121

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基于采样点光谱信息窗口尺度优化的土壤含水率无人机多光谱遥感反演

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农业机械学报 2024年第1期55卷 316-327页

作者：靳亚红吴鑫淼甄文超崔晓彤陈丽郄志红河北农业大学城乡建设学院保定071001 农业农村部华北节水农业重点实验室保定071001 河北农业大学农学院保定071001 保定市灌溉试验站保定071000

针对空间异质性导致的土壤含水率反演误差较大的问题,分别以玉米灌浆期和小麦苗期的土壤含水率反演为例,利用无人机多光谱遥感技术获取喷灌和畦灌灌溉方式下的正射影像。将34组光谱特征变量按照滑动窗口法提取不同空间尺度的光谱信息平... 详细信息

针对空间异质性导致的土壤含水率反演误差较大的问题,分别以玉米灌浆期和小麦苗期的土壤含水率反演为例,利用无人机多光谱遥感技术获取喷灌和畦灌灌溉方式下的正射影像。将34组光谱特征变量按照滑动窗口法提取不同空间尺度的光谱信息平均值,通过极端梯度提升(Extreme gradient boosting, XGBoost)、支持向量机回归(Support vector machine regression, SVR)以及偏最小二乘回归(Partial least squares regression, PLSR)3种机器学习模型确定采样点光谱信息最优窗口尺度;然后,采用皮尔逊相关系数特征变量筛选法(Pearson correlation coefficient feature variable screening method, R)结合XGBoost和SVR模型对提取的34组光谱特征变量进行筛选,选取与土壤含水率敏感的特征变量;最后,估算土壤含水率。结果表明:喷灌方式下所选择的采样点最优光谱信息窗口尺度比畦灌小,其最优窗口尺度范围分别为11×11~21×21和15×15~29×29;采用皮尔逊相关系数特征变量筛选方法结合机器学习模型可有效提高土壤含水率反演精度;5种机器学习模型(R_XGBoost、R_SVR、XGBoost、SVR、PLSR)中R_XGBoost模型估算土壤含水率精度最优,在喷灌和畦灌方式下玉米灌浆期R_XGBoost模型的测试集决定系数R2分别为0.80、0.83,均方根误差(Root mean square error, RMSE)分别为1.27%和0.98%,小麦苗期R2分别为0.76、0.79,RMSE分别为1.68%和0.85%;土壤含水率反演模型在畦灌条件下的精度优于喷灌条件下。该研究可为基于无人机多光谱影像分析的信息挖掘和土壤水分监测提供参考。

关键词：土壤含水率窗口尺度无人机多光谱遥感机器学习特征变量反演

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