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基于改进Pix2Pix-HD网络的多品种水稻生长可视化预测方法

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作物学报 2024年

作者：段凌凤王新轶王治昊耿泽栋卢运瑞杨万能华中农业大学工学院华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室

植物生长建模与预测能模拟植物的生长过程，有助于生理学家和植物学家分析植物未来的生长模式，缩短试验周期、降低试验成本，受时间和条件限制的植物试验与研究指导。生长可视化预测能提供未来生长时间点的植物图像，能更逼真、直观地... 详细信息

植物生长建模与预测能模拟植物的生长过程，有助于生理学家和植物学家分析植物未来的生长模式，缩短试验周期、降低试验成本，受时间和条件限制的植物试验与研究指导。生长可视化预测能提供未来生长时间点的植物图像，能更逼真、直观地描述植物的生长过程。水稻作为重要的粮食作物，实现水稻的生长可视化预测，对水稻生长发育分析具有十分重要的意义。针对传统作物生长预测方法存在的视觉真实度和可视化效果较差等问题，本文提出了一种基于改进Pix2Pix-HD模型的多品种水稻生长可视化预测方法，利用数据驱动的方式，实现了对水稻抽穗期到灌浆期的高分辨率生长可视化预测，通过水稻抽穗期的图像预测灌浆期水稻生长图像。方法评估中，本文从视觉相似性、表型准确性和不同尺度评估模型预测性能，通过消融实验评估改进方法的有效性，并与现有研究进行比较。结果表明，测试集预测的灌浆期水稻图像与真实灌浆期水稻图像之间的FID、PSNR和SSIM值分别达到24.75、13.58和0.78，预测表型和真实表型相关系数的平均值为0.762，在不同尺度上都能保持较好的准确性。本文提出的基于数据驱动的水稻生长预测方法能够实现高分辨率和高视觉真实性的水稻生长可视化预测，为水稻生长预测提供了新思路。

关键词：水稻生长可视化预测生成对抗网络 Pix2Pix-HD 数字植物

数字普惠金融对农业经济韧性的空间溢出及门槛效应——以长江中下游地级市为例

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中国农业大学学报 2024年第9期29卷 282-295页

作者：李义姝严奉宪华中农业大学经济管理学院武汉430070 华中农业大学绿色经济研究中心武汉430070

为探究数字普惠金融对农业经济韧性的影响特征,基于2011—2022年长江中下游地区地级市的面板数据,采用面板空间、面板门槛模型考察数字普惠金融对农业经济韧性的空间溢出与门槛效应。研究发现:数字普惠金融对农业经济韧性存在促进效应;... 详细信息

为探究数字普惠金融对农业经济韧性的影响特征,基于2011—2022年长江中下游地区地级市的面板数据,采用面板空间、面板门槛模型考察数字普惠金融对农业经济韧性的空间溢出与门槛效应。研究发现:数字普惠金融对农业经济韧性存在促进效应;数字普惠金融对农业经济韧性存在正向的空间溢出效应,农业技术创新是其间的重要作用途径;随着数字普惠金融水平的提升,其对农业经济韧性的促进效应呈现双重门槛特征;数字普惠金融对农业经济韧性的影响存在区域异质性,其中,对高韧性水平与长江下游地区农业经济韧性的促进效应更显著。

关键词：数字普惠金融农业经济韧性长江中下游农业技术创新

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湖北省区域碳中和能力评价研究

华中农业大学学报 2024年第3期43卷 100-110页

作者：穆晓雅徐天乐葛小东黄佳佳荣维康曹聪格曾妍玉华中农业大学资源与环境学院武汉430070

为从区域尺度研究净碳排放变化特征及碳中和能力并从区域尺度上实现“碳中和”目标,借鉴《IPCC温室气体排放》《省级温室气体清单编制指南》给定的方法、碳密度法等方法,对湖北省碳排放量、碳汇量及净碳排放量(CO_(2-e))进行了评价,并... 详细信息

为从区域尺度研究净碳排放变化特征及碳中和能力并从区域尺度上实现“碳中和”目标,借鉴《IPCC温室气体排放》《省级温室气体清单编制指南》给定的方法、碳密度法等方法,对湖北省碳排放量、碳汇量及净碳排放量(CO_(2-e))进行了评价,并针对净碳排放量的变化趋势分析湖北省区域碳中和能力。结果显示:2000-2020年,湖北省区域碳汇总量为264178万t,历年碳汇量呈现较为明显的上升趋势,增长幅度约135.21%,年均增长约6.76%;湖北省2000-2020年区域碳排放总量为910331万t。历年碳排放总量的变化趋势可分为2个阶段,2000-2010年为第一阶段,湖北省碳排放总量呈现显著增加的趋势;2011-2020年为第二阶段,湖北省碳排放总量呈现波动下降的趋势;第一阶段湖北省净碳排放量呈上升趋势,Z_(M-K)统计量通过了显著性检验,具有统计学意义;第二阶段湖北省净碳排放量呈现下降趋势,但Z_(M-K)统计量未能通过显著性检验,即湖北省净碳排放量在第二阶段有下降趋势,但这种趋势并不具有统计学意义。研究结果表明,当前湖北省的生态系统碳汇量与碳排放量仍有巨大差距,净碳排放量的变化仍存在一定的不确定性,应当持续深入进行碳减排,优化生态系统碳汇功能,并大力发展碳捕获技术与相关产业。

关键词：碳中和生态系统碳汇碳排放优化管理湖北省

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微生物驱动土壤矿物结合态有机碳的形成

科学通报 2024年第22期69卷 3327-3338页

作者：苏兴雷渠晨晨康杰高大鑫蔡鹏陈雯莉黄巧云华中农业大学农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室武汉430070 华中农业大学土壤环境与污染修复湖北省重点实验室武汉430070

矿物结合态有机碳(mineral-associated organic carbon,MAOC)是土壤中重要的稳定态有机碳,其含量和动态决定着土壤碳库组成和容量,显著影响全球气候格局.植物和微生物是MAOC形成的两个主要途径,其来源和贡献一直存在很大的争议,特别是... 详细信息

矿物结合态有机碳(mineral-associated organic carbon,MAOC)是土壤中重要的稳定态有机碳,其含量和动态决定着土壤碳库组成和容量,显著影响全球气候格局.植物和微生物是MAOC形成的两个主要途径,其来源和贡献一直存在很大的争议,特别是在不同生态系统中,植物和微生物对MAOC形成的相对贡献和控制因素可能存在较大的不确定性,对这些问题认知的不足阻碍了土壤可持续管理战略的实施.本研究选取中国区域尺度的旱地(n=24)、水田(n=19)和林地(n=21)表层土壤(0~20 cm),基于矿物结合态有机质(mineral-associated organic matter,MAOM)中的氨基糖和木质素酚的分析,揭示了MAOC中微生物和植物源的贡献及其驱动因子.结果显示,在旱地、水田和林地土壤MAOC中,植物来源碳分别贡献了44.5%、50.1%和49.3%,微生物残体碳分别贡献了44.2%、40.4%和41.0%,其中真菌氨基葡萄糖/细菌胞壁酸比相似(10.6、10.0和11.5,P>0.05).这些结果表明,微生物残体碳在MAOC中具有相似的稳定性,矿物结合改变了土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)的组成,可以在很大程度上抵抗土地利用变化对SOC分解的影响.在所有生态系统中,MAOC的形成主要由微生物活动调控.与旱地生态系统相比,水田的环境胁迫导致微生物分解能力受到限制,林地中较高的植物输入量因微生物分解能力有限使植物残留相对富集,土壤稳定碳库以植物源碳为主.高黏粉粒含量和高年平均温度(mean annual temperature,MAT)有利于MAOC中植物源碳的相对富集,而低土壤p H和低MAT使微生物源碳的贡献增加.研究结果对于调整和完善农业土壤管理策略,增加土壤碳储量及减少碳排放,实现土壤碳中和目标具有重要意义.

关键词：矿物结合态有机碳微生物残体碳植物源碳氨基糖木质素酚

第一代农民工养老保险权益损失及其补偿路径研究

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华中科技大学学报（社会科学版） 2024年第5期38卷 93-100页

作者：仙蜜花华中农业大学文法学院

第一代农民工为我国的社会主义现代化建设做出了巨大贡献,但其养老保险权益因种种原因遭受不同程度的损失,这些损失主要体现为参与损失、退出损失和转移损失三种典型样态,它们是政府部门、用人单位以及第一代农民工等主要责任主体共同... 详细信息

第一代农民工为我国的社会主义现代化建设做出了巨大贡献,但其养老保险权益因种种原因遭受不同程度的损失,这些损失主要体现为参与损失、退出损失和转移损失三种典型样态,它们是政府部门、用人单位以及第一代农民工等主要责任主体共同作用的结果。因此,应当以中央政府推动与地方利益协调为总体思路,采取明确中央与地方政府在第一代农民工养老保险补偿中的责任内容、建立第一代农民工养老保险补偿基金、制定科学合理的补偿标准以及完善养老保险制度等一系列措施,以有效补偿第一代农民工的养老保险权益损失,促进社会公平与正义。

关键词：第一代农民工养老保险权益权益损失

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猕猴桃大帐气调气流组织的数值模拟及优化

农业工程学报 2024年第5期40卷 307-316页

作者：徐勤超单程陈昊义朱家庭曾云流李善军潘海兵张文东华中农业大学工学院农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070 华中农业大学园艺林学学院武汉430070 微呼吸(武汉)农业科技有限公司武汉430070

为确定合理的猕猴桃大帐气调参数,提高大帐气调贮藏性能,该研究通过模拟猕猴桃在果筐内的自然堆叠状态,建立了单个猕猴桃尺度的大帐气调微环境模型,采用数值模拟方法,分析猕猴桃大帐气调过程中N_(2)纯度、流量、管径、出口高度4个关键... 详细信息

为确定合理的猕猴桃大帐气调参数,提高大帐气调贮藏性能,该研究通过模拟猕猴桃在果筐内的自然堆叠状态,建立了单个猕猴桃尺度的大帐气调微环境模型,采用数值模拟方法,分析猕猴桃大帐气调过程中N_(2)纯度、流量、管径、出口高度4个关键参数对降氧时间及气体分布均匀性的影响。基于Box-Behnken原理设计四因素三水平正交仿真试验,利用Design-Expert软件建立响应指标回归模型,对所选取的4个因素进行响应面分析和参数优化。对优化参数组合进行仿真试验,对比优化参数组合条件下响应面回归模型预测值与仿真试验数值模拟值。结果表明:各因素对降氧时间影响由大到小顺序为出气口高度、流量、N_(2)纯度、管径;对不均匀系数影响由大到小顺序为N_(2)纯度、出气口高度、管径、流量。猕猴桃大帐气调的最优气调参数组合为N_(2)纯度96.0%、流量23.0 m^(3)/h、管径50 mm、出气口高度3 126 mm,对应的降氧时间、不均匀系数分别为989 s、6.1%。降氧时间响应面回归模型预测值与仿真值之间的相对误差为3.1%,不均匀系数响应面回归模型预测值与仿真值之间的相对误差为8.4%。研究对于大帐气调装备的研发及性能提升具有重要的理论和实际意义。

关键词：数值模拟响应面法贮藏气调性能大帐气调

基于SPH-FEM的油菜茎秆磨粒气体射流切割仿真与试验

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农业工程学报 2024年第17期40卷 82-92页

作者：韩明兴余锴段宏兵熊利荣徐琨李淼刘琦华中农业大学工学院武汉430070

针对传统油菜收获切割刀具振动大、茎秆缠绕磨损及效率低等问题,该研究提出一种油菜茎秆磨粒气体射流切割技术,以实现作业机具与油菜无接触式切割和高效低耗收获。采用光滑粒子流体力学与有限元(smooth particle hydrodynamic-finite el... 详细信息

针对传统油菜收获切割刀具振动大、茎秆缠绕磨损及效率低等问题,该研究提出一种油菜茎秆磨粒气体射流切割技术,以实现作业机具与油菜无接触式切割和高效低耗收获。采用光滑粒子流体力学与有限元(smooth particle hydrodynamic-finite element method,SPH-FEM)耦合仿真对油菜茎秆射流动态切割过程进行分析,揭示气-固间能量传递规律,获取射流切割动态特性,并搭建试验系统进行射流切割试验验证。研究结果表明,采用4 mm孔径高速喷嘴,射流压力为20 MPa时气流及磨粒最高速度分别为741和411 m/s,约95%加速过程发生在喉管段与扩张段;喷嘴外流场流速呈现先下降后上升的变化规律,射流压力越大速度变化越剧烈;射流束主要通过气体膨胀-收缩-膨胀的加速过程将压力能转化为射流束动能;入口压力从3 MPa增加至10 MPa时,磨粒最大速度提升率从31%下降至11%。当压力超过3 MPa后,随射流压力提高,射流束压力能-动能转换效率显著减小;在相同条件下0.1 mm粒径磨粒的最大速度比0.3 mm粒径磨粒大19%;粒径越大磨粒获得的切割动能越大,0.3 mm粒径磨粒切割动能最大,其次为0.2与0.1 mm粒径磨粒;磨粒速度在120 m/s时可以实现茎杆有效切割,对应射流压力约为0.4 MPa;横移速度为5 mm/s、靶距在10 mm以内可一次切断茎秆,横移速度超过5 mm/s时无法一次切断茎秆;靶距5 mm、横移速度5 mm/s时,可获得最小切割侵蚀体积,切口宽度在1~6 mm之间;射流切割能力主要受横移切割速度影响,切割靶距影响相对较小;茎秆切割效果主要受靶距影响,横移速度影响相对较小。研究成果还可用于其他类似作物茎秆的切割,可为农业非接触式高效切割技术装备的开发提供理论与技术支撑。

关键词：流固耦合仿真光滑质点动力学磨粒气射流油菜茎秆切割

基于LUR模型的城市带状绿地冬季降减空气PM和PM效应研究

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华中农业大学学报 2024年

作者：孙伊湄朱春阳华中农业大学园艺林学学院

为探究城市带状绿地降减空气颗粒物的作用机制和效应，选取武汉市罗家港带状公园绿地及其周边建成环境作为研究对象，选择冬季天气晴朗无风且气象条件相似的3天进行重复观测，采用LUR模型和主成分分析相结合的方法，分析冬季城市带状绿... 详细信息

为探究城市带状绿地降减空气颗粒物的作用机制和效应，选取武汉市罗家港带状公园绿地及其周边建成环境作为研究对象，选择冬季天气晴朗无风且气象条件相似的3天进行重复观测，采用LUR模型和主成分分析相结合的方法，分析冬季城市带状绿地对空气PM10和PM2.5浓度的降减效应，识别其关键影响因素。结果显示，基于LUR模型得出城市带状绿地对空气PM10和PM2.5的降减作用存在宽度效应，宽度30～40 m的绿地在冬季对空气PM10的降减效率最显著。同时，研究发现冬季城市带状绿地内部的空气PM2.5和PM10浓度会出现高于邻近道路位置的现象，空气PM10和PM2.5在城市带状绿地内存在明显的积聚效应。结果表明，城市带状绿地对空气PM10和PM2.5的降减作用会受到周边交通污染排放的干扰，不同宽度带状绿地创造的微气象条件也会对空气PM10和PM2.5的浓度产生一定影响。

关键词：城市带状绿地宽度效应空气颗粒物 LUR模型城市交通

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气隙膜蒸馏回收绿色氨水性能研究

膜科学与技术 2024年第1期44卷 108-113,122页

作者：石明菲刘梦飞贺清尧华中农业大学工学院武汉430070

回收沼液中的氨氮可实现低成本和低碳足迹的氮肥生产.理论上气隙膜蒸馏能以绿色氨水形式将沼液中氨氮加以回收,然而该方面的研究还较少.本文对气隙膜蒸馏以氨水形式回收沼液中氨氮的具体性能进行了研究.采用单因素实验分别研究了气隙厚... 详细信息

回收沼液中的氨氮可实现低成本和低碳足迹的氮肥生产.理论上气隙膜蒸馏能以绿色氨水形式将沼液中氨氮加以回收,然而该方面的研究还较少.本文对气隙膜蒸馏以氨水形式回收沼液中氨氮的具体性能进行了研究.采用单因素实验分别研究了气隙厚度、进料温度、初始氨氮浓度和进料流速等因素对模拟沼液中氨氮回收效率的影响.结果表明氨通量和水通量均随着进料温度的增加而增加,随着气隙厚度的增加而降低.进料流速为90 mL/min时,氨氮分离因子和氨氮脱除率均为最高值.基于单因素实验结果,采用正交实验探究气隙膜蒸馏回收氨氮的最佳实验变量组合.结果表明,气隙厚度3 mm、进料温度54℃、初始氨氮浓度800 mg/L和进料流速90 mL/min是以氨氮分离因子为评价参数时的最佳实验变量组合.

关键词：气隙膜蒸馏氨氮回收沼液氨氮分离因子