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小麦抗旱相关根系表型原位测量与分析

农业机械学报 2024年

作者：段凌凤傅金阳王新轶施家伟李为坤杨万能华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室华中农业大学工学院

根系是植物吸收水分的主要通道，根系表型与植物抗旱能力息息相关。为了快速准确地获取小麦根系表型指标，利用土培根盒法进行了小麦干旱胁迫实验，共采集18个时间点的根系时序图像。设计了一套基于深度学习的根系图像处理与分析流程，... 详细信息

根系是植物吸收水分的主要通道，根系表型与植物抗旱能力息息相关。为了快速准确地获取小麦根系表型指标，利用土培根盒法进行了小麦干旱胁迫实验，共采集18个时间点的根系时序图像。设计了一套基于深度学习的根系图像处理与分析流程，针对土壤遮蔽引起的断根问题，提出了一种融合目标检测网络和沙漏注意力网络的检测-修复两阶段断根修复方法，以修复根系断裂区域，并通过多尺度训练和自适应迭代法提高修复精度和鲁棒性。研究提取了小麦在干旱胁迫和对照处理下的根面积、总根长、根宽等6个表型性状，分析了小麦根系对干旱胁迫的表型响应。结果显示，干旱胁迫下，小麦会有更低的根系生物量、更深的根系扎根深度及更分散的根系构型。研究同时计算了小麦根系干旱胁迫耐受性指数，结合主成分分析法，对小麦品种的抗旱能力进行了描述和排序。

关键词：小麦根系表型原位测量抗旱性分析断根修复

面向UUV对接的视觉引导三维轨迹跟踪控制研究

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中国舰船研究 2024年第1期19卷 290-304页

作者：卢有旺夏英凯徐国华李家伟徐根何梓轩华中农业大学工学院湖北武汉430070 华中科技大学船舶与海洋工程学院湖北武汉430074

[目的]自主对接是无人水下航行器(UUV)协同作业的关键,但受复杂环境和对象特性的影响,精准引导与对接难度很大。为了提高水下对接的准确性和鲁棒性,设计一种基于视觉引导的对接方案,并针对视觉解算和三维轨迹跟踪控制技术开展研究。[方... 详细信息

[目的]自主对接是无人水下航行器(UUV)协同作业的关键,但受复杂环境和对象特性的影响,精准引导与对接难度很大。为了提高水下对接的准确性和鲁棒性,设计一种基于视觉引导的对接方案,并针对视觉解算和三维轨迹跟踪控制技术开展研究。[方法]首先,结合任务和对象特性分析,设计基于视觉引导的总体对接方案。其次,设计YOLOv5神经网络完成水下对接站的目标检测,并基于EPnP算法实现对接站与UUV之间相对位姿关系的在线测量。接着,结合视觉解算结果,基于三维LOS制导、径向基函数神经网络(RBFNN)、终端滑模控制(TSMC)和李雅普诺夫理论,设计一种高效的三维鲁棒轨迹跟踪控制器。最后,通过数值仿真和水池试验验证该设计方案的有效性。[结果]在水池试验中,视觉引导控制算法能够有效完成水下对接站的在线检测与相对定位,实现UUV的精准水下对接。[结论]研究表明,所提出的视觉引导三维轨迹跟踪控制方案合理、高效,可为UUV水下对接奠定基础。

关键词：无人水下航行器水下对接视觉引导三维轨迹跟踪水池试验

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基于Self-Attention-BiLSTM网络的西瓜种苗叶片氮磷钾含量高光谱检测方法

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农业机械学报 2024年第8期55卷 243-252页

作者：徐胜勇刘政义黄远曾雨别之龙董万静华中农业大学工学院武汉430070 中国农业科学院深圳农业基因组研究所深圳518000 华中农业大学园艺林学学院武汉430070

元素含量无损检测技术可以为植物生长发育的环境精准调控提供关键实时数据。以西瓜苗为例,提出了一种基于图谱特征融合的氮磷钾含量深度学习检测方法。首先,使用高光谱仪拍摄西瓜苗叶片的高光谱图像,使用连续流动化学分析仪测定叶片的3... 详细信息

元素含量无损检测技术可以为植物生长发育的环境精准调控提供关键实时数据。以西瓜苗为例,提出了一种基于图谱特征融合的氮磷钾含量深度学习检测方法。首先,使用高光谱仪拍摄西瓜苗叶片的高光谱图像,使用连续流动化学分析仪测定叶片的3种元素含量。然后,采用基线偏移校正(BOC)叠加高斯平滑滤波(GF)的光谱预处理方法和随机森林算法(RF)建立预测模型,基于竞争性自适应重加权采样(CARS)和连续投影算法(SPA)2种算法初步筛选出特征波长,再综合考虑波长数和建模精度设计了一种最优波长评价方法,将波长数进一步减少到3~4个。最后,提取使用U-Net网络分割的彩色图像颜色和纹理特征,和光谱反射率特征一起作为输入,基于自注意力机制-双向长短时记忆(Self-Attention-BiLSTM)网络构建了3种元素含量的预测模型。实验结果表明,氮磷钾含量预测的R2分别为0.961、0.954、0.958,RMSE分别为0.294%、0.262%、0.196%,实现了很好的建模效果。使用该模型对另2个品种西瓜进行测试,R2超过0.899、RMSE小于0.498%,表明该模型具有很好的泛化性。该高光谱建模方法使用少量波长光谱即实现了高精度检测,在精度和效率上达成了很好的平衡,为后续便携式高光谱检测装备开发奠定了理论基础。

关键词：西瓜苗叶片元素含量无损检测自注意力机制双向长短时记忆网络高光谱

电感耦合等离子体串联质谱法检测食用农产品中的总溴

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分析试验室 2024年第6期43卷 799-804页

作者：李爱阳吴路辉殷子懿陈宇蔡玲黄建华湖南工学院化学与环境工程学院衡阳421002 湖南省中医药研究院中药研究所长沙410013

建立了电感耦合等离子体串联质谱(ICP-MS/MS)测定食用农产品中总溴的方法,以N_(2)O作为反应气消除质谱干扰。在MS/MS模式下,研究了在八极杆反应池系统(ORS)中N_(2)O与Br^(+)的相互作用。基于氧原子转移反应,将Br^(+)转移为氧化物离子Br ... 详细信息

建立了电感耦合等离子体串联质谱(ICP-MS/MS)测定食用农产品中总溴的方法,以N_(2)O作为反应气消除质谱干扰。在MS/MS模式下,研究了在八极杆反应池系统(ORS)中N_(2)O与Br^(+)的相互作用。基于氧原子转移反应,将Br^(+)转移为氧化物离子Br O^(+),利用Br^(+)→Br O^(+)为离子对,消除质谱干扰。将N_(2)O反应结果与采用O2的反应结果比较,N_(2)O能更有效地形成氧化物离子,灵敏度更高,背景等效浓度(BEC)和检出限(LOD)更低,消除干扰更彻底。通过分析标准参考物质,评价方法的准确性和精密度,发现测定结果与标准参考物质的认证值基本一致。溴的LOD为38.4~52.6 ng/L,相对标准偏差(RSD)为1.8%~4.3%,加标回收率在96.8%~103.0%之间。所建立的方法适用于食用农产品中总溴的测定。

关键词：电感耦合等离子体串联质谱食用农产品总溴 N_(2)O 氧原子转移反应

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市政污泥与油茶壳混合燃烧特性研究

热力发电 2024年第6期53卷 39-47页

作者：石炎军汪红梅徐开群肖幸长沙理工大学化学化工学院电力与交通材料防护湖南省重点实验室湖南长沙410000 长沙开元仪器公司湖南长沙410100

采用热重分析法研究掺混比和升温速率对市政污泥和油茶壳混燃特性的影响,使用FlynnWall-Ozawa(FWO)和Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)2种方法对样品的燃烧动力学进行建模,计算了各类样品的稳燃性指数和综合燃烧特性指数,分析了燃烧过程... 详细信息

采用热重分析法研究掺混比和升温速率对市政污泥和油茶壳混燃特性的影响,使用FlynnWall-Ozawa(FWO)和Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)2种方法对样品的燃烧动力学进行建模,计算了各类样品的稳燃性指数和综合燃烧特性指数,分析了燃烧过程中混合燃料成分间的交互作用。结果表明:污泥掺混油茶壳后,混合燃料的燃尽温度明显降低,燃烧稳定性能和综合燃烧特性有明显改善;随着油茶壳掺混质量比从20%升至80%,燃尽温度从590℃下降到532℃,燃尽程度也逐渐变大,失质量由63.13%增加到92.19%,稳燃性指数和综合燃烧特性指数分别增加1.66和2.32倍;随着升温速率的增加,混合样品的燃尽温度、稳燃性指数和综合燃烧特性指数均提高,而燃尽程度变小,且着火温度无明显变化;污泥与油茶壳混合燃烧各组分间发生了交互现象,在挥发分燃烧阶段表现为抑制作用,而固定碳燃烧阶段表现为促进作用;FWO法和KAS法计算污泥的平均表观活化能分别为122.32、118.08 k J/mol,油茶壳的平均表观活化能分别为166.46、164.94 k J/mol,混合样品的平均表观活化能随着油茶壳掺混质量比的增加而增大。

关键词：市政污泥油茶壳燃烧特性燃烧动力学

化学必备品格的内涵及构成要素——基于“学习强国”对化学家报道的分析

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化学教育（中英文） 2024年第9期45卷 66-71页

作者：杨季冬彭晓霞王后雄湖南师范大学化学化工学院湖南长沙410081 华中师范大学教师教育学院湖北武汉430079

基于扎根理论对“学习强国”平台中化学家的报道进行了质性分析,提炼、归纳化学家身上所具有的品格,从而构建了化学必备品格要素的结构体系。该体系以化学学科领域特有的品格、科学领域普遍具有的品格、各个领域普遍具有的品格等3大维... 详细信息

基于扎根理论对“学习强国”平台中化学家的报道进行了质性分析,提炼、归纳化学家身上所具有的品格,从而构建了化学必备品格要素的结构体系。该体系以化学学科领域特有的品格、科学领域普遍具有的品格、各个领域普遍具有的品格等3大维度为框架,包括热爱化学、绿色化学意识、批判质疑、严谨求真、求索创新等11个品格要素,这为理解化学必备品格提供了参考。

关键词：化学必备品格核心素养品格教育

两段式亚硝化-厌氧氨氧化工艺处理沼液的运行特性研究

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生态与农村环境学报 2024年

作者：刘俊姚冬杰周淼杨卫华艾平雷陈澳王媛媛国网湖北电科院华中农业大学工学院浠水县农业农村局

两段式亚硝化（PN）-厌氧氨氧化（AM）工艺能很好地解决了沼液可生化性差的问题，提高对氨氮(NH4+-N)、总氮（TN）的去除能力。采用逐步提高AM工艺进水中沼液比例的方法驯化并富集AM菌，然后以沼液为处理对象研究了启动期和运行期时期PN... 详细信息

两段式亚硝化（PN）-厌氧氨氧化（AM）工艺能很好地解决了沼液可生化性差的问题，提高对氨氮(NH4+-N)、总氮（TN）的去除能力。采用逐步提高AM工艺进水中沼液比例的方法驯化并富集AM菌，然后以沼液为处理对象研究了启动期和运行期时期PN/AM两阶段的运行特性。试验在117d左右成功实现了对AM反应器的启动，大大缩短了启动时间，同时发现进水中NH4+-N/NO2--N（亚硝态氮）是影响AM反应器运行性能的重要因素。PN阶段和AM阶段对化学需氧量（COD）和氮去除方面发挥的作用不一致：PN段对两段工艺中COD去除的贡献率达82.0%，而AM段对COD几乎无去除作用。从N流向角度分析，PN段主要对N进行形态转化，对TN几乎没有去除作用，AM段对TN去除起主要作用，平均TN去除率为72.42%，对系统的TN去除率贡献度达96.40%。两段式系统运行期间，由于微量的溶解氧导致整体平均NO2--N消耗比接近理论值，但碳源的缺乏导致NO3--N生成比明显升高，使AM段表观NH4+-N消耗:NO2--N消耗:NO3--N生成=1:1.34:0.39，与1:1.32:0.26的理论值存在差异。

关键词：沼液亚硝化厌氧氨氧化运行特性

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

铅离子-苯甲羟肟酸配合物捕收剂(Pb-BHA)的单晶结构分析

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中国有色金属学报 2024年第1期34卷 302-313页

作者：卫召孙伟韩海生刘叠桂夏辉邢耀文中国矿业大学国家煤加工与洁净化工程技术研究中心徐州221116 中南大学资源加工与生物工程学院长沙410083 中南大学化学化工学院长沙410083

铅离子-苯甲羟肟酸配合物捕收剂(Pb-BHA)在钨矿、锡石和钛铁矿等氧化矿浮选中展现出良好的浮选性能和应用前景,但其精确分子结构尚不清楚,阻碍了配合物浮选作用机理的深入认识和金属基捕收剂分子设计的开展。本文培养了铅离子与BHA摩尔... 详细信息

铅离子-苯甲羟肟酸配合物捕收剂(Pb-BHA)在钨矿、锡石和钛铁矿等氧化矿浮选中展现出良好的浮选性能和应用前景,但其精确分子结构尚不清楚,阻碍了配合物浮选作用机理的深入认识和金属基捕收剂分子设计的开展。本文培养了铅离子与BHA摩尔比分别为1∶1和2∶1的两种Pb-BHA配合物单晶(配合物1和配合物2),并采用X射线结构分析方法对其结构进行解析,包括配合物晶体结构、分子结构、空间堆积结构、分子间相互作用等。结果表明:配合物1的分子式为Pb_(6)L_(8)(NO_(3))_(4)(HL=BHA),配合物2的分子式为[Pb_(6)L_(8)(NO_(3))_(3)]NO_(3),铅离子与配体氧原子配位形成非平面“O,O”五元环螯合物构型,铅离子配位数为五配位、六配位和七配位。配合物分子通过Pb—O键与临近配合物相键接形成具有单体重复结构的三维扩展堆积聚合物。配合物中弱相互作用以O…H、H…H、Pb…O为主,π-π相互作用在分子间相互作用中占据主导,其次是N—H…O氢键作用。Pb-BHA配合物单晶结构的综合分析为研究配合物的液相结构及矿物表面吸附结构、浮选行为调控方法、浮选作用机理以及新型金属基捕收剂分子设计等提供了重要研究基础。

关键词：配合物捕收剂单晶 X射线结构分析分子间相互作用