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基于RCH-UNet的新疆密植棉花图像快速分割及产量预测

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农业工程学报 2024年第7期40卷 230-239页

作者：刘祥田敏梁金艳石河子大学机械电气工程学院石河子832003

针对复杂棉田环境下传统图像分割技术存在分割精度低、实时性弱和鲁棒性差等问题,该研究以脱叶期新疆密植棉花为对象,结合低空无人机遥感平台,提出一种RCH-UNet(resnet coordinate hardswish UNet)棉花产量快速预测模型。将UNet中传统的... 详细信息

针对复杂棉田环境下传统图像分割技术存在分割精度低、实时性弱和鲁棒性差等问题,该研究以脱叶期新疆密植棉花为对象,结合低空无人机遥感平台,提出一种RCH-UNet(resnet coordinate hardswish UNet)棉花产量快速预测模型。将UNet中传统的CBR(convolution batch normalization ReLU)下采样模块替换为ResNet50,同时将CA(coordinate attention)注意力机制和hardswish激活函数引入UNet,以提高图像特征的提取能力,增强图像分割效果。基于无人机采集的棉花图像数据集评估RCH-UNet模型性能。试验结果表明,在该研究构建的棉花图像数据集上,RCH-UNet模型的棉花分割交并比达到92.79%,像素准确率达到96.22%,精确率为96.30%,与原始U-Net、PSPNet和DeepLabv3相比,像素准确率分别提高了9.85、17.67、6.31个百分点。通过RCH-UNet提取棉花像素比和灰度共生矩阵提取纹理特征,结合岭回归分析构建多因素棉花产量预测模型,模型的R^(2)为0.92,预测产量与实际产量平均绝对百分比误差为9.254%。研究结果可为新疆密植棉花产量预测提供技术支持。

关键词：深度学习图像处理语义分割 UNet 自注意力机制密植棉花产量预测

新疆和田地区人源肠道乳酸菌的筛选及其体外益生特性分析

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食品工业科技 2024年第5期45卷 134-143页

作者：李建军古丽拜克热木·艾比卜拉倪永清李谞石河子大学食品学院新疆石河子832003

本研究以新疆和田地区维吾尔族母婴粪便为样品源,对其中乳酸菌(Lactic acid bacteria)进行分离鉴定。测定乳酸菌菌株对腹泻致病菌抑菌性能,及抑菌乳酸菌菌株的体外益生特征实验。依据groEL功能基因测序从19对母婴样本分离出属于15个种的... 详细信息

本研究以新疆和田地区维吾尔族母婴粪便为样品源,对其中乳酸菌(Lactic acid bacteria)进行分离鉴定。测定乳酸菌菌株对腹泻致病菌抑菌性能,及抑菌乳酸菌菌株的体外益生特征实验。依据groEL功能基因测序从19对母婴样本分离出属于15个种的113株乳酸菌,其中优势种是唾液联合乳杆菌(Ligilactobacillus salivarius)和香肠伴生乳杆菌(Companilactobacillus farciminis)。从113株乳酸菌菌株中筛选得到29株菌株对6种腹泻致病菌都有抑制效果,其中,香肠伴生乳杆菌HTb36X-2通过4 h的模拟胃肠液处理后存活率最高达69.50%;罗伊氏粘液乳杆菌(Limosilactobacillus reuteri)HTb34X5-6、HTb34X5-1自聚性最高与疏水性最高,其疏水性分别为31.67%和29.00%,自聚性分别为81.32%和70.91%;并结合抑菌菌株的抗生素耐药性和碳源代谢能力,最终筛选出香肠伴生乳杆菌HTb36X-2,副干酪乳酪杆菌(Lacticaseibacillus paracasei)HTb6X-6,干酪乳酪杆菌(Lacticaseibacillus casei)17X-4、17X-5,罗伊氏粘液乳杆菌HTb34X-5-1、HTb34X-5-6,发酵粘液乳杆菌(Limosilactobacillus fermentum)10D12-2共7株作为潜在益生菌菌株,为开发具有抗腹泻功能的优良益生菌株及产品奠定前期基础。

关键词：乳酸菌 groEL 抑菌活性益生特性益生菌

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基于特征优选的北疆典型区域非农化遥感监测

农业工程学报 2024年第5期40卷 275-286页

作者：曹宇娟戴建国张国顺夏明辉赵庆展穆正阳许淼淼石河子大学信息科学与技术学院石河子832003 兵团空间信息工程技术研究中心石河子832003

该研究旨在准确把握耕地“非农化”的时空格局,为制定合理的土地利用和耕地保护政策提供重要依据。随着特征提取技术和分类算法的进步,利用遥感影像进行大规模耕地动态监测变得更加准确和高效。该研究选用Sentinel-2卫星影像,探讨了不... 详细信息

该研究旨在准确把握耕地“非农化”的时空格局,为制定合理的土地利用和耕地保护政策提供重要依据。随着特征提取技术和分类算法的进步,利用遥感影像进行大规模耕地动态监测变得更加准确和高效。该研究选用Sentinel-2卫星影像,探讨了不同算法和特征变量在耕地非农化监测中的优势。首先提取了4类特征共计31个指标,并通过主成分分析(principipal component analysis, PCA)和相关系数矩阵进行特征优选,获得了12个关键指标,并设计了5种特征组合方案。随后,采用7种基础算法执行影像分类,并通过“单阶段”和“二阶段”两种分类策略,提取耕地“非农化”信息。研究结果表明,有效选择多种特征变量和算法对于提高监测精度至关重要。在所有测试的模型中,采用Softmax构建的二阶段模型精度最高,最优特征组合为光谱特征+光谱指数特征+纹理特征,特征变量维度减少至12个。总体精度、平均用户精度、平均生产者精度和Kappa系数分别达到94.92%、95.16%、93.15%和0.88。对比2020年和2022年研究区数据发现,耕地转变为非农化用地的面积为146.153 km^(2),而非农化用地转变为耕地的面积为123.074 km^(2),导致耕地净减少23.079 km^(2)。综上所述,该研究提出的耕地“非农化”监测方法可以为相关的地物信息提取和耕地资源保护与可持续利用等研究提供技术支持和方法参考。

关键词：遥感特征优选非农化耕地 Sentinel-2

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土壤—耕作工具相互作用建模分析研究现状

中国农机化学报 2024年第4期45卷 250-257页

作者：宋禹莹郑炫刘进宝杨怀君李帆胡赫岩石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832000 新疆农垦科学院机械装备研究所新疆石河子832000

准确模拟土壤—耕作工具之间的相互作用可以实现部分替代田间试验环节,不仅能提高效率降低成本,还能优化耕作工具。从经典力学的分析和数值模型分析(有限元分析、离散元分析、流体动力学分析和耦合算法分析)两个方面对土壤—耕作工具相... 详细信息

准确模拟土壤—耕作工具之间的相互作用可以实现部分替代田间试验环节,不仅能提高效率降低成本,还能优化耕作工具。从经典力学的分析和数值模型分析(有限元分析、离散元分析、流体动力学分析和耦合算法分析)两个方面对土壤—耕作工具相互作用建模分析的研究现状进行综述。提出目前土壤—耕作工具相互作用的建模中对土壤的模拟不够贴近实际、单一建模方法对土壤的模拟有局限性和多软件耦合算法中通过优化边界穿越等问题。通过对多耦合软件中不同模型边界进行优化,提高模拟土壤与耕作工具相互作用的准确性,使模拟结果更贴近实际。

关键词：土壤耕作数值建模有限元离散元流体动力学

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葡萄枝条捡拾粉碎收集机设计与试验

中国农机化学报 2024年第3期45卷 126-132页

作者：王治民何磊周艳宋龙朱贺卢雨石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832000 新疆农垦科学院机械装备研究所新疆石河子832000

针对葡萄枝条修剪量大、资源化利用率低、离园成本高等问题,设计一种集集条、捡拾、粉碎、收集作业为一体的葡萄枝条捡拾粉碎收集机。阐述整机结构和工作原理,并结合葡萄枝条特性,设计与分析集条装置、捡拾喂入装置、粉碎装置等关键部... 详细信息

针对葡萄枝条修剪量大、资源化利用率低、离园成本高等问题,设计一种集集条、捡拾、粉碎、收集作业为一体的葡萄枝条捡拾粉碎收集机。阐述整机结构和工作原理,并结合葡萄枝条特性,设计与分析集条装置、捡拾喂入装置、粉碎装置等关键部件。性能试验结果表明:在葡萄枝条平均含水率为60.5%的条件下,作业速度为1.4 km/h、粉碎轴转速为2 280 r/min、喂入辊转速为147 r/min时,捡拾率为95.41%,粉碎长度合格率为94.87%,机具作业性能稳定、效果好,满足葡萄枝条粉碎收集的作业要求。

关键词：葡萄枝条粉碎收集捡拾率粉碎长度合格率

新疆典型绿洲灌区土壤理化性状与盐分离子分布特征

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农业机械学报 2024年第7期55卷 357-364,414页

作者：李云霞王国栋刘瑜吕宁梁飞范军亮尹飞虎新疆农垦科学院农田水利与土壤肥料研究所石河子832000 农业农村部西北绿洲节水农业重点实验室石河子832000 中国农垦节水农业产业技术联盟石河子832000

土壤盐渍化和耕地质量下降严重制约新疆绿洲灌溉农业可持续发展,研究土壤理化性状与盐分离子分布特征是盐碱地改良与综合利用和绿洲灌溉农业高质量发展的前提和基础。以北疆玛纳斯河灌区、南疆阿克苏河灌区和喀什噶尔河灌区(阿克苏-喀... 详细信息

土壤盐渍化和耕地质量下降严重制约新疆绿洲灌溉农业可持续发展,研究土壤理化性状与盐分离子分布特征是盐碱地改良与综合利用和绿洲灌溉农业高质量发展的前提和基础。以北疆玛纳斯河灌区、南疆阿克苏河灌区和喀什噶尔河灌区(阿克苏-喀什噶尔河灌区)为研究对象,定量分析了土壤(0~500 cm)养分含量、含盐量及其离子组成分布特征。结果表明:玛纳斯河灌区和阿克苏-喀什噶尔河灌区土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、全氮含量均呈现随土层深度增加而逐渐降低的趋势。玛纳斯河灌区表层土壤(0~30 cm)和0~100 cm土层土壤有机质、碱解氮、速效钾、全氮含量和pH值平均值高于阿克苏-喀什噶尔河灌区,100~500 cm土层土壤有机质、碱解氮、速效钾、全氮含量平均值低于阿克苏-喀什噶尔河灌区。阿克苏-喀什噶尔河灌区表层土壤(0~30 cm)全盐量和电导率平均值比玛纳斯河灌区分别高21.14%和8.53%,60~100 cm土层比玛纳斯河灌区分别低17.55%和16.50%。玛纳斯河灌区和阿克苏-喀什噶尔河灌区土壤阳离子均以Na^(+)和Ca^(2+)为主,阴离子均以SO_(4)^(2-)、Cl^(-)为主,Na^(+)和SO_(4)^(2-)分别为玛纳斯河灌区和阿克苏-喀什噶尔河灌区含量最高的盐基离子。玛纳斯河灌区表层土壤(0~30 cm)53.85%属于盐渍土,30~60 cm土层50.00%属于中度和重度盐渍土,60~100 cm土层25.00%属于重度盐渍土,硫酸盐型盐渍土占主导地位,其次是氯化物-硫酸盐型盐渍土。阿克苏-喀什噶尔河灌区表层土壤(0~30 cm)78.26%属于盐渍土,其中重度盐渍土占比最高,30~60 cm土层60.86%属于轻度和重度盐渍土,60~100 cm土层39.13%属于非盐渍土,氯化物-硫酸盐型盐渍土占比最高,其次是硫酸盐型盐渍土。研究结果可为新疆绿洲灌区盐碱地综合利用和作物精准施肥提供科学依据。

关键词：绿洲灌区土壤盐渍化土壤盐分盐分离子

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基于水泵负压输送的切膜排杂装置设计与试验

吉林大学学报（工学版） 2024年第1期54卷 268-280页

作者：胡斌袁成林解彦宇郭孟宇罗昕潘峰李俊伟石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832000 现代农业机械兵团重点实验室新疆石河子832003

针对机收膜杂混料因相互缠绕难以分离回收的技术问题,依据机收膜杂混料主成分悬浮特性、形体尺寸和剪切特性的差异,提出在水泵负压输送作用下,旋流沉降和切膜过滤排杂新方法,创新设计切膜排杂装置,理论分析切膜排杂机构的力学特性,搭建... 详细信息

针对机收膜杂混料因相互缠绕难以分离回收的技术问题,依据机收膜杂混料主成分悬浮特性、形体尺寸和剪切特性的差异,提出在水泵负压输送作用下,旋流沉降和切膜过滤排杂新方法,创新设计切膜排杂装置,理论分析切膜排杂机构的力学特性,搭建机收膜杂混料切膜排杂试验装置,开展三因素三水平二次回归正交试验,建立了多目标响应面回归模型,并进行优化与试验验证。结果表明:碎膜合格率影响的主次因素顺序为:动刀转速、定刀缝隙宽度、动刀壁半径;碎膜含杂率影响的主次因素顺序为:动刀转速、动刀壁半径、定刀缝隙宽度。当动刀转速为954 r/min、定刀缝隙宽度为2.8 mm、动刀壁半径为80 mm时,碎膜合格率为88.80%,碎膜含杂率为7.51%,优化试验结果与模型预测值相对误差小于5%。本文研究可为机收膜杂混料的切碎分离方法及装备研究提供参考。

关键词：农业机械机收膜杂混料切碎分离负压输送过滤排杂

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腐植酸处理对樱桃番茄挥发性有机化合物成分和含量的影响

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园艺学报 2024年第2期51卷 346-360页

作者：关思慧刘晨旭姚祝平万红建刁明程远石河子大学农学院新疆石河子832003 浙江省农业科学院蔬菜研究所杭州310021

以果实香气浓郁的樱桃番茄(Solanum lycopersicum ***)品种‘浙樱粉1号’为研究对象,采用顶空固相微萃取—气相色谱—质谱联用技术,对腐殖酸不同处理(对照:根部和叶面均施清水;根和叶施:根部和叶面均施腐植酸;根施:根部施腐植酸,叶面施... 详细信息

以果实香气浓郁的樱桃番茄(Solanum lycopersicum ***)品种‘浙樱粉1号’为研究对象,采用顶空固相微萃取—气相色谱—质谱联用技术,对腐殖酸不同处理(对照:根部和叶面均施清水;根和叶施:根部和叶面均施腐植酸;根施:根部施腐植酸,叶面施清水;叶施:根部施清水,叶面施腐植酸)下果实挥发性有机化合物(volatile organic compounds,VOC)组成、含量及差异进行比较分析,共检测到15类340种VOC。与清水对照相比,根和叶施、根施、叶施腐殖酸处理后,果实中的VOC相对含量分别提升了49.3%、25.6%、14.4%,其中根和叶施、叶施处理显著提高了果实中醛类的相对含量,而根施处理显著提高了萜类的相对含量。差异VOC统计结果表明,与对照相比,根和叶施、根施、叶施腐植酸处理VOC积累上调数量分别为153、147和13个,占总差异积累VOC数量的97.5%、97.4%和81.3%,根和叶施、根施处理的差异VOC数量显著多于叶施处理。感官风味特征分析表明,根和叶施腐植酸能够增加番茄果实的甜香型香味特征,而单独根施和叶施处理则能够增加果香型香味特征。主成分分析结果表明:腐植酸处理后番茄果实香气特征不是被其中1或2种相对含量高或相对气味活度值较高的VOC主导,而是被多种VOC相互作用影响,使其呈现出不一样的香气类型。综上,腐殖酸处理,尤其是根和叶施处理,可显著影响番茄果实中VOC的组成和相对含量,提升风味品质。

关键词：樱桃番茄腐植酸挥发性有机化合物相对含量风味特征

新疆棉田灰漠土氨氧化微生物群落对灌溉水盐度和施氮量的响应

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干旱地区农业研究 2024年第2期42卷 231-244页

作者：郭晓雯杨茂琪叶扬郭慧娟闵伟石河子大学农学院新疆石河子832003

采用灌溉水盐度和施氮量两因素试验,其中灌溉水盐度设置2个水平:0.35 dS·m^(-1)(淡水,FW)和8.04 dS·m^(-1)(咸水,SW),施氮量设2个水平:0(不施氮,N0)和360 kg·hm^(-2)(施氮,N360),以咸水滴灌的棉田土壤为材料,测定了土壤理化性质和生... 详细信息

采用灌溉水盐度和施氮量两因素试验,其中灌溉水盐度设置2个水平:0.35 dS·m^(-1)(淡水,FW)和8.04 dS·m^(-1)(咸水,SW),施氮量设2个水平:0(不施氮,N0)和360 kg·hm^(-2)(施氮,N360),以咸水滴灌的棉田土壤为材料,测定了土壤理化性质和生物学指标,结果显示:(1)咸水滴灌显著增加土壤EC 1∶5和NH_(4)^(+)-N含量,分别增加了457.74%和73.02%,但显著降低土壤NO_(3)^(-)-N含量,降低了35.88%;施氮显著增加土壤EC 1∶5、NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N含量,分别增加了32.09%、668.33%和39.88%。(2)咸水滴灌显著降低了土壤潜在硝化势,较淡水处理降低了28.97%;施氮显著增加了土壤潜在硝化势,较不施氮处理增加了317.27%。(3)咸水滴灌显著降低氨氧化细菌(AOB)和全程氨氧化细菌A分支(amoA-clade-A)和B分支(amoA-clade-B)的基因拷贝数,分别降低了81.27%、73.49%和62.51%,但显著增加氨氧化古菌(AOA)的基因拷贝数,增加了487.94%;氮肥施用均显著增加了氨氧化微生物的基因拷贝数,分别增加了511.20%(AOA)、958.13%(AOB)、72.66%(amoA-clade-A)和31.18%(amoA-clade-B)。(4)氨氧化微生物优势菌属为假单胞菌属、嗜甲基菌属、亚硝化螺菌属、慢生根瘤菌属、链霉菌属、硝化螺菌属、寡养单胞菌属、食甲基菌属、螯台球菌属、囊胞杆菌属、亚硝基单胞菌属、红假单胞菌属、芽孢杆菌属和拉姆利式杆菌。(5)咸水滴灌降低了AOA的多样性和丰富度及amoA-clade-A的多样性,但增加了AOB和amoA-clade-B的多样性和丰富度及amoA-clade-A的丰富度;氮肥施用显著降低了AOA和AOB的丰富度及amoA-clade-A的丰富度和多样性,但增加了amoA-clade-B的丰富度和多样性。综上,盐分是影响氨氧化微生物群落结构的主要驱动因子,氨氧化古菌是土壤氨氧化作用的优势物种,而氨氧化细菌和全程氨氧化细菌A分支是咸水滴灌棉田氨氧化作用的主导微生物种群。

关键词：咸水滴灌施氮量棉田氨氧化微生物群落 RDA分析