科研产出
基于模糊控制的车速跟随变量喷雾系统设计与试验
《农业机械学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对目前大田宽幅机械变量喷雾精准化程度低、农机车速变化对喷雾效果影响考虑不充分的问题，为了提高精准施药、施肥能效，基于3WF-1000型喷杆式喷雾机，设计了一种自适应跟随车速的变量喷雾系统。该系统采用传感器实时采集农机行进速度、出水管流量与压力、药箱液位高度等信息，运用Bisector模糊控制算法优化控制策略，实现了比例阀阀门变化角度的动态控制，达到了对出水管流量精准调控的目标。为验证Bisector模糊控制算法应用于本系统的优越性，利用Matlab构建仿真模型，与PID算法、Centroid算法对比分析，Bisector模糊控制算法在调节时间、超调量、稳态误差方面均表现优越。田间试验过程中，进行了非行走设定车速、恒定车速跟随、动态车速跟随以及单位面积喷雾量试验，结果表明，3种车速运行状态，变量喷雾系统适应扰动达到稳定运行的调节耗时分别为13.4、27.6、17 s,单位面积喷雾量的最大绝对误差比率分别为1.20%、2.27%、2.87%,能够满足大田精准施药的精度要求。
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色氨酸抑制体外模型中晚期糖基化终末产物形成机理
《食品科学 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：食源性晚期糖基化终末产物(advanced glycation end products,AGEs)与多种慢性疾病密切相关,尤其是糖尿病和肾脏疾病.为减少AGEs对机体的健康风险,降低食品中AGEs含量,本研究从13种氨基酸中筛选出具有良好AGEs抑制效果的色氨酸(tryptophan,Trp),利用牛血清白蛋白(bovine serum albumin,BSA)-果糖、BSA-丙酮醛(methylglyoxal,MGO)、BSA-乙二醛(glyoxal,GO)和精氨酸(arginine,Arg)-MGO模型探究Trp对AGEs的抑制机理.结果 表明,Trp对荧光AGEs的抑制呈现出显著的质量浓度依赖性.在BSA-GO模型中Trp抑制效果最佳,其次是BSA-MGO模型和Arg-MGO模型,而在BSA-果糖模型中抑制效果不明显.Trp对Nε-羧甲基赖氨酸(Nε-carboxymethyllysine,CML)和Nε-羧乙基赖氨酸(Nε-carboxyethyllysine,CEL)的抑制呈现钟形曲线,在1000 μg/mL下对CML和CEL的抑制率最高.通过探究Trp捕获MGO的能力发现,其可通过芳香亲电子取代和Pictet-Spengler反应捕获MGO,最高捕获能力为3 mol.
关键词： 晚期糖基化终末产物;色氨酸;色氨酸-丙酮醛加合产物;Nε-羧甲基赖氨酸;Nε-羧乙基赖氨酸
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褪黑素对采后荔枝果实冷害及生理变化的影响
《中国食品学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：以采后“紫娘喜”荔枝果实为试材,使用0.5 mmol/L褪黑素（MT）溶液对其浸泡处理10 min,晾干后置于（4±1）°C、（85±5）%条件下冷藏30 d,研究MT处理对荔枝果实冷害及抗冷相关生理代谢的影响。结果表明,MT处理显著降低了荔枝果实冷害指数,推迟了果皮色度a*值下降;冷害指数在冷藏第30天较对照果实降低49.4%,果皮色度a*值在第10～30天期间平均提高37.2%。MT处理减缓了果实膜相对电导率升高,抑制了丙二醛（MDA）、超氧阴离子（O2·-）和过氧化氢（H2O2）积累,如第30天时相对电导率、丙二醛含量、O2·-生成率和H2O2含量较对照组分别降低29.6%,16.9%,6.9%和6.3%,从而减轻了果实氧化胁迫并使膜完整性得到维持。MT处理降低了果实多酚氧化酶（PPO）和过氧化物酶（POD）活性,同时提高了总酚、类黄酮和花色素苷含量,导致果实酶促褐变减轻。MT处理提高了果实超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）、单脱氢抗坏血酸还原酶（MDHAR）、脱氢抗坏血酸还原酶（DHAR）和谷胱甘肽还原酶（GR）等抗氧化酶的活性,维持了较高的抗坏血酸（AsA）和还原性谷胱甘肽（GSH）含量及AsA/脱氢抗坏血酸（DHA）和GSH/氧化型谷胱甘肽（GSSG）比值,从而增强了冷藏荔枝果实的抗氧化活性。此外,MT处理促进了冷藏期间荔枝果实LcMsrA1、LcMsrA2、LcMsrB1和LcMsrB2上调表达,进而改善了果实蛋白质氧化损伤修复能力。结论:外源MT处理可通过调节冷藏荔枝果实抗冷相关生理代谢使果实冷害得到缓解。
关键词： 荔枝 褪黑素 冷害 抗氧化系统 抗坏血酸-谷胱甘肽循环
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钾镁胁迫对橡胶幼苗叶片物质成分影响的FTIR表征
《光谱学与光谱分析 》 2022 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：养分亏缺是作物产量和质量提升的重要限制因子.我国砖红壤植胶区钾、镁缺乏及其低的有效性长期制约天然橡胶的产、质量.以"热研7-33-97"橡胶幼苗为研究对象,利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)对钾、镁胁迫下橡胶树叶片物质组成特征进行研究,分析不同钾、镁胁迫条件下叶片红外光谱图谱特征峰的变化及其差异,探讨钾、镁胁迫对叶片物质成分和结构的影响,以期为钾镁缺乏影响橡胶树生长与生理代谢的机理研究提供参考.结果表明:(1)缺钾条件下,1554,1519和1075 cm-1处的吸收峰缺失,表明橡胶叶片中蛋白质酰胺Ⅱ带、酚类物质、碳水化合物的化学结构受到破坏,并且其他特征峰吸光度与正常处理相比均有不同程度的升高,表明缺钾造成蛋白质、碳水化合物等物质在叶片中大量积累,物质转运效率降低;(2)缺镁条件下,1554 cm-1处吸收峰向高频方向位移了6 cm-1,说明缺镁造成蛋白质酰胺Ⅱ带的结构发生改变,同时,1550~1350 cm-1波数范围内吸收峰相对吸光度明显下降,说明缺镁降低了细胞壁多糖以及含油脂化合物的含量,且该波数范围内的三个吸收峰较其他吸收峰变化敏感,表明该波段可以较好地指示橡胶叶片镁营养状况;(3)钾镁同时缺乏条件下,各吸收峰的相对吸光度和强度明显减弱,1554,1519和1075 cm-1处的吸收峰缺失,说明蛋白质酰胺Ⅱ带、酚类物质、碳水化合物的化学结构受到破坏,1057 cm-1处吸收峰向高频方向位移了11 cm-1,表明橡胶叶片中果胶类多糖分子结构发生了变化.综上所述,缺钾造成橡胶叶片蛋白质、糖类物质的含量的大量积累,缺镁造成叶片细胞壁多糖和油脂化合物下降,而钾镁同时缺乏时蛋白质、脂类、糖类物质等物质含量均明显下降.研究表明,使用FT IR技术对养分缺乏下的橡胶叶片物质成分定性分析具有一定的可行性,同时可为橡胶钾、镁营养生理代谢的机制研究提供新的思路和方法.
关键词： 橡胶;钾;镁;傅里叶红外光谱
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基于环境与光谱相似性的橡胶树叶片磷含量局部估测模型
《农业工程学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：为解决现有基于光谱相似性的局部样本搜索方法存在样本误选引起模型预测性能降低的问题,该研究提出先利用环境因子对叶片样本进行类别划分,然后在与待估测样本具有相同类别的样本集内进行局部样本搜索的方法.为验证该方法的有效性,将其用于实际案例中.在案例研究中,分3个时期(4-6月:抽叶期,7-9月:成熟期,10-12月:衰老期)在相同地块采集橡胶树叶片样品,然后利用该方法分别构建每个时期橡胶树叶片磷含量高光谱估测模型,并将模型预测精度与利用现有局部样本搜索方法构建的模型进行比较.为体现该研究提出方法的稳定性和可靠性,将每个时期采集的叶片样本随机分割5次,然后利用方差分析比较不同模型之间的预测精度是否存在显著差异.结果表明,利用该研究提出的方法构建的3个时期的橡胶树叶片磷含量高光谱估测模型预测精度(抽叶期:RMSE分别为(0.031±0.003)%和(0.030±0.004)%,成熟期:RMSE分别为(0.030±0.002)%和(0.029±0.003)%,衰老期:RMSE分别为(0.026±0.002)%和(0.024±0.003)%)都要高于利用现有局部样本搜索方法构建的高光谱估测模型(抽叶期:RMSE分别为(0.034±0.002)%和(0.034±0.002)%,成熟期:RMSE分别为(0.042±0.002)%和(0.042±0.003)%,衰老期RMSE分别为(0.034±0.003)%和(0.035±0.003)%),且在成熟期和衰老期的差异达到了P<0.05的显著性水平,这就证明了在进行局部样本搜索时必须要考虑橡胶树叶片样本所处环境的差异,以避免选择到与待估测样本不属于同一环境条件的局部样本,进而可显著提高估测模型的预测性能.
关键词： 磷;橡胶树;叶片;环境相似性;光谱相似性;局部模型
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大小橡胶粒子配比对天然橡胶力学性能的影响
《高分子材料科学与工程 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：基于天然橡胶(NR)胶乳中大小橡胶粒子具有不同的分子结构,通过离心分离得到小橡胶粒子(SRP,平均粒径<300nm)和大橡胶粒子(LRP,平均粒径≥300 nm),研究了不同SRP/LRP质量比(10∶0,7∶3,5∶5,3∶7和0∶ 10)对NR力学性能的影响.结果表明,硫化胶的扭矩差值和交联密度随SRP含量的增加而上升,拉伸强度、定伸应力、撕裂强度和硬度等常规力学性能也随之提高;Mooney-Rivlin方程对应力-应变曲线拟合的结果表明,拉伸诱导结晶的起始应变在SRP/LRP质量比为3∶7时达到最低.硫化胶的动态疲劳性能随LRP含量的增加先上升后下降,当LRP的比例达到50%及以上时,样品的动态疲劳性能显著提高;在SRP/LRP质量比为3∶7时,温升和压缩永久变形最低、疲劳寿命最长.以上发现为通过调控橡胶粒子粒径,实现对NR性能进行设计提供了依据.
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加气灌溉下土壤呼吸与环境因子相关性研究
《农业机械学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探明加气灌溉技术对土壤呼吸速率的影响及调控机制，完善加气灌溉技术下土壤呼吸排放机理，以国家土壤质量湛江观测实验站为平台开展为期3年（2019—2021年）的定位试验，每年开展2次试验观测，研究加气灌溉（Aerated irrigation, AI）和不加气灌溉（CK）两种处理对土壤呼吸速率、土壤温度、含水率、含氧量、土壤细菌生物量及根系生物量的影响，采用偏最小二乘回归分析（Partial least square regression analysis, PLSR）方法建立两种处理下土壤呼吸速率与土壤温度、含水率、含氧量、土壤细菌生物量及根系生物量的回归方程，筛选出加气灌溉技术下影响土壤呼吸速率变化的主要土壤环境因子。研究结果表明，AI处理后土壤呼吸速率和土壤含氧量分别提高12.30%～20.54%和19.90%～25.70%,同时植株根系生物量和土壤细菌生物量分别提高15.30%～22.67%和35.10%～69.17%,土壤含水率降低3.36%～14.30%,不同处理对土壤温度影响不显著。回归拟合结果表明，两种处理下土壤呼吸速率与土壤温度、土壤含水率均呈二次多项式负相关关系，与土壤含氧量呈线性正相关，与根系生物量呈幂函数正相关，与土壤细菌生物量呈指数正相关。PLSR模型的变量重要性投影（Variable importance for projection, VIP）值表明土壤温度（VIP值为1.48）、土壤含氧量（VIP值为1.40）、根系生物量（VIP值为1.25）和细菌生物量（VIP值为1.09）是影响土壤呼吸速率变化的主要影响因子，加气灌溉技术可以通过改变土壤含氧量、根系生物量及细菌生物量对土壤呼吸速率产生驱动作用。研究结果可为完善加气灌溉下土壤呼吸速率变化响应机理、合理制定有效的土壤碳排放调控管理措施提供理论依据。
关键词： 加气灌溉 土壤呼吸速率 土壤环境 偏最小二乘回归 相关性
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基于SSA-LSTM的玉米土壤含氧量预测模型
《农业机械学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：土壤含氧量（Soil oxygen content, SOC）是影响作物生长的重要土壤环境因素之一，具有时序性、不稳定性和非线性等特点，精确预测土壤环境中含氧量的变化趋势，有助于制定更加合理的土壤通气增氧方案。本研究提出基于麻雀搜索算法（Sparrow search algorithm, SSA）和长短时记忆（Long and short-term memory, LSTM）神经网络预测模型，利用国家土壤质量湛江观测实验站记录玉米种植期间的气象环境和土壤环境数据，基于SSA-LSTM模型对SOC变化进行预测及相关性分析，并与传统的BP预测模型、LSTM预测模型、GA-LSTM预测模型及PSO-LSTM预测模型进行对比。试验结果表明，SOC与降雨量、土壤含水率、土壤温度、土壤充气孔隙度相关性极显著，相关系数高于0.8,与大气温度和风速相关性显著，与大气湿度和土壤呼吸速率相关性较弱。SSA-LSTM模型预测精度明显高于其他4组对照预测模型，R~2达到0.959 79,RMSE仅为0.491 7%,MAPE为3.733 1%,MAE为0.362 0%,预测值与试验值之间的拟合程度高。本研究可为土壤含氧量变化的精准预测及土壤通气增氧技术的应用推广提供理论支撑与科学依据。
关键词： 玉米 土壤 含氧量预测 麻雀搜索算法 长短时记忆网络 BP神经网络
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淀粉样纤维-阿魏酸水凝胶的制备及其性质
《食品科学 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：为提高阿魏酸的负载率和稳定性,将蛋白质在酸性条件下热处理形成淀粉样纤维作为载体,与阿魏酸自组装形成水凝胶,考察不同淀粉样纤维质量浓度、阿魏酸添加量及pH值对阿魏酸负载率的影响,优化水凝胶制备条件.利用红外光谱、内源荧光光谱、X射线衍射、扫描电镜、流变仪等探究蛋白质结构变化、水凝胶的微观结构、凝胶特性等,考察多酚添加量对水凝胶结构和性质的影响.利用超高效液相色谱测试不同环境中水凝胶中阿魏酸的光热稳定性,采用体外模拟消化系统考察阿魏酸的缓释能力.结果表明,当淀粉样纤维质量浓度70 g/L、阿魏酸添加量0.6%、pH 5条件下水凝胶体系中阿魏酸负载率最佳达6.99%,且水凝胶可有效减少阿魏酸在光热环境下的降解速率,提升其光热稳定性.蛋白纤维化形成淀粉样纤维其二级结构α-螺旋和β-折叠占比显著升高,三级结构形成聚集前体状态,更利于结合多酚形成结构稳定的水凝胶.当阿魏酸添加量为0.6%时,阿魏酸-淀粉样纤维水凝胶凝胶性最佳、分子间结构最紧密、储能模量最高(1 655.5 Pa)、溶胀度最低(160%),此时样品在体外模拟消化系统表现出最佳的缓释性能.
关键词： 淀粉样纤维 阿魏酸 自组装 水凝胶 负载率 稳定性
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基于紫外-可见光光谱法研究长期不同施肥对砖红壤溶解性有机质化学性质的影响
《光谱学与光谱分析 》 2022 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：溶解性有机质(DOM)是土壤中最为活跃的一部分,具有重要的生态环境意义.明确不同施肥方式对DOM化学性质的影响,可为土壤肥力管理提供依据.因此,该试验以连续四年的不同施肥管理为基础,结合紫外-可见吸收光谱,探求不同施肥方式下,土壤中溶解性有机质的含量和化学性质的变化情况.试验共设置4个处理:CK(不施肥);CF(化肥);OG(有机肥);ST(秸秆).结果表明,与CK组相比,OG和ST的DOC(溶解性有机碳)含量为95.97和104.89 mg·kg-1,分别是CK组的129% 和141%.相反,CF的DOC含量为15.32 mg·kg-1,仅为CK组的21%.OG显著提高了有色溶解性有机质[CDOM,以α(355)表征]含量,是CK组的2.76倍,ST无明显变化;CF则显著降低CDOM含量,仅为CK组的0.55倍.施用OG导致土壤紫外吸收曲线红移,表明有机肥的施用能够提高土壤DOM的共轭双键物质含量和腐殖化程度;与CK相比,OG中DOM的芳香性、疏水性、腐殖化程度的特征常数SUVA254,SUVA260和SUVA280增大,揭示了有机肥的施用能够提高DOM的芳香性、疏水性组分以及腐殖化程度,秸秆处理增加不明显.施用化肥则出现明显降低.吸光度比值A250/A354,相比CK,CF显著增加,表明施用化肥使DOM分子变小,OG和ST处理无明显变化;秸秆施用导致A465/A665显著增加,表明秸秆能够有效提高DOM中蛋白质和碳水化合物含量;施用有机肥和秸秆A300/A400均大于3.5,表明土壤中DOM主要以富里酸为主,而施用化肥A300/A400明显低于3.5,表明土壤中DOM主要以胡敏酸为主.施用化肥出现SR>1,不施肥、有机肥、秸秆三者的SR<1,也表明了有机肥、秸秆能够增加分子量.有机肥和秸秆能有效增加土壤DOM含量,提升土壤肥力.尤其是施用有机肥,更能显著增加土壤DOM的共轭物质、腐殖化程度、疏水比例、芳香性以及分子量.而长期施用化肥则导致耕层土壤肥力降低.
关键词： 溶解性有机质 化学性质 施肥方式 紫外-可见吸收光谱
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