科研产出
基于改进YOLOv8s与RGB-D信息融合的番茄采摘机器人识别与定位方法
《农业工程学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：采摘机器人视觉感知系统是完成选择性收获的基本条件。针对在非结构设施环境中番茄特定种植模式约束下，现有采摘机器人果实识别与定位精度低导致的采收成功率不高等问题，该研究面向番茄采摘机器人性能提升，在自建数据集基础上，提出一种基于改进YOLOv8s和RGB-D多源信息融合感知的番茄采摘机器人识别与定位方法。首先，利用空间重构卷积单元和通道重构卷积单元进行串联组合构建空间和通道重建卷积结构实现轻量化目标；然后，在YOLOv8s颈部结构中引入SimAM三维注意力机制，使模型更加关注复杂环境下番茄的关键特征；最后使用MPDIoU损失改进损失函数，解决因果实重叠导致的检测帧失真问题，减少番茄的漏检现象。结果表明，相比于原始YOLOv8s模型，改进模型的平均精度均值(mAP50)由91.49%增加到95.81%，模型大小由22.5 M减小到17.6 M，推理时间也从10.6 ms减少到8.7 ms，与YOLOv5、YOLOv6、YOLOv7、YOLOv8、YOLOv9和YOLOv10系列模型相比，改进的YOLOv8s模型在识别精度、检测速度和计算效率上具有明显优势。在改进YOLOv8s模型基础上，将RGB图像与Depth图像信息配准并融合获取番茄中心点在空间中的位置坐标，利用RealSense D435 RGB-D相机和NVIDIA Jetson AGX Orin边缘设备构建视觉感知决策系统，自主开发了番茄采摘执行系统，并开展了定位精度和采摘抓取试验。单帧图像平均耗时50 ms，采摘抓取成功率为94.73%，损伤率仅为4.17%。该研究有效解决了果实采收机器人视觉感知环节面临的技术挑战，并且适合在性能受限设备上部署应用，可为番茄等果实采收机器人识别与定位提供关键技术支撑。
关键词： 采摘机器人 识别定位 YOLOv8s RGB-D 融合感知 番茄抓取
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微波非热效应对浓香菜籽油风味形成的影响
《农业工程学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：菜籽微波是制备浓香菜籽油的高效生香预处理环节，为从不同阶段探究微波热作用与非热作用对关键风味物质的贡献差异，该研究以菜籽为原料，在150℃恒温下分别采用微波和纯热（炒籽）预处理后进行压榨制油，微波处理组包含了微波的热效应和非热效应，以同温度下的纯热（炒籽）处理平衡微波中的热作用，通过对毛油风味进行对比研究，采用顶空固相微萃取与气相色谱质谱-嗅闻技术对菜籽油中关键风味成分进行定性定量。微波处理1、2、3、4、5 min菜籽油中风味物质总含量是纯热作用的1.17、1.98、1.23、2.96和3.88倍。5 min时微波和纯热促成的浓香菜籽油中关键挥发性风味化合物总含量分别为266.54和68.83 mg/kg。微波作用下各类挥发性风味物质含量是纯热作用的2～15倍，微波的非热效应能促进吡嗪类、酚类、醇类、酸类、醛类、异硫氰酸酯和含硫化合物的产生，该研究发现呋喃类是微波非热效应产生的特有物质，说明相同温度下微波阶段中的非热作用对浓香菜籽油中关键风味的形成起决定性作用。
关键词： 菜籽油 微波非热作用 纯热作用 关键风味物质 香气强度
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土壤水分和碳氮有效性对水稻土CH4与CO2排放的影响
《环境科学 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：近年来，社会经济快速发展和人们膳食结构改善驱动了稻田转为旱地作物种植，改变了土壤水分含量和碳氮有效性及其引起的温室气体排放强度.因此，有必要研究稻田转为旱地，特别是该土地利用方式转变初始阶段，土壤水分变化和碳氮有效性对温室气体甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）排放的影响及其关键控制因素.研究采集了长期种植水稻的土壤和由稻田转为旱地作物种植的土壤样品，通过室内模拟试验将水稻土设置淹水（水土比为2∶1）和由淹水到缓慢落干处理（土壤水分由水土比2∶1缓慢降低到70%田间持水量，随后保持稳定不变），与旱地土壤（土壤水分维持70%田间持水量）对比分析.每一种水分梯度下分别设置不添加葡萄糖（C）和NH4Cl（N）、添加C、添加N和添加CN这4个处理，培养过程中定期测定CH4和CO2排放通量、土壤生物化学性质，并计算培养期间（培养结束时的值减去初始值）土壤微生物生物量碳（ΔMBC）、溶解性有机碳（ΔDOC）和矿质氮（ΔMineralN，含ΔNH4+-N和ΔNO3--N）的含量变化，以期探明土壤水分变化和碳氮有效性及其交互作用对水稻土CH4和CO2排放的影响.研究结果表明，与淹水处理相比，水稻土落干处理CH4排放显著降低了95%,CO2排放增加了46%.落干水稻土CH4和CO2排放[累计排放量（以C计，下同）分别为1.36 mg·kg-1和584.13 mg·kg-1]明显高于旱地土壤(0.01 mg·kg-1和407.70 mg·kg-1).在淹水水稻土中，与碳氮不添加处理相比，碳添加处理CH4排放显著增加了40%，氮添加处理CH4排放显著降低了63%，碳氮同时添加对CH4排放无显著影响.在落干水稻土中，只添加碳处理CH4排放显著增加了48%，其他处理无显著差异.在旱地土壤中，碳氮有效性对CH4排放无显著影响，但均显著增加CO2排放（45%～109%）.碳氮有效性对淹水水稻土CO2排放无显著影响，但落干水稻土同时添加碳氮处理CO2排放显著增加了36%.土壤水分变化和氮添加对CH4排放无显著交互作用，而土壤水分变化和碳及碳氮同时添加交互影响CH4排放，土壤水分变化和碳氮有效性对CO2排放的影响无明显的交互作用.淹水稻田落干转为旱地降低了土壤pH、DOC、MBC和NH4+-N含量，增加了NO3--N含量，碳氮添加显著影响土壤生物化学学性质.相关性分析结果表明，CH4排放与土壤pH、ΔMBC和ΔNH4+-N显著正相关，与ΔNO3--N显著负相关，而CO2排放与ΔNO3--N显著正相关，与pH、ΔDOC、ΔMBC和ΔNH4+-N显著负相关，土壤水分变化和碳氮有效性引起的土壤生物化学性质的变化是水稻土CH4和CO2排放的主要影响因素.综上所述，土壤水分和碳氮有效性变化通过影响土壤生物化学性质调控CH4和CO2排放，水稻土排水落干是减少CH4排放的有效措施，但需考虑短期内CO2排放增加的风险.建议在制定稻田利用方式转变过程中温室气体减排策略时，需综合考虑水分和碳氮管理的影响，减少淹水时间并合理施肥，以实现温室气体有效减排和农业绿色可持续生产.
关键词： 水稻土 土壤水分 碳氮有效性 甲烷(CH4) 二氧化碳(CO2)
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热红外遥感发展历程与展望
《遥感学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：热红外遥感是研究地表和物体热辐射特性和变化的一个非常重要的技术手段。经过60余年的发展，热红外遥感在传感器研制、热红外遥感理论与方法发展等方面取得了显著进展，并在自然资源调查、生态环境监测、灾害应急与监测、行星资源探测、人类生命健康、公共安全等领域得到了广泛的应用，为解决国民经济和社会服务做出了重要贡献。为全面地了解热红外遥感研究进程和未来发展方向，本文系统性地从热红外传感器的发展历程、热红外遥感反演理论与方法以及热红外遥感应用等3个方面进行了梳理，并对热红外遥感未来的发展趋势和面临的挑战做出了展望。
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不同灌溉制度下无膜棉花冠层光截获对棉花生长和产量的影响
《农业工程学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探明不同灌溉制度对无膜滴灌棉花冠层光合有效辐射截获率(photosynthetically active radiation interception rate,PARI)的影响以及冠层PARI对棉花生长和产量形成的调控机制,于2021年开展田间试验,设置了4种灌溉制度,分别为花铃期灌水5次(W5)、6次(W6)、7次(W7)和8次(W8),对应的灌水频率分别为9、8、7和6d。初花期前各处理的灌溉制度与常规大田相同,初花期后各处理灌水定额均为69 mm,W8最后一次的灌水定额为52.2 mm。各处理灌溉定额分别为366、504、573和625.2 mm。结果表明:盛花期W7在冠层垂直方向60～80 cm区域PARI最高,且吐絮期仍比W5高6.53%。W8灌溉制度存在贪青晚熟,吐絮期冠层PARI未明显下降。W7营养器官生物量积累显著低于W8,但生殖器官生物量积累比W8显著提高5%。随着灌水频率的增加,各处理冠层PARI逐渐增加,但产量先增加后下降,W7棉花产量最高。通过两种模型拟合发现,冠层PARI与棉花叶面积指数(leaf area index,LAI)和株高呈显著正相关关系(P<0.01),冠层光合有效辐射(photosynthetically active radiation,PAR)累积截获量与生殖器官生物量和总生物量积累符合logistic模型;多元线性回归方程可以用来预测棉花生长、冠层PAR累积截获量与生物量积累的关系。因此采用W7处理灌溉制度可以构建良好的棉花群体冠层并获得最佳增产效果,研究可为干旱区无膜栽培棉花高效灌溉制度的制定提供参考。
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亚热带地区水稻土有机碳和有机氮的矿化特征及其影响因素
《环境科学 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：通过采集我国亚热带地区24个水稻土壤样品,分析水稻土有机碳和有机氮的矿化特征,结合铁锰氧化物形态和基本理化性质,采用随机森林和结构方程模型等统计方法,明确水稻土有机碳和有机氮矿化的主控因素.结果表明,水稻土有机碳(以CO2-C计)和有机氮(以N计)矿化速率的变化范围分别为0.67~18.21 mg·(kg·d)-1和0.05~0.5 mg·(kg·d)-1,且水稻土有机碳与有机氮矿化速率显著正相关.不同质地水稻土有机碳和有机氮矿化速率差异明显,其中黏质水稻土有机碳和有机氮矿化速率显著高于壤质和砂质水稻土.土壤有机碳(SOC)含量、可溶性有机碳(DOC)含量和pH是水稻土有机碳矿化的主要控制因素.不同质地水稻土有机碳矿化的主控因素不同:在黏质水稻土中为pH,SOC矿化速率随pH升高而降低;壤质和砂质水稻土中主控因素是DOC含量和活性锰含量,SOC矿化速率随DOC和活性锰含量增加而升高.水稻土有机氮矿化的主要影响因素是络合铁含量和pH.在黏质水稻土中,pH和DOC含量是土壤有机氮矿化的主要影响因素,有机氮矿化速率与pH显著负相关,与DOC含量显著正相关;壤质和砂质水稻土络合铁和络合锰含量对有机氮矿化速率影响较大,与有机氮矿化显著正相关.亚热带地区水稻土黏粒含量和铁锰氧化物形态通过影响土壤理化性质调控土壤有机碳和有机氮矿化速率.在农田碳氮管理中,需综合考虑土壤质地、土壤理化性质和铁锰氧化物形态,有效提高水稻土壤肥力水平和可持续生产.
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伊洛河流域水体和沉积物中微塑料污染特征及其生态环境风险评估
《环境科学 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了探究伊洛河流域水体和沉积物中微塑料污染特征及其生态环境风险，通过采集15个监测断面的水体和沉积物样品，利用安捷伦8700激光红外成像系统（LDIR）对水体和沉积物中微塑料的类型、丰度和粒径进行鉴定，并结合污染负荷指数法（PLI）和聚合物风险指数法（H）对伊洛河流域水体和沉积物中微塑料的生态环境风险进行评估.结果表明，伊洛河流域水体和沉积物中的微塑料类型具有一致性，但其占比在水体和沉积物间具有一定的差异性，如氟橡胶（FPM）、氯化聚乙烯（CPE）、聚氨酯（PU）、丙烯酸酯共聚物（ACR）微塑料在水体和沉积物中的占比分别为35.22%和23.58%、12.12%和5.19%、7.11%和13.52%、5.33%和22.07%；水体和沉积物中微塑料粒径主要集中在0～100μm，其占比分别达到了89.01%和83.88%；水体和沉积物中微塑料的平均丰度分别为（412.48±39.91）个·L-1和（11 646.58±3 129.37）个·kg-1，在各监测断面间其微塑料丰度具有显著的差异性，监测断面S12和S3在水体和沉积物中微塑料的丰度最大分别为728.86个·L-1和52 864.44个·kg-1；在各监测断面水体中FPM微塑料的平均丰度最大为（145.25±40.52）个·L-1，沉积物中ACR微塑料平均丰度最大为（2 877.92±2 255.12）个·kg-1；污染负荷指数法和聚合物风险指数法对微塑料生态环境风险评估结果具有一致性，伊洛河流域水体和沉积物中微塑料整体上处于高风险及以上.
关键词： 微塑料(MPs) 污染特征 水体 沉积物 生态环境风险 伊洛河流域
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超声辅助低共熔溶剂提取花生红衣多酚及抗氧化活性
《中国食品学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：为建立一种环保、高效的红衣多酚提取工艺并研究红衣多酚的抗氧化活性，以花生红衣为原料，采用超声辅助天然低共熔溶剂（NADES）提取红衣多酚，首先配制8种低共熔溶剂以及甲醇、乙醇、水3种传统溶剂，对红衣多酚进行超声辅助提取。以红衣多酚提取量为依据，筛选出最佳的天然低共熔溶剂组合。在单因素实验基础上，选择溶剂含水率、温度、超声时间3个指标，采用正交试验优化红衣多酚提取工艺参数。通过大孔树脂静态吸附解析纯化提取液，冻干后获得的多酚提取物，采用DPPH和羟自由基清除试验以及总还原力试验分析红衣多酚的抗氧化能力。结果表明：红衣多酚最佳提取工艺为氯化胆碱与乙酸物质的量比1∶1，含水量30%，料液比1∶10，超声功率250 W，超声温度40℃，超声时间20 min，此方法的花生红衣多酚提取量为158.07 mg/g。体外抗氧化试验表明，红衣多酚的抗氧化作用与质量浓度呈正相关关系，具有较好的抗氧化能力。本文建立了一种高效绿色的花生红衣多酚提取工艺，为花生红衣资源开发利用提供技术支撑。
关键词： 花生红衣 总多酚 超声 天然低共熔溶剂 正交试验 抗氧化活性
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1985年-2023年遥感地表温度研究进展与展望
《遥感学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：地表温度是区域和全球地表物理过程中的关键参数，基于遥感的地表温度研究得到国内外学者的广泛关注。本文基于Web of Science核心数据库，利用VOSviewer和CiteSpace软件对1985年—2023年间收录的关于遥感地表温度的论文进行文献计量研究，分析了文献数量、研究机构和国家、作者、发文期刊和关键词等信息，并结合当前研究热点展望未来趋势。结果表明：（1）遥感地表温度近年来呈现快速增长的趋势，中美两国在该领域研究贡献尤为突出。中国学者在遥感地表温度领域发挥着中流砥柱的作用，各机构间展现了密切的合作关系，并呈现出国际化的研究格局；（2）遥感地表温度的研究领域仍以基础学科为主，并逐渐转向应用学科，在载文期刊中，Remote Sensing以714篇的发文量位居第一，而Remote Sensing of Environment的总被引次数遥遥领先；（3） AVHRR、MODIS、Landsat等地表温度数据被广泛使用，研究爆发词由早期的植被指数、土壤等转移到机器学习、局部气候带等新领域。重建、降尺度与时空融合等方向成为遥感地表温度领域近十年的新兴研究热点。
关键词： 遥感 地表温度 文献计量学 研究热点 发展趋势 应用领域 卫星数据
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精准条播与叠盘出苗互作对机插水稻群体均匀度及产量与构成的影响
《农业工程学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：提高水稻机插群体的均匀度是提高产量的有效途径。为明确精准条播和叠盘出苗互作对水稻机插群体的均匀度及产量构成的影响，创建机插丰产、均衡群体，该研究以籼粳杂交稻甬优1 540为供试品种，设置2个播种量（T1:36.6 g, T2:73.2 g）、2种播种方式(精准条播（precision drill sowing,PS）和传统撒播（broadcast sowing,BS）)、2种秧盘处理方式(叠盘（tray overlapping,OL）和不叠盘（tray nonoverlapping,NL）)。通过标准9寸可叠秧盘育秧，机插规格为横向取秧18次，纵向取秧40次。对比不同处理下秧苗素质、茎蘖动态、叶面积指数、干物质积累、产量及其构因素的差异。结果表明：1)叠盘处理显著促进了秧苗素质的提升（P<0.05），精准条播较传统撒播处理的平均秧苗均匀度高19.29个百分点，叠盘较不叠盘处理平均秧苗均匀度高36.61个百分点。2)精准条播较传统撒播、叠盘较不叠盘处理都显著增加了群体的均匀度（P<0.05），精准条播结合叠盘出苗使移栽期和抽穗期群体的均匀度分别增加了44.21和36.96个百分点；高均匀度群体具有更多的高峰苗数，从而获得更多的有效穗数。3)精准条播和叠盘处理都增加了群体的叶面积指数和干物质积累量。4)精准条播结合叠盘处理提高了群体有效穗数而使产量提高，提高播种量能降低传统撒播和不叠盘处理下产量减少的幅度。5)通过偏最小二乘路径建模（partial least squares path model,PLS-PM）分析可知，叠盘出苗对群体均匀度的直接效应为0.720 9，大于精准条播的0.307 5；群体均匀度对有效穗数和地上部干物质量的直接效应最大，有效穗数和地上部干物质量对产量的直接效应分别达0.9864、0.8250。综上所述，精准条播和叠盘出苗处理可以显著提高秧苗均匀度和水稻机插群体的均匀度（P<0.05），通过提高群体有效穗数和干物质积累量，从而使产量提高。实际生产应用中，当由于技术原因难以使种子分布、发育均衡时，通过提高播种量可以提高机插群体的均匀度，起到缓解产量损失的作用。
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