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期刊信息/Journal information
农业工程学报
中国农业工程学会
农业工程学报

中国农业工程学会

朱明

半月刊

1002-6819

tcsae@tcsae.org

010-65929451，65910066转2503、3503

100125

北京朝阳区麦子店街41号

农业工程学报/Journal Transactions of the Chinese Society of Agricultural EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>《农业工程学报》是由中国农业工程学会主办的全国性学术期刊,自2005年始为单月刊。编委会名誉主任:汪憨华院士,编委会主任兼主编:杨邦杰教授《农业工程学报》为全国中文核心期刊,在最新版的《中文核心期刊要目总揽》中位居"农业工程类"期刊榜首；2001年入选中国期刊方阵"双效"期刊；被中国科协主办的《中国学术期刊文摘》选为首批收录期刊；先后被美国工程索引(EI Page one)、英国国际农业与生物中心(CAB International)、检索系统、数据库收录。
正式出版
收录年代

    基于SWAT模型的武强溪流域非点源污染关键源区界定与控制策略

    王慧琳邹民忠方伟文刘灵敏...
    228-238页
    查看更多>>摘要：随着点源污染的控制与处理技术日趋完善,非点源污染成为重要的水污染源.武强溪作为流入千岛湖的第二大支流,量化武强溪流域非点源污染负荷,解析非点源污染时空分布特征,提出适合削减武强溪流域污染物的最佳管理措施(best management practices,BMPs)对千岛湖水污染高效治理至关重要.该研究基于土壤水分评估工具(Soil and water assessment tool,SWAT)分析了武强溪流域径流量、总氮输出负荷量的时空分布特征,探究了不同管理措施及组合的削减效果,提出了武强溪流域非点源污染针对性的治理措施.结果表明:1)SWAT模型对于武强溪流域径流量和总氮输出负荷量的模拟具有较好的适用性,径流量校准期和验证期的决定系数(coefficient of determination,R2)分别为 0.86、0.97,纳什系数(nash-sutcliffe coefficient,NSE)分别为 0.83、0.96,百分比偏差(percent bias,PBIAS)分别为15.8％、-6.3％,总氮校准期和验证期的决定系数分别为0.87、0.74,纳什系数分别为0.63、0.66,百分比偏差分别为31.6％、21.2％;2)该流域径流量和总氮负荷主要集中在3-7月,分别占全年输出量的71.67％和75.76％.综合考虑氮的来源和流失途径,将耕地和林地面积占比大、坡度陡的子流域设置为总氮的关键污染源区.考虑调整化肥施用量/配方、改变耕作方式和设置植被缓冲带等削减非点源污染的手段,进行总氮输出负荷削减效率的情景模拟,表明10 m植被缓冲带是减少总氮输出负荷的最佳单一控制策略,总氮削减率可达到69.90％;实施综合管理措施对总氮的污染削减效果更佳,10 m植被缓冲带与施肥量减少20％可使总氮削减率达到74.79％.研究结果可为千岛湖水质管理与控制提供理论基础.

    模型氮径流关键污染源区最佳管理措施武强溪流域SWAT

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    协同调控水-农业-生态的干旱区多水源优化配置

    朱兴宇粟晓玲胡雪雪褚江东...
    239-248页
    查看更多>>摘要：干旱区农业发展往往以挤占生态用水和超采地下水为代价,考虑水-农业-生态互馈关系的水资源优化配置有助于平衡利益冲突.该研究以地下水均衡、经济效益和生态用水满足度为调控目标,构建基于水-农业-生态协同调控的多水源优化配置模型,并推求协调发展度计算式,提出了结合NSGA-Ⅱ算法和协调发展度的协同优化算法,分析石羊河流域水、农业和生态之间的权衡和协同关系,确定水-农业-生态协同提升下的水资源配置方案以及适宜的农业和生态用水比例.结果表明,现状条件下,六河子系统的水资源优化配置方案的经济效益可提升1.9％,实现地下水正均衡0.59亿m3;全流域农业和生态用水比例为90％:10％,渠井用水比为67％:33％.平水年保障蔡旗来水为3.48亿m3/a时,能够以牺牲中游1.6％的经济效益实现生态用水满足度和地下水均衡量分别较基准情景提升4.8％和18.6％.研究为协同调控复杂的水-农业-生态关系提供了一种有效方法,可为干旱区流域水资源规划与管理提供参考.

    水资源优化生态水-农业-生态协调发展度协同调控用水比例石羊河流域

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    南疆矮化密植高产优质香梨节水灌溉模式筛选

    何新林王佳鑫龚萍赵丽...
    249-262页
    查看更多>>摘要：为探讨香梨节水灌溉模式,提高水分利用效率(water use efficiency,WUE)和产量,于2021-2022年在新疆29团5年生香梨园开展灌溉方式和灌溉定额双因素完全随机试验,设置了 3种微灌方式:地表滴灌(M1)、地下滴灌(M2)、根区渗灌(M3),3种灌溉定额:低水(I1)、中水(I2)、高水(I3),以传统漫灌(CK)为对照,研究不同灌溉方式和灌溉量对土壤电导率和脱盐率、香梨生长、产量、WUE、果实品质和净效益的影响.结果表明:M2的产量和WUE最高,且可以促进香梨生长,提高果实品质以及促进盐分淋洗.M3前期的投入成本最大,但获得的净利润仅次于M2.灌溉方式相同时,增加灌溉定额有利于香梨生长、提高产量和盐分淋洗.基于主成分分析、优劣解距离法和秩和比法3种综合评价方法从环境效益、果实品质和经济效益3个方面,选取15个评价指标进行综合评价,M2I3处理综合得分最高,M1I1处理综合得分最低.因此,对矮化密植初果期的香梨进行灌溉时,推荐地下滴灌模式且生育期灌溉定额为6 750 m3/hm2.研究可为南疆干旱区林果业节水控盐高效生产提供理论依据和技术支撑.

    灌溉盐分水资源香梨微灌产量水分利用效率综合评价

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    木质素纤维改良膨胀土的冻融特性及微观机理

    朱锐王燕杰黄英豪张文...
    263-272页
    查看更多>>摘要：高寒区复杂环境场是渠基膨胀土劣化的主要原因,渠基膨胀土改良是保障渠系工程安全运行的重要手段.为探索冻融循环下膨胀土的纤维改良效果,以北疆某引调水工程为背景,开展木质素纤维改良膨胀土的系列室内试验,探明冻融循环下改良膨胀土的体变特性、抗压强度特性、抗拉强度特性及其作用机理.结果表明:相较于未改良试样,冻融循环下改良试样的体积变化率减小了 24％～37％;在15次冻融循环后,未改良试样抗剪强度衰减率在42.2％以上,而改良试样抗剪强度衰减率则显著低于29.1％;反复冻融作用并未显著影响试样的压应力-应变关系曲线特征,而是造成试样拉应力-应变关系由"线弹性增长-强化-软化"特征发展为"线弹性增长-软化"特征;木质素纤维的掺入可以有效改善冻融循环下膨胀土的体变特性、抗剪强度特性、抗压强度特性、抗拉强度特性,且当掺量和长度分别为2％和1mm时,木质素纤维改良膨胀土冻融特性的作用效果最为显著.同时,冻融循环下改良试样内部结构损伤程度显著低于未改良试样,原因在于木质素纤维的存在限制了冻融循环下土颗粒间的错动、重分布,在一定程度上保证了膨胀土内部结构完整性.该研究为木质素改良膨胀土提供参考.

    木质素纤维膨胀土冻融循环力学特性微观结构

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    具有高价值密度的农业物联网数据区块链压缩存储方案

    景旭石引娣
    273-282页
    查看更多>>摘要：针对现有区块链物联网体系主要采用链上存储摘要链下保留原始数据的存储方式中链上无法直接获得真实数据的问题,该研究提出了一种具有高价值密度的农业物联网数据区块链压缩存储方案.首先,边缘服务器将收集的同一批数据聚合到同一批事务中;其次,设计离群值可处理的自适应有损压缩方法,在满足用户保真度要求的前提下降低数据冗余;最后,压缩数据上链,实现区块链上物联网数据的高价值密度存储.与现有方案相比,该方案能提高链上存储真实物联网数据的效率.试验结果表明,在使用自适应压缩方法压缩数据时,针对不同的数据集会自适应选取k值,在满足用户重建精度的前提下,获得良好压缩效果,减少链上存储空间,提高了数据价值密度;相对于风速之类频率较高的数据,温湿度、二氧化碳等变化频率较低的数据可以获得较高的压缩比;当假设正常数据压缩比为10∶1时,该方案可节省约85％的链上存储空间,相应的价值密度提高了约85％.该研究可为农产品溯源过程中的物联网数据高效存储提供解决方案,为实现分布式农业物联网数据压缩存储提供技术支持.

    数据压缩区块链农产品溯源链上存储物联网

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    基于遥感时序物候特征的耕地非粮化多模式监测方法

    杨悦杨贵军龙慧灵张静...
    283-294页
    查看更多>>摘要：耕地非粮化对粮食生产和农业可持续发展构成潜在威胁,精准监测不同的耕地非粮化类型对制定针对性的农业管理政策至关重要.该研究以河北省石家庄市藁城区为研究区,首先采用最大类间方差算法(OTSU)提取果园和耕地范围,然后利用Google Earth Engine(GEE)云计算平台构建了基于Sentinel-2遥感数据的特征集,包括光谱特征、物候特征和NDVI(normalized difference vegetation index)时序特征.结合面向对象分割和随机森林(radom forest,RF)、时间加权的动态时间规整(time-weighted dynamic time warping,TW-DTW)算法,构建了 4种不同的分类模式用于提取粮食作物和露天蔬菜、大棚种植等非粮食作物.通过选择最优模式,提取了研究区2019-2022年间不同非粮化类型的空间分布信息,并探讨了不同模式的优点和局限性.结果表明:1)采用面向对象的机器学习模式进行耕地内作物分类的精度最佳,两个生长季内总体精度分别达到93.23％和90.10％,Kappa系数分别达到0.91和0.88;2)基于时间序列匹配的模式在区分粮食作物和其他地类方面表现出较高的准确性,冬小麦、玉米和大豆的用户精度分别高于95.60％、74.70％、82.70％,制图精度分别高于97.70％、86.40％、93.10％;3)利用面向对象的机器学习模式进行耕地非粮化信息提取,在两个作物生长季的总体精度为87.00％和81.00％.分析耕地非粮化结果发现,藁城区2019-2022年的年际性非粮化面积为2753.09hm2,其中果园占比最高;而季节性非粮化结果显示,秋粮非粮化面积(3 174.86hm2)明显高于夏粮非粮化面积(1 060.27hm2).该研究利用Sentinel-2时序遥感数据,为一年两熟区耕地非粮化监测提供一种新的思路,可以为制定差异化农业管理政策提供依据.

    遥感时间序列耕地非粮化机器学习时间加权的动态时间规整

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    基于RGB和深度双模态的温室番茄图像语义分割模型

    张羽丰杨景邓寒冰周云成...
    295-306页
    查看更多>>摘要：图像语义分割作为计算机视觉领域的重要技术,已经被广泛用于设施环境下的植物表型检测、机器人采摘、设施场景解析等领域.由于温室环境下未成熟番茄果实与其茎叶之间具有相似颜色,会导致图像分割精度不高等问题.该研究提出一种基于混合Transformer编码器的"RGB+深度"(RGBD)双模态语义分割模型DFST(depth-fusion semantic transformer),试验在真实温室光照情况下获得深度图像,对深度图像做HHA编码并结合彩色图像输入模型进行训练,经过HHA编码的深度图像可以作为一种辅助模态与RGB图像进行融合并进行特征提取,利用轻量化的多层感知机解码器对特征图进行解码,最终实现图像分割.试验结果表明,DFST模型在测试集的平均交并比可达96.99％,对比不引入深度图像的模型,其平均交并比提高了 1.37个百分点;DFST模型对比使用卷积神经网络作为特征提取主干网络的RGBD语义分割模型Shape Conv,其平均交并比提高了 2.43个百分点.结果证明,深度信息有助于提高彩色图像的语义分割精度,可以明显提高复杂场景语义分割的准确性和鲁棒性,同时也证明了 Transformer结构作为特征提取网络在图像语义分割中也表现出了良好的性能,可为温室环境下的番茄图像语义分割任务提供解决方案和技术支持.

    温室作物语义分割注意力机制设施环境番茄图像RGBDTransformer

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    基于YOLOv5m和CBAM-CPN的单分蘖水稻表型参数提取

    陈慧颖宋青峰常天根郑立华...
    307-314页
    查看更多>>摘要：为快速获取单分蘖水稻植株的形态结构和表型参数,该研究提出了一种基于目标检测和关键点检测模型相结合的骨架提取和表型参数获取方法.该方法基于目标检测模型生成穗、茎秆、叶片的边界框和类别,将所得数据分别输入到关键点检测模型检测各部位关键点,按照语义信息依次连接关键点形成植株骨架,依据关键点坐标计算穗长度、茎秆长度、叶片长度、叶片-茎秆夹角4种表型参数.首先,构建单分蘖水稻的关键点检测和目标检测数据集;其次,训练Faster R-CNN、YOLOv3、YOLOv5s、YOLOv5m 目标检测模型,经过对比,YOLOv5m的检测效果最好,平均精度均值(mean average precision,mAP)达到91.17％;然后,应用人体姿态估计的级联金字塔网络(cascaded pyramid network,CPN)提取植株骨架,并引入注意力机制CBAM(convolutional block attention module)进行改进,与沙漏网络(hourglass networks,HN)、堆叠沙漏网络模型(stacked hourglass networks,SHN)和 CPN 模型相比,CBAM-CPN 模型的预测准确率分别提高了 9.68、8.83和1.06个百分点,达到94.75％,4种表型参数的均方根误差分别为1.06cm、0.81cm、1.25 cm和2.94°.最后,结合YOLOv5m和CBAM-CPN进行预测,4种表型参数的均方根误差分别为1.48、1.05、1.74 cm和2.39°,与SHN模型相比,误差分别减小1.65cm、3.43 cm、2.65 cm和4.75°,生成的骨架基本能够拟合单分蘖水稻植株的形态结构.所提方法可以提高单分蘖水稻植株的关键点检测准确率,更准确地获取植株骨架和表型参数,有助于加快水稻的育种和改良.

    目标检测注意力机制水稻关键点检测骨架提取表型参数单分蘖植株

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    生物炭强化生物滤池处理农村生活污水效果及碳排放

    罗枭张季王方磊占宇辉...
    315-322页
    查看更多>>摘要：为研究生物炭对生物滤池强化作用及其在"双碳"背景下碳排放量与去除效果相结合的评估方法,以秸秆生物炭强化曝气生物滤池为研究对象,在中温环境(25～30℃)下,探究了生物炭强化生物滤池的挂膜启动时间、处理能力、稳定性以及日碳排放量.结果表明,滤池的挂膜时长为14d;当水力负荷和进水流量分别为0.045m3/(m2·h)和0.9m3/d时,系统的最佳进水水力停留时间为8h,化学需氧量、氨氮、总氮和总磷的平均去除率分别为95.0％、79.1％、62.5％、78.4％;当水力停留时间和进水流量分别为8h和1.2 m3/d,系统最佳的水力负荷为0.030m3/(m2·h),平均去除率分别为95.3％、87.4％、68.1％、79.0％;在系统运行过程中,不同时期悬浮球与陶粒上胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)含量相比刚驯化污泥上EPS的含量都有所增加,表明了生物滤池在实际运行过程中比较稳定且污泥活性也比较好;在8 h的最佳水力停留时间以及进水流量0.9 m3/d的条件下,曝气生物滤池使污水达标排放的碳排放量为9.08 kg/d,因此采用生物炭强化曝气生物滤池处理农村生活污水具有较高的应用前景.

    污水处理生物炭农村曝气生物滤池

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    不同工艺对牛粪堆沤肥过程气体排放的影响

    邵浩宸衣淑娟沈玉君孟海波...
    323-331页
    查看更多>>摘要：堆沤肥是中国畜禽粪便处理利用的最主要方式.为探究不同堆沤肥方式对温室气体和氨气排放规律和温室效应,在北京市密云区开展了为期71 d的堆沤肥试验,以牛粪和玉米秸秆为原料,分析了静态堆沤(T1)、堆沤+翻抛(T2)、堆沤+覆膜(T3)、翻抛+覆膜(T4)等4种方式对堆沤肥过程中腐熟度、温室气体和氨气等指标的影响.结果表明,4个处理的种子发芽指数分别达到131.33％、134.49％、108.76％和136.24％,均满足堆肥产品的腐熟度要求(≥70％).翻抛有利于CO2、N2O和NH3的排放,而覆膜抑制了 N2O的生成,T2处理的增温潜势最高,T3处理的增温潜势最低,较对照组T1处理减排20.14％.因此,T3处理在能够保证堆肥产品的腐熟度要求的前提下,还可有效减少增温潜势.该研究可为中小养殖场户堆沤肥的工艺优化实践提供技术指导.

    粪便堆肥氨气温室气体增温潜势

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