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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

    基于变量灌溉动态分区管理的冬小麦产量与节水效果

    赵伟霞张敏讷祝长鑫李久生...
    109-117页
    查看更多>>摘要：喷灌机机载式红外温度传感器系统是动态监测农田作物水分亏缺状况、构建变量灌溉(variable rate irrigation,VRI)决策支持系统的重要工具.为了评估圆形喷灌机机载式红外温度传感器系统在变量灌溉动态分区管理中的应用效果,该研究以气象参数和土壤水分传感器网络构建的均一灌溉(uniform rate irrigation,URI)决策方法为对照,评估了基于气象参数、土壤水分传感器网络和作物冠层温度的变量灌溉决策方法对华北平原冬小麦灌溉制度、土壤含水率空间分布均匀性和节水增产效果的影响.在河北省邢台市大曹庄中国水利水电科学研究院智慧灌溉技术与装备创新示范推广基地开展试验,试验区为三跨加悬臂圆形喷灌机控制灌溉面积7.07 hm2,2021年试验区等分为2个子区,布置URI和VRI处理,2022年试验区等分为4个子区,布置URI处理、基于等间隔法进行管理区聚类划分的VRI(T1)处理、基于"Jenks"自然断点法进行管理区聚类划分的VRI(T2)处理和基于几何间隔断点法进行管理区聚类划分的VRI(T3)处理.结果表明,在冬小麦生育期内,URI和VRI处理灌水7～10次,2 a平均灌水量分别为201和173 mm.开展VRI管理后,冬小麦主根区的土壤含水率空间分布均匀性和产量均匀性提高.2021年URI和VRI处理的冬小麦产量分别为9 470和9 574 kg/hm2,2022年的冬小麦产量较2021年分别降低6.7％和6.0％.变量灌溉处理的管理区聚类划分方法未对灌溉制度和产量产生显著影响.与URI处理相比,VRI处理能够减少灌溉水量,且对产量和水分利用效率无显著影响.研究结果可为基于喷灌机机载式红外温度传感器系统的变量灌溉动态分区管理方法的建立提供指导,为变量灌溉决策支持系统的开发升级提供技术支持.

    灌溉土壤水分作物圆形喷灌机冠层温度变量灌溉处方图

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    黄土丘陵沟壑区坡沟系统产流产沙对源-汇-路径格局的响应

    严增焦菊英唐柄哲曹斌挺...
    118-127页
    查看更多>>摘要：坡沟系统是流域水土流失与治理的基本单元,掌握其产流产沙规律是有效解决水土流失区生态环境恢复重建的核心问题之一.该研究利用无人机遥感与地理信息系统技术对流域的土地利用进行识别,再确定5个不同坡沟系统(2个无人为干扰的退耕植被恢复+自然植被坡沟系统SG1和SG2、2个人为扰动的退耕植被恢复+自然植被坡沟系统SG3和SG4、1个果园+坡耕地的坡沟系统SG5)内泥沙源、汇及其输移路径分布特征,并在量化指标的基础上,结合2016-2022年坊塌小流域5个坡沟系统的降雨和产流产沙的监测数据,研究了不同坡沟系统的产流产沙特征及其对源-汇-路径格局的响应.结果表明:次降雨条件下,SG1和SG2的产沙模数显著低于其他坡沟系统(P＜0.05),且SG3径流深和产沙模数均较大;SG2的年平均径流深显著低于SG5(P＜0.05).坡沟系统径流深分别与总坡沟系统、沟间地、沟谷地的泥沙源和汇最大斑块面积比显著正相关(P＜0.05),且与沟间地泥沙源、汇指数的相关系数均要大于沟谷地,径流深与总坡沟系统路径的分岔比、沟间地与沟谷地的路径比降均呈现出显著负相关(P＜0.05);产沙模数与各源汇指数之间均无显著的相关性,但与路径数量密度、长度密度、沟间地的路径分岔比呈显著正相关(P＜0.05):径流深和产沙模数均与路径复杂度呈显著负相关(P＜0.05).可见,降低源/汇比例大小,适当增加泥沙输移路径的复杂度和输移距离,可有效减少坡沟系统的水土流失.研究可为坡沟系统土壤侵蚀防控以及流域生态保护和修复提供科学支撑.

    泥沙景观径流坡沟系统产流产沙源汇输移路径

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    基于径流侵蚀功率的长江典型流域能沙关系模型及改进

    贾路李占斌于坤霞李鹏...
    128-140页
    查看更多>>摘要：基于径流侵蚀功率概念建立流域能沙关系模型,可为长江流域泥沙变化精准模拟与水土保持规划提供技术支撑.该研究以长江典型流域及其典型小流域为研究对象,通过收集1965-2018年金沙江流域、嘉陵江流域和湘江流域3个典型流域逐日水沙数据以及万安和李子口 2个典型小流域2014-2020年场次降水径流泥沙数据,采用径流侵蚀功率、径流量和降雨侵蚀力对比分析不同时空尺度水沙(径流量和输沙量)、雨沙(降雨侵蚀力和输沙量)和能沙(径流侵蚀功率和输沙量)关系的优劣性,解析能沙关系优越性,并识别能沙关系非一致性变化,从而改进能沙关系模型提高流域输沙量模拟精度.结果表明:1)长江流域3个典型流域及2个典型小流域,在绝大部分情况下能沙关系的表现总是优于水沙关系和雨沙关系,在场次、月和年尺度修正的决定系数最大值分别可达到0.94、0.87和0.54.2)对于不同时间尺度,其流量序列中任意2个流量乘积与输沙量的相关性较高时,第一个流量Q1分位点总是接近1且第二个流量Q2分位点在0.5附近或者高于0.5.基于径流侵蚀功率可以较为准确地计算不同时空尺度流域输沙量,具有明显适用性.3)随着时间升尺度,水沙、雨沙和能沙关系逐渐变差,3个典型流域径流侵蚀功率和输沙量在一些月份上均存在显著变化趋势和显著突变点(P＜0.05).特别是在年尺度上,输沙量均为显著减少趋势(P＜0.05),其能沙关系均表现出非一致性变化.4)水库建设和植被增加是导致流域能沙关系变差的重要原因,其均与输沙量呈现极显著负相关(P＜0.001).通过考虑水库指数和NDVI改进能沙关系模型的年决定系数(R2)可提高27.28％～97.62％.研究成果可支撑开发新的流域泥沙预报模型,服务长江流域生态保护与高质量发展.

    土壤侵蚀降雨径流侵蚀功率能沙关系长江流域非一致性水库指数

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    旱涝急转对玉米叶片衰老特性和产量的影响

    漆栋良朱建强
    141-147页
    查看更多>>摘要：为研究旱涝急转对玉米叶片衰老特性和产量的影响,以春玉米"宜丹629"为供试材料,2021年在测坑条件下,设置拔节期旱(drought,D)、涝(waterlogging,W)、旱急转轻涝(drought-light waterlogging,D-LW)、旱急转中涝(drought-moderate waterlogging,D-MW)、旱急转重涝(drought-heave waterlogging,D-HW)、和正常供水(control,CK)6个处理.测定不同处理组合下玉米大喇叭口期、抽雄期和灌浆期叶片叶绿素仪(soil and plant analyzer development,SPAD)值、过氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)活性、丙二醛(malondialdehyde,MDA)、可溶性蛋白含量和净光合速率(net photosynthetic rate,Pn),成熟期籽粒产量及其构成.结果表明,与CK相比,D-LW处理抽雄期和灌浆期玉米叶片的SPAD值、SOD、POD、CAT活性、可溶性蛋白含量、Pn和成熟期穗数、穗粒数和千粒质量差异不显著,其籽粒产量维持在较高水平(7810.3 kg/hm2),说明旱急转轻涝不会加速玉米叶片的衰老,从而稳定籽粒产量.而其他水分胁迫处理显著降低各监测时期玉米叶片SPAD值、SOD、POD、CAT活性、可溶性蛋白含量和Pn,明显提高MDA含量,使穗数、穗粒数和千粒质量减少,最终显著降低产量(较CK下降13.3％～72.7％).整体上,D-MW和D-HW处理明显加速玉米叶片衰老,严重抑制籽粒产量.综上,拔节期旱后急转轻涝对玉米叶片SPAD值、抗氧化酶活性、可溶性蛋白含量和Pn有补偿作用,从而获得较高的籽粒产量.研究结果为玉米应对旱涝急转灾害和灌排管理提供理论依据.

    产量光合作用旱涝急转抗氧化酶活性玉米

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    根区施用生物炭和脱硫石膏提高盐碱土壤质量及向日葵产量

    田荣荣王淑娟刘嘉徐立珍...
    148-157页
    查看更多>>摘要：为了靶向消减根区土壤盐碱障碍和定向培育健康沃土,该研究在内蒙古河套灌区开展田间小区试验,设置沙土覆盖种植孔(S)、条施生物炭+沙土覆盖种植孔(B+S)、条施生物炭+脱硫石膏覆盖种植孔(B+G)3个处理,对比分析0～20 cm和＞20～40 cm 土层土壤质量及向日葵产量差异.结果表明:根区施用生物炭和脱硫石膏改变了 0～40 cm 土壤水溶性离子组成,主要表现为增加Ca2+含量而降低Na+含量.与S处理相比,B+S和B+G处理显著降低了 0～40 cm土壤钠吸附比(sodium adsorption ratio,SAR)和＞20～40 cm 土层 pH 值,增大了土壤脱盐率(Ds);B+S 和 B+G 处理还增加了 0～40 cm 土壤有机质(OM)、硝态氮(NO3--N)、有效磷(available phosphorus,AP)和速效钾(AK)含量,为向日葵出苗和生长提供了良好的土壤环境.此外,B+S和B+G处理通过调理盐碱指标(SAR,Ds,Ca2+和Mg2+)和肥力水平(AK,NO3--N和OM)来提高土壤质量,二者基于全数据集的土壤质量指数(SQI)比S处理分别增大了35.7％和88.5％.但相比之下,B+G处理在这两个方面的作用效果要优于B+S处理,因而获得了最高籽粒产量.可见,在根区条施生物炭和脱硫石膏覆盖种植孔相结合可提高盐碱地土壤质量和向日葵产量,为河套灌区盐碱地改良利用提供技术支撑.

    生物炭石膏条施穴施盐渍土向日葵

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    黄土高原彬长矿区土壤侵蚀特征及其与环境变化的关系

    李朋飞黄霖霖臧宇哲胡晋飞...
    158-167页
    查看更多>>摘要：黄土高原矿区煤炭产量占全国70％以上,大规模开采活动导致区域内生态环境退化与土壤侵蚀加剧.然而,当前鲜有矿区土壤侵蚀时空特征及其与环境变化关系的定量研究,限制了煤矿区土地复垦与生态修复进展.为了探究矿区土壤侵蚀特征及其与环境变化的关系,为黄土高原煤矿区生态环境治理提供理论指导,该研究以彬长矿区为研究区,利用修订的通用土壤流失方程(revised universal soil loss equation,RUSLE)分别模拟了矿区全区2003-2019年及沉陷区2014-2019年土壤侵蚀速率,探究了矿区全区及沉陷区土壤侵蚀特征,定量研究了降雨、地形和植被对土壤侵蚀的影响.结果表明:1)2003-2019年间,彬长矿区土壤侵蚀速率整体呈显著上升趋势(P＜0.05),年份间差异较大,2003年土壤侵蚀最为严重,侵蚀速率为85.56 t/(hm2·a),2009年侵蚀程度最低,侵蚀速率为15.54 t/(hm2·a).微度、轻度侵蚀主要分布于城区、黄土塬和河流阶地等平坦地区,其空间分布在不同年份间基本保持一致,其余侵蚀类型主要分布于煤矿开采区、沟壑区及河道周边,且侵蚀强度空间异质性较大.2)2014-2019年间矿区全区及沉陷区土壤侵蚀速率表现出明显的季节周期性变化.春秋季节土壤侵蚀强度多表现为微度、轻度侵蚀,冬季侵蚀速率接近于0,夏季土壤侵蚀速率为一年中最高,是矿区水土流失治理的重点时段.3)彬长矿区土壤侵蚀速率与降雨量呈极显著正相关(P＜0.01),沉陷区土壤侵蚀速率与降雨量、沉陷量及植被覆盖度均呈极显著正相关(P＜0.01),降雨量是土壤侵蚀的主要影响因子,且开采沉陷加剧了土壤侵蚀,沉陷区的沉陷量不同,土壤侵蚀程度也不同.该研究方法探明了矿区的土壤侵蚀变化规律及环境变化对土壤侵蚀的影响,可为黄土高原煤矿区土壤侵蚀防治和生态环境恢复提供决策支持和科学依据.

    土壤矿区侵蚀黄土高原沉陷环境因子RUSLE模型

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    黑龙江省冻融侵蚀强度分级评价及空间分布特征

    王景萍张学霞古丽米热·甫拉提王紫薇...
    168-176页
    查看更多>>摘要：黑龙江省肩负维护国家生态安全、保障国家粮食安全的重任,近年来因冻融侵蚀影响,自然环境和黑土资源受到严重威胁.为了定量揭示黑龙江省冻融侵蚀强度的空间异质性及其影响因素,该研究选取10个冻融侵蚀强度评价指标,并确定其权重.通过构建多元回归模型得到冻融侵蚀下限,将权重和赋值结果代入综合评价指数模型,利用自然断点法对冻融侵蚀强度进行分级.研究结果表明:1)黑龙江省冻融侵蚀总面积为1.917×105 km2,占全省面积的40.53％,其中强烈和极强烈侵蚀分别占冻融侵蚀总面积的20.66％和10.54％.2)黑龙江省中度冻融侵蚀以上的区域呈现三区一带的特征.三区分别为大兴安岭地区、小兴安岭地区和张广才岭地区;一带为西北—东南走向的"三岭一平原"廊道.3)黑龙江省冻融侵蚀强度在空间上表现出明显的正相关和集聚性特征,强度相近的冻融侵蚀区在空间上积聚,高强度和低强度的冻融侵蚀区在空间上分异,产生了多个高强度和低强度的冻融侵蚀区.4)植被覆盖度的增加可以降低冻融侵蚀强度,在植被覆盖度小于20％的地方,冻融侵蚀尤为剧烈;冻融侵蚀主要发生在土壤含水量为0.2～0.3 m3/m3的区域,而极少发生在土壤水分含量小于0.2 m3/m3的区域.研究结果通过对比验证显示出较高的可靠性,可为该地区冻融侵蚀的防护和管理提供依据,并为类似区域提供借鉴方法和技术参考.

    土壤冻融侵蚀层次分析法优序图法综合指数评价模型空间异质性

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    基于改进YOLOv7的油茶果实成熟度检测

    陈锋军陈闯朱学岩沈德宇...
    177-186页
    查看更多>>摘要：为确保油茶果实处于最佳成熟度进行采摘,提高油茶果实的出油率及茶油品质,该研究针对自然环境下油茶果实多被遮挡的问题,以原始YOLOv7模型为基础进行改进,提出一种油茶果实成熟度检测方法.首先,在主干网络中引入十字交叉注意力机制(criss-crossattention,CCA)加强对被枝叶遮挡果实成熟度特征的提取能力;其次,使用基于距离和交并比的非极大值抑制(distance-iou non-maximum suppression,DIoU-NMS)算法代替传统非极大值抑制(non-maximum suppression,NMS)算法,从而加强模型对相互遮挡果实的检测能力;最后,以训练集中3 098张油茶果实图像训练改进的YOLOv7模型,验证集中442张图像用于在训练过程中评估模型,并对测试集中885张图像进行测试.改进后的YOLOv7模型在测试集下的精确率P为93.52％,召回率R为90.25％,F1分数为91.86％,平均精度均值mAP为 94.60％,平均检测时间为 0.77 s,模型权重大小为 82.6 M.与 Faster R-CNN、EfficientDet、YOLOv3、YOLOv51 和原始YOLOv7模型相比,平均精度均值mAP分别提升7.51、5.89、4.21、4.21和2.91个百分点.试验证明,改进的YOLOv7模型为实现油茶果实的智能化采摘提供理论依据.

    图像识别模型油茶果实成熟度检测YOLOv7注意力机制DIoU-NMS

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    基于改进YOLOv8的轻量化小麦病害检测方法

    马超伟张浩马新明王键霖...
    187-195页
    查看更多>>摘要：为提高小麦病害检测精度,实现将模型方便快速部署到移动端,该研究提出了一种基于改进YOLOv8的轻量化小麦病害检测方法.首先,使用PP-LCNet模型替换YOLOv8网络结构的骨干网络,并在骨干网络层引入深度可分离卷积(depthwise separable convolution,DepthSepConv)结构,减少模型参数量,提升模型检测性能;其次,在颈部网络部分添加全局注意力机制(global attention mechanism,GAM)模块,强化特征中语义信息和位置信息,提高模型特征融合能力;然后,引入轻量级通用上采样内容感知重组(content-aware reassembly of features,CARAFE)模块,提高模型对重要特征的提取能力;最后,使用 Wise-IoU(weighted interpolation of sequential evidence for intersection over union)边界损失函数代替原损失函数,提升网络边界框回归性能和对小目标病害的检测效果.试验结果表明,对于大田环境下所采集的小麦病害数据集,改进后模型的参数量及模型大小相比原YOLOv8n基线模型分别降低了 12.5％和11.3％,同时精确度(precision)及平均精度均值(mean average precision,mAP)相较于原模型分别提高了 4.5和1.9个百分点,优于其他对比目标检测算法,可为小麦病害检测无人机等移动端检测装备的部署和应用提供参考.

    图像识别深度学习目标检测轻量化小麦病害YOLOv8PP-LCNet

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    基于多尺度数据集的虫害检测模型

    陈冬梅林佳王海亮吴开华...
    196-206页
    查看更多>>摘要：在复杂和密集尺度的农业检测任务中基于Transformer的DETR类模型逐渐崭露头角,但现有的传统量化分析难以深入探究检测模型的优化策略和机制的有效性.为了满足密集小型昆虫的检测和计数的需求,该研究构建了真实场景采集的包含稻飞虱、蚜虫和麦蜘蛛3类小型害虫的多尺度虫害数据集(multi-scale tiny crowded planthopper-aphid-wheat mite pest detection,MTC-PAWPD),提出基于黏连率和相对尺寸的数据划分方式,将虫害数据集分为密集分布、大尺度、中小尺度和超小尺度4类场景.通过分析DINO模型在特定场景下的性能表现,设计详尽的消融试验方案,以特征与其关键组件查询的可视化试验辅助,验证虫害检测任务性能提高与各个模块之间尤其是与查询相关模块的联系.经试验,模型在MTC-PAWPD测试集上的mAP@50达70.0％,与其他主流模型相比提升2.3个百分点.在4类场景中mAP@50分别达42.5％、79.4％、75.7％和62.4％,在多尺度、密集任务中表现出较强的检测性能.通过针对自身模块的消融和可视化试验证明模型性能提升与Transformer部分的优化模块相关性更大.试验说明基于DINO的虫害检测模型在田间复杂背景下多尺度的复杂虫害检测任务中具有强大的泛化能力和实用价值.

    目标检测模型Transformer虫害深度学习

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