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农业机械学报
中国农业机械学会 中国农业机械化科学研究院
农业机械学报

中国农业机械学会 中国农业机械化科学研究院

任露泉

月刊

1000-1298

njxb@caams.org.cn

010-64882610，64882231

100083

北京德外北沙滩1号6信箱

农业机械学报/Journal Transactions of the Chinese Society for Agricultural MachineryCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是由中国科协主管、中国农业机械学会和中国农业机械化科学研究院主办的国家级学术期刊，农业工程类中文核心期刊，美国工程信息公司（EI）收录期刊。主要刊登农业机械、农业工程、农用动力和能源、农产品及食品加工机械、农机化以及有关边缘学科的基础理论、设计制造、材料工艺、测试仪器与手段的研究成果及发展动向,反映学科最新研究成果和学术水平。同时还将及时提供中国农业机械学会举办的国内外学术活动信息，可供农机乃至机械行业中、高级技术人员、大专院校师生及科研单位的有关人员阅读参考。
正式出版
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    河南省氮素农业面源污染风险评价与关键管控区识别

    高林林吴用杨书涵刘雪珂...
    311-320页
    查看更多>>摘要：农业面源污染是我国水环境保护面临的重要问题,风险评价对于农业面源污染防治具有重要意义.本研究以河南省为研究区域,采用层次分析法的分级赋值方法,基于熵值法和专家打分确定各影响因子权重,构建河南省氮素农业面源污染风险多因子综合评价模型,计算河南省氮素农业面源污染风险指数并在流域尺度上进行验证,划分氮素农业面源污染的风险等级并识别关键管控区.结果表明:种植源、养殖源和生活源分别贡献河南省31.52％、38.47％和30.01％的氮素流失负荷,流失负荷呈现为西低,中、东部高的特点.河南省有39 429 km2的区域存在中风险,约占河南省总面积的23.61％,有17 318 km2的区域存在高风险,约占总面积的10.37％;划定距河流2 km以内的中、高风险区为一般管控区和重点管控区,面积分别为10 982 km2和9 285 km2.通过与同期水质自动监测数据进行相关分析,决定系数为0.82,表明模型模拟结果具有较高的精准度.综合结果表明,建立的多因子综合评价模型具有科学性和准确性,可用于氮素农业面源污染风险的识别.

    氮素农业面源污染多因子综合评价风险识别管控区河南省

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    平原河网地区稻麦轮作农田排水与氮素流失特征研究

    邹家荣贾忠华朱卫彬刘文龙...
    321-330页
    查看更多>>摘要：长江下游稻麦轮作区农田排水是区域面源污染的主要来源,明确农田排水与氮素流失特征对于区域农业生产可持续发展与生态环境保护具有重要意义.现有稻麦轮作农田排水与氮素流失研究中,一般采用农田测筒观测地表径流与深层渗漏量来估算农田氮素流失量,这与农田土壤水分与氮素主要通过侧向径流进入农田排水系统的实际情况存在偏差.本文基于4年的大田监测数据,运用田间水文水质模型DRAINMOD-NⅡ,模拟研究了不同气象条件下稻麦轮作农田排水与氮素流失规律.结果表明,稻麦轮作周年内,由排水造成的氮素流失量多年平均值为28.4 kg/hm2,占施肥量的6.0％,其中大部分集中在稻季,平均为25.6 kg/hm2,麦季氮素流失量仅为2.8 kg/hm2.与现有文献报道值相比,本文模拟得出的排水总量高35.4％,氮素流失总量则低44.6％;差异主要来自麦作期,文献报道平均值(31.8 kg/hm2)是本文的11倍,估算方法不同可能是造成这一差异大的主要原因.结合降雨规律分析发现,农田排水量和氮素流失量与降雨变化关系显著(决定系数R2＞0.56),三者相对增量的变化规律几乎一致;在降雨频率为20％～80％的年份内,氮素流失量相对稳定,维持在均值的0.8～1.2倍之间;只有在重现期大于5年的干旱或湿润年份,氮素流失量才会出现较大变化.因此,通过排灌控制措施稳定农田水文过程是有效控制农田排水氮素流失的关键.

    稻麦轮作农田排水氮素流失DRAINMOD-NⅡ模型降雨

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    极性交换电场辅助植物修复稻田土壤镉污染研究

    栾雅珺徐俊增李亚威胡哲伟...
    331-339页
    查看更多>>摘要：通过盆栽试验,采用太阳能供电方式,探究在干湿交替的水分条件下,水稻种植过程中极性交换电场辅助植物修复(EKPR)土壤重金属镉(Cd)污染的可行性.控制灌溉条件下,两电极板附近的土壤区域种植水稻作物,中间土壤区域种植水葱作富集植物.结果表明,交换电极使电解水反应产生的氢离子(H+)和氢氧根离子(OH-)不断被中和,有效避免了土壤pH值极化.土壤电流变化范围为0.08～0.36 A,说明极性交换和较高的土壤含水率有效确保土壤中的可迁移离子数量和离子流动性,能够驱动重金属迁移.与对照处理(CK)相比,EKPR处理水葱根部干物质量显著增加34.93％;水稻根部和稻谷干物质量显著降低17.21％～30.16％、16.18％～22.28％,叶片和茎部干物质量分别提高3.82％～13.17％、7.59％～30.91％.EKPR处理水葱根部、地上部Cd含量分别提高15.49％～22.45％、33.30％～35.45％;水稻根部、稻谷 Cd 含量分别降低 14.48％～35.06％、39.04％～57.43％.极性交换电场辅助植物修复技术可提高水葱对Cd的富集量,同时降低水稻对Cd的富集量,与CK处理相比,EKPR处理水葱Cd生物富集量显著增加46.48％,水稻Cd生物富集量显著降低24.75％.试验结束后,水稻根系附近的土壤Cd含量下降16.33％～19.14％.研究结果表明,在控制灌溉水稻种植过程中,极性交换电场辅助植物修复是一种可行的修复手段,在作物生产过程中利用电动修复和植物修复实现土壤净化,具有良好的应用前景和现实意义.

    镉极性交换电动修复植物修复水稻控制灌溉

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    减施氮肥和接种根瘤菌对大豆生理生长与氮素利用效率及产量的影响

    向友珍张威唐子竣付骏宇...
    340-351页
    查看更多>>摘要：在干旱、半干旱地区农业生产中,广泛采用接种根瘤菌、施用氮素等措施来促进大豆生长以提高产量,然而少有研究讨论接种根瘤菌与施用氮素的交互作用对大豆生长和产量的影响规律.本研究通过为期2年的田间试验,设置4个施氮水平(N0:0kg/hm2;N1:60 kg/hm2;N2:120 kg/hm2;N3:180 kg/hm2)和2种接种水平,即接种根瘤菌(R)和清水拌种.在大豆各生育期测量根瘤数、根瘤干质量、叶面积指数、干物质积累及根系特性等大豆生长指标和叶绿素含量、光合参数、荧光参数等生理指标,同时还测定氮素吸收量等指标并计算氮素利用效率.结果表明,RN2处理下的大豆生长状况最佳,2年平均最大根瘤数为241.47、最大根瘤干质量为1.30 g、最大根长密度为15.00 cm/cm3、最大叶面积指数为5.44 cm2/cm2、最大干物质积累量为17 530.51 kg/hm2、最大叶绿素含量为53.55、最大净光合速率为32.75 μmol/(m2.s)、最大种子产量为4 659.4 kg/hm2.由此可见减少氮肥施用量(N2)的同时接种根瘤菌(R)对于促进关中平原大豆的生理生长、提升对氮素的利用效率、提高大豆产量具有重要意义.本研究可为提高干旱半干旱地区大豆生产水平提供理论支持和实践经验.

    大豆施氮接种根瘤菌氮肥利用效率产量

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    基于模型预测控制的菇房空调节能控制方法

    张馨孔祥书郑文刚王明飞...
    352-361页
    查看更多>>摘要：当前工厂化食用菌生产菇房空调控制方法存在节能效率低、室内温度波动大等问题,提出了一种基于卷积神经网络(Convolutional neural network,CNN)、门控循环单元神经网络(Gated recurrent unit neural network,GRU)与注意力机制(Attention)的菇房空调节能控制方法.该方法以CNN-GRU-Attention组合神经网络为预测模型,结合预测误差补偿和预测模型数据集动态更新机制,实现对菇房室内温度精准预测;建立以空调控制量为状态量的目标函数,分别利用熵权法、主观法明确目标函数权重系数,运用带精英策略的快速非支配排序遗传算法(Non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ,NSGA-Ⅱ)求解出空调在控制时域内最优控制序列,集成滚动优化和反馈机制,实现菇房环境的精准及节能控制.试验结果表明,提出的CNN-GRU-Attention菇房室内温度预测模型,以历史30 min数据预测未来10 min室内温度效果最好,选取的典型日内预测最大均方根误差为0.122℃、最小决定系数为0.807、最大平均绝对百分比误差为0.611％;菇房空调模型预测控制方法对天气波动具有较好的抗干扰能力.与阈值开关法和PID法相比,在空调节能方面,能耗分别减少21％和14％;在控制温度精度方面,RMSE可分别降低 72％、46％.

    菇房预测模型模型预测控制多目标优化神经网络

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    基于区块链的农产品供应链溯源数据多条件查询优化方法研究

    高官岳孙传恒罗娜徐大明...
    362-374页
    查看更多>>摘要：随着基于区块链的农产品溯源系统迅速发展,区块链查询能力面临着巨大挑战.对于供应链参与方来说,区块链中保存的数据多为编码或序列化的数据,使得供应链参与方的审计和监督等存在多条件查询的工作变得十分困难.通常情况下,原生区块链并未提供满足多条件查询的查询方式.因此,为了实现多条件查询并提高查询效率,本研究提出一种农产品溯源数据多条件查询优化方法.首先,该方法采用一种优化的Merkle树结构(n-Tree)对交易信息进行重构,从而提供更高效的条件验证能力.其次,通过自适应多条件区块布隆过滤器判断交易信息中查询条件的存在性,进而快速过滤区块.最后,提出一种应用TWTN-Heap(Time weight and transaction number based heap)结构的索引构建方法,以区块权重为序构建主条件相关的区块号索引列表.产品数据的查询过程包括遍历区块号索引列表、过滤非相关区块以及验证特定查询条件,从而获得条件查询结果.实验结果表明,本研究提出的产品数据条件查询优化方法能够有效地解决农产品供应链面临的条件查询问题,同时保证查询时间消耗维持在15 ms左右,查询效率较默克尔语义字典树(Merkle semantic trie,MST)方法提高60.9％,较原始遍历(Orignal traverse,OT)方法提高 87.7％.

    农产品供应链区块链溯源条件查询n-Tree布隆过滤器

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    基于电学参数的贺兰山东麓赤霞珠葡萄酒子产区判别

    马海军朱娟娟周乃帅安雅静...
    375-382页
    查看更多>>摘要：本研究以宁夏贺兰山东麓5个子产区(银川、青铜峡、红寺堡、石嘴山和农垦产区)自然发酵的赤霞珠干红葡萄酒为研究对象,测定其基本理化指标和电学特性,分析不同产区葡萄酒间电学特性的差异,筛选出区分不同产区葡萄酒的特征频率和有效电学参数,初步探索基于电学特性识别宁夏贺兰山东麓不同子产区葡萄酒的能力,以期为简捷快速有效识别产区葡萄酒提供新方法.结果表明,宁夏贺兰山东麓5个子产区的葡萄酒理化指标间存在显著性差异,农垦产区的葡萄酒可滴定酸含量最高,而还原糖含量最低;银川产区的葡萄酒挥发酸含量最低,石嘴山产区的葡萄酒酒精度最高.通过相关性分析、方差分析和多重比较,筛选出电压2 V下,区分不同产区葡萄酒的电学特性特征频率为0.1 kHz,有效电学参数为Z、Lp、X、Cp和Q.主成分分析和判别分析均显示,利用葡萄酒电学参数能够明显区分贺兰山东麓5个子产区,采用Fisher-判别分析建立的预测模型,其回代检测和交叉验证正确率均为100％.因此,利用葡萄酒电学特性识别产区具有可行性.

    葡萄酒产区判别赤霞珠自然发酵葡萄酒电学特性主成分分析判别分析

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    基于SIRI和CNN的苹果隐性损伤检测方法

    王玉伟杨玲玲朱浩杰饶元...
    383-391页
    查看更多>>摘要：苹果从采摘到销售过程中易发生机械损伤,需要及时剔除以避免腐烂变质.然而机械损伤早期苹果外观颜色变化不明显,通常表现为隐性损伤,检测比较困难.提出了一种基于结构光反射成像(SIRI)和卷积神经网络(CNN)的苹果隐性损伤检测方法.通过搭建SIRI系统,采集待测苹果调制的结构光图像,再利用三相位解调法提取交流分量,增强苹果隐性损伤对比度;然后利用交流分量图像制作苹果隐性损伤数据集,并使用基于CNN的语义分割网络FCN、UNet、HRNet、PSPNet、DeepLabv3+、LRASPP和SegNet训练损伤检测模型,多组试验结果表明上述模型均能有效地检测出不同情况下的苹果隐性损伤.其中HRNet模型精确率、召回率、F1值和平均交并比较高,分别为97.96％、97.52％、97.74％和97.58％,但检测速度仅为60 f/s;PSPNet模型检测速度较快,可达到217 f/s,但其检测精度略低,精确率、召回率、F1值和平均交并比分别为97.10％、94.57％、95.82％和95.90％.

    苹果隐性损伤检测结构光反射成像三相位解调法语义分割卷积神经网络

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    多出口扇形喷嘴干冰喷射速冻蓝莓特性研究

    宁静红宋志朋杨鑫任子亮...
    392-400页
    查看更多>>摘要：为提高干冰微粒速冻蓝莓的喷嘴雾化特性,优化设计一种多出口扇形喷嘴,喷射出扇形干冰微粒射流,更均匀更快速地冻结蓝莓.建立多出口扇形喷嘴的物理模型及蓝莓速冻干冰射流流场计算模型.基于Fluent软件,采用气固两相动力学模型DPS、Realizable、k-ε湍流模型对多出口扇形喷嘴干冰微粒喷射速冻蓝莓的过程进行数值模拟研究.探究了扇形喷嘴出口不同V形切槽角(60°、70°、80°、90°)在相同的入口流量和出口孔径下,对干冰微粒在速冻腔内的流场分布、蓝莓的冻结速率和冻结均匀性等参数的影响.结果表明:随着V形切槽角的增加,扇形冲击射流宽度降低,冲击射流核心区域内的流速增加.当多出口扇形喷嘴出口 V形切槽角为70°时,相比60°、80°、90°速冻腔内整盘蓝莓的冻结完成时间分布最集中,整体的冻结速度快,流场最均匀,为此喷嘴模型(入口孔径30 mm,入口流速0.25 m/s,出口为圆周布置的孔径5.2 mm ×6(6个孔径为5.2 mm的出口)和中心布置的孔径2 mm ×4的组合)最优出口参数.随后对模拟仿真最优结果进行实验测试,可得整盘蓝莓完成速冻的时间为119 s,冻结速率为0.50 cm/min,实验与模拟降温曲线误差为4.3％.对速冻后蓝莓的花青素含量、可溶性固形物质量分数以及失水率等进行测试,结果表明干冰速冻后蓝莓在贮藏期间的感官品质保持较好,优于速冻蓝莓标准.

    速冻蓝莓扇形喷嘴干冰微粒喷射模拟

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    基于多岛遗传算法的电动拖拉机分布式驱动系统优化设计与试验

    李贤哲张明柱刘孟楠徐立友...
    401-411页
    查看更多>>摘要：针对分布式驱动电动拖拉机(Distributed drive electric tractor,DDET)牵引效率低、系统能量损耗大的问题,提出了一种基于多岛遗传算法(Multi-island genetic algorithm,MIGA)的分布式驱动系统参数优化设计与验证方法.根据犁耕作业工况,建立了拖拉机分布式驱动系统7自由度耦合动力学模型以及轮胎-土壤交互模型,完成了驱动系统关键部件参数设计和匹配选型.提出基于MIGA的前后轮边传动比参数优化策略,将轮边传动比作为决策变量,驱动系统能量损失最小为优化目标,驱动电机功率和转速为约束条件.搭建Matlab/Simulink-NI PXI联合仿真平台验证了参数优化策略的正确性和实时可执行性.结果表明,基于MIGA参数优化后的分布式驱动系统各方面性能得到了有效提升.犁耕循环工况下,拖拉机平均牵引力为10 610 N,最大牵引功率为31.25kW;平均效率提升了 0.38％,驱动电机能耗降低了 7.53％.本研究可为分布式驱动电动拖拉机优化设计和系统控制提供理论基础和验证方法.

    电动拖拉机分布式驱动系统多岛遗传算法优化设计联合仿真

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