《农业工程学报》2022年第18期,导读

华南农业大学周志艳团队提供的封面图片“无人机点射式水稻播种作业场景”。

《农业工程学报》2022年第18期报道了包括：绿色植保与减量增效施药技术专题、农业装备工程与机械化、农业水土工程、农业信息与电气技术、农业生物环境与能源工程、土地保障与生态安全、农产品加工工程等农业工程核心技术方面的部分最新科研成果。本期共刊发36篇论文，来自国内69个高等院校和科研院所及企业单位，包括中国农业大学、西北农林科技大学、武汉大学、华南农业大学、华中农业大学、江苏大学、中国矿业大学、北京林业大学、沈阳农业大学、山东理工大学、西安科技大学等。所有研究均受省部级及以上项目资助（共计90项），其中国家级项目达43项（国家重点研发计划项目11项，国家自然科学基金项目27个）。

“专题：绿色植保与减量增效施药技术”栏目

薛秀云等的《雾化网格在果树植保喷雾中的应用与试验》（国家自然科学基金项目（ 31971797， 32271997）；财政部和农业农村部：国家现代农业产业技术体系资助项目；国家重点研发计划项目（2020YFD1000107）；广东省现代农业产业技术体系创新团队建设专项资金（2022KJ108））针对目前植保机械在喷洒农药的过程中难以兼顾低飘移和高沉积的问题，将雾化网格应用在果树植保喷雾作业中，使喷头喷出的大粒径雾滴在接近靶标处撞击网格二次雾化为小雾滴。为了研究雾滴撞击网格后的粒径和速度分布以及沉积特性，以网格孔径、喷头与网格的距离为变量，以二次雾化后雾滴的速度和粒径分布、喷雾角、雾滴覆盖率、沉积量和飘移量为指标进行试验研究。

试验结果表明：放置不同孔径网格时为测量点的雾滴平均速度均高于没有网格时，461、350 和 227 μm 网格时，最大平均粒径比没有网格情况下的 192.5 μm 分别降低 19.5%、14%、10%；随着网格孔径的减小，二次雾化后雾滴的喷雾角有逐渐降低的趋势；放置 350μm 孔径网格时，果树冠层各层内沉积均匀性和雾滴穿透性较好，350μm 孔径网格的沉积效果优于 461 和 227 μm 孔径网格，喷头与网格的距离对雾滴覆盖率和沉积量没有显著影响，使用雾化网格的雾滴飘移较少，非靶标区平均雾滴飘移量为靶标区沉积量7.58%。该研究结果可为果园无人机喷雾作业优化提供参考。

陈泽鸿等的《果园悬挂式柔性对靶喷雾装置研制与试验》（国家自然科学基金项目（31671591）；广东省现代农业产业技术体系创新团队建设专项资金项目（2022KJ108）；广州市科技计划项目（202002030245）；国家现代农业产业技术体系资助项目（CARS-26））为减少农药飘移损失，保护生态环境，从提高喷雾有效性和降低喷雾装置对果树枝叶的机械性损伤出发，研制了一种悬挂式柔性对靶喷雾装置。

该装置以东方红 MS-304 拖拉机为载体，采用超声波传感器探测树冠位置，利用霍尔传感器构建测速模块。对株距 4.0 m、树高 1.6 m、树冠直径 1.4 m 的橘树进行对靶喷雾试验，验证了悬挂式柔性对靶喷雾装置作业性能。试验结果表明：拖拉机行驶速度为 0.5 m/s 时，喷雾压力 0.4、 0.5 及 0.6 MPa 对应的平均药液附着率分别为 84.7%、 91.7%、 88.9%，药液附着率较高且接近，喷雾压力对药液附着率的影响不明显；拖拉机行驶速度为 1.0 m/s时，喷雾压力 0.4、 0.5 和 0.6 MPa 对应的平均药液附着率分别为 64.2%、 70.3%、 75.8%，喷雾压力越大，药液附着率越高；拖拉机行驶速度为 1.5 m/s 时，平均药液附着率低于 50%，且喷雾飘移较为严重，不适宜进行自动对靶喷雾；拖拉机行驶速度和喷雾压力相同时，药液附着率按树冠上、中、下层顺序呈递减规律，且速度越高，递减规律越明显。研究结果对提高果园对靶喷雾的药液附着率具有较好的实用价值。

“农业装备工程与机械化”栏目

何伟灼等的《无人机点射式水稻播种装置控制系统设计与试验》（岭南现代农业实验室科研项目（ NT2021009）；广州市重点研发计划项目（ 202206010149）；广东省科技计划项目（ 2021B1212040009）；广东省乡村振兴战略专项（ 2020KJ261））针对当前无人机水稻撒播难以成行成穴、落种易受旋翼风场干扰和播种均匀性不佳等问题，该研究结合点射式水稻播种装置和飞行控制器设计了一套播种控制系统，开发了配套的地面站功能，并制作了样机。控制系统基于 PID 算法实现排种器步进电机的转速闭环控制，通过标定模型对振动电机激振力和摩擦轮电机转速进行控制，并根据状态机设计播种控制程序。以 3 倍丸粒化稻种为对象，从播种量准确性、播种成行性和播种均匀性 3 个方面对样机的播种性能进行验证并优选合适的播种参数。

试验结果表明：无人机模拟飞行的播种量准确性测试中，样机以 1.0～2.5 m/s 的作业速度进行播种时，播种量的平均相对误差小于 4%，控制系统具有较好的动态调节能力。实地飞播测试中，样机以 1.0 和 1.5 m的高度播种时，种子分布在 12 cm 种行宽度内的平均概率超过 80%，成行性较好。考虑安全因素，优选 1.5 m 为样机的适宜作业高度。在作业高度为 1.5 m，3倍丸粒化稻种的播种量为 90～150 kg/hm2（对应裸种的播种量 22.5～37.5 kg/hm2），作业速度为 0.5～2.0 m/s 时，播种均匀性变异系数为 20.51%～35.52%。进一步分析发现，适当提升作业速度可提高播种均匀性。田间试验结果表明，播种量的相对误差分别为 2.47%和 4.12%，播种均匀性变异系数分别为 22.17%和 21.82%，种子破损率分别为 0.34%和 0.18%，满足相关标准的水稻飞播精度控制要求。该研究结果可为无人机水稻直播技术提供参考。

“农业水土工程”栏目

李朋飞等的《黄土丘陵沟壑区细沟发育形态的变化及其与侵蚀产沙的关系》（国家自然科学基金项目（41977059、U2243211）；陕西省自然科学基础研究计划资助项目（2022JQ-259）；陕西省教育厅资助项目（22JK0463））针对目前已有细沟侵蚀研究多基于室内模拟试验，无法反映野外真实细沟侵蚀规律的现状，以黄土丘陵沟壑区辛店沟流域为例，于野外自然坡面设置 5 个径流小区，结合放水冲刷试验（流量为 25、 40、 55、 70、 85 L/min）与地基三维激光扫描技术，研究细沟几何形态（长、断面宽、断面深），衍生特征（细沟宽深比、细沟密度、细沟割裂度和细沟平均深度等）和分形维数、地貌信息熵、分叉比的变化过程，以及不同指标与侵蚀量、沉积量、产沙量间的关系。

结果表明：1）随着冲刷时间增加，各流量梯度细沟断面宽度、断面深度、细沟平均深度和细沟割裂度大多呈递增趋势。而细沟宽深比与流量大小相关，低流量（ 25 L/min）下细沟发育主要呈“宽浅式”，较低流量（ 40 L/min）和高流量（ 85 L/min）下发育主要呈“窄深式”，中流量（ 55 L/min）和较高流量（ 70 L/min）细沟发育在“宽浅式”与“窄深式”间交替变化。2）随着冲刷时间增加，低流量下分形维数整体趋于平稳，其余流量波动较大；中流量下分叉比呈上升趋势，其余流量下均呈下降趋势；各流量梯度下地貌信息熵无明显变化规律，但其与产沙量的变化趋势基本一致，能够较好反映土壤侵蚀的动态变化。3）细沟平均长度、平均断面深度和细沟平均深度可分别用于评估较低流量下累计沉积量、侵蚀量和产沙量；同时，可用细沟平均深度评估低流量下累计侵蚀量和产沙量。平均断面宽度、平均断面深度及细沟平均深度可用于评估较高流量下累计侵蚀量。此外，随着流量的增大，各形态指标与累计侵蚀量、沉积量和产沙量关系的显著性减弱。研究可为深化认识坡面细沟侵蚀过程和机理提供参考。

郭静等的《基于 Google Earth Engine 和机器学习的耕地土壤有机质含量预测》（科技创新 2030 重大项目（ 2021ZD0113603）；2022 年度北京市农林科学院科研创新平台建设项目（ PT2022-24)）以藁城区的 Sentinel-2A MSI 数据和 Landsat8 OLI 数据为主要的数据源，结合 Sentinel-1 SAR 数据、 ECMWF/ERA5 气象数据和 USGS/SRTMGL1_003 高程数据，分别采用随机森林（Random Forest，RF）、梯度升级树（Gradient Boosting Decision Tree，GBDT）和支持向量机（Support Vector Machine，SVM）算法，在 GEE 平台对藁城耕地土壤有机质含量进行反演。

结果表明：基于Sentinel-2A 建立的模型（模型 A*）在预测 SOM 含量方面优于基于 Landsat8 建立的模型（模型 B*），GDBT 算法下的 Sentinel-2A的全变量模型取得了最佳结果（R2=0.759，RMSE= 2.852 g/kg）；考虑红边波段的 Sentinel-2A 数据建立的模型（A-1）比不考虑红边波段的模型（A-0），R2 提高了 9.752%；从不同的预测算法来看，GDBT 算法能较好地适用于研究区的土壤有机质预测，GDBT 算法、Sentinel-2A 与 GEE 的结合是土壤有机质预测制图的一种有效方法。该研究成果可为研究土壤有机质高效反演提供依据。

“农业信息与电气技术”栏目

翟卫欣等的《基于多元振荡黏菌算法的田路分割模型参数优化方法》（国家精准农业应用项目（JZNYYY001）；北京市科技计划项目（Z201100008020008）；中 国 科 协 科 技 智 库 青 年 人 才 计 划 项 目（20220615ZZ07110141））针对田路分割模型中参数选择方法效率较低且难以获得较好的方案，限制了模型分割性能的现状，选用基于方向分布的田路分割模型（ Field-Road Trajectory Segmentation Based on Direction Distribution，BDFRTS），尝试从参数优化的角度研究模型的性能提升。该研究建立了一种基于元启发式算法（Metaheuristic Algorithms，MA）的田路分割模型参数优化解决方案，并在黏菌算法（Slime Mould Algorithm，SMA）的基础上提出了一种改进的多元振荡黏菌算法（Multiplex Oscillation Slime Mould Algorithm，MOSMA）求解参数优化方案以更好地提高模型的分割性能。

MOSMA分别提出一种动态引导策略与多元振荡策略强化了黏菌的振荡收缩反应及细胞质的流动过程，进而增强了算法的优化能力。为验证所提参数优化方法的有效性，将博创联动提供的中国农机在 2021 年9 月底—10 月中下旬进行水稻收割的作业轨迹作为数据集开展试验。试验结果表明，该研究所提方法有效地提升了田路分割模型的准确性和性能。MOSMA-BDFRTS 分割模型在 10 组高密度轨迹中的平均准确率相比网格搜索田路分割模型、粒子群田路分割模型分别提高了 25 和 28 个百分点； 在 10 组低密度轨迹中分割的平均准确率分别提高了 17 和 14 个百分点。 该研究可为田路分割技术提供合理的性能优化方案，也为农业机械运动轨迹分割技术的效率研究提供参考依据。

吕佳等的《基于半监督SPM-YOLOv5的套袋柑橘检测算法》（重庆市高校创新研究群体项目（ CXQT20015））为解决柑橘经过套袋后其形状从圆形变为条状导致当前目标检测算法对套袋柑橘检测难度增大，同时目标检测算法性能依赖于有标记样本数量的问题，设计了一种基于教师学生模型的 SPM（Strip Pooling Module）-YOLOv5算法，在 YOLOv5 的骨干网络中加入条带注意力模块使模型更加关注条状的套袋柑橘与树枝，同时教师学生模型为半监督方法，使目标检测算法可利用无标记样本提升模型的性能，降低对有标记样本的依赖。试验结果表明，该算法在套袋柑橘与树枝检测的平均精度均值分别为 77.4%与 53.6%，相比 YOLOv5 分别提升了 7.5 个百分点与 7.6 个百分点，套袋柑橘检测的精度与召回率达到 94.0%与 76.2%。因此，基于教师学生模型的 SPM-YOLOv5 算法精度高、速度快，能有效用于套袋柑橘检测。

“农业生物环境与能源工程”栏目

张舜凯等的《基于热红外成像的温室番茄植株水分评估方法》（国家自然科学基金项目（ 51725904）；中央高校基本科研业务费专项资金项目（ 2021TC107））为在诸多热红外指标中筛选出可靠的作物水分评估指标并探明其最优获取方法与最佳监测时段，以西北旱区主要经济作物番茄为试验材料，设置 2 个灌水量水平（充分灌溉和 1/2 亏缺灌溉），通过对比3种干湿参考平面的选取方法（干湿红织物、干湿绿织物、人工喷涂介质），量化了包括作物水分胁迫指数（ Crop Water Stress Index， CWSI）、相对气孔导度指数 IG、叶片温度 Tleaf、叶气温差 ΔTleaf-air 在内的 4 个常用热红外指标与植株生理指标（气孔导度 gs、光合速率 An、叶水势 φleaf）间的响应关系，并明确了利用热红外成像技术进行番茄植株水分评估的最佳测定时段。

结果表明，以干湿红织物作为参考平面测得的 CWSI 与 gs、An、φleaf 间决定系数分别达 0.687、0.698、0.669， IG 与gs、An、φleaf间决定系数分别达 0.707、0.661、0.663，在3种方法中均最为显著。在12:00—14:00 时段热红外指标 CWSI和 IG 均与以上3个植株生理指标相关性最高，是利用热红外成像技术进行番茄植株水分监测的最佳时段，根据获得的相关函数可实时预测叶片缺水指标，依此判定植株水分状况并作为制定灌溉制度的依据。该研究结果可为作物缺水表型信息识别及高效灌溉调控提供理论依据。

“土地保障与生态安全”栏目

陈帅等的《黄河流域水资源、能源与粮食生产的时空匹配及阻尼效应》（国家自然科学基金项目（ 71773091））运用洛伦兹曲线与基尼系数评估黄河流域上中下游水资源、能源与粮食生产之间的匹配度，并基于柯布-道格拉斯生产函数引入粮食增长阻尼模型测算出黄河流域水资源与能源对于粮食生产的制约程度。

结果表明：1）黄河流域水资源、能源对粮食的基尼指数呈现出先减小后增大情形，黄河下游区域的匹配度要比上中游区域更为合理，2019 年下游区域水资源、能源对粮食都呈现出高度匹配状态情形。2）黄河流域水资源对于粮食生产的阻尼系数波动较大，且水资源对粮食增长阻尼作用呈现出 6 a一周期情形。能源对于粮食生产的阻尼作用呈现出稳步上升情形，且在2015 年后上升较快。在水资源与能源约束条件下，2019 年黄河流域粮食产量增长要比上一年分别降低 0.76%与 5.28%。3）黄河流域水资源阻尼系数呈现出西部小东部大情形，能源阻尼效应呈现中高约束状态集中在黄河上游东部区域与下游区域，低约束状态集中于黄河中游区域。另外，黄河流域水资源与能源阻尼系数具有典型的空间集聚特征，水资源阻尼效应高-高集聚区主要分布在黄河下游区域，能源阻尼效应低-低集聚区分布在中游北部区域。该研究结论可为黄河流域粮食的稳定增长与资源有效配置提供科学依据。

“农产品加工工程”栏目

赵亚等的《成膜预处理提高扇贝柱超声波辅助热泵干燥效率及品质》（山东省自然科学基金资助项目（ZR2020MC215））为了强化扇贝柱热泵干燥效率，提高干制品品质，以超声波预处理作为对照， 探究了（Sodium Alginate，SA），低甲氧基果胶（Low-Methoxy Pectin，LMP）和印度树胶（Gum Ghatti，GG）等 3 种成膜预处理对扇贝柱US 辅助热泵干燥特性及干制品品质影响。该研究首先采用超声（Ultrasonic， US）预处理扇贝柱，然后再分别采用 3 种可食性膜（海藻酸钠（Sodium Alginate，SA），低甲氧基果胶（Low-Methoxy Pectin，LMP）和印度树胶（Gum Ghatti，GG））预处理， US 处理后未经过成膜预处理的扇贝柱作为对照组（ Control Group， CK），探究成膜预处理对扇贝柱 US 辅助 HPD 动力学及品质特性的影响。基于低场核磁共振（Low-Field Nuclear Magnetic Resonance，LF-NMR）技术，采用单变量线性（Univariate Linear，UL）模型和偏最小二乘回归（Partial Least Squares Regression，PLSR）模型量化扇贝柱 LF-NMR 弛豫参数与干制品含水率和水分活度的关系，以期监测扇贝柱 HPD 进程。

研究结果表明：相比于 CK，成膜预处理导致扇贝柱有效水分扩散系数提高了 1.32%～8.41%。SA 和 GG 成膜预处理可以减缓扇贝柱干燥过程中不易流动水向结合水迁移的速率，同时增加了干燥过程中自由水的流动性，进而强化了干燥效率。相比于 CK，SA 和 GG 成膜预处理增加了扇贝柱硬度、弹性、内聚性和咀嚼性，降低了复水比、收缩率和总色差值；而 LMP成膜预处理降低了硬度和总色差值。综合考虑，US-SA 为扇贝柱 US 辅助 HPD 较适合的预处理方式。PLSR 模型表明，以 4 个 LF-NMR 参数为变量的回归模型可高精度地预测含水率和水分活度。该研究为扇贝柱热泵干燥增效、保质提供一种新型非热力预处理方式同时，基于LF-NMR 技术，为快速、无损监测扇贝柱热泵干燥进程提供理论依据和实践参考。

农业工程是一个综合性的交叉学科，是现代科学、技术和工程与农业产业化、现代化的有机结合。经国务院学位委员会研究批准，农业工程为工学门类下属“一级学科”，下设4个二级学科专业：农业机械化工程、农业水土工程、农业生物环境与能源工程、农业电气化与信息化；农业工程类下设 7个本科专业目录：农业工程、农业机械化及其自动化、农业电气化、农业建筑环境与能源工程、农业水利工程、土地整治工程、农业智能装备工程。本刊为中国科学技术协会所属全国一级学会中国农业工程学会主办的一级学报，面向全球读者，刊载农业工程一级学科及其相关工程技术研究新成果。本刊被EI Compendex（核心版）、Scopus、CA、CSA、CAB Abstracts、CSCD、《中文核心期刊要目总览》、《中国科技核心期刊目录》等权威数据库收录。本刊在农业工程类期刊排名中多项位列第一，2015年入选国家新闻出版广电总局“百强报刊”，多年连续入选“中国最具国际影响力学术期刊”“百种中国杰出学术期刊”“中国精品科技期刊”“RCCSE中国权威学术期刊”“科技期刊数字影响力100强”等。2019年获得中国科协等七部委联合实施的“中国科技期刊卓越行动计划”项目支持。2020年入选中国农林领域高质量科技期刊分级目录第一区（T1）。

以上就是本次小编整理的“《农业工程学报》2022年第18期,导读”，希望能帮到各位小伙伴，关注我们获取超多高校资讯信息。

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