课程文献中心 更多>>

关键词： 羊草   紫花苜蓿   含水量   发酵品质   细菌群落  

摘要： 利用紫花苜蓿补播对草地进行改良和功能提升是国际上公认有效的草地管理办法,在松嫩平原羊草草甸补播紫花苜蓿可以达到生产生态双赢的目的。在雨热同季的地区,调制青贮饲料可以极大降低饲料的损失。本研究以羊草(Leymus chinensis)紫花苜蓿(Medicago sativa)混播草地第一茬饲草作为青贮原料,研究在不同添加(无添加、糖蜜、乳酸菌、糖蜜+乳酸菌)处理、不同含水量下,青贮60 d的混合青贮饲料发酵品质、营养成分以及微生物多样性的影响。主要试验结果如下: 1.含水量和添加剂均影响了青贮饲料发酵品质及营养成分,仅添加糖蜜或乳酸菌的处理中pH均不能降低至4.2以下,而同时添加糖蜜和乳酸菌可调制优质青贮。在降低pH的同时,饲料中的粗蛋白和可溶糖等营养物质得以保存,同时降低了不利于饲喂消化的中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量。隶属函数综合评分中,青贮原料萎蔫处理添加糖蜜与乳酸菌的青贮饲料综合品质最佳。 2.通过16S测序对青贮饲料微生物多样性进行分析表明,在门水平上,青贮发酵后所有组别中厚壁菌门成为优势菌群;从属水平上来看,含水量下降进行青贮的不添加组(WCK)中肠球菌属(Enterococcus)丰度占比33.73%,相比新鲜青贮的不添加对照组CK显著提高(P<0.05)。同时所有组别中新鲜样品糖蜜添加青贮组(M)中的果乳杆菌属(Fructilactobacillus)和魏斯氏菌属(Weissella)占比最高,有糖蜜添加萎蔫处理组(WM)中乳球菌属(Lactococcus)占比最高。在有乳酸菌添加的组别中,乳酪杆菌属(Lacticaseibacillus)均成为了优势菌属,但糖蜜与乳酸菌混合添加组相比于单一添加乳酸菌的处理组乳酪杆菌属相对丰度更高,其中萎蔫处理添加糖蜜和乳酸菌的青贮饲料组(WML)中的乳酪杆菌属丰度占比最高为48.78%。 综合评价得出,紫花苜蓿与羊草1:1进行青贮,饲料品质以及微生物多样性均受到了含水量和添加剂的影响。青贮原料萎蔫处理添加糖蜜与乳酸菌的混合青贮饲料综合品质最高。恰当的糖蜜添加能够促进发酵过程中有益菌群的生长,而乳酸菌的引入则有效地加速了青贮饲料的酸化过程,两者共同作用显著提升了青贮的整体品质。研究结果对混播草地青贮利用提供了理论依据和技术支持。

关键词： 粗放型绿色屋顶   结构配置   蓄水层   生物炭   植被   含水量   HYDRUS-1D  

摘要： 绿色屋顶因具有缓解城市内涝和城市热岛效应等功能被广泛采用。水分运移情况对绿色屋顶性能有着至关重要的影响,绿色屋顶水分运移过程主要为水体的入渗和蒸发,在降雨期间,土壤水分变化主要表现为雨水入渗到基质土壤和蓄水层里,导致土壤含水量增加直至饱和,产生地表径流。而在干旱天气下,绿色屋顶的水分消耗途径主要为植被的蒸腾作用。绿色屋顶的水文性能取决于绿色屋顶的水分运移能力,在基质类型、蓄水层、植被等不同的结构配置下,绿色屋顶的水分运移过程有较大差异,因此,研究不同结构配置下绿色屋顶的水分运移状态能帮助建立合理的绿色屋顶结构。同时,由于粗放型绿色屋顶的基质层厚度小于20cm,其持水能力有限,为了使粗放型绿色屋顶能够有效地发挥水分调控作用,在后期使用中,需要根据绿色屋顶的水分状况制定合理的灌溉方案进行灌溉。 本文采用缩尺模型试验和数值模拟两种研究方法,展开了对影响南宁地区粗放型绿色屋顶水分运移研究;利用有限元分析软件Hydrus-1D,模拟了不同结构配置下粗放型绿色屋顶的灌溉方案;探讨并提出了适合南宁地区且具有较高灌溉效率的粗放型绿色屋顶灌溉方案,为灌溉方案的设计提供依据,主要研究内容与成果如下: (1)考虑根系发育与根系吸水对绿色屋顶水分运移的影响,以及蓄水层对绿色屋顶基质土壤的水分补充作用,通过设置不同结构配置(植被类型、基质类型和蓄水层)下的绿色屋顶缩尺模型,同时在试验中监测了绿色屋顶的土壤物理性质、植被根系生长指标、水文特性和基质土水特性等数据,分析了绿色屋顶水分运移的影响因素。本试验可以为粗放型绿色屋顶的建设提供参考,同时为不同结构配置下的绿色屋顶在实际使用中的水文性能指标提供数据支撑。 (2)基于粗放型绿色屋顶缩尺试验,试验研究了影响绿色屋顶水分运移的因素。结果表明:a.蓄水层的设置能增加基质土壤的最大饱和含水量,而且能够有效的提高绿色屋顶的抗旱能力,减少绿色屋顶收到水分胁迫的天数;b.生物炭的加入会使得土壤的最大饱和含水率显著降低,原因是生物炭的加入导致了非毛管孔隙度的下降,从而引起土壤的最大饱和含水量减少;c.加入生物炭会显著影响植被生长状况,从而提高了绿色屋顶的抗旱能力,使得绿色屋顶受到水分胁迫的时间延迟了2-3天;d.不同植被由于根系发育情况的不同,使得它们的持水能力和抗旱能力都有所不同,根系发育越好的植被的持水能力较强,但是由于较快的水分消耗会导致它的抗旱能力较差。 (3)利用有限元软件HYDRUS-1D建立绿色屋顶数值计算模型,设计了六种灌溉方案,通过对六组常见结构配置的绿色屋顶(P1～P6)分别用六组方案进行灌溉,找出常见结构配置的绿色屋顶所适合的灌溉方案。根据结果所示:P1(种植马尼拉草,有蓄水层,无生物炭)和P5(种植马尼拉草,有蓄水层,生物炭占比5%)的最佳灌溉方案为:降雨后或灌溉后每3天灌溉15mm。P2(种马尼拉草,无蓄水层,无生物炭)、P3(种植佛甲草,有蓄水层,无生物炭)、P6(种植马尼拉草,有蓄水层,生物炭占比10%)的最佳灌溉方案为:降雨后或灌溉后每7天灌到饱和。试验为绿色屋顶的灌溉管理提供了参考。

关键词： 无人机   花生   高光谱图像   群体特征   株数   覆盖度  

摘要： 【目的 】花生是我国重要的油料作物之一，从无人机遥感影像中准确识别花生植株，实现快速、无损、准确的花生株数统计，对花生田间管理和高产具有重大意义。【方法 】文章以广东省河源市灯塔盆地花生种植基地为研究对象，利用无人机获取花生种植区域的高光谱图像（Hyperspectral Images,HSI）数据，利用提取花生平均覆盖度的方法近似估算花生株数。通过分析390～1 000 nm范围内高光谱图像特征，选取分割提取花生植株的有效特征波段，构建了包括光谱特征（Vegetation Indices,VIs）和群体形态特征（Morphological Parameters,MPs）在内共20个特征参数，并利用皮尔逊相关分析选择了12个参数。然后基于偏最小二乘回归（Partial Least Square Regression,PLSR）、随机森林回归（Random Forest Regression,RFR）和支持向量回归（Support Vector Regression,SVR） 3种算法，分别利用光谱特征、群体形态特征、联合光谱特征和群体形态特征构建花生平均覆盖度估测模型，并确定估算花生平均覆盖度的最优估测模型。【结果 】（1）在可见光区域，绿色植株与背景区域的差异明显且不存在重叠区域，671 nm处光谱反射率可有效区分花生植株与背景区域。（2）在使用PLSR、RFR和SVR 3种算法训练的模型中，SVR模型估测结果的精度最佳。（3）在单特征模型中，基于群体形态特征指数的模型精度优于基于最优光谱指数所构建的模型。在多特征模型中，联合光谱特征和群体形态特征所构建的模型精度更高、稳定性更强，PLSR、RFR和SVR 3种模型的R2分别达到0.56、0.58和0.75。其中，SVR模型的RMSE低至0.29株。【结论】基于SVR算法、光谱特征和群体形态特征所构建的模型能有效监测田间条件下的花生覆盖度水平，适用于基于无人机的花生苗期株数的实时快速检测，可为花生的精准管理生产提供一种快捷高效的技术手段。

关键词： 相机标定   瞳孔定位   立体匹配   三维重构   三维点拟合  

摘要： 瞳孔直径是一个重要的生理指标,它反映了人眼的生理状态和神经系统的功能活动。在医学、生理学、心理学等领域,瞳孔的直径数据扮演着不可或缺的角色之一。瞳孔直径数据可以帮助眼科医生评估眼睛的健康状况,医生可以根据病人的瞳孔直径对光反射的反应快慢,以诊断视网膜疾病、青光眼等眼部疾病。并且在进行视力矫正手术前,医生通常会测量患者的瞳孔直径,以确定手术的合适程度和方法。传统的瞳孔直径测量方法容易受到一些主观因素的影响,从而导致需要精确的三维测量或定位时存在困难。而基于双目视觉的瞳孔直径测量方法可以同时获取两个视角的图像信息,通过视差等技术更准确地获取物体的三维深度信息,消除了很多主观因素的影响,从而实现更精确的三维测量和定位。因此,本文基于双目视觉的相关原理来实现对瞳孔直径测量方法的研究,本文的主要工作如下: (1)本文系统性地研究了双目视觉测量方法的相关理论,利用Visual Studio 2022、OpenCV、Matlab等工具完成了基于双目视觉的瞳孔直径测量方法的设计与实现。此类方法包括相机标定、瞳孔定位、立体匹配、三维重构、直径测量等步骤。 (2)本文采用高精度光绘菲林加亚克力基板加固的棋盘格作为标定模板,型号为SM500的双目相机作为图像采集设备,通过张正友标定法实现了平均重投影误差为0.0137597像素的高精度标定。 (3)在瞳孔定位与瞳孔轮廓点立体匹配方面,针对双目相机采集到的近红外图像中,瞳孔区域和背景的平均像素强度之间的差异通常很小的情况,本文使用了基于New Black Top-Hat(NBTH)变换的瞳孔定位方法来对瞳孔轮廓进行精准定位,并且在此之上通过基于极线几何的立体匹配算法完成对轮廓点的匹配操作,得到瞳孔轮廓的匹配点,并通过与四种经典立体匹配算法进行比较来凸显出本文立体匹配方法的优势。 (4)通过视差-深度映射矩阵来实现轮廓点的三维重构,并通过Matlab来实现三维轮廓点的可视化操作,使得三维数据更加直观。最后,通过奇异值分解、均值化点的投影并在此之上运用最小二乘法来对得到的数据进行拟合操作,从中提取出所需的直径数据。 (5)最后为了对基于双目视觉的瞳孔直径测量方法的测量精度进行验证,本文设计了一种直径测量实验,通过在直板上高精度地打印出三个分别为3mm、4mm、5mm的圆形模板作为标准参照物进行测量,之后对测量结果进行分析从而对本文方法的可行性进行判断。

关键词： 小直径   井中核磁共振   原位探测   空间解析模型   高频电磁激发   近端参考天线  

摘要： 我国地下水石油烃污染形势严峻,石油烃污染监控与防治已成为维持地区经济可持续发展的重要保障。井中核磁共振原位探测技术可利用石油烃中的氢质子与电磁场的相互作用实现定向探测,目前已广泛应用于深部油气储层评价。相较于常规电磁类探测技术,井中核磁共振原位探测技术可直接获得井周石油烃的含量信息。然而,常规井中核磁共振原位探测仪器受制于探头尺寸,难以直接应用于水文监测井中。因此,研制面向水文监测井的小直径井中核磁共振原位探测仪器,对于提升区域地下水风险管控水平和治理能力具有重要的实际意义。 本论文针对水文监测井的探测需求,开展小直径井中核磁共振原位探测关键技术研究。针对井中永磁体姿态动态变化导致探测信号与探测位置难以实时对应的问题,提出了基于空间解析模型的井周背景磁场高效建模技术;针对井周核磁共振信号微弱导致探测仪器难以感知问题,提出了基于高频电磁激发的井周核磁共振响应信号增强技术;针对强电磁噪声导致数据信噪比降低问题,提出了基于近端参考天线的井中强电磁噪声自适应抑制技术。本论文的主要研究内容如下: (1)研究了基于空间解析模型的井周背景磁场高效建模技术。通过推导背景磁场建模方程,指出现有背景磁场建模技术难以兼容计算精度与计算效率,无法满足井周背景磁场高精度实时获取需求。为此,通过推导磁化电流被积函数的解析函数,给出永磁体与磁化电流间的数值关系,并将二重积分转化为三角函数大幅降低计算复杂度。同时,构建全局坐标系与运动坐标系间的映射关系,实现任意姿态角度下的实时计算。实验结果显示在相同计算精度的情况下,本论文所提出建模技术的计算效率相比商用有限元建模软件提升约18000倍。 (2)研究了基于高频电磁激发的井周核磁共振响应信号增强技术。通过推导响应信号与探测仪器参数间的函数关系,发现激发频率与响应信号呈指数正相关趋势。通过定位影响激发频率的关键元件场效应晶体管,对其建模分析发现栅极电荷容量与开关速率呈反比,进而优选出氮化镓场效应晶体管作为激发回路的核心元件。在此基础上,提出氮化镓场效应晶体管功率放大技术,构建适用于水文监测井中工作的高频功率放大回路。对比同类型的商用化井中核磁共振原位探测仪器,本论文提出技术将激发频率由0.25 MHz提升至2 MHz。 (3)研究了基于近端参考天线的井中强电磁噪声自适应抑制技术。通过计算信号源的磁场分布,确定信号源与参考天线间的互感耦合系数,为近端参考天线结构设计提供理论基础。同时,利用含噪信号模型比较不同自适应噪声抑制算法的噪声抑制性能,筛选出适用于井中核磁共振信号的快速高鲁棒性变步长最小均方根算法。基于弱耦合理论和自适应噪声抑制算法构建近端参考天线,配套多通道信号调理电路,实现井中强电磁噪声的自适应抑制。实验结果显示本论文提出技术在强噪声环境下探测数据信噪比提升约10.8 d B。 (4)基于上述关键技术,研制小直径井中核磁共振原位探测原理样机。通过开发配套上位机软件,实现调控指令发送和全波数据采集及存储等功能。同时针对探测仪器先激发后感知的工作模式,构建激发时序、能释时序以及采集时序设计逻辑及配套模块。通过测量不同含量石油烃污染物的核磁共振信号,验证了本论文所研制原理样机探测结果的有效性。

关键词： 锂离子电池   硅负极   两性离子   结构锁定   深共晶溶剂  

摘要： 随着现代科技的进步与社会的发展,电动汽车和便携电子产品迫切需要更高效的能源存储解决方案。锂离子电池（LIB）一直是这些应用的首选,石墨因其稳定性以及高能量密度成为了标准阳极材料。然而,石墨无法满足日益增长的更高能量密度的需求,其理论容量逐渐落后。为了解决这个问题,人们正在积极寻找合适的材料来替代商用电池中的石墨阳极。硅负极材料因其理论容量高、天然丰富和环境友好性而被认为是下一代高能电池最有前途的负极材料。然而,硅在锂化和脱锂过程中体积变化较大（大于300%）,且导电性差,这严重影响了电极的稳定性和动力学过程,进而阻碍了硅负极的广泛应用。因此,开发合成工艺简单的多功能粘结剂被认为是解决上述问题的有效途径之一。然而,如何兼顾粘结剂的高机械性能和优化硅负极的动力学过程,是制造高性能硅负极的关键。 针对以上问题,本论文构筑了新型两性离子复合聚合物粘结剂。提出了两性离子的结构锁定与离子环境调节策略,探究了两性离子结构与锂离子与锂盐的离子相互作用,揭示了两性离子的阴阳离子对硅负极电化学反应动力学的影响规律。本论文主要研究内容如下: （1）提出结构锁定与离子环境调节策略,利用原位热交联法,制备了两性离子聚合物粘结剂PAA-p（HEA-SBMA）。通过FT-IR、NMR、XPS进行结构表征,证明了PAA-p（HEA-SBMA）的成功合成。采用FT-IR和DFT计算,证明了两性离子的强离子相互作用可以锁定硅负极结构。XPS、GITT、DFT测试与计算结果表明,两性离子的离子吸附特性可有效加速锂盐的解离以及硅负极的电化学反应动力学过程。电化学测试表明,在0.5 C的电流密度下,初始比容量为3575.53 mAhg-1;经过1000次循环后,其放电比容量仍可达981.63 mAhg-1。此外,在2.44 mg cm-2负载条件下,电池经过150次循环充放电过程后,面积容量为2.09 m Ah cm-2。 （2）通过在深共晶溶剂中同时聚合和交联两性离子共聚物,制备了深共晶基底两性离子聚合物粘结剂（DES-PAS）。采用FT-IR、NMR和XPS证明了该粘结剂合成的充分性,此外FT-IR与NMR的测试结果表明,DES-PAS粘结剂中存在多重静电相互作用。CV、EIS测试结果表明,由于DES-PAS粘结剂结构中多重静电相互作用的存在,使得电极具有较高的电化学活性和较低的内阻。DES-PAS基电极在1 C电流密度下,初始比容量为3586 mAhg-1,循环200后容量保持率高达43.5%,大幅度优于PAA的9.1%。此外,DES-PAS两性离子粘结剂的制备仅需20分钟,无需进行任何去除溶剂或纯化的过程。

关键词： 苹果休眠芽   超低温保存   含水量   脂质代谢  

摘要： 苹果(Malus pumila Mill.)是具有重要经济价值的作物。休眠芽超低温保存是木本植物种质资源保存的重要方式,但超低温保存过程中多重胁迫下的休眠芽细胞完整性维持、存活再生机制尚未阐明。本研究以‘寒富’苹果休眠芽为研究材料,干燥获得不同含水量(moisture content,MC)的样品,进行程序降温、液氮保存、化冻回湿和恢复再生处理。通过测定不同含水量(40%、30%和20%MC)的苹果休眠芽超低温保存存活和田间嫁接再生率,分析不同处理过程中休眠芽水分组成、细胞完整性、活性氧(reactive oxygen species,ROS)积累和清除等变化,结合靶向脂质组学和甘油磷脂代谢关键磷脂酶活性及相关基因表达水平变化,解析苹果休眠芽超低温保存过程氧化胁迫诱导脂质重塑及甘油磷脂代谢响应模式。主要得出以下结论: 1.30%MC的休眠芽超低温保存再生率高达93.33%。40%MC的休眠芽因其自由水含量高,在超低温保存过程中易形成冰晶损伤,可能导致ROS的过度积累和脂质过氧化,加剧细胞氧化还原态和膜完整性的破坏,导致再生率低于30%MC休眠芽;30%MC的休眠芽水分组成主要为结合水和不易移动水,超低温保存过程中冰晶损伤程度低,抗氧化酶活性升高,有助于及时清除ROS,促进存活再生。 2.苹果休眠芽超低温保存过程发生脂质组分重构,不同含水量休眠芽脂质组分重构模式不同。30%MC休眠芽在超低温保存前后磷脂酸(phosphatidic acid,PA)、磷脂酰胆碱(phosphatidyl choline,PC)和磷脂酰乙醇胺(phosphatidyl ethanolamine,PE)组分协同响应,有利于存活再生。PA在超低温保存过程中相对含量显著高于40%MC,PA有利于传递低温胁迫信号,进一步调控其他甘油磷脂代谢。PC、PE相对含量表现为液氮保存前显著低于40%MC,化冻回湿后显著高于40%MC。30%MC休眠芽通过保存前降低膜流动性,回湿后提高膜流动性,有利于休眠芽恢复再生。 3.苹果休眠芽超低温保存过程中,30%MC休眠芽Md DGK4与Md PI-PLC6表达显著上调,调控PA和磷脂酰肌醇(phosphatidyl inositol,PI)的合成;并促进PC合成基因Md LPCAT2、Md PDCT,以及PC水解基因Md PLD3/5/7、Md PDAT、Md PLA2基因代谢响应。30%MC休眠芽通过调控脂质成分和组成以及膜流动性,有利于休眠芽在超低温处理过程多重胁迫下存活再生。 综上,苹果休眠芽超低温保存适宜含水量为30%MC。超低温保存过程中自由水含量低不易形成冰晶损伤,有利于存活再生。不同含水量休眠芽膜脂重塑模式不同,保存前降低膜流动性-回湿后提高膜流动性,促进存活再生。该研究为休眠芽超低温保存再生提供理论和技术支撑。