改进UNet-VAE网络的土壤多类型孔隙三维分割方法

不同类型土壤孔隙结构会随生物活动和非生物作用发生形变,从而影响其生态功能,准确分割不同类型的孔隙结构对于研究孔隙结构与生态功能演变关系具有重要意义。针对单个类别孔隙的分割方法分割精度低、分类标准单一、鲁棒性差,无法准确分割和判别生物孔隙、裂隙等相交部分孔隙结构的问题。该研究针对不同类型孔隙尺度差距大的特点,提出了一种改进UNet-VAE网络模型,实现土壤多类型孔隙分割。改进UNet-VAE网络引入多尺度特征融合注意力模块,以实现多尺度信息融合和冗余信息筛选。结合变分自动编码器生成网络(variational autoencoder,VAE),引入噪声和辅助损失函数,以增强网络的泛化能力和鲁棒性。试验结果表明:改进UNet-VAE方法在土壤多类型孔隙(裂隙、生物孔、不规则孔隙和球状孔隙)三维分割中达到了93.83%的平均准确率,与次优VNet方法相比,平均准确率、精确率、召回率和F1值分别提升了3.32,5.06,8.97和8.63个百分点,特别是对于不规则孔隙4项指标分别提升了4.88,15.46,15.70和15.50个百分点,表明改进UNet-VAE法可准确分割多类型孔隙,也验证了深度学习技术在多类型孔隙判别的有效性,可为揭示土壤孔隙结构与演化研究提供有效工具。

新发展理念下发展绿色金融与财政政策研究:协同效应与实现路径

在党的二十大关于“降碳、减污、扩绿、增长”四个目标协同推进的绿色发展指引下,如何发挥绿色金融与财政政策的协同效应助力高质量发展,成为重要的研究课题。本文基于协同学视角,在总结梳理现有文献与政策要求的基础上,阐述绿色金融与财政政策在构建生态文明中的重要作用,以财税及金融政策为主要研究路径,探讨两者的理念与目标,深入挖掘两者的协同机理与必要性,构建相互协同机制,为生态经济发展提出进一步的优化发展路径。

射干药效物质基础成分鸢尾黄素、鸢尾甲黄素A的pKa值测定

目的 采用高效液相色谱法测定鸢尾黄素、鸢尾甲黄素A的pKa值,为其剂型设计提供参考。方法 采用乙腈-不同pH值磷酸缓冲盐水溶液为流动相,在检测波长265 nm下,依次测定鸢尾黄素、鸢尾甲黄素A的保留因子,从而计算pKa。结果 鸢尾黄素的pKa为6.49、鸢尾甲黄素A的pKa为6.51。结论 采用高效液相色谱法测定鸢尾黄素、鸢尾甲黄素A的pKa值,方法简便、有效。

深层土壤硝态氮原位实时检测系统设计与开发

硝酸盐是植物氮素营养的重要来源,低成本、微损的深层土壤硝态氮含量原位检测一直存在瓶颈。基于土壤光谱特性,设计了一款低成本、深层土壤硝态氮原位实时检测系统。该系统基于单光谱波段,可深层植入土壤中进行原位测量,利用钛烧结滤芯采集土壤溶液,通过220 nm波段的紫外光灯作为照射光源,根据吸光度原理和电压电流转换放大电路,检测采集到的土壤溶液中硝态氮的含量,同时采用LoRa无线传输模块将数据自主传输至上位机,无需人工干预,无需对土壤样本进行采集和处理,不仅降低了检测成本,而且降低了人力成本。土壤硝态氮预测模型的预测决定系数R^(2)、相关系数R、均方根误差RMSE分别为0.9822、0.9911、0.0092,满足实际应用测量的准确度。

基于层级和全局特征结合的蛋白质序列EC编号预测

酶功能的识别对理解生命活动的机制、推进生命科学的发展有重要作用。然而现有的酶EC编号预测方法,并未充分利用蛋白质序列信息,在识别精度上仍有所不足。针对上述问题,本研究提出一种基于层级特征和全局特征的EC编号预测网络(EC number prediction network using hierarchical features and global features,ECPN-HFGF)。该方法首先通过残差网络提取蛋白质序列通用特征,并通过层级特征提取模块和全局特征提取模块进一步提取蛋白质序列的层级特征和全局特征,之后结合两种特征信息的预测结果,采用多任务学习框架,实现酶EC编号的精确预测。计算实验结果表明,ECPN-HFGF方法在蛋白质序列EC编号预测任务上性能最佳,宏观F1值和微观F1值分别达到95.5%和99.0%。ECPN-HFGF方法能有效结合蛋白质序列的层级特征和全局特征,快速准确预测蛋白质序列EC编号,比当前常用方法预测精确度更高,能够为酶学研究和酶工程应用的发展提供一种高效的思路和方法。

激光焊接及焊后热处理K439B合金的显微组织与力学性能

对应用于发动机涡轮上的新型镍基合金K439B进行激光焊接实验,研究焊后热处理对接头显微组织和力学性能的影响。半定量分析结果表明,热处理后接头各区域γ′相均发生长大,一次γ′相和二次γ′相半径分别约为25和150 nm。力学性能测试结果表明,焊后热处理可使焊缝区硬度提高约HV 100,由γ′相提供的临界恢复剪应力从4.8 MPa提高到92 MPa;另一方面,热处理后接头的抗拉强度和屈服强度与母材的相当,大量碳化物的存在导致接头在拉伸过程中优先断裂于母材处。

基于改进的PSPNet网络的毛白杨根系自动分割量化系统

针对毛白杨微根管图像中根系颜色不均匀、形态不一致、目标背景差异小的特点,以及现有根系图像处理软件无法批量分割的问题,提出一个基于深度学习网络的毛白杨根系自动分割量化系统。该系统包括根系图像自动分割和根系特征量化两个部分。首先,提出以EPSANet50为骨架的PSEPNet网络(pyramid scene efficient parsing network, PSEPNet)实现毛白杨根系图像的自动高精度分割;其次,使用骨架细化法提取根系中心像素轮廓;最后,运用数学统计方法提取根系数量、根系长度等多特征参数,实现对毛白杨根系特征的量化表达。结果表明:PSEPNet网络对毛白杨微根管根系图像具有良好的分割效果,其准确率为0.981 9,召回率为0.884 9,精确率为0.830 9,F1值为0.851 2,能够实现对根系数量、根系长度、根系投影面积等特征的量化,可为基于微根管技术对林木生长规律的研究提供技术支持和数据基础。

丙氨酸衍生物的合成及对碳钢的缓蚀性能研究

以丙氨酸为原料制备丙氨酸盐酸盐,再通过酰胺化反应,合成丙氨酸衍生物,采用红外和核磁共振氢谱对产物结构进行了表征。利用失重法、电化学方法和扫描电镜研究了丙氨酸及丙氨酸衍生物在30℃、0.5 mol/L硫酸介质中对碳钢的缓蚀效果。结果表明,丙氨酸衍生物由于增加了疏水烷烃长链,缓蚀效果明显优于丙氨酸。失重法和电化学法缓蚀性能测试均表明在丙氨酸衍生物投加量300 mg/L时,缓蚀率即可达到90%以上。缓蚀剂在碳钢表面的吸附符合Langmuir吸附模型。丙氨酸衍生物在较低质量浓度(50~100 mg/L)时对阳极金属氧化反应起到抑制作用,为阳极型缓蚀剂;在较高质量浓度(200~500 mg/L)时会同时降低阴极析氢反应和阳极金属氧化反应的速率,从而降低整体腐蚀反应的速率,为混合型缓蚀剂。

邻甲苯磺酰胺三元复配缓蚀剂的缓蚀性能研究

为了研制出用量少、效率高的低毒高效缓蚀剂,采用失重法、电化学和扫描电镜(SEM)研究了邻甲苯磺酰胺(OTS)、碘化钾(KI)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)复配的三元缓蚀剂在0.5 mol·L^(-1)硫酸溶液中的缓蚀作用。通过正交试验得到三元缓蚀剂最优浓度比为OTS∶KI∶CTAB=15∶6∶5,总浓度130 mg·L^(-1)时,缓蚀率可达98.18%。添加三元缓蚀剂后腐蚀过程的活化能增大,说明腐蚀反应更难发生。三元缓蚀剂符合Langmuir吸附等温式,在碳钢表面的吸附为自发的弱化学吸附过程。极化曲线法和电化学阻抗法(EIS)计算的缓蚀率均与失重法一致。极化曲线表明三元缓蚀剂是以抑制阳极反应为主的混合型缓蚀剂。SEM微观相貌可看出添加三元缓蚀剂后,碳钢表面几乎无腐蚀痕迹,说明三元缓蚀剂分子之间具有缓蚀协同作用,形成了致密牢固的保护膜。

气相色谱-质谱法中4种不同捕集方式对茶叶香气成分测定的影响

采用固相微萃取(solid phase microextraction,SPME)、吹扫捕集-热脱附(purge&trap-thermal desorption,P&T-TD)、搅拌磁子吸附(stir bar sorptive extraction,SBSE)、动态顶空吸附(head space sorptive extraction,HSSE-1、HSSE-2和HSSE-3)4种捕集方式联用气相色谱-质谱仪对杭州龙井茶、黄山毛峰茶、山东崂山茶和福建乌龙茶进行分析,研究茶的挥发性香气组分。结果显示:茶的香气主要由烯类、醛类、醇类、酮类、酯类、酸类、芳香族化合物、含氮化合物、杂环化合物、含硫化合物、酚类化合物组成;4类茶均含有大量的烯类、醛类、醇类和酮类化合物,其中福建乌龙茶含量最高;杭州龙井茶、黄山毛峰茶和山东崂山茶属绿茶类,酯类、杂环类、芳香族类以及酚类化合物含量相对较高;通过HSSE-1、HSSE-2对茶叶香气成分进行对比,冲泡前后组分种类和含量略有不同。组分之间的差异使茶形成不同产地不同种类的茶叶的特有风味。

种子引发机理研究进展及牧草种子引发研究展望

对30多年来种子引发处理在细胞膜修复、贮藏物质动员和能量转化、转录和翻译与诱导合成保护物质、细胞分裂的促进作用等方面的研究进展进行了综述,简述了近年来我国初步开展牧草种子引发研究的进展,提出了今后种子引发研究的重点命题及在牧草种子引发研究、技术应用与临亡牧草种质抢救保存中的展望。

基于CT扫描技术的土壤孔隙定量表达优化

现有土壤孔隙量化方法主要通过图像处理软件实现孔隙结构的辨识与分析,此类通用的图像处理软件或医学处理软件未考虑土壤内部物质的复杂多变性以及孔隙结构的细小和不规则性,从而导致孔隙分割精度低进而量化误差大,为解决这一问题,本文针对土壤CT图像的特点提出了一种孔隙量化方法。该方法主要包括图像处理和量化分析两部分:选用自适应中值滤波算法去除噪声对孔隙边缘的影响,并采用迭代最佳阈值法与Canny边缘检测算子相结合的方法,准确识别出土壤孔隙结构及轮廓线;运用数学统计方法定量研究土壤孔隙率、孔隙数目、分形维数、成圆率等几何指标,用以揭示孔隙结构的复杂性和不规则性,实现对土壤孔隙的量化分析。最后,以冻融循环作用下的土壤为应用对象验证该方法性能。结果表明,本文方法能精确地定位孔隙轮廓,有效地分割孔隙结构,而且通过多种孔隙几何指标的量化可揭示出冻融循环作用对土壤结构的影响,为孔隙几何特征和空间特征的量化表达奠定了基础。

基于灰度-梯度特征的改进FCM土壤孔隙辨识方法

土壤孔隙的拓扑结构决定了土壤水分保持和传导能力,对土壤生态过程与功能具有重要影响,但现有土壤孔隙辨识方法存在孔隙边界判别不准确和运行效率较低的问题。为解决这一问题,提出一种基于土壤CT图像灰度-梯度特征的改进模糊C均值(GFFCM)孔隙辨识方法。该方法利用拉普拉斯算子建立灰度-梯度二维特征矩阵,并结合土壤相关先验知识分区构造初始隶属度矩阵和确定聚类数目;然后,基于初始条件实现土壤结构的模糊划分;最后,运用孔隙辨识准则对模糊聚类结果进行优化,完成土壤孔隙结构的精准辨识。以非饱和土壤CT图像为应用对象验证孔隙辨识方法的性能,通过与传统FCM法、快速FCM法(FFCM)的比较,表明GFFCM法有效克服了传统FCM法在隶属度矩阵和聚类数目初始化的不足,解决了初始值制约辨识精确度的问题,在保证孔隙辨识精度的前提下具有较高的执行效率。

超声引导下穿刺活检术对胸部肿瘤的诊断价值

目的探讨超声引导下穿刺活检术对胸部肿瘤的诊断价值。方法分析141例多种胸部肿瘤患者经皮超声引导下穿刺活检术后的病理结果,根据肿瘤所在部位及最大长径各分为3组,分别比较各组病理诊断的检出率。结果①超声引导下经皮胸部肿瘤穿刺活检取材的成功率为90.07%;②肺周围型组、胸壁组、纵隔组检出率分别为88.14%、95.83%、65.00%,肺周围型组与胸壁组比较差异无统计学意义(P>0.05),肺周围型组、胸壁组与纵隔组检比较差异均有统计学意义(P<0.05);③最大长径≥1.5cm且≤2.0cm(A组)、最大长径2.0～3.0cm(B组)、最大长径≥3.0cm(C组)的检出率分别为22.22%、80.77%、95.65%,A组、B组与C组检出率两两比较差异均有统计学意义(P<0.05)。结论超声引导下经皮胸部肿瘤穿刺活检术是一种安全、微创、操作简单的诊断技术,尤其是肺周围型及胸壁肿物或肿物最大长径≥3.0cm的取材成功率及获得明确病理诊断检出率较高。

三种仪器测量白内障眼生物学参数的比较

目的:比较最新的IOL Master 700与已广泛应用的IOL Master 500及A型超声测量白内障眼生物学参数的一致性,分析评价IOL Master 700在白内障术前检查中的测量优势。方法:前瞻性研究。随机选取2018-04-05/04-20于我院住院行白内障超声乳化摘除及人工晶状体植入手术的年龄相关性白内障患者共52例100眼(其中4例为单眼),对所有患者分别采用IOL Master 700、IOL Master 500、A型超声波(A超)进行检查,获取眼轴长度(AL)、角膜曲率(Km)、中央前房深度(ACD)、角膜横径(W-W)、瞳孔直径(P)等参数。结果:IOL Master 700、IOL Master 500、A超对AL和ACD的检出率分别为98%、87%、99%和100%、99%、99%;IOL Master 700、IOL Master 500对Km的检出率分别为100%、99%;对W-W及P的检出率均为99%。其中高度近视伴后巩膜葡萄肿且AL≥26mm的24眼,IOL Master 700、IOL Master 500、A超的AL检出率分别为96%、79%、96%。三种设备间测得的AL、ACD有差异(F=11.58,P=0.03;F=12.46,P=0.02),Km、W-W、P的参数无差异(均P>0.05)。三种设备对AL测量的平均差值:IOL Master 700和IOL Master 500为0.05±0.12mm,IOL Master 700和A超为0.16±0.14mm;三种设备对AL≥26mm的AL测量的平均差值:IOL Master 700和IOL Master 500为0.17±0.16mm,IOL Master 700和A超为0.55±0.22mm,IOL Master 500和A超为0.11±0.17mm。Pearson相关性分析显示各设备间在AL测量结果中具有较高的相关性,IOL Master 500与IOL Master 700(r=0.85,P=0.03);IOL Master 500与A超(r=0.69,P=0.02);IOL Master 700与A超(r=0.61,P=0.03);通过Bland-Altman法对各设备的AL数据进行一致性分析,显示结果的一致性较好。结论:三种设备的不同眼部生物测量结果一致性较高。IOL Master 700对AL的检出率高于IOL Master 500;同时在高度近视伴后巩膜葡萄肿的AL测量中,IOL Master 700测量的精确性及可靠性更高。与传统检查设备相比,IOL Master 700更好的穿透力和精准度可以提供更加精确的测量参数。

羟基磷灰石-玻璃离子水门汀的机械性能、氟释放行为与抑菌效果

目的:检测加入羟基磷灰石的改良玻璃离子水门汀(HA/GIC)的机械、氟释放与抑菌性能。方法:制备含28%HA质量分数的HA/GIC,利用万能材料试验机测试GIC和HA/GIC的抗弯强度与抗压强度,利用扫描电镜观察材料表面微观形态,采用氟离子选择性电极测定氟释放累积量,利用荧光原位杂交检测GIC和HA/GIC对总菌和变形链球菌的抑菌效果。结果:HA/GIC的抗弯强度、抗压强度与氟释放累积量显著高于对照组GIC(P<0.05)。GIC内部存在较多不规则聚合单体颗粒和微裂缝,HA/GIC内羟基磷灰石颗粒与GIC原有成分结合紧密。HA/GIC对总菌和变形链球菌的抑菌效果强于传统GIC。结论:羟基磷灰石GIC具有优良的机械性能、氟释放效果与抑菌效果。

基于CT图像的土壤孔隙结构重构

土壤孔隙的几何结构和空间特征决定了土壤的透气性和保水性,对土壤功能多样性和生态修复具有重要影响,但现有对土壤孔隙的研究中,缺乏可直观性和定量性对孔隙特征进行描述的工具和方法。针对这一问题,本文采用基于面绘制的移动立方体法(Marching cubes,MC)和基于体绘制的光线投射法(Ray casting,RC)还原土壤孔隙的几何形态和空间分布。以单个孔隙和不同孔隙密集程度的土壤孔隙CT图像为应用对象进行实验,结果表明,2种算法的重构效果均不受土壤样本孔隙密集程度的影响。其中,MC算法重构出的孔隙结构存在边界锯齿化和缺失的现象,且其孔隙体积也小于实际情况;而RC算法重构的孔隙轮廓清晰,结构真实,可完整地呈现出孔隙结构的细节信息。为进一步评价2种算法的重构性能,采用模型品质、绘制速度和内存消耗3个指标进行实验结果的比较分析。结果表明,MC算法存在二义性的不足,使得孔隙结构存在一定程度的失真,重构的孔隙模型质量一般,但由于其只针对表面体素进行重构,因而具有较快的绘制速度和较小的内存消耗;而RC算法采用为每个体素分配不透明度和光强的方法来合成模型,避免了MC算法的缺点,能够保持孔隙模型的细节信息,但由于其重构过程中所有体素点都参与运算,使得其绘制速度较慢,内存占用较大。通过对模型品质、绘制速度和内存消耗3个指标的综合分析,RC算法更加适用于土壤孔隙的三维重构,不仅为土壤孔隙的可视化分析提供了一种较为先进的方法,也为研究土壤水分和养分的运移以及空气的交换奠定了技术基础。

高效液相色谱法对化妆品中低浓度碘丙炔醇丁基氨甲酸酯(IPBC)的检测

碘丙炔醇丁基氨甲酸酯(IPBC)在化妆品中含量极少,并对紫外线敏感,建立了一种不同的化妆品样品前处理方法,采用高效液相色谱/二极管阵列检测器(HPLC/DAD)检测。使用C18反相色谱柱(5μm,250 mm×4.6 mm),以乙腈-水为流动相进行等度洗脱,用DAD检测器扫描检测。对样品前处理条件,如前处理方法、萃取剂种类、萃取剂体积进行讨论。以保留时间结合待测物的紫外吸收光谱进行定性分析,采用外标法进行定量分析,定量检测波长为204 nm。所建立的方法可在10 min内完成对化妆品的检测,被测防腐剂与化妆品杂质分离均达到基线分离。实验结果表明,在0.001~0.05 mg/mL范围内,IPBC的质量浓度与相应的峰面积比值呈良好的线性关系。方法的平均回收率为109%~85%,相对标准偏差(RSD)为0.62%~4.93%,检出限为6.92×10-2mg/kg。

火绒草对系膜增生性肾小球肾炎炎症反应的影响

目的探究火绒草对系膜增生性肾小球肾炎炎症反应的影响。方法采用大鼠MsPGN模型,随机分成假手术组、模型组、火绒草水提物高(2.70 g/kg)、中(1.35 g/kg)、低(0.68 g/kg)剂量组、中药阳性对照组(雷公藤多苷组,20 mg/kg)和西药阳性对照组(盐酸贝那普利片组,40 mg/kg)。观察肾脏病理变化,测定模型大鼠血清肌酐、尿素氮水平,以及血清中TNF-α、IL-6水平,并检测肾脏组织中NF-κB、IκB、PI3K、Akt蛋白表达。结果火绒草提取物高剂量组可显著降低血清肌酐水平,并且高、中、低剂量组均可降低血清尿素氮水平;高、中剂量组可降低血清中TNF-α水平,并且高剂量组可降低血清中IL-6水平;高、中剂量组可降低NF-κB、磷酸化PI3K、磷酸化AKT蛋白表达,并且可升高IκB蛋白表达。病理形态学观察显示,火绒草高剂量组肾组织损伤有一定改善。结论火绒草可能通过影响NF-κB、PI3K/Akt信号分子的活化,抑制了炎症因子的释放、系膜细胞的増殖以及细胞外基质的增生,发挥肾脏保护作用。

不同产地火绒草HPLC指纹图谱的建立及化学模式识别

目的建立不同产地火绒草Leontopodium leontopodioides(Willd.)Beauv.HPLC指纹图谱,并进行化学模式识别。方法火绒草50%乙醇提取物的分析采用Phenomenex C_(18)柱(250 mm×4.6 mm,5μm);流动相0.1%磷酸-乙腈,梯度洗脱;柱温25℃;体积流量1.0 mL/min;检测波长290 nm。结果 35批样品指纹图谱中有19个共有峰,相似度0.819～0.982。29批样品分为2大类,生态环境相似或地理位置相近的样本被归类一起。主成分分析中铁岭昌图泉头镇产地(S4)综合得分最高,表明其成分含有量较其他产地高。主成分分析结果与聚类分析所得结果相吻合。结论该方法准确稳定,重复性好,可用于火绒草的质量控制。