基于Mathematica的平行光斜入射光栅衍射的模拟和可视化研究

光栅衍射作为大学物理的重要教学内容和教学难点,由于其理论推导和数学表达形式复杂,学生难以形成清晰的物理图像,导致课堂教学效果不理想。教材中仅对光垂直入射光栅时的衍射特性进行了讨论,但平行光斜入射光栅时的衍射特性却未被充分探讨,且这一领域的研究仍然有限。本文首先应用光的衍射理论推导出了平行光斜入射条件下单缝衍射和光栅衍射的光强分布表达形式,将单缝衍射和光栅衍射的研究由垂直入射推广到斜入射的情况。然后,应用Mathematica软件中的强大的交互式界面Manipulate,结合Initialization和Limit命令,对平行光斜入射情况下的单缝衍射和光栅衍射的光强分布进行了系统的模拟和仿真,分别绘制出单缝衍射的相对光强分布、多缝干涉的相对光强分布、光栅衍射的相对光强分布和衍射条纹分布情况。通过可视化过程,使学生深刻地理解光栅衍射的光强分布是单缝衍射和多缝干涉共同作用的结果,单缝衍射提供了光强分布的包络,而多缝干涉则决定了衍射条纹的具体亮暗变化,将抽象的光的衍射现象形象直观地动态演示出来,这有助于学生建立清晰的物理图像,深刻地理解单缝衍射和光栅衍射,极大地提高教学效果。

聊城市农田土壤污染评价及农业功能分区

为探索聊城市农田土壤污染状况及农业功能分区,以2017~2020年采集的74个表层土样为研究对象,测定了8种重金属元素(Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn和Ni)、BHC_(s)、DDT_(s)和BaP的含量。依据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》和《绿色食品产地环境质量》作为评价标准,采用污染指数法开展了土壤环境质量评价和农业功能分区研究。采用ANOVA和LSD多重比较,确定了污染物的空间分布差异及其来源。依据山东省土壤背景值进行了重金属潜在生态风险评价。结果表明,除3个DDTs污染样点和1个Cd污染样点外,其他样点均处于清洁水平。在空间分布上,DDTs和Cr含量存在极显著差异,BaP和Hg存在显著差异。农业功能分区结果表明,绿色食品种植区、无公害食品种植区、观察种植区和污染区面积分别占研究区总面积的78.13%、9.45%、6.52%和5.90%。土壤环境生态风险水平以轻微为主,占总面积的77.03%。Hg和Cd在生态风险评估中占有较大比率,应高度警惕和严格监管。

7个大蒜品种对葱蝇的抗性及与大蒜素含量的相关性分析

葱蝇是危害大蒜的重要的根蛆类害虫,长期依赖化学杀虫剂导致害虫田间抗药性水平逐年积累,并严重威胁环境安全和人类健康。为了明确大蒜品种对葱蝇的抗性差异并探讨其抗虫机制,本研究分析了取食不同品种大蒜对葱蝇生命参数的影响,调查了田间大蒜品种间葱蝇发生危害差异,测定并分析了不同品种大蒜素含量与抗虫性的相关性。结果表明,取食杞县蒜和苍山蒜对葱蝇生命参数的抑制效果显著高于取食四六瓣蒜和宝坻蒜,表现为幼虫发育历期延长,蛹重减轻,幼虫存活率下降,成虫寿命缩短并伴随繁殖力下降;田间调查发现葱蝇对杞县蒜和苍山蒜的危害程度显著低于四六瓣蒜和宝坻蒜;此外,杞县蒜和苍山蒜的大蒜素含量显著的高于四六瓣蒜和宝坻蒜,且不同品种间大蒜素含量差异与抗虫性差异表现为显著的正相关。综上所述,大蒜素含量较高的大蒜品种对葱蝇的抗性较强,选育并栽培高大蒜素含量的大蒜品种对于提高大蒜品质和减轻根蛆危害有重要作用。

基于流变分析的玉米去雄抽取式夹持装置研究

针对玉米去雄设备存在喂入困难、去雄率低、叶片损失严重的问题,该研究设计了一种抽取式夹持去雄装置,说明了其主要结构与工作原理。通过对雄穗夹持运动与受力分析,确定了影响去雄作业关键作业参数的取值范围。构建了玉米雄穗的Burgers流变数字模型,根据不同探头速度下雄穗力与变形的曲线拟合了流变数字模型参数,分析了充气夹持轮径向垂直刚度、两轮间距、充气夹持轮转速与抽取式夹持装置夹持力的关系。应用三因素三水平正交试验方法,以充气夹持轮径向垂直刚度、两轮间距、充气夹持轮转速为试验因素,去雄率、叶片损失率为评价指标,结果表明最优参数组合为充气夹持轮径向垂直刚度66.8 N/mm、两轮间距256 mm、充气夹持轮转速100 r/min,在最优参数组合下进行试验验证,得到去雄率为96.7%、叶片损失率为63.3%,较未去雄区域增产5.6%,符合行业标准和农艺要求,该研究为抽取式玉米去雄机提供了理论参考。

矮化密植红枣振动式采收机作业参数优化与试验

为提高新疆红枣的机械化采收率,针对矮化密植枣树种植和树体的特点,设计研制了基于电动三轮车的小型振动采收机,该机主要由电动三轮小车、振动直流电机、单偏心块、夹持装置等组成;分析振动落果条件,测量不同采收时期红枣与枣枝的连接力,三维建模仿真计算枣树的固有频率;对机具振动电机转速、偏心块重量、夹持高度和激振时长4个因素进行了单因素和正交田间试验,并进行了数据处理。结果表明,当电机转速1140 r/min,偏心块质量650 g,夹持高度300 mm,振动时间9 s,为最优组合,各因素对采收率影响显著强弱顺序依次为夹持高度、振动转速、偏心块重量和振动时长,对最优组合进行了验证试验,采收率平均为90.32%。该研究为矮化密植模式红枣振动采收机设计提供理论依据和技术参考。

多源异构数据和注意力门控机制的小麦产量预测

针对传统的单模态数据预测小麦产量存在精度不高的问题,提出一种结合多源异构数据和注意力门控机制的小麦产量预测方法。首先引入了特征级的门控策略,来捕获每个模态内部特征的信息变化;然后利用神经网络评估每个模态内的置信度分数,并构建模态间的有效信息获取模块;最后设计了基于Transformer的空间和通道注意力门控机制模块,将不同模态之间的有效信息进行充分的融合,从而获得最佳的预测特征表示。实验结果表明,所提方法与传统方法相比具有更高的预测精准度,RMSE和MAE分别仅为809kg/hm^(2)和522kg/hm^(2),R^(2)则达到了0.806,通过对河南省近10年的小麦产量进行预测,得到的三项评价指标均相对稳定,且展现出了较强的鲁棒性。消融实验也验证了该方法中的不同组件均能有效提高小麦产量的预测精度,可为相关部门制定保障粮食安全管理决策提供有力的数据支持。

大数据时代智慧农业实验室管理创新策略研究

大数据时代背景下,高校智慧农业实验室作为农业教育与科研的关键平台,面临管理革新需求。当前,这些实验室普遍采用的传统管理系统与智慧农业的快速发展不相匹配,限制了其潜能发挥。本文针对性地分析了智慧农业实验室的管理现状,并依托大数据技术,探索创新管理模式,旨在通过信息技术、智慧化及移动管理工具集成,优化资源配置与提升管理效率。提出的策略旨在最大化实验室资源效用,加速智慧农业教育与研究进程,推动该领域的持续创新与进步。

“胡焕庸线”两侧植被覆盖度地域分异的时空特征分析

探究“胡焕庸线”两侧植被覆盖度的地域分异对于生态环境保护与自然资源的可持续管理具有重要意义。本研究根据MODIS-NDVI遥感数据及相关研究资料,运用像元二分法量化了2000至2020年间植被覆盖的变化情况,并结合斜率分析、空间自相关分析、转移矩阵及相关分析法,系统分析了“胡焕庸线”东西两侧植被覆盖度的动态及降水对其的潜在影响。研究发现,中国植被覆盖度在“胡焕庸线”两侧展现出显著的空间异质性,西部地区普遍低于东部;冷点主要分布于线西,热点主要分布于线东。尽管过去21年间全国植被覆盖度经历了局部年度波动,但从整体趋势看呈上升态势,约有45%的地区植被覆盖水平实现了由低向高的转变。具体而言,“胡焕庸线”以西区域的年均植被覆盖度增长率约为0.0035/a,而线东地区则达到0.0059/a,且在各自区域内,植被显著增长的区域占比分别为53.22%和59.81%。此外,年降水量与年际间植被覆盖度的相关性在“胡焕庸线”两侧表现出空间上的差异化特征,即东部地区呈负相关,而西部则为正相关。综上所述,以“胡焕庸线”为界,中国的植被覆盖度在时间和空间上的分布特征凸显了其独特的地域分异性。本研究为理解我国植被生态系统的动态变化提供了重要依据。

辐射计辅助的地基GNSS-R土壤湿度反演方法研究

基于全球导航卫星系统反射信号(Global Navigation Satellite System-Reflection,GNSS-R)的土壤湿度监测弥补了传统测量方法的不足,是近年来遥感领域研究的热点。针对土壤粗糙度及植被含水量影响反演精度的问题,研究了利用辐射计数据辅助提升精度的方法。提出了一种基于非线性自回归模型的神经网络(NARX)的GNSS-R和辐射计数据融合的土壤湿度反演模型,通过信号处理的一般流程,进行现场实验,验证了该方法。结果表明,在测试集上所提出的反演方法相比于传统的GNSS-R方法,相关系数提高了77%,均方根误差下降了78%,与辐射计方法相比,相关系数提高了47%,均方根误差下降了68%,证明了该方法可以实现对固定区域土壤湿度的长期连续观测。

预制菜食品微生物潜在风险点分布及其原因探究

病原微生物污染是引发预制菜食品质量安全问题的重要因素,从原料到消费终端,每个环节都有可能出现微生物的污染。所以,探究预制菜每个环节的微生物风险点是非常必要的。本文针对预制菜原料生产、加工环节、仓储运输、消费环节潜在的微生物污染因素,进行系统分析总结,分析形成微生物污染的原因,讨论相关检测方法,以期为预制菜食品安全可持续发展提供参考。

基于改进ATSS模型的水稻叶片病害检测

针对传统水稻病害诊断方法依赖人工、容易误判等缺点,提出一种基于ATSS的水稻叶片病害检测模型。首先收集白叶枯病、胡麻斑病、叶瘟病这三种病害图像,构建水稻叶片病害图像数据集。然后在原ATSS模型的基础上,网络Neck部分采用FPN-CARAFE模块代替特征金字塔网络FPN,以减少上采样过程中的信息损失。同时,为提升模型的检测效果,回归分支的损失函数采用CIoU损失函数代替GIoU。改进ATSS模型的平均精度均值可达74.0%,相比于原ATSS模型提升了3.5%。与模型Retinanet、Faster R-CNN、Cascade R-CNN、FCOS、TOOD相比,改进ATSS模型取得了最高的检测精度,且在检测精度和速度上取得了最高的权衡。实验结果表明,改进后的模型能对水稻叶片病害有效检测。

微生物菌剂对菜心种子萌发及幼苗生长的影响

为探究微生物菌剂对菜心种子萌发及幼苗生长的影响,用10种微生物菌剂分别对菜心种子和菜心幼苗进行处理,研究了不同微生物菌剂对菜心种子发芽指数、幼苗生物量、壮苗指数、根系构型和光合色素含量的影响。结果表明,添加外源稀释400倍的微生物菌剂后,菜心种子发芽指数、幼苗壮苗指数、根系长度、根系表面积、根系体积和叶绿素(a+b)含量均得到不同程度提高。其中种子发芽指数以内生普里斯特氏菌(T1)处理较高,较清水(CK1)处理高出40.7%;幼苗壮苗指数和根系长度以耐盐芽孢杆菌(T4)处理较高,分别较营养液(CK2)处理高出50.0%和87.7%;根系表面积、根系体积、根系平均直径和叶绿素(a+b)含量以T1处理较高,分别较营养液(CK2)处理高出154.4%、89.7%、13.5%和19.3%,差异显著。隶属函数结果表明,稀释400倍的内生普里斯特氏菌(Priestia endophytica)处理对菜心促生作用最好。

氮磷钾用量和配比对“黔藿1号”种子产量及质量的影响

探讨配方施肥对“黔藿1号”种子产量和质量的影响,筛选适宜种子生产的最佳肥料配比,为“黔藿1号”种子生产的合理施肥提供参考依据。以“黔藿1号”两年生植株为试验材料,采用“3414”施肥试验设计,设置氮、磷、钾3因素,每个因素4水平,测定不同施肥处理对“黔藿1号”种子产量和质量的影响。结果表明:(1)N_(2)P_(2)K_(1)处理种子产量最高,N_(3)P_(2)K_(2)处理千粒重最高,N_(2)P_(2)K_(1)处理种子活力最高,N_(2)P_(2)K_(3)处理可溶性糖含量最高,N_(2)P_(1)K_(2)处理淀粉含量最高,N_(2)P_(3)K_(2)处理蛋白质含量最高,N_(1)P_(2)K_(1)处理含水量最高,较对照分别增加了86.81%、19.65%、12.87%、213.87%、29.93%、210.71%、20%,均差异显著。(2)结合隶属函数综合分析和肥料效应函数拟合得出,在处理N_(2)P_(2)K_(1)下,即氮磷钾施肥量分别为180 kg·hm^(-2)、270 kg·hm^(-2)和225 kg·hm^(-2),氮磷钾肥料配比为1∶1.5∶1.25时,“黔藿1号”种子可获得最高产量和最优质量。综上得出:在贵州省从江县生产区域“黔藿1号”种子最优氮磷钾肥施用量为180 kg·hm^(-2)、270 kg·hm^(-2)、225 kg·hm^(-2),氮磷钾肥料配比为1∶1.5∶1.25。

喷施糖醇钙和乳酸钙对‘蜜脆’苹果生理及品质的影响

为探究糖醇钙和乳酸钙在‘蜜脆’苹果生长过程中对其生理及品质的影响。本实验以‘蜜脆’苹果为试材,在其生长期间喷施不同浓度糖醇钙和乳酸钙,以清水为对照,测定和分析不同处理对苹果生长发育指标、果实品质以及苦痘病发病率的影响。结果表明,与对照相比,喷施适量钙肥总体上促进叶片生长,提高了苹果SPAD含量、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs),降低了叶片胞间CO_(2)浓度(Ci),显著增加了POD、SOD、CAT和Ca^(2+)-ATPase活性,提高了果实的单果质量、可溶性固形物,降低了果实可滴定酸含量,可促进果实着色,减少苦痘病的发生。因此,喷施不同浓度糖醇钙和乳酸钙,可提高‘蜜脆’苹果的单果重及果实品质,其中以乳酸钙1000倍效果最好。

基于云平台的车辆动态称重及监测系统研究

针对公路车辆动态称重数据具有差异性、资源利用率低和干扰多的问题,提出了一种基于云平台的车辆动态称重及监测系统。该系统结合大数据融合技术和云平台的优势,通过对所有称重设备获取的数据进行筛选和匹配,识别出车辆在道路上的行驶轨迹和重量信息,对车辆多次称重数据的核准比较来判断车辆称重数据的准确性;系统采用B/S结构进行通信,客户端和服务端采用云储存技术。测试结果表明,该系统能够实现对道路来往车辆的行为、称重数据、设备状态等全面的监测和管理,优化了数据处理流程,提高了称重过程的准确性和可靠性,为车辆超限超载检测提供了数据支撑和监督。

移动床生物膜反应器-生物滤池脱氮除磷中试研究

采用移动床生物膜反应器-生物滤池(MBBR-BF)一体化污水处理设备进行实际污水中试试验,考察曝气量对一体化设备挂膜启动阶段污染物去除效果的影响,探究低温环境下一体化设备适应性及污染物处理能力。结果表明:曝气量降低对COD和TN去除率影响较小,而NH_(3)-N与TP的去除率随之下降,NH_(3)-N平均去除率由87.46%降至48.64%,TP平均去除率由72.41%降至54.66%;常温环境下COD、NH_(3)-N、TN、TP平均去除率分别为92.48%、94.41%、49.39%和61.63%,低温环境运行对污染物去除效果有明显影响。中试应用试验状况良好,一体化设备在冬季低温环境下运行状况正常,可为农村生活污水的有效处理提供重要参考。

多花黄精种子物理特性试验研究

为获得多花黄精播种机设计参数,以贵州省多花黄精种子为研究对象,进行千粒重、比重、三维尺寸、含水率、种子活力,滑动摩擦角、滑动摩擦因数、休止角等物理特性试验研究。试验结果表明:多花黄精种子的含水率为34.46%,长宽厚平均尺寸分别为4.65 mm、4.04 mm、3.52 mm,球度为86.95%,平均千粒质量为44.98 g,休止角为26.29°,滑动摩擦角(不锈钢、有机玻璃、铝合金和塑料)分别为15°、13.7°、16°和17.3°,种子活力为97.25%。该研究填补了多花黄精种子重要特性参数研究的空白,为多花黄精播种机装置结构和性能参数设计提供理论依据。

设施智慧农场大数据平台开发与应用

针对设施农场存在劳动强度大、数字化与标准化程度不足以及智能化水平低等问题,研究旨在通过规范生产管理流程和提高温室自动化水平,降低劳动强度并提升农场精准化管理能力。基于Spark框架,研发设施智慧农场大数据平台。利用实验室研发的“神农物联”系列物联网系统,实现了设施环境的实时精准感知;基于钟模型构建作物生长发育模型,并融合构建知识规则,实现设施农事全过程管理的标准化;通过生长发育模型判断物候期,并运用LSTM模型对温室环境进行预测,在预测基础上实现对温室环境的智能精准控制。实验结果表明,平台显著提升了管理能力和智能精准控制水平,为设施农场的现代化管理提供了有力支撑。

崂山奶山羊不同泌乳期乳腺组织可变剪接的鉴定与分析

本研究对崂山奶山羊泌乳初期、高峰期和末期乳腺组织RNA-Seq数据进行可变剪接分析,共鉴定到151503个可变剪接事件,对应17627个可变剪接基因,6323个差异剪接基因,显著富集到细胞器、蛋白质结合、mRNA加工和RNA剪接等相关GO条目,主要参与催产素信号通路、钙信号通路、内质网中的蛋白质加工等,与乳腺组织生理活性密切相关的KEGG通路,筛选出PTEN作为参与乳腺发育及泌乳相关生理过程中调控网络的核心基因。研究结果表明,可变剪接在奶山羊不同泌乳期的乳腺组织具有发育阶段特异性,特有可变剪接基因与乳腺组织生理活性特点密切相关,在调控奶山羊乳腺组织发育及泌乳生理中发挥重要作用。本研究可为探究可变剪接机制调控奶山羊乳腺发育与泌乳性状的分子机理提供理论依据。

基于随机森林——贝叶斯优化的设施黄瓜生长模型研究

为解决当前设施黄瓜生产水平不高,设施环境难以精准调控、智能化应用不足等问题,本研究基于山东农业大学科技创新园园艺实验站日光温室内的环境数据和黄瓜生长数据,采用随机森林-贝叶斯优化算法(RF-BO)构建设施黄瓜定植期、伸蔓期、初花期及采收期生长模拟模型,并与随机森林(RF)算法建立的生长模型进行对比分析,结果表明:基于RF-BO构建的设施黄瓜生长模型在设施黄瓜各发育期的模拟效果均优于RF算法构建的设施黄瓜生长模型,各发育期生长模型的决定系数R2均在0.9以上,均方根误差RMSE范围在0.121~0.317之间,平均绝对误差MAE范围在0.096~0.221之间,可较为准确模拟设施黄瓜的生长动态过程。本研究所构建的设施黄瓜生长模型亦可为其他园艺蔬菜或作物的生长预测提供参考,从而为环境精准调控农业生产提供更加科学、可行的决策依据。