玉米秸秆纤维素和半纤维素NIRS特征波长优选

预处理是提高玉米秸秆生物转化利用效率的有效途径。玉米秸秆经生物炼制转化为生物燃料时,转化率与其原料内的纤维素和半纤维素含量直接相关。为了实现对预处理后玉米秸秆的生物炼制过程的有效调控,提出使用近红外光谱(NIRS)对玉米秸秆的纤维素和半纤维素含量进行快速检测,解决传统化学方法测试速度慢、成本高的问题。为了提高NIRS检测的效率和精度,将遗传算法与模拟退火算法相结合构建遗传模拟退火算法(GSA)用于预处理后玉米秸秆纤维素和半纤维素含量NIRS特征波长优选。GSA算法以NIRS波长点数为码长进行二进制编码,以偏最小二乘法(PLS)回归模型的交叉验证均方根误差为目标函数,结合温度参数设计适应度函数,基于Metropolis判别准则实现扰动解的选择复制,能够在避免早熟的同时有效提高进化后期的搜索效率。采用碱预处理、生物预处理及其相结合的方法对采集的玉米秸秆进行预处理后制备样品120个,并测定其纤维素和半纤维素含量及NIRS。使用7点Savitzky-Golay平滑结合多元散射校正和标准正则变换对光谱进行预处理后,利用Kennard-Stone法按3∶1比例划分校正集和验证集。然后,使用GSA算法对NIRS全谱进行特征波长优选(记为Full-GSA)、对协同区间偏最小二乘法(SiPLS)优选后谱区进行特征波长优选(记为SiPLS-GSA)、对反向区间偏最小二乘法(BiPLS)优选后谱区进行特征波长优选(记为BiPLS-GSA),并使用PLS回归模型和验证集对特征波长优选结果进行评测。Full-GSA以全谱1 557个波长点为基因,执行16次算法,优选出118个纤维素特征波长点和164个半纤维素特征波长点。SiPLS-GSA经SiPLS优选的纤维素和半纤维素谱区波长点数分别为388个和160个,再经GSA进一步优选后得到157个纤维素特征波长点和148个半纤维素特征波长点。BiPLS-GSA经BiPLS优选的纤维素和半纤维素谱区波长点数分别为358个和180个,再经GSA进一步优选后得到130个纤维素特征波长点和153个半纤维素特征波长点。结果表明,通过波长优选,不仅参与建模的波长点数量显著减少,而且回归模型的性能显著优于全谱建模。其中,采用Full-GSA优选的纤维素特征光谱回归性能最佳,采用SiPLS-GSA优选的半纤维素特征光谱回归性能最佳。回归模型验证集的平均相对误差(MRE)分别为1.752 4%和2.020 8%,较全谱建模分别降低了13.636 6%和25.368 4%。基于结合温度参数设计适应度函数的策略构建的GSA具有良好的全局搜索性能,适用于玉米秸秆纤维素和半纤维素含量NIRS特征波长优选。GSA以全谱每个波长点为染色体基因的编码方案适用于NIRS全谱的特征波长优选。GSA同样适用于SiPLS和BiPLS优选后谱区的特征波长优选,能够有效实现优选后谱区的波长点优选。

不同施肥处理对黑土土壤肥力和作物产量的影响

针对东北黑土区土壤肥力下降、耕地土壤质量逐年退化的现状,在黑龙江黑土区进行田间试验,研究不同施肥处理[T_1(有机肥Ⅰ,含氮1.29%,磷0.32%,钾0.74%,采用牛粪发酵高温堆肥制成)、T_2(有机肥Ⅱ,含氮1.36%,磷0.31%,钾0.73%,鸡粪羊粪混合发酵堆肥制成)、T_3(微生物菌肥,含氮18.87%,有效菌数≥2 000万CFU/g)、T_4(叶面肥,由植物配方精萃而成,富含有益菌,需稀释200倍)、T_5(化肥,施入N 150 kg/hm^2,P_2O_570 kg/hm^2,K_2O75 kg/hm^2;尿素266.54 kg/hm^2、磷酸二氨152.17 kg/hm^2、氯化钾187.50 kg/hm^2)]对黑土土壤肥力和作物产量的影响,旨在得到缓解东北黑土退化并提升土壤肥力的施肥模式。结果表明:与施肥前相比,施用有机肥Ⅰ后玉米、大豆土壤容重均降低2.84%,土壤有机质含量分别增加0.79%、0.84%,土壤pH值分别升高0.14、0.06。施用化肥虽可显著提高土壤速效养分含量和产量,但玉米和大豆土壤pH值与施肥前相比分别降低了0.23、0.15。微生物肥和叶面肥在提高土壤全氮含量、缓解土壤酸化、改良土壤容重等方面表现较好。经相关性分析可知,玉米产量与土壤全氮、速效磷、速效钾含量均呈极显著正相关,大豆产量与土壤理化性质无显著的相关关系;经主成分分析得出,玉米土壤在不同施肥处理下土壤质量水平高低依次表现为有机肥Ⅰ>微生物肥>化肥>有机肥Ⅱ>叶面肥>CK,大豆土壤在不同施肥处理下土壤质量水平高低依次表现为有机肥Ⅰ>有机肥Ⅱ>微生物肥>叶面肥>化肥>CK。由结果可以得出,施用有机肥可明显改善黑土土壤肥力,在短期内施用有机肥并配施微生物肥可缓解东北黑土区退化情况,同时提高黑土土壤肥力。

玉米秸秆不同预处理方式对育苗钵制备的影响

针对制钵浆液粘度低和吸附时间等参数不确定问题,以不同预处理玉米秸秆为原料提出负压吸附工艺制备育苗钵方法。探究四种预处理原料表观粘度与制钵可行性。结果表明,纯玉米秸秆浆液表观粘度最低,加入猪粪可提高原玉米秸秆浆液粘度;碱处理玉米秸秆浆液粘度最高,混入纯秸秆可降低浆液粘度,提高浆液均匀性;纯玉米秸秆浆液和混入猪粪玉米秸秆浆液可使育苗钵湿坯均匀度达80%,成型率100%,但无法脱模;碱处理秸秆浆液及混入纯秸秆后秸秆浆液均可成型,TS 1%~4%,吸附时间5~45 s,TS增大,吸附时间减小。该研究为制钵浆液制备、参数确定奠定理论基础。