玩转3D打印:从创意到实物的奇妙之旅

在科学技术飞速发展的今天,3D打印就像一颗耀眼的新星,照亮了整个科技教育的星空。3D打印既是一种崭新的学习方法,又是一种创造性的思考。现在,我们将透过由想法到实际作品的奇妙旅程,发掘3D打印的无限可能性。3D打印简而言之就是将数字化模型转换成实物的技术。其利用特制的印刷机及材质,在数分钟之内完成各种复杂的造型与构造,即使是人体器官也不例外。

基于无人机多光谱影像特征融合的小麦倒伏监测

【目的】小麦倒伏严重影响小麦光合及成熟进程,进而造成小麦减产及品质下降。为快速精确获取倒伏信息,评估无人机遥感监测小麦倒伏的能力,构建小麦倒伏监测模式,为灾情评估、保险理赔及灾后补救提供技术支持。【方法】利用近地无人机获取包含红、绿、蓝、红边和近红外5个多光谱波段图像,经过预处理飞行高度50 m的小麦冠层图像,得到分辨率为1.85(cm/像素)的数字正射影像图(DOM)和数字表面模型(DSM),从中提取光谱特征、高度特征和光谱纹理共3类特征信息;采用支持向量机(SVM)和随机森林(RF)2种分类器对6种不同特征集组合进行倒伏分类比较,使用准确率(Acc)、精确率(Pre)、召回率(Re)和调和平均数(F1)以确定较优的特征组合和分类器;同时使用3种不同的特征集筛选方法(套索算法Lasso、随机森林递归算法RF-RFE和Boruta算法)对优化的特征子集进行综合评价,确立适宜的倒伏分类评价方法。【结果】单一特征的光谱和纹理及其组合对小麦倒伏的分类评价结果较差,“椒盐现象”严重,在此基础上融合DSM信息的分类精度显著提高。采用随机森林分类器对光谱特征、纹理特征和高度特征进行特征集组合,小麦倒伏识别的分类准确率最高达91.48%。为减少特征集变量数量,采用3种特征优化方法,与筛选得到的全特征集、Lasso算法、RF-RFE算法相比,基于Boruta算法得到的优化特征子集分类精度更高,整体稳定性更好,从含有DSM的3种特征组合均值来看,总体分类精度和Kappa系数分别提高了0.17%和0.01(全特征集)、2.45%和0.05(Lasso)、2.87%和0.05(RF-RFE)。其中,光谱-纹理-DSM组合效果最好,总体分类精度达92.82%,Kappa系数达0.86。【结论】Boruta算法有效优化光谱-纹理-DSM组合的特征子集数量,让更少的特征参量参与分类,且获得较高的分类精度,确立了精确监测小麦倒伏的多特征组合-Boruta-RFC技术融合模式,为小麦灾情评估及补救措施制定提供参考。

不同黑小麦品种面粉及馒头品质分析

为给黑小麦面食制品的开发利用提供参考依据,研究选用3个黑小麦品种(黑宝石1号、冀紫439、山东紫麦1号)和1个白粒小麦(豫麦49-198)对照品种,采用直接研磨制粉(全粉)、部分剥皮制粉(麦仁粉)、常规研磨制粉(精粉)3种研磨方式,分析不同面粉品质、色泽及馒头质构特性、感官评价。结果表明,面粉蛋白质含量以麦仁粉较高,沉降值以精粉最高。面粉色泽和馒头表皮色泽以精粉最亮,L*值分别为91.33和73.85。对馒头的质地分析表明,不同研磨方式下,黑宝石1号的硬度、黏合性和咀嚼性均最低,而山东紫麦1号表现出较高的值。感官评价表明,馒头总评分随着麸皮保留量的增加而降低,以精粉最高,全粉最低;相同研磨方式下,馒头评分均以黑宝石1号最高,其次为山东紫麦1号,且在精粉和麦仁粉之间没有显著差异。

秸秆和生物炭添加对污染土壤铅形态转化及小麦幼苗生长的影响

【目的】科学评价秸秆还田和生物炭添加对铅(Pb)污染土壤及小麦幼苗生长的影响,为农作物秸秆资源化利用和Pb污染土壤治理提供技术支持和理论依据。【方法】在外源添加Pb 5个B0(0 mg·kg^(-1))、B1(510 mg·kg^(-1))、B2(1 020 mg·kg^(-1))、B3(1 530 mg·kg^(-1))和B4(2 040 mg·kg^(-1))质量分数背景下,通过盆栽试验设置CK(对照)、S(添加小麦秸秆3.33 g·kg^(-1))、BC1(添加秸秆生物炭1 g·kg^(-1))、BC3(添加秸秆生物炭3 g·kg^(-1))和BC5(添加秸秆生物炭5 g·kg^(-1))5个处理,系统研究了添加秸秆和生物炭对土壤有效态Pb含量、小麦植株Pb含量、小麦生长状况及土壤Pb形态的影响。【结果】添加秸秆和生物炭处理均可显著降低土壤有效态Pb含量,但Pb污染土壤的钝化修复效果与添加秸秆和生物炭量相关。与对照(CK)相比,B1、B2、B3和B4质量分数下均以BC5处理降低效果相对较好。研究还发现,添加秸秆和生物炭均可显著降低小麦幼苗植株中Pb的含量,地上部与根部降幅分别达到24.11%~76.74%与32.14%~73.82%,但降低小麦植株Pb含量的效果与Pb污染土壤程度高低相关。从地上部与根部Pb降低效果看,与CK相比,B1、B2、B3和B4质量分数下以BC5处理降低效果较好。另外,添加秸秆和生物炭均可影响Pb污染土壤的小麦幼苗生长,与CK相比,添加秸秆和生物炭处理可以增加Pb污染土壤处理(510~1 530 mg·kg^(-1))的小麦幼苗植株(根茎叶)干质量,但对Pb污染土壤处理(2 040 mg·kg^(-1))效果不明显。研究也表明,与CK比较,添加生物炭和秸秆处理可明显增加污染土壤中不易被植株吸收的残渣态Pb和有机结合态Pb含量,降低易被生物吸收的可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态Pb含量,并以生物炭BC5处理效果较好。【结论】添加生物炭和秸秆通过降低污染土壤有效态Pb含量,降低易被生物吸收Pb形态,以及降低小麦幼苗植株对土壤Pb的吸收,进而起到修复Pb污染土壤的效果,且以生物炭(BC5)处理效果较明显。

深耕改善砂姜黑土理化性状提高小麦产量

为探明砂姜黑土农田适宜的耕作方式,进一步挖掘砂姜黑土生产潜力,发挥地域资源优势,以周麦27为试验材料,在大田条件下设置免耕、旋耕（15 cm）、深耕（30 cm）3种耕作方式,研究了耕作方式对砂姜黑土农田土壤容重、有机碳含量、无机氮含量以及小麦籽粒产量的影响。结果表明,在小麦苗期和成熟期,3种耕作方式处理间0-10 cm土层土壤容重差异不显著（P〉0.05）,但深耕处理显著降低〉10-30 cm土层土壤容重（P〈0.05）。在小麦苗期、越冬期、拔节期、开花期和成熟期,3种耕作方式对0-20 cm土层土壤有机碳含量的影响规律不明显,但深耕处理明显增加〉20-40 cm土层土壤有机碳含量;〉20-40 cm土层土壤铵态氮含量均为深耕〉旋耕〉免耕。与免耕处理相比,深耕处理通过增加小麦穗粒数和千粒质量,最终促使籽粒产量增加16.33%。综上所述,在该试验条件下,在秸秆还田的基础上,小麦季30 cm深耕处理可以降低土壤容重,增加土壤有机碳含量,进而提高小麦籽粒产量,可作为砂姜黑土农田适宜的耕作方式。

大气氮素沉降研究进展

人为干扰下的大气氮素沉降已成为全球氮素生物化学循环的一个重要组成部分。作为营养源和酸源,大气氮沉降数量的急剧增加将严重影响陆地及水生生态系统的生产力和稳定性。本文从大气氮沉降对土壤和水体环境、农业和森林生态系统以及生物多样性等方面综述了近年来国内外大气氮素沉降的研究现状及其对生态系统的影响,并总结探讨了前人采用的大气沉降氮测定方法,展望了我国大气氮沉降的研究前景。

长江三角洲地区雨水中NH_4^+-N/NO_3^--N和δ^(15)NH_4^+值的变化

2003年6月至2005年7月,利用自行设计的雨水收集器对位于长江三角洲地区的常熟、南京和杭州3个观测点进行了全年性雨水观测,分析了雨水中NH4+-N/NO3--N和铵态氮自然丰度(δ15NH4+)值的变化.结果表明:研究区3个观测点雨水中NH4+-N/NO3--N和δ15NH4+值均呈相似的季节性变化规律,两者的规律性变化在以田间农事耕作为主的常熟观测点尤其明显,而位于市区的南京观测点和位于城乡结合部的杭州观测点的规律性次之;雨水中NH4+-N/NO3--N的峰值出现在6月下旬到8月上旬,然后逐渐下降,冬季降到最低;雨水中δ15NH4+值在6月下旬到8月中旬为负值,在8月下旬到11月中下旬为正值,12月至翌年3月又变为负值,5至6月中旬又转变为正值.雨水中NH4+-N/NO3--N和δ15NH4+值的季节变化与不同作物生育期间氮肥的施用、当地气候的季节性变化以及其他NH3释放源的NH3挥发有关(人和动物排泄物、氮污染水体及有机氮源中的氨挥发),其对大气湿沉降中NH4+的来源、形态组成及陆地不同NH3排放源的强度具有明显的指示意义.

无机与有机肥配施对小麦籽粒产量和淀粉糊化特性的影响

为了阐明大田条件下无机与有机肥配施对小麦籽粒产量和品质的调控效应,以中筋型小麦品种豫麦49-198为供试材料,研究了施用有机肥、无机与有机肥配施以及施用尿素处理对小麦籽粒产量和淀粉糊化特性的影响。结果表明,无机与有机肥配施不仅可以显著提高小麦籽粒产量、蛋白质含量及蛋白质产量,还可以改善小麦淀粉糊化特性。综合各处理结果,施用有机肥以鸡粪处理、无机与有机肥配施以鸡粪+尿素处理对提高小麦籽粒产量、改善小麦淀粉糊化特性的效果较好。

富营养化河水灌溉对稻田土壤氮磷养分贡献的影响——以太湖地区黄泥土为例

以太湖地区主要稻田土壤类型黄泥土为对象,利用当地富营养化河水对回填土柱和植稻原状土渗漏池进行模拟稻田灌溉试验,系统研究了灌溉水对稻田土壤氮磷营养的贡献。在回填土柱灌溉试验中,在试验初期,不同形态的氮素均有较高的淋失量,以后逐渐降低,表明初期淋失的氮素主要来自土壤,而不是灌溉河水。在整个水稻生长季,均观测到有可溶性有机氮淋失,表明富营养化河水灌溉条件下可溶性有机氮是稻田土壤主要的氮素淋失形态。在本试验中,磷素的淋失动态与氮素的淋失动态截然相反,淹水后很长一段时间内均没有土壤磷素淋失,但在淹水灌溉后期有大量的土壤磷素淋失损失,这可能是淹水后期土壤对磷的吸持已达到饱和状态,不能继续固持土壤中多余的磷所致。与回填土柱模拟灌溉淋洗试验相比,在当前供肥条件下,原状土渗漏池试验氮磷淋失量远低于回填土柱试验,而灌溉水对土壤氮磷养分的贡献远高于回填土柱。通过富营养化河水灌溉带入当季稻田的N量达到每公顷56.3 kg,其中有55.8 kg N可被土壤吸持和作物吸收,表明太湖地区稻田土壤对氮磷养分来说是一个环境友好的生态系统。在利用当地富营养化河水进行稻田土壤灌溉时可适量减少肥料施用量、优化氮磷肥料管理。

周年耕作方式对砂姜黑土农田土壤养分及作物产量的影响

为探明适宜于砂姜黑土农田的周年耕作方式,提升砂姜黑土农田地力及作物产量,在冬小麦?夏玉米一年两熟种植制度下,设置多年定位夏玉米季?冬小麦季免耕?旋耕(对照)、免耕?深耕、深松?旋耕、深松?免耕、免耕?免耕5种周年耕作方式田间试验,在定位处理的第4个周年研究耕作方式对砂姜黑土农田土壤有机碳含量、土壤养分及其对作物产量的影响。结果表明,在秸秆全量还田条件下,与试验开始前相比,各处理0~20 cm土层土壤有机碳、全氮、速效钾含量均有所增加。与对照相比,其他处理均增加周年内0~20 cm土层土壤有机碳和全氮含量。免耕?深耕、深松?旋耕、免耕?免耕处理显著增加周年内0~20 cm土层土壤有效磷含量,而深松?免耕处理显著增加冬小麦开花期和收获期0~20 cm土层土壤有效磷含量,整个周年内对照在20~40 cm土层土壤的有效磷含量均最低。深松?免耕处理增加周年内0~20 cm土层土壤速效钾含量,而深松?免耕、免耕?免耕处理20~40 cm土层土壤速效钾含量在夏玉米苗期、大口期、开花期和灌浆期显著高于对照处理。深松?旋耕和深松?免耕处理显著增加夏玉米?冬小麦周年籽粒产量,增幅分别为7.67%和10.21%。综上所述,在秸秆全量还田基础上,深松?旋耕和深松?免耕能够改善土壤有机碳和养分状况,显著提高周年作物产量,可作为黄淮区砂姜黑土农田相对适宜的周年耕作方式。

氮肥施用对豫南稻茬小麦群体质量指标及产量的影响

为了研究豫南稻茬小麦产量低而不稳的障碍因子及小麦群体质量指标,在豫南稻茬麦区田间条件下,系统研究了氮肥施用(0,150,225 kg/hm^2)对扬麦15和兰考1 982个冬小麦品种群体质量指标及产量的影响,并提出了相应的对策。结果表明,2个冬小麦品种籽粒产量均随氮肥用量增加而增加,说明在当前豫南稻茬麦区氮肥仍是影响小麦产量提高的主要限制因子,并且在相同氮肥供应条件下,兰考198小麦籽粒产量明显高于扬麦15品种。研究还发现,实现该地区小麦产量6 000 kg/hm^2左右,产量构成需达到以下指标:成穗数490万~620万穗/hm^2,穗粒数42粒,千粒质量37 g以上。进一步分析发现,达到上述产量目标,小麦起身期群体茎蘖数为680万~780万穗,起身、拔节和开花期的适宜叶面积指数分别为2.89~3.20,4.08~5.60,6.09~7.61,开花期和成熟期干物质积累量分别为13 025~16 568 kg/hm^2,20 888~24 090 kg/hm^2,且开花期和成熟期粒数叶比和粒重叶比分别应高于0.38粒/cm^2和9.45 mg/cm^2。根据本试验结果,初步认为,兰考198较扬麦15更适宜当前豫南稻茬麦区种植,实现6 000 kg/hm^2产量水平,全生育期氮肥用量应在225 kg/hm^2左右,并达到主要生育时期适宜的群体质量指标。

常熟地区河湖水体的氮污染源研究

利用GPS定位的方法在丰水期和枯水期对常熟地区境内12条河流和3个湖荡水体氮磷污染现状进行了调查研究,对常熟地区主要河湖地表水中不同形态氮浓度的季节性变化特征进行了初步探讨。根据地表水中不同形态氮的浓度及总磷、溶解磷的浓度,结合15N示踪法和大型原状土柱渗漏池试验进一步补充探明了对该地区河湖水体中的氮磷污染来源。研究发现,该地区河、湖水体氮磷污染已相当严重,现阶段氮磷污染源主要来自城镇生活污水、农村人畜排泄物,在此基础上提出了缓解该地区水体氮磷污染的相应对策。

施用硫肥对冬小麦光合生理特性及产量的影响

在田间条件下,连续两年通过不同硫肥处理对多穗型小麦品种豫麦49和重穗型小麦品种豫麦66的光合特性和产量性状的影响进行了系统研究。结果表明,施用硫肥对提高群体光合速率(CAP)、旗叶净光合速率(Pn)、叶绿素(Chl)含量以及硝酸还原酶(NR)活性等具有重要作用,但不同硫肥处理之间,不同小麦品种之间存在差异。本研究结果还表明,不同的硫肥处理对提高两种穗型冬小麦产量有差异,且对产量构成因素也有不同的影响。比较硫肥不同处理对两种小麦品种光合生理特性及产量的调控作用以及投入成本来看,在目前高产田养分供应条件下,两品种均以基施S 120 kg/hm2效果相对较好。

无机肥与有机肥配施对冬小麦旗叶光合性状和产量的影响

以豫麦49-198为供试冬小麦品种,研究了大田无机肥与有机肥配施对旗叶光合性状及子粒产量的影响.结果表明,单施有机肥或无机肥与有机肥配施均能延缓旗叶后期光合速率下降,延长叶片功能期,有利于后期光合物质的积累与转运.与不施氮肥(对照)比较,单施有机肥或无机肥与有机肥配施均能提高豫麦49-198子粒产量,并以单施牛粪处理产量最高,差异达显著水平.通过分析各处理子粒产量构成因素发现,不同施肥处理产量的提高主要因该处理提高了产量三要素中的某些因子,如尿素与牛粪配施主要通过增加单穗粒数来实现产量提高.综合以上分析,单施有机肥或无机肥与有机肥配施均能提高旗叶后期光合速率和增加子粒产量.

基于VPRS和RBF神经网络的WSN节点故障诊断

为保障油料供给的安全性,研究无线传感器网络(WSN)节点故障诊断的可行性策略,提出变精度粗糙集(VPRS)和RBF神经网络结合的故障诊断方法.该方法由运行中的汇聚节点实时获取子节点故障征兆,建立初始决策表,利用VPRS作为前端处理系统,对初始决策表进行约简,删除冗余的、不重要的属性征兆,并将约简后的结果输入RBF神经网络实现节点故障识别.仿真实验结果表明:对于具有显著不确定性的WSN节点故障诊断,该方法能够准确快速地得出诊断结果,鲁棒性和适用性更强.

硫肥对中筋小麦产量和加工品质的调控效应

以2个不同穗型的中筋高产小麦品种豫农949和兰考矮早八为材料,于2005—2007年通过2种氮水平的大田试验研究了施硫对小麦籽粒产量和加工品质指标的影响。结果表明,2个品种在2种氮水平下施硫提高了籽粒产量及其构成因素,豫农949施硫增产效果显著优于兰考矮早八,表明施用硫肥应考虑品种间差异。增施硫肥对2个品种的加工品质性状也有重要影响,施硫降低了淀粉的直/支比,提高了面团的拉伸面积和延伸度等面粉的拉伸参数,从而改善了面团流变学特性。此外,施硫处理还提高了面粉的亮度(L*值),改善了面粉的感官指标。综合比较氮硫施用对小麦产量和品质的调控效应以及投入成本,高产麦田以240kgNhm-2配施60kgShm-2可起到提高籽粒产量、改善籽粒品质和节约成本的作用。因此,补充硫素营养已成为获取更高小麦籽粒产量和改善其加工品质的迫切措施之一,尤其是在中国一些高氮供应地区更应该如此。

松土促根剂对土壤质地、冬小麦产量和淀粉糊化特性的影响

为了解决近年来华北地区麦田因多年旋耕导致土壤耕层过浅、土壤质地变差、小麦根系发育不良以及小麦产量品质降低等问题,在平衡配方施肥的基础上,通过田间试验研究了Agri-star松土促根剂对土壤质地及小麦产量和淀粉糊化特性的影响。结果表明,施用松土促根剂和土壤深耕处理均可起到降低土壤容重,增加单位体积小麦根系质量,改善土壤理化性状的作用。此外,施用松土促根剂能够提高冬小麦成穗数和穗粒数,进而起到提高小麦籽粒产量的效果,其中以1号松土促根剂+配方肥处理籽粒产量最高,平均达7 925 kg/hm2,较单施配方肥处理增产12.9%。研究还发现,施用配方肥、添加松土促根剂或者进行土壤深耕处理能够改善小麦籽粒淀粉品质,同样也以1号松土促根剂+配方肥处理效果最好。综合比较分析,在当前华北地区免耕、旋耕麦田,应用Agri-star松土促根剂可以改善土壤质地,提高小麦产量和改善小麦籽粒淀粉品质,具有广阔的应用前景。

基于快速SVDD的无线传感器网络Outlier检测

Outlier是基于无线传感器网络的数据收集应用中常见的数据故障类型,严重影响数据质量。本文提出一种基于快速SVDD的无线传感器网络Outlier检测方法,其基本思想是:首先利用快速SVDD算法获得包含正常样本的最小球形边界,然后通过该边界判断未知样本的类别,本法采用训练集约减策略和基于二阶逼近的SMO算法来加速SVDD的训练。基于合成数据和真实数据的仿真实验表明,该方法在确保分类精度的同时,运行速度快,内存开销小,适用于资源有限的无线传感器网络。

硫肥施用方式对冬小麦灌浆期籽粒蛋白含量动态的影响(英文)

1材料与方法 1．1试验设计 试验连续2年在河南农业大学科教示范园区进行。土质为壤质，田菁掩底，耕层有机质含量12．50g／kg、全氮0．99g／kg、碱解氮100．80mg／kg、速效磷59.90mg／kg、速效钾108．00mg／kg、有效硫15．80mg／kg。基施优质干鸡粪1875kg／hm^2，P205138kg／hm^2、K2O 165kg／hm^2，氮肥施用以纯N 210kg／hm^2，基追比7：3，分别为基施和拔节期追施。

作物地上部氨排放及对大气氮沉降的吸收

为研究作物地上部分氨排放以及对大气氮沉淀的吸收情况,以水稻(Oryza sativa L.)品种武运粳7号和小麦(Triticum aestivum L.)品种扬麦15为例,在盆栽条件下,利用15N同位素示踪技术,采用探索性的研究方法,初步分析了水稻成熟期植株NH3排放和小麦植株直接吸收的大气沉降氮。结果表明,土培的水稻品种武运粳7号地上部植株成熟期排放氨氮(NH3-N)量约占当季总施氮(N)量的(0.50±0.21)%;收获后水稻植株不同部位15N丰度值以根部最高,茎叶次之,籽粒最低,这与植株体内养分的运移顺序变化一致;贫化15N小麦砂培试验测定的包括植株直接吸收在内的大气氮沉降数量为N(14.8±4.3)kg·hm-2,低于国外类似方法以其它作物作为研究对象的测定结果。