Non-destructive study of fruits using grating-based X-ray imaging

Grating-based X-ray imaging can make use of conventional tube sources to provide absorption, refraction and scattering contrast images from a single set of projection images efficiently. In this paper, a fresh cherry tomato and a dried umeboshi are imaged by using X-ray Talbot–Lau interferometer. The seed distribution in the scattering image of the cherry tomato, and the wrinkles of epicarp in the refraction image of the umeboshi, are shown distinctly. The refraction and scattering images provide more information on subtle features than the absorption image. Also, the contrast-to-noise ratio values show distinguishing capacity of the three kinds of imaging techniques. The results confirm that grating-based X-ray imaging is of great potential in non-destructive fruit testing.

光谱技术在果品无损检测中的应用研究进展

介绍了常用的果品无损检测方法,包括电子鼻法、X射线计算机断层成像法、机械方法、磁共振(核磁共振)成像光谱学法、拉曼光谱学法、近红外光谱技术等;重点综述了高光谱成像技术在无损检测水果结构特性、生化成分和安全性等方面的研究进展,以期为水果品质的无损检测研究提供参考。

基于广泛代谢组学解析不同品种李果实代谢物的差异

利用非靶向代谢组学对广东5个不同品种/系李果实进行代谢物分析,共检出951种代谢物,其中初级代谢物489种、次级代谢物315种。5个品种李果实初级代谢物中脂类含量最高,其次是糖类、醇类、氨基酸类、有机酸类,核苷酸和维生素含量相对较少;次级代谢物中多酚类化合物含量最高,其次是植物激素、生物碱和萜类,苯丙素和木脂素类含量较少。大蜜李果实中脂类含量最高的是十一烷酸,占脂类总量的92.9%;糖类含量在大蜜李果实中仅次于脂类,其中松二糖含量最高,其含量为蔗糖的9.5倍、葡萄糖的8倍及果糖的14.6倍,可能是其具有蜜味的主要贡献因子;初级代谢物种类最多的是氨基酸及其衍生物,共鉴定到170种;L-苹果酸是主要的有机酸组分,占总有机酸及其衍生物含量的57.1%;维生素类中VB6含量最高,占比达51.5%;多酚类化合物中含量最多的是类黄酮,占比达77.7%。对其余4个品种与大蜜李果实分别进行代谢物差异分析,结果表明:青皮李与大蜜李的差异代谢物84种;小蜜李与大蜜李的差异代谢物73种;红线李与大蜜李的差异代谢物113种;大果迟熟三华李与大蜜李的差异代谢物34种,对差异代谢物富集的代谢途径进行分析发现,4组的差异代谢物主要富集于氨基酸、类黄酮、花青素、生物碱等合成代谢途径。大果迟熟三华李与大蜜李差异代谢物主要有C-戊糖基-木犀草素-C-己糖苷、多巴胺、三叶苷等类黄酮和酚类物质,以及烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、β-烟酰胺单核苷酸等核苷酸类,这些物质可能是二者出现成熟期差异的关键物质。

深度学习在林果品质无损检测中的研究进展

林果品质与消费者和果农密切相关,在保障消费者安全、优化运输贮藏、改善后续分级、实现优质优价、提高果农收益等方面均有重要作用,然而传统的林果品质检测方法存在效率低、检测范围有限和鲁棒性差等问题。近年来,随着深度学习的迅猛发展,林果品质无损检测技术也取得了突破性的进步。该研究梳理了目前主流的深度学习模型及其作用,然后从林果安全品质、外部品质和内部品质3个方面阐述了深度学习的研究进展,发现卷积神经网络是林果品质无损检测领域应用最广泛的深度学习模型。同时结合深度学习应用现状与模型不足分析了该领域仍存在数据质量低、模型泛化能力差、实际部署困难等问题,提出未来应围绕数据增强与评价指标、建立公共数据集、多模态融合、模型融合、元学习、拓展应用、模型压缩等方面展开研究。该文旨在为深度学习在林果品质无损检测中的进一步发展提供参考,以加快林果产业的数字化、信息化进程。

苹果等6种经济林不同时期果实BVOCs成分分析

为探究常见经济林树种不同时期果实在自然状态下释放植物源挥发性有机物(BVOCs)组成成分差异,并分析其香气类型,选取苹果、桃、李、梨、山楂和枣6种经济林树种为研究对象,采用动态顶空采集法收集释放的BVOCs,结合自动热脱附-气相色谱/质谱联用技术进行BVOCs分析。结果表明,6种果实膨大期和成熟期均检测出12类BVOCs,组分总数量前者(305)大于后者(275),2个时期果实释放烷烃类、烯烃类、芳香烃类、酯类和醛类BVOCs占比最大;不同时期6种果实有10种共有BVOCs为2,2,4,6,6-五甲基庚烷、正十九烷、a-柏木烯、正戊醛、庚醛、辛醛、天然壬醛、癸醛、苯乙酮和庚胺醇;苹果、桃、李和梨随着果实生长发育BVOCs成分数量减少;不同时期6种果实香韵涵盖香型有差异,并随果实生长发育,青草香、果香、檀木香、醛香和柑橘香占比明显增加。表明不同时期6种经济林植物果实释放BVOCs组成成分和相对含量差异明显,在果实成熟期,主要香气BVOCs成分相对含量较高,是果实香精开发的最佳时期。

近红外光谱及成像在果品无损检测中的应用

近红外光谱及成像技术作为新兴传感无损检测技术,具有绿色、无污染、非破坏性等优势,为果品品质领域的快速、无损检测提供新的方法和手段。文章综述近红外光谱及成像技术在果品品质检测中的研究进展,介绍近红外光谱和成像技术的基本原理,分析近红外光谱技术在果品品质检测中的化学组成、成熟度评估和小型化设备开发的应用现状,探析近红外光谱成像技术在果品外观和质量、病虫害诊断中的应用现状,阐述其在果品组分分布和缺陷识别等方面的技术优势。同时,探讨近红外光谱及成像技术与人工智能、物联网结合应用的巨大潜力,以及对提高果品检测效率、精度和改善供应链智能管控等方面的应用前景做出展望,以期为果品无损检测的应用研究提供参考。

Comparative Analysis of Climatic Change Trend and Change-Point Analysis for Long-Term Daily Rainfall Annual Maximum Time Series Data in Four Gauging Stations in Niger Delta

The aim of this study is to establish the prevailing conditions of changing climatic trends and change point dates in four selected meteorological stations of Uyo, Benin, Port Harcourt, and Warri in the Niger Delta region of Nigeria. Using daily or 24-hourly annual maximum series (AMS) data with the Indian Meteorological Department (IMD) and the modified Chowdury Indian Meteorological Department (MCIMD) models were adopted to downscale the time series data. Mann-Kendall (MK) trend and Sen’s Slope Estimator (SSE) test showed a statistically significant trend for Uyo and Benin, while Port Harcourt and Warri showed mild trends. The Sen’s Slope magnitude and variation rate were 21.6, 10.8, 6.00 and 4.4 mm/decade, respectively. The trend change-point analysis showed the initial rainfall change-point dates as 2002, 2005, 1988, and 2000 for Uyo, Benin, Port Harcourt, and Warri, respectively. These prove positive changing climatic conditions for rainfall in the study area. Erosion and flood control facilities analysis and design in the Niger Delta will require the application of Non-stationary IDF modelling.

无损检测技术在水果品质安全和真实性的应用研究进展

在水果产量攀升和品质要求不断提高的背景下,对水果的品质、安全和真实性开展快速无损检测的需求日益迫切。本研究概述了光谱学、力学、声学、计算机视觉、电子鼻和电子舌等无损检测技术结合多种化学计量学方法在水果营养功效成分和感官属性品质特征挖掘、农药残留和病害霉变安全性检测以及原产地、品种分类、贮藏时间真实性鉴别研究中的应用。同时,本研究还从生产实际和科学研究两个方面进行了展望,可为水果的质量安全监管和消费者权益保障提供科学依据。

长江上游近61年来水文干旱演变特征及归因

水文干旱受气候变化和人类活动的共同影响,揭示变化环境下水文干旱演变特征及驱动机制,有助于提高防旱抗旱能力。基于长江上游1960—2020年长系列气象水文数据,采用多模型集合模拟重建天然径流并计算标准化径流指数,采用广义可加模型构建时变标准化径流指数,通过指数对比定量区分气候变化和人类活动对水文干旱的影响。结果表明:长江上游水文干旱自然演变总体呈加剧态势,人类活动进一步加剧了旱情;长江上游水文干旱演变驱动因子表现出明显的时空差异,气候变化是金沙江、沱江和乌江流域年尺度水文干旱演变的主导因子,人类活动是岷江、嘉陵江和整个上游流域年尺度水文干旱演变的主导因子,季节尺度主导因子与年尺度并不完全一致。

罗汉果品质受气候因子影响及其分子调控机制

为了探讨气候因子对不同季节授粉罗汉果品质影响及其分子作用机制,该文以主栽“青皮果”品种夏季与秋季授粉果实为研究对象,采用不同发育时间气候因子监测、形态大小测量、罗汉果苷代谢检测和基因表达qRT-PCR分析方法,统计分析二者生境气候因子、品质性状和基因表达差异。结果表明:(1)秋季授粉果实与夏季授粉果实相比,生境平均温度和有效积温35 d以后明显降低,昼夜温差65 d以前明显增加,并且平均温度、有效积温差异大于昼夜温差,光照强度和空气湿度则相近。(2)横径、纵径和单果重均增加,但是差异不显著。(3)罗汉果苷Ⅴ和11-O-罗汉果苷Ⅴ合成积累速度滞后10 d左右,含量从55 d开始均显著降低并且成熟时分别降低了40.66%和46.07%。(4)罗汉果苷Ⅴ合成酶基因55 d协同表达的一致性差,上调数目和幅度少,而且负责最后一步合成反应的葡萄糖基转移酶基因SgUGT94-289-3均下调表达。综上所述,夏季与秋季授粉罗汉果形态大小未受气候因子影响,而罗汉果苷Ⅴ品质则受温度影响显著,温度可能通过调控罗汉果苷Ⅴ合成酶基因协同表达的一致性和水平致使春季和秋季的罗汉果苷Ⅴ品质具有差异性。该研究结果为罗汉果优质栽培和遗传育种提供了理论依据。

缓释肥在核桃树体上的应用及对土壤根际微生物的影响

探讨缓释肥对核桃树体应用效果,以实现核桃种植的“减肥增效”和施肥方式转变为目标。以田间试验为基础,16 a生‘温185’核桃树为研究对象,常规化肥施用1720 g/株为对照(CK),分别设置缓释肥400 g/株(F1)、600 g/株(F2)、800 g/株(F3)、1000 g/株(F4)4个处理,通过测定核桃生长生理、产量、品质、根际土壤微生物等相关指标,采用主成分分析、隶属函数分析和生物多样性分析等方法评价产量、品质、根际微生物的差异。结果表明,缓释肥可维持土壤养分恒定,减少养分流失与被固定。核桃硬壳期缓释肥1000 g/株处理在土壤20~40 cm土层的碱解氮与速效磷含量显著高于CK,而在40~60 cm土层的碱解氮含量显著低于CK。油脂转化期CK在40~60 cm土层碱解氮为93.48 mg/kg,是缓释肥处理平均值的6.32倍,养分下渗率高于缓释肥处理。施用缓释肥后土壤非根际细菌群落与真菌群落Chao1指数和Shannon指数均高于CK。施用缓释肥对核桃根际和非根际土壤真菌群落相对丰度影响较大。施用缓释肥可改善核桃叶片净光合速率,膨大期缓释肥1000 g/株处理叶片净光合速率相比CK显著提升22.61%,油脂转化期和成熟期缓释肥800 g/株处理叶片净光合速率相比CK显著提升16.62%、18.67%。缓释肥处理可保持核桃叶片养分在一定水平,成熟期缓释肥1000 g/株处理叶片氮、钙、镁、铁、锌元素含量均显著高于CK。缓释肥处理较CK的施肥量减少41.86%~76.74%,但核桃单株产量和果实品质并未降低。缓释肥施用量800~1000 g/株较400~600 g/株出仁率提升2.95%,脂肪含量提高3.61%,产量提高5%,较CK脂肪含量提高2.8%,蛋白质含量提高1.8%,产量提高1.5%,净收益显著提高。缓释肥施用量800~1000 g/株条件下,可有效减少养分流失、提高肥料利用率,增加土壤微生物丰度及多样性,保证核桃叶片叶绿素、光合、养分维持在一定水平,进而稳定树体产量,改善果实品质提高每公顷经济效益,生产效益优于其他处理。

基于集成时变矩模型和动态蒙特卡洛方法的防洪风险分析

与作为水利水电工程设计依据的历史水文情势相比,未来受到全球气候变化影响的水文情势将与之产生偏差,进而导致流域内各水电工程水文分析成果的改变。这些成果的改变又将对流域梯级水库群中长期的运行安全和防洪调度产生影响。本文以雅砻江流域为研究区域,通过耦合SWAT水文模型和全球气候模式,定量识别未来气候变化条件下的流域气象水文要素变化情况,在此基础上提出能同时考虑非一致性和历史特大洪水的集成时变矩模型方法,最后选取流域内杨房沟水电站,基于动态蒙特卡洛方法进行未来气候变化条件下的调洪演算。主要结果如下:率定好的SWAT模型模拟精度较高,且在雅砻江流域有较好的空间适用性。在未来气候变化条件下,麦地龙站洪峰流量序列在SSP1-2.6情景下,从现在到2070年左右小幅上升,随后小幅下降;在SSP2-4.5情景下,从现在到2070年左右明显上升,然后趋于稳定;仅在SSP5-8.5情景下持续上升,且上升趋势非常明显。在未来气候变化条件下,除SSP1-2.6情景的超校核洪水位风险率外,其他情景下杨房沟水电站超设计洪水位、校核洪水位风险率较设计标准均明显增大。未来全球气候变化将对雅砻江流域水循环和陆气水分交换产生显著影响,导致水文极端事件更加突出,流域内基于稳定环境下水文情势及水文分析成果规划建设的水电站(水库)将面临更大的防洪风险。本文提出的融合集成时变矩和动态蒙特卡洛模型的防洪风险分析方法,在考虑未来全球气候变化导致的非一致性基础上同时融入了历史特大洪水信息,经验证适用性较好。研究成果可为相关运行管理部门应对相应风险和指导实际生产提供一定参考。

中国两大苹果主产区积冷量时空变化特征

落叶果树需要一定的低温累积才能打破休眠,正常开花结果。研究苹果主产区积冷量变化情况,为苹果安全生产提供参考依据。利用中国黄土高原和环渤海湾地区两大苹果主产区34个气象站1961-2017年逐日气温数据,基于国际上常用的0~7.2℃、犹他、正犹他、改进的犹他和动力学等5种模型,计算两大苹果主产区积冷量,分析对比其时空变化特征及影响因素,以及未来果树生产的安全性。5种模型得到的积冷量空间上具有相同的分布特征,均呈南高北低。最高值位于山东省青岛,分别为1717CH、1690CU、1730CU、1576CU和76CP,最低值位于河北省围场,分别为533CH、423CU、426CU、390CU和29CP;时间上,大多数站点近56年均呈显著增加趋势(P<0.05);与冬季气温普遍呈显著的正相关关系(P<0.05);与纬度均呈极显著的负相关关系(P<0.01),并且在纬度、经度和海拔高度3个影响因子中,纬度对积冷量的贡献最大,其次是海拔高度。在气候变化背景下,当前区域仍然有利于苹果树的安全稳定生产。

同心圆枣气候资源及其2021年减产的气候因素分析

运用同心国家基本气象站1981—2020年逐日平均气温、最高气温、最低气温、日照时数、平均相对湿度、降水量、2 min平均风速、最大风速气象数据,采用线性趋势系数等统计方法,分析了1981—2020年40年同心圆枣各发育期气候资源变化和导致2021年同心圆枣减产的气候因素,以期为枣产业发展提供参考依据。结果表明:1)同心县气象要素年度值中平均气温、日照、≥10℃积温达到红枣种植适宜气象指标的气候保证率均超过95%,但年降水量气候保证率仅为2.5%。关键发育期中萌芽期和展叶期平均气温达到适宜指标气候保证率均超过80%,但花期平均气温和平均相对湿度及果实生长期平均气温的气候保证率均低于80%。2)全生育期平均气温呈上升趋势,2 min平均风速呈增大趋势,日照时数、降水量、相对湿度无明显变化趋势,以上5个要素在不同生育期内的变化趋势不一。3)同心圆枣主要生长季在4个年代际变化中分别呈现出冷湿、冷湿、暖干和暖湿的气候特征。4)影响2021年同心圆枣减产的主要气象因素为萌芽期低温多雨、花期至果实生长期的大风天气、花期至果实生长期高温少雨天气和成熟期连阴雨天气。

构建黄金百香果气候品质等级评价模型

基于2019-2022年131份黄金百香果品质指标和果实采收前10个时段的气象数据,采用相关分析和多元逐步回归法建立回归模型,筛选具有生物学意义的关键气象因子;结合黄金百香果单项品质指标对果实品质的综合贡献,采用加权指数求和法构建黄金百香果气候品质指数模型,为综合评定黄金百香果品质等级提供参考。结果表明:(1)黄金百香果关键气候品质指标共5个,包括采收前10d的日平均日照时数和日平均降水量、采收前20d、30d的平均最高气温、采收前60d的日平均降水量。(2)根据百香果质量标准,结合实测品质变化和相关专家经验,确定黄金百香果单项品质指标的等级及阈值:黄金百香果“特高”级的可食率≥50%、可溶性固形物≥17.5%、总酸≤3.0%,“高”级可食率45%~50%、可溶性固形物17.0%~17.5%、总酸3.0%~3.5%,“中”级可食率40%~45%、可溶性固形物16.5%~17.0%、总酸3.5%~4.0%,“低”级可食率<40%、可溶性固形物<16.5%、总酸>4.0%。(3)黄金百香果气候品质“特优”“优”“良”“一般”4个等级对应的气候品质指数IQc分别为≥2.5、1.5~2.5、0.5~1.5、<0.5。利用54份独立样本检验黄金百香果气候品质等级评价模型,吻合率达87%,对黄金百香果气候品质的等级评价效果较好。

中国农业源非CO_(2)温室气体排放核算

中国作为传统的农业大国,高消耗、高投入、高需求的农业发展模式推动着中国农业非CO_(2)温室气体排放总量持续增长。农业源非CO_(2)气体以极具增温潜势的CH_(4)和N_(2)O为主,控制农业源非CO_(2)温室气体排放是我国实现农业绿色发展和“双碳”目标的重要环节。我国农业系统非CO_(2)温室气体核算尚处于不断探索完善的过程之中,在估算方法、模型参数等方面还未形成一套完整和公认的体系。研究参考IPCC分类法建立了适用于中国农业系统的,包括种植业、畜牧业和农业废弃物的农业非CO_(2)温室气体排放核算体系。以2020年为基准对中国农业温室气体排放情况进行了核算。结果显示,我国农业系统非CO_(2)温室气体排放总量为62801.68万t CO_(2)-e,CH_(4)是农业系统排放贡献最大的温室气体。我国农业系统温室气体排放类型具有明显的空间分异特征;西北、华北、西南以畜牧业温室气体为主导,华东、华南地区以种植业为主导,东北、华中地区较为特殊,主导类型相对复杂;农业废弃物排放主要分布在东北、华东地区。研究所构建的温室气体核算体系可充分体现我国农业温室气体排放现状,体现各省域农业温室气体排放结构,有利于各区域制定有针对性的农业规划政策,可为降低我国农业温室气体核算研究中的不确定性、为碳中和实现过程中明确农业系统的温室气体贡献提供方法支持与数据基础。

基于贺兰山青海云杉(Picea crassifolia)树轮对过去202a最低气温的重建

在全球变暖的影响下,全球水文气候发生深刻变化,而季风与非季风过渡带地区气候复杂多样,所以摸清该地区过去长期气候变化规律是亟待解决的问题。利用36棵青海云杉(Picea crassifolia)的66个树轮样芯建立了季风与非季风过渡带典型地区(中国贺兰山地区)1798—2016年(219 a)的青海云杉树轮宽度年表,并且通过皮尔逊相关法分析了树轮宽度年表与该地气候因子的相关性。结果表明:(1)青海云杉径向生长与该地的年平均最低温(R2=0.638,P<0.001)关系密切,利用线性回归方程重建贺兰山1815—2016年年平均最低温序列,重建方程的缩减误差和有效系数分别为0.808、0.482。(2)重建的年平均最低温序列在19世纪整体气温偏低,与学术界公认的“小冰期”一致,到19世纪后期,气温逐渐回升,并且气温序列出现了显著的暖期和极暖年,气温在19世纪50和90年代以及20世纪90年代发生3次气温突变。(3)Morlet小波分析显示了6 a、21 a和46~56 a的周期性分布特征。南方涛动、太平洋十年涛动和大西洋多年代际涛动是这种周期性变化的驱动因素。(4)大尺度空间相关分析表明重建的气温序列对大尺度区域的气温变化具有较好的空间表征,如内蒙古大部和宁夏大部。进而重建的季风与非季风过渡带典型地区年平均最低气温序列揭示了该地的气候变化特征,为全球气候变化研究提供参考。

果蔬色泽在热加工和非热加工技术中的变化研究进展

色泽是果蔬十分重要的表观属性,与果蔬本身含有的天然色素高度相关,是判断其品质是否发生变化的重要指标之一。热加工以及非热加工技术广泛应用于果蔬产品的加工。传统果蔬加工技术以热力去皮、热烫、碱液去皮、干燥、油炸等热加工技术为主,加工中使用的高温易对果蔬的色泽品质造成不可逆转的影响。近年来,新型热加工和非热加工技术逐渐被探索,酶法去皮、红外线、超声波、脉冲电场、高压处理、低温等离子体等非热加工技术在果蔬加工维持色泽方面起到了积极的作用。然而目前综合两种加工技术对果蔬加工产品色泽影响的讨论和对比研究较少,明确各法的原理、使用条件、工艺参数及优缺点对于加工高质量的果蔬产品具有重要意义。因此该研究概述了各色素的结构特征以及理化特性,归纳和比较了热加工与非热加工技术的关键技术点和对果蔬色泽稳定性的影响,讨论了影响果蔬色泽的关键因素,最后对果蔬在加工过程中的应对的挑战提出了有关建议,以期为热加工与非热加工技术对果蔬的护色应用提供指导。

果蔬制品非酶褐变机理及控制技术研究进展

非酶褐变是果蔬加工和贮藏过程中易发生的化学反应,涉及多种化合物与化学途径,反应机理相对复杂。该文在已有研究的基础上,阐述果蔬制品非酶褐变的原因及影响因素,对果蔬加工及贮藏中的美拉德反应、抗坏血酸氧化分解、多元酚氧化缩合和焦糖反应等非酶褐变机理进行介绍,综述果蔬褐变控制技术,并对应用前景进行展望,旨在为果蔬制品的褐变控制提供参考。

超高压技术在果蔬产品中的应用研究进展

超高压技术作为一种工业化应用前景最为广阔的新型食品非热加工技术,近年来在果蔬食品加工中有着广泛的应用。该文结合超高压技术在果蔬加工中的应用研究综述超高压技术杀灭微生物的原理及其对果蔬产品感官和营养品质的影响研究进展,并对其发展趋势和前景进行展望,以期为超高压技术在果蔬加工中的应用和推广提供理论参考。