基于GA-BP神经网络的新疆南疆核桃树生长模型研究

文章提出了一种利用遗传算法优化BP神经网络的核桃树生长模型来预测核桃树的树高、胸径的方法,通过优化BP神经网络的权值和阈值建立GA-BP模型,与多元线性回归模型的预测结果进行比较。结果表明:采用遗传算法优化后的模型具有更高的预测精度,对核桃树生长预测具有指导意义。

基于热红外成像的核桃园土壤水分检测方法研究

【目的】了解新疆核桃园区的土壤水分状况并科学配置水资源。【方法】以果实发育期核桃树为研究对象,利用热红外相机连续观测2023年7—8月核桃冠层温度热红外图像,提出一种基于HSV颜色空间的改进K-means分割算法,并进一步分析冠层温度日变化特征。同步观测空气温度、空气湿度、光照度、风速、二氧化碳摩尔分数和0~80 cm土层土壤含水率,反演构建土壤含水率预测模型,并进行验证。【结果】改进的K-means算法分割准确率由82.34%提升至94.55%,获取的冠层温度与实际冠层温度值误差为[0,1];核桃树冠层温度呈单峰变化趋势,其中14:00—16:00为冠层温度的最佳观测时间;水平方向50~60 cm、垂直方向40~60 cm土层为核桃树主要的吸水区间;冠层温度、空气温度、空气相对湿度、二氧化碳摩尔分数与土壤含水率具有显著的相关性,将其作为输入变量建立土壤水分预测模型,回归方程判定系数R^(2)=0.86,p<0.01,表明该模型具有一定的拟合精度。【结论】将该土壤水分预测模型用于核桃区域水分状况诊断具有较好的实际应用效果,能够为新疆地区核桃园提供新的检测土壤水分方式。

基于动力学模型的脱皮核桃仁干燥工艺研究

该研究针对脱皮核桃仁干燥过程中导致的品质劣变、能耗高等问题,开展其在常压与真空干燥条件下的干燥动力学研究,通过建立干燥动力学模型比较不同干燥条件对脱皮核桃仁干燥特性的影响,以失重率、色差、酸价、过氧化值及能耗为品质指标,结合主成分分析客观评价不同干燥工艺下核桃仁的品质变化差异。结果表明,干燥效率0.1 MPa真空干燥>0 MPa常压干燥>0.05 MPa真空干燥;在不同真空度和温度条件下,脱皮核桃仁中水分干燥过程的适用模型有Two-term、Wang&Singh、Page和多项式模型;真空度对脱皮核桃仁的失重率影响较小,与色差呈反比,温度、真空度对酸价影响不明显,对过氧化值影响显著,真空干燥的过氧化值较低,随着温度上升、干燥能耗显著降低,0.05 MPa真空干燥能耗最多,0.1 MPa所需能耗与常压差不多;总体上,干燥品质0.1 MPa真空干燥>0.05 MPa真空干燥>0 MPa常压干燥。综合考虑干燥效率和品质最大保留后的最佳工艺条件为50℃、0.1 MPa、12.0 h,干燥后脱皮核桃仁的酸价为(0.43±0.03)mg/g、过氧化值为(0.11±0.01)mmol/kg、干燥能耗为(3012.81±440.87)kJ/g。

锰改性核桃壳基生物炭去除水中刚果红的研究

以农业废弃物核桃壳作为原材料,通过炭化与共沉淀法两步制备锰改性生物炭,用于去除水中典型的阴离子染料刚果红。研究刚果红不同初始浓度、接触时间、生物炭投加量、溶液pH对刚果红去除效果的影响。结果表明,在pH为3,刚果红初始浓度为10 mg/L,生物炭投加量为10 mg,振荡时间60 min时,锰改性核桃壳对水中刚果红的去除率可达97.31%,与未改性的核桃壳相比,去除率提高至1.51倍。结合傅里叶红外光谱(FT-IR)与X射线衍射分析(XRD)对生物炭的结构变化以及吸附特征进行分析,通过动力学模型与热力学模型拟合,表明该吸附过程主要受化学吸附影响,该吸附为自发且不可逆的吸热反应。

Dynamic Simulating to the Accumulation and Distribution of Dry Matter for Black Walnut(Juglans hindsii) Seedlings

It is very important to study eco-physiological processes of plants and to determine quantitative relations between accumulation, distribution of dry matter and environmental factors for regionalization, standardization and precision agriculture. Meanwhile, global changes, e.g., atmospheric CO2 concentration rising, global warming, and climate abnormity, have been effecting on agricultural productivity. This study provides a theoretical basis for predicting productive potentials and development trends in different agricultural regions. One-year-old black walnut （Juglans hindsii） seedlings were employed as subjects for setting up the dynamic models of dry matter accumulation and distribution, based on mechanistic models of photosynthesis, matter conservation and concentration gradient. Under optimum conditions of soil moisture and mineral nutrient, during the period of the canopy construction, the dry matter accumulation of the canopy conformed to logistic curves; but the accumulation of both total biornass and dry matter of stem-root could be divided into two phases： the first phase was exponential increase, the second was linear increase. The total biomass, dry matter of canopy and stem-root all presented a fluctuant increase, which was affected by the environmental factors. Ratio of daily increase of dry matter in the canopy and the steem-root （dWJdWs） was changeable along with growth periods and environmental factors. At the initial stage of the canopy forming, dW/dWs was larger, about 3.2 on average, which indicated that the photosynthetic product was mainly used to develop leaves; in the midterm, it was about 1.9, which indicated that the distribution of dry matter in the canopy and in the stem-root was relatively balanced; when the plant tended to stop growing, dWl/dWs decreased linearly, and the main distribution of dry matter moved to the roots.

核桃叶片氮元素含量的光谱预测模型

【目的】分析325~1075 nm范围内核桃叶片光谱与叶片氮元素含量的相关性,研究核桃叶片光谱数据预处理和特征波段筛选方法,建立核桃叶片氮元素含量的预测模型,为实现核桃生产中的快速施肥提供参考。【方法】建立多元散射校正、Savitzky-Golay卷积平滑滤波和小波去噪的组合预处理方法;采用连续投影算法筛选出了特征波段;采用特征波段建立核桃叶片氮元素含量的偏最小二乘回归预测模型。【结果】建立的组合预处理方法对核桃叶片光谱去噪效果较好;采用特征波段建立的核桃叶片氮元素含量的预测模型,模型的验证集决定系数R^(2)达到了0.875,均方根误差RMSE达到了0.6973 mg/g。【结论】与全光谱数据相比,筛选出的特征波段降低了冗余数据和噪声的影响,提取出了有效成分相关的光谱信息,提高了建模质量。

‘清香’核桃叶片叶绿素含量高光谱估测模型研究

为实现快速、无损、精确地估测核桃叶片叶绿素含量,以山西威特核桃示范园的‘清香’核桃为试验对象,基于田间人工定量施肥试验,利用皮尔逊(Pearson)相关分析法筛选与果实不同生育期叶片绿色度(SPAD值)呈极显著相关的光谱特征参量,并以筛选出的光谱特征参量为自变量,采用回归分析构建‘清香’核桃果实不同生育期叶片SPAD值的估测模型。结果表明,核桃果实不同生育期叶片原始光谱曲线的总体变化趋势基本一致;不同生育期叶片SPAD值与原始光谱和一阶微分光谱的相关性差异显著,其中果实速生期叶片SPAD值与原始光谱的所有波段呈负相关关系,在波段705 nm处相关系数高达0.4565;红边蓝边面积的归一化值[(S_(Dr)-S_(Db))/(S_(Dr)+S_(Db))]可较好地估测速生期和脂化期叶片的SPAD值,在果实速生期(S_(Dr)-S_(Db))/(S_(Dr)+S_(Db))与叶片SPAD值的关系以指数模型为最佳,而在果实脂化期对叶片SPAD值估测以二次多项式模型最优,2个时期检验模型的均方根误差分别为0.4768、0.5323,相对误差分别为0.8862和0.7766,均较小;MERIS陆地叶绿素指数(M_(TCI))可较好地估测果实硬核期和成熟期叶片的SPAD值,其中果实硬核期以线性模型的检验精度更高,均方根误差和相对误差分别为0.5040和0.8442,而果实成熟期以M_(TCI)的二次多项式模型估测叶片SPAD值最优,检验模型决定系数(R^(2))为0.8211,均方根误差和相对误差分别为0.9576、1.4819,说明以上模型能较好地估测核桃叶片叶绿素含量,且不同生育期的适用模型有所不同。

基于改进ShuffleNet V2网络的核桃破壳物料壳仁分类识别方法

核桃破壳后壳仁物料的高效无损分类检测是云南深纹核桃加工的关键技术缺口。本研究首先使用单独的下采样模块、网络浅层不使用深度卷积及网络深层使用H-Swish激活函数替代ReLu激活函数等优化策略,将ShuffleNet V2-0.5网络模型改进为C-ShuffleNet网络模型,实现轻量化的核桃破壳物料壳仁分类检测;然后,用核桃破壳物料壳仁数据集对改进前后的模型进行训练,进而对改进后的模型进行评估与检验;最后,将改进后的模型C-ShuffleNet与AlexNet、ResNet、EfficientNet、MobileNet等经典分类网络模型进行综合性能比较。结果表明,改进后的C-ShuffleNet模型大小比改进前的ShuffleNet V2-0.5压缩了8.9%,测试集准确率达到98.34%,比改进前提高了1.28个百分点,模型推理速度两者相差不大;与AlexNet、ResNet、EfficientNet、MobileNet等模型相比,C-ShuffleNet模型不但能保证较高的识别准确率,同时所占内存空间较小,识别时间更短,更加适合在嵌入式平台上开发应用。本研究结果为深纹核桃破壳物料壳仁自动化分类检测平台的开发提供了算法支持。

核桃油贮藏过程中功能性成分的变化

【目的】为核桃油贮藏和货架期制订提供参考。【方法】选择我国核桃产区‘新新2号’‘温185’‘清香’品种为研究对象,经液压冷榨获得核桃油,分别在室温、0~-5℃、-15~-25℃条件下贮藏120 d,每15 d检测1次核桃油功能性成分亚油酸、亚麻酸、油酸、黄酮、总酚、角鲨烯、总甾醇的含量,并采用数学建模的方法进行曲线拟合、回归分析,确定核桃油功能性成分损失少的贮藏条件及贮藏时长。【结果】在贮藏期间,‘新新2号’‘温185’‘清香’核桃油功能性成分含量的变化趋势略有不同。‘新新2号’核桃油的亚油酸、油酸、总甾醇含量从贮藏90 d左右开始快速下降,亚麻酸、总黄酮、总酚、角鲨烯含量从贮藏75 d左右开始快速下降;‘温185’核桃油的亚油酸、油酸、亚麻酸、总酚含量从贮藏75 d左右开始快速下降,总黄酮、角鲨烯、总甾醇含量从贮藏90 d左右开始快速下降;‘清香’核桃油的亚油酸、油酸含量从贮藏75 d左右开始快速下降,亚麻酸、总黄酮、总酚、角鲨烯、总甾醇含量在贮藏90 d左右开始快速下降。在室温贮藏条件下,3个品种核桃油功能性成分损失最多,0~-5℃、-15~-25℃贮藏条件下,3个品种核桃油功能性成分损失少,且各检测时段功能性成分含量的差异不显著。【结论】‘新新2号’‘温185’‘清香’核桃油宜在0~-5℃条件下贮藏,有效贮藏时长为75 d,在该条件下功能性成分损失少。

核桃调和油在不同烹饪温度下氧化稳定性的变化

为保持核桃油热加工过程中营养和热稳定性,将核桃油与亚麻籽油、花生油、红花籽油和菜籽油进行调和,根据中国营养学会推荐脂肪酸摄入量,利用数学模型计算出核桃调和油中各原料所占比例,研制出核桃油含量分别为1%、5%、15%、25%的营养均衡核桃调和油。分析中式烹饪温度下核桃调和油的过氧化值、茴香胺值和总氧化值及品质变化和脂肪酸含量的变化。结果表明,4种调和油饱和脂肪酸(SFA)、单不饱和脂肪酸(MUFA)和多不饱和脂肪酸(PUFA)的质量分数比例接近0.27:1:1,n-6/n-3脂肪酸均在(4~6):1推荐值范围之内,符合人体对脂肪酸均衡摄入的需求。1%、5%、15%、25%的调和油过氧化值、茴香胺值和总氧化值随加热温度升高而升高,210℃时PUFA/SFA比值分别为0.30%、0.39%、0.70%、0.96%,MUFA/PUFA比值较纯核桃油分别增加0.03%、0.07%、0.11%、0.14%,n-6/n-3脂肪酸比例介于4.42~5.76之间过氧化值、茴香胺值及总氧化值均低于纯核桃油,表明纯核桃油经过调和,有助于减缓氧化物的生成,提高热稳定性,维持脂肪酸的膳食平衡。

数据预处理和统计方法对核桃叶片氮、磷、钾含量光谱反演精度的影响

为探究光谱数据预处理、不同统计方法对核桃叶片N、P、K含量光谱反演精度的影响,采用平滑去噪预处理光谱反射率数据,并比较一次函数、二次函数、三次函数、幂函数、指数函数和半对数函数构建的核桃叶片N、P、K含量光谱反演模型精度。结果表明:(1)平滑去噪预处理光谱数据比原始数据构建的反演模型决定系数(R^(2))更高、均方根误差(RMSE)和相对误差(RE)更小,即数据预处理后的反演精度更高;(2)将6种统计方法构建的N、P、K含量模型的预测值和实测值绘制1:1关系图,以直观展示模型估算值与实测值的一致性程度,结果显示,具有最高决定系数(R^(2))、最小均方根误差(RMSE)和相对误差(RE)的均为三次函数建立的各生育期叶片N、P、K含量光谱反演模型,且该模型通过置信椭圆F检验,即三次函数构建的各生育期叶片N、P、K含量光谱反演模型精度最高。综上,本研究表明数据预处理和构建不同回归反演模型,可以提高光谱数据的利用水平,进一步提高反演模型的适用性和客观性。

广西凤山县石漠化治理核桃模式的形成与实践

处于贫困石漠化山区的凤山县经过多年摸索,依托资源优势,发展特色经济,做强做大核桃产业,走出了一条既能治理石漠化、促进生态建设,又能使山区农民增收的双赢之路。概述了凤山县石漠化现状及石漠化治理核桃模式的形成过程,总结了凤山县石漠化治理核桃模式的技术关键、示范推广的成功经验。

山核桃基于温度变化的贮藏寿命预测

研究不同温度(2、12、22、32℃)贮藏过程中山核桃过氧化值、酸价及感官品质随贮存时间的变化规律及其动力学特性,在Arrhenius动力学方程基础上,建立过氧化值和酸价与贮藏时间、贮藏温度之间的动力学模型,以预测和控制贮藏过程中山核桃的品质变化。结果表明,新鲜山核桃的过氧化值和酸价随着贮藏时间的延长而增加,且随着贮藏温度的升高而增加迅速,其感官品质指标随着贮藏时间的延长而下降,且随着贮藏温度的升高而迅速下降。一级化学反应模型和Arrhenius方程对过氧化值和酸价变化具有很高的拟合精度,建立的山核桃货架期预测值准确率达到±10%以内,可根据过氧化值、酸价在2～32℃范围内,对山核桃的氧化货架寿命进行预测。

基于遗传BP神经网络的核桃破裂功预测模型

针对核桃壳破裂所需机械能易受核桃含水率、加载速度和体积级别等多种因素影响,提出一种核桃壳破裂功预测方法。以南疆地区温185核桃为研究对象,选择核桃含水率(4%、6%、8%、10%)、加载速度(100、200、300、400 mm/min)和横径级别(1、2、3、4级)3个因素作为BP神经网络模型的输入量,利用遗传算法优化神经网络的权值与阈值,建立温185核桃破壳破裂功的遗传BP神经网络预测模型。结果表明:遗传BP神经网络模型能较好表达温185核桃破壳破裂功与主控因素之间的非线性关系,预测结果与实测值之间的平均绝对百分比误差为0.035,测试样本的网络输出值与网络目标值的相关系数达0.92488,模型预测效果较佳。研究结果为温185核桃破壳取仁加工过程的在线监控提供参考依据。

“云新高原”核桃果实生长发育规律研究

以"云新高原"核桃为试验材料,定期观测果实生长纵径、横径、侧径的生长量,采用logistic模型,二次多项式,三次多项式分别对核桃果实三径进行了曲线拟合。结果表明,"云新高原"核桃果实三径累积生长量随生长时间的动态变化呈慢—快—慢的"S"型曲线,累积生长量始终保持纵径>横径>侧径的生长特点;3种模型拟合果实三径的生长过程,用三次多项式对"云新高原"的纵径拟合的精度效果优于Logistic模型和二次多项式,而果实的横径和侧径则用Logistic模型拟合优于二次多项式和三次多项式。结合果实三径相对生长速率与生长变化曲线可将核桃生长过程分为生长初期,快速生长期,稳定生长期,为不同阶段核桃采用不同的栽培管理措施提供了参考依据。

“强特勒”核桃果实生长规律的研究

以西北农林科技大学核桃试验示范站栽培的6年生"强特勒"核桃为试材,以同期栽培的"香玲"核桃为对照,通过物候观测和果实生长动态测定,对比分析了2个核桃品种的果实生长规律,以期为"强特勒"核桃的栽培管理提供参考依据。结果表明:2种核桃果实三径生长量与其生长时间的关系均与Logistic模型高度吻合,回归方程统计检验均达极显著水平;2种核桃果实三径相对生长速率均有4个完全同步的明显峰值,但"强特勒"核桃果实三径相对生长速率的第1和第4峰值出现时间均比"香玲"核桃落后7d;在果实快速生长期,2种核桃果形指数均呈由高向低的递减过程,但"强特勒"核桃果形指数的递减速度快于"香玲"。

基于Workbench的核桃破壳力学特性分析

对核桃的物理性能进行测定,得出其基本尺寸;通过UG建立核桃的三维模型,运用Workbench对核桃的3种力加载方式进行应力和应变分析,并且与试验结果进行对照,得出最佳的破壳方式。结果表明:破壳力沿X轴方向加载效果最好,峰值最大24.45 kg,裂纹会沿着力的加载点扩散。通过实验数据也可以看出,沿核桃X轴方向加载力,得到的破壳率和整仁率最高。这为核桃破壳机械的结构设计和研究提供了参考。

基于逆向工程的新疆薄皮核桃壳体重构

利用三维坐标扫描仪对新疆温185薄皮核桃进行了三维坐标扫描,将得到的云图坐标点利用imagewar软件,对核桃进行重构。利用核桃的重构模型加入核桃壳体和核桃仁的物理参数可以为核桃加工过程的模拟奠定基础,为核桃计算机模拟提供最真实的重现。

核桃两种树形光合荧光特性的比较

以4年生‘温185号’核桃为试材,比较了主干形与自然开心形2种树形核桃的光合及荧光特性差异。结果表明:2种树形核桃净光合速率(Pn)日变化、蒸腾速率(Tr)日变化、气孔导度(Gs)日变化均呈不对称"双峰"曲线,净光合速率(Pn)日变化峰值分别出现在10:00与16:00左右,且首次峰值比第2次峰值分别高61.29%、51.75%,最大净光合速率分别为主干形15.22μmol·m^(-2)·s^(-1),自然开心形14.39μmol·m^(-2)·s^(-1),14:00出现明显"午休"现象;胞间CO_2浓度(Ci)日变化在净光合速率降低时反而呈现升高趋势;2种树形核桃初始荧光(Fo)与荧光淬灭系数(qP)存在显著相关性。

“西林3号”核桃果实生长规律Logistic模型研究

以西北农林科技大学核桃板栗试验示范站栽培的"西林3号"核桃为材料,通过物候观测和果实生长动态测定,采用Logistic曲线对其果实生长动态测定值进行了拟合,并计算出果实生长的各个时间段。结果表明:"西林3号"核桃果实纵径、横径及线径生长量与其生长时间的关系均与Logistic模型高度吻合,确定系数R2分别为因变量的99.38%、99.42%和99.05%,回归方程统计检验均达极显著水平;果实纵径、横径及线径生长过程可划分为生长初期、快速生长期和稳定生长期3个阶段,为确定不同阶段核桃栽培管理措施提供了参考依据。