导读 |《农业工程学报》2021年6月第12期

    《农业工程学报》2021年第12期报道了包括农业装备工程与机械化、农业水土工程、农业信息与电气技术、农业生物环境与能源工程、土地保障与生态安全、农产品加工工程等农业工程核心技术方面的部分最新科研成果。

    本期共刊发36篇论文。

    36篇论文来自国内外86个高等院校和科研院所及企业单位，包括中国农业大学，西北农林科技大学，华南农业大学，华中农业大学，南京农业大学，吉林农业大学，新疆农业大学，武汉大学，中国科学院，吉林省农业科学院农业资源与环境研究所，广西农业机械研究院有限公司，中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，新疆农业科学院经济作物研究所，中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司等。

    所有研究均受省部级及以上项目资助（共计86项），其中国家级基金项目达37项，包括国家重点研发计划项目14项。

    “农业装备工程与机械化”栏目侯加林等的《双行手扶式大蒜联合收获机设计和试验（英文）》（国家现代农业产业技术体系（CARS-24-D-01）；山东省重点研究开发项目（2019GNC106031）；山东省现代农业技术体系蔬菜产业创新团队项目（SDAIT-05-11））结合大蒜物理特性和种植模式，设计了一种双行手扶式大蒜联合收获机，可一次完成大蒜的挖掘，姿态矫正，夹持输送，茎根切割，低损收集等作业工序。

    采用Box-Behnken中心组合试验方法，以前进速度、挖掘深度、链条距离为试验因素，以损伤率和损失率为评价指标，进行参数优化试验。

    建立各影响因素与指标之间的回归数学模型，分析各因素对响应值的交互影响，获得最优参数组合为：前进速度0.51 m/s、挖掘深度97.2 mm、链条距离7.6 mm，对应的损伤率、损失率分别为0.65%、1.28%，对优化结果进行验证试验，试验结果表明在最优参数组合下，损伤率为0.63%、损失率为1.25%，各评价指标与预测值均很接近。

    研究结果可为大蒜联合收获机进一步完善结构设计和工作参数优化提供参考。

    邢浩男等的《甘蔗收割机排杂风机叶轮结构参数优化与试验》（国家重点研发计划(2016YFD0701200）；广西扶绥教授工作站技术服务项目(201805510710115)；国家自然科学基金(32071916）等）首先针对排杂风机建立了计算流体力学模型，以叶片安装角、叶片数、间隙占比为因素，以风机转速为1650 r/min时的空载风速为指标，设计了三因素三水平的Box-Behnken仿真试验，并对叶轮参数进行优化。

    优化得到叶轮最佳结构参数为：叶片数为4、安装角为30°、间隙占比为55%。

    风速仿真值与测量值的最大误差为5.24%，平均误差为4.29%，仿真结果具有较高的准确性。

    以优化参数进行的田间试验结果表明，收获长势差的甘蔗时含杂率最多降低2.4个百分点，损失率最多上升0.85个百分点。

    本研究提高了风机在复杂田间情况下的排杂性能。

    “农业水土工程”栏目左小锋等的《典型薄层黑土区前期坡面水蚀对土壤风蚀的影响》（国家重点研发计划项目（2016YFE0202900）；美丽中国生态文明建设科技工程专项（XDA23060502））利用直流吹气式风洞对有、无前期降雨的地表进行风蚀试验，对比分析前期坡面水蚀作用对黑土区坡耕地土壤风蚀的影响。

    结果显示：不同降雨强度下前期坡面水蚀作用使土壤风蚀量明显减小，即前期坡面水蚀作用对地表产生了明显抗风蚀效应。

    在9、12和15 m/s风速作用下，50和100 mm/h降雨强度的前期坡面水蚀作用产生的抗风蚀效率分别为68.4%～96.2%和77.2%～97.6%，且随降雨强度增加，其抗风蚀效率增大。

    土壤风蚀强度受前期坡面水蚀作用中降雨强度和风蚀作用风速的综合影响，降雨强度的增加对土壤风蚀的抑制效果明显。

    该研究结果不仅揭示了前期坡面水蚀作用对黑土区土壤风蚀的影响机制，也为针对性防治黑土坡面复合侵蚀和黑土资源的可持续利用提供了理论依据。

    梅楠等的《基于最小数据集的吉林省黑土耕层土壤质量评价》（第五批吉林省青年科技人才托举工程（QT202128）；国家现代农业产业技术体系(CARS-07-G-6)；吉林农业大学科研启动基金项目（0201-202023322））以吉林省典型黑土耕层土壤作为研究对象，采用最小数据集法筛选评价指标。

    结果表明：吉林省黑土耕层土壤质量评价最小数据集由耕层容重、有机质、速效磷、pH构成，由全量数据集（Total Data Set，TDS）、重要数据集（Important Data Set，IDS）和最小数据集（Minimum Data Set，MDS）分别计算的土壤质量指数之间存在显著正相关关系。

    黑土玉米种植区耕层土壤质量指数分布在0.22～0.75之间，均值为0.53，呈现东部高西部低的趋势。

    土壤质量指数随产量先增加后降低。

    该研究结果可为吉林省黑土耕层土壤质量诊断、提高黑土肥力及选择适合农田管理措施提供理论及参数支撑。

    “农业信息与电气技术”栏目毛国君等的《基于改进YOLO-V4网络的浅海生物检测模型》（国家重点研发项目（2019YFD0900800/05）；国家自然科学基金项目（61773415））建立了一个海洋生物数据集，采集了原始图片1810张，数据增强后得到7240张图片，它们被分成训练集（80%）和测试集（20%）。

    其次，通过引入跨阶段局部网络的概念，构建了嵌连接EC（Embedded Connection）部件，并将其嵌入到YOLO-V4网络的末端，得到改进的YOLO-V4网络。

    最后，提出了基于改进YOLO-V4网络的海洋生物检测模型MOD（Marine Organism Detection）。

    试验结果表明，MOD模型的mAP50、mAP75（交并比阈值为0.5、0.75的精度均值）分别为0.969和0.734，计算量为35.328BFLOPs（十亿浮点运算数），检测帧速为139 ms（具有图形加速器GeForce GTX1650上）。

    与原始YOLO-V4模型相比，MOD模型的mAP50和mAP75提高了0.9和4.8个百分点，而计算量仅提高0.2%。

    该研究直接面向浅海生物的目标检测问题，所提供的方法可以为水下机器人精准执行智能捕捞等任务提供有益参考。

    万鹏等的《基于改进ResNet50模型的大宗淡水鱼种类识别方法》（国家重点研发计划项目（2018YFD0700903-2）；湖北省农业科技创新中心2020年重大科技研发专项（2020-620-000-002-03）；湖北省农业科技创新中心创新团队项目（2016620000001044）等）提出了一种基于改进ResNet50模型的淡水鱼种类识别方法。

    研究以鳙鱼、鳊鱼、鲤鱼、鲫鱼、草鱼、白鲢6种大宗淡水鱼为对象，构建改进ResNet50模型，引入迁移学习机制训练模型，同时选择CELU作为激活函数提高神经网络表达能力，通过Adam优化算法更新梯度，并嵌入余弦退火方法衰减学习率。

    为验证改进ResNet50模型的准确率等性能，对6种淡水鱼进行种类识别，结果表明：在单次验证方法下，选用包含单一背景图像和干扰背景图像构成的淡水鱼图像数据集训练模型，识别准确率为96.94%，比经典模型提高1.22%，单张淡水鱼图像样本的平均检测时间为0.2345 s；在四折交叉验证下，选用具有单一背景的图像数据集，模型的识别准确率为100%，选用包含单一背景图像和干扰背景图像的淡水鱼图像数据集，模型的识别准确率为96.20%，说明模型具有较好的泛化性能和鲁棒性。

    “农业生物环境与能源工程”栏目乔洪涛等的《磁流体改性制备磁性肉骨生物炭及其对Cd2+的吸附特性》（国家自然科学基金项目（21167007，21467013，51766008）；山西省高等学校科技创新项目（2019L0836）；忻州市科技局项目（20190404）等）采用磁流体对CBC进行改性制备磁性肉骨生物炭（Magnetic Carp meat bone Biochar，MCBC），并考察磁流体改性对CBC理化性质的影响；采用批平衡试验、微观结构分析和顺序提取试验，探究了MCBC对Cd2+的吸附特性。

    结果表明，磁流体改性能使Fe3O4在CBC表面较为均匀分布，并使CBC对Cd2+的吸附量提高160%；MCBC对Cd2+的吸附符合准二级动力学、Diffusion-Chemisorption、Freundlich和Temkin吸附模型。

    MCBC对Cd2+的吸附机理主要以离子交换、沉淀、静电吸附和含氧官能团络合为主；顺序提取试验表明，Cd2+在MCBC上的存在形态主要为可交换态（占总吸附量48.4%）和酸可提取态（占总吸附量29.5%）。

    研究结果可为磁性生物炭的制备及其对重金属Cd2+污染的修复提供一定的理论参考。

    “土地保障与生态安全”栏目张玉臻等的《黄河流域“三生”功能协调性测度及其差异性优化调控》（国家自然科学基金（41801210；41961124006）；2020年度陕西省哲学社会科学重大理论与现实问题研究项目（SX-354，20ST-169）等）聚焦黄河流域"三生"功能间的关系，以地理空间数据和社会经济统计数据为支撑，采用GIS空间分析法与力学均衡模型测度黄河流域"三生"功能协调性，识别出"三生"功能失调区域并分类提出优化调控策略。

    结果表明：黄河流域"三生"功能协调度共分 4种水平6种类型，整体处于"磨合"水平，不同功能的空间分布特征差距明显；3.64%的县域单元处于"失调"水平，且主要沿黄河两岸分布；协调度类型主要以高生产低生态和高生态低生活两种类型为主；"三生"功能失调区域需根据协调度水平及类型，从优化土地利用结构、产业结构、公共服务设施供给以及生态维护等方面分类优化调控，提升短板功能，改善"三生"功能的协调度，促进国土空间的可持续开发利用。

    农业工程是一个综合性的交叉学科，是现代科学、技术和工程与农业产业化、现代化的有机结合。

    经国务院学位委员会研究批准，农业工程为工学门类下属“一级学科”，下设4个二级学科专业：农业机械化工程、农业水土工程、农业生物环境与能源工程、农业电气化与信息化；农业工程类下设 7个本科专业目录：农业工程、农业机械化及其自动化、农业电气化、农业建筑环境与能源工程、农业水利工程、土地整治工程、农业智能装备工程。

    本刊为中国科学技术协会所属全国一级学会中国农业工程学会主办的一级学报，面向全球读者，刊载农业工程一级学科及其相关工程技术研究新成果。

    本刊被EI Compendex（核心版）、Scopus、CA、CSA、CAB Abstracts、CSCD、《中文核心期刊要目总览》、《中国科技核心期刊目录》等权威数据库收录。

    本刊在农业工程类期刊排名中多项位列第一，2015年入选国家新闻出版广电总局“百强报刊”，多年连续入选“中国最具国际影响力学术期刊”“百种中国杰出学术期刊”“中国精品科技期刊”“RCCSE中国权威学术期刊”“科技期刊数字影响力100强”等。

    2019年获得中国科协等七部委联合实施的“中国科技期刊卓越行动计划”项目支持。

    2020年入选中国农林领域高质量科技期刊分级目录第一区（T1）。

    感谢新疆农业科学院经济作物研究所林涛团队提供的封面图片“机采种植模式棉田”！

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    本文由丨《农业工程学报》编辑部丨精编发布欢迎留言、分享、点赞转载、投稿、咨询邮箱：tcsae@tcsae.org★重磅上线《农业工程学报服务号》为作者、读者、审者及编者提供移动化操作功能。

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