基于虚拟植物技术的冬小麦根系3D构型测试与分析 被引量：13

1

作者 陈信信 丁启朔 +3 位作者 丁为民 田永超 朱艳 曹卫星 《中国农业科学》 CAS CSCD 北大核心 2014年第8期1481-1488,共8页

【目的】构建一套由硬件和软件集成且完整而适用的虚拟植物根系技术,定量描述稻茬田冬小麦根系的三维几何构型特征。【方法】自主设计制作"根系构型数字化仪",该数字化仪为纯机械结构,分别设有一个水平回转臂、一个横向滑动... 【目的】构建一套由硬件和软件集成且完整而适用的虚拟植物根系技术,定量描述稻茬田冬小麦根系的三维几何构型特征。【方法】自主设计制作"根系构型数字化仪",该数字化仪为纯机械结构,分别设有一个水平回转臂、一个横向滑动臂和一个竖向滑动臂,回转臂与滑动臂都配有标尺,且3者的组合运动能保证测头在3D范围测取任一点的空间坐标。测量时将置于工作台的根区土壤按3—5 mm厚度逐层清除并进行根系构型数字化,从而测取田间小麦根系的真实空间拓扑数据,实现小麦根系实体构型的数字化。将实测的小麦根系构型数据导入Pro-E软件平台,利用软件的3D造型技术完成小麦根系构型的虚拟重构,实现计算机虚拟根系与实体根系的一致性。利用软件的分析工具对虚拟重构的小麦根系构型进行计算分析,定量小麦不同时期根系的三维空间构型、根系的土体空间搜寻能力、根系总长以及根系平均增长率等指标的变化,通过不同的指标反映田间土壤环境下真实小麦根系构型的时空动态。【结果】植物根系构型数字化仪能够提供<1 mm的测试分辨率,操作使用方便,耐污染、抗干扰能力强,对工作环境要求不高,可满足作物根系三维空间几何构型测试要求,而使用Pro-E的小麦根系三维空间几何构型重构技术也便于根系构型的深度计算与分析。冬小麦的根系构型分析结果表明,该虚拟根系技术能够直观展示小麦生长期不同时间节点的根系构型状态特征及土体空间搜寻动态,根系构型图可以反映各时期小麦根系在土体中的纵深拓展和周向扩展状态。同一时期植株个体的根系构型变异性较大,越冬期小麦根系很浅,在返青及分蘖旺期小麦的根系迅速向深层土层中伸展,拔节期根系爆发迅速。【结论】由软硬件单元组构的虚拟植物根系三维空间几何构型的测试与分析方法� 展开更多

关键词 根系构型数字化仪 虚拟植物根系技术 根系构型 冬小麦

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交通工程建设中影响造价的因素与应对策略 被引量：6

2

作者 陈信信 《科技创新导报》 2017年第11期209-209,211,共2页

交通工程是和人们的生活息息相关的一项工程,随着生活水平的提高和社会的快速发展,人们对交通的需求和要求也逐渐提高,所以交通工程建设的规模也越来越大,那么我们怎样在保证交通工程建设质量的前提下控制好造价这一问题就成了至关重要... 交通工程是和人们的生活息息相关的一项工程,随着生活水平的提高和社会的快速发展,人们对交通的需求和要求也逐渐提高,所以交通工程建设的规模也越来越大,那么我们怎样在保证交通工程建设质量的前提下控制好造价这一问题就成了至关重要的一个话题。我们必须对其予以足够的重视,所以本文就对交通工程建设中影响造价的因素进行了分析,并对此提出了一些相应的应对策略,供参考借鉴。 展开更多

关键词 交通工程建设 影响造价因素 应对策略

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长江下游稻麦轮作区机收对土壤扰动的影响特征 被引量：6

3

作者 梁磊 陈信信 +3 位作者 孙克润 何瑞银 汪小旵 丁启朔 《南京农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第1期186-193,共8页

[目的]本文旨在获取长江下游稻麦轮作区水稻与小麦机收环节的土壤扰动信息,评价该区在全程机械化条件下各机械化作业环节对土壤系统的影响。[方法]于该区连续开展3个作物季的田间调查,结合贯入阻力和微地貌测试,同时辅以取样法监测土壤... [目的]本文旨在获取长江下游稻麦轮作区水稻与小麦机收环节的土壤扰动信息,评价该区在全程机械化条件下各机械化作业环节对土壤系统的影响。[方法]于该区连续开展3个作物季的田间调查,结合贯入阻力和微地貌测试,同时辅以取样法监测土壤含水率及容重。[结果]综合微地貌测试仪、土壤紧实度仪及土壤取样等方法获得的多维度土壤物理指标能够准确反映出中小型稻麦联合收割机对土壤的影响。水稻机收环节的微地貌破坏严重,麦收环节机械对土壤的破坏显著降低。收割机并不造成耕作层土壤容重显著变化,表明稻作制的机械-土壤关系特殊。基于多季、不同作物及不同土层数据的统计分析进一步表明,在该区开展农机安全生产的土壤含水率上限为35%,土壤紧实度下限为1 MPa。履带式中小型收割机造成的土壤压实面积比最低(40%),微地貌破坏能够影响全耕层,因此现有的机械设计准则需要针对稻麦轮作制的区域农业特点进一步修订。[结论]本文组装设计的土壤扰动区域调查方法可为农业智能化农情信息装备的研发提供借鉴,所得的机收土壤扰动结果也可为土壤质量精准管理提供参考。 展开更多

关键词 土壤扰动 稻麦轮作 贯入阻力 微地貌

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秸秆土壤旋耕机交互下秸秆位移与埋覆效果研究 被引量：5

4

作者 徐高明 丁启朔 +3 位作者 汪小旵 梁磊 何瑞银 陈信信 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期23-29,共7页

分析秸秆土壤机具之间的交互关系,明确秸秆运动规律及分布效果,对秸秆管理及耕作机械优化设计具有重要的作用。为探究秸秆土壤旋耕机交互下的关键作业参数对秸秆位移和埋覆效果的影响,利用Design-Expert软件,根据BoxBehnken试验原理进... 分析秸秆土壤机具之间的交互关系,明确秸秆运动规律及分布效果,对秸秆管理及耕作机械优化设计具有重要的作用。为探究秸秆土壤旋耕机交互下的关键作业参数对秸秆位移和埋覆效果的影响,利用Design-Expert软件,根据BoxBehnken试验原理进行了室内土槽试验。以旋耕埋草作业中的秸秆长度、耕作深度、刀轴转速为影响因素,以秸秆位移和埋覆率为指标进行三因素三水平的二次回归正交试验。通过建立响应面数学模型,分析了各因素对旋耕埋草效果的影响。试验结果表明:影响秸秆埋覆率和位移的主次顺序为耕作深度、秸秆长度、刀轴转速;秸秆长度与耕作深度交互作用对秸秆埋覆率和位移影响显著,其余参数交互作用不显著。多目标优化结果表明:当秸秆长度为5 cm、耕作深度为14.99 cm、刀轴转速为320 r/min时,埋草效果最优,其对应指标秸秆埋覆率与位移分别为95.5%和27.6 cm。利用优化后的参数进行试验验证,秸秆埋覆率与位移分别为93.3%和28.1 cm。研究结果可为旋耕埋草作业参数调整提供参考,为秸秆土壤机具交互机理研究提供理论支撑。 展开更多

关键词 旋耕埋草 秸秆土壤旋耕机 埋覆率 秸秆位移 作业参数 正交试验

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稻茬麦根系构型可视化与三向分型维研究 被引量：5

5

作者 陈信信 丁启朔 +2 位作者 李毅念 丁为民 田永超 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期328-335,共8页

提出一种根系可视化分析方法用于定量稻茬田环境的小麦根系构型。使用根系构型数字化仪测试稻茬麦苗期根系构型,将所测数据导入Pro/E平台进行根系构型的3-D重构,然后对可视化根系进行3向平面投影,计算小麦根系在不同平面的分形维数与分... 提出一种根系可视化分析方法用于定量稻茬田环境的小麦根系构型。使用根系构型数字化仪测试稻茬麦苗期根系构型,将所测数据导入Pro/E平台进行根系构型的3-D重构,然后对可视化根系进行3向平面投影,计算小麦根系在不同平面的分形维数与分形丰度。结果表明,该方法可以真实反映出田间稻茬麦根系构型的动态变化状况,而根系分形维数与分形丰度随时间逐步递增,正视图面的分形维数和分形丰度总大于左视图面。从播后第98天开始,俯视图面的根系构型分形维数与分形丰度出现突增。在3个投影面上稻茬麦根系的分形维数与分形丰度都高度相关,二者与根总长也存在一定的相关关系。 展开更多

关键词 稻茬麦根系 3-D构型 根系可视化 三向分型维

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稻茬麦根系构型的定向分型分析 被引量：5

6

作者 陈信信 丁启朔 +3 位作者 李毅念 薛金林 陆明洲 邱威 《应用生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1711-1717,共7页

为探索稻茬麦根构型的方向性,使用田间数字化仪实现稻茬麦根系的数值化,将根系数据导入Pro-E重构出根系的空间状态图,然后将根构型每隔10°进行各向投影,计算根系构型在18个维度的分形维数与分形丰度.结果表明:小麦苗期根构型在各... 为探索稻茬麦根构型的方向性,使用田间数字化仪实现稻茬麦根系的数值化,将根系数据导入Pro-E重构出根系的空间状态图,然后将根构型每隔10°进行各向投影,计算根系构型在18个维度的分形维数与分形丰度.结果表明:小麦苗期根构型在各维度的分形特征具有较强的规律性,表明根系在土体中的分布具有明显的方向性.在苗期到返青期,根构型在18个维度的分形指标波动性大,表明这一时期内根系生长处于持续的动态变化过程.在拔节期,根构型在各维度的分形再次呈现出一定的规律性,表明根系在土体中的分布重新表现出明显的方向性.该研究方法可以精准描述和分析植物根系在田间环境中的分布状况. 展开更多

关键词 稻茬麦根系 根构型 周向分布 投影面分形分析

原文传递

高时空分辨率及高通量的稻茬麦苗期表型指标动态特征研究 被引量：4

7

作者 沈凤悦 李毅念 +5 位作者 陈信信 丁启朔 丁为民 田永超 朱艳 曹卫星 《作物杂志》 CAS CSCD 北大核心 2014年第5期117-121,共5页

稻麦轮作系统周年土壤干湿交替决定着稻茬麦种植特有的生态特征,需要专门的耕种技术设计。为了用更高的时空分辨率表型方法描述稻茬麦的生长动态,使用扫描仪与图像处理软件Image Pro-Plus对自然平展态的冬小麦苗期表型指标进行测量,分... 稻麦轮作系统周年土壤干湿交替决定着稻茬麦种植特有的生态特征,需要专门的耕种技术设计。为了用更高的时空分辨率表型方法描述稻茬麦的生长动态,使用扫描仪与图像处理软件Image Pro-Plus对自然平展态的冬小麦苗期表型指标进行测量,分析冬小麦苗期表型指标动态变化特征。结果发现,在更加精细的时空观测尺度上,基于单株及器官水平的表型指标定量有利于区分不同耕作处理引起的稻茬麦植株表型的细微变化及动态。免耕与旋耕2种耕作处理对部分茎叶指标在稻茬麦部分生理期内引起显著性差异,但这些差异在年度间的表现并不稳定。使用平均变化率指标描述>84d后的茎叶指标发现,总叶长与单株叶面积的数值最大,总根长次之,而耕作处理对总根长平均变化率的影响显著,两个年度的动态图都反映出免耕处理的小麦在播后60d左右平均叶倾角突然下降。因此,运用软硬件结合的精细时空尺度大田作物表型技术能够鉴别田间复杂环境因子对稻茬麦苗期茎叶指标动态的影响。 展开更多

关键词 稻茬麦 表型指标 数字图像处理 指标动态

原文传递

剪切应力环境下的内皮祖细胞对肝星状细胞增殖和生物功能的影响 被引量：4

8

作者 陈信信 张晓芸 +5 位作者 丁玉真 李鑫 官秀梅 李宏 成敏 崔晓栋 《中国应用生理学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期404-407,共4页

目的:研究流体剪切应力条件下的内皮祖细胞(EPCs)对肝星状细胞(HSCs)增殖、粘附、迁移、凋亡等生物学功能以及成纤维化因子α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)、胶原I(Col-I)、胶原Ⅲ(Col-Ⅲ)表达的影响。方法:将HSCs与EPCs分别接种于共培养小... 目的:研究流体剪切应力条件下的内皮祖细胞(EPCs)对肝星状细胞(HSCs)增殖、粘附、迁移、凋亡等生物学功能以及成纤维化因子α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)、胶原I(Col-I)、胶原Ⅲ(Col-Ⅲ)表达的影响。方法:将HSCs与EPCs分别接种于共培养小室的上层和下层,共培养24 h后,给EPCs细胞施加12 dyne/cm^2剪切应力,持续24 h。消化细胞,采用CCK-8法检测HSCs的增殖;流式细胞术检测HSCs的凋亡率;细胞贴壁法检测HSCs的粘附功能; Boyden小室检测HSCs的迁移;荧光定量PCR法及Western blot分别检测HSCs的α-SMA、Col-Ⅰ、Col-Ⅲ mRNA和蛋白质的表达情况。结果:在剪切应力条件下,EPCs生态小境能明显抑制HSCs的增殖、粘附和迁移能力,促进HSCs凋亡,下调HSCs中Col-Ⅰ、Col-Ⅲ mRNA和蛋白质的表达。结论:在剪切应力条件下,EPCs生态小境对HSCs纤维化的发展具有一定抑制作用。 展开更多

关键词 内皮祖细胞 肝星状细胞 剪切应力 共培养 生态小境

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旋耕还田秸秆空间分布质量离散元分析 被引量：3

9

作者 何瑞银 段庆飞 +2 位作者 陈信信 徐高明 丁启朔 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期44-53,共10页

秸秆在土壤中的空间分布质量会对秸秆腐解速率、土壤养分分布等产生显著影响。为了探究不同旋耕作业参数对秸秆空间分布质量的影响,本文基于离散元法构建旋耕仿真模型,模拟秸秆旋耕还田作业过程,并结合田间试验对不同前进速度和刀辊转... 秸秆在土壤中的空间分布质量会对秸秆腐解速率、土壤养分分布等产生显著影响。为了探究不同旋耕作业参数对秸秆空间分布质量的影响,本文基于离散元法构建旋耕仿真模型,模拟秸秆旋耕还田作业过程,并结合田间试验对不同前进速度和刀辊转速下的秸秆空间分布质量进行对比验证。对仿真及田间试验区域进行垂直分层和水平划分的空间分割处理,计算各区域内秸秆数量并以秸秆占比变异系数为指标评价不同旋耕作业参数下的秸秆空间分布质量。结果表明,在垂直分层处理中,刀辊转速的增加会使得各层秸秆占比变异系数呈递增的趋势,其中240 r/min时最小,仿真值与试验值分别为60.09%和80.65%,而随着前进速度的增加,变异系数呈先减少后增加的规律,其中0.50 m/s时变异系数最小,仿真值与试验值分别为61.00%和79.90%;在水平划分处理中,刀辊转速的增加对各层秸秆占比变异系数无明显规律性影响,但前进速度的增加可以减小纵向划分区域内的变异系数,最小值为0.75 m/s时的11.36%和20.12%,仿真值与试验值变化趋势基本一致。垂直分布和水平分布秸秆占比变异系数仿真值与试验值间差值平均最大分别为22.13%和12.23%,误差在可接受范围内。离散元仿真能够模拟不同旋耕作业参数下的秸秆空间分布状态,可以为旋耕秸秆还田作业质量的快速预测评价研究提供支持,也可为旋耕机械的作业参数选择提供理论依据。 展开更多

关键词 秸秆还田 旋耕 作业参数 空间分布 离散元仿真

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土壤压实对水稻根系发育及产量的影响 被引量：3

10

作者 肖芬芳 潘霞 +2 位作者 张智清 陈信信 姬长英 《江苏农业科学》 2020年第10期98-102,共5页

随着水稻生产机械化水平的不断提高,人们对于自走式水田田间管理机械的需求日益增加。研究机械压实对水稻根系发育及产量的影响,给改进和设计新型水田田间管理机械的行走装置提供理论依据,进行不同压强下的水田土壤压实试验,得到相应的... 随着水稻生产机械化水平的不断提高,人们对于自走式水田田间管理机械的需求日益增加。研究机械压实对水稻根系发育及产量的影响,给改进和设计新型水田田间管理机械的行走装置提供理论依据,进行不同压强下的水田土壤压实试验,得到相应的水稻成根数量、主根长度、主根直径及单穴产量,利用SPSS软件对其进行单因素方差分析,计算回归方程并设计试验验证回归方程的准确性。方差分析结果表明,压实对水稻根系发育及产量有显著影响,且由验证试验可知,在误差小于5%范围内,可用Y1=233.107-1.921X1、Y2=32.344-0.260X2、Y3=154.557+4.268X3、Y4=836.982-4.505X4分别对该试验压实载荷范围内具体压强下的成根数量、主根长度、主根直径、单穴产量进行预测。试验得出,机械压实会对成根数量、主根长度、主根直径产生显著影响,随着压实程度的增加,成根数量减少,主根长度减小,主根直径增大,单穴产量下降。 展开更多

关键词 水稻 土壤压实 根系发育 产量

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大田群体小麦根系构型3D拓扑表型的参数化 被引量：3

11

作者 厉翔 丁启朔 +3 位作者 陈信信 何瑞银 汪小旵 李佩 《江苏农业学报》 CSCD 北大核心 2020年第4期936-941,共6页

大田作物群体根系的生理生态过程及其塑性反应必然决定根系构型特定的3D拓扑性状。为了解析大田作物地下部的生理生态过程,需要探究一种能够保留原位拓扑结构的群体根系构型测试与模型化方法,以及基于根系构型模型的表型参数设计方法。... 大田作物群体根系的生理生态过程及其塑性反应必然决定根系构型特定的3D拓扑性状。为了解析大田作物地下部的生理生态过程,需要探究一种能够保留原位拓扑结构的群体根系构型测试与模型化方法,以及基于根系构型模型的表型参数设计方法。本研究以宁麦13为试验材料,利用1.5 cm等株距免耕精密播种法获取相对准确的行株距和一致的群体,在完成小麦根系构型的数字化基础上,使用Pro-E软件构建群体根系构型的3D拓扑模型,并进一步设计可供定量解析根系系塑性性状的根系构型拓扑表型参数,以侧位根长比作为根系构型拓扑表型的专用指标,使用该指标分别对小麦的幼苗期、分蘖期、拔节期进行等株距条播群体的个体植株根系构型拓扑表型的定量分析。结果表明,根系构型3D拓扑的Pro-E模型及本研究构建的表型指标能够初步捕捉到邻株根系构型规避现象,且该现象在小麦的不同生育期有所差异。在大田环境下本研究所探讨和设计的小麦根系构型的拓扑表型参数及其配套的大田群体精准控制、根系构型数据化、模型化及模型的拓扑表型参数化技术有利于捕捉大田环境群体条件下的个体小麦地下部生理生态过程。 展开更多

关键词 根系构型 拓扑表型 株间交互 侧位根长比

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南方稻麦轮作系统下小麦根系的三维分形特征 被引量：7

12

作者 陈信信 丁启朔 +2 位作者 李毅念 薛金林 何瑞银 《中国农业科学》 CAS CSCD 北大核心 2017年第3期451-460,共10页

【目的】根构型直接影响作物的水肥吸收,而定量根构型的相关指标多局限于二维分析,缺乏有效的3D分析指标。论文探讨计算分析根构型3D特征的指标与操作方法,用于定量稻麦轮作制不同耕作方式对小麦根构型的影响。【方法】使用自制的根构... 【目的】根构型直接影响作物的水肥吸收,而定量根构型的相关指标多局限于二维分析,缺乏有效的3D分析指标。论文探讨计算分析根构型3D特征的指标与操作方法,用于定量稻麦轮作制不同耕作方式对小麦根构型的影响。【方法】使用自制的根构型数字化仪,测取田间小麦根系的真实空间拓扑数据,获得根系构型的空间坐标。然后运用Matlab编程实现小麦根构型拓扑数据的虚拟重构,令虚拟根系再现实体根系的空间拓扑。结合分形理论与软件的计算分析功能对虚拟根构型进行分形维计算,分别获取3D分形维数、3D分形丰度、2D分形维数、2D平面分形丰度和单株总根长5个特征指标,以此表达小麦根构型在不同年度、不同耕作方式处理下的时空动态。同时建立不同年度及耕作处理下单株总根长动态与根构型3D分形维数、3D分形丰度、2D分形维数、2D平面分形丰度间的相关关系。【结果】研究发现随着作物生长期的变化,不同年份及不同耕作处理下的小麦根构型指标都表现出稳定增长的趋势。不同之处在于2010—2011年度的小麦根构型指标平稳增长,而2011—2012年度的根系生长速率变化较为剧烈。对比两个年度间的小麦根构型指标发现,免耕和旋耕两种耕作方式对小麦根构型的影响效果相反,在2010—2011年度,旋耕处理方式下的根系指标优于免耕处理方式,而在2011—2012年度,免耕处理方式下的根构型指标表现更优。对于作物生长前期(0—98 d)而言,年度变化引起的根构型指标差异显著大于耕作处理引起的差异,在作物生长后期(98—112 d),年度变化和耕作处理方式对小麦根构型指标的影响较为相近。对比小麦根构型的3D分形维指标和平面分形维指标发现,3D分形维明显区别于平面分形维,这表明根系的三维分形是根构型的必要分析指标。在不同的年度与耕作措施下,单株小麦� 展开更多

关键词 稻茬麦根系 根构型可视化 3D分形维 平面分形维 根长动态

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基于TracePro的LED光照鹅孵化机设计及试验 被引量：1

13

作者 郭彬彬 刘宁 +2 位作者 丁为民 陈信信 施振旦 《中国农机化学报》 北大核心 2021年第12期57-64,共8页

为改善鹅种蛋孵化性能,以辐照度均匀度、孵化机容蛋量和安全性为指标,基于TracePro Expert光学仿真软件对孵化机内LED灯带布置进行仿真和安装设计,同时选用不同LED光照进行种蛋孵化试验,以确定最佳孵化期光照方案。结果表明,在所设计的... 为改善鹅种蛋孵化性能,以辐照度均匀度、孵化机容蛋量和安全性为指标,基于TracePro Expert光学仿真软件对孵化机内LED灯带布置进行仿真和安装设计,同时选用不同LED光照进行种蛋孵化试验,以确定最佳孵化期光照方案。结果表明,在所设计的小型孵化机内,灯带条数为3条,水平间距为25 cm,安装高度距离蛋表面20 cm时为最佳布置方案,此时辐照度均匀度为0.692,满足建筑照明最低标准。与传统的黑暗条件孵化相比,辐照度为0.5~0.6 W/m;的LED红光和白光显著提高鹅种蛋孵化率,分别提高4.39和2.39个百分点,且缩短出雏窗口期约16 h;而单色绿光能促进胚胎发育,利于鹅胚体重的增加。该研究结果可为后续高性能鹅种蛋孵化机的设计和优化提供参考。 展开更多

关键词 鹅 孵化机 LED光照 孵化性能 胚胎发育

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