农业工程
竖缝式鱼道具有水流条件好，回流区位置明确，适应上下游水位变化能力强的特点，是目前过鱼效率高、应用广泛的过鱼工程设施。为增加研究区内鱼类洄游的效果，根据规范要求，初步设计3种鱼道池室隔板型式，利用数值模拟的方法，在上下游2 m等水深的条件下，探究隔板型式变化对池室水流结构的影响。通过分析池室内的水流流态、竖缝处流速分布以及消能效果等对隔板型式进行优化。通过改变第2种隔板型式尺寸，竖缝宽度由0.6 m降低到0.5 m，在池室水流流态以及竖缝处流速较好的前提下，使竖缝附近最大流速小于设计流速1.2 m/s；并对优化体型进行不同等水深条件下的过流能力计算，在水深变化0.5~2.0 m区间时，鱼道过流能力在0.236~0.951 m3/s之间。池室内良好的水流流态以及竖缝处流速分布的合理性为研究区内大部分鱼类的上溯提供了良好的通道，不同水深的过流能力为鱼道运行调度起到了参考作用。
调整农业种植结构是农业供给侧改革的主要内容，也是促进农民增收的重要举措。为了研究农业种植结构调整对农业机械化的影响，基于广西14个地级市面板数据，采用固定效应模型实证分析了农业种植结构调整对广西区域农业机械化发展水平的影响。研究结果表明：农业种植结构调整不会直接影响农业机械化；农村道路设施与农业经营规模对区域农业机械化发展水平有显著正向影响；农民增收对广西农业机械化发展水平起到中介效应。研究认为可以通过完善农村基础设施，推动农业适度规模经营，调整农业种植结构，促进农民增收，从而全面提高广西农业机械化水平。
深入研究全自动挤奶机器人在中国的专利布局，对中国的技术研发和保护有重要意义。基于德温特(DI)专利数据库，利用文献计量法和主题聚类法，从专利申请年度变化、技术来源国、专利权人、专利法律状态、专家分类、IPC分类、研究热点等方面分析归纳出全自动挤奶机器人技术中国布局的特点。中国在该领域起步慢，2011年进入技术发展期。该技术重点专利权人集中，整体失效专利占比41%，专利维持力度不强。国外机构申请专利占比22.6%，主要来自瑞典、德国、荷兰和美国，专利权人主要包括利拉伐、基伊埃等。国内机构中授权且有效的专利数量较多的是安徽永牧、山东成城物联网等。国外机构在华专利有效专利比例和技术方向多于国内机构，尤其在自动奶杯套杯及脱落的定位及乳头识别装置、自动奶杯套杯或脱杯机械臂及动力装置、自动添加或移除奶牛群的挤奶机器或设备方向。建议中国机构建立专利池等有效合作机制，加强企业和大学、科研机构的合作，加强整体专利布局力度和前沿技术专利布局。
研究旨在利用具有时空特征的元胞自动机动力学模型对高压脉冲电场处理的果蔬介质进行仿真，模拟果蔬介质计算过程，为高压脉冲电场技术在果蔬保鲜、干燥以及杀菌中的应用提供理论依据。在考虑高压脉冲电场处理果蔬产生细胞电击穿现象以及电击穿原理的基础上，通过元胞空间、状态和规则的制定，构建了元胞自动机果蔬介质击穿模型。结果表明，该试验的模拟结果符合高压脉冲处理果蔬介质的击穿特征，与实际情况对比拟合度高，误差较小。利用元胞自动机仿真高压脉冲电场处理果蔬介质模型，反映了果蔬介质的击穿过程，有利于高压脉冲电场技术在果蔬领域的应用及推广。
为避免连栋温室因局部构件破坏而引起整体结构破坏，本研究选取咸阳地区某Venlo型连栋温室作为研究对象，基于抗连续倒塌基本机理提出了一种改进的敏感性分析方法，得到了连栋温室结构关键构件及其分布规律。使用MIDAS-GEN软件对温室骨架截面进行设计优化，而后在ANSYS软件中将优化后的结构通过结合拆除构件法和敏感性分析方法确定柱子的敏感性系数。结果表明：（1）长边柱的敏感性系数与中柱接近并大于短边柱，短边柱敏感性系数大于角柱；（2）长边柱靠近两端敏感性系数显著上升，有桁架铰接的柱相较于其他柱敏感性系数略高；（3）中柱的敏感性系数与直接应力呈现正相关性，而长边柱和短边柱则相反。研究结果可为连栋温室优化、抗连续性倒塌等研究提供参考。
为了推动农业可持续发展，改善农业水资源利用效率，实现农业种植全程机械化、智能化，实现根茎类作物的增产增效。通过总结分析我国起垄覆膜技术、起垄覆膜机械以及地膜的研究进展，结合智能农机发展现状，提出了对作物起垄、覆膜、抛土、打孔一体化、水、肥、药精准灌溉一体化操作的起垄铺管覆膜复式作业机械的发展构想。
为了研究秸秆燃料化利用不同技术装备特点，探索适宜东北地区的秸秆燃料化利用模式与发展路径，通过实地调查，结合实际运行经验与成本效益，分析了东北地区秸秆燃料化利用现状、工艺特征与发展优势，归纳总结了适宜农村分散居住形式的“一村一厂”分户式秸秆压块利用模式；适宜村镇公共事业单位大面积的采暖生物质锅炉改造供热模式，与燃煤锅炉相比，采暖期节支成本约为30%；秸秆打捆直燃技术，适用于城市或乡镇大中型锅炉的集中供热模式，运行成本更加低廉，与燃煤锅炉相比，采暖期节支成本可达30%~36%。针对秸秆燃料化利用存在的关键问题，在强化组织领导、创新发展理念、健全市场化机制，注重技术支撑、加强宣传与意识提升方面提出对策与建议，从而为东北地区秸秆燃料化利用发展提供理论支撑。
为了揭示杯罩式移栽技术替代地膜应用的特征、优势和局限性。以专用杯罩和配套地膜为试材，研究了杯罩和覆膜2种移栽方式对烤烟产量产值、烟叶品质及生产成本的影响。烤烟杯罩移栽技术通过“微型温室”效应，发挥了增温保墒和防虫避雹作用，形成了类型、外观、功能产品特性和育苗、穴栽、扣杯、取杯农艺标准。与覆膜移栽相比，虽然在高海拔、冷凉条件下有功能局限性，但是杯罩移栽平均产量增加75.40 kg/hm2，平均产值提高2770.75元/hm2，塑料材料使用减少60.00%，用工减少63.40%，表现出较大的减工降本、绿色环保优势，已累计推广超过7万hm2。杯罩式移栽作为移栽技术的革新，为地膜残留污染防控提供了新的模式，有广阔的应用前景。
农业高效节水服务是推动农业节水工程可持续利用的重要手段。基于新疆南疆、北疆和东疆地区的2028户棉农的实地调查数据，利用二元Logistic回归模型，从地域差异视角和棉农特征视角分析了棉农对农业高效节水服务的行为选择与路径。研究结果表明，政府推广服务影响棉农选择农业高效节水服务的行为在南疆、北疆和东疆地区的显著性依次减弱；户主年龄、受教育程度和家庭劳动力比重对棉农选择农业高效节水服务行为的影响不显著；户主节水技术经验、耕地细碎化程度、灌溉用水保障率和节水灌溉服务组织数对棉农选择农业高效节水服务行为具有显著性影响，且影响程度较大。最后提出提升水资源保障率、加强小农户土地规模化经营、增加农业高效节水服务组织供给3个方面的路径。
为了探讨风、光互补发电在设施农业领域的可行性，选择宁夏风光资源较为丰富的中部干旱带，在已有基础上研究设计了一种能够利用风、光互补发电系统供电的日光温棚，并计算分析了风力发电、光伏发电等相关指标。研究得出：宁夏中部地区风光互补性良好，适合应用风、光互补发电系统，合理配置下，该发电系统每年发电量约为15481.3 kW·h，能够在春、夏、秋三季满足日常温棚常规用电需求，而且发电量有盈余，如果条件允许则能够实现并网发电。在冬季由于夜间温度较低，温棚需要采用电暖风机加热，导致用电量骤增，需要外接电源或应用其他供暖方式。
为有效缓解来自人口、环境和资源方面的压力，发展植物工厂非常重要。智慧植物工厂是设施农业发展的高级阶段，研究如何将机器学习应用在植物工厂中有效提高生产效率，促使植物工厂向智能化方向发展是一个重要的新课题。通过将机器学习与作物表型研究相结合，建立作物生长模型，并应用到生长环境监测中（病、虫、草、旱涝、营养等），及精准调控植物工厂室内环境及营养液智能调控等方式中，解决好中国植物工厂成本高、作物产量低的问题，助力植物工厂向信息化、自动化、智能化、精准化和个性化方向发展。
旨在制备以谷物、油料作物、食用菌为原料的一种新型混合饮品，并进行优化工艺研究。主要选取谷物：芡实、薏米、青稞；选取油料作物榛子、亚麻籽、核桃；选取菌类灵芝、猴头菇、虫草；经原材料的预处理，分别通过单因素实验和正交试验确定饮料的最佳原料及最佳配比。单因素结果表明芡实、榛子和灵芝配伍效果最好，正交实验结果得出芡实、榛子和灵芝为7:2:0.8时，复合饮料的口感最佳，感官评价分达到88.5分。最终确定芡实70%，榛子20%，灵芝8%，白砂糖5%，柠檬酸0.15%和复合稳定剂0.02%时所制备的复合饮料风味浓郁，口感香甜，适合大多数人群，是一种具有开发潜力的新型保健饮品。
为改善传统日光温室抵御自然灾害能力差、土壤利用率低等问题，提出一种新型装配式异质复合墙体日光温室。该温室由骨架构成承重结构，墙体由蓄热层和保温层构成，厚度仅30 cm，实现土地资源的高效利用。本研究主要对温室冬季应用效果进行测试与分析，分别在温室内外布置31个温度、1个太阳辐照量和1个室外风速测点。结果表明：连续阴天状况下，温室内日最低空气温度范围为6.5~8.9℃；土壤日最低温度范围为15.3~18.2℃；温室墙体内表面最低温度范围为6.5~9.6℃；均维持在番茄适宜生长温度范围内。同时对温室连续1个月的室内温度进行分析，无低于番茄最低耐受温度的情况出现。所设计温室在连续阴天的不利状况下具有较好的保温和蓄热性能，可实现番茄的越冬生产。本研究可为装配式日光温室的建造和发展及新型复合墙体材料的选择提供一定的理论依据。
为了计算不同致灾风力对湖北省设施农业造成灾害的概率，并分析致灾风力变化特征。本研究利用湖北省1991—2020年的气象观测数据，结合灾情数据资料，用双条件约束定义了轻度、中度、重度、特重等级指标。结果表明：风速越大，设施农业致灾概率越大；四季致灾风力出现天数分布均匀，春、夏两季出现天数大于秋、冬两季；EEMD分析结果表明，湖北省设施农业致灾风力存在2~3年、6年和15年左右的准周期变化，且2008年以前一直保持稳定，2008年后表现为显著的上升趋势，未来致灾风力日数可能出现增多趋势；设施大棚风灾风险整体呈现中部地区高，东西部低的趋势，襄阳市风灾风险最大。整体来看，孝感市、恩施州、武汉市、宜昌市、黄冈市、十堰市、咸宁市处于风灾轻中度风险区，有利于设施农业发展。
碳达峰与碳中和战略目标是中国应对全球性气候变化、实现人类命运共同体、推动自身发展节能减排的自我加压和大国担当。为了实现“双碳”目标，本研究以某日产2万m3生物燃气实际工程为案例，利用生命周期评价(LCA)的方法对其进行环境影响评价，研究将整个生命周期分成3个阶段：原料的收集与预处理、中高温厌氧发酵和沼气资源利用三个阶段，建立了该沼气厌氧发酵工程的评价清单，结果表明此生物燃气工程的净产能可达2494064.6 kg/a，与传统煤炭发电相比较，其降低环境影响的能力为234.9038 kpt/a，减弱率为32.89%。说明其具有良好的产能效益和生态环境效益，基于国内外生物燃气产业发展的现状及“双碳”愿景下面临的机遇和挑战，说明中国未来生物燃气产业发展有巨大潜力。
在综合利用计算机科学、地理信息科学、面向服务科学等多学科理论、方法和技术的基础上，以物联网、云计算、人工智能和自动控制理论为指导，设计泵房控制终端、田间控制终端、气象站监测终端、墒情监测终端，建立基于气象的水肥一体智能灌溉模型，构建水肥一体智能灌溉云服务系统。依据土壤墒情和气象要素灌溉决策技术的数学模型，形成灌溉方案，通过智慧灌溉水肥一体化系统将方案下发到水肥一体化设备，从而实现灌溉和施肥从科学决策到精准执行全链条的管理。通过应用实例探究其应用效果，并对云服务技术嵌入水肥一体灌溉设备的效果进行了分析评价。实例表明，应用水肥一体智能灌溉设备可达到节水36.36%、节肥26.17%、增产16.67%、苹果优质果比例提升13%，具有极大的推广应用价值。
根菜类作物如甜菜、马铃薯等作物营养丰富，适合大面积种植，具有广阔的发展前景。但是，根菜类作物地上与地下生育进程和长势有很大区别，仅观测地上部长势不能准确判断地下部块根的生育进程。为解决实时观测地下部块根的生育进程，满足自动化管理的需要，设计一种块根自动测定装置，该装置由X型测定夹、阻值式变位计、内置导线、数据存储器等部件组成。利用该装置对甜菜块根生长进行田间测定试验，结果表明，该装置能够实时监测出甜菜块根生长状况，可以比较准确地判断甜菜所处生育时期以及块根直径，通过试验调查，所开发的装置对甜菜块根测定误差范围为2%~7%。
环境DNA宏条形码(Environmental DNA metabarcoding, eDNA metabarcoding)技术在调查鱼类物种丰度和多样性方面具有快速、高效、环境友好等优势，但其敏感性和有效性需进一步评估。本研究选择位于瓯江水系上游一级支流松荫溪发源地的高碧溪和成屏水库作为调查水域，分别利用传统捕捞方法和eDNA宏条形码技术对2个水域的鱼类物种进行调查。结果表明：捕捞方法在2个水域共发现鱼类24种，88%鱼类物种（21种）在瓯江水系有记录，其中高碧溪采集到鱼类12种，隶属于4目8科11属，成屏水库采集到鱼类16种，隶属于3目4科14属。eDNA宏条形码技术在2个水域共检测到鱼类31种，有84%的物种（26种）在瓯江水系有记录，其中高碧溪共检测出28种，隶属于5目12科25属，成屏水库共检测出27种，隶属于6目11科25属。然而，2种调查方法在溪流中共同发现的鱼类仅1种，在水库中共同发现的鱼类也只有5种。此外，高碧溪Shannon多样性指数、Simpson多样性指数、Margalef丰度指数以及Pielou均匀度指数均高于成屏水库，且2种调查方式得出的结论较为一致。由此可见，eDNA宏条形码技术比传统调查方法能够发现更多物种，具有更高的敏感性，但与实际捕获的鱼类物种组成存在较大差异，因此本研究认为eDNA宏条形码技术目前仅可以作为传统渔业调查方法的参考依据，利用该技术给出的调查结论需持谨慎态度。
农林废弃物是一种宝贵的生物质资源。如果不能高效资源化利用，会造成严重的环境污染，甚至对人类健康造成很大危害。农林废弃物的资源化利用是治理农业面源污染、节约生物质资源、节能减排、保护生态环境、实现碳达峰碳中和目标、社会经济可持续发展的重要内容。为了推进农林废弃物的资源化利用，本研究综述了近年国内外在农林废弃物资源化利用方面所取得的进展。
保水剂又称高吸水树脂，拥有吸水缓释和肥料控释的能力，对植物的生长有促进作用。保水剂可以由合成聚合物、天然聚合物以及有机和无机物组合合成。保水剂的合成包括物理、化学和杂化键合，主要通过本体聚合法、溶液聚合法、反相悬浮聚合法和辐射聚合法等方法实现。基于此，综述了保水剂的基本概念、性质、作用机理、合成方法及分类，并对其存在的一些问题进行了讨论，指出今后重点是对耐盐性高、可重复利用并能够大量生产的保水剂的研究。
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