科研产出
基于光谱和色谱数据融合策略的青叶胆及近似种的鉴别研究
《光谱学与光谱分析 》 2020 EI 北大核心 CSCD
摘要：青叶胆(Swertia leducii)为獐牙菜属(Swertia)一年生草本植物,在肝炎病治疗方面效果显著.其与同属近似种外观极其相似,加之常以干燥全草入药,仅从形态难以正确鉴别.不同物种有效成分存在明显差异,其药效也有所不同.基于光谱和色谱数据融合建立青叶胆及近似种的鉴别方法,为青叶胆药用真实性与安全性提供科学依据.采集青叶胆及其近似种植物共102份样品的傅里叶变换红外光谱(FTIR)和超高效液相色谱(UPLC)指纹图谱;利用标准正态变量(SNV)、多元散射校正(MSC)、 Savitzky-Golay平滑(SG)、一阶导数(1D)、二阶导数(2D)等方法对原始红外光谱数据进行预处理,通过系统聚类分析(HCA)探讨獐牙菜属不同种类样品化学信息相似性与差异性; Kennard-Stone算法将所有样品按2∶1比例划分为训练集和预测集,训练集基于FTIR, UPLC,低级与中级数据融合建立随机森林(RF)判别模型,预测集用于验证模型预测能力,其中灵敏性(sensitivity)、特异性(specificity)、精密度(precision)和正确率(accuracy)用来评价模型性能.结果显示:(1)采用SNV+SG+2D组合对FTIR数据进行预处理,R~2Y和Q~2最大,分别为91.2%和84.1%,所有类别被正确区分,为最佳预处理.(2)HCA反映了5种獐牙菜属植物样品分类情况与亲缘关系,除紫红獐牙菜外,其余4种獐牙菜植物均分类正确,准确率为93.1%;青叶胆、川东獐牙菜、紫红獐牙菜与西南獐牙菜亲缘关系较近.(3)基于FTIR、 UPLC、低级和中级数据融合策略建立RF判别模型,样品错判总数分别为1, 5, 1和0,中级数据融合效果最佳,所有样品均正确分类,所建模型性能良好.FTIR与UPLC通过中级数据融合策略结合RF判别分析能正确鉴别不同种类獐牙菜属植物,结合HCA分析能够明确青叶胆及其近似种之间的亲缘关系,为獐牙菜属植物资源开发与质量控制提供理论基础.
关键词： 数据融合 物种鉴别 青叶胆 近似种 傅里叶变换红外光谱 超高效液相色谱
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应用光谱分析方法测定牛肝菌的产地和不同部位矿物质含量
《光谱学与光谱分析 》 2020 EI 北大核心 CSCD
摘要：我国是全球最大的牛肝菌出口国,云南则是国内牛肝菌最大产区.美味牛肝菌香郁爽滑、营养丰富,备受消费者青睐,但因不同的地理气候和环境差异,导致品质参差不齐.开展云南省不同产区美味牛肝菌产地鉴别,有利于提高商品质量控制.本研究采集云南省13个产地美味牛肝菌样品124份,使用傅里叶变换中红外光谱(FTIR-MIR)、傅里叶变换近红外光谱(FTIR-NIR)、紫外可见光谱(UV-Vis)和电感耦合等离子体原子发射光谱法测定光谱信息与不同部位矿质元素含量并进行分析,对原始光谱进行平滑(Savitzky-Golay,SG)、二阶导数(SD)、标准正态变换(SNV)等预处理,数据使用Kennard-Stone分类法分为训练集与预测集,通过偏最小二乘辨别分析(PLS-DA)和支持向量机(SVM)建立分类模型后进行对比分析,寻找最佳的产地鉴别方法.结果显示:(1)元素测定方法中茶叶标准物质回收率在91.00% ~106.00% 之间,方法准确可靠;(2)美味牛肝菌富含元素K,P,Mg,Na和Ca且不同部位相同产地,不同产地相同部位元素之间存在差异性,可能与美味牛肝菌不同部位的富集能力和不同产地地理环境差异相关;(3)中级融合通过主成分分析(PCA)提取重要信息,其中FTIR-MIR和UV-Vis光谱数据的累计贡献率达到83.50% 和66.70%,代表重要信息变量;(4)在PLS-DA与SVM模型中,数据融合后的产地鉴别效果基本高于单一数据鉴别,说明数据融合策略在美味牛肝产地鉴别中效果显著;(5)采用Hottelling T2检测法对数据融合进行异常值检验,结果表明模型未超过置信区间,具有准确性与可信性;(6)PLS-DA模型的初级融合和中级融合结果都高于SVM,说明PLS-DA模型中级融合可以作为产地鉴别的最佳方法.多种光谱结合不同部位矿质元素可准确鉴别不同产地美味牛肝菌,为云南美味牛肝菌地域品质差异评价提供有效的分析方法.
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光谱分析技术在野生食用牛肝菌研究中的应用研究进展
《食品科学 》 2019 EI 北大核心 CSCD
摘要：牛肝菌具有重要的食药用和经济价值,是世界性美味野生食用菌。其质量安全可控是保障消费者健康及产业绿色持续发展的基础,建立全面、稳定、系统的质量评价方法有利于强化牛肝菌质量控制,对市场稳定发展具有重要意义。光谱分析技术具有简便、快速、实用性强等特点,能够弥补传统感官评定的缺陷,提高分析准确性,广泛用于牛肝菌品质研究,是评价牛肝菌品质优劣、鉴别真伪以及确保其质量稳定一致的重要技术支撑。本文对近年国内外光谱分析技术在野生食用牛肝菌研究方面的应用现状和进展进行综述,探讨了红外、紫外光谱及多光谱信息融合技术在牛肝菌产地、种类、贮藏年限鉴别评价等方面的应用前景,以期为牛肝菌的深入研究和合理开发利用提供参考。
关键词： 牛肝菌 红外光谱 紫外光谱 多光谱信息融合 鉴别与评价
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集水区耕作对干热河谷冲沟沟头溯源侵蚀过程的影响
《农业工程学报 》 2019 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探明集水区耕作对金沙江干热河谷冲沟沟头溯源侵蚀过程的影响,该文选取一条仍处于发育阶段的冲沟沟头及其集水区构建了4个原位试验小区,集水区分别为裸地(无人类活动且植被盖地低于5%)和一年3次耕作2种处理,然后进行原位放水冲刷试验来模拟冲沟沟头溯源侵蚀过程。结果表明:1)随着冲刷时间的持续,两种处理下原位试验小区各部位的土壤侵蚀速率时间变化趋势一致,均呈先减少后逐渐趋于稳定趋势,耕作活动会显著增加集水区的土壤侵蚀速率(约为裸地的1.62倍),耕作对沟壁、沟床部位的土壤的侵蚀速率并无显著影响。2)耕作后,冲沟沟头不同部位的径流阻力系数均出现了显著增加,与裸地相比,耕作后集水区、沟床的阻力系数分别提高了约6.96倍和2倍。与此同时,随着冲刷时间的增加,裸地冲沟的径流阻力系数呈现出先增大后逐渐趋于稳定的趋势,而耕作后冲沟的径流阻力系数则呈现出先减小后逐渐趋于稳定的趋势。3)随着冲刷时间的持续,两种处理下冲沟沟头的径流能耗、侵蚀单位土体的径流能耗均呈现出先增加后趋于稳定的趋势;集水区农耕活动并未对冲沟各部位的径流总能耗产生明显影响,但耕作会对侵蚀单位土体的径流能耗产生显著影响,耕作状态下集水区侵蚀单位土体径流能耗比裸地降低了约50%。因此,在集水区部位进行耕作活动,会导致集水区径流阻力系数增加和侵蚀单位土体径流能耗降低,并显著增加坡沟系统的侵蚀量,但是对冲沟溯源侵蚀速率影响有限。
关键词： 土壤 侵蚀 水动力 耕作 冲沟 冲刷试验 干热河谷区
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FTIR结合化学计量学对三七地下部位鉴别及皂苷含量预测
《光谱学与光谱分析 》 2019 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：当今中药市场上掺假现象屡见不鲜,不良商贩利用三七须根粉末假冒主根和剪口粉末,严重影响三七的质量与药效。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)结合化学计量学建立三七主根、剪口和须根粉末鉴别及四种皂苷含量快速预测模型,为快速三七质量控制提供基础。采集三七主根、剪口和须根红外光谱,超高效液相色谱(UPLC)测量样品中三七皂苷R1、人参皂苷Rg1、人参皂苷Rb1和人参皂苷Rd含量。采用纵坐标归一化及二阶导数对原始红外光谱进行预处理;Kennard-stone算法将60个样本分为2/3训练集与1/3预测集。训练集数据结合支持向量机(SVM)判别建立三七主根、剪口和须根粉末鉴别模型,最佳核函数c和g采用交叉验证进行网格式搜索,预测集数据用于对判别模型进行外部验证。正交信号校正偏最小二乘回归(OSC-PLSR)建立三七中四种皂苷含量预测模型,红外光谱采用一阶、二阶导数及Savitsky-Golay平滑5点、7点、9点、11点预处理。60个样本分为2/3训练集与1/3预测集,训练集数据建立OSC-PLSR模型,预测集数据对OSC-PLSR模型的预测结果进行外部验证。结果显示:(1)二阶导数可有效的分离原始谱图的叠合隐蔽谱峰,并提高谱图的分辨率;(2)交叉验证网格式搜索计算出最佳核函数c=2.828 43,g=4.882 81×10~(-4),此时训练集判别正确率为100%;(3)SVM判别模型核函数设置为最佳核函数,预测集数据外部验证正确率为100%,所有样本均被正确鉴别;(4)三七皂苷R1、人参皂苷Rg1、人参皂苷Rb1和人参皂苷Rd最优含量预测模型预测值与UPLC检测值接近,预测效果良好。FTIR结合SVM判别能对三七主根、剪口和须根粉末快速鉴别,结合OSC-PLSR能对四种皂苷含量进行准确预测。该方法准确可靠,可为中药材三七提供快速有效的质量控制。
关键词： 傅里叶变换红外光谱 三七 地下部位鉴别 皂苷含量预测 化学计量学
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农田土壤环境监测渗漏池系统的构建技术及应用
《农业工程学报 》 2019 EI 北大核心 CSCD
摘要：粗放的农田管理措施导致耕地质量连年下降,过量的投入品从农田流失至河流湖泊,特别是农田养分、重金属和农残等的淋溶加剧了农业面源污染的风险.渗漏池作为农业环境监测的重要装置,可分析土壤渗滤液的各成分及其淋洗特征,建立运移模型,评估不同农业措施对农田生态系统的影响,进而为完善农田管理措施提供技术支持.该文针对农业环境研究中的主要渗漏池类型,归纳总结了各类渗漏池的构建与布设方法,对渗漏池中的土壤装填、土壤表层隔离和渗漏液取样的方法等进行了系统描述,分析了不同渗漏池类型的优缺点,讨论了影响渗漏池监测结果的主要因素,并结合渗漏池在农田环境监测中的发展现状,提出了建议与展望.总体而言,各类渗漏池各有优缺点,渗漏池的构建应以具体研究需求为导向,结合地质地形条件、作物种植环境及自身建设水平等情况,在试验可接受的偏差范围和建设预算内,有针对性地构建适宜自身条件平台的渗漏池,从而实现低成本和高精确度的研究体系.
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香蕉树中度荫蔽下充分灌水提高干热区咖啡产量及品质
《农业工程学报 》 2019 EI 北大核心 CSCD
摘要：为研究香蕉荫蔽栽培下灌溉对干热区小粒咖啡产量和品质的影响,以5 a生小粒咖啡为研究对象,通过大田试验,设3个灌水水平:充分灌水(FI)、轻度亏缺灌水(DIL:75%FI)和重度亏缺灌水(DIS:50%FI),4个荫蔽栽培模式:无荫蔽(S0:单作咖啡)、轻度荫蔽(SL:4行咖啡间作1行香蕉)、中度荫蔽(SM:3行咖啡间作1行香蕉)、重度荫蔽(SS:2行咖啡间作1行香蕉),并运用主成分分析和TOPSIS法对生豆营养品质(总糖、蛋白质、脂肪、咖啡因、绿原酸、粗纤维和水浸出物)进行综合评价。结果表明:小粒咖啡干豆产量受荫蔽栽培模式和灌水水平极显著的影响(P<0.01),其中FISM处理的干豆产量最高(5 854.34 kg/hm2),且百粒干质量最大,而该处理的百粒体积和百粒鲜质量与各处理中的最大值相比差异不显著(P>0.05)。小粒咖啡大多生豆营养品质在不同荫蔽栽培模式和灌水水平下差异显著(P<0.05),蛋白质、脂肪、绿原酸和水浸出物含量间呈极显著正相关(P<0.01)。主成分分析法和TOPSIS法均表明,FISS处理的综合品质最优,其次是FISM处理,而DISS0处理的最差。与FIS0相比,FISM处理的产量增加14.32%,而FISS处理减少15.69%。从小粒咖啡提质增产的综合效益考虑,建议干热区小粒咖啡灌水处理和香蕉荫蔽栽培模式的最佳组合选用中度荫蔽栽培下充分灌水,该结果可为干热区小粒咖啡水光管理提供理论依据和实践参考。
关键词： 灌溉 品质 主成分分析 咖啡豆 荫蔽模式 产量 TOPSIS法
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降雨强度对洱海流域凤羽河氮磷排放的影响
《环境科学 》 2019 EI 北大核心 CSCD
摘要：降雨形成的径流携带各种陆面物质进入河流湖泊是导致水质变化的重要因素,而不同降雨强度下的河流氮磷输出特征均有所差异,因此,为阐明雨强对高原湖泊典型流域污染物排放的影响,本研究以洱海流域上游的凤羽河为研究对象,基于连续3 a(2011～2013年)的出口断面水质水量监测,分析了4种降雨强度(小雨、中雨、大雨、暴雨)对水体氮磷浓度和形态的影响.结果表明,降雨强度对凤羽河氮磷排放的影响显著,所有组分的氮和磷浓度平均值在小雨(<10 mm)和中雨(10～25mm)时较低,在大雨(25～50 mm)和暴雨(50～100 mm)时较高;氨氮(NH_4+-N)(57. 14%～76. 85%)占总氮(TN)的质量分数大于颗粒态氮(PN)(23. 15%～42. 86%),溶解态总磷(TDP)(22. 73%～28. 00%)占总磷(TP)的质量分数小于颗粒态磷(PP)(72. 00%～77. 27%);不同形态的氮浓度比较为:TN> NH_4+-N> PN;不同形态的磷浓度比较为:TP> PP> TDP.
关键词： 降雨强度 面源污染 氮、磷形态 小流域 高原农业区
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17种分类算法在牛肝菌种类鉴别研究中的应用
《光谱学与光谱分析 》 2019 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：由于部分毒菌与野生食用菌形态和生物学特征相似,农民仅凭经验采集,难免将两者混淆,从而导致严重的食品安全事故。云南省作为国内野生食用菌产量最高、出口量最大的省份,野生食用菌产业发展为云南农村经济发展做出了突出贡献,对不同种类野生食用菌进行快速鉴别,有利于野生食用菌产业的健康发展;分析食用菌亲缘关系,对食用菌育种工作具有积极作用。七种牛肝菌样品,采自云南及周边七个产地,利用FTIR光谱仪分别采集菌柄和菌盖红外指纹图谱,基于低级与中级数据融合策略,将预处理后的菌柄和菌盖FTIR光谱数据进行融合,结合Decision Trees,Discriminant Analysis,Logistic Regression Classifiers,Support Vector Machines,Nearest Neighbor Classifiers和Ensemble Classifiers中的17种算法,分别建立菌柄、菌盖、低级数据融合和中级数据融合模型,每个分类模型连续进行10次运算,通过比较训练集分类正确率平均值,确定牛肝菌种类鉴别最佳分类算法。中级数据融合数据集进行系统聚类分析(HCA),对推测不同种类牛肝菌样品的亲缘关系进行鉴定。结果显示:(1)菌柄、菌盖和低级数据融合模型最佳分类算法均为Linear Discriminant,训练集分类正确率分别为92.8%,96.4%和97.6%。中级数据融合模型最佳分类算法为Subspace Discriminant,训练集分类正确率为100%;(2)菌柄、菌盖、低级数据融合和中级数据融合最佳分类模型,全部样品分类正确率平均值分别为93.61%,95.54%,96.99%和99.88%,中级数据融合模型优于其他三种模型,表明中级数据模型可以将相似度较高的样品区分开,且减少了产地对种类鉴别的影响;(3)中级数据融合模型数据集进行HCA,华丽牛肝菌和美味牛肝菌聚类距离最小,表明这两种牛肝菌化学信息较相似,亲缘关系较近;(4)华丽牛肝菌与皱盖疣柄牛肝菌聚类临界值距离最大,表明样品化学信息差异较大,亲缘关系较远。综上表明,基于中级融合策略将不同部位FTIR光谱数据融合,结合Subspace Discriminant与HCA,可以准确鉴别不同种类牛肝菌和快速推测样品亲缘关系,可作为野生食用菌种类鉴别与亲缘关系推测的一种新方法。
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傅里叶变换红外光谱和紫外光谱数据融合对牛肝菌种类的鉴别
《食品科学 》 2018 EI 北大核心 CSCD
摘要：采集5种共272份牛肝菌样品的傅里叶变换红外光谱和紫外光谱,结合多光谱信息融合策略,建立牛肝菌种类快速鉴别的方法。多元散射校正(multiplicative signal correction,MSC)及二阶导数(second derivative,2D)等预处理方法对原始光谱进行优化,比较优化处理对区分不同种类牛肝菌影响;利用优化处理后的光谱数据及融合数据建立偏最小二乘判别分析(partial least squares discriminant analysis,PLS-DA)模型和支持向量机(support vector machine,SVM)判别模型。结果显示:1)经过2D和MSC预处理后,不同种类牛肝菌的PLS-DA鉴别效果优于未优化模型,表明2D+MSC预处理优化了光谱信息并提高了分类准确度;2)基于傅里叶变换红外光谱、紫外光谱、低级融合和中级融合数据分别建立PLS-DA模型,预测正确率为86.87%、66.67%、78.89%和95.56%;建立SVM判别模型,预测正确率分别为88.89%、74.44%、91.11%和100.00%,表明中级融合技术对不同种类牛肝菌鉴别效果显著,优于其他技术;3)中级融合技术在PLS-DA模型和SVM判别模型中对样品的预测正确率分别为95.56%和100.00%,表明SVM判别模型对牛肝菌种类区分效果优于PLS-DA模型。采用中级融合技术建立SVM判别模型,快速鉴别牛肝菌种类,为牛肝菌种类鉴别和质量控制提供可靠、稳定的方法。
关键词： 数据融合 牛肝菌 种类鉴别 紫外光谱 傅里叶变换红外光谱
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