VOLUME 40 (1998) - #1
(January/February/March)
Soil and Water
Effect of tillage on the spatial variablity of soil water properties - J.Y. Diiwu, R.P. Rudra, W.T. Dickinson and G.J. Wall
Soil samples, taken from the A and B horizons of no tillage and conventional tillage treatment sites were analyzed for texture, organic carbon content, bulk density, effective porosity, and saturated hydraulic conductivity. The statistical parameters of mean, variance, coefficient of variation, and coefficient of skewness, as well as scaling factors, were determined for each of the variables. Autocorrelation structures were also investigated. The lognormal distribution gave the best-fit for the scaling factors. The spatial variability of physical and hydraulic properties in each horizon was quite high. The variability of the properties in the A horizon of the no tillage treatment was higher than that in the A horizon of the conventional tillage treatment. Differences in variability of the properties in the B horizon were not as large as in the A horizon, although all differences were considerable. Saturated hydraulic conductivity was the most spatially variable soil property and its variability was affected most by tillage. The spatial variability of soil texture was not affected by tillage. Keywords: hydraulic properties, spatial variability, tillage, scaling factors, fractile diagram.
Des analyses de texture, de teneur en carbone organique, de densité apparente, de porosité et de conductivité hydraulique saturée ont été faites sur des échantillons de sol prélevés des horizons A et B de sites expérimentaux non labourés ou labourés de manière conventionnelle. La moyenne, la variance, le coefficient de variation et le coefficient d'asymétrie, ainsi que des coefficients d'échelle, ont été déterminés pour chacune des variables. Les structures d'autocorrélation ont également été examinées. Les coefficients d'échelle avaient une distribution log normale. La variabilité spatiale des propriétés physiques et hydrauliques de chaque horizon était très grande. La variabilité spatiale des propriétés de l'horizon A du site non labouré était plus grande que celle de l'horizon A labouré conventionnellement. Les différences dans les propriétés de l'horizon B n'étaient pas aussi grandes que celles de l'horizon A, bien que toutes les différences étaient considérables. La conductivité hydraulique saturée était la propriété qui présentait le plus de variabilité spatiale, et cette variabilité était surtout influencée par le type de labour. La variabilité spatiale de la texture n'a pas été influencée par le type de labour. Mots-clés: propriétés hydrauliques, variabilité spatiale, labour, coefficients d'échelle.
Organic acids to remediate a clay loam polluted by heavy metals - S.A. Wasay, S.F. Barrington and S. Tokunaga
Weak organic acids have the capabilities of washing heavy metals without seriously deteriorating the soil properties. A clay loam naturally contaminated by heavy metals was characterized physically and analyzed for its content in Cr, Hg, Mn, and Pb. At various pH, concentration, and reaction time, several weak organic acids and their salts were used to leach out heavy metals. The optimum pH ranged from 5 to 7 for citrate and 2 to 3 for tartarate in the case of Cr, Hg, and Mn and 2 to 7 in the case of Pb. More than 85% of Pb was removed with both citrate and tartarate at a concentration of 0.12 and 0.2 M, respectively, within 24 h. From 86 to 99% of Hg was removed by tartarate and citrate, whereas up to 60% of Cr was removed. EDTA and DTPA were found to be quite effective in removing Pb but not the other metals. Four citrate or tartarate extractions were required to remediate the experimental soil to a category A except for Hg. For Hg, remediation criteria are so strict that only the C criteria were met after two extractions, citrate and tartarate, that left levels of 32 and 62 mg/kg, respectively, when a category A soil requires no more than 0.5 mg/kg.
Les acides organiques peuvent lessiver les métaux lourds sans détérioration du sol. Un limon argileux contaminé par le lexiviat d'un site d'enfouissement sanitaire, fut caractérisé et analysé pour son contenu en Cr. Hg, Mn et Pb. L'effet du pH, de la concentration et du temps de contacte sur le taux de lessivage des métaux lourds fut mesuré en utilisant plusieurs acides organiques. Le pH optimum fut de 5 à 7 pour le citrate, de 2 à 3 le tartarate et le Cr. Hg et Mn, et de 2 à 7 pour le Pb. Plus de 85 % du Pb fut lessivé avec le citrate et le tartarate à une concentration de 0,12 et 0,2 M, respectivement, et ceci en 24 heures. Le Hg fut lessivé de 86 à 99% avec le tartarate et le citrate alors que le Cr fut lessivé jusqu'à 60%. Quatre lessivages au citrate ou au tartarate sont requis afin de décontaminer coux-ci suffisament pour pouvoir les crasser sous la catégorie A, propice à l'incorporation aux sols agricoles. Ceci s'applique à tous les métaux lourds du sol expérimental sauf pour Hg, qui est extrèmement toxic et doit être lessiver à un trgs faible taux de 0.5 mg/kg pour somber sous la catégorie A. En dépit du fort taux de lessivage du Hg, la teneur résiduelle avec le citrate et le tartarate après quatre lessivages serait de 32 et 62 mg/kg, respectivement. Le EDTA et le DTPA ont lessivé le Pb mais n'ont eu que peu d'effet sur les autres métaux lourds.
Power and Machinery
Steam as an alternative control method for the management of Colorado potato beetles - Y. Pelletier, G.C. Misener and L.P. McMillan
Laboratory and field experiments demonstrated that a steam and air mixture generated by a prototype unit can critically injure over 50% of the adult Colorado potato beetles while imparting acceptable injury to potato plants. Low pressure steam injected into a hood which covered a plant was found to be an effective means of dispersing steam into the canopy. The temperature under the hood was a better predictor of the damage to the insect and to the plant than exposure. A prototype field machine was developed based on the results from the laboratory study. From field studies, the prototype field unit was found to injure 56% of the beetles and showed good canopy penetration.
Des expériences en laboratoire et au champ ont montré qu'un mélange de vapeur et d'eau, généré par un prototype, peut blesser sévèrement plus de 50% des doryphores de la pomme de terre, sans endommager sérieusement les plants de pomme de terre. On a observé que l'injection de vapeur à basse pression dans un tunnel recouvrant les plants était un moyen efficace de disperser la vapeur à travers le feuillage. La température dans le tunnel était un meilleur indicateur des blessures infligées aux insectes et aux plants que le temps d'exposition. Le prototype utilisé au champ a été développé à partir des résultats de l'étude en laboratoire. Lors des expériences au champ, le prototype a blessé 56% des doryphores et a permis de bien disperser la vapeur à travers le feuillage.
Energy and Processing
Performance of free-convective solar driers for cocoa in St. Lucia - A. Bonaparte, Z. Alikhani, C.A. Madramootoo and M. Satney
In this study, four different solar driers were tested under field conditions in St. Lucia to demonstrate their ability to reduce the moisture content of cocoa beans (Theobroma Cocoa L.) to a level not requiring subsequent polishing. An indirectly heated solar drier (ISD) coupled with a flat-plate collector and a direct solar drier (DSD) were compared with open air sun drying on perforated steel (OAS) and non-perforated wooden surfaces (OAW). The ability of each method to reduce cocoa beans to safe storage moisture levels (<8% wb) for loading capacities of 13.7 and 40.4 kg/m2 were compared. Temperature rises were 15 and 20C above ambient in the ISD and DSD, respectively. The driers were more efficient in removing moisture throughout the drying process at the lower loading capacity of 13.7 kg/m2 and particularly during the initial stages of drying. Sun drying on a wooden surface proved more effective than other methods at 13.7 kg/m2 loading in the final stages of drying. Although the ISD performed better at the higher loading capacity, its cost and the short season for cocoa harvest makes it prohibitive for all but the largest producers. The DSD, while less efficient in drying cocoa beans, costs only about twice as much as open air driers and it has the advantage of not requiring labor to cover the beans during rainfall.
Dans cette étude, trois différent sécheurs solaire furent comparés sur place en Ste. Lucie, afin de démontrer leur habilité à réduire la teneur en eau de fèves cacao (Theobroma Cacao L.) jusqu'à un niveau ne necessitant pas par la suite de polissement. Un sécheur solaire à chauffage indirect (ISD) avec un collecteur plat et un sécheur solaire direct (DSD) furent comparés au séchage solaire à ciel ouvert sur des surfaces d'acier perforé (OAS) et de bois non-perforé (OAW). L'habilité de chaque méthode à réduire la teneur en eau des fèves cacao à un niveau securitaire pour l'entreposage (<8% wb), furent comparés pour des taux de chargement de 13.7 et 40.4 kg/m2. Des surélévations de température de 15 et 20C par rapport à l'ambiant furent enregistrées dans le ISD et le OSD, respectivement. Les sécheurs furent plus éfficaces à réduire la teneur en eau durant la période de séchage au taux de chargement le moins élevé (13.7 kg/m2), particulièrement durant la période initiale de séchage. Pour ce même taux de chargement, le séchage solaire sur une surface de bois fur plus efficace que les autres méthodes durant la dernière période du séchage. Même si le ISD fonctionna mieux aux taux de chargement plus élevé, son coût et la courte saison de récolte du cacao font qu'il n'est rentable que pour les plus grands producteurs. Le DSD, quoique moins éfficace pour sécher les fèves cacao, ne coûte que deux fois le prix des secheurs à ciel ouvert et a l'avantage de ne pas nécessiter de main-d'oeuvre pour recouvrir les fèves lorsqu'il pleut.
Thermodynamic and functional properties of mechanically compacted flour - S. Cenkowski , S. Ramanathan, M.G. Scanlon and J.E. Dexter
Compaction of flour can be beneficial as it may prevent or slow down the diffusion of oxygen into the flour and thereby reduce enzymatic activity within the flour and infestation by mites and microorganisms. Also, the reduction in volume through compaction would facilitate relatively easier mechanical handling and reduce the space requirement for storage and transportation. The overall objective of this research was to determine whether mechanical compaction of flour would adversely effect its thermodynamic and functional properties. Two different grades of flour were used in this investigation: a low extraction (64%) patent flour and a high extraction (79%) straight grade flour. Loose flour was compacted mechanically, which corresponded to a reduction in flour volume of 55%, and exposed to sorption desorption tests. Dough prepared from treated (compacted and reconstituted) and loose flour was exposed to standard empirical and imitative rheological tests. The analysis involved determination of the sorption desorption characteristics, the specific area of the absorption sites, heat of sorption and desorption, free energy changes, and rheological tests including farinograph, mixograph, viscoamylograph, alveograph, wet gluten content, short baking tests, and capillary rheometer tests for the treated and control flours. In general, compaction and reconstitution of flour had no adverse influence on the thermodynamic and rheological behaviour of the dough.
La compaction de la farine peut être bénéfique puisqu'elle ralentit la diffusion d'oxygène dans la farine, réduisant ainsi l'activité enzymatique et l'infestation par les mites et les micro-organismes. De plus, la réduction de volume obtenue par la compaction facilite la manutention, le transport et l'espace requis pour l'entreposage. L'objectif général de cette recherche était de déterminer si la compaction mécanique de la farine avait des effets défavorables sur les propriétés thermodynamiques et fonctionnelles de la farine. Deux catégories de farines furent utilisées lors de cette expérience: une farine à faible taux d'extraction (64%) et une farine combinée à haut taux d'extraction (79%). La farine fut compactée mécaniquement pour obtenir une réduction de volume de 55%, et soumise à des tests d'adsorption/désorption. Les pâtes préparées à partir de farine traitée (compactée et reconstituée) et de farine non compactée furent soumises à des tests rhéologiques standards. Les analyses comprenaient la détermination des caractéristiques d'adsorption/désorption, de l'aire spécifique des sites d'adsorption, de la chaleur d'adsorption et de désorption, et des changements énergétiques, des tests rhéologiques incluant la farinographie, la mixographie, la viscoamylographie, l'alvéographie, la teneur humide en gluten , des tests de cuisson rapide, et des tests avec un rhéomètre capillaire. En général, la compaction et la reconstitution de la farine n'eurent pas d'effets défavorables sur les comportements thermodynamiques et rhéologiques de la pâte.
Modeling of salt diffusion in Atlantic salmon muscle - D. Wang, L.R. Correia and J. Tang
A finite difference model was developed to predict salt concentration in post-rigor Atlantic salmon (Salmo salar) muscle during salting in 20% (w/v) brine at 10C. The model was validated by experimental salt uptake data and salt diffusivity was estimated by minimizing the mean sum of the squares of the deviations between the observed and predicted salt uptake. The salt diffusivity, D, was salt concentration dependent: D = (1.08 + 0.59C) × 10-10 m2/s for salt concentration, C, from 0.012 to 0.748 kg/kg salt-free solids.
Un modèle mathématique a été développé afin de prédire la concentration saline de la chair musculaire du saumon de lAtlantique (Salmo salar) lors de la période "post-rigor". Une saumure contenant 20% (mass/volume) de sel et maintenue à une température constante de 10C a été utilisée pendant les essais expérimentaux. Ce modèle qui est basé sur la méthode des différences finies, a été validé expérimentalement à la suite de mesures de labsorption de sel dans la chair du poisson. À laide de la méthode danalyse statistique des valeurs observées et des valeurs prédites, on a trouvé que la diffusivité de la salinité, D, varie selon la concentration saline, C, et peut-être, D = (1.08 + 0.59C) × 10-10 m2/s pour une valeur de C entre 0.012 à 0.748 kg/kg de sel.
Information and Computer Technologies
A system for ultrasound image segmentation for loin eye measurements in swine - A.W.K. Tong, R. Qureshi, A. Li and A.P. Sather
An image segmentation system was developed for detecting the muscle longissimus thoraces (LT) in ultrasonic images of live pigs. The images have a low contrast, a high level of noise, and a high degree of variance in terms of texture and shape. The segmentation algorithm starts with a region growing process, which provides a rough approximation of the LT Morphological operations and curve fitting eliminate unwanted noise. Finally, an active contour process refines the shape of the resulting region. This system takes several segmentation techniques and builds a flow of information between them but does not rely on specific a priori information of the texture or the contrast. This is a first step towards automating the loin detection in ultrasonic images of live pigs. Initial experiments provided encouraging results. It is a modular system so that different region growing and refinement algorithms can be easily substituted into the current design. This makes for a general system that can be adapted to other segmentation tasks involving low contrast images. A series of three ultrasound images were made along the dorsal surface of 30 live pigs. Using the images to estimate loin volume, 64% and 70% of the variation in commercial loin weight and lean yield of loin were predicted. Augmenting the model with backfat measurements, the R2 increased to 79 and 89%, respectively. These values compare to 76 and 79%, respectively, from measurements made on the carcass with the Hennessey Grading Probe. Keywords: low contract images, segmentation, region growing, morphology, curve fitting, snake.
Un système de segmentation de l'image a été développé afin de détecter le muscle longissimus thoraces (LT) sur des images ultrasoniques de porcs vivants. Les images sont peu contrastées, ont un haut niveau de bruit et une variance élevée pour ce qui est de la texture et de la forme. L'algorithme de segmentation débute par un agrandissement localisé de l'image qui fournit une approximation du LT. Les bruits indésirables sont éliminés par des opérations sur les formes et l'ajustement des courbes. Finalement l'utilisation d'une procédure de reconnaissance des contours permet de raffiner la forme de la région ciblée. Ce système gère le transfert d'informations entre les nombreuses techniques de segmentation de l'image utilisées par l'algorithme, mais ne repose pas sur des informations antérieures spécifiques sur la texture et le contraste. Ce système est un premier pas vers la détection automatisée de la longe de porcs vivants à partir d'images ultrasoniques. Les expériences initiales ont produit des résultats encourageants. Le système a été conçu en modules pour permettre la substitution des algorithmes d'agrandissement localisé ou de segmentation de l'image du programme actuel par de nouveaux algorithmes. Ce système peut donc être adapté à d'autres tâches de segmentation qui utilisent des images à faibles contrastes. Une série de 3 images ultrasoniques ont été prises le long du dos de 30 porcs vivants. En utilisant les images pour estimer le volume de la longe, 64% et 70% des variations du poids commercialisable de longe et du rendement en viande maigre ont été prédites. L'ajout des mesures du gras de dos au modèle a permis d'augmenter la valeur de R2 à 79 et 89%, respectivement. Les mêmes mesures faites sur des carcasses de porcs avec la jauge de Hennessey donnent des valeurs de 76 et 79%, respectivement. Mots-Clés: images à faibles contrastes, segmentation de l'image, agrandissement localisé de l'image, reconnaissance de forme, ajustement de courbe.
An image analysis system developed for evaluation of Coleomegilla maculata larvae's behavior - C. Vigneault, C. Roger, K.P.C. Hui and G. Boivin
A method based on machine vision was developed to replace manual observations required in a study of prey discrimination of the twelvespotted ladybird beetle (Coleomegilla maculata) larvae. The system recorded the movement of the II or IV instar larva while the beetle was in contact with a group of 36 cabbage looper (Trichoplusia ni) eggs, half of which had been parasitized by Trichogramma evanescens before the test. Since the beetle larvae are approximately 20 to 35 times larger than the eggs, the system was programmed to locate the eggs and to follow the movement of the larval head. A three step procedure was developed to detect the larval head position with less than 0.1% of error. Results recorded by the system were more objective than those obtained visually. The developed method and different parameters used within this method are presented in this paper. Keywords: machine vision, insect tracking, biological control, Trichogramma evanescens, Trichoplusia ni, prey discrimination, host discrimination.
Une méthode basée sur la vision numérique a été développée pour remplacer les observations manuelles, nécessaires dans une étude de discrimination de proies chez les larves de la coccinelle maculée (Coleomegilla maculata). Ce système enregistre les déplacements des coccinelles aux stades larvaires II ou IV dans un groupe de 36 oeufs de fausse-arpenteuse du chou (Trichoplusia ni); la moitié de ces oeufs étant parasités par des trichogrammes (Trichogramma evanescens) avant l'essai. Puisque les larves de coccinelles sont approximativement 20 à 35 fois plus grandes que les oeufs le système a été programmé pour localiser les oeufs et suivre le mouvement de la tête de l'insecte. Une procédure divisée en trois étapes a été développée pour détecter la position de la tête de la larve avec une erreur de moins de 0.1%. Les résultats obtenus par le système sont plus objectifs que ceux obtenus visuellement. La méthode développée et les paramètres utilisés lors de la conception de cette méthode sont présentés dans ce papier.
Machine vision grading of pistachio nuts using gray-level histogram - A. Ghazanfari, D. Wulfsohn and J. Irudayaraj
A machine vision system was used to classify "in the shell" pistachio nuts based on USDA grades. The gray-level histogram data obtained from the gray scale image of the nuts were analyzed to select a set of suitable recognition features. Based on the analyses, the mean of the gray-level histogram over 50 to 60 gray-level range and the area of each nut (the integral of its gray-level histogram) were selected as the recognition features. The selected features were used as input to three classification schemes: a Gaussian, a decision tree, and a multi-layer neural network (MLNN). The three classifiers had similar recognition rates. However, the MLNN classifier resulted in slightly higher performance with more uniform classification accuracy than the other two classifiers. Keywords: machine vision, neural networks, pattern recognition, pistachio nuts, classification.
Un système de vision artificielle a été utilisé pour classifier des pistaches en écales, selon les catégories du Département Américain de l'Agriculture (USDA). Un histogramme montrant les différents tons de gris contenus dans l'image a été analysé pour identifier des paramètres de reconnaissance satisfaisants. A partir de ces analyses, la moyenne de l'histogramme des tons de gris sur une palette de 50 à 60 tons de gris, et l'aire de la pistache (intégrale de son histogramme de tons de gris) ont été retenues comme paramètres de reconnaissance. Les paramètres choisis ont été utilisés comme intrants dans trois méthodes de classification: système de Gauss, arbre de décision et réseau neuronal multi-couches (MLNN). La vitesse de reconnaissance était semblable pour les trois méthodes. Cependant, le réseau neuronal multi-couches a été légèrement plus performant que les deux autres méthodes et a permis une classification plus uniforme. Mots-clés: vision artificielle, réseaux neuroneaux, reconnaissance de formes, pistaches, classification.