光振耦合对蝗虫趋光响应驱动增效效应的影响及测定

依据蝗虫趋光机理和振动惊吓蝗虫反应特性,利用LED光源、振动激发设备和蝗虫行为试验装置,进行了蝗虫对光振耦合和光谱光照趋光响应的对比测定。结果显示:光谱光照和振动的耦合效应对蝗虫趋光产生了推拉驱动激发效果,振动刺激驱动增效了蝗虫趋光响应的程度,并增益了蝗虫趋光响应的实现,而光谱光照决定了蝗虫的趋光诱导效果;光谱光照和振动刺激蝗虫不同感受器引发蝗虫神经生理敏感反应的差别,导致振动频率50Hz、振动400ms而间歇停止1s、较高激振力的循环振动模式与紫光耦合激发蝗虫趋光响应强度和增效程度较佳;光振耦合效应激发蝗虫,会导致蝗虫产生有利于趋光的生理效应,且光振能量越强,对蝗虫趋光生理反应的初始激发效应也越强;蝗虫对光振刺激敏感反应点的差异性、光振传播的衰减性、蝗虫对光振刺激的敏感选择调谐性等,影响光振耦合对蝗虫趋光激发的增效程度。因此,在蝗虫趋光有效的光照范围内,通过利用振动惊吓蝗虫反应的强度门限值与振动激发蝗虫趋光最佳的调控模式的组合,来实施逐步移动逼近式的调控性振动激发,可满足振动激发蝗虫趋光增效的技术需求,进而为蝗虫光电诱导物理捕集设备的研制和实施提供了技术支撑。     

气扰刺激与波谱光源耦合作用下蝗虫的诱导捕集试验

灾害蝗虫光电诱导捕集技术中,致使蝗虫产生良好趋光效率的诱导光源是获取该技术高效应用的关键。为给诱导光源的研制提供最优设计参数,利用自行设计的发光二极管(light emitting diode,LED)阵列波谱光源与光电诱导蝗虫滑移捕集机分别进行了蝗虫趋光行为的对比试验和诱导捕集试验。结果表明:与其他诱导光源相比较,蓝色(465 nm)波谱光源和白色(395~720 nm)波谱光源均能促使蝗虫产生较为明确的趋向选择行为且具有相对较高的趋向运动速度,最终诱使较多的蝗虫集聚于诱导光源区域;气扰刺激能够激发处于栖息状态蝗虫的生理活性,促使蝗虫对波谱光源产生较强的趋向行为并表现出较高的趋向运动速度。气扰刺激与波谱光源的耦合作用可使蝗虫的趋光行为同时具有明确的方向选择性、较强的趋向运动持续性和较高的趋向运动速度,能够显著提高波谱光源对灾害蝗虫的诱导率,并能提高光电诱导蝗虫滑移捕集机对灾害蝗虫的捕集效率和捕集总量。研究结果为光电诱导蝗虫捕集技术中诱导光源的研制提供了设计参数方面的参考。     

蝗虫对光谱光照特性趋光反应的对比及数学分析

为给蝗虫灾害光电诱导机械化捕集技术中诱导光源光照参数的选取及设计提供技术支持,该文利用LED光源和自制的行为反应试验装置采用对比试验法,进行了蝗虫趋光选择最佳的光谱优选,并测试了蝗虫趋光行为反应的光照阈值,探讨了不同光谱和光照度对蝗虫趋光行为影响的机理。结果显示：相同光照度条件下,蝗虫对紫光（405?nm）的内在趋光反应率最高,对紫绿蓝（520+465+405?nm）组合光的反应次之;蝗虫对紫（405?nm）、绿（520?nm）、蓝（465?nm）及组合光的趋光反应率数学模型求解表明,蝗虫对不同光谱的趋光反应存在最高趋光光照度值和最低灵敏光照度值,其中紫光对二者的光照度最低;蝗虫的趋光响应受光谱和光照度的影响,在绿、紫、蓝光谱组合的光照度值内提高光照强度可达到蝗虫对紫光反应的逼近效果。     

光源与机械刺激下蝗虫的运动行为

为提高光电诱导机械捕集蝗虫设备的捕集效率,本研究利用LED光源和自制的行为反应试验装置采用对比试验法,测定了蝗虫在诱导光源与机械刺激作用下的运动方向性和运动敏感性,探讨了蝗虫对外界刺激的神经反应与运动行为间的相互关系。结果显示:不同因素刺激下蝗虫表现出不同的运动行为。机械刺激作用下蝗虫的运动敏感性提高,但无明显的运动方向性;诱导光源作用下蝗虫具有明显方向选择性,但运动敏感性随时间逐步衰减;机械刺激与光源刺激耦合作用下蝗虫既有较强的方向选择性,又有持续的运动敏感性。     

灾害蝗虫附着系统爪尖的剪切强度测算

蝗虫爪尖能够形成用于稳固附着的机械锁合,抑制蝗虫在捕集滑板表面的滑移行为。为获取用于蝗虫捕集滑板研制的爪尖强度信息,利用自行设计的昆虫微力测试系统测试了蝗虫前足、中足、后足爪尖的剪切力;采用扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)分析了蝗虫爪尖及其断裂面的微形貌结构与几何特征,计算了爪尖断裂面的截面积,并据此测算了蝗虫爪尖的剪切强度。结果表明爪尖的剪切力介于197.4~243.6 mN,其中前足爪尖的剪切力最大,后足居中,中足最小;爪尖断裂面表现出层状的复合结构且具有显著不同的截面积(10 847.6~13 908.5μm2);测算结果表明蝗虫爪尖的剪切强度介于14.2~22.5 MPa。该研究可为研制具有良好滑移功能蝗虫捕集滑板提供参考,并可促进灾害蝗虫光电诱导滑移捕集技术的发展。     

致灾农业昆虫捕集滑板表面结构仿生构建与性能验证

致灾农业昆虫光电诱导滑移捕集技术中,致使昆虫产生良好滑移行为的捕集滑板是获取该技术高效应用的关键。红瓶猪笼草(Nepenthes alata)叶笼滑移区依靠特殊形貌对昆虫附着系统表现出显著滑移功能,为致灾农业昆虫捕集滑板的研制提供了仿生原型。采用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)与三维白光形貌干涉仪(scanning white light interferometer,SWLI)对滑移区表面微形貌进行观测分析并获取三维结构参数,据此构建了致灾农业昆虫捕集滑板表面结构的仿生模型;采用激光微纳加工技术和高压静电吸附技术实现捕集滑板的仿生制备。为验证仿生制备致灾农业昆虫捕集滑板功效,测试了蝗虫(Locusta migratoria manilensis)在捕集滑板和仿生原型的附着力,结果分别为(402.9±26.1)m N和(361.9±25.5)m N,相近的附着力预示研制的致灾农业昆虫捕集滑板具有与仿生原型类似的性能。     

气吸式蝗虫捕集技术的发展与蝗虫的养殖利用

蝗虫营养成分含量高，用途广泛，是一种很好的昆虫资源，在食用、药用、饲用等方面均有利用价值；气吸式蝗虫捕集技术在蝗虫灾害的防治和蝗虫资源的无害化捕集利用中起到重要的作用，通过对4种不同结构形式的蝗虫吸捕机的结构形式和作业特点的对比分析，找出了各自的优点和不足之处并提出了一些改进的建议，分析了每种机型所适用的作业范围。随着对蝗虫资源需求量的增大，蝗虫的网棚养殖技术也逐渐兴起、养殖规模不断扩大，通过对上述蝗虫吸捕机的分析研究，为研制一种适合于网棚内使用的小型、轻便的蝗虫吸捕机提供了参考依据。     

太阳能辅助闭式热源塔热泵系统冬季制热性能

热源塔热泵系统以空气为冷热源,在冬季制热时其性能会随环境温度的降低而降低。为此研发了可应用陕南地区农村建筑的太阳能辅助闭式热源塔热泵系统,试验研究了冬季工况下系统的制热性能,初步分析了太阳热能与空气热能的互补机理。研究结果表明:系统制热量范围为12.1～15.2 k W,热泵机组性能系数范围为2.3～3.5,系统能效比范围为1.5～2.4,供热温度高于41℃;冷却水温度对压缩机耗电量的影响程度大于防冻溶液温度,冷却水平均温度每升高1℃,压缩要耗电量增加98.1 W,而防冻溶液平均温度每升高1℃,压缩机耗电量减小9.5 W;太阳能辅助热源塔热泵制热模式下,热泵机组通过改变防冻溶液与空气和集热工质换热温差的方法来改变防冻溶液从空气和集热水箱中的吸热量,以实现空气热能与太阳热能的互补。建议在实际应用中应避免供热温度过高以减小压缩机耗电;在集热水箱温度较高时通过降低风机频率减小风机耗电以提高系统综合能效,但应避免风机低频率工作可能给机组安全运行带来的隐患。     

柴油机颗粒捕集器再生温度预测模型

柴油机颗粒捕集器在再生阶段的温度预测问题直接与后处理系统甚至整车的经济性、安全性相关。该文采用仿真分析计算与发动机试验验证相结合的方式,对柴油机颗粒捕集器在再生阶段的温度特性及其影响因素进行分析。首先运用GT-Power软件对后处理系统进行建模,并分析了不同再生目标温度对再生效率的影响以及不同碳载量对稳态再生温度的影响。仿真结果表明：较高的再生目标温度有助于降低单位质量颗粒物的再生油耗,当再生目标温度为500 ℃时,单位质量颗粒物的再生油耗为372.7 g,当目标温度提高到700 ℃时该值降低至3.8g,但当目标温度达到600 ℃以上,再生目标温度对单位质量颗粒物再生油耗的改善效果不明显;当碳载量超过46 g（12.7 g/L）再生时,颗粒捕集器内部温度超过800 ℃,颗粒捕集器出现烧蚀失效的风险较高,因此应当限制触发再生的碳载量限值。在仿真计算结果的基础上,运用发动机台架试验对再生温度特性进行测试验证,试验结果与仿真结果较吻合,结果表明,该温度预测模型可对颗粒捕集器再生阶段的温度分布、再生油耗及最高温度等进行预测,对提高再生阶段燃油经济性,降低颗粒捕集器的烧蚀失效风险,具有重要的指导意义。     

干法发酵沼气工程无热源中温运行及效果

该文提出了覆膜槽干法发酵沼气工程在无热源条件下实现中温运行的方法：首先使固体生物质原料好氧发酵,利用好氧发酵产生的生物能,获得中温沼气发酵（20～45℃）上限的初始温度,通过加强反应器的保温,不用外加热源,实现干法发酵沼气工程中温运行。试验结果显示：物料温度的变化平缓,物料温度日下降幅度最大为0.5℃（第9天）,最小不到0.1℃（第3天）;发酵物料温度由初始时的40.6℃,逐渐下降为沼气发酵结束时的35.4℃,始终处于中温沼气发酵的较高温度范围内;平均容积产气率为0.598 m3/(m3·d),甲烷55%～60%。因此,利用好氧发酵的生物能,使物料获得中温沼气发酵范围内较高的初始温度,在沼气发酵过程中,通过加强保温,不用外加热源,实现干法沼气工程的中温运行是完全可行的。     

暗前适宜LED远红光光照强度促进设施番茄种苗生长发育

为了研究LED光源在设施番茄育苗生产上的精准化利用。该试验以金鹏1号番茄植株为试材,研究了进入黑暗前LED远红光处理对番茄植株形态、激素含量、光合速率和矿质元素含量的影响。结果表明,当番茄植株进入黑暗前进行10 min远红光处理,番茄植株的株高及茎的鲜质量发生了明显变化,番茄植株的株高和茎的鲜质量随着远红光光照强度的增加而增加,当远红光的光照强度增加到10μmol/(m~2·s)时番茄植株的株高和茎的鲜质量也达到了最大值。与对照相比,进入黑暗前进行时长10 min,光照强度为10μmol/(m~2·s)的远红光处理后番茄植株叶片中的生长素和赤霉素3的含量显著上升;叶绿素和净光合速率显著降低;番茄植株茎中N含量显著降低,叶中P含量显著降低,K含量显著升高,根系中的N、P、K含量都显著增加。因此,可以通过调控黑暗前远红光的光照强度来精确调控番茄植株的株高,控制番茄的生长。     

补光时间及光质对温室甜椒矿质元素吸收与分配的影响

为探究发光二极管(LED)补光对温室甜椒矿质元素吸收及分配的影响,以甜椒品种奥黛丽为试材,设置红光(R)和蓝光(B)组合2:1(2R1B)、4:1(4R1B)、8:1(8R1B) 3种光质,2 h(18:00-20:00)、4 h(18:00-22:00)和8 h(18:00-02:00) 3个补光时间,以不补光为对照(CK),研究补光时间及光质对甜椒N、P、K、Ca、Mg、Mn、Zn积累及分配的影响。结果表明,光质与补光时间显著影响矿质元素在甜椒中的积累与分配,且二者存在显著的交互作用。与CK相比,LED补光显著促进了甜椒全株中N、P、K、Ca、Mg和Mn的积累,光质对N、P、K、Mg、Mn积累总量的影响无显著差异,但补光时间会显著影响矿质元素的积累,以补光8 h的元素积累量最高,其N、P、K、Ca、Mg和Mn的单株积累量分别较CK增加51.82%、55.56%、47.55%、50.00%、56.76%和36.23%,补光4 h的N、Ca、Mn积累总量与补光8 h无显著差异。从分配比例来看,与CK相比,补光2 h降低了N、P、Mg、Mn在果实中的分配比,补光4 h提高了N、P、K、Mg、Mn在果实中的积累总量和分配比。综上,光质对甜椒矿质元素的积累量影响较小,LED补光4 h在调控甜椒营养积累与分配上表现最佳。本试验结果为温室栽培甜椒补光调控的营养吸收机制提供了理论参考。     

LED光源改善鸡舍环境及肉鸡生产性能

探讨全封闭饲养条件下,LED光源对肉鸡生产性能,养分表观消化率和鸡舍空气中NH3、CO2、粉尘浓度,以及空气微生物含量的影响。试验于2017年3月2日至3月30日在河南省某农业集团一大型肉鸡场进行。选用健康状况良好、体况一致的1日龄白羽肉鸡240只,采用单因子完全随机试验设计,分为2个处理组,一组采用暖白色光LED灯光源照明为试验组,另一组采用普通暖白色荧光灯光源照明为对照组。试验期间详细观察肉鸡生产情况,分别计算平均日采食量、平均日增质量、料质量比、发病率以及死淘率。于肉鸡8、15、22和28日龄当日全收粪法测定粗蛋白、粗脂肪、钙和磷的表观消化率。试验期间每天08:00,14:00和20:00,采用光化学方法分别在两栋鸡舍内测量NH3和CO2浓度,测量点分布依据五点法,测量高度为0.5 m。分别对8、15、22和28日龄的鸡舍,采用质量法测定粉尘含量,平板沉降法测定空气微生物含量。结果表明,与荧光灯相比,LED光源对8~22日龄肉鸡的生产性能、养分代谢及其生存环境质量没有不利影响。LED光源有利于提高22~28日龄肉鸡的平均日采食量和平均日增质量,分别比荧光灯光源下的肉鸡显著增加了13.13%和13.23%(P0.05)。LED光源有利于提高22~28日龄肉鸡对饲料中粗蛋白,钙和磷的表观消化率,22日龄时,分别比荧光灯鸡舍的肉鸡显著提高了9.45%,14.90%和7.48%(P0.05),28日龄时分别提高了7.30%,6.78%和8.29%(P0.05)。试验期间LED光源鸡舍内肉鸡发病率为2.45%,显著低于荧光灯鸡舍3.57%的发病率(P0.05)。LED光源鸡舍内肉鸡死淘率为1.18%,显著低于荧光灯鸡舍2.36%的死淘率(P0.05)。同时,LED光源鸡舍的25日龄以后的NH3浓度、22日龄以后的粉尘和微生物浓度均显著低于荧光灯光源鸡舍(P0.05)。因此,LED光源有利提高肉鸡的生产性能和改善肉鸡生活空间的空气环境质量,加之LED光源在养殖生产上的应用具有安全、经济、环保的特点,值得进一步推广和应用。     

LED灯模拟作物间作套种群体内光环境的设计与应用

在室内有效模拟作物复合群体内的光环境,是深入研究作物间作套种分子生态机理的基础。该文首先设计了一种用于植物室内培养的发光二极管（LED）照明灯具,其主要特点包括：选用蓝光、红光、远红光3种对作物生长发育影响最大的高功率LED灯珠为光源,按照1:3:3的比例进行组合,从而形成光照均匀的光源板;应用散热片、风道、风扇对光源板进行有效散热;采用脉宽调制（PWM）方式实现每种灯辐射强度的连续、独立调节。为进一步验证其功能,以玉米-大豆套作模式为例,根据田间自然光环境和两作物复合群体内光环境的实际测定值,采用所设计     

LED多光谱交替发光太阳能杀虫灯对稻田害虫诱杀效果

南方水稻种植期间害虫轮流发生,以稻飞虱、稻纵卷叶螟、二化螟、三化螟的危害性最大,为了降低水稻害虫的发生率,防止农药的滥用,最好是采用物理防治。试验根据害虫的趋光性的波段范围以及夜晚活动旺盛时间（扑灯节律）的差异,研制了一种 LED（light emitting diodes）多光谱循环式太阳能杀虫灯,实现诱捕害虫的最大化。试验结果发现该灯对水稻害虫有较大的诱杀力,期间诱杀稻纵卷叶螟32.5%、二化螟25.6%、三化螟25.15%,各类稻飞虱占9.35%,其它害虫类别6.90%,灯区较对照区减少药剂防治2次;该灯对益虫的影响较小,诱捕的益害比为0.0089∶1,有利于保护生态平衡。该灯能有效地杀灭水稻害虫,减少水稻种植过程中农药使用量并提高经济效益。     

可调LED光源系统设计及其对菠菜生长的影

为提供设施农业装备运用的人工光源,进行了发光二极管(LED)光源系统的硬件及软件设计,并通过以荧光灯为对照对6种柔性组合的LED光源,进行了菠菜生长试验。研究发现该系统具有光质、光强、光周期及占空比柔性可调,可以作为设施补光及光生物学研究的理想光系统。在该光系统下的菠菜生长试验发现,菠菜在红蓝黄(RBY)光处理下叶柄长、叶面积、叶柄粗及根长都显著大于其他处理,生长较其他处理健壮,且RBY光处理菠菜光合色素质量分数显著高于其他处理,表明在红蓝复合光的基础上添加黄光有利于光合色素的合成,并显著地促进菠菜的生长,同时也表明该LED光源系统对开展植物补光应用具有一定的现实意义和使用价值。     

单色绿光环境对孵化中种蛋蛋壳理化特性的影响

蛋壳是鸡胚发育过程中与外界环境进行气体和热量交换的重要媒介,其结构、形态等因素均为影响鸡胚发育的重要因素。单色绿光照射可缩短种蛋孵化时间,促进出雏、提高种蛋孵化率。有鉴于此,该研究针对单色绿光调控孵化过程中的种蛋蛋壳色度、蛋壳结构、色素含量及元素含量等因素进行监测,从种蛋蛋壳特性变化的角度探究单色绿光在种蛋孵化过程中促进雏鸡出雏的机制。结果表明,与传统黑暗孵化环境相比较,孵化过程单色绿光形成的光环境促使蛋壳对孵化环境产生适应性响应,蛋壳表面亮度显著降低（P<0.01）,抑制了蛋壳中绿色色素-胆绿素的分解（P<0.01）。且单色绿光有助于鸡胚吸收利用蛋壳中的Ca元素,显著促进孵化过程中蛋壳表面孔隙面积的风化增大（P<0.000 1）,提高蛋壳的通透性及散热效果,利于出雏期间雏鸡出壳,有助于促进出雏并降低孵化死亡率。该研究阐析了单色绿光孵化过程中种蛋蛋壳特性的变化,为单色绿光促进种蛋出雏及其在孵化产业的应用奠定了一定的理论基础。