不同水分条件下保水剂对黄瓜根系和叶片生理特征的影响

[目的]研究不同土壤干旱生境中保水剂对黄瓜根系和叶片生理特征的影响,探讨其生长效应与土壤水分的内在联系,为保水剂的合理施用和农田科学灌溉等提供一定的技术参考。[方法]利用盆栽模拟试验,通过定量灌水,系统研究在3种不同的土壤水分条件下,保水剂对黄瓜根际水分、根系形态特征、叶绿素荧光参数和叶片气孔性状等生理特性的影响。[结果](1)不同水分条件下,保水剂处理的黄瓜根系生长受到明显抑制。与对照相比,保水剂处理组在土壤含水量为田间持水量70%(FC₂)和55%(FC₃)时的总根长、平均根系直径、总根体积、根表面积和根干重均显著降低,分别降低了3.4%,24.2%,62.1%,41.0%和51.6%以上。(2)随着干旱胁迫的加剧,保水剂处理叶片的有效光合效率(F_v′/F_m′)和实际量子产量[Y(Ⅱ)]较对照出现先升后降的变化趋势,非光化学淬灭(NPQ)则呈相反的变化;尤其在FC₂和FC₃处理时,保水剂处理促使黄瓜叶片的光化学淬灭(q_P)较对照分...     

盛行风作用下柴木达盆地典型多花柽柳灌丛资源岛特征

[目的] 探究盛行风作用下柴达木盆地诺木洪地区典型多花柽柳(Tamarix hohenackeri)灌丛资源岛特征,旨在深入了解在类似的生境下柽柳灌丛的生态学意义,为盐碱地改良和荒漠—绿洲的生态保护提供借鉴。[方法] 通过对柴达木盆地诺木洪地区荒漠—绿洲过渡带典型多花柽柳灌丛周围土壤系统采样,全面了解冠下、冠缘和间地110 cm深不同土层土壤有机碳(SOC)、土壤含水率(SMC)、土壤pH和EC值特征,探讨盛行风对灌丛资源岛的影响。[结果] ①典型多花柽柳灌丛周围,冠下枯落物和地下生物量显著大于冠缘和间地,SOC含量在冠下显著大于冠缘,具有资源岛特征; ②盛行风背风向冠下SMC、冠缘和间地SOC含量显著大于其他方向,且冠缘0—5 cm土层有着较低的土壤pH值; ③背风向地上生物量和冠缘枯落物量显著大于其他方向,减少了水分蒸发,促进了SOC的增加。[结论] 柴达木盆地荒漠—绿洲过渡带多花柽柳灌丛周围土壤不仅冠下具有资源岛特征,且背风向土壤会形成更适合植物生长的SMC,SOC含量和较低土壤pH值,即风影区资源岛。     

外源乙烯处理对黄冠梨果皮褐变和货架期品质的影响

为了避免黄冠梨果实在低温贮藏（0 ℃左右）条件下果皮褐变的发生,该研究采用5、20和100 μL/L外源乙烯对黄冠梨进行贮前处理,以0 ℃贮藏下无外源乙烯处理作为对照组,以采后恒温至30 ℃、逐步降温至0 ℃处理作为程序降温组。通过外源乙烯处理组与对照及程序降温组的对比,探讨采后外源乙烯处理对黄冠梨果皮褐变与果实品质的影响。结果表明,不同浓度的外源乙烯处理均能完全抑制褐变的发生,且表皮无伤害,而程序降温组的发病指数为10%,对照组则高达37.6%。货架期结束时（6 d）外源乙烯处理组的果实硬度与对照组差异显著（P < 0.05）。外源乙烯各处理组果实含水率均高于对照及程序降温组（P < 0.05）,利用低场核磁共振技术检测发现对照组自由水含量最高,5和100 μL/L外源乙烯处理组自由水含量较低。与对照组和程序降温组比较,外源乙烯处理对黄冠梨果实中可溶性固形物、可滴定酸、可溶性糖和抗坏血酸等果实品质指标都能起到提高或者维持的效果,其中5 μL/L处理浓度的效果较优。研究结果表明,贮前外源乙烯处理是一种既能抑制黄冠梨果皮褐变又能保持果实货架期品质的高效、简便的技术。     

具有排气功能的毛管末端自动冲洗阀设计与结构优化

该研究创制一种具备自动排气功能（Auto-Exhaust function, AE）的毛管末端自动冲洗阀,以提高冲洗时长和冲洗水量。选取延时流道齿长和齿宽、上腔体容积和冲洗阀进口压力共4个因素,采用L18（37）正交试验设计18种规格的AE冲洗阀,并设置4种无排气装置（Non-Exhaust function, NE）的冲洗阀为对照,探究排气装置提升冲洗阀水力性能的作用机理和AE冲洗阀性能参数对试验因素的响应规律。结果表明,当进口压力为0.06～0.14 MPa时,AE冲洗阀的冲洗时长、冲洗水量和冲洗流速分别为18.2～67.7 s、3 904～12 367 mL和0.88～1.40 m/s。冲洗时长和水量与流道齿长、齿宽和上腔体容积均为正相关关系,与进口压力为负相关关系,冲洗流速只与进口压力有关,为正相关关系。流道齿长、齿宽和上腔体容积对冲洗时长和水量影响显著,进口压力对冲洗时长和流速影响显著（P<0.05）。AE冲洗阀能自动排出上腔体中的空气,增加蓄水容积,使其冲洗时长和水量分别比NE冲洗阀提高83.5%与75.4%以上。综合考虑延时流道抗堵塞性能、冲洗时长和水量等因素,推荐AE冲洗阀流道齿长、齿宽、上腔体容积和进口压力分别为1.2 mm、2.2 mm、19.1 mL和0.06 MPa,其冲洗时长和水量分别是NE冲洗阀的2.8和2.7倍,是进口冲洗阀的7.4和7.0倍,为67.7 s、12 194 mL。研究结果可为具有排气功能的毛管末端自动冲洗阀的研发提供依据。     

时空尺度对灰色系统理论预测秸秆折标煤量的影响研究

能源供给潜力的准确预测对秸秆生物质资源开发具有重要意义,数据的时空尺度对预测精度有重要的影响。在不同的时间尺度（7、10、12和15a）下研究了灰色系统理论Grey Model（1,1）模型及其拓展形式对全国、京津冀、河北三个空间尺度上秸秆折标煤量的预测精度,确定各空间尺度上的最优模型和数据时间尺度,分析影响可收集秸秆折标煤量的主要因素,并得到2021-2030年的预测结果。结果表明,灰色Verhulst模型的预测效果整体最好,10a时间尺度下的预测精度要明显高于7a、12a和15a,全国地区的预测精度为99.69%和99.72%,高于京津冀和河北省地区的预测精度;全国主要农作物和粮食农作物可收集秸秆折标煤量主要受到播种面积和单位面积产量双因素的影响,而京津冀和河北地区的主要农作物和粮食农作物可收集秸秆折标煤量则主要受单位面积产量的影响;2021-2030年的预测结果表明,全国主要农作物和主要粮食作物的可收集秸秆折标煤量基本稳定,而京津冀和河北地区的秸秆可收集折标煤量呈增加趋势,且主要粮食农作物的秸秆折标煤量的增速高于主要农作物秸秆折标煤量的增速。研究结果反映了京津冀协同发展对京津冀地区尤其是河北现代化农业格局发展和秸秆生物质资源量的影响,得到了不同空间尺度上影响秸秆折标煤量的关键因子,对灰色系统理论预测秸秆生物质资源潜力、推动能源格局转变有理论意义。     

土壤硝态氮含量原位检测系统设计

针对现阶段土壤硝态氮测量成本较高、无法长期原位测量等问题,该研究提出了一种使用钛烧结滤芯收集土壤溶液,通过近红外光谱法检测土壤溶液中的硝酸根浓度进而得到土壤中硝态氮含量的方法,并设计了相应的检测装置。通过试验对比陶土头与钛烧结滤芯在不同土壤条件下的土壤溶液收集效果,选用钛烧结滤芯作为土壤溶液采集器收集土壤溶液,以近红外LED作为测量光源,采集人工配置土壤溶液的光谱数据,利用BP神经网络进行预训练建立硝态氮含量预测模型。建立的硝态氮含量预测模型其训练集皮尔逊相关系数、测试集皮尔逊相关系数、预测均方根误差分别达到0.997、0.995、3.43。实地测量土壤溶液并与硝酸根离子电极以及土壤养分速测仪进行对比,最大相对偏差为5.9%,可满足实际测量准确性要求。该套检测设备在深度为10～40 cm、含水率为15%以上的土壤中有较好的土壤溶液采集效果;检测装置的长期测量标准差为0.006,动态响应时间为1.4 s,具有良好的特性。试验结果表明,使用溶液吸光度数据建立的硝态氮预测模型具有较好的预测效果,可以应用于土壤溶液硝态氮原位监测,为长期自动测量土壤硝态氮及水肥一体化系统的搭建提供了一种可行的方案。     

水化氯铝酸钙与传统钝化剂降低土壤镉生态及健康风险的对比研究

针对红壤、棕壤、褐土、黑土4种中国典型的Cd污染土壤,应用Ca(OH)2、Ca(H2PO4)2以及层状双金属氢氧化物（Layered Double Hydroxides,LDHs）、水化氯铝酸钙（CaAl-Cl LDH）开展钝化修复,并从土壤Cd的生态风险和健康风险角度进行修复效果对比研究。分析钝化剂对土壤pH值、土壤Cd的赋存形态以及土壤Cd直接经口摄入的生物可给性的影响,并对修复机理进行深入探究。结果表明,在Ca(OH)2、Ca(H2PO4)2和CaAl-Cl LDH各自相对最优施用量下,3种钝化剂均可显著降低土壤Cd的活性系数（P<0.05）,平均降幅分别为16.1%、56.9%和29.2%,可降低土壤Cd的作物吸收量及Cd对周边生态环境的风险。此外,施用CaAl-Cl LDH能显著且更为有效地降低土壤Cd的生物可给性（P<0.05）及Cd对人体的健康风险,在胃和小肠阶段的平均降幅为19.2%和33.0%,其中胃阶段分别达到施用Ca(OH)2和Ca(H2PO4)2的3.11和1.99倍,小肠阶段为5.99和2.72倍。该研究为Cd污染土壤钝化修复剂的开发、改进和选择提供了科学依据和参考。     

植被和梯田措施对坡沟系统细沟侵蚀调控作用

坡沟系统作为黄土丘陵沟壑区基本的地貌单元,也是黄土高原侵蚀泥沙的主要来源区。植被和梯田作为坡面水土流失治理的主要措施,对于土壤侵蚀控制和生态恢复发挥着重要的作用,定量评估林草、梯田对坡面细沟侵蚀的调控作用以及多措施协同配置问题对于黄土高原水土流失治理和生态保护具有重要意义。为了揭示植被和梯田的格局和配置对坡沟系统细沟侵蚀的协同调控作用,该研究采用人工模拟降雨,结合三维激光扫描技术,分析了坡面4种措施：上坡位植被（措施A）、下坡位植被（措施B）、梯田（措施C）、梯田+植被（措施D）对细沟侵蚀发生和演变过程的影响。结果表明：1）相同植被覆盖度下,下坡位的植被布设细沟最大长度较上坡位的植被布设细沟最大长度减小量更大;2） 第1次降雨中,侵蚀率最大值达到3 500 g/min以上,第2次降雨过程中侵蚀率最大值仅为1 100 g/min以上,在各产流时间内第2次降雨侵蚀率均为第1次降雨侵蚀率的1/3～1/2;3）对于各措施下细沟沟长发育率由大到小表现为措施A（6.55 cm/min）、措施C（5.71 cm/min）、措施B（3.60 cm/min）、措施D（2.69 cm/min）;4）梯田与植被同时布设（措施D）对于细沟侵蚀的调控作用优于单一措施（措施B和C）,梯田和植被对细沟侵蚀指数细沟侵蚀量、细沟面积、细沟密度产生了协同作用（分别为7.71%、13.76%、7.52%）。研究可为黄土高原坡沟治理措施配置和细沟侵蚀调控提供一定的科学参考依据。     

泄流激励下水工闸门运行模态参数自动识别

为了能够自动快速准确的识别泄流激励下水工闸门的模态参数,解决系统稳态图自动化定阶困难和真实模态筛选的问题,该研究提出了一种改进的势能聚类（Potential-based Hierarchical Agglomerative,PHA）的协方差驱动随机子空间（Covariance-driven Stochastic Subspace Identification,COV-SSI）水工闸门自动模态参数识别方法。首先采用小波阈值的方法对采集信号进行去噪处理。再通过奇异值加权判断指标（Singular-value Weighted Index,SWI）进行系统阶次及稳态图最大阶次的自动化确定,剔除稳态图中的噪声模态,进一步使用势能聚类方法实现结构模态参数的自动化识别。将该方法应用于泄流激励下弧形闸门试验模型中,并与锤击法测试结果进行对比分析,结果表明,所提识别方法在无需人工激励条件下,能够实现系统阶次和稳态图最大阶次的自动化确定,剔除稳定图中虚假极点。通过与试验对比,该方法平均相对误差为3.5%,可用于泄流激励下水工闸门结构运行模态参数的自动智能化识别。     

基于TDLAS的储粮二氧化碳激光检测系统研制

储粮过程由微生物及害虫等组成的生物场与温度和湿度等构成的非生物场所造成的影响会降低粮食品质,影响粮食安全。储粮中二氧化碳浓度反应粮库生物场状况,是储粮生物场监测的重要指标。为实现储粮二氧化碳浓度高精度检测,该研究基于可调谐半导体激光吸收光谱（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS）技术高灵敏度和快速响应的特点研制了一套储粮二氧化碳浓度现场检测系统,并建立了二氧化碳激光光谱分析与数据处理方法。基于便携式要求,系统采用紧凑型设计,集二氧化碳浓度、温度及湿度检测功能于一体,同时实现弱信号调理、二氧化碳浓度计算及生成多参数云图、水势图显示等功能。整机尺寸338 mm×251 mm×88 mm,室温条件下功耗小于1.3 W。试验结果显示：该检测系统能够长时间稳定工作,人机交互功能鲁棒性较好,对储粮二氧化碳浓度检测的响应时间小于20 s,线性误差小于1.2%,检测重复性为0.4%,检测精度为10 mg/m3,检测范围为 0～20 000 mg/m3,温度的检测范围为-40～120 ℃,湿度检测范围为0%～100%。在实仓检测中,不同工况环境下针对不同储藏条件下的玉米,储粮二氧化碳浓度检测的响应时间为15~18 s,温度的检测范围为25.6~26.8 ℃,湿度检测范围为43%～47%。结合多参数云图以及水势图显示分析等人机交互功能,能够全面反映粮仓生物场安全状况,对减少粮食仓储过程中因虫害霉变等造成的经济损失具有重要意义。