软基水闸底板脱空动力学反演模型构建与试验验证

软基水闸极易因地基不均匀沉降、渗透变形等发生底板脱空现象，传统的无损检测方法难以在水下探测底板脱空，且不具实时性，其应用还存在一定局限性。该研究基于软基水闸室内物理模型，提出了一种软基水闸底板脱空动力学反演方法。首先，基于多参数变量的底板脱空范围数学模型，改进了反映软基水闸底板脱空参数与水闸动力学参数（模态参数）之间非线性映射关系的数学代理模型；其次，以水闸多测点多阶频率和振型变化率组合作为动力学敏感特征量，建立了软基水闸底板脱空参数反演的目标函数，并基于遗传算法对目标函数进行求解。最后，建立了软基水闸室内物理模型，并在模型中设置3种不同的底板脱空工况，采用软基水闸底板脱空动力学反演方法对软基水闸底板的脱空进行反演识别与模型验证。结果表明：基于动力学参数反演识别的水闸底板脱空区域趋势和脱空面积与模型实际脱空情况吻合较好，3种工况下水闸底板脱空面积反演结果与模型实际脱空面积的相对误差分别为7.47%、6.78%、6.90%，验证了该方法的可靠性，可望为软基水闸实际工程底板脱空隐患检测提供一种新的思路。     

基于混合狼群算法参数优选的泵站群运行优化

对于求解复杂的并联泵站群优化运行模型,狼群算法(wolf pack algorithm,WPA)存在收敛性和鲁棒性差等问题。为改善这些问题,该文以某典型并联泵站群为例,以泵站系统主机组运行能耗最低为优化目标,考虑流量、叶片角度、开机台数等约束条件,建立了并联泵站群优化运行模型。将模拟退火算法引入WPA算法中,提出混合狼群算法(hybrid wolf pack algorithm,HWPA)用于求解建立的优化模型。选择最小值、平均值和标准差作为算法性能的评价指标。相较于粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)和WPA算法,HWPA算法求解典型并联泵站群优化运行模型得出的运行能耗最小值平均降低了15.60、10.23 kW,平均值平均降低了36.94、14.30 kW,标准差平均降低了84.82%、72.90%。在HWPA算法的基础上,对算法中的游走步长、奔袭步长、围攻步长的最小值和最大值4个参数进行单因素分析和拉丁超立方抽样设计计算,确定出4个参数的最优组合为0.33、1.53、0.672和4.8×10^5,进而提出改进混合狼群算法(improved hybrid wolf pack algorithm,IHWPA)。相较于HWPA算法,IHWPA算法求解典型并联泵站群优化运行模型得出的运行能耗最小值和平均值平均降低了4.66和13.26 kW,标准差平均降低了94.02%。应用IHWPA算法确定典型并联泵站群6个不同运行工况优化方案,结果表明,采用引入模拟退火算法、优选WPA算法参数的方法提高了算法的全局收敛性与计算鲁棒性,泵站运行最优决策方案较实际方案的运行能耗平均降低9.80%,可为泵站工程提供合理有效的运行方案,降低运行能耗。     

苜蓿秸秆压缩仿真离散元模型参数标定

为了提高苜蓿秸秆压缩过程中离散元仿真研究所用参数的准确度,该研究采用物理试验和仿真优化设计相结合的方法对离散元仿真参数进行标定。首先,以接触参数物理试验结果为仿真参数选择依据,利用Plackett-Burman试验对初始参数进行显著性筛选,方差分析结果表明,苜蓿秸秆-苜蓿秸秆静摩擦系数、苜蓿秸秆-苜蓿秸秆滚动摩擦系数、苜蓿秸秆-45钢静摩擦系数对仿真休止角影响显著。进一步以休止角的相对误差值为评价指标,对3个显著性参数进行最陡爬坡试验,优化显著性参数取值范围,并基于Box-Behnken试验建立休止角与显著性参数的二阶回归模型,以物理试验得到的38.88°休止角为目标值,对显著性参数进行寻优,得到最优组合:苜蓿秸秆-苜蓿秸秆静摩擦系数为0.45、苜蓿秸秆-苜蓿秸秆滚动摩擦系数为0.08、苜蓿秸秆-45钢的静摩擦系数为0.54。最后利用T检验得到P0.05,表明仿真休止角与物理试验值无显著性差异,验证了最优参数组合的可靠性。研究结果表明,应用上述各优化试验来标定离散元仿真参数是可行的,同时标定的参数可为苜蓿秸秆的其它仿真试验提供参考。     

秸秆还田与化肥减施对水稻生长指标及光合参数的影响

针对水稻生产中存在秸秆处理不当以及化肥用量增多等问题,以山东省济宁市稻麦轮作体系下水稻“圣稻18号”为研究对象,通过田间试验设置3个处理:常规施肥,小麦秸秆不还田(CK);常规施肥+小麦秸秆全量还田(T1);常规施肥量的85%+小麦秸秆全量还田(T2),深入探究秸秆还田与化肥减施对不同生育期水稻生长、光合参数和产量的影响,为制定合理的水稻种植措施提供理论依据。结果表明,稻麦轮作体系下秸秆还田不利水稻前期生长,但能显著提高水稻生长中、后期的生长指标,并增强水稻生长中、后期对氮、磷、钾等养分的吸收。水稻生长中后期T2处理的叶绿素含量、净光合速率以及光谱反射率均为最高,其中灌浆期SPAD值与净光合速率分别较CK处理升高4.4%和37.5%;另外,T2处理生长后期的Fv/Fm、PIabs均较前期所升高。试验还表明,T2处理水稻产量最高,比CK处理增产13.1%,增产的直接原因是单位面积有效穗数的增加。综上所述,秸秆还田配合化肥减施有助于水稻栽培生产中实现高产增效,在实际生产中值得推广应用。     

枸杞红色素的提取工艺

为了进一步研究枸杞红色素中的生物活性物质,本试验采用了超声辅助法和溶剂浸提法,对枸杞中红色素的提取与工艺参数调整进行优化,筛选得到最适提取溶剂为纯净水。并依次设置提取时间、提取温度、液固比、粉碎度4因素进行考查,运用正交试验方法,优化各工艺参数。试验结果表明,枸杞红色素的最佳提取工艺条件为100目枸杞粉于25倍体积纯净水中溶解,在90 ℃下超声提取4 h,此时测得枸杞红色素的吸光度最大,为1.052 9。     

生物炭对黑土区土壤水分扩散与溶质弥散持续效应研究

为探究施用生物炭对黑土区坡耕地土壤水分扩散和溶质弥散的持续效应，于2016—2019年在1.5°、3°、5°的径流小区开展了生物炭持续效应试验，分析了单次施加生物炭对土壤容重、孔隙度、有机质含量、Boltzmann变换参数ξ、非饱和土壤水分扩散率D(θ)、非饱和土壤水动力弥散系数Dsh(θ)的持续作用。结果表明：土壤中单次添加生物炭后的4年内均可显著降低土壤容重、提高土壤孔隙度、增加土壤中有机质含量，且各指标变化率均随坡度增大、施炭年限延长而减小；坡度、年份、是否施用生物炭3个因素中，对土壤容重、孔隙度、有机质含量影响程度最大的均为是否施用生物炭；施用生物炭增大了ξ，且ξ随坡度增加、施炭后年限延长逐年减小。2016—2019年D(θ)与Dsh(θ)均随土壤含水率的增加而迅速增加。当土壤含水率小于等于042cm3/cm3时，生物炭抑制土壤水分扩散；当土壤含水率大于0.42cm3/cm3时，生物炭促进土壤水分扩散。当土壤含水率小于等于0.36cm3/cm3时，生物炭抑制土壤中NaCl溶液的弥散；当土壤含水率大于0.36cm3/cm3时，生物炭可以促进土壤中NaCl溶液的弥散。试验区θ处于0.20~0.35cm3/cm3，故施用生物炭对水分扩散、NaCl溶液弥散均具有抑制效果，且生物炭对水分扩散和溶液弥散抑制效果均随坡度增加、施炭后年限延长而减弱。     

干旱胁迫下腐植酸对燕麦叶绿素荧光特性的调控效应

【目的】明确腐植酸(HA)对干旱胁迫下燕麦叶片叶绿素荧光特性的调控效应。【方法】采用盆栽试验,研究了在正常供水(75%田间持水率)、中度干旱胁迫(60%田间持水率)、重度干旱胁迫(45%田间持水率)3个水分条件下喷施HA对燕麦叶片叶绿素量及荧光参数的影响。【结果】①水分胁迫导致Chla+Chlb、Chla/Chlb、Fm、Fv、Fv/Fm、Fv/Fo和qP显著降低,而Fo和NPQ显著升高;②与CK相比,干旱胁迫下HA处理Chla+Chlb提高0.6%~40.82%、Chla/Chlb提高1.13%~30.09%、Fm提高0.7%~121.19%、Fv提高1.0%~171.79%、Fv/Fm提高0.2%~83.89%、Fv/Fo提高1.9%~211.56%、qP提高0.1%~68.30%、NPQ提高6.02%~73.36%、而Fo降低0.70%~14.06%,其中在重度干旱胁迫下均达到显著差异。【结论】干旱胁迫对燕麦PSⅡ光反应系统产生明显伤害,喷施腐植酸可缓解其影响,且在重度干旱胁迫条件下效果最明显。     

覆盖栽培模式对冬小麦花后旗叶 光合特性及产量的影响

为探究旱地小麦秸秆带状覆盖栽培增产的光合特性和干物质积累转运的特征，在甘肃省半干旱雨养农业区以“陇中2号”为材料，研究了秸秆带状覆盖栽培（BS）、地膜覆盖栽培 （PF）和无覆盖露地栽培（CK）3种栽培模式下冬小麦花后旗叶光合特征、叶绿素荧光动力参数、干物质积累转运及产量的差异。结果表明：与CK相比，BS和PF显著提高了花后旗叶光合势、叶绿素和类胡萝卜素含量及叶绿素/类胡萝卜素比率，且BS在生育后期优于PF。BS整个生育期的净光合速率、气孔导度均高于CK，而PF仅生育前期发挥正效应，生育中、后期出现了负效应。BS生育前中期胞间CO₂浓度、生育中后期旗叶瞬时水分利用效率均高于PF和CK，前者分别高出2.8%~8.2%和6.7%~11.3%，后者分别高出30.3%~44.8%和27.5%~39.3%。PF在灌浆中期以前，BS在整个花后生育期显著提高了小麦花后旗叶F_v/F_m、F′_v/F′_m、ΦPSⅡ、qP、ETR，降低了NPQ。BS较PF和CK显著提高了花后干物质输入籽粒量和对籽粒粒重的贡献率，2个指标分别增加2.6%、1.0%和14.2%、8.6%。BS显著增加了单位面积穗数，提高了产量，较CK增产35.4%。说明秸秆带状覆盖能显著改善旱地冬小麦花后光合效率，促进干物质积累转运，从而达到增产的效果。     

基于DEB理论的皱纹盘鲍个体生长模型参数的测定

为获取皱纹盘鲍(Haliotis discus hannai)个体生长模型所需的6个关键参数，设计了饥饿耗能、温度对耗氧的影响等相关生理实验，计算得到各项参数值。单位体积维持耗能率的值 、形成单位体积结构物质所需的能量值 、单位体积最大储存能量 和储备能量值 4个参数，通过连续测定皱纹盘鲍饥饿过程中呼吸耗氧率和软组织干重不断下降直至保持稳定时的能量值计算；温度函数中Arrhenius温度 的数值根据皱纹盘鲍在不同温度梯度下的单位干重耗氧率测定、计算；形状系数δm值通过统计测量的壳长、软组织湿重等生物学参数拟合回归得到。结果显示，皱纹盘鲍在饥饿后，呼吸耗氧率和软组织干重分别降低了26.3%和70.0%，呼吸耗氧率由2.69 mg/(ind.?h)逐渐降低并稳定在0.8 mg/(ind.?h)，软组织干重由(5.21±0.89) g降低至(3.84±0.22) g；根据公式计算得 和 的值分别为20.18 J/(cm3?d)和8120 J/cm；皱纹盘鲍饥饿前后有机物含量分别为80%和58%，经过换算， 和 的值分别为2726 J/cm3和32583 J/g。不同规格的皱纹盘鲍在水温为5℃~20℃范围内，温度与单位干重耗氧率呈正比；当水温超过20℃之后，温度与单位干重耗氧率呈反比。在转折点20℃之前，单位干重耗氧率的ln值与温度(热力学温度，K)的倒数呈线性关系，线性回归方程斜率的绝对值为Arrhenius温度 值( =7196 K)。生物学统计分析鲍壳长(L)与体积(V)呈三次函数关系：V=0.0639 L3.1621(R²=0.9852)，根据公式对软组织湿重的立方根与壳长进行线性回归，所得的斜率即为形状系数δm值(δm=0.43)。本研究对建立以DEB理论为指导的皱纹盘鲍个体生长模型提供了数据支撑。