砾石覆盖条件下盐碱土边坡降雨侵蚀水动力学特征

为了探究砾石覆盖对盐碱土坡面侵蚀的减沙效应,通过室内模拟降雨试验,研究不同坡度和雨强条件下降雨径流水动力学特征及产沙受砾石覆盖的影响。试验坡度选取15°和30°,雨强选取92,119mm/h,坡面砾石覆盖度分别为0,10%,20%,40%,60%,80%,采用染色示踪法测定坡面径流流速。结果表明:不同坡度和雨强条件下,水流产沙率随坡面砾石覆盖度增大先增后减;雷诺数与弗劳德数均随砾石覆盖度增大呈先增后减的抛物线趋势,曼宁糙率、Dracy-Weisbach阻力系数、坡面径流剪切力和径流功率均与坡面砾石覆盖度呈线性正相关;径流功率预测产沙率效果较好,二者呈对数关系(R2=0.47)。     

模拟胃环境下柚皮果胶对亚硝酸根的吸附动力学

以柚子白皮为原料制得果胶,在模拟人体胃环境下进行体外实验,研究柚皮果胶对NO_2~-的吸附效果,并进行动力学分析,同时以市售果胶为对照进行红外光谱分析.结果表明,柚子白皮果胶对NO_2~-的吸附效果与胃环境的pH值、NO_2~-质量浓度、模拟胃蠕动的时间和果胶添加量有关,果胶添加量为0.8g/L,pH值为1.5,NO_2~-质量浓度为30 mg/L,420 min可达吸附平衡,此时柚子白皮果胶对NO_2~-的吸附量为17.65 mg/g,去除率为56.21%.动力学研究表明,颗粒内扩散模型能够较好地拟合柚子白皮果胶对NO_2~-的吸附过程;红外光谱分析表明,O—H以及C=O(羧酸和/或酯)等基团参与了果胶吸附NO_2~-的反应.     

Impacts of natural polymer derivative neutral polysaccharide Jag S and cationic hydroxypropyl polysaccharide Jag C162 on rainfall infiltration on an experimental loess hillslope

ABSTRACT

Developing effective measures to improve soil structure and increase soil infiltration in the Loess Plateau located in arid and semiarid areas is important for soil and water conservation. Simulated rainfall experiments were conducted to determine the effects of two new natural polymer derivatives, namely neutral polysaccharide (Jag S) and cationic hydroxypropyl polysaccharide (Jag C162), on rainfall infiltration and their underlying mechanisms. The proportions of different sizes of water-stable soil aggregates were analyzed after spraying four different concentrations (0, 1, 3, and 5 g m^?2) of Jag S and Jag C162 under rainfall intensities of 1, 1.5, and 2 mm min^?1 and a slope gradient of 15°. Treatments with Jag S and Jag C162 significantly improved the rainfall infiltration rates (IRs) compared with the control. Moreover, applying 1 and 3 g m^?2 Jag S effectively increased the IRs by 22.81% and 13.69%, respectively. Treatment with Jag C162 also increased the rainfall IRs by 39.47%, 46.59%, and 46.50%. Furthermore, the content of >0.25 mm water-stable soil aggregates increased from 27.19% to 90.42% before rainfall and from 9% to 50% after rainfall. Compared with Jag C 162, treatment with Jag S was less effective on improving rainfall infiltration and aggregate content. In particularly, application of 5 g m^?2 Jag S improved the soil aggregate content but weakened rainfall infiltration because of the higher viscidity and consistency of the Jag S solution. Overall, spraying appropriate amounts of Jag C162 and Jag S on the loess slope surface can increase the water-stable soil aggregate content, resulting in improved rainfall infiltration and reduced soil erosion. Thus, application of two new natural polymer derivatives is a possible alternative conservation practice in the Loess Plateau.     

基于SAGA-SVR的马铃薯贮藏库温度预测方法

马铃薯贮藏库温度受室外温度、室内马铃薯呼吸释放温度、通风降温等因素的影响难以准确预测,提出了一种改进遗传算法(Genetic Algorithm,GA)优化支持向量回归机(Support Vector Regression,SVR)的马铃薯贮藏库温度预测方法。该方法针对支持向量回归机参数难以选择、容易陷入局部极小的缺点,引入了具有并行性、全局搜索能力强的GA算法,结合局部搜索能力强的模拟退火算法(Simulated Annealing,SA),实现支持向量回归机的自动寻优。以新疆某农产品加工公司马铃薯贮藏库实测温度数据为样本,建立SAGA-SVR马铃薯贮藏库温度预测模型,进行贮藏库温度准确的预测。仿真结果表明,与GA-SVR、反向传播(Back Propagation,BP)温度预测模型的预测结果相比较,SAGASVR预测结果优于GA-SVR、BP预测结果,具有良好的预测效果。该预测方法较好地解决了系统非线性、小样本等问题,为类似应用场合地温度预测提供参考。     

镉和模拟酸雨胁迫对苦楝幼苗镉含量及叶片抗氧化系统的影响

为探讨苦楝在重金属Cd和酸雨的单一及复合胁迫下的生理响应特征,采用人工配置土壤盆栽试验,研究不同浓度Cd(0、30、60、90、120、150、180 mg·kg^-1)和3个梯度模拟酸雨(pH值5.6、4.5、3.5)单一及复合处理对苦楝幼苗生物量、Cd含量及叶片保护性酶[超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)]活性和抗坏血酸-谷胱甘肽循环(AsA-GSH)的影响。结果表明,除低浓度Cd(≤30 mg·kg^-1)单一及其与pH值4.5酸雨复合处理对幼苗地上部、地下部生物量有促进作用外,其他处理均表现出抑制作用,其中复合处理对苦楝幼苗的抑制作用更明显,表现为叠加效应;单一Cd处理时,随着Cd浓度的增加,幼苗根、茎、叶中Cd含量逐渐升高,且根系大于茎叶,复合处理抑制了植物对Cd的积累,对叶片的抑制作用最强;Cd和酸雨单一及复合处理下叶片SOD、CAT和POD活性均有所增加,分别在60 mg·kg^-1 Cd、pH值5.6,60 mg·kg^-1 Cd、pH值4.5和90 mg·kg^-1Cd、pH值4.5时出现阈值;在AsA-GSH循环中,单一Cd处理下,AsA、GSH含量和抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)活性均随着Cd浓度的增加呈先上升后下降的趋势,单一酸雨处理对上述4个指标的影响不尽一致,而复合处理下上述指标在Cd浓度≤60 mg·kg^-1、pH值≥4.5时均能保持较高值,且随着胁迫程度的加深均出现了阈值。综上所述,苦楝对重金属Cd和酸雨胁迫具有一定的耐性,可在Cd浓度≤60 mg·kg^-1和pH值≥4.5的酸雨双重污染区域正常生长。本研究结果为土壤Cd污染的酸雨区域的修复植物筛选提供了理论基础和参考依据。     

单宁酸对生长猪胃-小肠仿生消化中消化酶活性及饲粮粗蛋白消化率的影响

本试验旨在探讨单宁酸对生长猪胃、小肠仿生消化中消化酶活性及玉米-豆粕型饲粮干物质和粗蛋白消化率的影响，为评价单宁酸的生物学效应提供参考。试验一采用单因素完全随机设计，考察在无饲粮下2种单宁酸对猪模拟胃液、模拟小肠液消化酶活性的影响。设5个处理，单宁酸添加量分别为0 mg （胃液体积为20 mL，小肠液体积为22 mL）；单宁酸1，10 mg；单宁酸1，20 mg；单宁酸2，10 mg；单宁酸2，20 mg。测定各处理的胃蛋白酶、淀粉酶、胰蛋白酶和糜蛋白酶的活性。试验二考察玉米-豆粕型饲粮添加单宁酸对猪仿生消化中胃、小肠阶段消化酶活性及养分消化率的影响。采用单因素完全随机设计，设5个处理，单宁酸在饲粮中的含量分别为0 mg·（2 g）^-1；单宁酸1，10 mg·（2 g）^-1；单宁酸1，20 mg·（2 g）^-1；单宁酸2，10 mg·（2 g）^-1；单宁酸2，20 mg·（2 g）^-1。测定仿生消化中胃阶段0.5和4 h时胃蛋白酶活性，小肠阶段0.5、4和8 h时淀粉酶、胰蛋白酶和糜蛋白酶活性及生长猪胃-小肠仿生消化测定饲粮的干物质和粗蛋白消化率。结果表明：1）无饲粮的情况下，和空白对照组相比，2种单宁酸对模拟胃液中胃蛋白酶活性无显著影响（P>0.05），单宁酸1比单宁酸2更高地降低了模拟小肠液中淀粉酶、胰蛋白酶和糜蛋白酶的活性（P<0.05）。2）在饲粮进行仿生消化的胃消化0.5～4 h内，除4 h时10 mg·（2 g）^-1添加量外，添加单宁酸1时胃蛋白酶的活性均显著高于添加单宁酸2时的相应值（P<0.05），除单宁酸2在消化0.5 h外，2种单宁酸在添加10 mg·（2 g）^-1时胃蛋白酶活性均显著高于20 mg·（2 g）^-1添加量的相应值（P<0.05）。在小肠仿生消化0.5 h时，饲粮中添加单宁酸1、2的2个水平对消化液中淀粉酶活性无显著影响（P>0.05），但均显著降低了糜蛋白酶的活性（P<0.05）；单宁酸1的消化液中胰蛋白酶活性高于单宁酸2的相应值（P<0.05）。在小肠仿生消化4 h时，除添加水平为20 mg·（2 g）^-1时的糜蛋白酶活性外，饲粮中添加单宁酸1消化液中淀粉酶、糜蛋白酶活性高于添加单宁酸2的相应值，而胰蛋白酶活性低于添加单宁酸2的相应值（P<0.05）。单宁酸1、2的两个添加量均降低了胰蛋白酶和糜蛋白酶的活性（P<0.05）。在小肠仿生消化8 h时，饲粮中单宁酸的添加量影响了淀粉酶的活性，但单宁酸1和单宁酸2各两个添加量在淀粉酶的平均活性上无显著差异（P>0.05）。单宁酸1、2的两个添加量均降低了胰蛋白酶、糜蛋白酶的活性（P<0.05）。3）与对照组相比，两种单宁酸在两种添加水平下均显著降低了饲料粗蛋白消化率（P<0.05），且单宁酸2比单宁酸1更多地降低了饲粮粗蛋白的消化率（P<0.05）。综上所述，在有、无饲粮条件下，单宁酸对消化酶活性呈现不一致影响。单宁酸影响饲粮粗蛋白的消化率可能主要与消化液中糜蛋白酶活性降低以及单宁酸与饲粮中的化学成分形成螯合物降低了小肠消化酶的水解效率有关。     

基于记忆模拟退火和A*算法的农业机器人 遍历路径规划

【目的】解决农业机器人大田作业时遍历路径规划的问题。【方法】提出一种记忆模拟退火与A*算法相结合的遍历算法。首先通过记忆模拟退火算法搜索出任务最优目标点行走顺序,然后使用A*算法进行跨区域衔接路径规划。【结果】仿真试验结果表明,该算法规划的遍历路径曼哈顿距离比传统模拟退火算法减少了9.4%,遍历路径覆盖率能达到100%,重复率控制为4.2%。【结论】记忆模拟退火通过为传统模拟退火算法增加记忆器,增强了跳出局部最优陷阱的能力,提高了算法所得解的质量。该研究结果可为农业机器人遍历路径规划提供理论基础。     

Simulation Study of the Impact of Permanent Groundcover on Soil and Water Changes in Jujube Orchards on Sloping Ground

Land degradation is recognized as a major environmental problem in rainfed fruit orchards on the Chinese Loess Plateau. Six treatments were used to investigate surface runoff and soil moisture by means of simulated rainfall experiments: (i) a control (clean cultivation) (CC); (ii) strip cock's foot (Dactylis glomerata L.) cover (SCF); (iii) strip crown vetch (Coronilla varia L.) cover (SCV); (iv) strip bird's foot trefoil (Lotus corniculatus L.) cover (SBF); (v) strip white clover (Trifolium repens L.) cover (SWC); and (vi) complete white clover cover (WCC). The time to runoff was significantly longer under WCC than under other treatments (p < 0·05). The total runoff volume and sediment yield were significantly greater under CC than under the vegetation cover treatments (p < 0·05). The mean infiltration rate under WCC and CC was the largest and lowest and differed significantly from that under other treatments (p < 0·05). The change of soil water storage was the largest under WCC and the least under CC. The soil moisture was significantly greater under SCF than under other treatments (p < 0·05). Treatment SCF seemed to be the best groundcover for rainfed sloping jujube orchards on the Chinese Loess Plateau. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

Promotion of the population growth of pinewood nematode in 4-month-old Japanese black pine seedlings by pretreatment with simulated acid rain

Simulated acid rain (SAR) at three pH levels (pH 4, 3, 2) was applied to only the top or both the top and roots of 4-month-old Japanese black pine seedlings repeatedly for two months. Then the seedlings were inoculated with a virulent isolate (S10) of pinewood nematode,Bursaphelenchus xylophilus. The exposure to SAR at any level did not kill the seedlings. When inoculated with nematodes, however, the nematode population build-up was significantly higher in the seedlings pretreated with SAR at any level than in the control at the 7th and 17th day after inoculation, and subsequent disease symptom development was also significantly accelerated by the exposure to SAR at pH 2 and 3. This result indicates that even acid rain at pH 4 has the potential for promoting population growth of pinewood nematodes in 4-month-old Japanese black pine seedlings.     

荒漠植物白刺对模拟增雨的光合响应机制

【目的】研究不同增雨条件下白刺叶片的光合作用和叶绿素荧光特性,从光合生理角度探讨白刺对增雨的响应机制。【方法】以乌兰布和沙漠东缘地区典型荒漠植物白刺为研究对象,设置不同的增雨梯度(增加年均降水量的0,25%,50%,75%和100%),对自然生长的白刺沙包进行人工模拟增雨,利用 Li－6400xt便携式光合测定系统分析仪(USA,LI-COR)测定不同增雨条件下白刺叶片净光合速率(Pn)日动态变化、光响应曲线、CO2响应曲线以及叶绿素荧光参数,并根据 Pn 日变化曲线和响应曲线计算叶片日光合总量(∑Pn )以及各光合生理参数。【结果】1)75%和100%增雨对日均 Pn 和∑Pn 影响显著,日均 Pn 比 CK分别高32.74%和37.64%,∑Pn 比 CK 分别高32.01%和38.43%,说明增雨使白刺光合能力增强,日光合产物的积累增加。2)增雨使白刺表观量子效率( AQY)和光饱和点( LSP)升高,25%,50%,75%和100%增雨的 AQY 比 CK 分别高17.24%,31.03%,37.93%和24.14%,LSP比 CK分别高14.6%,6.0%,3.0%,26.1%,说明白刺叶片利用弱光的能力增强,对强光的利用范围增加,光能转化效率提高,有利于光合作用的高效进行。3)随着增雨量的增加,羧化效率(CE)呈现出逐渐增加的趋势,其中,100%增雨的 CE比 CK高5.73%;增雨使 CO2饱和点( CSP)升高,50%,75%和100%增雨的 CSP 显著高于 CK,分别比 CK高23.67%,28.35%和29.13%,说明白刺叶片 RuBP羧化酶和光合碳循环酶的活性增强,对高CO2浓度的利用范围增加。4)增雨使白刺叶片的原初光化学量子效率( Fv/Fm )、实际光化学量子效率(ФPSⅡ)、电子传递速率( ETR)和光化学猝灭系数( qP )提高,说明增雨有利于白刺叶片PSⅡ反应中心活性增强、开放比例提高,有利于叶片把所捕获的光能转化为生物化学能,并将更多的光能用于推动光合电子传递。【结论】白刺能够调节光合机构的功能、改变自身生理特性、增强对环境资源的利用能力来适应增雨的变化。