金柑园土壤仿生管理的气象效应

模拟野生果树生态系统的特点，对果园进行免耕、生草、覆草等方式的仿生栽培，在盛夏时可降低土温、气温、提高相对温度；寒冷季节可提高土温；并能改善果园土壤湿度条件，从而为果树的生育创造一个更适的环境条件。     

土温与气温和土壤含水量的关系

土温与气温和土壤含水量相关密切。紫色土坡薄地改造风化培肥后，第三年土壤含水量增加０．８５％；１０ｃｍ、２０ｃｍ深度的土温年平均降低１．１１℃和０．７４℃。冬季土温降低不明显；炎热的夏季降低最多，为２－３℃。土温与气温成正比，与土壤含水量（百分数）成反比，与气温除以土壤含水量之商于极显著的指数相关。     

土壤粘附仿生研究(二) 典型土壤动物体表形态减粘脱土的初步研究

土壤动物的不粘土特性,对于地面机械减粘脱土的仿生研究具有重要意义。本文利用实体显微镜和扫描电镜对典型土壤动物穿山甲、蝼蛄、蚂蚁和蜣螂等的体表形态进行了观察研究。结果表明,上述土壤动物具有类似波纹状的体表结构,并用波形表面模型进行了减粘脱土的机理分析。     

塑料大棚内土壤的热特性

根据塑料大棚内外土温的实测资料,计算了棚内外土壤平均铅直热通量的日变化,全天正、负热通量及总热通量的累积值,以及平均土温的日变化.同时,计算了平均横向和铅直土温梯度的日变化,并对闭、揭膜两种条件下日变化的差异作了对比分析.     

滴灌条件下液体地膜覆盖土壤保温保湿效应及棉花生长响应

为解决干旱区棉田日益严重的"白色污染"问题,从根本上杜绝农田残膜增加,采用桶栽试验研究了5种处理方式:液体地膜1 900 kg/hm~2(LFD1),液体地膜2 200 kg/hm~2(LFD2),液体地膜2 500 kg/hm~2(LFD3),塑膜滴灌(PFD),裸地对照(NFD)对土壤的保温保湿效应及棉花生长响应,探讨了滴灌条件下液体地膜代替塑料地膜的可行性。结果表明:液体地膜覆盖可提高土壤温度,降低土壤水分蒸发量,增强棉株根系吸收与合成能力,加快滴灌棉花前期生长速度,适度抑制后期旺长,增产效果显著。液体地膜覆盖滴灌棉花对土壤环境无不良影响,在干旱区滴灌棉田具有重要研究价值和应用前景。     

农田土壤碳氮及其与气象因子的关系

为揭示土壤碳氮受外界环境因子的影响,基于辽宁省51个农业气象站的代表性,分析了土壤有机碳和全氮的剖面分布及其与气象因子、地理因子的关系。结果表明,土壤表层（0~20 cm）有机碳和全氮含量总体高于土壤下层（20~40 cm）;不同土层土壤有机碳和全氮受年降水量、年平均气温的影响程度不同。土壤表层有机碳和全氮受年降水量、年平均气温的显著或极显著影响（P〈0.05,P〈0.01）;土壤下层有机碳和全氮均与年平均气温呈显著负相关（P〈0.01）,而与年降水量不成显著相关。经度与土壤表层有机碳和土壤下层全氮呈显著正相关（P〈0.05）,而纬度和海拔不影响土壤有机碳和全氮。不同土层有机碳、全氮与气象因子的回归方程为农田生态系统的碳收支评估及养分循环提供基础资料。     

仿生非光滑耐磨复合层的研究

把土壤动物体表的非光滑特征应用于耐磨复合层的仿生设计中，制备出仿生非光滑复合层。研究结果表明，非光滑表面能将磨料对表面的犁削变为滚动。在两体静载磨料磨损工况下，仿生非光滑耐磨复合层的耐磨性是45钢的29倍。仿生非光滑耐磨复合层具有很高的韧性和塑性，且可根据需要调节复合层的厚度，为提高地面触土机械部件的抗磨性开辟一条新的途径。     

装载机铲斗粘附积土清除的仿生研究

本文采用仿生方法提出铲斗积土清除装置,并对装置的运动与受力进行了分析。给出了机构优化设计方法。经模型与实型试验证明此装置清土效果好,可提高作业生产率20％。     

仿生柔性非光滑表面的结构优化设计

根据土壤动物柔性非光滑的特征规律和仿生类比的结果,采用数值优化和ＣＡＤ几何造型技术,通过计算机模拟,构造了圆柱形、半圆柱形、布型和链型仿生柔性非光滑面,为柔性仿生减粘技术的开发创造了条件。     

基于蜂窝结构的仿生立式环模生物质颗粒机设计与试验

针对传统生物质颗粒环模成型机生产成型效率低、环模失效严重等问题，基于仿生蜂窝状有序多模孔结构，该研究提出了一种立式环模生物质颗粒成型机仿生设计方法。对蜂窝单体几何模孔结构进行图像处理，对蜂窝相邻模孔边缘轮廓拐点坐标进行提取，并获取模孔网格坐标，构建环模-压辊-物料耦合作用受力模型，以物料摄取量、挤压力为设计目标，对颗粒成型机仿生环模、模孔、压辊等参数进行设计。样机通过三压辊与仿生环模孔之间摩擦作用，实现对成型区域内物料的挤压成型，从而形成致密的生物质颗粒。温室条件下以颗粒度为2～4 mm的玉米秸秆为物料，物料含水率为12%、压辊主轴转速为100 r/min，结果表明：在相同转速下，优化后的仿生立式环模生物质颗粒成型机较传统环模成型机吨料能耗降低10.08%，生产的成型颗粒密度大于等于1.32 g/cm³，抗跌碎性指数为99.4%，样机能耗为40.46 kW·h/t，该研究各项指标均达到了相关标准的要求且高于传统生物质颗粒机。     

不同土壤管理措施对坡耕地土壤氮磷养分流失的控制效应

为有效防治紫色丘陵区坡耕地水土流失和面源污染,采用径流小区定位观测法研究不同土壤管理措施下坡耕地产流产沙、养分流失及作物产量特征,进一步揭示生物炭、聚丙酰胺和玉米秸秆覆盖措施对紫色土坡耕地氮磷养分流失的控制效应。结果表明:(1)与背景值相比,土壤养分含量增幅表现为SM(玉米秸秆覆盖)PAM(聚丙酰胺)BC(生物炭),表明玉米秸秆覆盖措施改善土壤养分效果最优,其次为聚丙烯酰胺。(2)不同土壤管理措施控制地表产流产沙的效应均表现为SMPAMBC。BC、PAM、SM措施产流量分别减少0.00%~54.55%,0.00%~85.79%,0.00%~92.39%,产沙量分别减少2.67%~47.78%,5.87%~77.90%,11.47%~90.17%。在中、大雨条件下土壤管理措施减流减沙效应显著,而暴雨、大暴雨可削弱其减流减沙效益。(3)不同土壤管理措施控制氮素流失效应大小为SMPAMBC。与对照相比,在中、大雨条件下,全氮流失量降低16.24%~76.29%,水解氮流失量降低6.21%~81.93%;而在暴雨、大暴雨条件下,全氮流失量分别减少(-11.74%)~11.99%;水解氮流失量则分别降低(-9.87%)~17.39%。表明玉米秸秆覆盖措施控制氮素流失效果最佳。(4)不同土壤管理措施控制磷素流失的效应差异明显。在中、大雨条件下,BC、PAM和SM控制全磷流失效应显著(15%~81.44%),而在暴雨、大暴雨条件下其效应削弱((-6.68%)~10.98%);与对照相比,不同土壤管理措施对玉米籽粒增产效应为SM(29.43%)PAM(19.01%)BC(12.66%)。生物炭、聚丙酰胺和玉米秸秆覆盖措施均可有效控制坡耕地土壤养分流失,其中玉米秸秆覆盖措施控制效应最佳。     

中国林蛙饵料仿生诱喂装置的研制

为了实现中国林蛙工厂化养殖,降低养殖成本和养殖风险、改善养殖环境、提高林蛙的蛙油品质,设计研制了饵料仿生诱喂装置,对几种理论可行的装置方案进行试制和初步试验.确定了3轴不同相位凸轮传动的最佳方案,根据最佳方案设计和制作了样机并进行了林蛙取食试验,所设计的装置占用蛙池面积仅为每池0.48 m2,该装置制造成本低、操作简单,林蛙取食率最高达到了79.2%.试验结果表明:装置所产生的饵料仿生蠕动能够满足中国林蛙取食要求,取得了满意的结果.     

离心泵仿生减阻增效涂层的涂覆工艺参数优化

仿生减阻功能表面应用于离心式水泵关键零部件的过流部位,可显著提升水泵效率。仿生减阻增效功能表面以海豚皮肤为仿生原形,包含刚性基底和涂层2部分,一般由高黏性聚氨酯在刚性基底表面浇注生成功能表面涂层。涂层厚度对泵效率影响最为显著,由于聚氨酯高黏性特征和传统涂覆工艺技术的限制,很难在叶轮复杂流道表面实现高效、高质的涂覆。针对上述难题,该文利用自制旋转涂覆设备,通过对聚氨酯材料的浇注温度、设备旋转速度、涂覆持续时间的优化控制涂层厚度,建立拟合方程并进行试验验证。试验结果表明,以200QJ50-26水泵叶轮为载体,影响功能表面涂层厚度的主次因素依次为设备旋转速度、浇注温度、涂覆持续时间。通过拟合方程预测出叶轮流道内表面涂层厚度为0.5 mm时的最佳涂覆参数组合:涂覆时间53.7 s、旋转速度401 rad/min、浇注温度90.1℃。涂覆试验检验结果表明,利用上述优化工艺参数控制的功能表面涂层厚度与拟合方程计算厚度相比,误差小于5%,计算结果可靠。研究结果可为离心泵仿生减阻增效功能表面面层材料涂覆的工程化施工提供参考。     

土壤湿度对土壤中对硝基氯苯提取率的影响

在"固–气–液"三相体系中,通过土壤加标污染物并控制湿度的实验,研究了土壤湿度对p-NCB在土壤及其成分中提取率的影响。结果表明:土壤湿度造成p-NCB在两种土样上的提取率较干燥土样显著减小。土壤成分实验中,高岭石中p-NCB的提取率受样品湿度的影响较大,腐殖酸的存在大大减小了土壤湿度对高岭石中p-NCB老化过程的影响。土壤湿样中p-NCB提取率在反应21天后开始变缓,说明p-NCB在土壤湿样上的老化过程分可为两个阶段:自反应开始至进行到第21天是快速老化阶段,之后为缓慢老化阶段。p-NCB在土壤干样上的老化过程不明显,在实验周期下未发现提取率随反应时间有明显下降。     

黄土高原不同降水类型区林地、草地与农田土壤干燥化效应比较

黄土高原人工林草地和旱作农田土壤干燥化问题十分突出,严重威胁着人工植被建设成效和旱作农业可持续发展。通过对黄土高原半湿润区、半干旱区和半干旱偏旱区53类林地、草地和农田深层土壤湿度的观测,分析比较了各类型区各类林地、草地和农田土壤湿度、土壤水分过耗量、土壤干燥化指数、土壤干层厚度等土壤干燥化效应指标。结果表明:(1)林地、草地和农田土壤湿度平均值依次为6.46%～12.57%、6.49%～11.52%和9.32%～16.00%,均以半湿润区最高,半干旱区居中,半干旱偏旱区最低,林地、草地和农田土壤水分过耗量平均值分别为521mm、491mm和30mm,林地土壤水分过耗量以半干旱区最高,草地以半湿润区和半干旱偏旱区最高,农田以半干旱偏旱区最高;(2)林地、草地和农田土壤干燥化指数平均值依次为39%、42%和96%,分别属于严重干燥化、严重干燥化和轻度干燥化强度,林地土壤干燥化程度以半干旱区和半干旱偏旱区最严重,草地以半湿润区和半干旱偏旱区最严重,农田以半干旱偏旱区最严重,林地、草地和农田土壤干层厚度平均值依次为881cm、836cm和336cm,林地土壤干层厚度以半干旱区和半干旱偏旱区最厚,草地和农田以半干旱偏旱区最厚。     

基于遗传算法的波纹形仿生推土板表面的数学建模与优化设计

该文根据典型土壤动物波纹形几何非光滑体表的特征，给出了两种波纹形仿生推土板表面的数学描述式，利用地面机械仿生学及地面车辆理论的研究结果，建立波纹形仿生推土板表面的非凸优化模型，并借助于演化计算构建了求解算法，通过数值计算，针对不同类型的土壤给出了波纹形仿生推土板的优化设计方案。     

土壤墒情实时监测与精准灌溉系统的设计

为了及时、准确地给作物提供适宜的土壤水分条件,该研究利用拥有自主知识产权的土壤水分传感器、数据采集控制模块、数据传输模块、管道流量计等硬件以及自己编制的土壤墒情监测与精准灌溉控制软件,以灌溉小区为管理单元,布置土壤水分传感器与灌溉设备,实现了自动获取土壤含水量信息,根据作物不同生育期的适宜土壤水分上下限确定自动或手动启动、关闭灌溉系统;通过固定式喷灌、滴灌和渗灌方式,将水直接输送到作物根部,满足作物各生育期对水的需求,从而达到节约用水,提高产量,改善作物品质的功效。运行结果表明,该系统运行稳定、可扩展性强、低成本维护,其相对偏差与传统方法相比不到5%,是有效和适用的工具。     

东北黑土典型坡耕地土壤呼吸特征的研究

本研究以东北黑土典型坡耕地为研究对象,利用LI-8100土壤呼吸测量仪对玉米全生育期土壤呼吸进行了原位监测,分析了坡耕地不同部位(坡顶、坡肩、坡背、坡趾)土壤呼吸速率变化规律、土壤呼吸总量、土壤呼吸速率与土壤水热因子之间的关系。结果表明:该地区土壤呼吸速率呈现"春秋季低夏季高"的季节性变化规律,坡趾位置土壤呼吸峰值显著高于坡顶、坡肩、坡背位置(P0.05)。不同部位土壤呼吸速率与土壤温度呈现显著线性关系(P0.05),与土壤含水量相关性不显著(P0.05)。土壤呼吸总量以坡趾位置最高[523.97 g(CO_2-C)×m~(-2)],显著高于坡背[443.13 g(CO_2-C)×m~(-2)]、坡肩[426.81 g(CO_2-C)·m~(-2)]、坡顶[388.5g(CO_2-C)·m~(-2)]3个位置18.5%、22.8%和34.9%(P0.05)。说明黑土坡耕地不同位置土壤呼吸存在显著差异,准确评价黑土坡耕地土壤呼吸需要综合考虑坡耕地不同坡位的差异,减少引用平地监测结果来评估坡耕地土壤呼吸量所造成的偏差。