薄膜扩散梯度（DGT）技术在环境微界面物质运移过程研究中的应用

土壤、沉积物、水体和生物体之间的接触和作用形成了多种环境微界面。这些环境微界面是物质迁移转化的重要场所,而高度时空异质性的界面特征使得对其中化学反应信息的捕捉变得极其复杂且困难。薄膜梯度扩散(DGT)技术以其原位测量元素生物有效态和高空间分辨率等优势,适用于研究化学异质性的界面过程。本文系统总结了DGT技术在环境微界面的物质运移过程研究中的应用现状,包括以下3方面内容:一是一维物质浓度测定;二是二维化学分布成像;三是与薄膜扩散平衡技术(DET)、平衡式孔隙水采样器(Peeper)和平面光极(PO)等技术联用同步获取多种溶质分布信息。现有研究证据表明,DGT适合在亚毫米(几十至几百微米)至毫米尺度研究环境微界面营养盐和污染物运移的生物地球化学过程,并可与其他化学成像技术结合研究物质跨界面运移的驱动因子和动力学特征。最后,在DGT技术发展与应用场景扩展等方面提出了几点展望。     

小麦秸秆还田条件下钾肥减量对水稻产量及养分利用的影响

利用长江中下游稻麦轮作定位试验,研究小麦秸秆还田条件下,钾肥减量施用对土壤钾素含量、水稻产量和钾素累积量以及钾肥利用率的影响,为小麦秸秆还田后水稻钾肥合理施用提供科学依据。试验共设5个处理,分别为：秸秆还田+配方施肥（K_100%）,秸秆还田+配方施肥钾肥减量10%（K_90%）,秸秆还田+配方施肥钾肥减量20%（K_80%）,秸秆还田+配方施肥钾肥减量30%（K_70%）,秸秆还田+配方施肥不施钾肥（K₀）。采集3年水稻不同生育期植株和土壤样品,分析土壤钾素动态变化和水稻钾素吸收富集规律,并统计水稻产量和经济效益。3年试验结果表明,与K_100%相比,K_90%处理的土壤全钾和速效钾含量分别提高了3.13%和6.38%,水稻钾素总累积量和净累积量平均提高1.55%和5.13%,水稻平均增产2.19%;K_80%和K_70%处理的土壤全钾和速效钾含量分别平均减少12.58%~15.31%和4.26%~10.64%,水稻钾素总累积量平均减少了7.49%~13.62%,水稻净累积量平均增加了0.48%~1.78%,K_80%处理的水稻产量平均增加2.32%,而K_70%处理的水稻产量则平均降低了6.43%。与K_100%相比,钾肥减量（K_90%、K_80%、K_70%）能够显著增加水稻钾肥农学效率（15.51%~24.53%）、偏生产力（17.96%~25.40%）和钾素吸收利用率（17.53%~55.36%）（P<0.05）。当钾肥减量大于20%时,经济效益呈下降趋势。小麦秸秆还田条件下,与配方施肥相比（K_100%）,钾肥减量10%对土壤速效钾含量影响不显著,但能够提高水稻钾素累积量;钾肥减量20%~30%会降低土壤速效钾含量以及水稻钾素累积量,提高水稻钾素净累积量;钾肥减量10%~20%对水稻产量影响不显著,但可以增加钾肥农学效率、偏生产力和钾肥吸收利用率及经济效益。     

应力波在落叶松活立木中传播影响因素数值模拟

探究应力波在落叶松活立木中传播的影响因素,有助于研究应力波在人工林活立木中的传播机理。依据固体介质中的应力波传播理论和弹性力学理论,将活立木看作只由心材层和边材层组成的两层结构材料,基于活立木的正交各向异性假定,利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对应力波在活立木中的传播进行了模拟计算,并研究了敲击载荷频率、活立木胸径和心材比对应力波传播的影响。结果表明,应力波波速随着载荷脉冲频率的增大而减小;对于胸径为10 cm的活立木模型,当传播距离达到1. 2 m时,应力波波阵面已经转换为一维平面波,而对于胸径超过30 cm的活立木模型,应力波在0～1. 2 m传播距离内是以三维膨胀波的形式传播;活立木胸径对应力波的传播速度有影响,当胸径小于10 cm时,波速较小且基本没有发生变化,当胸径从10 cm增加到40 cm时,应力波的波速随着活立木胸径的增加而增加,而当胸径超过40 cm时,波速略微增加后保持相对稳定;应力波在活立木中的波速随着心材比的增大而减小。胸径对应力波在活立木中的传播形式以及波阵面形状有影响,而敲击载荷频率和心材比对应力波在活立木中的传播形式以及波阵面形状没有影响,但三者都会对应力波的传播速度产生影响,数值模拟最佳的敲击载荷频率为2. 5 kHz,应力波在活立木中的传播速度不只取决于边材的力学性能,而是受到心材和边材的共同影响。     

县域耕地边际化风险评价与验证

耕地边际化是耕地利用净收益从多到少的过程,而撂荒则是耕地边际化的极端表现。以河南省孟津县为例,从耕地利用的自然适宜、耕作条件与机会成本等方面,对耕地边际化的风险进行多维度评价,并运用遥感影像数据对评价结果进行验证,识别出现阶段影响耕地边际化的主导因素。结果表明:就耕地的自然适宜评价结果而言,处于高度适宜、中度适宜、低度适宜的面积分别为189. 00、141. 64、88. 81 km~2,自然适宜性是影响耕地边际化利用的基础条件,将自然适宜性差的耕地调整恢复成林地,有助于区域脆弱生态的修复;就耕地的耕作便利度来说,处于高度便利、中度便利、低度便利的面积分别为:103. 69、214. 05、101. 71 km~2,对自然适宜度高而耕作不便利的耕地进行综合整治是提高耕地利用效率、延缓耕地边际化利用的重要途径;根据机会成本的耕地边际化风险评价结果,处于高机会成本、中机会成本、低机会成本的面积分别为119. 32、164. 57、135. 56 km~2。由于孟津县高机会成本区的耕地利用能够维持较高的利润,因此耕地弃耕的情况较少发生。通过对土地变更数据库内耕地和遥感影像的叠置分析,发现现阶段孟津县耕地边际化受自然适宜与耕作条件的影响较大。     

胡萝卜联合收获机单圆盘对顶切割装置设计与试验

针对胡萝卜联合收获过程中对顶切割装置作业后胡萝卜损伤率高、切净率低等问题,设计了一种单圆盘对顶切割装置,并阐述了其主要结构及工作原理。在统计分析胡萝卜基本物理特性的基础上,通过理论计算确定了斜拉式导向齐平对顶机构的两对齐基板间距、拉齐区长度和对齐基板斜边角度等主要结构参数,达到胡萝卜茎叶精准拉齐的目的。以螳螂前肢胫节曲线为原型,将拟合优化后的曲线形状应用至圆盘动割刀和直割刀刃口上,构建切割机构-胡萝卜茎叶力学模型,分析其满足胡萝卜被高效切断的条件。对圆盘割刀进行运动学分析,建立圆盘割刀前进方向的运动学模型,确定影响装置工作性能的因素为胡萝卜输送速度和圆盘割刀转速。以胡萝卜收获机夹持输送皮带轮转速(胡萝卜输送速度)和圆盘割刀转速为试验因素,以胡萝卜根茎损伤率、茎叶切净率、切割平整度为试验指标,进行了二因素五水平二次正交旋转组合试验,通过对试验结果进行分析优化,确定最佳参数组合。结果表明,当胡萝卜收获机夹持输送皮带轮转速为113 r/min、圆盘割刀转速为156 r/min时,对顶切割装置性能最优,此时胡萝卜损伤率均值为0.53%、切净率均值为95.41%、平整度均值为94.10%。对优化结果进行田间试验验证,验证结果与优化结果基本一致,作业过程中装置工作平稳。     

鲜食玉米果穗收获负压除杂装置参数优化与试验

针对现有鲜食玉米收获机在收获果穗时,果穗中含有茎叶等杂质,影响运输、贮存和后续加工等问题,采用轴流风机负压除杂技术去除果穗中的茎秆和茎叶等杂质,同时在除杂装置内增加动、定刀,切碎杂质,便于后续的打包回收利用,并对风机负压除杂装置进行了性能分析和参数优化。通过对动、定刀进行动力学分析,对动、定刀数和刀间隙进行分析,确定了该装置的风机转速范围为1326~1573r/min,动、定刀间隙20mm,定刀数为3~8。采用二次回归正交组合试验方案,以风机转速、定刀数、喂入量为试验因素,以果穗含杂率和茎秆切碎长度合格率为试验指标进行台架试验,通过分析各因素对指标贡献率,得到影响茎秆切碎长度合格率的主次顺序为喂入量、风机转速、定刀数,影响果穗含杂率的主次顺序为风机转速、喂入量、定刀数。建立了参数优化数学模型,利用Optimization模块优化得出,当风机转速为1524r/min、单排定刀数为4、喂入量为7.6kg/s时,茎秆切碎长度合格率为96.8%,果穗含杂率为0.69%。对优化后的参数组合进行了5组验证试验,得到茎秆切碎长度合格率平均值为96.2%,果穗含杂率平均值为0.71%。相比于传统收获机,该装置使果穗含杂率降低了23.3%,说明该优化参数能够满足鲜食玉米果穗收获和茎叶青贮相关技术要求。     

石灰岩山地4种林分空气细菌动态变化及其影响因素分析

为探索石灰岩山地不同林分类型中空气细菌的动态变化规律及其影响因素,筛选出抑菌效果较好的林分,选取徐州石灰岩山地4种典型林分为试验材料,采用自然沉降法研究林分中细菌含量的季节变化和日变化,同步监测温湿度、风速、PM2.5和空气负离子浓度,分析空气细菌含量及其之间的关系。试验结果表明:(1)细菌含量季节性变化表现为春季秋季夏季冬季,除冬季日变化呈现"早晚低,中午高"的变化趋势,其他季节表现为"早晚高,中午低";(2)不同林分类型空气细菌含量存在显著差异(P0.05),总体来看,苦楝林对细菌的抑制效果最好;(3)细菌含量与空气湿度和PM2.5呈极显著正相关关系,与空气负离子呈极显著的负相关关系。综上,苦楝林的抑菌效果最好,湿度、PM2.5和负离子是影响空气细菌含量的主要因素。本研究可为此地城市保健林的营建以及生态旅游规划提供科学依据。     

杂种落叶松的识别技术

杂种落叶松在抗早期落叶病、抗寒性等方面具有一定优势,冻害指数较日本落叶松低70%,早期落叶病发病率较兴安落叶松低15%、感病指数下降15%。根据针叶形态和一些生理生化手段可将杂种落叶松和亲本区分开来。     

耕作方式对豫西旱地麦-豆轮作田土壤理化特性和酶活性的影响

为探明耕作方式对豫西旱地麦-豆轮作田不同土层土壤理化特性和土壤酶活性的影响,设置免耕(NT)、旋耕(RT)和翻耕(PT)3种耕作方式,分析了定位试验9 a(2009—2019年)后小麦收获期的土壤容重、孔隙度和有机质、全氮、有效磷和速效钾含量,以及土壤脲酶、蛋白酶、转化酶和碱性磷酸酶活性,并运用相关分析和通径分析研究了土壤理化性质与土壤酶活性的关系。结果表明：不同耕作方式对土壤理化特性和酶活性具有显著的调控作用,其调控效应与其作业深度相关。RT较PT有利于降低0～15 cm土层但增加15～35 cm土层容重,NT较RT和PT显著降低了0～5、15～35、35～60 cm土层的土壤容重,土壤孔隙度变化规律与容重相反。各处理间土壤有机质、全氮、有效磷含量以及土壤脲酶、蛋白酶、转化酶和碱性磷酸酶活性在0～5 cm土层和15～35 cm土层规律一致,0～5 cm土层均以NT最优,分别较最低值处理(PT)显著提高16.7%、53.2%、15.9%、23.6%、18.0%、34.7%和29.0%;15～35 cm土层均以PT最优,分别较最低值处理(NT)显著提高18.3%、23.4%、53.4%、...     

白洋淀流域水环境风险评估综述

以白洋淀流域水污染问题为研究对象,对其水质现状、风险源和风险因子等方面进行总结和分析,并运用层次分析法初步构建了白洋淀流域水环境风险评估体系框架.最后,基于已有白洋淀流域水环境污染研究进展,提出以后应进一步加强的地方:①加强白洋淀流域水环境综合风险评估研究,并使用数学模型来综合评判白洋淀流域水环境风险水平;②加强风险预...