小麦播种机开沟器双向平行四杆仿形机构的设计及运动仿真

寒地冬小麦一般在秋季作物的垄沟两侧进行播种,为了保证冬小麦开沟器不到垄台上伤害正在生长的农作物,该文设计了双向仿形平行四杆机构。该文对仿形机构进行受力分析,确定了影响仿形性能的各参数;根据初始工作角和最大下仿形量,设计出仿形杆的长度为386.37 mm,最大上仿形量为98.35 mm;在左右达到最大仿形量时,确定左右仿形角为15°。最后应用CATIA软件进行运动仿真分析,通过运动仿真表明,仿形机构可实现上下、左右仿形,上下仿形量可达到170 mm,左右仿形量可达到100 mm,满足理论设计的双向仿形量。该机构为研制冬小麦免耕播种机提供了依据。     

Molecular weight-dependent electron transfer capacities of dissolved organic matter derived from sewage sludge compost

Purpose

Dissolved organic matter (DOM) has been shown to be an efficient electron transfer facilitator in biogeochemical reactions due to its ability to mediate redox reactions. It has been known that various fractions of DOM differed in their chemical and biogeochemical behaviors in environment. However, there has been relatively little work directed at predicting the dependence of redox properties of DOM on its fractions.

Materials and methods

DOM was extracted from sewage sludge compost. Freeze-dried DOM was grouped into three fractions of different molecular sizes (<3,500, 3,500–14,000, and >14,000 Da) using dialysis bags (Spectra/Por 3 and 4, Spectrum Industries, California, US). Cycle voltammetry was used to investigate the redox behavior of the fractions. Chronoamperometry was employed to study their electron accepting capacities and electron donating capacities by applying fixed positive or negative potential to the working electrode in a conventional three-electrode cell. Fourier-transform infrared and three-dimensional excitation/emission matrix fluorescence spectroscopies were used to determine the functional groups in the fractions. Shewanella putrefaciens 200 (SP200) and Klebsiella pneumoniae L17 (L17) were used for all microbial iron(III) reduction experiments.

Results and discussion

Electrochemical methods show that the electron transfer capacity (ETC) of DOM depends on its molecular weight, and ETC is in the order of high-molecular weight DOM (H-DOM) > moderate-molecular weight DOM > low-molecular weight DOM. The same trend is discovered in the DOM-stimulated iron(III) oxide bioreduction where DOM fractions act as electron shuttles transferring electrons from the Fe(III)-reducing bacteria to the iron oxide. Both spectroscopic and cyclic voltammogram assays show the highest abundance of redox moieties associated to H-DOM, which is possibly responsible for its strongest electron-shuttling ability.

Conclusions

DOM has a wide molecular weight (MW) distribution due to the complexity of its chemical composition and structure. In addition to structural variations, DOM fractions with different MW have different redox properties and electron-shuttling capacities in microbial Fe(III) reduction. The results are of great significance for further studies on DOM geochemical behavior in environment.     

模拟径流条件下工程堆积体陡坡土壤侵蚀过程

工程建设过程中形成的堆积体具有独特的土壤组成及复杂的下垫面条件,堆积体表面土壤结构体缺失、土质松散、植物根系及有机质缺乏等,导致其土壤抗冲性极差,径流条件下堆积体陡坡坡面的土壤侵蚀过程亦表现出不同的特点,该文通过野外放水试验,对高速公路沿线典型堆积体陡坡（36°）在模拟径流冲刷条件下的土壤侵蚀过程进行了研究,结果表明,次径流过程中径流强度变化与放水强度及径流含沙量密切相关,三者之间呈多元线性相关;重力侵蚀对径流含沙量的变化具有重要影响,试验条件下重力作用的临界放水条件在20～25 L/min之间;坡面产沙过程存在产沙量的突变、波动变化和稳定发展3个阶段;不同坡段产沙量的空间分布存在持续稳定减小和震荡式波动衰减2种变化形式;土壤剥蚀率与单宽流量呈线性关系,与时段产沙量及流宽呈幂函数关系;最后,时段产沙量与时段径流量呈幂函数关系,累积产沙量与累积径流量呈线性关系。     

基于氨基酸组成的黄酒酒龄电子舌鉴别

该研究采用电子舌结合化学计量学方法用于黄酒酒龄的快速鉴别。为确证黄酒样品酒龄,采用氨基酸分析仪分析了1年陈、3年陈和5年陈黄酒中20种氨基酸,并利用主成分分析（principal component analysis,PCA）对氨基酸数据进行了分析。采用电位型电子舌采集了不同酒龄黄酒样品的味觉指纹信息,并采用判别分析（discriminant analysis,DA）方法结合味觉指纹信息建立黄酒酒龄快速鉴别模型。采用偏最小二乘法（partial least squares regression,PLSR）建立电子舌响应信号与氨基酸含量之间的相关关系。氨基酸数据结合PCA分析表明所有样品均标注正确;电子舌结合DA所建黄酒酒龄鉴别模型可将3个年份预测集样品正确区分;异亮氨酸（Ile）、天门冬氨酸（Asp）、酪氨酸（Tyr）和缬氨酸（Val）与电子舌相关性高,模型的相对分析误差（Residual predictive deviation, RPD）高于2。研究表明电位型电子舌结合判别分析是黄酒龄鉴别的稳健方法。     

仿海豚皮肤结构的功能表面提高离心泵效率

为了提供一种可利用仿生功能表面提高泵类产品效率的方法,该文分别以鲨鱼皮肤及海豚皮肤表面结构为模仿原型,设计了2种仿生功能表面,模仿鲨鱼皮肤结构的功能表面为模型1,仿海豚皮肤结构的功能表面为模型2,并以吉林市奥吉通泵业有限公司生产的200QJ50-26离心式水泵为载体,进行了试验研究。研究结果表明,模型1可提高水泵效率2%~3%,模型2可提高水泵效率5%,且模型2在全流段范围内增效效果显著。利用氢气泡流动显示试验,从流场尾迹再附点及涡距2个方面说明了上述2种模型对流体介质的控制机制。试验结果表明,模型2相比模型1,其尾迹再附点距离降低5 mm,而尾迹涡距距离却增加3 mm。说明模型2的压差阻力得到降低,此外,模型2通过降低涡生成密度及速度的方式降低能量的耗散,其减阻效果更明显。该研究为仿生功能表面在以流体为工作介质的流体机械及在流体介质中运行的交通工具的全面应用提供了参考。     

添加尿素和无机盐土对秸秆厌氧消化的影响

向厌氧消化体系加入外源添加剂是一种有效且简单的用于提高产气效率的方法。为了解决秸秆厌氧消化原料转化率低、易酸化、厌氧消化时间长等问题,该文选取尿素和无机盐土作为秸秆厌氧消化的添加剂,研究比较不同添加量对玉米秸秆厌氧消化过程产气特性、发酵环境、微生物活性以及物能转化效率的影响。结果表明,对于出现酸化问题且甲烷菌活性较低的厌氧消化系统,添加尿素和无机盐土有利于缓解酸化并促进微生物生长繁殖,三磷酸腺苷（ATP）峰值时的微生物数量可增加2.76×1011-5.31×1011个/L。添加一定量的尿素和无机盐土可使产气高峰提前,添加10%的无机盐土处理组与纯秸秆处理相比,产气高峰可提前4d;但酸化也会削弱尿素和无机盐土对产甲烷过程的促进作用,添加量越大,削弱效果越显著。研究结果可为秸秆厌氧消化的工程应用提供参考。     

玉米秸秆厌氧产氢工艺参数优化

为解决玉米秸秆结构致密导致秸秆发酵难于直接降解的问题,首先分别采用0.2%、0.4%、0.6%、0.8%的HCl溶液对其进行预处理,以厌氧活性污泥为接种物进行中温(38℃)发酵产氢试验。结果表明,玉米秸秆的累积产氢量和产氢速率随着盐酸质量分数的增大先增加后降低,0.6%HCl处理效果最佳,单位累积产氢量和产氢速率分别为87.90 m L/g和3.05 m L/(g·h)。再以0.6%HCl溶液预处理的玉米秸秆为底物进行发酵产氢的单因素和正交试验,研究了秸秆粒径、底物浓度、初始p H值对玉米秸秆厌氧发酵产氢过程的影响。结果表明:玉米秸秆粒径越小越利于发酵产氢;适度增加底物浓度可增加产氢量;适宜的发酵初始p H值有利于产氢细菌的生长繁殖;得到较佳的工艺参数组合为秸秆粒径150μm、底物浓度15 g/L、初始p H值为7,此时累积产氢量为112.87 m L/g。     

太行山前平原典型灌溉农田深层土壤水分动态

该文针对70年代以来太行山前平原典型灌溉农田地下水位普遍下降的问题,通过分析中国科学院栾城农业生态系统试验站连续3 a的农田土壤水分观测资料,探讨了山前平原典型灌溉农田0~800 cm深土壤水势变化规律和0~1 540 cm深土壤水分含量变化规律。结果表明:土壤水分动态自上向下具有明显的分带性,0~800 cm土壤层水分动态可分为3层:0~200 cm为入渗-蒸发交替变动带(水分增长和消退的较快,土壤含水率变化范围为0.14~0.47 cm3/cm3,基质势变化范围为-628.21~0 cm,200~600 cm为非稳定入渗带(土壤含水率变化范围为0.04~0.41 cm3/cm3,基质势变化范围为-311.79~0 cm,土壤水势梯度有一定变化范围在0.1~5.61 cm/cm之间),600~800 cm为相对稳定入渗带(土壤含水率在0.03~0.35 cm3/cm3之间变化,基质势变化范围为-138.18~-45.57 cm,土壤水势梯度在单位势梯度左右浮动)。在土壤质地和土壤含水率(维持在田间持水量水平)的影响下,深层土壤层的湿润锋运动速率较快(0.13 m/d),表明地下含水层会迅速地响应地表水分输入(降水和灌溉)。结果可为太行山前平原典型灌溉农田地下水分及可持续利用提供科学依据。     

转变耕作方式对长期旋免耕农田土壤有机碳库的影响

土壤深松是解决长期旋免耕农田耕层浅薄化、亚表层（>15～30 cm）容重增加等问题的有效方法之一,而将长期旋免耕农田进行深松必然导致农业生态系统中土壤有机碳（soil organic carbon,SOC）及碳固定速率的变化。因此,为对比将长期旋免耕转变为深松前后农田土壤有机碳库变化,该研究利用连续12a 的旋耕和免耕长期定位试验以及在此基础上连续6 a旋耕-深松和免耕-深松定位试验,对比了转变耕作方式对农田土壤0～30 cm有机碳含量、周年累积速率及其固碳量的影响。研究结果表明,经过连续12 a的旋耕和免耕处理（2002－2014）,2014年免耕处理土壤0～30 cm有机碳储量比试验初期（2002年）提高38%,旋耕处理降低了30%,而对照常规处理无显著差异。免耕处理土壤0～30 cm有机碳储量比旋耕处理高约2.6倍（2014年）。长期免耕显著提高了土壤0～30 cm的有机碳含量,2002~2014年其土壤0～30 cm固碳量为16.69 t/hm2,但长期旋耕导致土壤0～30 cm SOC含量显著降低,表现为土壤有机碳的净损耗,年损耗速率为?0.75 t/hm2。而长期旋耕后进行深松（旋耕-深松处理）6年其土壤0～30 cm的有机碳含量较原旋耕处理提高32%～67%,且显著提高了土壤固碳量及周年累积速率;免耕-深松土壤0～30 cm的有机碳周年累积速率较免耕处理下降了42%。长期旋耕造成有机碳水平下降的条件下,将旋耕处理转变为深松处理在短期内更有利于促进土壤有机碳的积累,而将长期免耕处理转变为深松措施,降低了土壤有机碳的累积速率和固碳量。     

甜瓜贴接嫁接机切削装置工作参数优化与试验

为提高嫁接成活率并解决用工短缺的问题,全自动嫁接机的研发已成为当前热点。该文设计了甜瓜贴接嫁接机的关键部件嫁接苗切削装置,并采用试验方法对该装置的最佳工作参数进行了优化试验。论文在研制出切削装置样机的基础上,以典型的甜瓜嫁接苗为研究对象,选取切削角度、切削半径和切削高度作为试验因素,以砧穗嫁接贴合百分比为试验指标,进行嫁接苗切削装置作业性能的单因素和二次回归正交试验,确定了该装置的最优工作参数,并进行了试验验证。试验结果表明,嫁接苗切削装置的工作参数为切削角度-9°、切削半径39 mm、切削高度30 mm时切削装置切削效果最好,砧穗嫁接贴合百分比为98.2%,可以保证较高的嫁接成活率。切削装置可以成功地完成甜瓜嫁接苗的切削,满足设计要求。该研究为蔬菜全自动嫁接机的研制与开发提供了参考。