模拟条件下土壤硝化作用及硝化微生物对不同水分梯度的响应

以江苏滨海县一植稻土壤为研究对象,在微宇宙培养条件下设置了不同水分处理(最大持水量的30%、60%、90%和淹水2 cm深),研究了硝化作用及硝化微生物对水分变化的响应特征。结果表明:淹水处理显著降低了土壤的氧化还原电位(Eh),但所有处理土壤Eh变化范围为330~500 m V,土壤整体处于氧化态。在每7天向土壤加入10 mg kg-1NH+4-N的连续培养过程中,各个水分处理均观察到明显的NH+4-N降低和NO-3-N累积的现象,60%WHC处理下土壤硝态氮累积最显著和迅速,90%WHC处理次之,随培养时间延长,30%WHC和淹水处理也观察到明显的硝化作用。淹水处理中氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)的数量显著高于非淹水处理,且淹水处理中AOB在DGGE图谱上的条带更加清晰明亮,而氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)的群落组成和数量在不同水分处理间无明显变化。表明该土壤中AOB对水分条件变化响应灵敏,是该土壤的硝化作用、尤其是淹水条件下硝化作用发生的主要原因。     

高速电磁阀电磁力近似模型的构建与分析

为提高高速电磁阀动态响应速度,采用近似模型方法,以建立电磁阀多物理场零维近似耦合模型,实现其性能高效预测及优化。首先创建了柴油机电控单体泵高速电磁阀电磁力有限元计算模型,并通过与试验对比验证了模型的精度。结合面中心复合设计、嵌套中心复合设计、最优拉丁超立方设计与二次多项式响应面模型、Kriging模型、径向基函数模型,构建了18组电磁力近似模型。分析了不同样本点集大小、试验设计方法及近似方法对近似模型精度的影响。得出近似模型的精度随着样本点集的增大并非呈现单调递增的关系;而最优拉丁超立方试验设计与Kriging模型、径向基函数模型具有良好的适应性。构建高速电磁阀工作气隙、驱动电流、线圈匝数、副磁极半径、衔铁厚度、衔铁半径等关键参数的电磁力近似模型最佳方案是最优拉丁方试验设计与Kriging模型的组合,样本点集大小为二次多项式响应面模型所需最少样本点数的1.5倍,模型复相关系数、平均绝对误差、均方根误差值分别为0.97、0.06、0.09。该研究为高速电磁阀多物理场零维近似耦合模型的建立及其优化提供了参考。     

传感器节点自主供电的环境混合能量收集系统设计

农田复杂环境及大面积监测需求对农业物联网传感器节点的供电提出了极大挑战,而环境能量收集技术则使低功耗农业物联网传感器节点的自供电及免维护成为可能。针对传统能量收集装置中收集的环境能量单一有限、装置体积大、可靠性差的问题,该文提出了一种新型混合环境能量一体化收集系统。该系统定位于环境中普遍而丰富的射频电磁波能量和振动能量,通过射频收集天线和压电陶瓷的有效结合,同时收集2种环境能量,并经整流转换成直流电能。能量收集天线使用普通FR4印刷电路板实现,工作在手机通信频段1.9 GHz(3G频段),测试的回波损耗为-20.5 d B,对电磁波能量收集的最高输出功率可达到38 mW,测得收集到的振动能量最大输出功率可达到25 mW,满足低功耗传感器节点的功率需求。该装置不仅可以有效提高系统供电的可靠性和对环境的适应能力,还大大降低了传统混合系统的尺寸,可为农业物联网快速发展中的传感器节点可靠供电问题提供参考。     

1960-2008年吉林省降水量的时空演变特征

利用吉林省及其附近区域38个气象站点的年降水资料,通过离差系数、气候倾向率、REOF分析、Morlet小波分析、Mann-Kendall突变检验等方法分析了吉林省降水量的时空演变特征。结果表明,1960-2008年吉林省的年降水量为300~950mm,具有自东南部向东北部、中西部地区逐渐减少的空间变化特征;吉林省有90%以上区域的降水量呈下降趋势,而降水量增加的区域主要分布在汪清、罗子河、靖宇、桦甸等站点附近,约占全省总面积的10%;经REOF分析可以将吉林省降水量的空间结构分为4个具有较高相关性的区域,它们分别是东南部地区、西部地区、东北部地区及中部地区。通化、通榆、罗子河、蛟河4个典型站点的降水量均存在明显的周期性振荡规律,第1主周期依次是9a、23a、25a、19a;Mann-Kendall突变检验结果表明,通化、通榆站分别在1975年、1998年发生了一次减少突变,而罗子河、蛟河站没有发生突变。     

杏子的气体射流冲击干燥特性

为了提高杏子干制的品质、缩短干制时间,该文将气体射流冲击干燥技术应用于杏子干燥,研究了杏子在不同干燥温度（50、55、60和65℃）和风速（3、6、9和12 m/s）下的干燥曲线、水分有效扩散系数以及干燥活化能。试验结果表明：干燥温度和风速对杏子的干燥速率均有显著影响,但干燥温度对其的影响比风速更为突出;杏子的整个干燥过程属于降速干燥,通过费克第二定律求出了干燥过程中杏子的有效水分扩散系数,其值在8.346～13.846×10-10 m2/s的范围内随着干燥温度和风速的升高而增大;通过阿伦尼乌斯公式计算出了杏子干燥活化能为30.62 kJ/mol,表明利用气体射流冲击干燥技术从杏子中除去1 kg水需要消耗大约1 701 kJ的能量。该研究为气体射流冲击干燥技术应用于杏子的干燥提供了技术依据。     

地下滴灌灌水器水力要素试验研究

为了研究灌水器流量变化规律,该文以灌水器工作压力、土壤容重和土壤初始含水率为试验因素,用混合水平均匀设计安排试验方案。应用研制的地下滴灌灌水器流量测试系统,用称重法来获得不同试验方案灌水器流量。根据试验数据,建立了地下滴灌灌水器流量计算经验公式。分析表明:在工作压力不变时,灌水器流量在灌水初期略大,而后减小并趋于恒定,这个变化过程仅1～2 min左右,可认为灌水器流量是不变的;在同一压力下,地下滴灌灌水器流量比地表滴灌减小5%～20%,压力越大,二者值越接近;影响地下滴灌灌水器流量的主要因素是灌水器工作压力,而土壤容重和土壤初始含水率对灌水器流量影响较小。     

1822号“山竹”台风对广东省降雨侵蚀力的影响

[目的]探讨台风强降雨对降雨侵蚀力的影响,为土壤侵蚀的预测预防与治理提供一定的依据。[方法]利用2018年"山竹"台风登陆广东省带来的强降雨,以小时降雨侵蚀力模型为基础,计算"山竹"台风期间广东省降雨侵蚀力及时空分布。[结果]①广东省降雨侵蚀力与台风路径相关,在2018年9月15日粤东地区降雨侵蚀力最大,而16日与17日在粤西地区的降雨侵蚀最大;②山竹台风期间,广东省降雨侵蚀力呈现以阳春市为中心,向两侧降低,特别是在粤北和粤东地区的降雨侵蚀力最低;③降雨量大的站点,降雨侵蚀力也较大,但并不是一一对应的关系,雨强与降雨动能也是影响降雨侵蚀力的重要因素。[结论]台风带来的强降雨影响广东省15—17日降雨侵蚀力分布,台风移动路径决定降雨侵蚀力的大小。     

秸秆坯块成型工艺参数及保水性试验研究

为探究玉米秸秆、豆粕和聚丙烯酸钠混合制备农用保水剂的生产工艺,以最大压缩力、混料水分、压缩速度、豆粕质量分数和聚丙烯酸钠质量分数为试验因素,以成型坯块的松弛密度为评价指标进行二次回归旋转组合试验,优化工艺参数组合并试验验证,在松弛密度的最优范围内分析其对坯块保水性能的影响。试验结果表明:坯块的松弛密度为460～540 kg/m3的条件下,得出最大压缩力为16～20.59 kN,混料水分为8.84%～12.96%,压缩速度为95.56～155.51 mm/min,豆粕质量分数为16.08%～24.02%,聚丙烯酸钠质量分数为4.91%～7.15%的最佳成型工艺参数;坯块的保水效果随松弛密度的增大而逐渐增强,有砂土时释水量随时间变化符合对数模型,无砂土时则符合线性模型,拟合方程的回归系数均大于0.9,成型坯块保水性的分析可靠,可为复合型农用保水剂的应用提供参考。     

马铃薯薄片干燥过程形态变化三维成像

为研究马铃薯薄片在干燥过程中形态变化规律,该文利用Kinect传感器搭建了图像采集平台,研究其在不同干燥温度下(50、60、70、80℃)的形态变化规律。通过图像采集平台获取马铃薯薄片深度图像和彩色图像,利用彩色图像确定感兴趣区域,对对应区域的深度图像进行灰度值拉伸、阈值分割、边缘去噪处理,进而提取特征,计算出正投影面积的收缩率、深度均值及标准差,以表征马铃薯干燥过程中表面卷曲及平整度等形态指标的变化规律。对不同干燥时间点马铃薯片进行三维图形显示可观察其变化规律明显。统计结果表明:低温(50、60℃)与高温(70、80℃)对马铃薯薄片干燥时的收缩率、卷曲程度具有显著影响(P0.05)。50℃时收缩率为54.97%,80℃时收缩率升高为64.55%;干燥温度与马铃薯片卷曲程度呈先升后降的关系,60℃时卷曲度最大,其深度均值为27.81 mm,80℃时降低到18.86 mm。而四组温度下,马铃薯薄片的平整度具有显著性差异(P0.05),50℃时马铃薯片深度值的标准差为7.99 mm,80℃时降低至5.71mm,说明平整度随着干燥温度升高而增加。该研究可为马铃薯薄片干燥过程中形态变化的检测提供参考,同时为干燥工艺的智能化控制提供技术依据。     

竖壁贴附送风改善冷藏库内流场特性

果蔬贮藏期间,冷藏库内的气流分布是影响果蔬贮藏品质和送风能量利用率的关键因素,合理的气流组织对冷藏库内流场分布是至关重要的。该研究以某苹果冷藏库为研究对象,采用竖壁贴附送风方式,并对其流场建立了三维稳态的SST湍流模型来研究库内流场的分布特性以及货物的冷却效果,同时与传统的冷风机直吹送风的流场特性进行了对比。结果表明：在相同送风量下,相比冷风机直吹送风方式,竖壁贴附送风使得库内温度不均匀系数和速度不均匀系数分别降低了31%和47%。而且竖壁贴附送风使库内空气与货物的换热更加充分,进而使得送风的能量利用率提高了19%。因此,竖壁贴附送风方式应用于冷藏库是一种有效且节能的气流组织方式。