基于Downhill-Simplex算法的观测数据与作物生长模型同化方法研究

以夏玉米叶面积指数（LAI）、贮存器官干重（WSO）、地上总干重（TAGP）以及土壤水分含量（SM）为结合点,建立了基于Downhill—Simplex算法的作物生长模型WOFOST同化多种地面观测数据的一般方法或流程：开展观测数据与作物生长模型同化方法的正确性验证→利用Downhill—Simplex算法进行WOFOST模型的敏感性分析一选择敏感参数组合→通过优化效果确定待优化参数→利用新的观测数据对待优化参数进行优化,从而实现了观测数据与作物生长模型的同化,提升了模型的模拟能力。同化过程中遴选出的WOFOST模型的待优化参数主要包括比叶面积、最大CO2同化速率、初始地上部总干物重、根深最大日增量和初始土壤有效水等。     

蚯蚓与黑麦草相互作用对土壤中荧蒽去除的影响

Earthworms can promote the bioremediation of contaminated soils through enhancing plant growth and microorganism development. The individual and combined effects of earthworms and ryegrass (Lolium multiflorum Lam.) on the removal of fluoranthene from a sandy-loam alluvial soil were investigated in a 70-d microcosm experiment. The experiment was set up in a complete factorial design with treatments in four replicates: without earthworms or ryegrass (control, CK), with earthworms only (E), with ryegrass only (P), and with both earthworms and ryegrass (EP). The residual fluoranthene, microbial biomass C, and polyphenol oxidase activity in the soil changed significantly (P<0.01) with time. In general, the residual concentration of fluoranthene in the soil decreased sharply from 71.8-88.7 to 31.7-37.4 mg kg 1 in 14 d, and then decreased gradually to 19.7-30.5 mg kg 1 on the 70th d. The fluoranthene concentration left in the soil was the least with both earthworms and ryegrass, compared to the other treatments at the end of the experiment. Half-life times of fluoranthene in the E, P, and EP treatments were 17.8%-36.3% smaller than that of CK. More fluoranthene was absorbed by earthworms than ryegrass. However, the total amounts of fluoranthene accumulated in both the ryegrass and earthworms were small, only accounting for 0.01%-1.20% of the lost fluoranthene. Therefore, we assumed that microbial degradation would play a dominant functional role in fluoranthene removal from soil. We found that earthworms significantly increased microbial biomass C and polyphenol oxidase activity (P<0.01) in the presence of ryegrass at the end of the experiment. Furthermore, microbial biomass C and polyphenol oxidase activity were significantly (P<0.05) and negatively related to the residual fluoranthene concentration. This implied that earthworms might promote the removal of fluoranthene from soil via stimulating microbial biomass C and polyphenol oxidase activity.     

加工番茄连作对土壤理化性状及微生物量的影响

通过在石河子大学农学院试验站开展加工番茄连作定点微区试验,研究了不同连作处理(种植1 a、连作3 a、5 a和7 a)对新疆加工番茄土壤理化性状、微生物生物量和酶活性的影响。结果表明,随着连作年限的延长,土壤p H升高,全磷、速效磷及全钾含量呈先升后降的趋势,土壤容重无明显变化。连作7 a时土壤有机质、全氮及速效钾含量较对照分别下降了8%、21%和29%(p0.05)。土壤微生物量碳(SMBC)、微生物量氮(SMBN)和微生物商(q MB)呈显著下降趋势,与对照相比分别降低了52.3%、78.8%和48.2%(p0.01);微生物量磷(SMBP)呈先升后降趋势,连作3a时,SMBP含量达到最大值,是对照的1.65倍(p0.01)。土壤过氧化氢酶活性呈显著升高趋势,而脲酶、蔗糖酶、多酚氧化酶及磷酸酶活性的变化则相反。连作导致加工番茄产量显著下降,连作7 a时产量下降达34%(p0.01)。相关分析表明,p H、微生物量、q MB、酶活性及养分之间相关性极为密切,说明土壤微生物量和酶活性相结合,可以反映土壤质量的变化。加工番茄连作导致土壤p H和电导率升高,显著抑制了土壤微生物活性,降低了土壤肥力,最终造成产量下降,连作障碍明显。     

黑土坡耕地土壤侵蚀对土壤性状的影响

黑土作为东北地区主要的耕作土壤,其结构性状对土地生产力影响极大。土壤侵蚀使肥沃的黑土层减薄,土壤理化性状不同程度地受到破坏和影响。根据黑土侵蚀现状,对不同侵蚀程度黑土坡耕地的养分状况、土壤田间持水量和渗透速度、抗蚀抗冲性能指标的测定分析发现,黑土侵蚀程度由轻度到重度,土壤有机质等养分含量越来越低;土壤蓄渗水能力逐渐减小;土壤抗蚀抗冲性能亦逐渐降低。黑土坡耕地土壤侵蚀程度的加剧,使得土壤有机质含量减少,保肥供肥能力降低,土壤黏度加重,结构变劣,保水能力减弱,影响农作物的生长发育,势必对我国东北黑土区商品粮基地的重要地位构成严重威胁。     

不同钾肥对再生水灌溉条件下土壤-作物系统Cd的影响

为了探明再生水灌溉条件下不同施钾肥处理对土壤-作物系统Cd的影响及差异性,通过田间微区试验研究了不同施钾肥处理对再生水灌溉番茄植株、果实以及根际土与非根际土Cd含量的影响。结果表明:再生水灌溉条件下,施钾肥处理可提高番茄果实产量,施加KCl较K2SO4增产效果明显,分别较不施肥处理可增产6.10%～24.00%和1.36%～13.16%;不施钾肥较不施肥处理番茄果实Cd含量降低,但降低幅度小于施加钾肥处理,施加KCl较K2SO4处理番茄果实Cd含量较低,Cd含量分别较不施钾肥处理分别减少58.33%和8.33%,且各处理均未超0.05mg/kg的限值标准;不施钾肥处理较不施肥处理土壤pH、Cd含量有所降低,降低幅度小于施钾肥处理,有效态Cd有所增加,施加KCl和K2SO4较不施肥处理有效态Cd降低,施加KCl和K2SO4较不施钾肥处理根际土和非根际土pH、Cd含量和有效态Cd含量均有所降低,其中施加KCl根际土和非根际土Cd含量分别降低2.96%～3.11%和5.75%～14.22%,施加K2SO4分别降低4.14%～5.90%和8.10%～8.29%;施加KCl根际土和非根际土有效态Cd含量分别降低10.75%～16.19%和13.98%～28.74%,施加K2SO4分别降低15.97%～20.55%和19.91%～24.70%。因此,再生水灌溉条件下,可通过选择施加适宜的钾肥种类,调控重金属Cd在土壤-作物系统的分布及其生物有效性,施加K2SO4较KCl相比,可一定程度降低土壤Cd全量及有效态Cd含量。     

稻谷热风辅助射频干燥工艺及相关品质研究

新型热风辅助射频(HA-RF)技术已被证实在稻谷杀虫方面具有良好的效果,为探究其同步杀虫干燥的应用潜力,本研究重在探究HA-RF在稻谷干燥方面的效能,开发稻谷HA-RF干燥工艺并研究相关的品质变化.结果表明:极板间距为10.0 cm(射频加热速率6.10℃/min),干燥温度为60℃,样品厚度为3.0 cm时,稻谷HA-RF干燥效能最佳;HA-RF与热风(HA)干燥相比可缩短干燥时间34.6％,单位能耗也更低.此外,HA-RF与HA干燥相比对稻谷精米率、整精米率和爆腰率的影响无显著差异,但HA-RF干燥可以更好地保留维生素E,且对样品颜色和微观结构的影响也较小.该研究表明HA-RF是一种比HA干燥更加高效节能的技术,且干燥后稻谷品质更好,在稻谷同步干燥杀虫上具有一定应用潜力.     

LAMP检测无乳链球菌方法的建立及应用

以无乳链球菌纤连蛋白fbs基因为主要研究对象,采取环介导等温扩增技术(Loop-Mediated Isothermal Amplification,LAMP),针对fbs基因的6个区域设计4条特异性引物,利用一种链置换DNA聚合酶(Bst DNA polymerase)在63℃保温1 h,通过荧光显色即可完成对无乳链球菌的检测工作.结果显示,LAMP方法能够特异性检测fbs基因,其检测灵敏度是常规PCR方法的100倍,并与实时荧光定量PCR方法相当.所建立的针对无乳链球菌fbs基因的LAMP检测方法具有高度的特异性及稳定性,结果可靠,非常适合无乳链球菌的快速检测.     

转Bt基因棉杀虫蛋白含量时空分布及对棉铃虫产生抗性的影响

采用ＥＬＩＳＡ法（酶链免疫法）、室内初孵棉铃虫生测法和田间棉铃虫为害调查方法，研究和分析了中国构建的 Ｂｔ（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ）基因抗虫棉品系ＧＫ３和美国构建的Ｂｔ基因棉品系新棉３３Ｂ的不同生育期以及花铃期不同器官的杀虫蛋白含量、校正死亡率和田间受害率变化趋势以及它们之间的关系。结果表明，转Ｂｔ基因棉Ｂｔ杀虫蛋白含量在棉花生育过程中呈时空动态变化，在时间分布上，各生育期顶尖平展叶表现为：初花期＞蕾期、花铃期＞苗期＞吐絮期；在花铃期，各器官表现为：功能叶、茎尖＞小蕾、幼铃＞花蕊、花瓣、苞叶、老叶。室内生测幼虫校正死亡率与棉株Ｂｔ杀虫蛋白含量高度一致；田间表现与Ｂｔ杀虫蛋白含量有一定的差异，除主要受Ｂｔ杀虫蛋白影响外，棉铃虫取食选择性，以及残存高龄幼虫为害和棉株各部位营养结构等也影响其抗虫性，造成后期棉铃虫主要为害花、蕾和幼铃，两材料抗虫性表现较为一致。     

四轮独立驱动高地隙无人喷雾机轨迹跟踪自适应控制

针对高地隙喷雾机在自主导航作业中因侧滑影响而导致轨迹跟踪精度降低的问题,提出一种基于四轮独立驱动(4WID)高地隙无人喷雾机的自适应控制方法。首先,建立4WID高地隙喷雾机的运动学模型;然后基于运动学几何约束和速度约束,引入两个表征侧滑效应的参数构建改进位姿误差模型;最后将参数自适应与反步控制方法结合,设计自适应控制律实时估计并补偿侧滑效应。以典型的U形作业路径为例,在考虑和不考虑侧滑的情况下分别进行了仿真和试验验证。仿真结果表明：本文提出的控制算法在喷雾机出现侧滑的情况下可以保证较高的轨迹跟踪精度;水田试验表明,当喷雾机在常规作业速度3.6km/h时,与不考虑侧滑的轨迹跟踪控制算法相比,喷雾机轨迹跟踪的横向平均绝对误差减小至0.041m,标准差减小至0.059m;纵向平均绝对误差减小至0.018m,标准差减小至0.015m;航向平均绝对误差减小至2.56°,标准差减小至3.57°。     

农田平地机导航侧滑估计与自适应控制方法

针对农田平地机在无人驾驶作业时因受地面侧滑影响而导致路径追踪控制精度降低的问题,提出一种基于牵引式农田平地机的导航侧滑估计与自适应控制方法。根据路径追踪时平地铲与拖拉机的位置关系,建立了牵引式农田平地机的运动学模型;基于运动学模型,提出了一种侧滑估计器,用来预测导航控制中车轮因侧滑产生的侧滑角,并计算出拖拉机的前轮转角控制率;采用改进的非线性函数构造方法对PID控制器的参数KP、KI、KD进行实时整定,实现了农田平地机自适应导航控制。田间试验表明,该方法使平地铲路径追踪的平均绝对偏差减小了6.78 cm,标准偏差减小了10.1 cm。与无侧滑估计和参数自适应的导航控制相比,本文方法提高了农田平地机的路径追踪精度,增强了导航控制系统对平地机的适应性和鲁棒性。