应用纹理分析方法在线监测苹果冻干含水率

在果蔬真空冷冻干燥过程中对果蔬物料含水率进行实时监测,可为冻干过程监控和优化提供依据。该文研究以冻干果蔬物料含水分图像纹理分析为技术手段,实现连续表达干燥过程中物料的含水率。试材选用苹果,采用环形光源和高速CCD组件,在冻干仓窗外分别采集原始苹果样本MA和经CuSO4溶液染色的苹果样本MB在一个完整冻干周期中表面含水纹理变化的动态图像,运用主成分分析法对图像均值等6个含水纹理特征指标进行统计分析,并对原始样本纹理特征的第一主分量与其含水率W1、染色样本含水纹理特征的第一主分量与其含水率W2、W1和W2分别进行非线性回归分析。结果表明,模型的决定系数达到0.9376、0.9289和0.9930,且显著性检验概率均<0.0001,模型检验极显著。同时,模型相对误差基本<3%。因此,由果蔬物料含水图像的纹理特征可实现含水率的在线监测。该方法不但为真空冷冻干燥加工过程控制探索一种利用水分图像处理方法进行水分在线监测的新方法,而且也可在其他干燥加工水分监测及过程控制中应用。     

耕作方式对华北冬小麦.夏玉米周年产量和水分利用的影响

在冬小麦季设置秸秆不还田翻耕(CT)、秸秆还田翻耕(CTS)、秸秆还田旋耕(RTS)和免耕秸秆覆盖(NTS)4种处理,研究耕作方式对华北小麦-玉米两熟区作物周年产量和水分利用的影响。结果表明:耕作方式对当季冬小麦产量和水分利用影响显著,对夏玉米产量和水分利用影响不大,但秸秆还田提高了夏玉米产量。RTS、CTS、CT 3个处理小麦季产量差异不显著,而NTS由于有效穗数不足,产量显著低于其他处理;与CT相比,NTS周年产量平均减产5.13%,RTS增产2.69%,CTS增产2.33%。耕作方式对当季小麦土壤水分含量影响大,而对后茬夏玉米土壤水分含量的影响较小。NTS提高了小麦季土壤水分含量,增加了土壤储水量,与CT相比,0~60 cm土壤储水量2010年和2011年分别增加39.07 mm和26.65 mm。从耗水构成来看,土壤水在冬小麦耗水中所占比例最大,其次为灌水和降水;而夏玉米耗水以降水为主,且降水中有一部分转化为土壤水储存起来。NTS提高了冬小麦季土壤储水量,降低了土壤水分的消耗,冬小麦季耗水最少。与CT相比,NTS小麦季平均节水22.40 mm,周年耗水量也以NTS最少;但NTS冬小麦产量降低导致其小麦季和周年水分利用效率均最低。从作物周年产量和水分利用的角度来看,如何提高免耕秸秆覆盖小麦季产量,进而提高周年产量,发挥其节水优势,是该耕作模式在华北地区冬小麦?夏玉米两熟区推广应用亟需解决的关键问题。     

大面积果园高架长叶片防霜机的效果试验

为了验证防霜机能否对果园上方空气进行物理扰动、消除近地层逆温,基于自主研究设计的国内首台高架长叶片防霜机,利用2013年10月19-21日强降温过程中的对比试验观测数据及分析,对该防霜机防霜冻效果进行了评估。结果表明:在逆温条件下,一套功率为120 kW,高度为8.5 m,风叶直径为6 m的高架防霜机扰动混合环境内上下层空气使得保护区内逆温现象消失,近地层1~3 m增温明显,防霜机保护区内相对湿度减小较快,有效防止霜冻形成;20 m左右是防霜机的强风速扰动影响区,距离地面3、2、1 m处风速分别为4.0、2.1、1.6 m/s。防霜机有效保护范围为水平20~100 m,在其范围内空间1~3 m的风速随水平距离的增大呈波动减少趋势;每台防霜机的有效保护面积为1.73~3.07 hm2。该文研究为科学高效的人工防御霜冻灾害和防霜机的技术推广提供参考。     

东北黑土区TDR测定农田土壤含水量的室内标定

土壤水分标定是利用TDR监测农田土壤水分过程中的必要环节.以东北黑土区农田土壤剖面深度上的4种典型介质（黑土层、母质层、过渡层、砂砾层）为试验对象,利用“由湿到干”的土柱试验方法,用烘干法对TDR进行室内标定研究.结果表明：1）TDR内置土壤标定曲线测定的含水量明显低于烘干法测量的含水量.在TDR法土壤含水量标定时,指数关系比线性关系具有更高的标定精度.2）单一介质的TDR法土壤含水量标定曲线对自身介质的标定精度高（最大绝对误差3.2％）.3）混合介质的TDR法土壤含水量标定曲线的标定精度较高（最大绝对误差6.6％）,可用于不同介质TDR法土壤含水量标定.本研究结果可用于研究区及类似区域修订TDR法含水量测定结果.     

实际作业工况下农用拖拉机的排放特性

为了分析实际工况下农业机械的排放特征,该研究利用车载排放测试系统对12辆农用拖拉机进行怠速、行走和耕作3种操作模式下的田间排放测试。结果发现:在旋耕模式下,CO、HC、NOx和PM单位时间的排放因子要高于怠速和行走模式,同时较高的油耗使得CO、HC、NOx基于油耗的排放因子小于怠速和行走模式;测试拖拉机的污染物排放因子随着排放标准的加严呈减小趋势。与中国第1阶段排放标准的测试拖拉机相比,中国第2阶段排放标准的拖拉机4种污染物的单位时间的排放因子分别降低了31.49%、5.96%、6.17%和5.91%。该研究中拖拉机HC、NOx和PM的排放因子要高于NONROAD模型中美国同类机型的结果。通过对大中型农用拖拉机保有量及年使用小时数调查,估算得到2011年中国大中型拖拉机的CO、HC、NOx和PM排放总量分别为32.3、10.6、81.0和9.1万t。与同年的机动车排放量相比,其排放总量不容忽视。     

分选加工中稻米垩白自动检测算法

林地利用变化会对森林固碳总量产生一定的影响,林地利用过程碳汇效率可以从投入产出解释不同林地利用类型的固碳效应,以帮助实现林地利用结构最优时碳汇产出水平的最大化。该文基于区域的视角,通过选用数据包络分析方法（data envelopment analysis,DEA）的C2R-I模型,将不同类型的林地利用数量作为投入,将森林固碳总量作为最终产出,结合全面的历史统计资料查证与实地校验,对杭州市域林地利用过程碳汇效率进行了测度与实证研究。研究结果表明：杭州市域林地利用过程碳汇效率发展不平衡,各县市区之间差距较大,并且碳汇效率的空间分布与各县市区经济发展水平之间存在一定的反向关联性。而根据"土地利用、土地利用变化及林业（land use, land-use change and forestry,LULUCF）"指南和"复杂系统数据包络分析（complex system data envelopment analysis,CSDEA）"转化法则,提高不同林地利用类型的单位面积蓄积量,充分考虑本地区的城市化水平与森林自然度状况,将是影响区域林地利用过程碳汇效率优化的3个重要因素。文章最后给出了包含这3个影响因素的投入产出优化计量模型。模型计算结果表明,杭州市域"造林再造林"投入优化可增加蓄积量3 279.68 m3/a,"森林管理"投入优化可增加蓄积量2 9871.23 m3/a,"森林采伐"投入优化可增加蓄积量111 959.19 m3/a,"森林固碳"产出优化可增加固碳总量7.61 Tg/a。文章结论不仅对区域林地利用过程的碳汇效率研究具有理论贡献,而且可以从碳循环调控的角度为区域低碳经济发展的模式选择与发展战略提供参考。     

Biochar improves sediment microbial fuel cell performance in low conductivity freshwater sediment

Purpose

The low conductivity of sediments for mass and electron transport is the most severe limiting factor in sediment microbial fuel cells (SMFCs), so that sediment ameliorations yielded more remarkable effects than electrode improvements. The objective of this research was to enhance the electricity generation of SMFCs with amendments of biochar to freshwater sediments for conductivity enhancement.

Materials and methods

Laboratory-scale SMFCs were constructed and biochars were produced from coconut shells at different temperatures. Variations in the power output, electrode potential, internal resistance, total organic carbon (TOC) content, and microbial communities were measured.

Results and discussion

Amending with biochar reduced the charge transfer resistances of SMFCs and enriched the Firmicutes (mainly Fusibacter sp.) in the sediment, which improved the SMFC power generation by two- to tenfold and enhanced the TOC removal rate by 1.7- to fourfold relative to those without the amendment.

Conclusions

The results suggested that biochar amendment is a promising strategy to enhance SMFC power production, and the electrical conductivity of biochar should be considered important when interpreting the impact biochar has on the electrical performance of soil or freshwater sediment MFCs.

     

日光温室土墙传热特性及轻简化路径的理论分析

为减小日光温室土墙厚度,该研究在分析土墙温度变化的基础上提出了土墙轻简化路径并进行了理论分析。根据测试分析,土墙可划分为用于储蓄热量的蓄热层和防止热量从蓄热层向室外方向流失的保温层。土墙86.9%的部分为保温层。模拟结果表明使用由47 cm厚夯土和7 cm厚聚苯板(热阻等于3.13 m厚夯土保温层)构成的复合墙在夜间的放热量与3.6 m厚土墙相近。使用保温材料替代夯土保温层来减薄土墙在理论上可行。另外,根据模拟,当土壤20 cm深处温度提高至23℃后,土壤供热量可超过测试条件下土壤和土墙放热量总和。为此,土墙在理论上可通过以下2条途径实现轻简化:1)使用保温材料建造墙体保温层;2)使用土壤蓄热替代墙体蓄热。     

发酵床垫料翻耙结合网床养殖改善鸭舍空气质量与鸭生产性能

为解决规模化肉鸭生产中粪污影响鸭健康和污染环境的问题,研发了一种发酵床结合网床架养新技术及其配套的可移动式网床下发酵床垫料翻耙系统,并研究了该模式在控制舍内气载微生物数量和提高鸭生产性能中的优势。结果显示:1)可移动式发酵床垫料翻耙系统实现不同发酵床体共用一台翻耙机。2)与发酵床平养相比,鸭26日龄之前未翻耙垫料时,发酵床网养舍内需氧菌总数(1.531×105 CFU/m3)和大肠杆菌数量(1.298×104 CFU/m3)显著升高(P0.05);鸭27~34日龄时每4 d翻耙垫料,发酵床网养舍内需氧菌总数(2.304×105 CFU/m3)和金黄色葡萄球菌数量(1.353×105 CFU/m3)显著降低(P0.05);鸭35~39日龄时每天翻耙垫料,发酵床网养舍内需氧菌总数(1.255×105 CFU/m3)和"沙门+志贺"氏菌数量(14.13 CFU/m3)显著降低(P0.05)。3)在发酵床平养舍内,与每4 d翻耙1次垫料相比,每天翻耙1次垫料舍内需氧菌总数(2.688×105 CFU/m3)、大肠杆菌(2.038×104 CFU/m3)、金黄色葡萄球菌(8.90×104 CFU/m3)和"沙门+志贺"氏菌(47.11 CFU/m3)数量显著(P0.05)降低,而在发酵床网养舍内,每天翻耙1次垫料舍内需氧菌总数(1.255×105 CFU/m3)和"沙门+志贺"氏菌(14.13 CFU/m3)数量显著降低(P0.05)。4)与发酵床平养相比,发酵床网养增加鸭体质量(P0.05),降低死亡率和上市淘汰率(P0.05)。结果表明研发的肉鸭养殖新模式能更好地减少舍内空气中病原菌浓度,改善鸭舍内空气环境,提高鸭生产性能。该研究为发酵床结合网床架养新模式在规模企业中推广应用提供技术支持。     

稻麦联合收获开沟埋草多功能一体机行走及脱粒性能改进

针对自行研制的稻麦联合收获开沟埋草多功能一体机所存在的行走直线稳定性差、脱粒质量较低等问题。依据横向轴流式滚筒对稻麦秸秆的传递导流作用和二次复脱的原则,通过增设辅助滚筒的方法既改变出草口位置使开沟总成中移,消除整机偏向力,又延长秸秆在滚筒内的作用时间,提高谷物脱粒质量。其中:辅助滚筒总长为855 mm,导流角为18°,滚筒直径为452 mm,转速为1 350 r/min。性能测试表明:改进后自研一体机在0.27、0.58、0.85 m/s 3种不同工况下行走偏移度分别降低了93.9%、94.4%、93.3%,行走直线稳定性显著提高;小麦和水稻总损失率分别降低20.9%和11.8%,含杂率分别降低45.7%和21.4%。尽管水稻破碎率增加了7.4%,但脱粒的综合质量有较大提高。该研究增进了多功能一体机的适用性,为稻麦秸秆机械化集沟还田提供了参考。