基于离散元法的免耕深施肥分段式玉米播种开沟器研制

针对东北垄作深施肥免耕播种机上开沟器播种深度均匀性差、工作阻力大、土壤扰动大的问题,该研究利用离散元软件(EDEM 2.7)仿真分析不同类型破茬刀-施肥铲装置对土壤的作用机理,设计了一种分段式玉米播种开沟器。首先建立土壤-玉米根系-玉米秸秆离散元仿真模型,然后进行不同类型破茬刀-施肥铲装置离散元仿真试验,以回落土壤最大合外力的位置和方向为依据设计开沟器入土部分曲线,同时结合滑切原理设计开沟器未入土部分斜刃,最后根据土壤回落距离确定施肥铲和开沟器间距为374 mm。田间对比试验结果表明,分段式开沟器比尖角式开沟器、滑刀式开沟器、双圆盘式开沟器的播深变异系数分别降低了14.24%、27.31%、33.63%;工作阻力分别降低了27.56%、16.93%、1.23%;土壤扰动面积分别降低了11.67%、28.34%、49.34%。分段式开沟器播种深度均匀性高、工作阻力小、土壤扰动小,具有较优的作业效果。     

基于机器学习的棉花叶面积指数监测

为实现基于机器学习和无人机高光谱影像进行棉花全生育期叶面积指数(Leaf Area Index, LAI)监测,该研究基于大田种植滴灌棉花,在不同品种及不同施氮处理的小区试验基础上,对无人机获取的高光谱数据分别采用一阶导(First Derivative, FDR)、二阶导(Second Derivative, SDR)、SG(Savitzky-Golay)平滑和多元散射校正(Multiplicative Scatter Correction, MSC)进行预处理,并结合Pearson相关系数法、连续投影(Successive Projections Algorithm, SPA)、随机蛙跳(Shuffled Frog Leaping Algorithm, SFLA)和竞争性自适应重加权(Competitive Adaptive Reweighting, CARS)筛选敏感波段,将筛选出的波段,使用偏最小二乘回归(Partial Least Squares Regression, PLSR)、支持向量回归(Support Vector Regression, SVR)和随机森林回归(Random Forest Regression, RFR)3种机器学习算法构建棉花LAI监测模型。结果表明:棉花冠层LAI敏感响应波段集中在可见光(400～780 nm)和近红外(900 nm之后)波段;对比3种机器学习算法,各预处理下RFR建立的LAI监测模型精度最高,稳定性最好,其中以FDR-SFLA-RFR模型最佳,在建模集的决定系数为0.74,均方根误差为1.648 3,相对均方根误差为26.39%;验证集的决定系数、均方根误差分别为0.67和1.622 0,相对均方根误差为25.97%。该研究基于无人机获取的棉花冠层光谱反射率,从不同光谱预处理、波段筛选及建模方法建立的模型中筛选出最佳估算模型用于棉花全生育期LAI监测,研究结果可为棉花大田精准管理及变量施肥提供依据。     

不同金属盐强化乙醇/水预处理对蔗渣酶解效率的影响

预处理过程可以破坏木质纤维素生物质的致密结构、降低生物抗性,是木质纤维素生物质经酶解制备糖基平台化学的重要步骤。该研究以蔗渣为原料,在预处理温度为160 ℃、预处理时间为10 min时,选取0.025 mol/L 的不同金属盐FeCl₃、CrCl₃、AlCl₃、CuCl₂、FeCl₂、ZnCl₂、MnCl₂、MgCl₂、CaCl₂、NaCl、LiCl、Na₂CO₃对蔗渣进行乙醇/水预处理,并对预处理后样品进行酶解,探究不同金属盐强化乙醇/水预处理对蔗渣酶解效率的影响和规律,并进一步通过扫描电镜（scanning electron microscopy, SEM）、X射线衍射（X-ray diffraction, XRD）、傅里叶变换红外光谱（fourier transform infrared spectroscopy, FT-IR）和热重（thermogravimetric, TG）对蔗渣原料和预处理后的固体进行表征,探究金属盐强化乙醇/水预处理后蔗渣表面形貌与结构变化对酶解效率的影响,分析作用机理。结果表明:与原料甘蔗渣相比,不同金属盐强化乙醇/水预处理后样品中葡聚糖的质量分数从45.5%增加到77.2%,预处理后样品酶解48h后的葡萄糖得率也由51.14%增加到最高93.08%。其中,三价金属盐（FeCl₃、CrCl₃和AlCl₃）对蔗渣酶解效率的提升最为显著,这可归因于三价金属盐强化乙醇/水预处理可以更加有效的去除蔗渣中的半纤维素和木质素,增加酶对纤维素的可及性。后续表征分析也表明经过三价金属盐（FeCl₃、CrCl₃和AlCl₃）强化乙醇/水预处理后的样品比经过二价金属盐（CuCl₂、FeCl₂、ZnCl₂、MnCl₂、MgCl₂和CaCl₂）和一价金属盐（NaCl、LiCl和Na₂CO₃）强化乙醇/水预处理表面结构破坏更为彻底,结晶度相对增加最大,木素和半纤维素去除率最多,热稳定性也相对最高。该研究结果将为后续木质纤维素生物质的高效转化与利用提供参考。     

双充种室大蒜单粒取种装置设计与试验

针对当前大蒜机械化播种单粒合格率低、漏充率高的问题,该研究设计了一种双充种室大蒜单粒取种装置。通过分析与计算,确定了取种装置关键部件参数,阐述了双充种室结构可降低蒜种漏充的作业机理。采用EDEM软件进行了单因素仿真试验,分析了一级取种勺速度、种层厚度对充种性能及种群规律的影响,得到第二充种室内充入蒜种与被清掉蒜种的速度变化关系,证明了装置设计合理性。运用Box-Behnken中心组合试验方法,以一级取种勺速度、取种速比、种层厚度作为试验因素,以单粒合格率和漏充率作为评价指标,开展了三因素三水平正交试验。利用Design-Export8.0.6数据分析软件,建立各试验因素与评价指标的数学回归模型,并对试验因素进行了参数优化。圆整后一级取种勺速度为0.12 m/s、取种速比为0.75的条件下,种层厚度范围为360～390 mm开展室内验证试验,单粒合格率、漏充率、重播率均值分别为95.38%、1.18%、3.44%,变异系数分别为0.32%、6.11%和4.15%,验证试验结果与模型预测值相对误差小于5%。品种适应性试验试验结果表明取种装置对3类供试大蒜Ⅱ级蒜种适应性较优,蒜种机械损伤率为0.52%,符合标准要求。田间试验结果与优化结果一致,作业效果优于现有爪式循环、勺链式、轮勺式大蒜单粒取种装置,该研究可为解决大蒜播种机取种漏充问题提供指导参考。     

基于竖管降膜的多效太阳能苦咸水蒸馏器设计及性能分析

工业化太阳能苦咸水淡化系统对基础设施要求高,无法满足当前缺水地区小型分布式淡水制备的需求。针对上述问题,该研究提出一种新型基于竖管降膜的多效太阳能苦咸水蒸馏器,其具有液膜蒸发、多效运行、传热热阻小、热能利用效率高等特点。基于封闭小空间内蒸发冷凝机理,分析装置内水蒸气传热传质过程,基于此,分别测试定输入功率运行工况下,一效、二效、三效和四效蒸馏器的产水速率、蒸发温度和冷凝温度的变化规律,研究不同效数对装置单位能耗产水率l和性能系数(Gain Output Ratio,GOR)等的影响,分析多效太阳能苦咸水蒸馏器的投资回收周期等经济评估参数。结果表明,装置单位能耗产水率、产水速率和性能系数均随运行效数的增加而增大,当输入电功率为200W时,四效苦咸水蒸馏器达到稳态运行时单位能耗产水率和产水速率分别为1.45 g/kJ、1.039 kg/h,分别比三效蒸馏器增加36.80%、35.88%,四效苦咸水蒸馏器运行温度为83.76℃,蒸发冷凝总温差为19.07℃,性能系数达到3.36,投资成本回收周期约为5.69 a,具有较好的分布式制水应用前景。     

红壤侵蚀区不同地层背景马尾松林土壤理化特性及细菌多样性

[目的] 揭示土壤理化特性与细菌丰度之间的内在关系,为红壤侵蚀区马尾松林水土流失分区精准治理提供参考。[方法] 以福建省长汀县红壤侵蚀区马尾松林为研究对象,选择侏罗系中统漳平组中段(J₂Z²)、侏罗系中统漳平组下段(J₂Z¹)、侏罗纪燕山期早期侵入岩(γ₅^{2(3) c})、第四系全新统(Q_h)4种地层背景,分析测定不同地层背景马尾松林土壤理化特性和细菌群落组成及多样性。[结果] 不同地层背景马尾松林土壤理化指标整体表现为：J₂Z¹＞J₂Z²＞Q_h＞γ₅^{2(3) c};土壤养分含量各地层背景各有丰缺,J₂Z¹地层背景土壤有机质含量大于其他地层,Q_h地层背景氮含量大于其他地层,而γ₅^{2(3) c}地层背景磷和钾含量较高;4种地层背景土壤细菌差异操作分类单元(OTU)数目表现为：Q_h＞J₂Z²＞J₂Z¹＞γ₅^{2(3) c},分别占总OTU数目的21.62%,18.29%,16.79%,12.08%;细菌群落多样性表现为：J₂Z²＞Q_h＞γ₅^{2(3) c}＞J₂Z¹;J₂Z¹地层和Q_h地层土壤细菌多样性与土壤含水率和土壤pH值正相关,J₂Z²地层与土壤容重以及全磷含量正相关,γ₅^{2(3) c}地层与土壤钾含量和速效氮含量正相关。[结论] 红壤侵蚀区不同地层背景马尾松林土壤理化特性存在一定差异,在植被恢复过程中应考虑地层背景因素进行分区治理,细菌对不同地层背景土壤性质具有一定指示作用。     

基于PSO-BP的甘蔗施肥监控系统设计与试验

针对甘蔗横向种植机的施肥机构由于肥料潮湿结块易堵塞等问题,该研究对施肥机构进行电液传动与控制改造,构建了一套基于粒子群（Particle swarm optimization,PSO）-前反馈（Back Propagation,BP）神经网络预测的施肥监控系统。以施肥马达的压力、转速及肥料箱中肥料量为输入参数,将施肥机构的工作状态（空载状态、正常状态、重载状态、堵塞状态）作为输出,通过BP算法建立输入与输出之间的映射关系,并用PSO算法优化BP算法的权值与阈值,相比未优化BP算法,优化后的工作状态预测准确率由97%提高到99%。以识别施肥机构工作状态响应准确率以及重载状态下堵塞预防概率为试验指标进行车间试验,结果表明：工作状态响应识别准确率为89%;重载状态下,控制系统控制施肥马达正反转并消除堵塞的概率为87.5%。在田间试验中,监控系统能准确预测施肥机构的重载状态并自动执行防堵控制指令,没有出现堵塞故障。该施肥防堵塞监控系统无需上位机,能够满足复杂多变工况下施肥机构的工况预测及防堵控制要求,可为其他施肥机构的自动化改造提供参考。     

装配式地下粮仓钢板-混凝土组合仓壁轴压受力性能分析

为了研究装配式地下粮仓钢板-混凝土组合仓壁的轴压力学性能,该研究在仓壁试件轴压试验的基础上,对仓壁试件进行非线性有限元分析,模拟试件加载的全过程,进一步分析试件及其组件在加载过程中的受力性能及工作机理,并对钢板强度、混凝土强度、距厚比等不同的参数影响规律进行了分析.结果表明:有限元模拟结果与试验结果吻合较好,在最大试验...     

甜杨低温响应microRNAs的克隆与分析

MicroRNAs（miRNAs）作为一类21碱基左右的非编码小RNAs,参与植物生长发育的调控,并在植物对生物与非生物胁迫的应答过程中发挥重要作用。本研究依据miRNA高度保守特点,利用已公布的毛果杨（Populus trichocarpa）基因组序列设计引物,从甜杨（Populus suaveolens）基因组中克隆获得了12个miRNA基因座序列。序列比对结果表明,这些miRNA基因均为毛果杨低温响应miRNA基因的同源序列。同时,以低温（0℃）处理0～48h的甜杨幼苗为试材,通过半定量RT-PCR法对miRNA基因的成熟体序列在不同处理时间下的表达谱进行分析,结果显示,大多数miRNA成熟体序列在甜杨低温胁迫下的表达模式与其在毛果杨中的表达极为相似,由此可推测这些保守性miRNAs可能在甜杨和毛果杨两物种对低温胁迫的应答反应中发挥相似的功能,而miR168a、miR168b和miR475a在两物种间表达现象的差异,表明它们可能通过调控多种靶基因而发挥不同作用。本文结果将为进一步研究甜杨基因功能提供基础。     

土壤侵蚀磁性示踪剂对大白菜生理特性及产量和品质的影响

通过大田试验研究了不同浓度的土壤侵蚀磁性示踪剂对大白菜生理特性及产量、品质的影响。结果表明,在4个浓度(1%、3%、5%、10%)的示踪剂处理下,大白菜叶长、叶宽及产量均明显增大;低浓度(3%～5%)的示踪剂提高了大白菜的株高,促进了根的伸长,显著提高了叶绿素含量(p<0.05),同时对大白菜净光合速率、蒸腾速率也有促进作用。示踪剂处理使叶片中超氧化物歧化酶(SOD)活性显著降低(p<0.05),而根系中SOD活性则显著升高(p<0.05);示踪剂对过氧化物酶(POD)活性的影响与对SOD活性的影响恰好相反,对过氧化氢酶(CAT)活性影响较小,在低浓度条件下,叶片与根系中POD和CAT保持有较高活性;示踪剂还导致叶片中丙二醛(MDA)含量显著提高(p<0.05)。同时,示踪剂降低了大白菜可溶性糖含量,但不显著。示踪剂浓度大于5%时显著降低维生素C含量(p<0.05)。低浓度(1%～3%)处理时有效改善了大白菜品质。总之,低浓度的示踪剂用量对大白菜生长有促进作用,高浓度的示踪剂对大白菜生长有抑制作用。