单轨道山地果园运输机齿条齿形优选

为减小单轨道山地果园运输机能耗及提高运输效率,该文基于动力学理论建立了运输机驱动轮与轨道齿条啮合的动力学模型,并设计、加工制造了链轮齿形齿条、销轮齿形齿条、摆线齿形齿条。以运输机驱动轮旋转角速度、轨道坡度、齿条齿形为考察因素,以驱动轮与不同齿形齿条啮合时所需提供的驱动扭矩为评价指标,探究齿条齿形对单轨道山地果园运输机力学性能的影响,得到在相同条件下驱动轮与链轮齿形齿条啮合时的驱动扭矩最小,且波动幅度最小。在驱动轮转速为+88.08 rad/s、轨道坡度分别为+0?、+6?、+12?时,驱动轮与链轮齿形齿条啮合时的驱动扭矩均值较驱动轮与圆弧齿形齿条啮合时的驱动扭矩均值分别减小33.82%,33.45%,21.59%;在驱动轮转速为-88.08 rad/s、轨道坡度分别为-0?、-6?、-12?时,驱动轮与链轮齿形齿条啮合时的驱动扭矩均值较驱动轮与圆弧齿形齿条啮合时的驱动扭矩均值分别减小35.55%,27.24%,30.43%。试验结果表明,链轮齿形齿条综合性能最优,较圆弧齿形齿条更适宜用于单轨道山地果园运输机的轨道运输中。该研究为单轨道山地果园运输机轨道的结构优化设计提供了参考。     

干湿交替灌溉和施氮量对水稻内源激素及氮素利用的影响

为探讨干湿交替灌溉与施氮水平对水稻根系内源激素水平及氮肥利用的影响,以连粳7号为材料,采用防雨棚土培试验,研究3个灌溉方式:浅水层灌溉、轻度干湿交替灌溉、重度干湿交替灌溉与3个氮肥水平(0、240和360 kg/hm2)对水稻根系内源激素(玉米素及玉米素核苷(Z+ZR)、生长素(IAA)、脱落酸(ABA))、叶片氮代谢酶活性(硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT))、植株氮素累积量及氮肥利用效率的影响及其耦合效应。研究结果表明:在相同施氮水平下,轻度干湿交替灌溉促进根系Z+ZR、IAA合成,提高叶片中NR、GS及GOGAT活性,氮肥吸收利用率显著提高(P0.05);重度干湿交替灌溉则抑制根系Z+ZR、IAA合成,降低叶片NR、GS及GOGAT活性,植株氮素累积量及氮肥利用效率显著降低(P0.05),而根系ABA含量则明显增加(P0.05);在相同灌溉方式下,根系Z+ZR、IAA含量、叶片氮代谢酶活性及氮肥累积量在保持水层及轻度干湿交替下随着施氮量的增加而增加,而在重度干湿交替灌溉下则随着施氮量的增加先增加后降低,中氮处理明显提高氮肥利用效率(P0.05)。相关分析表明:根系合成的Z+ZR、IAA及叶片中氮代谢酶活性与氮肥吸收利用率呈显著(P0.05)或极显著(P0.01)的正相关关系,而脱落酸含量则与氮肥吸收利用率呈极显著的负相关关系(P0.01)。根系合成的Z+ZR、IAA及叶片中氮代谢酶供氮效应为正效应,抽穗后,轻度干湿交替灌溉供水效应及耦合效应为正效应,而重度干湿交替灌溉则为负效应。该研究对探索水氮耦合机理,为水稻高产高效栽培实践提供理论及科学依据。     

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.

     

配施硫基肥对夏玉米镉铅累积的阻控效应

该文以府河流域污灌区农田为研究对象,通过田间小区试验研究了5种施肥措施对土壤重金属镉(Cd)、铅(Pb)有效性以及夏玉米(Zea mays L.)对Cd、Pb富集和转运能力的影响。结果表明:与农民常规施肥(CK)相比,尿素、磷酸二铵和氯化钾配施(N-P-K)以及腐殖酸复合肥、尿素和磷酸二铵配施(HA-N-P)的表层土壤Cd、Pb有效性以及夏玉米对Cd、Pb的富集和迁移能力差异均不显著(P0.05)。然而,腐殖酸复合肥、硫酸铵和磷酸二铵配施(HA-S-P)以及硫酸铵、磷酸二铵和硫酸钾配施(S-P-K)2种施肥措施的表层土壤有效Cd含量分别比CK降低了10.60%和6.36%,表层土壤有效Pb含量分别比CK降低了11.49%和6.00%。此外,HA-S-P处理和S-P-K处理夏玉米Pb转运系数分别比CK降低了50.33%和77.10%,且夏玉米籽粒Pb含量分别比CK降低了59.75%和80.43%(P0.05),但各处理间夏玉米对Cd的转运和富集能力差异并不显著,这说明施用硫基肥可有效抑制夏玉米对Pb的富集和转运,但并未影响其对Cd的富集和转运。综上所述,该污灌区轻度Cd、Pb复合污染农田土壤种植夏玉米建议硫酸铵、磷酸二铵和硫酸钾配施,或者腐殖酸复合肥、硫酸铵和磷酸二铵配施。     

波浪高度及方向对桩柱式围网养殖系统网片水力特性的影响

浅海围网养殖是一种生态型养殖模式,桩柱式围网是其中最为典型的模式之一,主体由排桩和网片组成。围网网衣系统安全是决定围网工程安全的关键所在。针对桩柱式围网,采用数值模拟方法对其主要构成部件单元网片在波浪条件下的变形和受力等水力特性进行了研究,重点分析了波高(1、2、3、4、5 m)和波向(10°、30°、50°、70°、90°)条件下围网网片的网线张力分布、结节偏移和桩柱系缚点受力特性及影响关系。结果表明,桩柱式围网单元网片的网线最大张力部位主要出现在网片上端两侧位置,应用时建议强化顶部纲绳的设计考虑;波向为30°~70°时,网线最大张力有一段较小的增加量,而结节最大偏移随波向的增大而增大;网片与桩柱系缚点的最大受力呈现两端大中间小的现象,建议强化顶部和底部系缚点。以上研究结果可为桩柱式围网工程设计与安装提供参考。     

太阳能加温和沼液回用沼气工程的生态效益评价

为综合评价新型生态清洁技术应用下的规模沼气工程的综合生态效益,该文以北京市顺义区D沼气工程(同时应用沼液循环回用技术和太阳能-地源热泵增温保温技术)为研究对象,利用能量系统图和能值评价体系,从经济效益、环境效益和可持续性3个方面对该系统进行了综合性能值分析,分析了沼液循环回用和太阳能-地源热泵增温保温清洁技术的应用对规模化沼气工程生态经济效益的影响。结果表明:太阳能-地源热泵增温保温技术在规模化沼气工程中的使用,不可再生购买资源投入减少8.80%,系统可持续性提升18.75%,有效替代了化石能源的使用,生态经济效益明显。同时,沼液循环回用技术的应用,可使地下水投入减少65%,在沼气工程周边土地无法充分消纳该沼气工程产生沼液的条件下,可节省1.77E+05美元/a的农田消纳后的剩余沼液排污处理费,环境负荷率减小68.52%,能值可持续指标由0.03增为0.38,系统自我维持能力提升。因此,沼液循环回用和太阳能-地源热泵技术的应用对该沼气工程系统的经济、环境和生态效益有很大改善作用。     

基于有限元方法的整形果树振动收获机理分析

为提升振动式采收机械的设计效率,该文在分析常见振动收获机工作机理的基础上,建立了3种典型整形果树实体模型,利用有限元方法得到其在1~50 Hz低频范围内的固有频率和模态振型,并进行了振动响应特性仿真试验。结果表明,整形果树固有频率和模态振型受果树形态影响较大,3种典型整形果树的低阶固有频率主要集中在7~11阶范围,分别在13.5、12.0和7.5 Hz时振动响应最为剧烈,且一致性较好;同时,不同加载方式对于整形果树振动响应特性具有较大影响,其中双体多向加载较为适合于纺锤形果树,而单体回旋型加载则更适合于自然开心型和直立平面形果树。该方法可为不同类型整形果树振动式收获机械的设计提供参考。     

熟化枸杞子的加工工艺及功能特性

为了有效开发利用枸杞子资源,进一步提高枸杞子附加值,该文以新鲜枸杞子为原料,在传统干制工艺的基础上,基于美拉德反应原理,开发熟化枸杞子新产品,并对其活性进行检测。研究结果表明,熟化枸杞子三段式干制工艺为:干制预处理阶段温度为60℃,时间为12 h;熟化阶段温度为80℃,时间为24 h,相对湿度65%;定型阶段温度45℃,干制6 h即可。制备的熟化枸杞子为黑褐色、酸甜适口、抗氧化活性显著高于(P0.05)普通干制枸杞子,其总还原能力、羟自由基清除能力、DPPH自由基清除能力分别是普通干制枸杞子的1.87倍、1.45倍和2.21倍,是一种较好的抗氧化食品,枸杞子的附加值得到了有效提高,并且该熟化枸杞子的制备工艺简单、成果易转化,具有很好的应用前景。     

热解油水相酸洗-烘焙二级预处理改善玉米秸秆热解特性

烘焙和酸洗都是可提升生物质品质的预处理方法。烘焙可以脱除生物质中的氧,酸洗则可有效脱除碱金属及碱土金属,而氧和AAEMs对热解油的品质和产率均具有影响。该文研究了酸洗-烘焙两级耦合预处理对玉米秸秆热解特性的影响。试验用酸液取自热解联产联供示范项目热解油的水相部分,烘焙温度选取230、260、290℃。研究发现,酸洗预处理能够有效脱除AAEMs,对K、Na、Mg脱除率分别达到97.53%、81.38%、84.86%。两级预处理能明显降低O/C;酸洗-290℃烘焙半焦相比玉米秸秆原样,O/C降低了25.32%。两级预处理能明显削弱烘焙对热解油产率的不利影响,酸洗-290℃烘焙半焦相比290℃烘焙半焦,其热解油产率提高127.66%;两级预处理显著提高了热解油中糖类的含量,同时降低了酚类和酸类的含量;对酸洗-290℃烘焙半焦,其热解油中糖类含量高达45.89%,酚类和酸类则低至9.76%和6.31%。其他化学组成如酮类和呋喃类的含量存在一定程度的下降,醛类含量则有小幅度的提升。该文提出的利用热解联产联供示范项目热解油的水相部分对秸秆进行酸洗,并结合烘焙的两级预处理方法可为对生物质热解提供参考。     

适宜无机盐及浓度抑制麦胚脂肪酶存在时油水界面张力

为了探明无机盐稳定化脂肪酶的潜在机理,该文以小麦胚芽脂肪酶为研究对象,基于界面酶学的分析方法,研究添加浓度介于1.0×10-9~1.0×10-2 mol/L的Na~+、K+、Ca~(2+)、Mg~(2+)的氯化物对小麦胚芽脂肪酶存在的油-水界面特性的影响。结果表明,当小麦胚芽脂肪酶体系浓度为1.7×10-6 mol/L时,一价金属中Na~+更有利于抑制油-水界面的表面张力(P0.05),对麦胚脂肪酶存在时的油水界面特性影响也较大;二价金属离子Ca~(2+)对界面张力的影响趋势与一价离子不同,在高浓度时反而增加界面张力;当油水界面上存在脂肪酶的催化底物(三油酸甘油酯)和产物(油酸)时,添加浓度分别为10-6、10-6、10-4和10-9mol/L的Na~+、K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)均可一定程度上降低油水界面张力,从而降低麦胚脂肪酶的作用效果,三油酸甘油酯存在时Mg~(2+)的作用效果最明显(P0.05),油酸存在时Na+的作用效果最明显(P0.05)。综上,无机盐金属离子主要通过影响麦胚脂肪酶在油水界面的聚集行为及底物结构状态起到钝化麦胚脂肪酶的作用,该结果可为麦胚脂肪酶存在时界面的活性调控及麦胚的稳定化处理提供参考。