基于灰度关联-岭回归的荒漠土壤有机质含量高光谱估算

为改善高光谱技术对荒漠土壤有机质的估测效果,该文采集了以色列Seder Boker地区的荒漠土壤,经预处理、理化分析后将土样分为砂质土和黏壤土2类,再通过光谱采集、处理得到6种光谱指标:反射率(reflectivity,REF)、倒数之对数变换(inverse-log reflectance,LR)、去包络线处理(continuum removal,CR)、标准正态变量变换(standard normal variable reflectance,SNV)、一阶微分变换(first order differential reflectance,FDR)和二阶微分变换(second order differential reflectance,SDR)。通过灰度关联(gray correlation,GC)法确定SNV、FDR、SDR为敏感光谱指标,采用偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)法和岭回归(ridge regression,RR)法,构建基于敏感光谱指标的土壤有机质高光谱反演模型,并对模型精度进行比较。结果表明:砂质土有机质含量的反演效果要优于黏壤土;基于SNV指标建立的模型决定系数R~2和相对分析误差RPD均为最高、均方根误差RMSE最低,所以SNV是土壤有机质的最佳光谱反演指标;对SNV-PLSR模型和SNV-RR模型综合比较得出,SNV-RR模型仅用全谱4%左右的波段建模,实现了更为理想的反演效果:其中,对砂质土有机质的预测能力极强(R_p~2为0.866,RMSE为0.610 g/kg、RPD为2.72),对黏壤土有机质的预测能力很好(Rp2为0.863,RMSE为0.898 g/kg、RPD为2.37)。荒漠土壤有机质GC-SNV-RR反演模型的建立为高光谱模型的优化、土壤有机质的快速测定提供了一种新的途径。     

气吸滚筒式垄上三行大豆密植排种器设计与参数优化

针对1.1 m大垄垄上三行密植大豆栽培技术配套播种机不得不采用单行播种单体前后错排使用,导致播种机结构复杂、通过性差等问题,研究设计了一种与垄上三行大豆密植栽培模式配套的气吸滚筒式大豆排种器。通过理论分析初步确定其主要结构参数并建立充种过程力学模型,运用三因素五水平二次正交旋转中心组合试验方法,以真空度、作业速度、型孔孔径为试验因素,以粒距合格指数、重播指数、漏播指数、各行排量一致性变异系数为目标函数,参照国标GB6973-2005《单粒(精密)播种机试验方法》实施参数优化试验。结果表明:当参数组合为型孔孔径4.5 mm、真空度4.7~5.9 k Pa、作业速度低于9.1 km/h时,该排种器的合格指数≥95%、重播指数≤3%、漏播指数≤2%、各行排量一致性变异系数≤6.5%。研究结果为气吸滚筒式三行大豆排种器的开发奠定了基础。     

不同剂量VB6、COB对苹果幼树生物学性状和理化性质的影响

以富士/平邑甜茶(M.hupehensis)二年生幼树为试材,研究盆栽条件下土壤中施加不同剂量的维生素B_6(VB_6)和复合维生素B(C_OB)对苹果幼树生物学性状和理化性质的影响。于2016年在山东农业大学园艺科学与工程学院果树根系实验室进行富士苹果盆栽试验。5月26对富士苹果土施VB_6、C_OB,剂量分别为0,0.02,0.03,0.04g/株。6—10月测定外源维生素条件下苹果幼树株高、茎粗,叶面积,叶片抗氧化酶活性,叶绿素相对含量,光合荧光参数以及根系的生长分布状况。研究表明,不同剂量VB_6和C_OB对苹果幼树株高、茎粗,植株生物量,叶面积,叶片抗氧化酶活性,光合荧光参数和根系分布情况有不同程度的影响。盆施不同剂量VB_6、C_OB显著改善了植株生长势,叶面积以VB_6 0.03g增加最显著为22%,植株地上部分以C_OB 0.04g处理对植株株高、茎粗和新梢长度增加最显著,株高、茎粗和新梢长度在10月相比对照分别增加了24%,34%和45%,VB_6 0.03g与C_OB 0.04g两处理间无显著性差异;地下部分,VB_6 0.03g与C_O B 0.04g两处理对根系干鲜重、总长度、总体积和总表面积增加尤为显著,根尖数和根系分叉数也显著增加。VB_6 0.02g和C_OB 0.02g剂量下苹果幼树叶片抗氧化酶活性相比对照无显著性差异,VB_6 0.03g与C_OB 0.04g植株抗性得到显著性增强,抗氧化酶活性显著提高。此外,苹果幼树叶片叶绿素相对含量显著提高、光合荧光特性也得到显著性改善,且VB_6 0.03g与C_OB 0.04g两处理间无显著性差异。综合研究结果,VB_60.03g/株和C_OB 0.04g/株对苹果幼树的生物学性状和理化性质影响最显著,鉴于C_OB的有效施用剂量和市场价格均高于VB_6,推荐施用VB_6来改善土壤营养条件。     

不同温度差压预冷及其对西葫芦冷藏效果的影响

为了延长西葫芦的采后保鲜期和减少营养物质的损耗,本文以西葫芦(Cucurbita pepo.L)为试材,比较了不同预冷温度对西葫芦预冷后的冷藏效果,分别置于-3、0、3和6℃差压冷库中,预冷到10℃,然后在10℃条件下冷藏。期间每4 d取一次样,测定其各项指标。结果表明:6℃预冷速度最慢,0和3℃快于6℃,-3℃预冷速度最快。与冷藏前相比,冷藏结束(16 d)时,0和3℃预冷组的丙二醛含量分别上升了66.76、71.63%,显著(P0.05)低于其他2个处理;4个组(分别为-3,0,3和6℃预冷组)的硬度分别下降了9.89%、7.46%、7.89%和11.19%;CAT活性分别为16.25、19.79、17.58和16.63 U/min?g;各组的维生素C含量分别下降了32.61%、20.65%、26.09%和30.87%;香气成分中醛类相对含量分别为69.94%、76.33%、71.47%和70.97%。与-3和6℃预冷相比,0和3℃预冷处理能够显著的延缓硬度的下降,降低呼吸速率和乙烯的释放量,因此能延缓西葫芦的采后衰老和延长货架期;并抑制了丙二醛的积累,减少组织损伤且抗坏血酸过氧化物酶活性和过氧化物酶的活性也受到抑制,提高了过氧化氢酶活性,因而可以降低活性氧伤害;并保持了较高的香气成分含量,而-3和6℃预冷的西葫在冷藏后期的呼吸强度及抗坏血酸过氧化物酶活性迅速升高,且-3℃的预冷处理使得西葫芦在之后的冷藏过程中出现了明显的冷害现象,即表皮长斑。因此0和3℃差压预冷对西葫芦的冷藏效果较好,研究结果为西葫芦采后冷链技术的发展提供了参考。     

基于IPCC排放因子法估算碳足迹的京津冀生态补偿量化

构建合理的生态补偿量化标准关系着京津冀区域的健康发展。采用IPCC排放因子法计算京津冀地区2006-2015年的碳足迹,结果表明:10 a间京津冀地区碳足迹变化趋势分为2个阶段,2006到2013呈现快速增长趋势,年增长率约为8.5%,2013年之后基本保持不变;考虑森林、草地、农用地的固碳能力的前提下,测算了京津冀地区2006-2015年的碳承载力,结果表明:2009年京津冀地区的碳承载力有明显增高,之后基本保持平稳,略有提升;为了对比不同区域内(人口和区域面积)碳赤字对生态的影响,提出了碳赤字敏感度,进而利用碳赤字敏感度构建了生态补偿因子的概念,并据此确定京津冀三区生态补偿的量化标准,结果表明:河北和北京每年都应得到天津支付的一定额度的生态补偿,其中河北2012年应获得补偿最多(161亿元),北京2013年最多(61.5亿元)。研究结果对加快建立完善的京津冀横向生态补偿机制有参考意义。     

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。