基于GIS的东北黑土区土壤侵蚀模数计算

为了监测及评估我国东北黑土区土壤侵蚀现状,在地理信息系统技术的支持下,应用CSLE模型,结合0.5 m分辨率的World View遥感影像,定量估算黑龙江省克山县古城小流域的土壤侵蚀量。结果表明:1)研究区的土壤侵蚀强度为轻度侵蚀,侵蚀区主要集中在该区的西北、东北和中南部地区;2)当坡度<20°时,土壤侵蚀程度较低,当坡度>20°时,土壤侵蚀较严重,此外坡度还能通过影响耕作措施的方式对土壤侵蚀强度产生间接作用,而水土保持措施因子和生物措施因子同样对土壤侵蚀区的分布范围及强度影响较大。研究结果对我国东北地区防治水土流失、减少河流泥沙、改善和恢复黑土肥力具有重要意义。     

1986-2013年黄河宁蒙河段风蚀模数与风沙入河量估算

为缓解宁(宁夏)蒙(内蒙古)河段的淤积问题,需要对该河段风蚀灾害和风沙入黄量的时空变化进行研究。该文选取综合风蚀模拟系统(integrated wind-erosion modeling system,IWEMS)和修订版风蚀方程(revised wind erosion equation,RWEQ)对1986-2013年黄河宁蒙河段风蚀模数进行了估算,并结合风沙输移方程,对不同河段的风沙入黄量进行了计算。发现宁蒙河段的风蚀灾害主要发生在乌兰布和沙漠、库布奇沙漠和河东沙地等沙漠区域。自1986年以来河东沙地的风蚀模数逐渐降低,而乌兰布和沙漠的风蚀模数则逐渐凸显,成为宁蒙河段风蚀最严重的区域。1986-2013年间,整个宁蒙河段受风蚀灾害的面积逐渐减小,平均风蚀模数迅速下降,线性拟合函数斜率高达-182.81。风沙入黄量结果显示,石嘴山—巴彦高勒段的年均风沙入黄量最大,高达9.31×106 t/a;下河沿—青铜峡段最小,其值仅为7.6×105 t/a。另外,除石嘴山—巴彦高勒段之外,其余河段风沙入黄量并未呈现出明显的减小趋势。通过对宁蒙河段气象和土地利用数据的分析,发现宁蒙河段的风蚀模数的变化主要受气候条件的影响。该研究结果可为解决黄河淤积问题、完善黄河沿岸风沙防护体系提供参考。     

山东省水稻免耕旱直播试验及可行性分析

为探究水稻免耕旱直播在山东省的适应性,使用2BDMM-8稻麦宽苗带灭茬播种机,在涛雒稻麦轮作两熟区和高青春季稻一熟区分别进行了免耕旱直播试验,以机械育苗插秧为对照,分析免耕旱直播对水稻株高、分蘖情况的影响,对不同种植方式下的水稻产量及产量构成因素、生产成本等进行统计分析。结果表明:水稻免耕旱直播与机械育苗插秧相比,生育期短,生长速度快,株高无显著差异;分蘖率分别为57%和58%,比插秧对照低6.5%和10.4%;产量分别为8 970和10 020 kg/hm2,与插秧对照无显著差异(P0.05),验证了水稻免耕旱直播在山东常规稻种植区基本可行。通过成本比较,免耕旱直播成本比插秧对照分别节约2 472和3 312元/hm2,说明免耕旱直播在山东地区有很好的推广前景。该研究为山东常规稻种植区免耕旱直播提供了参考。     

生物降解膜促进冬油菜养分吸收减少土壤硝态氮累积

针对普通地膜覆盖导致的农田环境污染和土地退化问题,通过2 a田间试验,从土壤有机质含量、硝态氮累积与分布、作物养分吸收和籽粒产量等层面出发,进行了普通地膜覆盖(PM)、生物降解地膜覆盖(JM)和露地(CK)栽培冬油菜的对比研究。结果表明,播种后60和150 d,JM处理的土壤有机质含量、土壤硝态氮的累积和分布与PM处理无显著差异;播种后240 d,JM处理的土壤有机质含量显著大于PM处理,土壤硝态氮的累积量显著小于PM处理,且PM处理土壤硝态氮的淋洗下移峰值更大。PM和JM处理冬油菜的产量及地上部各器官的氮、磷、钾吸收量均显著大于CK,且PM和JM无显著差异。与PM处理相比,JM处理在播种后240 d时土壤有机质质量分数提高7.0%,土壤硝态氮累积量减少34.1%。可见,PM处理在冬油菜生育后期过分消耗地力,且残留在土壤中的硝态氮含量较高。该研究从土壤营养和作物养分吸收利用方面为生物降解地膜应用于农业生产的可行性提供了理论依据。     

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。     

培养温度和时间对磷肥在黑土中转化的影响

采用室内培养试验研究了培养温度和时间对磷酸二氢钙(MCP)、磷酸二氢铵(MAP)和磷酸氢二铵(DAP)在黑土中转化的影响。结果表明：温度升高增加了黑土对肥料磷的固定,且有利于Al-P的形成;培养50 d后,温度由5℃升至25℃时, We-P在添加MAP和MCP处理的土壤中占外源磷的比例分别降低51%和42%,同时Al-P分别上升110%和45%;在培养初期,温度对Ca8-P和Fe-P形成的影响不显著,但随培养时间的延长,差异显著。25℃时,培养时间对Ca2-P和Ca8-P形成的影响较小;Al-P在培养初期形成速率很快,随培养时间的延长,形成速率下降,而Fe-P的形成速率与之相反;Al-P的增加量与We-P的下降量呈显著线性正相关。与MAP和MCP相比,DAP更适合在黑土中施用。     

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。     

摩擦复充种型孔带式水稻精量排种器充种性能分析与验证

为解决杂交稻工厂化穴盘育秧低播量精密播种问题,提出了一种摩擦复充种型孔带式水稻精量排种器,对种子充填过程进行了力学和运动学分析,确定影响试验指标的影响因素分别为型孔方向角、型孔带速度、型孔带倾角和种层厚度。通过EDEM离散元软件仿真分析了种子多次循环重复充种过程和充种效果,并分别分析了型孔带速度、型孔带倾角、种层厚度对充种性能的影响规律。基于仿真分析结果进行了较优组合验证试验,结果表明:在型孔方向角为90°,型孔带倾角为43°,型孔带转速为0.11 m/s,种层厚度为50 mm时充种合格率为96.4%,多粒率为1.4%,漏充率为2.2%,种子破碎率为0.18%,效果较优。摩擦复充种型孔带式水稻精量排种器能够满足杂交稻低播量精密播种的农艺要求,研究结果为工厂化穴盘育秧精量播种机的设计提供参考。     

极端暴雨条件下黄土高原水平梯田损毁情况调查分析——以岔巴沟流域“7·26”特大暴雨为例

2017年7月25日20时至26日8时,陕西榆林市11个县区遭遇特大暴雨侵袭,我们于当年10月对位于暴雨中心的岔巴沟流域的梯田损毁情况进行了专项调查。首先通过室内Google Earth近实时影像结合GIS绘图在流域内确定梯田位置和数量,根据修建时间、利用和植被类型将这些梯田分类。在流域内空间分布均匀地选择不同类型典型梯田并进行野外实地测量,统计各类型梯田的损毁情况、损毁形式并估算各类型梯田的土壤侵蚀模数及其流域平均侵蚀模数。结果表明:岔巴沟流域梯田以≤ 4 hm²规模为主,梯田数量上占91.4%,面积上占了50.7%。暴雨造成梯田的损毁形式以田埂表层结皮脱落、田埂滑塌崩塌、田埂冲毁、田面陷穴穿洞为主,有人为干扰时会产生更加剧烈的后果。暴雨造成的梯田损毁侵蚀坑大部分为深度0~0.5 m的侵蚀。老梯田农地、老梯田乔木和老梯田草地侵蚀坑发生频率远远多于新机修梯田,保持在20~36处/100 m。新机修梯田的侵蚀测坑发生频次少,为5处/100 m,但深度可达4.8 m,后果严重。不同类型梯田损毁产生侵蚀模数差异较大,老梯田农地、老梯田草地和老梯田乔木的侵蚀模数为34 000~37 000 t/km²,新机修梯田为19 404.3 t/km²,老梯田灌木侵蚀模数最低,为5 958.4 t/km²。流域内梯田平均侵蚀模数为30 733.4 t/km²。通过本次调查,掌握不同类型梯田在极端暴雨条件下的损毁情况,为黄土高原梯田保护及修复提供数据支持。     

仿蛛网农田无线传感器网络抗毁性量化指标体系构建

为解决传统抗毁性量化指标无法准确描述网络组件失效的耦合关系和全局作用,难以有效归纳、继承蛛网抗毁性机制与规律的问题,该文提出了一套基于节点平均路径数和节点、链路平均使用次数的人工蛛网模型抗毁性量化指标体系,评测失效网络组件的全网影响度和权重等指标。仿真试验表明该指标体系可有效量化评价不同规模的人工蛛网模型的抗毁性,测评各网络组件的抗毁性权重占比,其中,节点、弦链、辐链分别占50%、39.44%、10.56%,同时与传统抗毁性量化指标相比,该文提出的指标具有独特的优势。田间试验结果表明节点遭受不同程度损坏时,仿蛛网部署仍可通过备用链路进行数据传输,相较非交叠分簇部署、栅格部署具有更优的抗毁性。人工蛛网模型抗毁性量化分析可为优化农田无线传感器网络部署,实现规模化可靠应用提供参考。