基于构建微生物传感器的甲基对硫磷降解菌的分离鉴定及其降解特性研究

有机磷农药是目前环境中残留量最多的农药之一,对其残留量的检测及降解机制的研究对于环境污染及生态修复具有重要意义。微生物传感器由生物学元件与换能器构成,因具有成本低廉、易于微型化及选择性高等特点而被广泛应用于各种生化物质的分析和检测。本文从长期受农药污染的土壤中分离出4株能以甲基对硫磷为碳源生长的菌株,根据形态特征和16S r RNA基因序列同源性分析,对4株降解菌进行鉴定,利用高效液相色谱测定降解率,选取降解率最高的1株菌进行降解机制研究,以期将其应用于测定环境中甲基对硫磷残留的电位型微生物传感器的构建。结果表明,在甲基对硫磷初始浓度50 mg·L-1、30℃、p H 7.0的培养条件下培养7 d,4株菌对甲基对硫磷的降解率均在78%以上,其中1株菌的降解效率可达100%。16S r RNA基因序列测定表明,该菌株属于克雷伯氏菌属,命名为Klebsiella sp.MP-6。利用液相色谱-质谱联用对其降解产物的研究表明,菌株MP-6水解甲基对硫磷主要产生二甲基硫代磷酸(dimethyl thiophosphoric acid,DMTP)和对硝基苯酚(p-nitrophenol,PNP),极少部分PNP通过产生4-硝基邻苯二酚(4-nitrocatechol,4-NC)和1,2,4-苯三酚(1,2,4-BT)进一步代谢。结果表明,基于测定中间产物对硝基苯酚(p-nitrophenol,PNP)的电位响应信号,该菌株适用于构建测定海水及土壤等环境中有机磷农药的微生物传感器。     

新型生物炭基氮肥对土壤一冬小麦系统氮素累积及相关生物活性的影响

通过田间试验,研究了掺混型、吸附型和反应型3种新型生物炭基硝酸铵氮肥在冬小麦生长过程中对土壤氮素累积及冬小麦对氮素的利用状况和相关生物活性的影响。试验处理包括CK（不施氮肥,不施生物炭）、硝酸铵氮肥、生物炭、掺混型生物炭基氮肥、吸附型及反应型生物炭基氮肥。研究结果表明：不同工艺制备的生物炭基氮肥对土壤铵态氮的累积具有显著影响,吸附型和反应型处理在冬小麦生长季铵态氮平均值大于对照（CK）,对于总氮、硝态氮和亚硝态氮累积量的影响不显著。除了生物炭单施处理外,其他处理均比CK显著提高冬小麦地上部的总氮累积量,但对冬小麦的氮素利用状况无显著影响,且三种炭基氮肥处理问无显著差异;施用不同类型生物炭基氮肥对土壤微生物量氮含量和硝酸还原酶活性具有提高作用,而对微生物量碳含量、亚硝酸还原酶和脲酶活性无显著影响。     

不同硼效率棉花品种根系参数和伤流液组分的差异

溶液培养条件下研究硼对不同硼效率棉花品种根系参数、伤流量及伤流液组分的影响。结果表明,缺硼抑制棉花根系生长,根重、根体积、根长、活跃吸收面积、总吸收面积、活跃吸收面积占总吸收面积的比例以及伤流量均显著降低,高效品种降低幅度比低效品种小;缺硼还使高效品种根系比表面积升高,而低效品种无显著变化。缺硼显著影响不同棉花品种伤流液各组分含量,与低效品种相比,高效品种伤流液中有较多的NO3-、K+、无机磷、可溶性糖和游离氨基酸。说明缺硼条件下高效品种根系比低效品种具有更强的吸收、代谢活力,可能是其硼效率较高的主要原因之一。     

主被动闭环融合调姿隔振平台动力学建模与模态分析

以载体设备对稳定工作环境的需求为背景,提出一种多维调姿隔振平台新构型,以实现大幅度位姿扰动的补偿和中高频振动的隔离。机构由3个分支组成,每个分支包含1个由主动调姿、被动隔振单元组成的闭环子链。借助于旋量代数及影响系数理论建立机构的运动学模型,得到动平台、开链分支、电动缸分支对广义坐标的一、二阶影响系数。建立机构主被动分离形式的动力学模型,并以此为基础对其进行模态分析。通过脉冲激励对原理样机进行模态实验,实验结果表明,固有频率的实验测定值与理论计算值接近,验证了理论模型的正确性。响应特性的实验结果表明原理样机能够对低频段的位姿扰动进行补偿,结合中高频的被动隔振,原理样机具备了较宽频带的调姿隔振能力。     

气动柔性果蔬采摘机械手运动学分析与实验

采用气动弯曲型柔性驱动器设计了一种带有柔性机械臂的多自由度果蔬采摘机械手。基于分段常曲率理论,根据柔性驱动器形变规律,建立了多关节串并联的采摘机械手运动学模型和抓持力模型,研究了机械手采摘作业时抓取模式、工作空间和手指输出力与气压的关系,并进行了相关实验验证。制作了机械手样机,并在实验室环境下进行了多种果蔬模拟采摘实验,结果表明,该果蔬机械手具有多种抓取模式,且动作灵活、柔顺可靠、易于控制,适用于球形和圆柱形果蔬自动化采摘作业。     

半径间隙对水润滑轴承轴心轨迹的影响

为了研究海水淡化高压泵水润滑轴承半径间隙对转子系统稳定性的影响,设计了3种不同半径间隙的水润滑轴承,采用数值模拟和试验研究相结合的方法,对不同半径间隙时的干、湿转子轴心轨迹进行研究.结果表明:随着轴承半径间隙的增大,干转子的涡动中心明显向X,Y轴负方向漂移,而湿转子由于系统的阻尼增大涡动中心变化不明显;湿转子的涡动振幅明显大于干转子的;数值计算的结果与试验结果基本吻合,在轴承间隙较大时,干转子系统稳定性较差,半径间隙为0.1 mm时,润滑效果最好.研究结果为海水淡化高压泵水润滑轴承参数的优化设计提供必要的参考依据.     

气动球果采摘柔性手爪设计与实验

针对球形果实采摘问题,采用气动多向弯曲柔性驱动器设计了2种规格带有回转腕部功能的多自由度3指采摘柔性手爪。该采摘柔性手爪采用中心对称结构,其柔性手指与驱动器复合一体,在气压下可产生贴合球果表面的弧状变形,3指协同配合运动抓取球果,并通过腕部旋扭分离方式完成采摘。研究了“刚柔耦合”驱动器的材料和制造工艺,建立了柔性驱动器形变模型,获得了其气压下的形变特性,并进行了相关实验验证。试制了采摘柔性手爪物理样机,研究分析了柔性手爪的工作空间、抓取模式和采摘时的力学性能,并在实验室搭建的采摘平台上进行了多种球果模拟采摘实验。结果表明,该采摘柔性手爪具有3种抓取模式,物形适应性好,抓取柔顺可靠、动作灵活,采摘主动安全、损伤小,适于多种球果的采摘。该柔性手爪采摘球果的尺寸范围为30~130 mm,三指交错强力握取球果的最大质量为1.28 kg。     

基于槽型凸轮传动的蓝莓采摘机设计与试验

为改善机械采摘蓝莓的果品质量,设计了基于槽型凸轮传动的蓝莓采摘机。样机关键零部件设计包括驱动元件计算与选择、传动系统减速比分配、凸轮运动曲线计算等,采用"反转法"推导凸轮廓形曲线,利用"角分线法"设计采摘系统末端执行装置。在ADAMS中建立采摘机模型,搭建仿真环境对采摘机进行动力学分析,研究凸轮设计参数、各杆件长度、驱动元件转速对采摘传动装置的影响。在种植园进行蓝莓采摘试验,得到槽型凸轮采摘机采摘效率4.6 kg/min、未成熟果实脱落率3.2%、成熟果实采净率83%、果实损坏率3.1%,对比分析得出:槽型凸轮采摘机的采果质量优于牵引式采摘机,采摘效率是人工采摘效率的13倍。     

横轴流式玉米柔性脱粒装置设计与试验

针对黄淮海地区玉米籽粒直收过程中籽粒破碎率和未脱净率高的问题,结合现有玉米脱粒滚筒的结构特点,设计了横轴流式玉米柔性脱粒装置。该装置内置柔性脱粒滚筒,脱粒元件采用柔性钉齿和弹性短纹杆组合结构,实现了玉米果穗的柔性低损伤脱粒。研究了滚筒关键设计参数对脱粒性能的影响,建立了该脱粒滚筒关键结构参数的设计方法;利用ADAMS软件进行了动平衡模拟仿真,开展脱粒系统的动平衡试验,保证了整机工作的可靠性;选取滚筒转速、脱粒间隙和喂入量作为试验因素进行了室内台架正交试验,确定较优参数组合:喂入量为8 kg/s,滚筒转速为450 r/min,凹板间隙为40 mm。在该条件下,玉米果穗的籽粒破碎率为0. 65%,未脱净率为0. 59%,符合国家相关标准要求。     

高留茬玉米秸秆复式割台粉碎还田装置设计与试验

为了在玉米摘穗的同时,将秸秆上半部分回收作饲料,下半部分实现高质量粉碎还田,在4YZQ-2B1型穗茎兼收玉米收获机割台的下方增加了锯盘式玉米秸秆粉碎装置,通过对圆锯片运动及切割机理等的分析,利用ADAMS对此复式割台进行了参数优化和运动分析,并在Pro/Mechanica中,对锯盘刀轴进行了有限元模态分析,得到其固有频率。确定采用平面锯身整体式横截圆锯片,直径为180~380mm,厚度分为1.2、1.5、2mm 3种,锯片间距为50mm,齿形为等腰三角斜磨齿,齿高为7.5mm,两刀辊中心距为760mm。高留茬玉米复式割台田间试验结果显示,当机组的作业速度为2m/s,刀辊转速为850r/min时,秸秆粉碎长度合格率为92.14%,留茬高度平均值为52.18mm,均满足秸秆还田机作业标准,能够对玉米秸秆离地粉碎,减轻了刀具的磨损、提高了玉米秸秆还田质量。