无人机点射式水稻播种装置控制系统设计与试验

针对当前无人机水稻撒播难以成行成穴、落种易受旋翼风场干扰和播种均匀性不佳等问题,该研究结合点射式水稻播种装置和飞行控制器设计了一套播种控制系统,开发了配套的地面站功能,并制作了样机。控制系统基于PID算法实现排种器步进电机的转速闭环控制,通过标定模型对振动电机激振力和摩擦轮电机转速进行控制,并根据状态机设计播种控制程序。以3倍丸粒化稻种为对象,从播种量准确性、播种成行性和播种均匀性3个方面对样机的播种性能进行验证并优选合适的播种参数。试验结果表明：无人机模拟飞行的播种量准确性测试中,样机以1.0～2.5 m/s的作业速度进行播种时,播种量的平均相对误差小于4%,控制系统具有较好的动态调节能力。实地飞播测试中,样机以1.0和1.5 m的高度播种时,种子分布在12 cm种行宽度内的平均概率超过80%,成行性较好。考虑安全因素,优选1.5 m为样机的适宜作业高度。在作业高度为1.5 m,3倍丸粒化稻种的播种量为90～150 kg/hm2（对应裸种的播种量22.5～37.5 kg/hm2）,作业速度为0.5～2.0 m/s时,播种均匀性变异系数为20.51%～35.52%。进一步分析发现,适当提升作业速度可提高播种均匀性。田间试验结果表明,播种量的相对误差分别为2.47%和4.12%,播种均匀性变异系数分别为22.17%和21.82%,种子破损率分别为0.34%和0.18%,满足相关标准的水稻飞播精度控制要求。研究结果可为无人机水稻直播技术提供参考。     

配施有机肥条件下油菜化肥氮减施潜力研究

探明湖南省油菜种植区配施有机肥条件下化肥氮减施潜力,为该地区油菜生产中氮肥减施增效提供参考。田间试验在湖南省郴州市进行,供试油菜品种为湘油420,采用裂区设计,研究配施等量(2250 kg/hm²)有机肥条件下不同氮肥用量(0、90、135、180、225、270 kg/hm²)对油菜生长、产量、理论产油量和经济效益的影响。结果表明,所有氮肥水平下配施有机肥均显著提高油菜产量,且在低氮水平下增产效果更加明显,有机肥的增产效果主要通过增加单株角果数和每角果粒数来实现。在不施与施有机肥条件下,施氮量分别为213和199 kg/hm²时油菜籽产量最高,分别为1754和2514 kg/hm²,氮肥减少了6.6%、产量提高了43.3%;施用有机肥条件下达到不施有机肥的最高产量值仅需127 kg/hm²氮肥,减少了44.1%。所有供氮水平下,施用有机肥可显著增加氮素积累量、理论产油量和经济效益,包括有机肥氮的氮肥偏生产力也呈增加趋势,而包括有机肥氮的氮肥农学效率和氮肥表观利用率变化较小;与不施有机肥相比,施有机肥的最高理论产油量施氮量减少了3.0%,最高效益施氮量减少了20.0%,而理论产油量和效益分别增加了41.1%和50.0%。     

利用SAR影像与多光谱数据反演广域土壤湿度

针对基于主动微波遥感途径开展广域土壤湿度反演的过程中,对植被和土壤粗糙度影响难以进行有效估算的问题,该研究联合多极化雷达和原始多光谱数据源,提出一种改进的卷积神经网络(Improved Convolutional Neural Network,ICNN)方法。该方法采用不同尺寸的卷积核对原始变量进行一维卷积运算,自适应提取能反映测区土壤湿度时空差异的高级特征维;同时,去除了传统卷积神经网络结构中的池化层,保证提取的特征信息完整。试验结果表明,在边长超过100 km的四川盆地研究区域内,模型预测值与样本数据相关系数达到0.934,预测值偏差服从均值趋近于0的正态分布,均方根误差为1.45%,误差分布范围小于6.3%,结果具有较高的可靠性。该方法可为精准农业、旱涝灾害等领域的广域监测研究提供一定的支撑。     

基于粒子图像测速的坡面流水动力学特性

粒子图像测速(Particle Image Velocimetry, PIV)技术具有多点同时测量、对水流无干扰的优点,该研究利用高分辨率PIV(分辨率为64 pixels/mm),测量了7组坡面流(水深范围为0.5～1.1 cm,雷诺数范围为1 000～3 000),并测量1组深水明渠紊流作为对照,研究了流速轮廓线和修正系数、紊动强度和雷诺应力、偏态系数和峰度系数的变化规律。结果表明:1)PIV能够有效观测坡面流床面至水面的流速分布。当坡面流流态为过渡流时,流速修正系数随着雷诺数的增加呈对数增加,均值为0.77;2)对比深水明渠紊流的紊动强度,坡面流的流向紊动强度较大,而垂向紊动强度较小,且随着水深及雷诺数的增加,坡面流紊动强度逐渐与深水明渠紊流的特征吻合。深水明渠紊流中受雷诺应力影响的流体占比约80%,而坡面流中受雷诺应力影响的流体占比小于80%,随着雷诺数的增加坡面流中受雷诺应力影响的流体占比变大;3)对比深水明渠紊流的峰度系数,坡面流的峰度系数大部分大于3,表明坡面流较深水明渠紊流出现极端流速事件的概率小。PIV技术有利于实验室研究坡面水力侵蚀的力学机理机制问题。     

电动多旋翼植保无人机升力特性综合测评方法

升力特性是电动多旋翼植保无人机性能测试的重要参数之一。为了实现对电动多旋翼植保无人机升力特性的性能检测,针对不同型号、不同规格的电动多旋翼植保无人机在评价过程中存在无统一的评价指标问题,该文提出了一种半系留式电动多旋翼植保无人机升力特性的测试与评价方法,包括性能检测平台、升力特性测试方法及指标、升力特性的评价方法。为了验证方法的可行性,对3种不同机型(分别为四旋翼机型Ⅰ、六旋翼机型Ⅱ、八旋翼机型Ⅲ)进行了升力特性指标的性能测试试验。试验结果表明:3种机型在功率载荷、重量效率、热效比等方面有较大差异,功率载荷最好的机型Ⅲ比最差的机型Ⅰ大7.6 m N/W,重量效率最好的机型Ⅰ比最差的机型Ⅱ大0.33,热效比最好的机型Ⅲ比最差的机型Ⅱ大10.5 N/℃,反映出3种机型在设计过程中整个动力系统效率、机型整体结构和材料选择上的差异,从而在整机作业性能上表现出差异。在上述指标测试的基础上,结合无人机动力系统数学模型,提出了运用功率载荷、重量效率和热效比进行电动多旋翼植保无人机升力特性综合评价的评分方法,对上述3种机型进行综合评分的结果为:机型Ⅲ机型Ⅰ机型Ⅱ,该结果表明所提出的评价方法能有效对不同类型电动多旋翼植保无人机的升力特性进行综合评判。该文所给出的测试与评价方法,不仅能用于电动多旋翼植保无人机性能的评测,还能为机型性能的进一步改进提供参考。     

楠杆自然保护区不同植被类型土壤物理特性及涵养水源功能分析

为了研究楠杆自然保护区不同植被类型的土壤物理性质与涵养水源功能,选择了保护区6种典型的植被类型（落叶阔叶林、针阔混交林、针叶林、灌木林、竹林和草坡）下的土壤物理性质、土壤蓄水能力和土壤渗透能力等进行了研究,运用综合评价法对不同植被类型进行了综合评价。结果表明:6种不同植被类型的土壤密度为0.97 1.55 g/cm³,土壤总孔隙度为35.73%～69.25%,最大持水量为357.32~692.45 g/kg。不同植被类型的土壤物理性质、土壤蓄水能力和渗透能力有明显差异。综合评价分析表明:在不同植被类型中,落叶阔叶林（∑P_i²=0.468）土壤水源涵养功能最好,其次是竹林（∑P_i²=0.784）、针阔混交林（∑P_i²=0.914）、针叶林（∑P_i²=0.984）、灌木林（∑P_i²=1.005）,没有植被覆盖的草坡（∑P_i²=1.431）上的土壤水源涵养功能综合能力相对较差。     

滇中本地和外来植物群落对紫色土理化性质的影响

在同一"气候-母质"条件下,本文研究了滇中飒马场流域4种处于不同演替阶段的本地植被群落和1种外来植被群落对酸性紫色土理化性质的影响。结果表明:随着灌草丛、云南松、针阔混交林到次生常绿阔叶林的本地植物群落演替过程,土壤的容重、pH、水溶性盐阳离子含量明显降低,而土壤粘粒、水解性酸、活性铝、有机碳、全氮含量显著增加,同时表层土壤有机碳和全氮占其剖面总含量的比例有降低的趋势。次生常绿阔叶林土壤0~150 cm土层的有机碳、全氮贮存量比灌草丛土壤的分别高出35 Mg hm-2和1.2 Mg hm-2,而其pH则比灌草丛土壤的低0.33。这反映出酸性紫色土的富铝化过程、生物富集过程和粘化过程随着植被演进而加强。桉树林土壤有机碳、全氮贮量和pH分别为93.04 mg hm-2、2.45 mg hm-2和4.49,与针阔混交林土壤的有机碳、全氮贮量和pH没有显著差异,但是其水解性酸度和活性铝含量均显著高于针阔混交林土壤的,表明长期种植桉树有加速土壤酸化的可能。     

土壤功能及其分类与评价研究进展

土壤功能及其分类与评价相关研究,可以为农业、环保、国土资源等部门制定土壤资源合理利用与管理提供科学依据。国际上对土壤功能有着不同的划分与评价方法,我国也正在进行探索性研究,本文对土壤功能分类与评价的研究背景与意义进行了阐述,分别整理了国内外土壤功能的概念与发展,归纳了土壤功能分类与评价的研究进展。不同学者根据其研究需要对土壤功能有不同划分,主要集中在作物生长、缓冲过滤、栖息地和基因库、自然景观和文化遗产、原材料生产、建设承载等几个方面;在已有土壤功能评价的研究中,有的学者在整体上对土壤的不同功能进行评价,有的则选择其中一到两个功能进行深入研究。最后,讨论了我国土壤功能分类与评价的研究方向。     

不同密度梭梭林对风速的影响

梭梭是干旱沙区主要的防风固沙树种,在民勤青土湖湖区选取具有不同密度分布的人工梭梭林,对照测定林带内外的风速变化.结果表明:林带宽度约为200 m,沿主风向由疏至密组合成非均匀林带,林带最大密度为276.8株/hm2.当外界风速达到8.0～10.0 m/s时,林带内0～400 cm高度范围内风速降幅在41.44%～72.22%,风速变异系数为无林区的两倍以上,且林带内无流沙,从而达到较好的防风阻沙效果.单株梭梭的大株型及稠密结构降低风速的幅度小于冠幅大而枝条较疏的植株.合理疏密结构的梭梭林带可有效降低风速,达到防风固沙的目的.     

不同大孔隙深度对土壤水分入渗特性的影响

利用特定粒径砂石和特制模具模拟同一有效面孔隙度、不同深度的大孔隙域.研究积水入渗条件下水分在其中的三维运移行为.实验研究表明,大孔隙的存在导致水分入渗湿润锋在入渗初期剧烈紊动,但随着入渗的推移湿润锋逐渐平稳且其稳定的转折时间和孔隙深度相关性较高;大孔隙域的存在使得水分迅速充满孔隙域并到达大孔隙域底部.造成初期水分垂直和径向两部分入渗,累积入渗增量随着孔隙深度的增大而加大并与孔隙深度呈一定的函数关系;大孔隙域的存在使得湿润锋在转折时间T_p前后表现出不同的现象,大孔隙域中心处的湿润锋为入渗过程中的最深值即特征湿润锋Z_(mf),实验分析Z_(mf)与孔隙深度Z在转折时间T_p前后呈同一函数关系但前后系数不同.利用偏差J_p对所建立的回归函数模型进行了累积入渗量I、特征湿润锋Zmf预测值和实测值之间的精度检验.结果表明其满足精度要求.