仿生注液沃土装置工作参数的优化与试验

为探索仿生注液沃土装置在土壤内部作业时工作参数对工作阻力和土壤粘附量的影响规律,优化作业参数,以保障并提高注液沃土装置作业质量,同时降低工作阻力和土壤粘附。该研究采用Box-Behnken试验优化设计方法,通过搭建农机土槽台车试验系统以模拟田间作业环境,开展注液沃土装置样机工作参数优化试验,将入土深度、注液量、土槽台车速度3个工作参数设为自变量,将工作阻力和土壤粘附量设为响应值,建立多元二次多项式回归方程,根据自变量与响应值之间的关系,优化仿生注液沃土装置的工作参数。结果表明:以土壤粘附量和工作阻力为响应值建立的回归方程模型拟合度良好;入土深度、液肥流量和工作速度对降低工作阻力和减小土壤粘附量的影响均显著,且入土深度和速度存在交互效应;试验因素对注液沃土装置降低工作阻力和减小土壤粘附量的影响程度为:入土深度>速度>流量,得到最优的工作参数为:入土深度11 cm、速度1.0 m/s、流量350 g/s。在最优工作参数条件下,注液沃土装置的工作阻力为260.01 N,土壤粘附量为8.73 g。该研究工作为注液沃土技术的应用和推广提供了参考依据。     

冷冻干燥参数对塌陷温度的影响分析

利用冻干显微镜研究了溶液冷冻干燥过程中降温速率、升华压力、溶液质量分数对干燥层塌陷温度Tc的影响,采用差示扫描量热法测量了溶液的玻璃化转变温度T′g。实验结果表明,对于10%蔗糖/水二元溶液,降温速率虽然能改变冰晶大小,但对塌陷温度没有明显的影响。而对于10%叔丁醇/10%蔗糖/水三元溶液,T′g和Tc均随降温速率增大而显著降低。压力对塌陷温度影响不大。溶液质量分数不同,塌陷温度略有变化。     

Temporal variation in soil carbon in various paddy soil types in a cold temperate continental monsoon climate

Soil organic carbon (SOC) is the most important carbon pool in the terrestrial ecosystem. However, temporal variations in paddy SOC under a temperate continental monsoon climate are poorly understood. Here, we demonstrate that significant SOC variations occur in meadow soil (MS), black soil (BS) and planosol (PS) paddy soils. Several soil samples were collected from different regions where rice was cultivated for 1, 6, 10, 23 and 40 years for MS samples; for 1, 6, 10, 20 and 35 years for BS samples and 1, 5, 10, 15 and 25 years for PS samples. The total organic carbon (TOC) content and humus organic carbon (HOC) content were found to increase as the rice cultivation duration increased, while the mineralizable organic carbon (MOC) content and carbohydrate organic carbon (COC) content exhibited the opposite trend. The relationships between the relative carbon accumulation (Y) in the three soil types and time (X) were consistent with the following models: Y_TOC = 0.9973X^0.0245, Y_HOC = 0.9936X^0.0457, Y_MOC = 1.023X^−0.073, and Y_COC = 1.040X^−0.059, describing the temporal variation in the various forms of organic carbon in paddy soils under a temperate continental monsoon climate. The results of this study provide a reference for soil carbon pool management and fertilization management.     

基于CERES-Rice模型的覆膜旱作稻田增温效应模拟

水稻覆膜旱作技术具有显著的节水、增温、防污和减排效应,是节水稻作技术体系的重要措施之一,将CERES-Rice模型用于覆膜旱作条件时,必须首先解决覆膜增温效应的准确模拟问题。该文拟应用热量传输理论及目前旱地作物生产系统中采用的覆膜增温效应模拟方法,来模拟水稻覆膜旱作生产体系中的增温效应,从而为完善CERES-Rice模型并使其能用于覆膜旱作水稻的生长模拟奠定基础。参数调校与模型检验验证通过2013、2014年在湖北房县开展的2 a水稻覆膜旱作田间试验来进行,共涉及淹水(对照)、覆膜湿润栽培和覆膜旱作共3个水分处理,分别对2个生长季、2个覆膜处理地表5 cm及地下10、20 cm处温度的变化过程进行了模拟,结果表明:经过参数调校后,所建立的覆膜增温模型可较好地模拟覆膜稻田地表和剖面上土壤温度的变化规律,地表5 cm处土壤温度模拟值与实测值的均方根差、相对均方根差分别低于1.8℃和10%,相关系数在0.89以上(P0.01);尽管地下10、20 cm处的模拟误差稍大,也基本可满足要求,相应的均方根误差3.2℃,相对均方根差15%,相关系数0.65(P0.01)。     

基于线性源法与图像处理的土壤饱和导水率快速测量方法

土壤饱和导水率是计算土壤剖面水通量以及设计灌溉和排水系统的重要参数,其测量准确与否直接影响各类水文和水动力学模型的预测精度。然而,现有土壤饱和导水率测定方法费时费力,给土壤水动力学研究工作带来了诸多不便。为此,该研究提出了一种基于线性源入流法与手机图像处理相结合的土壤饱和导水率快速测量方法。该方法首先利用手机拍照获取图像记录充分供水条件下线性水流在土壤表面扩散的过程,图像经处理后计算出土壤表面湿润面积及其随时间的变化关系,然后根据线性源入流法估算的土壤稳态入渗率来测得土壤饱和导水率,并与传统的定水头标准法测得的饱和导水率进行对比。结果表明：图像经畸变校正与二值化处理之后计算出栓皮栎林区土壤、油松林区土壤和砂壤土表面湿润面积与时间具有较好的幂指数关系,决定系数R2分别为0.994、0.995和0.998;在此基础上,采用线性源入流法测量栓皮栎林区土壤、油松林区土壤和砂壤土的稳态入渗率（即土壤饱和导水率）分别为23.40±1.21、23.86±1.83和22.99±2.26 mm/h,同时使用定水头标准法测量三种土样得到的饱和导水率分别为24.41±1.53、24.26±0.37和23.81±0.10 mm/h,与定水头标准法相比,该研究提出的土壤饱和导水率测量方法的相对误差分别为4.14%、1.64%和3.42%。可见,该研究提出的测定方法较为合理、简便、准确,可为获取土壤饱和导水率提供一种新的测量手段,后续研究会将该方法用于野外环境下土壤饱和导水率的原位测定,并验证该方法的准确性。     

食品挤压机模头温度分布的研究

为了估计食品挤压机模头的温度分布,基于挤压机柱的热传导和流动能量的散发,该文做了一些必要的假设,并给出了相应的方程,计算热传导所需的参数、温度分布估计的数学方法及曲线。     

宁夏六盘山沙棘液流变化及耗水特性

基于热平衡法实测宁夏六盘山北坡天然沙棘茎干液流通量的变化,分析沙棘液流生长季内的日内和日际变化特征,并估算沙棘群落的蒸腾量.结果表明：1）沙棘液流日变化曲线在晴天表现出明显的单峰型,在夜间仍有液流运动,夜间液流量占总全天总液流量的12.87％ ～ 19.62％;液流通量主要受太阳总辐射、空气饱和水汽压差、气温和相对湿度等影响.2）6-9月,沙棘蒸腾速率呈明显的降低趋势;6-9月沙棘群落蒸散量为469.4 mm,略高于同期降水量,蒸腾量约占同期蒸散量的35.11％.3）以环境因子为自变量,以液流量为因变量,经过逐步回归,建立了多元线性模型,回归方程显著.     

覆盖及堆积高度对肉牛粪便温室气体排放的影响

为了研究覆盖对不同堆积高度肉牛固体粪便温室气体（N2O、CH4和 CO2）排放量的影响,试验采用静态箱的方法研究了20和40 cm堆积高度时覆盖或者不覆盖情况下肉牛粪便温室气体的排放量。结果表明,堆积40 cm的牛粪CH4的累积排放量显著高于20 cm处理,而N2O和CO2累积排放量显著降低。覆盖显著增加了牛粪N2O的排放量和40 cm高度牛粪的CH4排放量,降低了40 cm高度牛粪CO2的排放量,而对20 cm高度牛粪CH4和CO2排放无显著影响。根据CH4和N2O在100 a 尺度上相对CO2的全球增温潜势计算出综合温室效应,无覆盖处理的20和40 cm牛粪的综合温室效应分别为(101.07±6.28）和(94.67±3.29)g/kg,覆盖处理的20和40 cm牛粪的综合温室效应分别为(104.20±6.78)和(103.43±3.21)g/kg,堆积高度为40 cm且无覆盖的综合温室效应最小。