草莓干冰喷射速冻过程的数值模拟与优化

为了有效提高速冻后草莓的品质,该研究提出干冰喷射速冻草莓的方法,设计了干冰喷射速冻草莓的速冻间和干冰喷射装置,利用Comsol软件对速冻间内干冰喷射草莓速冻过程的温度场、速度场和压力场进行模拟,研究了不同干冰喷入速度(0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.40、0.50m/s),喷入口半径(18、20、23、25、30mm),以及干冰喷入速度为0.20、0.30 m/s时模型内干冰体积分数变化对草莓速冻效果的影响。结果表明:随着干冰入口半径的增加和干冰喷入速度的提高,草莓会更快的冻结。在入口半径为25 mm,流速为0.30 m/s情况下,可以高效实现草莓速冻。对干冰速冻草莓降温性能进行分析,并与现有液氮喷淋速冻草莓降温性能进行比较,结果表明:干冰速冻草莓通过最大冰晶带和草莓完全冻结的时间分别减少63.9%和41.7%,草莓能最大限度地保持原有的新鲜状态和营养成分。对优化的结果进行试验验证,草莓表面温度和中心温度达到标准时误差分别为3.70%和6.03%,草莓干冰速冻前后的品质指标均优于草莓速冻标准。研究结果为进一步开发节能环保的干冰速冻草莓装置提供参考。     

基于网络RTK的离心式无人机变量施药可行性初探

针对植保无人机施药准确性和作业效率需求的提高,验证网络实时动态(Real-Time Kinematic,RTK)载波差分技术在无人机施药上的可行性,设计了一种基于网络RTK的离心式变量施药系统。采用STM32F103为控制核心,通过串口获取GPS定位信息,并连接DTU模块实现网络RTK技术,通过脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)技术调节占空比的大小,从而调节离心喷头的转速以及蠕动泵的流量。系统在工作时,通过农情信息完成处方图构建,通过高精度GPS模块获取经纬度信息,在施药过程中系统实时检索无人机所在位置,调出处方决策信息,按照处方信息调节离心喷头和蠕动泵的输出比例,从而控制无人机的施药粒径大小和施药量大小,并将作业数据上传至监控平台。通过试验表明系统能正确执行变量施药任务;在使用离心喷头进行变量施药任务时,受到系统稳定性和离心喷头特性的影响,在处方交界区域会存在一个不稳定区域;离心喷头在较高转速下进行变化时,在处方交界区域粒径大小的变化越平滑。该结果满足预期试验设计,可为植保无人机变量施药技术改良提供基础与参考。     

基于特征选择和GA-BP神经网络的多源遥感农田土壤水分反演

土壤水分是影响水文、生态和气候等环境过程的重要参数,而微波遥感是农田地表土壤水分测量的重要手段之一。针对微波遥感反演农田地表土壤水分受植被覆盖影响较大的问题,该研究提出了一种基于特征选择和GA-BP神经网络(Genetic Algorithm-Back Propagation neural network)的多源遥感农田地表土壤水分反演方法。首先对Sentinel-1微波遥感数据和Sentinel-2光学遥感数据进行预处理并提取21个特征参数;然后采用差分进化特征选择(Differential Evolution Feature Selection,DEFS)算法从21个特征中选出包含10个参数的最优特征子集,并利用主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)法将特征子集进行降维;之后建立BP神经网络,采用遗传算法(GeneticAlgorithm,GA)对BP网络的节点权值进行优化,使用降维后的特征矩阵和部分实测土壤含水量数据对BP网络进行训练;最后利用训练好的GA-BP网络对研究区土壤水分进行反演,并利用实测数据对反演结果精度进行对比验证。试验结果表明,该研究反演结果的决定系数为0.789 3,均方根误差为0.028 7 cm~3/cm~3,相比单纯使用GA-BP神经网络,加入DEFS和PCA之后决定系数提高了0.215 7,同时均方根误差降低了0.029 5 cm~3/cm~3。该结果展示了DEFS和PCA算法在土壤水分反演最优特征集选择的有效性,为多源遥感农田地表土壤水分反演提供了新思路。     

不同污染时长土壤中石油烃的生物去除特性及影响因素

利用生物刺激法修复不同污染时长的土壤,比较了向新污染(污染7 d)和陈旧性污染(污染5 a以上)土壤中加入有机肥、有机肥+KNO_3复合物(C∶N=100∶10)、脱硫石膏等处理剂对土壤中石油烃的去除效果。结果表明:对于新污染黄绵土,向土壤中加入有机肥、有机肥+KNO_3对土壤中石油烃去除效果较好,修复150 d时土壤中石油烃去除率分别为60.13%、56.09%;对于陈旧性污染土壤,施入有机肥+KNO_3、脱硫石膏对石油烃去除效果较好,修复150 d时土壤中石油烃的去除率分别为36.62%、36.61%;生物刺激对新污染土壤中石油烃的去除效率高于陈旧性污染土壤。两种不同污染时长土壤中的石油烃生物降解均符合伪一级动力学。生物刺激修复使土壤的pH值由8.50～8.56降低至7.35～7.91。新污染土壤中石油烃的降解率与pH值呈显著负相关(相关系数为-0.789),与微生物数量呈显著正相关(相关系数为0.849);陈旧性污染土壤中石油烃降解率与土壤pH值呈显著负相关(相关系数为-0.683)。研究表明,土壤受到石油污染后立即进行生物刺激修复有利于土壤中石油烃的去除,影响不同污染时长土壤中石油烃生物降解的关键因素并不相同。     

包膜尿素在不同介质中氮素释放特性研究

培养不同膜材用量的包膜尿素(CRU1,CRU2)在25℃静水及不同土壤(白浆土、黑土、黑钙土)中的释放规律,研究介质及膜材用量对包膜尿素氮素释放的影响.结果 表明:氮素释放期方面,CRU1和CRU2在25℃静水中的释放期分别为30 d和100d,在白浆土中的释放期分别为37 d和182 d,在黑土中的释放期分别为36 ...     

基于RapidSCAN CS-45的新疆滴灌冬小麦氮肥推荐研究

为给滴灌小麦氮营养状况实时评估和氮肥合理施用提供参考,通过2年田间定位试验,以当地主栽品种新冬22号为试验材料,设置5个施氮水平(0、120、240、360、480 kg· hm-2),利用主动式光谱仪RapidScan CS-45获取各生育时期冠层归一化植被指数(NDVI)和归一化红边植被指数(NDRE),分析其与滴...     

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。     

雨养烟叶种植田无机氮淋溶特征

为了解烤烟种植下土壤氮淋溶与大田作物差异,评价烟田常规养分管理,探寻烟田无机氮淋溶的阻控策略。以贵州龙岗长期定位试验为平台,于2015—2017年开展常规管理下烟田氮素淋失及其影响因素研究。试验设5个处理:不施肥(CK)、化肥(NPK)、化肥+厩肥(NPK+M)、化肥+连作(NPK+L)、化肥+生物有机肥(NPK+BM)。结果表明,烟田全年无机氮淋溶量为3.62~6.08 kg/hm^2,氮肥净淋溶率为0.09%~3.29%。无机氮的淋溶损失主要发生在烤烟生长季,尤其是5—6月,其占总淋溶量的40.33%~65.86%。烟田淋溶液中氮素形态主要是有机态,无机氮的比例平均仅为29.83%,缓苗期和旺长期(5—6月)淋溶液中无机氮比例高于烤烟成熟期(7—8月),前者无机氮比例平均33.00%,后者其平均为26.67%。降雨是影响烟田淋溶损失的主要因素,无机氮淋溶量与月降雨量呈非线性相关。施用化肥导致无机氮淋溶显著升高,有机肥配施化肥降低了土壤溶液淋溶,降低了氮肥淋溶损失。与烤烟玉米轮作处理相比,烤烟连作处理显著降低了土壤水淋溶,使氮肥净淋溶率降低59.57%。综上,目前烤烟常规管理下,雨养农业区烟田无机氮淋溶强度不高,受降雨影响大,应注重有机无机配施降低无机氮淋溶,在养分管理中考虑如何降低有机氮淋溶,以提高氮素养分供应量。     

Microbial remediation of a pentachloronitrobenzene-contaminated soil under Panax notoginseng: A field experiment

Pentachloronitrobenzene (PCNB) is an organochlorine fungicide that is mainly used in the prevention and control of diseases in crop seedlings. Microbial removal is used as a promising method for in-situ removal of many organic pesticides and pesticide residues. A short-term field experiment (1 year) was conducted to explore the potential role of a PCNB-degrading bacterial isolate, Cupriavidus sp. YNS-85, in the remediation of a PCNB-contaminated soil on which Panax notoginseng was grown. The following three treatments were used:i) control soil amended with wheat bran but without YNS-85, ii) soil with 0.15 kg m^-2 of solid bacterial inoculum (A), and iii) soil with 0.30 kg m^-2 of solid bacterial inoculum (B). The removal of soil PCNB during the microbial remediation was monitored using gas chromatography. Soil catalase and fluorescein diacetate (FDA) esterase activities were determined using spectrophotometry. In addition, cultivable bacteria, fungi, and actinomycetes were counted by plating serial dilutions, and the microbial biodiversity of the soil was analyzed using BIOLOG. After 1 year of in-situ remediation, the soil PCNB concentrations decreased significantly by 50.3% and 74.2% in treatments A and B, respectively, when compared with the uninoculated control. The soil catalase activity decreased in the presence of the bacterial isolate, the FDA esterase activity decreased in treatment A, but increased in treatment B. No significant changes in plant biomass, diversity of the soil microbial community, or physicochemical properties of the soil were observed between the control and inoculated groups (P<0.05). The results indicate that Cupriavidus sp. YNS-85 is a potential candidate for the remediation of PCNB-contaminated soils under P. notoginseng.     

水盐交互作用对河套灌区土壤光谱特征的影响

为探究土壤水盐交互作用对Sentinel-2卫星光谱特征的影响,该研究以内蒙古河套灌区沙壕渠灌域为研究区域,分别在2018年和2019年的4-5月共采集280个裸土期表层土壤样本,测定其土壤含水率和含盐量,并获取同步的Sentinel-2卫星遥感数据,构建基于土壤水盐-反射率原理的土壤光谱特征理论模型,在此基础上结合土壤水盐交互作用构建水盐交互模型,并比较2种模型对土壤光谱的模拟效果,分析土壤水盐交互作用对土壤光谱估算的影响。结果表明：1）土壤水盐交互作用对光谱的影响因波段类型和水盐含量的不同而有所不同。在可见光范围上影响相对较弱,其作用范围为-0.11～0.29;在近红外和短波红外范围上影响相对较强,其作用范围为-0.35～0.61;当水分或盐分中某个含量较高时对光谱影响较弱,其主要集中在-0.1～0.23;,在水盐含量程度相似时影响较强,其作用范围为0.3～0.6。2）与土壤光谱特征理论模型相比,水盐交互模型能明显地改善土壤光谱的模拟效果,能将模拟相关系数由0.14～0.44提升到0.29～0.70,均方根误差由0.032～0.082降低到0.029～0.068。该研究结果揭示了盐分和水分对光谱特征的干扰过程,为土壤盐分的估算提供策略与方法,对实现区域尺度上土壤盐分的精准监测具有一定的意义。