基于注意力机制神经网络的荒漠区蒸散量模拟

该研究对基于注意力机制的长短期记忆（Attention-Based Long Short Term Memory,AT-LSTM）模型对蒸散量（Evapotranspiration,ET）模拟的可行性和有效性进行验证,以提高环境数据缺失情况下的蒸散量模拟精度。基于盐池县2012-2017年的每30 min环境数据,利用不同环境因子组合构建基于注意力机制的LSTM模型,并将其与极限学习机（Extreme Learning Machine,ELM）模型、支持向量机（Support Vector Machine,SVM）模型、长短期记忆（Long Short Term Memory,LSTM）模型在日尺度、月尺度和季节尺度上进行对比分析。结果表明：与其他3种模型相比,当输入环境因子变化时,AT-LSTM模型模拟精度变化很小,模拟效果均较好。当输入空气温度、净辐射、相对湿度、土壤温度、土壤含水率所有环境因子时,基于AT-LSTM模型的模拟效果最好,均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）为0.013 mm/30 min,平均绝对误差（Mean Absolute Error,MAE）为0.006 mm/30 min,相关系数（Correlation Coefficient,R）值为0.905。且无论是从小时尺度、日尺度和月尺度来看,AT-LSTM模型的模拟效果均优于其他3种模型。在环境因子缺失的情况下,净辐射对盐池县ET的模拟贡献程度最大,仅输入净辐射时,AT-LSTM模型模拟得到的RMSE和MAE分别为0.014、0.007 mm/30 min,R为0.892。AT-LSTM模型模拟精度高,模型稳定性强,对蒸散量模拟预测具有一定的适用性,仅输入净辐射的AT-LSTM模型可以作为环境数据缺失条件下的蒸散量预测模型。     

籼稻93-11类病斑突变体的特征研究

水稻类病斑突变体是研究系统性抗病机理的理想材料。通过对籼稻93-11干种子进行辐射诱变,筛选获得了156株稳定遗传的水稻类病斑突变体,根据病斑表现型将其分为9类。突变体的病变组织大部分从播种后4~5周开始出现。通过体外接种试验,发现与野生型93-11相比,spl078和spl104对白叶枯病和稻瘟病的抗性增强。用荧光定量PCR技术对spl073,spl078和spl104中抗病相关基因PBZ1,POC1,PR1,PAL3和POX22.3的表达情况进行研究,结果表明,spl078和spl104中这些基因的表达水平高于野生型和其它突变体。进一步研究类病斑的产生与抗病通路标记基因之间的关系显示,这些标记基因在病斑形成过程中表达明显变化;而病斑形成后,表达相对稳定。本研究结果为进一步研究水稻广谱抗病机制和抗病育种提供了良好的实验材料。     

大都市边缘区三级基本农田集中保护区分级划定及调控机制

针对大都市边缘区城市拓展与农地保护矛盾尖锐、景观破碎化、权属细碎化、整体布局稳定性差等问题,开展三级基本农田集中保护区分级划定及调控机制研究,对大都市边缘区保红线保发展促集约促创新具有重要意义。该文以北京市昌平区为例,提出三级基本农田集中保护区划定的总体思路,构建基本农田集中保护区识别指标体系,划定基本农田集中保护区,并将基本农田集中保护区分为市区乡三级,在此基础上探讨基本农田集中保护区分级调控机制。研究划定了1个市级基本农田集中保护区、6个区级基本农田集中保护区、6个乡级基本农田集中保护区,规划土地整治复耕1 149.97 hm2,使单位基本农田经营规模提高到38.76 hm2,使3 hm2以下细小图斑降低至1.21%,实现了昌平区内96.63%的基本农田集中连片保护,建立了规划调控、用途管制、奖惩联动分级调控机制。研究结果可为国家制定基本农田保护区分级保护政策和开展同类研究提供参考,为地方政府提高基本农田保护区保护质量和管理效率提供思路借鉴。     

基于农户分化的村域居民点用地特征分析

从地块尺度探讨农户分化背景下的农户层面居民点用地演变特征及其趋势,为构建农村居民点用地分类调控方向与模式提供依据。以重庆市潼南县崇龛镇古泥村为典型案例,从农户家庭收入、就业职业、就业地点3个方面对农户分化类型进行界定基础上,解析农户地块尺度居民点用地规模、形态、内部功能结构等方面的分异特征。结果表明,农户地块尺度居民点用地规模存在"农业种养殖主导生计类型"农户户均面积最大,"既离土又离乡式非农主导生计类型"农户人均用地面积最大,"离土不离乡式非农主导生计类型"农户户均用地面积和人均用地面积均最小;非农型、农业型农户地块尺度居民点用地斑块空间形态最复杂,就地非农型和农业主导型农户居民点用地斑块空间形态较为简单,且趋于规整的方形;就地非农主导型、农业主导型农户房屋形态更为紧凑和集约,农业型农户房屋形态更为松散和粗放;就地非农主导型、农业主导型农户房屋结构以砖混结构为主,非农型农户土木结构所占比例最大;农户分化对其居民点生产功能占地比例影响不大,农户非农化对其居民点居住功能影响较为显著,即农户非农化程度越高,其居民点居住功能越强;农户层面上居民点服务功能比例偏大是造成户均用地偏大和集约利用水平低下的重要因素,也是未来管制户均用地规模的重要突破口。     

城市土壤重金属有机酸淋溶特征与动力学机制

以典型工业城陕西省铜川市土壤为研究对象,采用BCR(欧共体标准物质局)连续形态分级法和Hakanson潜在风险指数法分别研究了人类活动性元素Pb,Cu,Cr,Zn的形态分布特征、环境迁移与生态风险;利用振荡浸提动力学试验(25℃平衡振荡24h)探讨了人工合成低氨基多羧酸(APCAs)乙二胺四乙酸(EDTA)、二乙烯三胺五乙酸(DTPA)和低分子有机酸(LMWOAs)抗坏血酸(Vc)对重金属Pb,Cu,Cr,Zn的淋溶解吸特征与动力学机制。结果表明,铜川市工业区土壤重金属污染程度严重,总体潜在生态风险程度较强;重金属Zn和Cu的环境迁移趋势较大。淋溶动力学试验表明,不同类型有机酸对土壤Pb,Cr,Cu和Zn的淋溶解吸具有相似的动力学过程,但淋溶速率和解吸量随有机酸的不同各异。重金属Pb,Cr,Cu和Zn各形态量之和与有机酸EDTA和DTPA淋溶解吸量呈指数关系,而与低分子有机酸Vc淋溶解吸量成线性关系。从而进一步表明低分子有机酸Vc与氨基多羧酸类有机酸EDTA和DTPA对土壤重金属Pb,Cr,Cu,Zn淋溶解吸机制不同。     

三峡库区传统耕作措施水土保持机理研究

通过大量野外勘查、测量数据,说明了传统耕作措施的规律性及其坡长与坡度特征参数,同时将物理过程侵蚀模型(WEPP)模拟结果与实测数据进行对比分析,主要从坡长因子的角度阐明了传统耕作措施的水土保持作用机理。研究结果表明,实测的5°~10°、10°~15°、15°~20°、20°~25°、25°~30°坡面对应的坡长分别为7~10 m、5~7 m、4~6m、3~5 m、3~4 m,与同一坡度条件下WEPP模拟的坡面侵蚀发生的突增拐点值比较接近;传统耕作措施通过缩短坡长来分散坡面径流,阻止细股流的形成,从而有效防止了坡耕地中主要的侵蚀类型——细沟侵蚀。     

宝鸡峡灌区耗水量变化规律及影响因素分析研究

综合目前各种耗水量的概念或定义,从关中灌区水资源形成及转化的角度出发,并考虑到灌区以农业灌溉为主,兼有其他行业供水、用水、耗水及排水为一体的特点,界定了灌区耗水量的概念。通过对灌区用水对象和耗水机理的分析,建立了灌区耗水量计算模型。通过模型计算与分析,表明农业用水耗水量是宝鸡峡灌区的耗水大户;灌区1991～2003年耗水量总体呈小幅度递减趋势波动,与农业用水耗水量的变化趋势一致,而工副业、城市及农村生活用水耗水量呈线性递增的趋势,灌区农业用水耗水量的变化支配着总耗水量的变化。     

防虫网对节能日光温室通风性能影响的研究

自然通风是决定日光节能温室质能平衡和调节微生态环境平衡的重要因素。为了提高节能日光温室的环境管理和结构设计水平,有必要研究防虫网对日光温室通风性能的影响,以提高日光温室的绿色产品生产率。因此,运用气体衰减示踪技术和数理统计理论,研究了日光温室不同形式通风机构的通风性能。试验研究表明在通风口处装设防虫网会显著地减少日光温室的通风率,有时可高达50%。研究还表明,无论装设有无防虫网,卷膜通风机构比拉膜(推膜)通风机构都具有较大的通风率,有时前者是后者的1.4倍左右。     

油菜精量直播机凸轮摇杆式播量调节机构设计与试验

针对不同区域的油菜种植农艺差异、不同播期播量差异及播量范围变化大的生产实际,该文设计了一种输出轴与输入轴转速速比范围为0.1～0.45的凸轮摇杆式油菜精量直播机播量调节装置。解析了调节机构的基本运动原理,分析了凸轮摇杆机构凸轮轮廓曲线及从动件运动规律,所设计凸轮轮廓曲线呈纺锤形,从动件位移曲线为螺旋曲线,从动件速度变化曲线为一峰三柱点曲线,从动件角速度变化曲线为2条不同振幅与频率的正弦曲线合并而成。开展了播量调节装置速比精确性和对排种器排种性能影响试验。试验结果表明,不同输入轴转速下,速比为0.2～0.45时播量调节装置输出轴转速相对误差值对比速比为0.1～0.2时较小,平均误差低于3.8%;不同输入轴转速、种床带前进速度下播量调节装置对排种器排种性能影响较小,播量调节装置可实现油菜不同播量需求。预调播量为5 500和6 720 g/hm2进行田间试验,结果表明,油菜各行1 m内平均苗数为16和20,符合预调播量;各行苗数一致性变异系数为6.48%和8.19%,播量调节装置满足油菜对变量播种的农艺要求。     

自走式果园气爆深松施肥机打穴机构运动学分析与试验

针对果树生长期人工挖坑施肥作业效率低、劳动强度大、成本高而且极易损伤果树根系的问题,该研究基于履带自走式果园气爆深松施肥机打穴机构的设计要求,研制了一种双油缸同步驱动液压打穴机构,以实现施肥插杆垂直插入地面400 mm以下深层土壤,满足整机对果园气爆松土、深位定量施肥的作业要求。首先分析了该打穴机构的组成及工作原理,建立了其运动学模型,研究了打穴油缸及主要构件的运动特性。并在确定优化目标的基础上,采用Visual Basic 6.0开发了可视化的打穴机构运动学辅助分析与优化设计软件,通过人机交互分析,优选出一组满足果园气爆深松施肥机打穴深度和机构运动空间位置要求的打穴机构参数。进一步通过ADAMS软件对打穴机构进行运动仿真,结果表明油缸活塞杆的运动轨迹和摇臂铰点的运动轨迹与理论分析结果一致,优选参数可以满足打穴机构的设计要求。最后在优选参数下,以打穴入土时间和油缸压力为试验指标,分别对3种不同直径插杆（30、35、40 mm）在最大打穴深度要求下进行了试验测试,并对打穴垂直度进行了试验验证。试验结果表明：该打穴机构能够满足各项设计要求,在最大打穴深度760 mm时,油缸最大行程为191 mm;打穴入土时间和油缸压力均随着插杆直径增大而增加,30、35、40 mm直径插杆都满足打穴作业的时间和油缸压力要求,打穴入土时间分别为6.4、7.5、8.2 s,油缸压力分别为18.2、24.2、24.6 MPa。同时对3种直径插杆在相应的打穴入土时间（6.4、7.5、8.2 s）内的油缸活塞杆速度与插杆速度进行了对比分析,对应的插杆入土速度分别为0.119、0.101、0.093 m/s,油缸活塞杆速度分别为0.025、0.021、0.019 m/s,插杆速度和油缸活塞杆速度均随着插杆直径的增大而减小,而且对于3种插杆直径,前者速度均大于后者速度,二者速度差也随着插杆直径的增大而减小。本文研究可为果园气爆深松施肥机液压打穴机构研发与改进优化提供参考。