黄土高原刺槐林对土壤养分时空分布的影响

以不同树龄刺槐纯林林地和撂荒地作对比,研究了黄土高原刺槐人工林对土壤养分时空分布特征的影响。结果表明,刺槐林地土壤有机质、pH值、全氮、有效氮、有效磷、速效钾、交换性钙和交换性盐基总量随刺槐树龄增加无明确变化规律,土壤全磷和交换性镁含量则呈现波动性变化;刺槐林地土壤有机质、全氮、有效氮含量随土壤深度增加按幂函数衰减,有效磷含量有递减趋势,土壤全磷、速效钾、交换性钙、交换性镁和交换性盐基总量随土壤深度增加无明显变化规律,而土壤pH随深度呈波动性变化;与撂荒地相比,刺槐林地土壤有机质、全氮、有效氮、有效磷、速效钾、交换性钙、交换性镁含量及交换性盐基总量分别增加21.6%~96.8%,34.3%~160.1%,191.5%~238.4%,2.1%~24.1%,19.82%~92.71%,64.2%~80.0%,25.0%~46.5%和67.2%~89.5%,表明刺槐林对改善土壤养分状况具有重要作用。     

贮藏方式对4种药食两用植物种子萌发的影响

为探明4种药用植物种子萌发特性和解除休眠的最佳贮藏条件,4种药食两用植物包括野甘草(Scoparia dulcis)、车前(Plantago asiatica)、土人参(Talinum paniculatum)和鳢肠(Eclipta prostrata)种子进行30天的室温干燥贮藏、15℃暖层积、4℃低温层积和0℃冰冻贮藏,测定其萌发率和萌发速度。结果显示,4种植物种子扩散时活性极高(＞96%),土人参和鳢肠种子扩散时的萌发率分别为94%和98%,野甘草和车前种子扩散时萌发率不足30%。野甘草种子经过室温干燥贮藏(25℃：70.67%;25/15℃:26%)和15℃暖层积(25℃：82%;25/15℃:31.33%)其萌发率显著高于贮藏前(24-26%)、4℃低温层积(0.67-12%)和0℃冰冻贮藏(0-8%)的种子。经过4℃层积的车前种子萌发率(34%)显著大于贮藏前(29%)、室温干燥贮藏(16.7-18.7%)、15℃暖层积(11.3-13.3%)和0℃冰冻贮藏(0-0.6%)的种子。野甘草和车前种子在成熟时有较低萌发率,具有一定程度休眠;土人参和鳢肠为非休眠种子;室温干燥储藏和15℃暖温层积有效破除野甘草部分种子休眠、4℃低温层积可破除车前部分种子休眠,提高萌发率、加快萌发速度。     

脱涡致振式压电风力发电机性能分析与试验

为满足农业遥感监测系统的供电需求,减少化学电池对水和土壤的污染,提出一种脱涡致振式压电风力发电机,并从理论和试验两方面进行了研究。建立了脱涡致振式压电风力发电机的理论模型,通过仿真分析研究迎风角、压电振子长度及风速对压电振子变形量的影响,并对发电机样机进行了测试试验。结果表明,不同风速下均存在两个最佳迎风角,使发电机输出电压较大,压电振子长度为60、78mm,风速为7.6、11.6、12.4m/s时的两个最佳迎风角分别为(35°,135°)、(45°,125°)、(50°,120°)和(35°,120°)、(40°,115°)、(45°,110°)。当迎风角为120°时,存在最佳风速,使发电机输出电压达到最大;随着压电振子长度的增加,最佳风速由12.4m/s降低到8.4m/s,其对应的最大输出电压由16.6V增加为16.8V。当外接电阻为150kΩ、迎风角为30°时,试验测得最大输出功率为1mW。研究表明,根据实际风速确定合理的迎风角及压电振子长度可提高发电机的发电能力。     

基于随机森林回归的玉米单产估测

为了提高玉米单产估测精度,以河北省中部平原为研究区域,以条件植被温度指数(VTCI)和上包络线S-G滤波的叶面积指数(LAI)为特征变量,通过随机森林回归确定玉米主要生育时期VTCI和LAI的权重,构建加权VTCI和LAI与玉米单产的单变量和双变量估产模型。结果表明,基于随机森林回归的双变量估产模型精度最高(R~2=0. 303),达极显著水平(P 0. 001)。将随机森林回归双变量估产模型用于研究区域2012年各县(区)玉米单产估测,结果表明,53个县(区)玉米估测单产与实际单产的平均相对误差为9. 85%,均方根误差为824. 77 kg/hm~2,模型精度较高。基于随机森林回归双变量估产模型逐像素估测研究区域2010—2018年玉米单产,结果表明,玉米单产在空间上的分布特征为西部地区最高、北部和南部次之、东部地区最低,年际间的分布特征为在波动中呈先减少后增加的趋势。     

基于条件植被温度指数的夏玉米生长季干旱预测研究

为验证条件植被温度指数(VTCI)在夏玉米生长季干旱预测中的适用性,以河北中部平原为研究区,应用求和自回归移动平均(ARIMA)模型及季节性求和自回归移动平均(SARIMA)模型,对该地区VTCI时间序列数据进行分析建模预测。首先基于49个气象站点所在像素的VTCI时间序列数据,选取不同长度时间序列建立ARIMA模型,并分析时间序列长度与预测精度间关系,以期为时间序列长度选择提供依据;然后选择理想长度的VTCI时间序列数据,分别建立ARIMA模型和SARIMA模型,用于研究区域2017年夏玉米生长季VTCI预测,并分析评价两模型预测精度;最后采用性能较好的ARIMA模型逐像素建模预测,得到2016-2018年9月上旬至下旬VTCI预测结果。结果表明:基于ARIMA模型的VTCI预测精度与时间序列长度未呈现明显的相关关系,但随时间序列长度增加,模型预测精度逐渐趋于稳定;ARIMA模型对干旱的预测精度高于基于SARIMA模型,其1步、2步、3步VTCI预测结果均方根误差较SARIMA模型分别降低0. 06、0. 07、0. 09;ARIMA模型在不同年份夏玉米生长季VTCI1~3步的预测精度稳定性较好,2016-2018年1步、2步和3步VTCI预测结果绝对误差绝对值大于0. 20的像素平均百分比分别为5. 84%、6. 38%、8. 72%。     

加压条件下气力轮式精密排种器性能分

针对研制的气力轮式精密排种器,采用均匀设计法设计试验,运用均匀设计软件UST 1.0建立了大豆排种性能指标数学模型,分析气力条件下排种器设计参数对排种性能的影响规律.分析表明:气力条件下,排种性能指标主要受气压和作业速度影响,气压范围为1.4～1.8 kPa时粒距合格率达到85%以上,满足8 km/h速度以上大豆精密播种;充种角和清种角变化对排种性能影响不显著,充种角和清种角优化区域与常压条件下排种试验优化结果一致:充种角为46.35°、清种角为55°;气流方向对排种性能没有显著影响.     

白腐菌降解玉米秸秆条件的优化试验

针对白腐菌对木质素的独特降解能力和玉米秸秆在制取燃料乙醇方面的应用,对白腐菌降解玉米秸秆的降解条件进行优化,通过正交实验得出较好的发酵培养基的组成:玉米秸秆为5g,酒石酸铵为1 g/L,pH值为4.5,微量元素的体积为15mL, VB1的质量为100ug, 吐温80的质量浓度为0.01%,最佳诱导剂是二甲苯胺,表面活性剂是吐温80,最佳通气状况是用4层纱布封口.     

基于特征线方程N—S方程非增量型分离算法

为克服传统有限元方法求解流场时由于对流项占优而引起的求解振荡和基函数选择困难的问题,推导了基于特征线方程的粘性不可压N-S方程的增量型和非增量型分离算法的公式及求解步骤,并讨论了两者的Babuska-Brezzi条件.沿着特征线方向,N-S方程的对流项消失,方程矩阵是自伴随矩阵,可以自动满足有限单元法中能量泛函最小的要求,并可以给出合理的粘性耗散项.动量方程的求解采用非增量型分离算法,压力和速度可以采用任意阶次的插值函数,离散后的方程自动满足Babuska-Brezzi条件.为验证算法的可靠性,采用T3P3空间等阶次U-p单元计算了方柱绕流.结果表明：基于特征线方程的非增量型分离算法可以很好地应用于粘性不可压流场的计算,与目前流行的其它方法相比,该算法有明显的优势.     

基于弹道理论有风条件下折射式喷头喷灌均匀度研究

为计算有风条件下折射式喷头水量分布及喷灌均匀度,以弹道轨迹理论为基础,依据风速分布模型,建立有风条件下折射式单喷头水量分布计算方法,采用该方法模拟出有风条件下Nelson D3000型喷头倒挂安装方式下水量分布特性,通过与实测资料进行对比,验证了模拟具有较高的准确度,可应用于有风条件下折射式喷头水量分布计算。在此基础上,选用4.76 mm(24号)喷嘴直径,模拟出不工况下单喷头水量分布,计算出组合情况下喷灌均匀度,分析了风速、风向、喷头间距、工作压力和安装高度5种因素对喷灌均匀度的影响,并对蒸发漂移损失进行了分析。结果表明:95%的置信区间下,喷头布置间距对喷灌均匀度的影响最显著,其次是安装高度和喷头工作压力,风速和风向对喷灌均匀度影响不显著。风速、喷头工作压力和安装高度都会对蒸发漂移损失产生影响,其中工作压力影响最大。当选用Nelson D3000型喷头在风速小于6 m/s的环境下喷灌时,应将喷头安装间距固定在2.13~3.04 m范围内。另外,该安装间距范围内,喷头安装高度和喷灌压力增大后,喷灌均匀度增大的效果不明显,因此应采用低压喷灌以降低喷灌系统运行成本;考虑到较高的喷头安装高度会产生较大的蒸发漂移损失,喷灌时还应适当降低喷头安装高度,以提高喷灌水分利用率。     

轴流泵失速工况下非定常流动特性研究

为了研究轴流泵在失速工况下的流动特性,对某原型立式轴流泵进行非定常数值计算,对比分析了设计工况以及失速工况下泵内部典型流动结构与压力脉动特性,揭示了失速工况下低频压力脉动的产生机理,利用真机压力脉动测试验证了数值计算方法的可靠性。研究表明:失速工况下叶片背面的前缘靠近轮缘一侧以及尾缘靠近轮毂一侧存在回流区;设计工况下叶轮进口处以及导叶体中段压力脉动主频为叶片通过频率,叶轮出口部位由于受到动静干涉作用,主频为导叶通过频率,导叶体出口部位由于远离旋转叶轮,叶频主导作用减弱;深度失速工况下泵内部压力脉动系数幅值显著增加,其中导叶体出口处G6点在深度失速工况下压力脉动系数幅值为设计工况的16倍;深度失速工况下叶轮出口处监测点P6、导叶体中段监测点G2以及导叶体出口监测点G6出现频率为0.83 Hz的低频压力脉动;失速工况下导叶体内涡核心区域与导叶流线图中存在的漩涡的发展、演化规律基本一致,两者的频率均为0.86 Hz,与低频压力脉动的频率(0.83 Hz)较为接近,因此可以证明低频压力脉动由导叶内漩涡诱导所致。