应用TDR对土壤含水率及土壤冻结融解深的计测

运用 TDR(Time Domain Reflectometry)计测土壤含水量 ,80年代以来就受到了瞩目 ,到今天为止TDR方法在土壤盐分浓度 ,浸润面深度 ,冻结融解面深度等许多领域得到广泛应用。为了确认在运用 TDR方法进行土壤含水率测定时介电常数 ε与含水率 θ之间的关系曲线的滞后现象的有无 ,以及确认运用 TDR方法计测土壤冻结融解面深度的有效性 ,进行了一系列的实验。实验证明 ,在运用 TDR方法进行土壤含水率测定时介电常数ε与含水率θ之间的标定曲线中没有出现滞后现象 ,运用 TDR方法计测土壤冻结融解面深度不论在室内实验还是在田间实验中都很有效 ,并取得了较高的精度。     

基于水盐生产函数的绿洲灌区水盐调控研究

土壤次生盐碱化是新疆灌溉农业所面临的最大环境问题。灌溉农业的快速扩展与灌排系统不完善是造成土壤次生盐碱化发生与恶化的关键因素。以水盐生产函数为依据,计算了不同生育阶段及全生育期阶段棉花相对产量与土壤全盐的关系,依据该计算结果对塔里木灌区的土壤盐化程度做了初步划分。基于塔里木灌区地下水埋深较浅且多为微咸水的事实,比较深入地探讨了地下水合理的动态水位及作物对潜水利用问题。最后,提出了灌区水盐调控的对策,强调排水系统的通畅运行是控制土壤次生盐碱化的关键,通过排水系统和减少灌溉定额使作物生长期的地下水埋深控制在1.6~2.1 m内,不但可以减少排水成本,而且也可使作物充分利用地下水,同时促进塔里木河水质的改善。     

Nitrate leaching in a silage maize field under different irrigation and nitrogen fertilizer rates

Quantification of the interactive effects of nitrogen (N) and water on nitrate (NO₃) loss provides an important insight for more effective N and water management. The goal of this study was to evaluate the effect of different irrigation and nitrogen fertilizer levels on nitrate-nitrogen (NO₃-N) leaching in a silage maize field. The experiment included four irrigation levels (0.7, 0.85, 1.0, and 1.13 of soil moisture depletion, SMD) and three N fertilization levels (0, 142, and 189 kg N ha⁻¹), with three replications. Ceramic suction cups were used to extract soil solution at 30 and 60 cm soil depths for all 36 experimental plots. Soil NO₃-N content of 0-30 and 30-60-cm layers were evaluated at planting and harvest maturity. Total N uptake (NU) by the crop was also determined. Maximum NO₃-N leaching out of the 60-cm soil layer was 8.43 kg N ha⁻¹, for the 142 kg N ha⁻¹ and over irrigation (1.13 SMD) treatment. The minimum and maximum seasonal average NO₃ concentration at the 60 cm depth was 46 and 138 mg l⁻¹, respectively. Based on our findings, it is possible to control NO₃ leaching out of the root zone during the growing season with a proper combination of irrigation and fertilizer management.     

土壤固化剂新材料在衬砌渠道中的应用研究

在内蒙古河套灌区首次采用固化土衬砌渠道作为渠道防渗抗冻的新技术。简要说明土壤固化剂原理,通过室内试验得出固化土性能,通过施工实践总结出固化土施工工艺。应用已有和自行开发的土壤固化剂制作固化板,进行防渗、抗冻观测试验,对冻深、冻胀量、防渗效果和工程造价作出定量结论,已在大型灌区田间渠道衬砌中推广应用。     

精密播种机下压力和播深CAN总线监控与评价系统研究

为实现精密播种作业中播种下压力和播深的实时监控和质量评价,设计了一种多行播种机下压力和播深CAN总线监控与评价系统。系统采用基于角度和轴销传感器的播深和下压力测量装置,优化设计了液压驱动和分区控制的气压驱动装置,开发了基于CoDeSys(Controlled development system)编程环境的智能终端交互界面和ECU(Electronic control unit)控制程序,实现了基于CAN总线通信的作业参数监测控制和质量评价。通过搭建的室内试验台完成了播深和下压力静态建模试验,建立了适应不同设定播深的下压力测量模型。分区控制系统响应测试试验表明,在调节范围(0.2~0.6 MPa)内,系统超调量低于5.97%;响应时间与控制行数和设定气压正相关;在设定气压(0.1~0.6 MPa)范围内,6行播种机调节时间不超过2.35 s。为测试系统工作性能,在25、50、75 mm 3种设定播深下,对左区控制(600 N)、右区控制(300 N)、机械调节和自重调节4种控制方式进行了田间性能试验。土壤压实和播种下压力控制效果试验表明,主动分区控制方式可实现更为稳定的土壤紧实度,且在浅旋地块环境下,右区控制方式可达到最优的下压力稳定性,其控制合格率不小于95.78%;播深控制效果试验表明,随着设定播深的增大,播深质量显著降低,在设定播深25~75 mm范围内,左区控制、右区控制、机械调节和自重调节对应的最小播深合格率分别为91.92%、92.53%、70.44%和58.72%,对应的最大标准差分别为2.22、3.11、3.69、7.70 mm,对应的最大变异系数分别为3.52%、4.40%、4.96%和14.01%。相比机械调节和自重调节,分区控制系统提高了单体下压力和播深稳定性。     

不同地下水埋深条件下农田潜水蒸发试验研究

不同潜水埋深下裸地逐旬日平均潜水蒸发过程表现为:夏季最强,春季和秋季较弱,冬季最弱。随着地下水埋深的增加,潜水蒸发量呈现降低的趋势。裸地累计潜水蒸发量随埋深增大而减少,二者符合幂函数关系。当潜水埋深较小时,潜水蒸发与直径20 cm蒸发皿的水面蒸发量的关系接近直线,随着埋深加大,当水面蒸发强度增大到某种程度,曲线的斜率逐渐变小。降水对裸地潜水蒸发的影响主要是2个方面的作用:有降水时大气蒸发能力接近于零,同时降水补给了土壤水而削弱了毛管作用从而降低了潜水蒸发。     

延安丘陵沟壑区坡面果园土壤水库特征

测定了坡面果园土壤水库特征曲线;借助黄土高原丘陵沟壑区坡面果园土壤水分长期定位观测,分析了坡面果园土壤水库的调节深度受坡向影响,其中阴坡调节深度大于阳坡;土壤水库来水受土壤入渗的影响,耗水受蒸发的影响,表现出一定的季节性。     

特种优质水稻灌溉技术的试验研究

为了达到节水、改土和增产的目的,通过研究灌溉方式对耗水量、灌溉定额、灌水次数和特种优质水稻生长发育及其产量的影响,水文年型和品种对耗水量的影响,优选出了特种优质水稻最适宜的田间水分控制模式。     

基于一维轻量化CNN的山地索道轴承故障诊断

为保证山地果园索道安全稳定运行,并在网络环境较差的山地果园实现对索道驱动系统轴承故障诊断,该研究提出了一种一维端对端轻量化CNN检测方法1D-MRL-CNN（one-dimensional mountain ropeways lightweight convolutional neural network ）,直接对采集到的一维振动信号进行检测。基于残差结构（residual structure）和深度可分离卷积（deep separable convolution）,引入BN（batch normalization）层,在保证检测精度的同时大幅度降低模型的参数量和复杂度,并提升鲁棒性和泛化能力,适用于索道的变负荷工作状态;采用改进stem block模块、h_swish激活函数并在主体模块最后一层添加通道注意力机制（squeeze and excitation, SE）,提高网络模型的特征提取能力。为了验证模型的综合性能、变负荷工况下的稳定性以及抗噪声干扰性能,利用帕德博恩（paderborn university, PU）和凯斯西储（case western reserve university, CWRU）数据集进行试验验证。PU数据集试验结果表明,该方法故障分类准确率达99.43%,相比同类最优网络分类准确率提高0.97个百分点;参数量为83.44 kB,分别是Resnet18、VGG16、MobileNetV3-large和ShuffleNetV1模型的2.19%、0.81%、2.84%和3.31%。CWRU数据集试验结果表明,该方法在变负荷工况下的平均准确率达96.70%,比Resnet18、WDCNN和MobileNetV3-large网络分别高9.1、4.7和10.5个百分点;在4种噪声工况下的平均识别准确率达99.14%,比Resnet18、WDCNN和MobileNetV3-large网络分别高4.74、1.24和5.51个百分点。最后通过自建数据集对模型的实际工况故障分类效果进行验证,1 400个样本中仅有2个故障样本预测错误,准确率达99.86%。本研究的网络模型参数量小、准确率高,在变负荷和有噪声的工况下鲁棒性较高,适用于山地果园运输索道的轴承故障检测。     

色季拉山不同深度土壤真菌多样性的海拔分布格局及其影响机制

明确土壤真菌生物多样性的形成与维持机制是理解真菌生物地理分布格局的关键,但是目前对深层土壤真菌多样性的海拔分布格局及其影响机制知之甚少。本研究在西藏色季拉山3 300～4 600 m海拔梯度下采集表层（0～20 cm）及底层（40～60 cm）土壤样品,基于ITS rDNA高通量测序分析,揭示不同深度土壤中真菌多样性的海拔分布特征及其影响因子,并基于生态位属性计算探讨真菌群落的共存特征。研究表明,在表层土壤中,真菌丰富度及香农多样性均随海拔升高而显著降低。在底层土壤中,真菌丰富度随海拔升高而显著降低,而香农多样性则表现出先升高后降低的单峰模式。真菌群落组成的差异性（β多样性）在土壤表层及底层均随海拔梯度的增加而显著增加, pH和土壤湿度分别是表层和底层土壤真菌群落组成沿海拔梯度变化的关键驱动因子。对真菌群落生态位宽度（Bcom）和生态位重叠值（Oik）的计算结果表明,土壤真菌的环境适应性和代谢灵活性随海拔升高而降低,并且低海拔以及表层土壤中各真菌种群在资源利用或生境适应性上具有更高的相似度。以上研究结果揭示了环境过滤及种群共存特征对土壤真菌多样性海拔分布格局的关键影响,有助于深入了解青藏高原高寒生态系统中土壤真菌群落多样性形成和维持机制。