Roughness of biopores and cracks in Bt‐horizons assessed by confocal laser scanning microscopy

In structured soils, water and reactive solutes can preferentially move through larger inter‐aggregate pores, cracks, and biopores. The surface roughness of such macropores is crucial for describing microbial habitats and the exchange of water and solutes between macropores and the soil matrix together with other properties. The objective of this study was to compare the roughness of intact structural surfaces from the Bt‐horizons of five Luvisols developed on loess and glacial till and to test the applicability of confocal laser scanning microscopy. Samples of 5 to 10 cm edge length with intact structural surfaces including cracks with and without clay‐organic coatings, earthworm burrow walls, and root channels were prepared manually. The surface roughness of these structures was determined with a confocal laser scanning microscope of the type Keyence VK‐X100K. The root‐mean‐squared roughness (R_q) the curvature (R_cu) and the ratio between surface area and base area (R_A) were calculated from selected surface regions of interest of 0.342 mm² with an elevation resolution of 0.02 µm. The roughness was smaller for coated as compared to uncoated cracks and earthworm burrows of the Bt‐horizons. This reduction of roughness by the illuviation of clayey material was similar for the structural surfaces of the coarser textured till‐Bt and the finer‐textured loess‐Bt. This similarity suggested a dominant effect of pedogenesis and a minor effect of the parent material on the roughness levels of structural surfaces in the Bt‐horizons. An expected “smoothing” effect of burrow wall surfaces by earthworm activity was not reflected in the roughness values compared to those of uncoated cracks at the chosen spatial scale. However, for root channel walls from one loess‐Bt, the roughness was reduced as compared to that of other structures. These results suggest that the surface roughness of the structural surface types should separately be considered when describing preferential flow and macropore‐matrix exchange or analysing root growth, microbial habitats, and colloidal transport in structured soils. The confocal laser scanning microscopy technique was found useful for characterizing the roughness of intact structural surfaces.     

仿海豚皮肤结构的功能表面提高离心泵效率

为了提供一种可利用仿生功能表面提高泵类产品效率的方法,该文分别以鲨鱼皮肤及海豚皮肤表面结构为模仿原型,设计了2种仿生功能表面,模仿鲨鱼皮肤结构的功能表面为模型1,仿海豚皮肤结构的功能表面为模型2,并以吉林市奥吉通泵业有限公司生产的200QJ50-26离心式水泵为载体,进行了试验研究。研究结果表明,模型1可提高水泵效率2%~3%,模型2可提高水泵效率5%,且模型2在全流段范围内增效效果显著。利用氢气泡流动显示试验,从流场尾迹再附点及涡距2个方面说明了上述2种模型对流体介质的控制机制。试验结果表明,模型2相比模型1,其尾迹再附点距离降低5 mm,而尾迹涡距距离却增加3 mm。说明模型2的压差阻力得到降低,此外,模型2通过降低涡生成密度及速度的方式降低能量的耗散,其减阻效果更明显。该研究为仿生功能表面在以流体为工作介质的流体机械及在流体介质中运行的交通工具的全面应用提供了参考。     

4LZ-0.8型水稻联合收割机清选装置气固两相分离作业机理

为解决小型水稻联合收割机脱净率和损失率问题,提高脱粒清选质量,利用两相流动力学理论,分析了4LZ-0.8型水稻联合收割机脱粒清选分流筒中气流和杂物颗粒两相流动的规律。建立了杂物颗粒流的运动微分方程,导出了分离筒中杂物漂浮速度计算的一种方法,通过比较不同粒径、密度的物料的悬浮速度,得到了杂物颗粒最高速度与气流速度之比随气流速度变化的关系曲线,气流和杂物在分流筒及吸风管中运动时的压力损失随气流速度变化呈现先降后升的规律,压力损失中以加速损失和摩擦损失为主,各约占30%和26%。压力损失曲线存在最小值,此时的气流速度定义为经济气流速度。在喂入量为0.8 kg/s,谷草比为3:1脱粒条件下的经济的清选气流速度9.2 m/s,压力损失为630 Pa。该研究为4LZ-0.8型水稻联合收割机脱粒清选部件的参数优化设计及风机的选择提供了理论依据。     

稻麦联合收获开沟埋草多功能一体机行走及脱粒性能改进

针对自行研制的稻麦联合收获开沟埋草多功能一体机所存在的行走直线稳定性差、脱粒质量较低等问题。依据横向轴流式滚筒对稻麦秸秆的传递导流作用和二次复脱的原则,通过增设辅助滚筒的方法既改变出草口位置使开沟总成中移,消除整机偏向力,又延长秸秆在滚筒内的作用时间,提高谷物脱粒质量。其中:辅助滚筒总长为855 mm,导流角为18°,滚筒直径为452 mm,转速为1 350 r/min。性能测试表明:改进后自研一体机在0.27、0.58、0.85 m/s 3种不同工况下行走偏移度分别降低了93.9%、94.4%、93.3%,行走直线稳定性显著提高;小麦和水稻总损失率分别降低20.9%和11.8%,含杂率分别降低45.7%和21.4%。尽管水稻破碎率增加了7.4%,但脱粒的综合质量有较大提高。该研究增进了多功能一体机的适用性,为稻麦秸秆机械化集沟还田提供了参考。     

新疆西昆仑地区泥石流灾害分析与评价

[目的]评价研究区泥石流的危险性,找出适合新疆西昆仑地区泥石流灾害研究的技术和方法。[方法]以新疆西昆仑山脉西段马尔洋地区为研究对象,在充分收集、研究前人资料和有效利用其他信息源的基础上,通过对研究区ETM+影像数据的研究,对研究区泥石流灾害点进行了判读。结合DEM数据,对该区地形地貌进行了研究。[结果]选取了合适的泥石流灾害危险性评价指标体系。一般危险区、中度危险区、高度危险区、极度危险区,面积分别为:31.69,40.70,38.31,25.83km2,所占比例分别为:23.21%,29.81%,28.06%,19.92%。[结论]研究区泥石流灾害极度危险区和高度危险区占总面积的47.98%,主要分布在研究区的中部和西北部区域,为泥石流灾害高度危险性易发区。     

弧底梯形渠道无喉道量水槽水位流量关系数值模拟

目前为适应我国多数渠道断面方式和灌区管理方式,开发研制新型量水配套设施对灌区节水起着至关重要的作用。利用Fluent 6.3大型流体力学数值仿真软件,结合有限体积法、RNG k-ε湍流模型和VOF模型,在不同渠道底坡上对不同量水槽水位流量进行数值模拟试验研究。结果表明:（1）量水槽流态上游水面平稳属于缓流,量水槽槽内水流为急流,可知由缓流过度到急流必然会发生临界流,量水槽沿程弗劳德数可知量水槽喉口附近扩散段内产生临界流;（2）弧底梯形渠道无喉道量水槽具有较好的水位流量关系,渠道收缩比ε与渠道比降i对形成单值稳定的水位流量关系有较大的影响,随着渠道尺寸增大同时收缩比ε减小,量水槽水位流量逐渐在较大的底坡范围内形成统一的水位流量关系。（3）流量系数与量水槽宽和收缩比具有较好的线性关系,同时流量系数随R,H、ε的增大而变大,回归分析建立的量水槽流量公式,测流公式平均误差值小于5%,说明弧底梯形渠道无喉道量水槽测流是可行的,满足明渠测流要求。研究成果对灌区渠道量水槽的设计优化提供了一定的参考和建议。     

太阳能加温和沼液回用沼气工程的生态效益评价

为综合评价新型生态清洁技术应用下的规模沼气工程的综合生态效益,该文以北京市顺义区D沼气工程(同时应用沼液循环回用技术和太阳能-地源热泵增温保温技术)为研究对象,利用能量系统图和能值评价体系,从经济效益、环境效益和可持续性3个方面对该系统进行了综合性能值分析,分析了沼液循环回用和太阳能-地源热泵增温保温清洁技术的应用对规模化沼气工程生态经济效益的影响。结果表明:太阳能-地源热泵增温保温技术在规模化沼气工程中的使用,不可再生购买资源投入减少8.80%,系统可持续性提升18.75%,有效替代了化石能源的使用,生态经济效益明显。同时,沼液循环回用技术的应用,可使地下水投入减少65%,在沼气工程周边土地无法充分消纳该沼气工程产生沼液的条件下,可节省1.77E+05美元/a的农田消纳后的剩余沼液排污处理费,环境负荷率减小68.52%,能值可持续指标由0.03增为0.38,系统自我维持能力提升。因此,沼液循环回用和太阳能-地源热泵技术的应用对该沼气工程系统的经济、环境和生态效益有很大改善作用。     

长江上游梯级电站开发区泥石流的治理工程效果评估与减灾策略——以金沙江白鹤滩水电站为例

[目的]评估灾害性泥石流严重的长江上游梯级电站开发区泥石流灾害治理工程效果,为长江上游同类水电站的泥石流防灾减灾与治理效果评估研究提供思路。[方法]选择金沙江白鹤滩水电站施工区的矮子沟和大寨沟泥石流治理工程为案例,通过2013—2015年连续3a的现场跟踪调查分析,结合模型计算对矮子沟和大寨沟泥石流峰值流量过程进行计算,分别评估2014和2015年矮子沟、大寨沟泥石流治理工程效果,并进行泥石流危险性评价。[结果]基于长江上游梯级电站开发区泥石流灾害特点,提出了长江上游梯级电站开发区泥石流治理工程效果评估模式,并提出了基于风险控制的水电工程泥石流"以排为主,适当拦挡"治理模式与减灾策略。[结论]矮子沟、大寨沟现有的泥石流防治措施在满库的状态下能够满足500年一遇泥石流过流的要求,泥石流危险性小。     

脲酶抑制剂氢醌对土壤脲酶动力学行为的调控效应

研究了不同温度条件下脲酶抑制剂氢醌(HQ)对东北3种典型土壤(白浆土、棕壤、褐土)脲酶动力学参数的影响。结果表明,土壤类型、培养时间、培养温度及其相互作用均显著影响土壤脲酶动力学参数。与对照相比,加入HQ使土壤脲酶米氏常数(Km)增加,最大反应速率(Vmax)降低,表明HQ对土壤脲酶的作用机理属于混合型抑制。与白浆土相比,棕壤和褐土脲酶动力学参数受HQ的影响程度较大,表明高肥力土壤生物学活性较稳定。随着培养时间延长,土壤脲酶Km降低,Vmax和Vmax/Km增加。随着温度升高,土壤脲酶Km和Vmax增加,Vamx/Km无规律性变化。相关性分析表明,土壤脲酶动力学参数Km、Vmax和Vmax/Km与p H值、有机质、全氮、碱解氮和质地组成之间存在显著相关关系。     

基于数据流的土地适宜性评价系统设计

该文在对面向数据流的系统设计方法介绍的基础上,将该方法运用于土地适宜性评价中。通过对土地适宜性评价系统数据分析获得土地适宜性评价系统数据流模型即分层数据流图;并根据土地适宜性评价系统数据分析结果进行结构设计获得系统结构图;最后根据系统结构实现土地适宜性评价系统。通过面向数据流的系统设计方法,提高了土地适宜性评价设计的效率和准确性。