长三角地区景观生态风险与人类活动强度的响应及其时空关联

人类活动是诱发区域生态风险的重要因素,但生态风险与人类活动在不同尺度下的表征效果不一,响应程度不同,从多尺度科学地研究区域景观生态风险与人类活动强度的关联特征对于协调区域人地关系地域系统矛盾,推动地区可持续发展具有重要意义。该研究以长三角地区为研究对象,基于1990—2020年4期土地利用、夜间灯光、人口空间分布数据,建立市域、县域、格网三级尺度,构建景观生态风险及人类活动强度评估模型,刻画不同尺度下二者的时空响应特征,并基于Copula函数、双变量空间自相关及耦合协调度模型,揭示景观生态风险与人类活动强度的时空关联性。结果表明：1)1990—2020年间不同尺度下长三角地区景观生态风险均呈现北高南低的空间分布格局,且高风险地区持续减少,低风险区均呈增加趋势,其中市域尺度下高风险地区的减势最明显,而县域尺度下,低及中低风险区总体增势最为显著;2)1990—2020年间不同尺度下长三角地区人类活动强度均呈现东北高西南低的空间分布格局且高强度区域均呈现显著上升趋势,而低强度区域均明显下降,其中格网尺度下高强度区域增幅最大,达13.42个百分点,市域尺度下低强度区域的减幅最为明显,达9.76...     

基于多参数耦合的蓄冷温控箱冷板对流换热参数优化

蓄冷温控箱利用低温相变材料储存冷量,通过缓慢释放调节并保持箱内温度,目前仍存在冷量释放速率无法控制、剩余冷量预测难等问题,而蓄冷板表面对流换热系数直接影响冷量的释放速率。针对以上问题,搭建了蓄冷板表面对流换热系数测量试验平台,研究不同环境及蓄冷板参数对表面对流换热系数的影响。采用二次回归正交试验设计方案,探究了蓄冷区进口空气流速、进口空气温度、蓄冷板传热面积以及蓄冷板间距对表面对流换热系数的影响,并对结果进行分析,建立了表面对流换热系数二阶预测模型,获得影响表面对流换热系数大小较显著的因素及较优的参数组合。试验结果表明：各因素间存在明显交互作用,进口空气温度和蓄冷板传热面积的交互效应最大;通过响应曲面法建立的表面对流换热系数预测模型,得到最优参数组合为：进口空气流速4 m/s,进口空气温度25 ℃,蓄冷板传热面积0.455 m2,蓄冷板间距0.04 m,R2值为0.927 4,变异系数CV为5.78%。回归模型计算结果与试验结果吻合,最大误差为3.58%,平均相对误差为2.69%,表明该模型可以快速、准确地预测不同条件下的蓄冷板表面对流换热系数。试验结果为蓄冷温控箱冷量释放速率精准调控及剩余冷量预测提供参考。     

基于响应面法的乳酸菌发酵藜麦秸秆工艺条件优化

为优化藜麦秸秆的乳酸菌发酵工艺条件,选取发酵时间、乳酸菌添加量和秸秆含水量3个因素,利用单因素试验和响应面分析探究不同发酵条件对发酵后藜麦秸秆感官品质和粗蛋白质含量的影响。响应面分析结果显示,3个因素对发酵后的藜麦秸秆粗蛋白质含量的影响从大到小依次为乳酸菌添加量>秸秆含水量>发酵时间,最佳工艺参数为发酵时间24.5 d,乳酸菌添加量12 mg·kg^-1,秸秆含水量60%。在此条件下,发酵后的藜麦秸秆粗蛋白质含量为(6.93±0.05)%。该结果可以为藜麦秸秆发酵饲料的开发提供技术支撑。     

农膜残留对大豆光生理特征及生物量累积的影响

农膜覆盖技术的应用及推广极大地提高了干旱半干旱地区的农业产量,促进了当地农业发展及社会经济效益。然而,由于农膜碎片化程度高、回收难度大、降解周期长,使得残留在土壤中的农膜日益增多,严重威胁着作物生长、土壤健康以及农业可持续发展。尽管农膜残留对土壤质量影响的研究较多,但对于其种类(可降解或不可降解)及残留累积量对作物光生理特征的研究还相对较少。本试验以大豆为研究对象,对比普通聚乙烯(PE)和生物降解(BP)两种农膜(残片大小为0.5～2 cm),研究不同农膜残留累积量(土壤重量的0、0.1%、0.5%、1.0%)下大豆花期及初荚期叶片光合作用光、CO_2响应曲线特征及花期、收获期的植株生物量,探讨塑料类型及残留量对大豆光生理特征及生物量累积的影响。结果表明:PE残留导致大豆叶片光补偿点在花期降低23.96%,而初荚期升高51.38%,说明PE残留导致大豆叶片弱光利用能力在花期提升,但在初荚期被抑制。在初荚期,BP残留使光补偿点降低54.82%,且光饱合点升高58.12%,从而提高了叶片强光适应能力,增大了叶片光能利用范围。同时, PE和BP添加使暗呼吸速率分别增长30.56%和22.28%,从而导致干物质消耗增加。土壤中PE、BP残留量的增加,最大光合力分别降低36.49%和23.56%,表明大豆叶片CO_2利用能力减弱; CO_2补偿点分别降低67.96%和38.91%,从而提高了叶片低浓度CO_2的利用能力,并降低光呼吸速率,从而减少了干物质的消耗。此外,不同农膜及残留量处理下,仅在花期0.1%与0.5%残留量的BP处理中,地下生物量随农膜残留量的增加显著降低,其他各处理间地上及地下生物量无明显变化。光响应及CO_2响应曲线各拟合参数与生物量的Pearson相关性分析结果表明,收获期PE处理下,地上生物量与光补偿点呈显著负相关,而光呼吸速率、CO_2补偿点、初始羧化效率与生物量(地上+地下)的积累有较强相关性。因此,PE农膜残留量增加提高了大豆花期叶片对于弱光的利用能力而减弱初荚期对弱光的利用能力,BP农膜残留量增加则会增强初荚期叶片对弱光的利用,也对大豆叶片适应强光的能力有所提升。     

面向高比例分布式光伏发电消纳的复合型需求侧响应控制

在大力推进分布式光伏发电的形势下,利用负荷侧灵活性资源提升光伏消纳水平并改善电网运行经济性已成为促进新能源发展的重要措施,如何高效进行需求侧响应控制是目前该领域研究的关键问题之一。传统的峰谷分时电价仅根据区域电网内的负荷变化的总体情况确定分时段电价实现削峰填谷,该方法未考虑区域内新增电源的发电特性,从而导致负荷调整的灵活性较差,无法有效解决区域内光伏消纳的问题。该研究针对光伏装机比例较高的区域配电网尤其是乡村配电网,提出一种基于优化调整分时电价时段的激励型需求侧响应和区域集中优化调控相结合的配电网复合型需求响应控制策略。该策略首先结合负荷需求和光伏出力曲线对分时电价峰谷时段进行因地制宜的自适应调整;其次,基于新的电价时段进行用户侧分布式最优出力计划建模,并给出用户侧可削减、可时移负荷的响应调整范围的计算方法;最后由区域调度中心实现负荷集中控制。通过算例对比验证该文方法在计及用户舒适度的基础上,弃光率和系统综合运行成本较优化前均有明显降低,解决了含高比例光伏配电网的光伏消纳及经济运行问题,为配电网精细化管理水平的提升提供了理论依据。     

吉林南部不同耕作管理下土壤水分对降雨事件的响应

土壤水分对降雨的响应特征与降水在地表和土壤中的分配密切相关。该研究为明确耕作方式对黑土土壤水分对降雨响应的作用,利用时域反射仪原位动态监测吉林南部耕作长期定位试验翻耕（CT）和免耕（NT）下玉米生育期含水率,通过7个指标量化两种耕作管理下土壤水分对降雨量大且持续时间长、降雨量小且持续时间短和降雨量较大且持续时间较短、降雨强度大的3类降雨事件的响应。结果表明：1）CT初始含水率较低,0～2.5、2.5～5和5～10 cm累积增加含水量（ASWI）显著高于NT;随土壤深度增加,CT的ASWI明显下降,而NT基本稳定。2）多数情况下,NT下相邻土层累积增加含水率之比（RSWI）大于100%,而CT低于100%。3）高降雨强度下NT相邻土层对降雨事件的响应时间（DRTlayer）平均值和异常值为负值的频率较多,说明NT下更易发生优先流。因此,极端降雨下NT土壤水分响应更剧烈,有利于降水向下层土壤渗透,减少地表径流形成。     

甘薯联合收获机高度自适应集薯装置设计与优化

甘薯收获是甘薯生产中用工量最多、劳动强度最大的环节。为了解决甘薯联合收获机集薯环节存在伤薯率高、自动化程度低等问题,该研究开展了高度自适应集薯装置的机械结构设计与控制系统搭建。系统及结构设计充分考虑物料物理性状及作业过程中的运动学与力学特性,通过新的集薯方式以满足落薯高度自适应、集薯装筐和自动卸料换筐等作业要求。通过落薯高度自适应功能减小并控制薯块下落的高度达到有效减少甘薯伤薯率与破皮率的目的。在单因素试验分析结论的基础上,以清选平台转速、落薯机构转速和落薯设定高度为试验因素,开展三因素三水平Box-Benhnken试验,以伤薯率、破皮率、微破率和损伤率为试验指标建立多元回归方程并进行响应面分析。回归模型进行多目标优化后获得装置最优工作参数组合为：清选平台转速108.07 r/min、落薯机构转速74.75 r/min、落薯设定高度18.15 cm。对优化结果进行验证试验,试验结果为：伤薯率0.39%、破皮率0.54%、微破率22.93%和漏薯率0.54%,各评价指标与模型预测值相近。研究结果可为甘薯联合收获机高度自适应集薯装置进一步设计与优化提供参考。     

勺夹式藠头排种器设计与试验

针对藠头（Allium chinense）种植劳动强度大、人工成本高等问题,该研究设计了一种由排种盘、取种勺、取投种凸轮、种箱、安装板等组成的勺夹式藠头排种器。对该排种器工作原理和取种、携种、投种过程进行理论分析,建立离散元仿真模型,对取种过程进行仿真分析,确定了最优种勺结构。以大叶藠为对象,以取种合格率和漏取率为试验指标,进行种勺直径、种勺深度、取种起始角、种面高度与种箱高度之比和取种速度5因素显著性筛选试验,并以种勺直径、取种起始角、种面高度与种箱高度之比为试验因素进行回归正交试验;采用Plackett-Burman试验法和Box-Behnken中心试验法建立取种合格率和漏取率的回归模型,并进行参数优化,获得最优参数组合为种勺直径27mm、取种起始角30°和种面高度与种箱高度之比92.5%。在最优参数组合下进行台架试验,得到取种合格率91.17%,漏取率6.17%。田间试验结果表明在前进速度0.1～0.2 m/s的条件下,该排种器平均播种合格率、平均重播率和漏播率分别为63.10%、12.76%和24.14%。研究结果可为藠头播种机械的研究与设计提供参考。     

运用直线加平台法确定黑土区玉米氮磷施肥量

施肥量的确定一直是玉米高产栽培研究的主要课题之一。分别运用肥料效应函数法和直线加平台法,对按照直线加平台法设计的在黑土上春玉米的田间试验结果进行了统计分析,发现利用直线加平台法设计的田间试验结果也可以用来建立肥料效应函数,并根据肥料效应函数求得相应的施肥量。利用肥料效应函数得到的最高产量推荐施氮量和最大利润推荐施氮量分别为107.4 kg hm-2和103.2 kg hm-2,而最高产量推荐施磷量和最大利润推荐施磷量分别45.5 kg hm-2和41.3 kg hm-2。利用直线加平台法得到氮、磷的推荐施肥量分别为73.9和38.0 kg hm-2,明显低于用肥料效应函数法求得的推荐施肥量。对于肥料效应函数无法处理的试验数据,利用直线加平台法仍然可以对实验数据进行处理并得出实验结果,后者是肥料效应函数法的补充。     

基于模拟降雨的土壤表土结皮特征及坡面侵蚀响应

土壤表土结皮对坡面侵蚀过程具有重要影响,利用模拟降雨条件下土壤贯入和产流产沙试验,对不同降雨场次紫色土和黄壤表土结皮特征及坡面侵蚀响应进行研究。结果表明：（1）PT型贯入仪测定的贯入数值（P）与含水率（θ）成标准指数函数关系。（2）不同降雨场次表土结皮存在＂无结皮→弱结皮→强结皮→弱结皮→新结皮＂的动态发育过程,相同降雨条件下黄壤表土结皮强度大于紫色土的。（3）持续降雨过程不同降雨场次土壤表土结皮对溅蚀影响不明显,而与产流存在显著的动态响应关系,结皮强度越大产流量也越大,结皮对产流的影响随着降雨进行而有增大趋势,黄壤表土结皮的径流增加量大于紫色土的,而紫色土坡面结皮对产流量变化敏感程度大于黄壤。不同场次降雨过程土壤表土结皮对坡面侵蚀产沙影响存在差异,前4场降雨表土结皮强度与坡面侵蚀产沙有相同的变化趋势,4次降雨后土壤表土结皮表现为对坡面侵蚀有抑制作用。