连续流动式粮食干燥机的仿人智能控制器

基于经验模型的经典控制方法和现代控制方法不适合应用于多变量、大滞后和非线性粮食干燥过程。为提高粮食干燥的产品品质，根据连续流动式粮食干燥机的工况特点，研制了一种用于连续流动式干燥机的仿人智能控制器。该控制器包括运行控制级和参数校正级，可对出粮水分进行控制。应用MATLAB对连续干燥机的仿真试验表明，该控制器在超调量、上升时间和调节时间等指标都比常规PID控制有明显改善，对纯滞后时间的变化适应能力强，为干燥机控制系统的设计与实现提供了理论依据。     

黄土高原地区苜蓿生产力动态及其土壤水分消耗规律

为了解不同生长年限苜蓿生产力及土壤水分的变化特征,该文系统研究了黄土高原地区3年、4年、6年、8年、12年、18年及26年生紫花苜蓿生产力动态及土壤水分的消耗规律。结果表明：不同生长年限苜蓿鲜草产量存在极显著差异。苜蓿草地土壤水分呈现规律性的变化：随土层深度的增加,土壤含水率增加,300cm土层以下,土壤含水率变化趋势平缓。苜蓿生长超过18年,上层土壤水分开始恢复,但深层土壤通体干化,水分难以恢复。苜蓿水分利用效率随生长年限的延长而降低。研究表明在黄土高原半湿润区紫花苜蓿适宜的生长年限为8年,第6年为苜蓿的生长高峰期。     

用核磁共振研究浸种方法对水稻种子吸水量的影响

为寻求较佳浸种方法,该文应用低场核磁共振检测技术,研究了不同的浸种方式及浸种溶剂对水稻种子吸水量的影响。试验利用横向弛豫时间 T2反演谱分析了水稻种子的水分状态变化及吸水特性,发现浸种过程改变了水稻种子内部的水分分布情况,水稻种子吸水量对初始含水率差异不显著(P>0.05),但对各种浸种方法差异显著(P<0.05)。研究表明,采用连续浸种4 h、浸种3 h-晾干1 h-浸种1 h、浸种2 h-晾干1 h-浸种2 h及浸种2 h-晾干2 h-浸种2 h这4种不同的浸种方式时,浸种2 h-晾干1 h-浸种2 h的间歇浸种方式吸水率较高;采用清水、强氯精300倍液、饱和澄清石灰水、质量分数为40%福尔马林的50倍液、100倍液及200倍液6种不同的浸种溶液时,应用质量分数为40%福尔马林50倍液药剂时吸水率较高。低场核磁共振检测技术揭示了水稻种子含水量的影响因素,为浸种过程中吸水量的测定提供了一种有效的方法。     

用图像法分析茄子在冻干过程中的水分动态运移规律

为研究真空冻干果蔬内部水分扩散及运移过程和规律,以茄子为研究对象,运用图像处理技术建立水分运移微位移场并以微位移量对真空冻干过程中果蔬内部水分扩散及运移规律进行表达和定量分析。使用CCD(charge coupled device)相机每隔1 h采集茄子样本在真空冻干过程中横截面图像,直至6 h冷冻干燥完成终止。用自动阈值分割法、K均值聚类算法、伪彩色图像处理法可准确提取出原始图像中未冻干区域,再用Sobel边缘检测法提取得到水分边界。将6幅边界图像叠加并以物料几何中心为原点建立微位移场,用Harris角点检测法提取水分边缘与坐标轴相交的各个角点及其坐标值,计算得到每隔1 h各角点的位移量。通过对角点位移量与物料含水率相关性分析可知,模型显著性检验概率0.000 1,决定系数达0.999 8,说明模型检验极显著且拟合精度高。回归参数的检验结果表明,四个角点的微位移量对物料含水率平方的响应极显著,说明物料干燥水分边界微位移场变化量与含水率的关系可用该回归模型预测,物料含水率可用表达水分边界的微位移场参数来表示。该研究为果蔬冻干水分在线检测提供了一种新的方法,同时也为探索冻干机理和低能耗冻干工艺提供了参考。     

耕作方式对豫南雨养区土壤微环境及冬小麦产量的影响

针对豫南雨养农业区降水基本满足作物生长需求但年内和年际间分配不均、土壤耕性差的生态实际,为解决小麦播种期和冬春干旱以及改善耕层水、肥、气、热等因子提供理论依据。于2007—2015年,在豫南雨养农业区进行了连续9a的大田定位试验,研究了不同耕作模式对小麦生长季土壤水分、容重、温度及冬小麦产量的影响。试验共设置6个处理:T1(传统翻耕)、T2(不覆盖/不深松+覆盖/免耕)、T3(覆盖/不深松+不覆盖/免耕)、T4(不覆盖/深松+不覆盖/免耕)、T5(覆盖/深松+覆盖/免耕)以及T6(不覆盖/不深松+还田/旋耕)。结果表明,(覆盖/深松+覆盖/免耕)T5可以有效提高小麦播种期0~40cm土层的含水量,为麦播提供较好的水分基础,不同耕作方式处理对冬小麦越冬期和返青期土壤日平均温度影响较小,不足以对冬小麦发育进程产生影响。(覆盖/深松+覆盖/免耕)T5能够有效降低耕层0~20cm和0~40cm的土壤容重。覆盖/深松+覆盖/免耕处理的前3a,冬小麦产量较对照有所降低,从第4年开始较对照增产,2011—2015年增产幅度分别为2.02%、2.83%、10.93%、5.88%、1.97%。以上结果表明,通过T5(覆盖/深松+覆盖/免耕)的简耕覆盖技术可以有效利用降水资源、培肥地力,提高产量,具有节本增效的作用。     

保护性耕作下西南旱三熟农田土壤水分动态及产量效应

以西南地区麦/玉/薯三熟制种植模式为研究对象,研究了不同保护性耕作模式下旱地土壤水分动态变化、水分利用效率、作物产量和经济效应。结果表明,不同保护性耕作对整个农田生态系统产量和水分利用效率具有显著影响。秸秆覆盖(TS)、地膜覆盖(TM)、秸秆覆盖+地膜覆盖(TSM)和垄作+秸秆覆盖+地膜覆盖(RSM)能改善7,10月份0—60cm土层土壤含水量及贮水量,而垄作(R)、垄作+秸秆覆盖(RS)和垄作+地膜覆盖(RM)的作用不明显。与平作(CK)相比,RSM,RM,RS,TSM,TM,TS和R分别使系统增产10.52%,6.11%,6.77%,4.59%,5.12%,3.15%,1.24%。这些处理对水分利用效率和降水利用效率的增幅分别为1.26%～11.08%,1.27%～10.57%。研究结果说明,从WUE、降水利用效率、产量效应、经济效益这4个方面来看,垄作+秸秆覆盖+地膜覆盖耕作模式综合效益最佳。     

基于多年MODIS NDVI 分级的河北平原农田生产力评价

根据中等分辨率航天成像光谱仪(MODIS)遥感数据计算的归一化植被指数(NDVI)被广泛用于作物长势监测和产量预报, 但由于NDVI 数值在不同年份的同一时期变化较大, 直接用于评价农田生产力会有较大误差。本文以河北平原所在的北纬37°~39°之间连续种植的冬小麦农田为研究区域, 通过对多年冬小麦MODISNDVI 数据进行比较和分级, 尝试用每季NDVI 在区域内的高低级别评估区域农田生产力。Landsat 卫星数据用于对不同时相MODIS 图像进行精确配准, 从而实现像素尺度上长时间序列数据的统计分析。首先, 对区域内2000~2008 年间每年作物返青期到成熟期的NDVI 平均值及各生育阶段NDVI 平均值分别进行高低分级, 以了解河北平原农田生产力的空间变异, 结果显示其中高水平农田分布在太行山山前平原, 指数等级水平并没有完全按南北走向趋势分布, 表明该研究方法受纬度差异的影响较小。不同年份分析结果显示, 2008 年东部地区也出现了较高等级的田块。其次, 利用NDVI 分级结果计算出9 年间NDVI 等级的变异系数, 对采用不同生育期NDVI 可能带来的误差进行了分析, 结果显示不同小麦生育期NDVI 等级的变异系数不同, 返青期和成熟期变异系数较大, 且具有一定的地理差异。最后, 利用GIS 空间分析方法以9 年NDVI 分级结果为基础制作了以县为单元的麦田生产力等级图, 结果显示河北平原农田生产力高低分区, 同时也表明中低水平区块有较大提升空间, 为河北县级土地管理和耕地质量管理提供理论依据。     

稻田水分监测无线传感器网络优化设计与试验

传感器网络技术为大范围稻田水分信息采集提供了一种新技术手段。利用测量稻田水分含量和水层深度测量的无线传感器WFDMS,探讨了构建稻田水分传感器网络PMSN的关键技术：设计了大面积、大范围应用体系结构模型;提出了一种满足稻田水分采样频率和数据业务需求的低功耗传输控制协议LPTP-PMSN;开发了水分信息监测信息管理系统,实现了完整运行的稻田水分传感器网络整套系统。试验表明,PMSN网络在稻田中的可靠通信距离达60 m,在 3.6 V/2 100 mAh电池供电下,4 h周期采样试验中,在传输协议LPTP-PMSN控制下,传感器、簇首、基站、短信网关、计算机间能够协同工作,整个稻田水分传感器网络可以较可靠运行,节点生命期超过190 d。该研究可为农用信息监控无线传输网络的其他应用提供参考。     

优化灌溉制度提高苜蓿种植当年产量及品质

为探讨灌溉定额及分配对滴灌苜蓿种植当年生产性能及水分利用效率的影响,该研究设3种滴灌灌溉定额,分别为3 750(W1)、4 500(W2)、5 250 m3/hm2(W3),且在W2处理下,设3种灌溉定额分配模式(Q1:刈割前灌溉本茬次总灌水量的35%+刈割后灌溉本茬次总灌水量的65%;Q2:刈割前灌溉本茬次总灌水量的50%+刈割后灌溉本茬次总灌水量的50%;Q3:刈割前灌溉本茬次总灌水量的65%+刈割后灌溉本茬次总灌水量的35%)。结果表明,滴灌苜蓿种植当年,不同灌溉量条件下,苜蓿的株高、叶茎比、茎粗、生长速度、干草产量、粗蛋白(crude protein,CP)含量均为W3W1处理,中性洗涤纤维(neutral detergent fiber,NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber,ADF)含量为W3W2处理,水分利用效率(water use efficiency,WUE)为W1W3处理;不同灌溉定额分配条件下,苜蓿的株高、叶茎比、茎粗、生长速度、干草产量、CP、WUE均为Q1Q3处理,且Q1处理的干草产量最高达到9 916~10 172 kg/hm2,WUE为3.31~3.39 kg/(mm·hm2),NDF、ADF含量为Q1Q3处理。适宜的灌水量(4 500 m3/hm2)有利于苜蓿种植当年干草产量的提高,并保持较高的粗蛋白含量和相对较低的纤维含量;刈割前灌溉本茬次总灌水量的35%,并在刈割后灌溉本茬次总灌水量的65%,有利于苜蓿种植当年干草产量的提高及营养品质的改善。     

三江平原典型碟形湿地土壤氮素分布特征

以三江平原典型碟形沼泽湿地为研究对象,分析了湿地土壤氮素的分布特征和影响因素,及其与湿地演替的关系。结果表明:土壤TN和NH4+-N含量在碟形湿地内的分布规律是一致的,均表现为随着湿地水位的降低而逐渐降低,随着土壤深度的增加而降低。受水位波动的影响沼泽化小叶章湿地土壤NO3--N含量降低明显,而永久淹水湿地表层土壤该形态氮含量较下层高。碟形湿地土壤各形态氮素的分布受到土壤有机质含量、水分特征、生物量分布特征等多种因素的影响。