污泥生物减水过程中微生物菌群的变化研究

[目的]研究污泥生物减水过程中微生物菌群的变化.[方法]采用生物好氧发酵的方法,对城镇污水厂低有机质含量的脱水污泥进行生物减水处理,分析物料配比、温度及微生物菌群的变化对降低污泥含水率的影响.[结果]试验组Ⅲ的堆体高温期（温度55℃以上）维持了7d,最高温度达62℃,在第9天含水率降至50％,减水速率达1.4％/d.同时,在生物减水过程中,嗜温菌、嗜热菌及放线菌是主要菌群,其菌种数量呈现高-低-高的趋势,有利于污泥生物减水的进行.[结论]该研究为污泥的生物减水处理提供了科学依据.     

猪场粪水施用对设施白菜及土壤重金属的影响

为了研究养殖粪水在农田施用过程中对重金属含量积累、有效性增强以及形态变化等产生的影响,采取田间小区试验,探究了猪场粪水施用对设施白菜地上部重金属含量和土壤重金属全量、有效态含量及形态的影响。结果表明：粪水施用后,低量粪水施用处理与优化施肥（NOPT）处理白菜地上部Cu、Zn、Cr、Cd含量无显著差异,白菜地上部Cu、Zn、Cr、Pb、As、Cd含量均未超出《食品安全国家标准食品中污染物限量》（GB 2762-2017）安全限值要求。经过4茬设施白菜种植后,相较于NOPT处理,561kg·hm^-2粪水施用处理显著增加了土壤Cu、Zn、Cr含量,281 kg·hm^-2粪水施用处理土壤中Cu、Zn（0~20 cm土层除外）、Pb、Cr、Cd、As含量与NOPT处理差异不显著,且含量均低于《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618-2018）安全限值。施用化肥和粪水显著提高了土壤有效态Cu、Zn含量,施用粪水处理对土壤中Cr、Pb、As、Cd形态影响较小,但显著增加了铁锰结合态Zn含量。相关分析表明,土壤有效态Cu、Zn、Cr、Cd、Pb含量与土壤有机质、速效磷、全氮、硝态氮含量存在显著正相关关系,与pH值呈显著负相关关系。研究表明,连续4茬施用猪场粪水未造成设施白菜和土壤中重金属含量超标,显著增强了Cu、Zn的有效性且显著增加了铁锰结合态Zn含量。     

木聚糖酶修复景观水作用条件的研究

试验通过建立景观水模型,探究了木聚糖酶在不同作用条件下对景观水化学需氧量（Chemical Oxygen Demand, COD）的降低效果。结果表明：作用时间、温度、酶浓度一定时,pH值7.0时COD降低19.19 mg·L^-2,去除率可达9.84%;pH值、酶浓度、温度一定时,作用时长11 h时COD降低19.36 mg·L^-2,去除率可达10.86%;pH值、作用时间、温度一定时,酶浓度3 IU·L^-2时COD降低31.97 mg·L^-2,去除率可达17.02%;pH值、酶浓度、作用时间一定时,55℃时COD降低18.16 mg·L^-2,去除率可达9.39%;酶浓度4 IU·L^-2、温度50℃、作用时间11 h,COD降低57.06 mg·L^-2,去除率可达29.53%。因此,木聚糖酶在一定条件下能够高效降解景观水中部分有机物,有望联合其它水处理工艺,进一步提高景观水的修复效率。     

冀中南多样化种植模式的适水效应分析

为优化冀中南作物种植结构,本研究以河北省典型地下水漏斗区邢台市为例,基于作物需水SIMETAW模型系统量化1965—2018年冬小麦、春棉花、春玉米、夏谷子、夏大豆和春绿豆等10种主要农作物的生育期需水量与灌溉需水量,针对当地不同降水年型和水资源条件以及不同作物的生育期、生长发育特点和前后茬作物的农学特性等构建11种不同的种植模式,分析不同种植模式需水及降水耦合度等参数。结果表明:1)各作物年均生育期需水量表现为春棉花(515.2mm)冬小麦(466.6mm)春玉米(424.9mm)春油葵(420.0mm)春甘薯(362.1mm)春马铃薯(354.2mm)夏大豆(313.9mm)夏玉米(298.7mm)春绿豆(288.1mm)夏谷子(217.5mm)。2)各作物年均生育期灌溉需水量表现为冬播作物春播作物夏播作物。冬小麦年均生育期灌溉需水量最大,为329.2mm;夏谷子最低,为82.8mm。3)传统麦玉一年两熟制周年需水量最大(753.4～780.3mm),相比之下,多样化轮作模式的生育期需水量可显著降低15%～34%,生育期灌溉需水量明显降低9%～32%。春玉米-冬小麦-夏玉米、春玉米-冬小麦-夏谷子、春甘薯-冬小麦-夏玉米和春甘薯-冬小麦-夏谷子等两年三熟制在丰水年、平水年和枯水年下的生育期需水量、灌溉需水量和周年需水量均较低。春绿豆-夏谷子一年两熟模式的年均生育期需水量最低,为504.4mm,年均生育期灌溉需水量为286.8mm。因此,在保证粮食安全的前提下,为减缓河北省地下水位持续下降的趋势,发展适水种植模式是节水农业的重要途径之一。     

不同水氮处理对南疆复播玉米生理特性及产量的影响

【目的】为提高南疆地区复播玉米产量,探索不同水氮梯度下复播玉米生理特性及产量变化。【方法】设置3个灌溉水平分别为复播玉米需水量(ET_C)的80%(W1)、100%(W2)、120%(W3),4个施氮水平0 kg/hm²(N0)、168 kg/hm²(N1)、306.5 kg/hm²(N2)、444.5 kg/hm²(N3),并以当地水氮施用模式为对照组(CK),分析不同水氮处理对复播玉米株高、叶面积指数(I_LA)、叶绿素含量(SPAD)、光合速率(A)、蒸腾速率(E)、干物质累积、产量及其构成要素等指标的影响。【结果】灌水量为100%ET_C(W2)和306.5 kg/hm²(N2)施氮水平下水氮表现出明显的正交互作用,随着灌水量与施氮量的提高,复播玉米株高、I_LA及SPAD随之显著提高。A和E在观测时段内均表现出先增后减的单峰日变化特征,W2N2处理下获得最大A为38.43μmol/(m     

农机零部件夹具虚拟装配和有限元分析

为了提高农机零部件夹具的设计效率和设计精度,将虚拟仿真和有限元分析软件运用到夹具的优化设计上。采用虚拟建模软件建立了夹具的三维模型,并对模型进行了虚拟装配,最后利用有限元分析软件对夹具的推力杆件进行了仿真分析,优化了夹具的尺寸。对采用有限元分析优化前后的夹具的装夹精度进行了对比,结果表明:采用有限元分析优化可以明显提高夹具装夹的准确性,进而提高零部件的加工精度。     

基于智能制造和大数据云平台的农机数字化设计

为了提高农机产品的设计效率、缩短设计周期、降低设计成本,将基于智能制造的数字化方法引入到了农机产品的设计上,并采用大数据云平台技术为数字化虚拟设计和虚拟制造提供了存储和计算平台,从而实现了虚拟设计和制造的大数据存储和高速度仿真计算。以农机零部件的虚拟加工仿真为例,对比了单台计算机和云平台的设计计算效率,结果表明:采用云平台技术可以明显提高计算效率,进一步缩短设计周期,降低设计生产成本。     

奶牛养殖粪水还田对苜蓿产量及土壤理化性质的影响

为明确规模化奶牛养殖场粪水发酵处理后还田对苜蓿生长和土壤的影响,试验设置了追肥(苜蓿专用配方肥N∶P₂O₅∶K₂O为4∶13∶40)225 kg/hm²、追肥112.5 kg/hm²+粪水360 m³/hm²和只追施粪水360 m³/hm²3个处理。结果表明,追肥112.5 kg/hm²+粪水360 m³/hm²处理下,2019、2020年全年苜蓿干草产量分别达到15 506.5和15 548.0 kg/hm²,显著高于其他处理。追肥112.5 kg/hm²+粪水360 m³/hm²和只追施粪水360 m³/hm²两个处理显著提高了土壤有机质含量和土壤pH,而含盐量则降低。追施粪水360 m     

作物茎秆膨胀收缩监测柔性可穿戴传感器研制与试验

作物茎秆膨胀和收缩变化与其水分状态密切相关,实时监测茎秆的膨胀和收缩变化能够及时掌握作物水分状态,对指导灌溉、提高农业水资源利用率具有重要意义。目前,对于作物茎秆膨胀和收缩变化的监测主要采用基于线性微位移测量原理的传感器,通过测量茎秆的膨胀和收缩引起的位移变化来反映水分状态,存在体积大、价格高、安装不便等问题。为此,该研究提出了一种基于压阻效应的柔性可穿戴传感器,采用柔性压力电极作为传感元件,贴附在作物茎秆表面,通过监测茎秆膨胀和收缩引起的压力变化来反映作物的水分状态,压力检测电路和数据采集电路将作物茎秆的压力信号转换成电信号进行输出和存储。首先在实验室环境下对传感器性能进行测试和标定,然后在温室环境下将传感器安装在番茄茎秆上观测番茄茎秆的压力变化,并与线性微位移传感器观测结果进行比较,最后在充分灌溉和水分亏缺2种条件下观测番茄茎秆的膨胀和收缩变化。结果表明,柔性压力传感器稳定性测试的平均相对变化率为0.109%;弯折前后引起的输出变化非常小,可以忽略不计;标定结果的决定系数大于0.99,最合适的工作压力范围为2～100 kPa;实验室环境下,柔性压力传感器与线性微位移传感器输出值之间的决定系数为0.9551;温室环境下,充分灌溉组中柔性压力传感器与线性微位移传感器输出值变化趋势一致,两者之间的决定系数为0.7672,亏缺灌溉组中两类传感器输出值均因水分亏缺而呈现下降趋势,输出值之间的决定系数为0.8519。本文所设计的柔性可穿戴压力传感器不仅能够实时监测番茄茎秆的膨胀和收缩变化,还可以对番茄亏水胁迫进行诊断,为实现高效节水灌溉提供重要的技术支撑。     

基于灰水足迹的长江经济带耕地利用生态效率时空分异特征

长江经济带面临水生态环境污染制约下的农业发展困境,水环境约束下耕地利用生态效率的提升成为平衡耕地利用中经济效益与生态效益的关键手段,对于探索生态可持续的耕地利用模式、实现农业绿色发展具有重要意义。该研究以灰水足迹为视角,基于SBM-Undesirable模型、空间自相关分析及马尔可夫链模型探明2000—2020年长江经济带耕地利用生态效率时空格局及演变趋势。研究表明：1）长江经济带2000—2020年平均灰水足迹值呈现先增后减趋势,2015年后下降态势更为明显。在空间上呈现为“东西高,中部低”的空间分布特征,灰水足迹高值区域主要集中在粮食主产区省份。2）2000—2020年长江经济带耕地利用生态效率持续下降,效率均值处于0.5～0.8之间,存在较大提升空间。在空间上呈现高值区域多沿水系分布的特点。3）长江经济带市域耕地利用生态效率存在显著空间正相关性,以研究时段演变趋势来看,耕地利用生态效率的演进存在路径依赖,难以实现“跨越式”提升。因受到邻域背景影响,在空间上易显现出“俱乐部收敛”现象,“高-高集聚”与“低-低集聚”分布更为常见。可在农业生产重点区域采用差异化精准农业模式,需重视区域间动态协同发展,完善联防联治的面源污染防控机制,积极引导耕地利用生态效率高值区域逐步形成集中连片,同时对于耕地利用生态效率低效区提供财政与政策支持。研究结果可为各地区探索耕地利用可持续发展模式与农业生产活动中水生态环境保护提供参考依据。