分布式温室智能控制系统智能控制器设计与实现

针对当前国内温室自动控制智能化程度不高和扩展性差的问题,开发了分布式温室智能控制系统。该系统借鉴现场总线思想,将分布式系统中过程控制级分解为智能控制器级和智能模块级。设计并开发了处于系统中间层的温室智能控制器软硬件。该智能控制器具有双串行口,用于与上位机和智能模块通信。针对通信的开放性要求设计了通信协议。软件内含模糊控制算法,允许控制器脱离上位机独立控制温室;上位机根据气候等因素的变化随时更新控制器的模糊控制算法。经过1年多的实际运行显示,系统运行稳定可靠,环境参数控制精度满足温室生产要求,其中温度控制精度达±1℃。     

湘北红壤性旱瘠田有机,无机肥配合施用效果研究

１９９３－１９９５年在桃源县盘塘乡“湘北红壤试区”旱瘠田设置定位试验。结果表明：有机无机肥配施能够提高土壤有机质和全量养分含量，活化土壤养分，提高土壤肥力，促进水稻对养分的吸收，增加水稻产量。     

北京典型耕作土壤养分的近红外光谱分析

为研究土壤养分含量分布信息,以从北京郊区一块试验田采集的72个土壤样品为试验材料,应用傅里叶变换近红外光谱技术分析了土样的全氮、全钾、有机质养分含量和pH值。采用偏最小二乘法(PLS)对光谱数据与土壤养分实测值进行回归分析,建立预测模型,以模型决定系数(R2)、校正标准差(RMSECV)、预测标准差(RMSEP)和相对分析误差(RPD)作为模型精度的评价指标。结果表明,利用该模型与光谱数据对土壤全氮、全钾、有机质养分含量和pH值进行预测,结果与实测数据具有较好的一致性,最高决定系数R2达到0.9544。偏最小二乘回归方法建立的养分预测模型能准确地对北京地区褐土土质全氮、有机质、全钾和pH值4种养分进行预测。     

东北黑土坡耕地不同水力条件下坡长对土壤细沟侵蚀的影响

集中水流条件下细沟土壤侵蚀过程对研究细沟侵蚀机理与土壤侵蚀预报有着重要的意义,并且为土壤侵蚀模型其他重要参数比如剥蚀率、可蚀性参数提供基础数据。为了研究东北黑土坡耕地不同水动力条件下坡长对土壤细沟侵蚀的影响,该文采用室内模拟试验方法,测量含沙量随坡长的分布。试验设计包括4个坡度(5?、10?、15?、20?)与3个流量(1、2、4 L/min),在不同水力条件下,测量不同坡长(0.5、1、2、3、4、5、6、7、8m)含沙量。结果表明含沙量在各种水力条件下均随坡长增加,且其增加的速率随坡长减小。对坡长与含沙量系列数据用幂指数函数拟合,其决定系数R2在0.85到0.99之间。因此,黑土坡耕地细沟侵蚀产生的含沙量随坡长呈幂指数增加,且含沙量在一定坡长之后将达到最大值。随坡度和流量的增大,水流在更短的坡长上侵蚀并携带更大的最大含沙量。该文对进一步理解与研究细沟侵蚀过程有着重要的意义,且为深入研究细沟侵蚀提供了数据支撑,为土壤侵蚀模型剥蚀率、可蚀性参数等提供依据。     

不同通风形式日光温室湿热特性的数值模拟

研究日光温室不同通风形式对室内湿热特性的影响。采用计算流体动力学数值模拟方法,构建日光温室作物-环境湿热系统的数值模拟模型。将模拟结果与试验测量结果进行对比,温度和相对湿度的模拟值与实测值的最大相对误差分别为4.7%和4.1%,验证了所构建模型的准确性。应用该模型模拟不同通风形式下温室内的气流和温湿度分布情况,比较分析不同的通风形式对室内湿热特性的影响。结果表明：不同的通风形式会影响室内气流的运动轨迹和速度,从而影响室内温度和相对湿度的分布变化。仅开启上通风口通风时,室内的平均温度和相对湿度较高,气候分布均匀,整体变化较小,适宜冬春季节或清晨傍晚室内温湿度较低时的通风要求;仅开启下通风口通风时室内温湿度分布模式均匀性最差,进风口处的温湿度明显低于北墙,且进口存在涡流,不利于作物生长发育;上、下通风口均只开一半通风时,作物区平均温度和相对湿度分别为39.3℃和25%,上、下通风口均全开时作物区平均温度和相对湿度为36.8℃和23.7%,较于前者室内温度和相对湿度分别降低了2.5℃和1.3%,适宜于炎热天气下日光温室内的降温除湿要求。     

石油烃类污染物降解动力学和微生物群落多样性分析

为了探讨不同初始浓度石油污染土壤堆腐化修复机制,以石油降解菌剂和腐熟鸡粪为调理剂,研究了初始浓度分别为5 000（T1）、10 000（T2）和50 000 mg/kg（T3）的石油污染土壤堆腐化修复过程石油烃类污染降解动力学特征和微生物群落多样性。结果表明：堆腐化修复过程石油烃类污染物降解符合一级反应动力学,反应常数分别为0.012、0.094和0.050 d-1,半衰期分别为6.79、7.37和13.86 d。整个堆腐过程石油烃类污染物平均降解速率分别为112.08、230.05和887.93 mg/(kg·d)。3个处理的孔平均颜色变化率（average well color development）和碳源利用率（除芳香烃类化合物外）随堆腐进程的推进逐渐升高,在堆腐中、后期达到最大,T3处理显著高于T1、T2处理。多聚物类和糖类代谢群是堆腐体系中的优势菌群。主成分分析表明3个处理的微生物群落差异显著（除第9天外）,起分异作用的碳源主要是糖类和羧酸类。微生物群落的丰富度指数和均一度指数随堆腐进程的推进逐渐升高并在堆腐后期达到最大,与T1处理相比,T3处理分别高了0.21%和17.64%,差异达到显著水平（P<0.05）。微生物群落优势度指数在中期达到最大,T1处理分别比T2、T3处理高2.12%和9.44%,3个处理间差异不显著（P>0.05）。堆肥结束时3个处理的种子发芽指数（seed germination index, SGI）分别比堆腐初期提高了18.26%、20.42%和36.41%。该研究结果为黄土高原不同程度石油污染土壤堆腐化修复的应用提供参考依据和理论基础。     

基于两点机器学习方法的土壤有机质空间分布预测

准确预测土壤有机质（Soil Organic Matter,SOM）空间分布对精细农业、耕地质量建设、生态环境保护以及固碳减排等均具有重要的意义。该研究探讨了基于两点机器学习方法（Two-point Machine Learning,TPML）提高SOM空间分布预测的可行性。以黑龙江省海伦市为研究区,以气候、地形地貌、社会经济和空间位置信息等因素作为辅助变量,充分利用空间位置信息和属性相似关系,有效处理SOM空间分布异质性及其与辅助变量间关系异质性,以提高TPML方法进行SOM空间分布预测的精度。采用随机森林、基于随机森林的回归克里格、反距离权重法和普通克里格（Ordinary Kriging,OK）方法作为对比,以平均绝对误差（Mean Absolute Error,MAE）、均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）、预测值与真实值相关系数（r）和决定系数（R2）作为评价指标,进行不同样本量下的多组对比试验,评价不同方法的预测精度。结果表明：1）研究区SOM含量在1.775～7.188 g/kg之间,平均值为3.179 g/kg,空间分布不均匀,呈东高西低的分布趋势。2）在不同样本量条件下,与其他模型相比,TPML的预测精度均最高,其MAE（0.088～0.097 g/kg）和RMSE（0.116～0.139 g/kg）均为最小,r（0.992～0.996）和R2（0.971～0.985）均为最高。3）预测值的误差标准差（理论误差）与实际误差具有相似的空间模式,说明TPML可以为预测结果提供合理的不确定性估计。综上,TPML模型可以通过同时利用空间自相关性和属性相似性来提高预测精度,该模型适用于预测具有一定空间自相关性且具有可用辅助数据的资源环境变量。     

集水区尺度降雨侵蚀力空间分布对土壤流失的影响

为探讨降雨侵蚀力空间分布对土壤流失的影响效应,该文以黄土丘陵沟壑区子长集水区为例,将区域重心概念应用到降雨侵蚀力的空间分布研究中,基于GIS探讨了降雨侵蚀力重心在不同年份间的变迁对土壤流失的影响。研究结果表明：降雨侵蚀力重心与水文站点、大于15°坡度重心的距离会显著影响土壤流失;当降雨侵蚀力重心位于水文站点和较陡坡度重心中间位置时,也会产生较多土壤流失;降雨侵蚀力重心在南北方向上变化对土壤流失影响不大,但在东西方向上的移动能够明显改变土壤流失。在集水区尺度上,随着降雨侵蚀力空间分布的变化,降雨侵蚀力与坡度、土地利用、水文站点的空间耦合关系将发生改变,从而导致土壤流失量的增加或减少。     

Leaching of carbon and nitrogen from a sandy soil substrate: A comparison between suction plates and ion exchange resins

To determine boundary effects on leaching, we investigated (1) how filter materials affect the concentrations of dissolved organic carbon (DOC) and nitrate (NO₃‐N) in soil percolates and (2) whether ion exchange resins and suction plates are equally suited to capture NO₃‐N. DOC leaching was higher with PE suction plates and plate material did not affect NO₃‐N leachate concentrations. Cumulative NO₃‐N leaching was similar for glass suction plates and ion exchange resins.