基于评价模型的宁夏沙土春玉米最佳灌水施氮量研究

为分析不同水氮供应对宁夏沙土春玉米主要评价指标的影响,采用灌水和施氮2因素交互设计,灌水量设置3个水平(W0.6(0.6KcET0)、W0.8(0.8KcET0)和W1.0(KcET0),Kc为作物系数,ET0为潜在作物蒸发蒸腾量),施氮量设量4个水平:N150(150 kg/hm2)、N225(225 kg/hm2)、N300(300 kg/hm2)和N375(375 kg/hm2),进行了大田试验。结果表明:灌水量和施氮量的交互作用对产量、水分利用效率(WUE)和氮肥偏生产力(PFPN)有极显著影响,对地上部干物质累积量和籽粒氮素累积量有显著影响;在相同灌水条件下,春玉米地上部干物质累积量、产量、WUE均随施氮量的增加先增加后减小。主成分分析法、隶属函数分析法、灰色关联度分析法与基于组合赋权的TOPSIS模型两两之间具有良好的相关性,各模型之间相关系数均值为0.465～0.787;基于整体差异组合评价模型得出W0.8N300评价值最高。考虑试验区年际降雨量分布不均,经回归分析拟合得出,当春玉米生育期内灌水量与有效降雨量之和为544 mm、施氮量为260 kg/hm2时,春玉米综合指标评价值最高(1.47),为适宜的春玉米滴灌灌水施肥量。本研究可为沙土地区春玉米滴灌施肥过程中水氮科学管理提供指导依据。     

不同施氮量下覆膜滴灌玉米相对根长密度模型研究

为探明施氮量对宁夏引黄灌区覆膜滴灌玉米根长密度(RLD)的影响,设置5个施氮水平和1个对照(CK,不施氮与不覆膜)进行试验,测定玉米RLD,建立不同施氮量下相对根长密度(NRLD)模型,并加以检验。结果表明:不同施氮处理的玉米RLD分布区域均随土层深度的增加而减小,且大部分集中在0～20 cm土层;随着施氮量的增加,RLD分布区域明显扩大; NRLD分布满足三阶多项式函数模型,模拟曲线的决定系数R2为0.951,模型检验结果R2为0.845,均方根误差(RMSE)为0.248,拟合效果好,但该多项式模型不能保证NRLD在相对取样深度Zr为1时达到0,故对玉米NRLD分布多项式模型进行优化。优化模型验证结果显示,各施氮处理RMSE不大于0.308,CK、N0、N1、N2、N3和N4处理的标准化均方根误差分别为0.242、0.193、0.184、0.226、0.208和0.273,R2分别为0.903、0.953、0.920、0.944、0.962和0.898,具有较高的拟合度,解决了NRLD在Zr=1时达到0的问题。本研究可为宁夏引黄灌区膜下滴灌玉米NRLD分布拟合、根系养分吸收和施肥管理提供理论参考。     

黑土区田块尺度下地形影响作物长势机理分析

为揭示作物长势及水肥运移的空间分异规律,探究田块尺度内作物长势与地形变化的关系,以东北典型黑土区东兴农机合作社为研究区,沿南北垄向提取高精度数字高程模型(Digital elevation model,DEM)与归一化植被指数(Normalized differential vegetation index,NDVI)信息,构建地形指标,分析NDVI的空间变异性。结果表明,坡型凸凹程度越明显,NDVI的空间变异性越大;同类坡型中阴坡NDVI的空间变异性与坡型凸凹程度呈负相关;坡度在±0.03范围内,作物长势好,空间变异性低;以坡度绝对值高于0.04的坡度均值与其对应直线距离所占整条直线的比值作为自变量,构建多元逐步回归模型,进行回归分析,可以解释大豆NDVI决定系数为0.965 2、高粱NDVI决定系数为0.888 3的空间变异性。不同地理空间的地形与成土母质差异显著,通过分析研究区内地形对作物长势的影响规律,可为田块尺度地形的分析提供借鉴,有助于指导农户合理地进行水肥分配。     

无源蓄冷控温运输箱设计与试验

针对蓄冷运输箱信息化程度低、控温时间短、控温困难等问题,设计了一款集控温、远程监控、定位、故障诊断等功能于一体的蓄冷运输箱。以脐橙为试验对象,结合能耗模型,对蓄冷控温箱控温性能进行了研究。结果表明,箱内各截面温度不均匀系数分别为0.38、0.47、0.78,温度极差最大值为2.8℃,均匀性较好;当蓄冷剂用量为180 kg,预冷脐橙660 kg,在外部环境平均温度26.39℃的条件下,总控温时长为122 h,风机共执行控温21次,且随着蓄冷量减少,风机开启控温所用时间呈指数上升趋势,决定系数不小于0.928 0;结合能耗模型分析得出,该箱体在广州夏季高温环境下可控温5 d以上,能够满足远距离运输要求。     

基于HYSPLIT和PSCF的防风固沙生态服务功能空间模拟

针对以盐渍化影响和风沙活动为特征的北方农牧交错带,研究其生态系统服务功能空间差异及其流变机制,有助于明确服务提供区（SPA）与服务受益区（SBA）之间的空间关系,制定跨区生态补偿方案。采用混合单粒子拉格朗日积分轨道（HYSPLIT）模型和源贡献潜势（PSCF）模型,模拟了大型盐碱沙尘源地（安固里淖干涸盐碱湖）防风固沙生态系统服务（SSS）对风蚀的影响,确定了在土地覆盖、人口和国内生产总值（GDP）方面的辐射效益,并以辐射效益结果为依据提出跨地区的横向生态补偿方案。结果表明：在2015年,安固里淖干涸盐碱湖生态系统SSS效益显著,固沙量达到367.93万t;研究区SSS传输路径向东部延伸,主要影响我国华北和东北地区,SBA土地面积为189.37万km2,占全国总面积的19.66%,受益范围包括北京市等15个省(市、区),是研究区面积的41.167倍;受益人口达5.27亿人,受益GDP总量为28.37万亿元;研究区生态系统提供的SSS使得SBA降尘量减少147.17万t,直接经济效益达44.26亿元;研究区投入生态建设的资金应由北京市等15个受益省（市）共同承担,黑龙江省和内蒙古自治区补偿金额最大,其次为河北省、吉林省和辽宁省等,浙江省需支付的生态补偿金额最少。本研究通过横向生态补偿促进生态建设,以减轻由土壤风蚀造成的损害,可为有关部门的政策决策者提供参考。     

不同填充颗粒半径水稻种子离散元模型参数标定

气固两相流耦合仿真被广泛运用在气力式排种器工作过程的研究中,因确定性颗粒轨道数值计算模型的需求,种子多采用颗粒聚合的方法建模,该方法采用的填充球颗粒半径越小、数量越多就越能接近种子的真实形态,但会造成仿真计算资源过度消耗、仿真时间增长。为研究不同填充球半径的水稻种子模型对颗粒间的动力学响应特性的影响,寻找种子模型最佳的填充球颗粒数量,本文以水稻种子为研究对象,借助三维扫描与逆向拟合的方法获取种子外形轮廓,分别采用不同半径（0.30、0.21、0.18、0.16、0.15mm）的球颗粒对其进行填充,形成气固耦合的水稻颗粒粘结聚合模型。采用无底圆筒提升、滑落堆积的真实试验与仿真测定,采用曲面响应法,以休止角为指标,标定出不同填充球颗粒半径种子模型的种间静摩擦因数和动摩擦因数;通过圆筒提升和滑落堆积试验对参数进行验证,以仿真试验休止角的变异系数为指标,结果表明随着填充球半径的减小,仿真结果越接近真实值;通过水稻正压式排种器气固两相流耦合仿真进行验证,以充种率为指标,结果表明填充颗粒半径为0.21mm,仿真时长与仿真精度最优。     

基于模型预测控制的农机主从跟随作业控制方法

针对实际环境中由于农业机械（简称农机）作业过程的作业量以及土壤条件的变化等不确定性因素的影响,导致协同作业跟随农机的行驶工况不稳定、跟随协同作业响应慢、控制困难等问题,在综合考虑不确定性以及响应性能的基础上,提出了一种农机跟随分层控制架构,搭建农机田间作业下的纵向跟随动力学模型,并以间距保持、速度跟随、燃油经济性、加速度跟随性能为目标,进行基于模型预测控制（MPC）算法的上层控制器推导,基于前馈以及PI反馈的控制器作为下层控制,以上层控制器获得的控制加速度为目标,进行力矩（电流）跟踪,在保证抗不确定性以及干扰噪声的同时,提高跟随农机的响应能力。通过Matlab/Simulink仿真和田间试验验证,结果表明,该控制方法可以有效解决农机作业的跟随控制问题,与滑模变结构控制器相比,能够实现稳定跟随行驶,且速度误差和加速度误差更小,速度误差控制在-0.29132~0.18001m/s,加速度误差控制在-0.05678~0.05628m/s2,稳定跟随距离误差为±0.45m,具有良好的跟随效果。     

大型喷杆喷雾机钟摆式主被动悬架自适应鲁棒控制研究

针对大型喷雾机喷杆钟摆式主被动悬架系统存在的参数不确定性和随机干扰导致控制精度低、稳定性差的问题,对基于模型补偿的自适应鲁棒控制算法进行研究。建立了钟摆式主被动悬架的非线性动力学模型和调节机构几何方程,基于模型设计了自适应鲁棒控制器,综合悬架系统和电液位置伺服系统模型中存在的参数不确定性,同时兼顾系统未补偿的摩擦力和外部扰动等不确定非线性因素,通过理论分析和试验证明,在同时存在模型参数不确定和不确定非线性的情况下,设计的控制器可以保证系统输出跟踪控制的暂态性能和稳态精度。以单出杆液压作动器驱动的28m大型喷杆主被动悬架为例,借助建立的大型喷杆悬架半实物仿真平台进行了控制算法的试验验证,并使用Stewart六自由度运动平台模拟底盘的运动干扰,与反馈线性化控制器、鲁棒反馈控制器、PID控制器进行了试验对比,结果表明,设计的基于模型补偿的自适应鲁棒控制器最大跟踪误差0.148°,而反馈线性化控制器最大跟踪误差0.201°,鲁棒反馈控制器最大跟踪误差0.51°,PID控制器最大跟踪误差0.48°。设计的控制器在同时存在参数不确定性和扰动的情况下,使用较小的反馈增益能够保证渐进跟踪性能和稳态跟踪精度。     

西北旱区制种玉米干物质与氮分配对水氮胁迫的动态响应及模拟

为了量化水氮胁迫对西北旱区制种玉米干物质分配与氮分配的影响,建立水氮胁迫条件下器官间干物质与氮分配模型。本试验设置3种灌水水平,分别是充分灌溉(W1)、轻度水分胁迫(W0.75)和重度水分胁迫(W0.5),并设置3种施氮水平,分别是150 kg/hm~2(N150)、75 kg/hm~2(N75)和0 kg/hm~2(N0)。分析了水氮胁迫对器官间干物质与氮分配系数的影响,构建了干物质与氮分配动态模型。试验结果表明:茎分配系数呈单峰曲线,茎氮分配系数随生育期推进逐渐下降;叶分配系数与叶氮分配系数均呈下降趋势;穗分配系数与穗氮分配系数逐渐增加。总体上,茎分配系数大于茎氮分配系数,叶分配系数小于叶氮分配系数,穗分配系数小于穗氮分配系数。氮胁迫对制种玉米干物质分配与氮分配关系无显著影响。水分胁迫提高茎分配系数与氮分配系数;水分胁迫条件下叶与穗分配系数与叶氮分配系数均显著低于充分灌溉处理。叶分配系数与氮分配系数随着有效积温呈Logistic函数变化;穗干物质分配系数随有效积温呈指数递减变化。模型能够较为准确的模拟整个生育期的分配系数动态变化规律。     

基于SD变化环境下农业水资源供需平衡模拟

为了探讨变化环境对农业水资源供需平衡的影响,运用系统动力学软件Vensim-Dss建立了农业水资源供需平衡的系统动力学模型,综合考虑社会经济发展和气候变化情景,仿真模拟了变化环境下农业供、需水量及缺水量的变化情况.石羊河流域模拟结果表明:未来农业供水量和需水量受气候变化的影响程度不同,但 2033年以后,农业供水量在不同气候变化情景下的变化趋势相同;不同行政区农业水资源系统对气候变化的响应存在明显差异,金昌市A2气候情境缺水率大于B2情景,在2029年、2038年缺水率分别达到32.0%,28.6%, B2情境下,2021年开始出现轻度缺水,中度缺水年仅出现在2023年和2039年,缺水率分别为30.7%,30.5%;武威市A2气候情境下缺水率小于B2情景,仅2038年为中度缺水,缺水率为24.9%,B2气候情景中度缺水年较多,2023年缺水率最大,达到33.2%.研究结果可以对变化环境下区域用水规划和农业发展规划提供指导.