Proximal sensor-enhanced soil mapping in complex soil-landscape areas of Brazil

Portable X-ray fluorescence (pXRF) spectrometry and magnetic susceptibility (MS) via magnetometer have been increasingly used with terrain variables for digital soil mapping. However, this methodology is still emerging in many countries with tropical soils. The objective of this study was to use proximal soil sensor data associated with terrain variables at varying spatial resolutions to predict soil classes using the Random Forest (RF) algorithm. The study was conducted on a 316-ha area featuring highly variable soil classes and complex soil-landscape relationships in Minas Gerais State, Brazil. The overall accuracy and Kappa index were evaluated using soils that were classified at 118 sites, with 90 being used for modeling and 28 for validation. Digital elevation models (DEMs) were created at 5-, 10-, 20-, and 30-m resolutions using contour lines from two sources. The resulting DEMs were processed to generate 12 terrain variables. Total Fe, Ti, and SiO₂ contents were obtained using pXRF, with MS determined via a magnetometer. Soil class prediction was performed using the RF algorithm. The quality of the soil maps improved when using only the five most important covariates and combining proximal sensor data with terrain variables at different spatial resolutions. The finest spatial resolution did not always provide the most accurate maps. The high soil complexity in the area prevented highly accurate predictions. The most important variables influencing the soil mapping were MS, Fe, and Ti. Proximal sensor data associated with terrain information were successfully used to map Brazilian soils at variable spatial resolutions.     

基于生命周期评价的现代"草-羊-田"农牧循环系统调控

现代循环农业是实现农业绿色发展、推进乡村全面振兴的重要途径。但以农户经验构建而成的传统循环农业系统多缺乏精确的数据支持与参数匹配,使得系统的高效循环运行面临挑战。因此,本研究在数据采集与跟踪调研的基础上,采用生命周期评价对现代"草-羊-田"农牧循环系统进行实证研究,通过特征化、标准化与加权评估分析不同类别潜在环境影响,并计算系统模拟调控前后污染降级所需环境服务能。结果表明,饲料加工与湖羊养殖亚系统所产生的各类潜在环境影响都超过了其类别总影响的85%,远高于粮食种植和有机堆肥亚系统的;人体毒性和水体生态毒性在各亚系统中所产生的环境影响都较大,而陆地生态毒性的均最小。为实现污染降级每年所需空气、水体和土壤的环境服务能分别为7.42×1010、6.03×1016和1.59×1012J;通过耦合参数协调和关键技术优化对系统进行模拟调控,经测算与原系统相比每年所需各项环境服务能分别降低52%、44%和21%。该研究基于生命周期评价形成的适用于现代"草-羊-田"农牧循环系统并指导其整体调控的方法体系,对现代农牧循环系统的可持续发展与复制推广具有指导意义,同时可为其他现代循环农业系统的优化调整提供方法参考。     

基于竖管降膜的多效太阳能苦咸水蒸馏器设计及性能分析

工业化太阳能苦咸水淡化系统对基础设施要求高,无法满足当前缺水地区小型分布式淡水制备的需求。针对上述问题,该研究提出一种新型基于竖管降膜的多效太阳能苦咸水蒸馏器,其具有液膜蒸发、多效运行、传热热阻小、热能利用效率高等特点。基于封闭小空间内蒸发冷凝机理,分析装置内水蒸气传热传质过程,基于此,分别测试定输入功率运行工况下,一效、二效、三效和四效蒸馏器的产水速率、蒸发温度和冷凝温度的变化规律,研究不同效数对装置单位能耗产水率l和性能系数(Gain Output Ratio,GOR)等的影响,分析多效太阳能苦咸水蒸馏器的投资回收周期等经济评估参数。结果表明,装置单位能耗产水率、产水速率和性能系数均随运行效数的增加而增大,当输入电功率为200W时,四效苦咸水蒸馏器达到稳态运行时单位能耗产水率和产水速率分别为1.45 g/kJ、1.039 kg/h,分别比三效蒸馏器增加36.80%、35.88%,四效苦咸水蒸馏器运行温度为83.76℃,蒸发冷凝总温差为19.07℃,性能系数达到3.36,投资成本回收周期约为5.69 a,具有较好的分布式制水应用前景。     

喷灌压力、喷嘴直径和喷洒历时对土壤入渗性能的影响

选取适宜的允许喷灌强度是避免喷灌条件下水土流失的重要措施之一。通过田间试验,测定了不同喷灌压力与喷嘴直径条件下土壤结皮厚度、表层土壤容重以及土壤入渗性能随喷洒历时的动态变化。试验处理包括2种质地土壤(壤质砂土和粉质黏壤土)、3个喷灌压力(103,138,172 kPa)和3个喷嘴直径(3.97,5.95,7.94 mm)。结果表明,喷灌压力越大,土壤结皮厚度和表层容重越小,土壤稳定入渗率越大。喷嘴直径越大,土壤结皮厚度和表层容重越大,土壤稳定入渗率越小。土壤结皮厚度和表层容重随着喷洒历时的增加显著增大,而土壤稳定入渗率则随之对数减小。喷洒动能强度是一个描述喷洒水滴对土壤入渗率影响的优选参数。研究结果为允许喷灌强度的确定提供科学依据。     

黄土高原南部人工林林冠对降雨特征的影响分析

林冠降雨特征是森林水文作用的重要机制,同时也是植被在水土保持作用中的重要内容。以黄土高原南部常见乔木刺槐、元宝枫、桉树为研究对象,以滤纸色斑法为基本实验原理,观测了该地区天然降雨15场,分别取得3种乔木冠下雨滴谱200份。通过对比分析林冠内外降雨特征,得到以下结论:林冠降雨特征与林外降雨特征有显著区别;林下雨滴分布呈现近似的正态分布,大雨滴数量较林外明显增多;林冠下雨滴中数直径（D₅₀）受降雨强度的影响很小,且在降雨强度小于0.1 mm/min时,林冠下D₅₀大于林冠外,当雨强大于0.1 mm/min,林外D₅₀有大于林内的趋势;降雨动能与雨滴中数直径有着相似的变化趋势。     

植物叶面自由能特征和水滴形态对截留降水的影响

采用浸水法和喷水法测定21种植物叶片的最大持水量,初步探讨叶面润湿性、表面自由能及其极性和色散分量对叶片最大持水量的影响,并分析2种方法测定叶片持水量不同的可能原因。浸水法和喷水法测定的叶片最大持水量物种间有显著差异(P<0.001),叶片的最大持水量变化范围分别为29.4～180.0g/m2,94.1～278.3g/m2。浸水法测定的叶片最大持水量与表面自由能、色散分量分别呈正相关(P=0.002,P=0.000),与极性分量呈乘幂关系(P=0.006),与叶接触角呈指数关系(P=0.004)。喷水法测定的叶片最大持水量与表面自由能、极性分量、色散分量、叶接触角的相关关系均不显著(P>0.05)。这可能是由于喷水过程中,在叶片表面自由能的作用首先在叶面上形成了小液滴,随着喷水过程的进行,液滴在水的表面张力和重力的作用下逐渐聚集形成大的液滴。     

Gram-Schmidt算法与GRNN融合的加工番茄早疫病高光谱预测

加工番茄早疫病的准确预测,有助于及时采取防治措施,降低产量损失.测定加工番茄早疫病冠层光谱,对380～760 nm进行连续统去除变换,提取波段深度、波段位置、波段宽度、斜率、面积等特征参数,并对原始光谱提取红谷、绿峰、红边及相应波段位置等特征参数.利用Gram-Schmidt算法对特征参数进行成分提取,作为广义回归神经网络(GRNN)的输入变量,对加工番茄早疫病病情严重度进行预测.研究结果表明,与多元线性回归和偏最小二乘法预测模型比较,Gram-Schmidt算法与GRNN融合模型的预测精度相对较高,R2为0.843,RMSE为0.136,该方法能够对加工番茄早疫病病情严重度进行快速、准确的预测.     

工作压力对滴灌管迷宫流道灌水器水力性能的影响

降低滴灌系统灌水器工作压力有望成为减少滴灌系统能耗以及运行费用的一种有效途径,但目前低压灌水器还十分少见。基于此,选取了国内应用较为广泛的5种典型迷宫流道灌水器,分析了不同工作压力区间对灌水器水力性能及消能特征的影响。结果表明：5种灌水器在低压条件下运行对于灌水器流量系数Kd和流态指数x具有一定影响,但对于流态指数x的影响未达显著水平。同一流道类型的灌水器流量系数Kd与无量纲数A/L2呈显著的线性相关关系,不同流道类型之间差异显著。5种灌水器流道内流态为紊流,未发生流态转捩行为,采用常规管道流态转捩雷诺数2200去判断流道内流态是不合适的。     

钙镁磷肥的活化机理及其肥效研究

本文采用四种不同的活化剂(WZ、SMS、MSN、FM)对钙镁磷肥进行活化处理,通过红外光谱和菜心盆栽试验,分别探讨了活化钙镁磷肥的活化机理及其肥效。红外光谱分析表明,四种活化钙镁磷肥中的HPO42-特征吸收峰的透过率明显降低,说明它们的HPO42-含量均有不同程度的增加,而且由活化剂SMS和FM分别制得的活化钙镁磷肥(SMSCMP、FMCMP)出现了新的HPO42-特征吸收谱,使其中的磷向有效态转变。菜心盆栽试验表明,与钙镁磷肥相比,活化钙镁磷肥的生物量均提高,最高增幅达20.0%,植株的磷、镁含量均显著提高,吸磷量的增幅为4.8%～24.3%,减少了磷的流失;同时活化钙镁磷肥增加了土壤有效磷含量,后效足。     

基于无线Ad hot网络的低代价节能最短路径树算法

拓扑控制与拓扑维护是优化无线Adhot网络拓扑结构的重要方面,本研究以无线Adhot网络中各节点在失效情况下,为维护网络的连通性,提出一种以Dijkstra SPT算法为基础,以减少Adhot网络拓扑维护开销,低代价节能运行的最短路径树算法-ELSPT。其仿真实验表明,该算法有利于对Adhoc无线网络带宽的空间重利用,提高网络容量,减少分组碰撞的概率,对优化网络的拓扑控制和拓扑维护有着显著的有效性。