ANSWER模型评估新疆咸水灌溉棉花产量与效益

利用咸水或微咸水进行农田灌溉是缓解中国新疆地区农业水资源供需矛盾从而保障当地棉花产业可持续发展的主要途径之一。为了明确不同咸水灌溉措施对棉花产量及经济效益的影响,该研究通过2 a的棉花膜下滴灌大田试验和文献检索获取了新疆9个不同试验地点的土壤、作物及灌溉等数据资料,评估作物产量-水盐胁迫响应分析模型(ANalytical Salt WatER,ANSWER)在新疆棉花产量评估中的适用性和可靠性,并结合经济收支平衡方法,模拟分析不同咸水灌溉措施(包括不同灌溉定额和灌溉水电导率的组合)对棉花产量与经济效益的影响。采用决定系数(R²)、均方根误差(root mean squared error,RMSE)、相对均方根误差(relative root mean squared error,RRMSE)评价模型精度。结果表明,在9个不同试验地点,ANSWER模型均可较准确地估算棉花的相对产量,其估算值与实测值之间的R²≥0.54,RMSE≤0.14,RRMSE≤0.16;不同试验地点,优化获得的各个模型生物参数(与棉花根系吸水的水盐胁迫响应相关的参数)...     

不同仓型的粮堆温度场重现及对比分析

为了揭示不同仓型粮堆内温度场和水气分压场随季节的变化规律及其对储粮安全的影响,该文以天津地区的钢板浅圆仓和平房仓为研究对象,以小麦为储粮目标,采用阵列式分布的温度传感器监测粮堆温度,利用温度拟合算法和WU模型构建粮堆温度场模型,重现粮堆在冬末春初之际和夏季的温度场和水气分压场分布;根据温湿度场耦合理论分析其云图特征,并在此基础上比较2种仓储粮状态的差异。结果表明:夏季,浅圆仓和平房仓的小麦粮堆中均存在大体积的冷芯,使整个粮堆可以安全度夏;冬春交替之际,2种仓的粮堆中均存在多区域分层现象,但由于浅圆仓的表层粮堆水分吸收速率大于平房仓,致使次年春季浅圆仓的粮堆表层更易发生结露;根据平房仓小麦粮堆的等温曲线变化方向可推测有邻仓存在,且由2个毗邻的平房仓温度场融汇度可判定邻仓有储粮。研究结果将为粮堆结露研究提供新思路,为结露预测提供理论依据。     

基于三角模型的喀斯特地区土地利用系统健康评价

喀斯特地区作为一种典型的土地生态环境区域,对其土地利用系统健康状态和趋势进行评价是诊断由人类活动引起的土地利用系统破坏和退化程度的重要手段。该文在界定土地利用系统健康评价概念的基础上,通过土地利用系统的结构性指数、功能性指数和效益指数构建评价指标体系,建立土地利用系统健康评价的三角模型,并对2005-2012年贵阳市土地利用系统的健康状态和趋势进行了分析和评价,提出了优化土地利用系统健康状态的路径。结果表明:贵阳市土地利用系统的健康水平先后经历了不健康、亚健康、初级健康和中级健康4个状态阶段,具有逐渐向高级健康状态发展的趋势,在未来应该优化土地资源配置,提升经济建设基础保障水平并结合自然优势,充分利用土地发展绿色生态经济,充分利用先进信息技术水平,建立土地利用系统健康状态预警系统以优化土地利用系统的健康水平。该研究能够为生态脆弱区的土地利用及保护提供理论和实践参考。     

高速电磁阀电磁力近似模型的构建与分析

为提高高速电磁阀动态响应速度,采用近似模型方法,以建立电磁阀多物理场零维近似耦合模型,实现其性能高效预测及优化。首先创建了柴油机电控单体泵高速电磁阀电磁力有限元计算模型,并通过与试验对比验证了模型的精度。结合面中心复合设计、嵌套中心复合设计、最优拉丁超立方设计与二次多项式响应面模型、Kriging模型、径向基函数模型,构建了18组电磁力近似模型。分析了不同样本点集大小、试验设计方法及近似方法对近似模型精度的影响。得出近似模型的精度随着样本点集的增大并非呈现单调递增的关系;而最优拉丁超立方试验设计与Kriging模型、径向基函数模型具有良好的适应性。构建高速电磁阀工作气隙、驱动电流、线圈匝数、副磁极半径、衔铁厚度、衔铁半径等关键参数的电磁力近似模型最佳方案是最优拉丁方试验设计与Kriging模型的组合,样本点集大小为二次多项式响应面模型所需最少样本点数的1.5倍,模型复相关系数、平均绝对误差、均方根误差值分别为0.97、0.06、0.09。该研究为高速电磁阀多物理场零维近似耦合模型的建立及其优化提供了参考。     

干燥介质相对湿度对胡萝卜片热风干燥特性的影响

为了探究相对湿度和阶段降湿对热风干燥过程的影响,该文在干燥温度60℃、风速3.0 m/s条件下,研究了相对湿度(20%、30%、40%、50%)及第一阶段相对湿度50%保持不同时间(10、30、60、90 min),第二阶段相对湿度20%下,胡萝卜片的干燥特性和温度变化规律;利用Weibull分布函数对干燥曲线进行拟合并分析干燥过程,结合尺度参数估算水分有效扩散系数;基于复水比、色泽、干燥时间和能耗对不同相对湿度条件下的干燥过程进行评价。研究结果表明:相对湿度保持恒定条件下,干燥速率先上升后下降,且相对湿度越低干燥速率越大。降低相对湿度有利于缩短干燥时间,热风相对湿度20%比50%条件下干燥时间缩短了27.6%;分段降湿干燥条件下,热风相对湿度50%保持30min后降低为20%,其干燥时间比相对湿度恒定为20%条件下缩短了18.5%,干燥过程出现2个升速阶段;Weibull分布函数可以很好地描述胡萝卜恒定湿度和阶段降湿干燥过程。尺度参数α范围在1.864~3.635 h之间,形状参数β值在1.296~1.713之间,水分有效扩散系数在1.17×10-9~2.92×10-9 m2/s之间。对绿红值、复水率、能耗和干燥时间进行综合评价显示,热风相对湿度50%保持30 min干燥条件下绿红值最高为41.4,能耗相比于恒定相对湿度20%条件下减少了6.0%,复水比较高为3.81,综合评分较高为0.91。该文揭示了干燥介质相对湿度对胡萝卜片干燥特性的影响规律,对于优化干燥介质湿度控制策略以提高干燥速率和品质,降低干燥能耗提供了科学依据和技术支持。     

基于声学特性的西瓜糖度检测系统

该研究优化了由包裹橡皮的金属小球、压电式加速度传感器、电荷放大器、光电式触发电路、数据采集卡和计算机等组成的西瓜声学特性测试系统。由所获取的声波信号幅值谱计算出声透过率,采用TQ软件中SMLR(逐步多元线性回归)函数选取6个特征频率:752、869、1001、4556、322、3950Hz,由其对应的声透过率值建立了西瓜品质检测的多元线性回归模型。对47个西瓜样本的试验数据分析表明:将敲击点和接收点分别放置在西瓜自然生长状态的中部对侧可获得最佳的测定模型,模型的校正相关系数R、校正均方根误差RMSEC和预测均方根误差RMSEP分别是0.80753、0.646和0.655。实现了西瓜糖度检测目的,为声学无损检测西瓜成熟度提供了参考。     

气动侧摆关节的动态特性

针对目前气动关节存在的缺点,提出了采用气动柔性驱动器(flexible pneumatic actuator,FPA)直接驱动,模拟人手指侧摆运动的侧摆关节。介绍了侧摆关节的工作原理。根据热力学第一定律,结合关节的动力学方程,推导建立了关节的转角及输出力矩的动态模型,并进行了仿真分析研究了关节的动态特性;试验研究了侧摆关节的动态特性,分析了关节转角及输出力矩的实际动态响应较慢原因;采用了串联双闭环控制方法,对关节的转角及输出力矩进行了控制研究,结果表明:期望角度为15°时,关节转角闭环动态响应时间约为0.3s,稳态相对偏差小于0.65%;期望输出力矩为188N?mm时,闭环输出力矩动态响应约为0.3s,稳态相对偏差小于1.5%。侧摆关节可控性高,可满足多指灵巧手关节设计要求。     

应用Manure-DNDC模型模拟畜禽养殖氮素污染

畜禽养殖是重要的农业面源氮素污染源头,大量的畜禽粪便施入农田后,会加大农田氮素径流和淋溶损失强度。畜禽养殖废弃物氮素污染过程复杂,涉及到动物自身营养循环以及废弃物通过不同途径进入环境的过程,目前大多通过排放系数法估算畜禽养殖过程产生的氮素污染负荷。该文选用最新版Manure-DNDC模型,以山东小清河流域为例,模拟畜禽养殖及废弃物处理的生物地球化学过程,分析氮素在动物、畜禽粪便、农田之间的迁移转化,探讨该过程中氮素的主要损失途径以及污染物负荷的时空变化特征。模拟结果表明,小清河流域2008年畜禽养殖及粪便处理场所氮素径流损失4.66万t,粪便施入农田后的氮素径流和淋溶损失分别为0.1、0.51万t。     

黄土坡面不同植被冠层降雨截留模型模拟效果及适用性评价

为探明植被冠层降雨截留水文生态效应,该文通过对黄土区坡面柠条林和杏树林冠层截留量的动态监测与模型模拟,分析了不同类型植被冠层降雨截留规律及其模型模拟的适用性。结果表明:2种不同类型植被冠层降雨截留的特征差异显著。柠条林冠层截留量随大气降雨量的增加而逐渐增加,稳定截留率约为15%。杏树林冠层截留率相对较低,特别是在降雨量小于5mm的量级,冠层"漏斗"效应明显。杏树林冠层截留率与降雨量之间未表现出明显的趋势关系,稳定截留率约为10%。对于柠条林冠层截留规律的模拟,以降雨量和冠层郁闭度为变量的崔启武模型的决定系数为0.74,以降雨量为变量的王彦辉模型的决定系数为0.68;但对于"漏斗"状结构的杏树林冠层,2个模型均未能得到较好的模拟结果。     

运用土壤水盐运移模型优化棉花微咸水膜下滴灌制度

为优化设计棉花微咸水膜下滴灌灌溉制度,利用HYDRUS建立含根系吸水项的土壤水盐运移数值模拟模型,并用田间试验资料进行参数识别和模型验证。用验证认可的数值模型优化设计棉花微咸水膜下滴灌和非生育期洗盐灌溉制度,并预测棉花生育期水盐运移规律和长期效应。结果表明:模型仿真度较高、运行速度较快;T检验说明土壤含水率和电导率模拟值与实测值均无显著差异;模型参数中形状系数α、n对含水率影响较大,纵向弥散度DL对电导率影响较大;当地膜下滴灌适合生育期一膜双管、低额高频灌溉,并结合非生育期1年1次或2年1次大水漫灌洗盐,20a的模拟结果显示此灌溉制度下不会引起土壤次生盐渍化。