Root tensile strength of three shrub species: Rosa canina, Cotoneaster dammeri and Juniperus horizontalis: Soil reinforcement estimation by laboratory tests

The presence of vegetation increases soil burden stability along slopes and therefore reduces soil erosion. The contribution of the vegetation is due to mechanical (reinforcing soil shear resistance) and hydrologic controls on stream banks and superficial landslides. This study focused on the biotechnical characteristics of the root system of three shrub species: Rosa canina (L.), Cotoneaster dammeri (C.K. Schneid) and Juniperus horizontalis (Moench). The aim of this paper is to increase our understanding on root biomechanical properties of shrubs species and their contribution to soil reinforcement. The considered shrubs grew up in wood containers, exposed to natural conditions in a village near Asti (Northern Italy) for 2 years. Laboratory tests were conducted to measure the ultimate root tensile strength and to estimate the root density distribution with depth (root area ratio), in order to quantify the soil mechanical reinforcement. Root tensile strength measurements were carried out on single root specimens and root area ratio was estimated analyzing the whole root system. The improvement of soil mechanical properties obtained by the presence of shrubs was estimated using two different models. The first model, based on a simple force equilibrium model, considers that the tensile strength of all roots crossing the shear plane is fully mobilized. This classical approach is implemented by the Fiber Bundle Model concept, to account for non-simultaneous root breaking. C. dammeri roots presented the highest tensile strength and soil reinforcement values, while R. canina and J. horizontalis were characterized by lower values. Similarly at each considered depth C. dammeri showed the highest soil reinforcement effect.     

四种入渗模型对斥水土壤入渗规律的适用性

土壤斥水性影响入渗,进而影响作物产量。国外学者进行了一定的研究,但在中国研究的还很少。该文基于实测资料探讨几种常规的入渗模型在斥水土壤中的适用性。采用室内土柱进行积水入渗试验,对比了不同积水高度和斥水度条件下的土壤入渗规律,并采用4种模型分析了土壤入渗率变化特征。结果表明,累积入渗量随入渗历时的变化可用幂函数描述,不斥水土壤累积入渗量明显大于斥水土壤;累积入渗量与湿润锋推进距离呈良好的线性关系;利用Green-Ampt模型、Philip模型、Kostiakov公式和指数公式对入渗率与入渗历时间的关系进行拟合,其中Kostiakov公式更接近于实测值,其他模型拟合效果因斥水程度等因素的不同而异。     

碾后白米形变消除规律试验

为解决碾后白米抛光时碎米多的问题,该研究以碾后的白米为原料,研究温度、相对湿度以及含水率对白米形变消除时间的影响规律,采用二次旋转组合试验方法设计试验,比较了白米形变消除后抛光与碾后直接抛光的整精米率。用EXCEL软件和SAS软件处理数据,建立相关数学方程。结果表明：在试验参数范围内（温度5～45℃,含水率13%～17%,相对湿度25%～85%）,碾后白米的形变经过46～69?min可以消除;含水率、环境温度和相对湿度对形变消除时间影响显著;白米消除形变后抛光的整精米率明显高于直接抛光的整精米率。所建数学模型对碾后白米形变消除具有指导作用。     

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。     

大田原生盐碱荒地入渗特性的试验

为揭示原生盐碱荒地土壤的入渗特性,基于大田原生盐碱荒地4个试验点的原位土壤入渗试验,并与非盐碱土壤入渗特性比较,探讨了盐碱荒地土壤的入渗的过程和特性。结果表明:原生盐碱荒地的入渗过程与非盐碱荒地相类似,但其累积入渗量和入渗率远小于非盐碱地,且入渗率的衰减速度远快于非盐碱地,究其原因是由其水力传导度小所导致,而水力传导度小的根本原因是由于盐碱土壤中含有较多的交换性钠离子;盐碱土壤的累积入渗量和相对稳定入渗率与其含盐量、Na+离子含量间呈反比例关系;其入渗过程也可用Kostiakov模型来表征,用与Kostiakov两参数模型结合的分段模型可获得更好的表征精度。研究结果对于推进土壤水分运动理论的研究具有一定的意义,可为原生盐碱荒地的改良提供技术支撑。     

超临界CO2干燥罗非鱼片的传质模型和数值模拟

为了探讨超临界CO2干燥罗非鱼的机理,该文基于微分床的质量守恒定律建立了超临界CO2干燥罗非鱼片的传质数学模型,通过Matlab软件对其干燥过程进行了数值模拟,分析了干燥室内超临界CO2中的溶质质量分数和罗非鱼片中的溶质质量分数随干燥时间和干燥床高度变化的规律,揭示溶质在超临界CO2干燥过程中的传质模式。结果表明:在超临界CO2干燥罗非鱼片的过程中,溶质传质主要以对流扩散为主,而以轴向扩散为辅;数值模拟的结果与试验值拟合良好(R2=0.97),相对偏差的绝对值在10%以内,说明建立的传质数学模型能较好的模拟超临界CO2干燥罗非鱼片的过程。研究结果可为超临界CO2干制罗非鱼片的工业化生产的过程控制提供参考。