高速气流条件下标准扇形喷头和空气诱导喷头雾化特性

标准扇形喷头与空气诱导喷头均为地面喷雾常用喷头,其在低速条件下的雾化特性已有较多研究,而在高速气流下的雾化特性尚不清楚。为了探究对比2种喷头在高速气流条件下的雾化特性,以及其用作航空喷头的可能性,基于北京农业智能装备技术研究中心自行设计制造的IEA-I型高速风洞,采用马尔文Spraytec喷雾粒度仪对德国Lechler公司生产的LU-120-03标准扇形压力喷头和IDK-120-03空气诱导喷头进行了测试。试验结果表明,两种类型喷头在距离出口0.15 m时,雾滴并未完全雾化。而在距离出口0.35 m时雾滴均已充分雾化。其中LU-120-03扇形压力喷头雾滴体积中径随风速增大从210μm逐渐减小至130μm,在管道压力达0.4 MPa以上时,其雾滴粒径分布跨度随风速增大逐渐从1.3增至1.5。而IDK-120-03空气诱导喷头产生的雾滴粒径相对较大,在风速为120 km/h时,达420~450μm,但其随着风速进一步增加快速减小,在风速达305 km/h时,其产生的雾滴体积中径降低到150μm。试验还发现管道压力变化对LU-120-03扇形压力喷头产生雾滴体积中径影响较大,而对IDK-120-03空气诱导喷头产生的雾滴体积中径影响较小。该研究可为固定翼有人机航空施药方案,如喷头选型、压力选择、作业速度选择等提供试验数据指导。     

地膜残留量对新疆棉田蒸散及棵间蒸发的影响

为探讨残膜对干旱区农田蒸散耗水特征的影响,在新疆阿克苏典型覆膜滴灌棉田开展2 a小区试验研究,设计0、225、450 kg/hm2共3种不同的地膜残留量,采用水量平衡法,微型棵间蒸发仪法,于主要生育时期测定并计算土壤含水量、蒸散量、棵间蒸发量、作物蒸腾量、棵间蒸发占蒸散的比例。结果表明:随着地膜残留量增加棵间蒸发量、棵间蒸发占蒸散的比例呈增大趋势,而蒸散量及作物蒸腾量则逐渐减小。与无残膜处理相比,225和450 kg/hm2处理全生育期田间无效耗水的棵间蒸发量分别增加了9.27和22.20 mm,棵间蒸发占蒸散的比例增幅分别为2.6%和6.1%,作物蒸腾量降低34.89和55.94 mm。在棉花生育期内,棵间蒸发占蒸散的比例(E/ET)与叶面积指数(leaf area index,LAI)呈幂函数关系,各处理间棵间蒸发占蒸散的比例对叶面积指数的响应差异不同,450 kg/hm2处理蒸发占蒸散的比例随着LAI的增加,曲线下降趋势较明显;无残膜处理棵间蒸发占蒸散的比例与LAI的决定系数最高,均在0.9以上。土壤水分利用率也随残膜量的增加依次降低,当残膜量由0增加到450 kg/hm2时,土壤水分利用率从28.25%降至24.91%,可见,残膜增大了农田的无效耗水,不利于土壤水分的有效利用。研究可为制定缓解或克服残膜危害的应变调控技术提供依据。     

聚乳酸生物降解地膜对土壤温度及棉花产量的影响

随着地膜残留污染问题的加剧,降解地膜的应用研究越来越受到关注。通过普通塑料地膜与2种不同厚度聚乳酸生物降解地膜的田间对比试验,研究聚乳酸生物降解地膜降解状况及对土壤温度和棉花产量的影响。结果表明:聚乳酸生物降解地膜在覆膜17~22 d后进入诱导期,60 d后逐渐进入破裂期,130 d左右进入崩裂期。在棉花生长苗期,生物降解膜膜内增温缓慢,白天平均土壤温度普通膜分别高于18μm降解膜和15μm降解膜膜0.8℃和6.2℃。但夜间降解膜膜内平均温度较稳定,保温效果好,膜内温度高于普通地膜1℃左右。18μm聚乳酸降解膜与普通膜相比对棉花产量的影响无显著性差异,而15μm聚乳酸降解膜使棉花减产8.9%。研究表明,聚乳酸生物降解地膜厚度选为18μm较为合适,且具有良好的降解性,可满足棉花的生长需要,有望替代普通地膜在农田中推广使用。     

流冰对引水隧洞撞击破坏力学特性数值分析与验证

寒旱地区冬季寒冷,昼夜温差大,长距离输水工程在解冻期易形成流冰,不同尺寸的流冰对隧洞形成不同的挤压力或撞击力,甚至导致衬砌破损,工程失效。该文通过深入研究流冰与引水隧洞碰撞时的相互作用问题,并利用有限元接触-碰撞算法的对称罚函数算法,进行了流冰撞击引水隧洞衬砌的接触-碰撞算法的理论分析。应用ANSYS/LS-DYNA软件,建立隧洞模型和流冰模型,选用LS-DYNA SOLVER求解器进行求解,分析流冰对隧洞的破坏程度;并通过物理模型试验采用几何比尺为C_l为28进行验证,揭示流冰对引水隧洞的撞击破坏机理。结果表明:流冰在不同流速、不同平面尺寸、不同厚度等工况下,流冰与隧洞衬砌碰撞时,隧洞衬砌表面会产生不同程度的变形和破坏;随着流速增大,撞击应力值也相应增大,两者呈线性关系;当流冰平面尺寸变化时,其撞击应力随着流冰平面尺寸的增大而增大,两者呈非线性关系;当流冰厚度增加时,流冰厚度小于0.5 m时,撞击力随着流冰厚度的增大而增大;其厚度超过0.5 m时,撞击应力值变化不大,其流冰平面尺寸和最大应力呈现近似线性关系。同时,通过软件模拟和试验观测得出的计算结果基本一致,流冰与隧洞衬砌碰撞时,隧洞衬砌表面会产生不同程度变形,变形对隧洞稳定性影响不大。但是,流冰冲刷会导致隧洞衬砌表面破碎,长期会影响结构的强度与稳定性。其结果可为寒旱地区冬季输水工程安全提供理论支撑和技术保障。     

垄作覆膜种植对夏玉米生长和土壤水分动态的影响

旨在探索垄作覆膜对夏玉米动态生长过程、作物产量和水分利用效率及土壤水分运移规律的影响。试验设置垄作覆膜(RM)和平作不覆膜(NM)处理,在试验数据分析的基础上,采用Logistic方程及其修正方程分别拟合株高和叶面积指数生长动态,结合数值模型HYDRUS-2D模拟典型降雨过程的土壤水分动态。结果表明:Logistic方程拟合下,垄作覆膜与平作未覆膜处理夏玉米株高最大增长速率及其出现时间分别为5.1,5.2cm/d和播种后39,41天(3年均值),同时垄作覆膜夏玉米叶面积指数最大增长率较平作未覆膜提高了14.6%,增长速率最大值出现时间提前了2天;垄作覆膜夏玉米穗长、穗粒数、百粒重、产量及水分利用效率较平作未覆膜分别增加了7.8%,15.4%,1.3%,6.0%和3.1%(3年均值)。HYDRUS-2D模型对典型降雨后土壤剖面水分变化的模拟结果表明,垄作覆膜能增加降雨入渗,增大0—20cm土层和0—200cm剖面平均含水量。垄作覆膜种植具有增产保墒效应,但其增产效应与生育期气象条件有关,生育季降雨过多或过少都会影响其增产效应。     

粉煤灰和聚丙烯酰胺固沙效果的风洞试验

寻找经济高效的固沙措施对于防治风沙危害具有重要意义。该文采用室内风洞试验,研究了不同粉煤灰施用率(10%,20%和30%)的固沙效果及在粉煤灰最佳施用率的基础上不同聚丙烯酰胺(PAM)施用率(0.05%和0.1%)对其的强化作用。试验研究结果表明,沙土施加粉煤灰后起动风速显著提高,施加PAM进一步小幅提高其起动风速;粉煤灰施用率为20%的沙土可以最有效地抵御8m/s净风和风沙流历时10min的吹蚀;施加粉煤灰的沙土在14m/s净风和风沙流历时10min的吹蚀条件下发生中度风蚀,其风蚀率随着粉煤灰施用率的增大而呈逐步降低的趋势;施加粉煤灰和PAM的沙土可以有效地抵御14m/s风沙流历时30min的吹蚀;从经济意义上考虑,推荐粉煤灰施用率为20%和PAM施用率为0.05%的用量水平处理用于风蚀防治。     

覆膜和露地旱作春玉米生长与蒸散动态比较

利用土壤水分传感器、微型蒸渗仪与涡度相关系统,连续监测覆膜和露地春玉米田土壤水分、蒸发和农田蒸散,分析春玉米田蒸散与土壤蒸发变化规律,探讨了覆膜玉米高产节水增效的机理。结果表明:与露地相比,覆膜的表层土壤温度和体积含水率分别提高4.9%和19.5%。覆膜、露地处理玉米出苗率分别为99.0%和80.0%,其差异为显著水平,覆膜提早春玉米各生育阶段平均为7d,全生育期缩短11d。生育前期、中期,覆膜的叶面积指数、株高和地上、地下干物质均显著高于露地的,播种一个月后差异最大,分别高110.2%、13.5%、42.9%和12.7%。玉米拔节期前(6月前)和8月后至玉米成熟,覆膜的农田蒸散量分别比露地的低6.8%和0.4%,但6-8月覆膜的比露地的高5.1%。全生育期覆膜的农田蒸散量为376.2mm,降低了6.0%,且土壤蒸发降低了57.7%。最终单株平均果穗质量、生物量差异不显著。但是,由于覆膜显著提高了出苗率从而增加了单位面积生物产量和经济产量,增幅分别为23.7%和15.3%。同时,覆膜作物水分利用效率提高了22.6%,达到31.3kg/(hm2·mm)。可见,覆膜能显著降低土壤蒸发和农田总蒸散量;保水增温促出苗,提前玉米各生育期;生育中期日蒸散量和干物质积累速率较高;最终显著提高单位面积生物产量和经济产量以及作物水分利用效率。     

农牧交错带不同农田耕作模式土壤风蚀的风洞实验研究

在农牧交错带——内蒙古自治区太仆寺旗采集的土壤样品的风洞实验研究结果表明:耕作模式的不同导致土壤风蚀状况的差异。在深松、翻耕、翻耕碾碎、小麦茬10 cm、荞麦茬10 cm、胡麻茬10 cm与无残茬等7种耕作模式的风洞实验中,翻耕碾碎风蚀速率均值最大,达到124.8 g m-2 min-1,胡麻茬最小,为15.14 g m-2 min-1,前者是后者风蚀速率的8.24倍。7种耕作模式风蚀速率均值的大小顺序为:翻耕碾碎>无残茬>深松>荞麦茬>翻耕>小麦茬>胡麻茬。结合对不同耕作模式土壤风蚀速率与风速关系的进一步分析可定量揭示出:翻耕碾碎、无残茬模式防风蚀效果最差,胡麻茬、小麦茬、翻耕模式防风蚀效果最好,深松、荞麦茬防风蚀效果居中。本文结论对农牧交错带旱作农业增强农田防风抗蚀能力有借鉴意义。     

墙体材料及其组合对日光温室墙体保温性能的影响

利用热反应系数法和日光温室热环境的数学模型模拟分析了日光温室墙体得热量、墙体温度以及室内气温,比较了墙体材料的不同组合对保温性能的影响。结果表明,对不同厚度砖墙聚苯板隔热材料的厚度以0.10m为宜;相同厚度隔热材料在砖墙厚度较薄时保温效果优于较厚的砖墙;砖墙厚度较薄时材料的排列秩序对保温影响较明显。     

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。