蒋冬梅 , 李效顺 , 曲福田 , 严金明 , 汪云甲 , 张绍良 , 石晓平 , 何冠聪
2015, 31(17):1-9. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.001
摘要:伴随快速工业化、城镇化进程,中国耕地非农化不断加快,由此带来碳排放迅速增加、生态环境和温室效应不断恶化。鉴于此,该文将耕地非农化与碳收支纳入统一框架,运用系统动力学方法模拟1996-2020年间耕地非农化带来的碳收支盈亏量。结果表明:1)整体分析判断,中国耕地非农化处于递增趋势且空间分布主要集中在东部,并呈现耕地规模递减、建设用地递增状态。2)模拟结果显示,1996-2020年全国耕地由1.293×108hm2减少到1.204×108hm2,建设用地从2.407×107 hm2增加到3.073×107 hm2,并且耕地非农化碳汇量由7.90×108t减少到7.48×108 t,碳源量从9.34×109 t增加到1.17×1010 t。3)区域比较发现,全国耕地非农化碳收支表现为碳源且总体上呈递增趋势,并且2020年东部地区碳支出量最大为5.029×109 t,西部次之为2.261×109 t,中部略小于西部为2.216×109 t,东北地区最小为1.084×109 t。
2015, 31(17):10-19. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.002
摘要:摘 要:针对东北保护性耕作区玉米垄作农业技术对研发免耕播种机的要求,该文以阿基米德螺线为基础,分析了缺口圆盘刀破茬性能和理想种床对破茬刀的技术要求,进行了阿基米德螺线型缺口圆盘破茬刀的结构优化以及最优参数的优选,研制了破茬开沟和切拨防堵装置。田间试验表明,破茬开沟装置能开出“V”形沟,2片螺线型缺口圆盘刀直径为350 mm、入土深度为40 mm时,播种开沟宽度为28 mm;切拨防堵装置单片圆盘破茬装置质量为113 kg、破茬深度为70~100 mm时,开沟宽度为40~50 mm,清垄部件清垄宽度为210 mm,均达到了农业技术要求。同时,确定提高破茬率切拨防堵装置的最佳工作参数:机器前进速度为2.22 m/s,配质量为113 kg,破茬圆盘刀入土深度为7.50 cm;得出各因素对破茬率影响的主次顺序为机器配质量>机器前进速度>入土深度。该研究为高留茬模式和高留茬碎杆覆盖模式的保护性耕作地区的免耕播种作业提供了参考。
2015, 31(17):20-26. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.003
摘要:选,研制了破茬开沟和切拨防堵装置。田间试验表明,破茬开沟装置能开出“V”形沟,2 片螺线型缺口圆盘刀直径为
2015, 31(17):27-34. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.004
摘要:因素对破茬率影响的主次顺序为机器配质量>机器前进速度>入土深度。该研究为高留茬模式和高留茬碎杆覆盖模式的保
2015, 31(17):35-41. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.005
摘要:大型泵站前池水位变化频繁且变化幅度较大时,机组经常偏离高效区运行,造成能源浪费。泵站系统中除了主机组、辅助设备和输变电设施消耗能量外,河道的输水水量损失和水力损失也综合成泵站所抽提水体的水能损失,进而影响泵站的运行性能。根据水源水位变化,在调水目的地水位一定的情况下,考虑河道输水水力损失与水量损失,首先分别确定调水目的地需要流量与泵站抽水扬程、抽水流量之间的关系,避免了优化计算过程中水位的重复迭代,极大减小了计算量与计算时间。以长江三江营最大潮差、平均潮差、最小潮差3个典型日为例,在南水北调东线淮安站站下水位及需要流量一定的情况下,以系统日运行费用最少为优化目标,建立优化模型,并采用模拟退火-粒子群算法(SA-PSO,simulated annealing- particle swarm optimization)求解,计算结果表明,与水泵设计角度运行方案相比,泵站系统实施变角优化运行,其运行费用可分别节约0.62%~2.26%、0.33%~3.26%和0.22%~0.83%。
2015, 31(17):42-49. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.006
摘要:为满足沼肥采运车的工作效率,设计12 t大型车载式沼肥采运储罐,并针对大型沼肥采运车运输沼肥遇紧急制动时,储罐内部沼肥剧烈晃动对壁面产生的冲击可能导致储罐及连接支撑结构损坏,为安全运输带来隐患的问题。该文采用VOF(volume of fluid)多相流模型对采运车紧急制动时不同充料比下储罐内沼肥晃动进行分析和数值模拟,得出采运车的最佳运输充料比范围0.8~0.9;利用CATIA有限元分析模块在储罐三维模型上建立各零部件间具有联接和力传递关系的有限元模型,根据采运车工况,施加约束及储罐前封头和前防浪板所受冲击载荷峰值最大时的载荷边界条件后进行计算,依据计算结果调整储罐设计并优化结构,重新计算得到储罐的变形和应力分别为6.25 mm、136 MPa;运用相似理论量纲分析法确定储罐模型的几何尺寸及试验参数,模型试验中前防浪板迎峰面所受的冲击力计算值与原型中的数值模拟值存在近似1:64的比例关系,模型试验结果可推广至原型。研究为大型沼肥采运车储罐设计提供了可行的解决方案,同时也为类似运输罐车的研究提供参考。
2015, 31(17):50-56. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.007
摘要:为探究轴流泵叶轮导水锥的设计方法,揭示导水锥流场的内部流动特性以及不同型式导水锥流场与叶轮流场之间的相互影响关系,并对导水锥头部圆整问题进行初步探索,该文基于三维不可压缩流体的雷诺平均N-S方程和k-ε湍流模型,采用6种型式的导水锥,利用Fluent软件对各型导水锥流场及其叶轮流场进行三维流场计算。结果表明:出口流场均匀性最好的维多辛斯基式导水锥的叶轮水力效率最高,而出口流场均匀性最差的直锥式导水锥叶轮水利效率最低。叶轮对水流的预旋作用对导水锥流道出口断面轴向速度分布均匀度影响较大,而对速度加权平均偏流角和水力损失的影响很小。同时,水流预旋对导水锥出口流场的轴向速度影响较大,切向速度影响较小。导水锥流场液流越近叶轮,其受叶轮旋转的影响越大。适当增加导水锥的长度可提高叶轮水力效率,但导水锥长度过长会导致水力损失增加,建议导水锥长度最佳取值范围为叶轮外径的 0.5~0.7 倍。导水锥头部的圆整,可有效消除因尖锐头部造成的逆压梯度,从而减少流场的不稳定性。随导水锥头部圆整长度的增加,导水锥的水力损失降低,叶轮水力效率升高。建议导水锥头部圆整位置距导水锥头部应为导水锥长度的1/8~1/7倍。研究可为高效轴流泵水力模型设计提供参考。
付宏勋 , 赵又群 , 林 棻 , 杜现斌 , 王 强 , 朱明敏
2015, 31(17):57-64. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.008
摘要:为了进一步掌握机械弹性车轮的接地特性,该文着重研究了胎圈结构参数对车轮接地压力分布的影响。建立了车轮胎圈曲梁模型,通过对车轮承载变形的理论分析,确定影响车轮接地特性的结构参数为胎圈断面高宽比、弹性环断面高宽比和弹性环分布位置。针对不同的胎圈结构参数,建立对应的车轮有限元模型并验证了模型有效性。利用有限元分析软件ABAQUS对其作静态接地特性仿真试验,结果表明减小胎圈断面高宽比、弹性环断面高宽比或弹性环分布系数,可不同程度地增大车轮接地长度和接地面积,并使车轮平均接地压力和接地压力偏度值减小。对比不同胎圈结构参数的车轮,其接地长度最大增加7.2%,接地面积最大增加21.6%。该文为优化机械弹性车轮的接地特性提供了参考。
2015, 31(17):65-71. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.009
摘要:为了快速准确的研究抗性消声器的声学特性,该文提出二维解析方法研究两腔抗性消声器的传递损失特性;并基于阻抗管,采用双负载法对消声器传递损失进行了测量,以此对解析方法进行验证。进而基于解析方法,分析隔板通孔半径、隔板位置对消声器传递损失影响。最后采用遗传算法,在不增大外部总体尺寸的条件下,对消声器进行结构优化设计。研究结果表明,该文采用的理论计算方法可较准确地计算出消声器传递损失;两腔消声器比单腔消声器有更好的消声效果;隔板通孔半径及其位置对传递损失影响明显;通过对结构参数优化设计,可以使消声器在目标频带1 000~ 3 000 Hz的平均传递损失由17.2 提升到39.5 dB,获得很好的优化效果。该文建立的二维解析模型可用于计算抗性消声器的传递损失,为快速优化设计消声器提供了参考。
王培俊 , 邵 芳 , 刘俊廷 , 李星宇 , 胡振琪 , Russell S. Yost
2015, 31(17):72-80. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.010
摘要:为验证土工布用于加速引黄河泥沙充填采煤沉陷地的后期侧向排水及降低排水中泥沙含量的效果,在室内进行了基于土工布的泥沙充填排水模拟试验。该试验在玻璃槽内完成,设计3个试验处理,分别为ZT-250(整个断面开口+铁丝网+ZW-250土工布)、ZT-300(整个断面开口+铁丝网+ZW-300土工布)以及CK(断面中间部分开口+可调节高度的塑料板)。测定了3个处理的排水含沙量及泥沙粒径、玻璃槽内表层泥沙粒径以及充填表层和底层泥沙含水率随时间的变化。结果表明:1)3种处理排水含沙量整体差异较小,但使用土工布处理的排水含沙量随时间的延长逐渐降低,而对照处理排水含沙量随时间的延长逐渐增大;2)排水初期和中期,对照CK的排水中泥沙的黏粒含量均高于使用土工布的2个处理。排水后期CK的黏粒含量介于处理ZT-250和ZT-300之间。随着试验的进行,使用土工布的2个处理排水中泥沙的黏粒含量逐渐升高,粉粒含量逐渐降低,而对照处理呈现相反的变化趋势。使用土工布的2个处理拦沙效果较为稳定。3)3种处理充填表层泥沙粒径级配无明显差异,但使用土工布处理充填的表层泥沙的极细砂粒含量较高。4)3种处理充填泥沙表层和底层含水率变化存在差异,使用土工布可以加速泥沙中过饱和水的排除,其中处理ZT-250排水效果最好。该研究可为中国东部高潜水位平原矿区采煤沉陷地引黄河泥沙充填复垦的快速排水工艺革新提供依据。
2015, 31(17):81-90. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.011
摘要:为探究水肥一体化灌溉过程中,施肥对滴头堵塞的影响,分别配置了4个施肥浓度(0,0.4,0.6和1.2 g/L),3种泥沙级配,进行浑水间歇灌水堵塞试验,并用场发射扫描电镜分析了堵塞物的结构与成分。结果表明:施肥对于迷宫滴头堵塞具有明显的加速作用,施肥浓度越大,加速堵塞效果越明显,当施肥1.2 g/L时,3种级配浑水的有效灌水次数比未施肥的对照处理分别下降了36.4%,77.8%和78.8%;当施肥0.4 g/L时,有效灌水次数分别下降9.1%、33.3%和14.3%,施肥浓度≤0.4 g/L时,加速滴头堵塞的效果较小。浑水中增加化肥增强了水体中泥沙颗粒间的絮凝作用,促进了稳定而致密团聚体的形成,这是施肥加速滴头堵塞的主要原因;施肥后堵塞物表面结构复杂程度增加,堆积体间隙减小,堵塞以完全堵塞为主。该试验结果为水肥一体化滴灌技术推广提供理论依据。
王丽英 , 武雪萍 , 张彦才 , 李若楠 , 陈丽莉 , 陈 清
2015, 31(17):91-98. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.012
摘要:农民传统过量肥水供应可能导致土壤氮素和盐分积累,滴灌施肥能在根区精确供应肥水以满足作物需求。为明确膜下滴灌日光温室黄瓜-番茄轮作体系氮素供应对土壤氮残留、电导率及作物产量和根干质量的影响,该研究设计空白(NN)、有机肥对照(MN)、优化供氮(RN)、高量供氮(HN)、传统供氮(CN)5个处理,进行了2008-2010年6季田间试验。结果表明,随着氮素供应量的增加,根层土壤硝态氮和电导率显著增加,CN处理加快并加剧了土壤硝态氮和盐分积累。3个黄瓜-番茄轮作周期,氮素供应RN、HN、CN处理的土壤硝态氮平均分别为176.9、346.6、500.8 kg/hm2,CN处理是RN处理的2.83倍(P<0.05)。3a黄瓜季RN、HN、CN处理的土壤硝态氮积累量平均分别为-1.87、-49.61、-3.52 kg/hm2、番茄季分别为74.89、225.23、343.15 kg/hm2,CN处理积累量是RN处理的4.58倍(P<0.05)。3个轮作周期后,RN、HN、CN处理比试验前的土壤硝态氮残留增加了219.1、526.9、1 018.9 kg/hm2,平均每个轮作周期增加73.0、175.6、339.6 kg/hm2,CN处理是RN处理的4.65倍(P<0.05)。3个轮作季后,NN、MN、RN、HN、CN处理土壤电导率分别为433.8、681.5、824.5、927.5、1 120.0 μS/cm,RN、HN、CN处理显著高于MN、NN处理(P<0.05)。2008年番茄季、2009黄瓜季、2009番茄季、2010番茄季拉秧后的土壤电导率差异显著,CN处理是RN处理的1.15、1.29、1.40、1.36倍(P<0.05),表明RN处理可显著降低土壤次生盐渍化的风险。每个轮作周期的土壤硝态氮、电导率动态变化均存在2个积累时期,分别在7月初-8月初的夏季休闲和9月初-11月中旬的番茄结果期。总之,优化供氮比传统供氮减施氮肥66.7%,显著降低土壤硝态氮残留和土壤电导率,保证黄瓜番茄产量不减,将为日光温室黄瓜番茄轮作体系滴灌施肥制度提供科学依据。
2015, 31(17):99-107. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.013
摘要:为探讨不同咸淡水膜下滴灌方式对棉花根系、产量和土壤剖面溶质迁移的影响,于2012-2013年在巴州灌溉试验站开展大田试验,共设置全生育期微咸水、淡水和咸淡水轮灌(蕾期-花铃前期淡水、其余生育期微咸水)3个处理。对比不同咸淡水处理下,棉花根系发育、地上部生长和产量的差异,分析0~100 cm土壤中铜、铁、锰、钙、钾、钠6种溶质垂向分布与变化特点。结果表明:2012年,微咸水灌溉条件下,钠离子未发生表聚,40 cm以上土壤微量元素含量显著增高(P<0.05),棉花总根长密度、最大根长密度呈咸水处理>轮灌处理>淡水处理,咸水和轮灌处理下,单株棉花地上部干物质、单位面积铃数和籽棉产量显著高于淡水处理,分别达32%、20%和22%。2012-2013年,咸水处理下棉花总根长密度骤减,导致该处理下单株棉花地上部干物质、单位面积铃数和籽棉产量显著降低(P<0.05)。在土壤盐害离子增加,微量元素减少的情况下,采用蕾期至花铃前期淡水灌溉、其余生育期微咸水灌溉的方式,钠离子未发生表聚,2013年棉花总根长密度高于咸水处理达24%,地上部干物质、单位面积铃数和籽棉产量较咸水处理高出13%~24%。咸淡水轮灌一定程度上促进了棉花根系生长,缓解盐害离子对棉花造成的生长胁迫。另外,不同咸淡水灌溉处理下,土壤溶质迁移规律不同:2012-2013年,土壤中铜、铁、锰平均质量分数降低约40%,0~10 cm的表聚系数由0.14~0.17增长至超过0.20,3种处理下铜、铁、锰都表现出强烈的表聚性;钙、钾、钠平均质量分数增加33%~45%,3种处理下钙、钾未表现出明显的表聚性,而微咸水处理下钠由不表聚转变为显著表聚。该成果可为干旱地区合理利用微咸水,实现棉花优质稳产提供参考。
2015, 31(17):108-114. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.014
摘要:田面微地形是影响灌溉过程及灌溉性能的重要因素之一。针对灌溉模型中田面微地形的插值问题,该文在比较Kriging插值、三次样条插值和反距离加权插值的插值精度和程序运行时间的基础上,进一步分析了不同规格畦田下Kriging插值程序运行时间随插值网格数的变化趋势,提出了利用Kriging插值和三次样条插值及反距离加权插值进行组合插值的方法,并将不同中间插值网格数经组合插值所得田面高程数据用于灌溉模拟。结果表明,Kriging插值所得田面高程的精度最高,程序所需运行时间最长;而三次样条插值和反距离加权插值所需运行时间非常短,但精度较低。为了同时满足田面高程的插值精度和模型计算效率的要求,选用Kriging插值和三次样条插值组合的方式进行灌溉模型中田面高程的插值计算最为适宜。中间插值网格数为1/4及1/8灌溉模型剖分网格数经组合插值的田面高程及Kriging插值数据用于灌溉模型所得水流推进过程与实测水流推进过程基本一致。因此,在实际应用中,中间插值网格数的确定,可根据对插值精度和运行时间的不同要求在灌溉模型剖分网格数的1/4或1/8之间选取。该研究可为灌溉模型的应用提供依据。
阿尔达克·克里木 , 塔西甫拉提·特依拜 , 张 飞 , 雷 磊 , 张 东
2015, 31(17):115-120. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.015
摘要:摘 要:该研究尝试性地分析盐渍化土壤热红外发射率光谱特征,并建立土壤盐分高光谱预测模型,旨在为遥感传感器识别土壤盐分信息奠定基础。首先,采用FTIR(Fourier transform infrared spectrometer)温度与发射率分离处理软件进行土壤温度和发射率的分离。运用高斯滤波平滑法对研究区野外测量的土壤样品热红外发射率光谱数据进行滤波去噪处理。其次,对不同土壤含盐量热红外发射率光谱数据进行特征分析;然后在原始热红外发射率光谱数据的基础上进行4种形式的数学变换,分析热红外发射率光谱数据的变换处理形式与土壤含盐量之间的定量相关性。最后,使用多元回归方法建立预测模型并进行精度评价。结果表明:经过数据变换处理后,发射率光谱差异性有所提高;以平方根变换后的热红外光谱数据建立的预测模型效果较好,R2达到0.82。该研究将热红外遥感独特的发射率光谱特性应用于土壤盐渍化的实际科学问题中,为定量地分析盐渍土热红外发射率光谱信息提供参考。
2015, 31(17):121-127. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.016
摘要:土壤盐碱化问题是中国农业面临的一个巨大挑战,严重制约着农业生产的发展。为探索治理土壤盐渍化的方法,该文基于干旱区5类代表性土壤(砾砂、粉土/粉砂、粉土/粉细砂、粉土和亚黏土)的盐碱化规律,以盐碱土形成原因为切入点,结合土壤水的毛细管作用,以海绵(强力吸水层)、吸热聚乙烯编织布(蒸散加强层)为主要材料,设计出一种盐碱地治理防护毯,并对防护毯吸盐的深度和效果进行试验研究。结果表明:5类土壤表面的积盐情况各不相同,粗颗粒土(砾砂及砂土)含量较大时,在强蒸发条件下,3~4 d土样表面积盐后形成了一层厚约3~4 mm"盐痂";细颗粒土(亚黏土和粉土)含量相对较多时,短期内表面积盐速度相对较慢且现象也不明显,10~12 d后,土样表面可观察到一层细密的晶体盐颗粒。所以,土壤岩性质地与表层积盐量关系密切。总体趋势是:土壤颗粒越粗,土壤表层在早期的积盐量越大;土壤颗粒越细,土壤表层在后期的总体积盐量越大。在干燥通风和室外温度25℃的条件下,防护毯针对上述不同类型土壤进行吸盐试验,在4 d后0~10 cm土层的含盐量(质量分数,下同)均可减少80%(P<0.05)以上;>10~20 cm土层至少减少50%(P<0.05)以上;对于砂性土来说,>20~30 cm土层含盐量减少了50%左右(P<0.05),而黏性土和壤土可减少20%~30%以上(P<0.05)。对于实际中的盐碱土而言,含盐量减少30%时,土壤的肥力和可耕作程度会明显改善,能有效减小盐碱化对作物生长的影响。此外,研究还发现,铺设防护毯还能改变盐碱地表层土壤的结构,增强土壤的透气性。防护毯最佳使用时间应为土壤毛细管作用最强烈的时间段。该研究提供了一种有效的盐碱地治理措施。
2015, 31(17):128-135. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.017
摘要:为了探讨脱硫石膏及糠醛渣对新垦龟裂碱土改良洗盐效果,在统一施用脱硫石膏(28 t/hm2)的基础上,该文于2012年在宁夏平罗县西大滩农场,研究了不同淋洗水平(3 600、4 500和4 800 m3/hm2)和不同糠醛渣施用量(0、15、22.5和30 t/hm2)对新垦龟裂碱土碱化度、总碱度、pH值、全盐及盐分离子分布特征、油葵出苗生长及产量的影响。结果表明:在淋洗水量4 500 m3/hm2和施用糠醛渣(22.5 t/hm2)的条件下,土壤0~20 cm深的pH值由初始的9.65降到了7.6(P<0.05),碱化度、总碱度和全盐分别下降了60.2%、39.2%和69.1%,油葵产量3 195.8 kg/hm2,碱土改良效果明显,表明适当的脱硫石膏、糠醛渣、淋洗量可降低土壤盐分增加油葵产量。结果可为新垦龟裂碱地的改良利用、水盐调控提供依据。
2015, 31(17):136-143. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.018
摘要:该文选取2种粒径(细炭0.013~0.048 mm、粗炭0.3~0.7 mm)的生物炭,以2种质量百分比(3%、6%)施入一种粉黏壤土,通过测定不同粒径生物炭及施加比例下土壤的水分特征曲线、饱和水力传导度、收缩性及饱和膨胀率,研究生物炭对粉黏壤土水力参数及胀缩性的影响。结果表明,2种粒径及添加比例的生物炭均降低了粉黏壤土的持水能力。但4种添加生物炭处理相互之间持水能力差异不显著。生物炭可降低粉黏壤土中极微孔隙和中大孔隙的比例,提高微孔隙和小孔隙所占的比例。生物炭的添加降低了该粉黏壤土的饱和含水率和凋萎系数。细炭对粉黏壤土的田间持水率没有显著影响,粗炭降低了粉黏壤土的田间持水率。两种粒径的生物炭均可提高粉黏壤土的有效含水率,并降低离心失水过程中土壤的收缩,在这2方面细炭的影响效果比粗炭显著;细炭的添加对粉黏壤土饱和膨胀率没有显著影响,粗炭则降低了粉黏壤土的饱和膨胀率。2种粒径生物炭的添加均降低了该粉黏壤土的饱和水力传导度。3%和6%的添加比例在大部分研究指标中未表现出明显差异。该研究可为生物炭在土壤环境修复应用方面提供一定的理论指导。
2015, 31(17):144-151. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.019
摘要:以西北旱区有着300多年历史的压砂地为研究对象,利用平均相对偏差、统计回归等方法研究土壤水分的时空稳定性特征。结果表明,表层土壤水分变异性最强,随着土层深度的增大,变异性减弱。0~10 cm土壤水分高低值区差异较明显,图形破碎化程度较大,随着土层深度的增大,土壤水分等值线由密变疏,逐渐趋于平滑,图形的破碎化程度相对减弱,斑块的空间连续性增强。土壤水分在干旱条件下斑块的空间破碎化程度高于湿润条件下,时间稳定性随土层厚度的增加而增强,平均相对偏差及标准差变化范围较小,可以选择代表性测点代表0~10、>10~20、>20~30、>30~50 cm土壤水分平均值的估计值。利用2013年数据建立的统计回归模型对2014年不同土层代表性测点土壤水分进行预测,预测精度较高(相对误差最大为15.42%),表明代表性测点可表征整个研究区土壤水分的均值。以期为该区域合理布设土壤水分监测点和墒情的准确预测提供理论依据。
史东梅 , 蒋光毅 , 彭旭东 , 汪三树 , 李叶鑫 , 蒋 平
2015, 31(17):152-161. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.020
摘要:工程堆积体可在短时期内极大程度地改变原地貌地形、土壤和植被条件,使其在降雨径流作用下将发生严重土壤侵蚀,因此是生产建设项目区水土流失最为严重的地貌单元。该文采用土工试验方法及野外实地放水冲刷法研究不同物质来源和土石比的工程堆积体边坡物理性质、侵蚀动力及径流侵蚀过程。结果表明:1)2种松散工程堆积体的物质组成和入渗性能均较原土差异明显,其中黄沙壤工程堆积体以≤0.25mm颗粒为主,其颗粒变异系数为原土的1.2~2.0倍,稳定入渗率为原土1.70~4.07倍;而紫色土堆积体级配良好,颗粒变异系数是其原土的2.2倍,稳定入渗率为原土的7.02~11.59倍。2)各种工程堆积体边坡侵蚀动力学参数随放水流量变大而增加,黄沙壤工程堆积体边坡径流流速在0.155~0.318 m/s之间变化,径流剪切力变化在27.632~57.154 N/m2,土壤剥蚀率在0.337~77.071 g/(m2·s)之间;而紫色土工程堆积体边坡径流流速、剪切力和土壤剥蚀率分别在0.184~0.281 m/s,35.525~53.600 N/m2和1.445~61.910 g/(m2·s)。3)土石混合质边坡在产流9 min内存在不同程度突变或波动,在相同条件下边坡累积产流量均表现为偏土质>土石混合质,黄沙壤工程堆积体边坡累积产流量高于紫色土;而土石混合质边坡的产沙率呈连续性多峰多谷变化,边坡侵蚀沟壁土体崩塌脱落是造成产沙率波动的重要原因。该研究可为生产建设项目工程堆积体水土流失量预测和水土保持植物措施选择提供基本参数和技术支持。
2015, 31(17):162-167. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.021
摘要:坡耕地水土及养分流失严重,该研究于2011年利用赣北第四纪红壤区野外径流小区定位观测试验数据,分析坡耕地水土及氮、磷、有机质流失特征。结果表明:地表产流产沙为裸露地最高、顺坡耕作和顺坡+植物篱次之,横坡耕作最小,横坡耕作比顺坡耕作减少径流62.71%、减少土壤侵蚀82.9%;坡耕地径流携带的可溶性氮、铵氮、硝态氮、可溶性磷的流失量都表现为裸地最大,横坡耕作最小;坡耕地泥沙携带的全氮、全磷、碱解氮、速效磷的流失量表现为裸地最大,横坡耕作最小;坡耕地可溶性氮中以有机氮流失为主,无机氮中以铵氮流失为主,泥沙中磷的流失主要以泥沙结合态流失。该研究可为坡耕地水土流失和面源污染防治提供科学依据。
强生才 , 张富仓 , 向友珍 , 张 燕 , 闫世程 , 邢英英
2015, 31(17):168-175. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.022
摘要:过量施氮和降雨变率大是陕西关中平原夏玉米种植中常见的2大问题,临界氮稀释曲线模型是诊断作物氮营养状况的有效手段。该研究选取关中平原主栽的6个夏玉米品种,设置了N0(0)、N1(86 kg/hm2)、N2(172 kg/hm2)和N3(258 kg/hm2)共4个施氮水平,在2013年(生育前期正常,后期大旱)和2014年(生育前期大旱,后期偏涝)这2种降雨年型下构建和验证了基于全生育期干物质的夏玉米临界氮稀释曲线。结果表明:2 a条件下临界氮浓度与地上生物量均符合幂指数关系,但模型参数存在部分差异,基于临界氮稀释曲线所建立的氮营养指数可用来诊断夏玉米氮盈亏状态,诊断结果表明氮营养指数均随着施氮量的增加而增加,且年型之间存在差异,最优施氮量介于86~172 kg/hm2之间。制定不同降雨年型下夏玉米临界氮稀释模型对于指导精确施氮及生育季氮诊断具有重要的意义。
张 波 , 罗锡文 , 兰玉彬 , 黄志宏 , 曾 鸣 , 李继宇
2015, 31(17):176-182. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.023
摘要:移动无线传感器网络技术为农田信息监测提供了高效可行的技术手段。该研究根据南方农田地块相对分散、丘陵山地多,农情信息获取环境恶劣、采集数据时间周期长、网络分割成块的特点,利用UAV(unmanned aerial vehicle)具有的高效、灵活的特性,结合低功耗无线传感器网络,提出一种满足南方农田信息获取采样和数据业务需求的三层架构的无线传感器网络体系结构TUFSN(three-tire unmanned aerial vehicle farmland sensor network),其由数据采集层、中继传输层和移动汇聚层组成,该体系结构具有系统结构合理、可扩展性好、系统整体能耗低等特点。通过仿真可得中继节点RN(relay node)的缓存大小范围为3~13kB,系统试验中携带移动节点的UAV以1m/s的速度、15 m的高度在农田上空飞过,飞行过程中与地面中继节点通信并采集农田信息,UAV与地面中继节点的平均通信时长为26 s,仿真和试验表明,基于UAV的三层架构农田信息采集无线传感器网络很好地满足了南方地区农田信息数据采集和监控的生命周期长、传输数据可靠、覆盖面积广的要求。
杨旭辉 , 周庆国 , 韩根亮 , 郑 礴 , 张红霞 , 卜世杰 , 徐武德
2015, 31(17):183-190. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.024
摘要:该文基于ZigBee无线传感器网络技术,设计了一种节能型水产养殖环境监测系统,用于实时监测水的温度、pH值、溶解氧浓度和浊度等参数。系统采用CC2530为核心处理器设计无线传感器节点;运用开源的Z-stack协议栈开发了节点应用程序,提高了系统的稳定性和可靠性;使用9 V锂电池为无线传感器节点供电,实现了系统的无线化;采用C/S和B/S混合编程模式开发了简单直观的本地用户监测界面和远程监测网站,实现了系统的本地监测和远程监测;采用分时、分区供电的方式和数据融合技术延长了节点的生存时间。该文介绍了系统软硬件设计方法,并重点阐述了软件和硬件的节能策略。实验室测试表明,采用方案4(传感器不一直工作,数据全部发送),节点数据采集周期为10 min,节点能正常工作94 d,实际系统上线时,节点数据采集周期为30 min,节点预计能正常工作280 d左右;运用节能策略后,节点寿命延长了1倍。在甘肃省某虹鳟鱼养殖基地进行了实地测试,路由节点剩余能量约占总能量的47%,终端节点剩余能量约占总能量的33%,路由节点能量消耗较快,距离汇聚节点最近的16号路由节点的寿命预估只有134 d。结果表明该系统具有功耗低、运行稳定、网络寿命长等优点,能实现水产养殖环境的实时监测,具有很好的市场前景和推广价值。
2015, 31(17):191-198. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.025
摘要:洪涝灾害监测是农情监测的主要任务之一,遥感监测可以弥补地面观测耗人、耗财、信息滞后等诸多不足,已成为洪涝灾害研究领域的重要发展方向。该文基于HJ-1A/1B-CCD数据,以海南岛为研究区,选取研究区内400个训练样本,利用区分度(division degree,DD)对归一化差异水体指数(normalized difference water index, NDWI)、基于蓝光的归一化差异水体指数(normalized difference water index based on blue light, NDWI-B)和混合水体指数(combined index of NDVI and NIR for water body identification, CIWI)3种水体指数进行比较分析。分析结果显示,在应用HJ-1CCD数据进行纯水体、湿地识别时,NDWI-B模型效果最好(综合区分度分别为31.30%、28.13%),是海南岛洪涝灾害监测的最优模型。经验证,NDWI-B模型的水体识别总体精度达91.50%。通过对采样点的水体指数值与地物类型的反复对比确定NDWI-B模型的水体识别阈值为-0.015。利用NDWI-B模型对海南岛2010年9月25日至10月25日的洪涝灾情进行监测。结果表明,10月12日的灾情最为严重,全岛洪水淹没面积达到监测期内最高值,为120.22km2,除东方、昌江、乐东外所有市县均出现新增水体,新增水体主要分布于村庄、耕地、道路、城镇居民地等。从区域上看,东部的文昌、琼海、海口、定安为洪涝重灾区,西部的东方、昌江、乐东为洪涝轻灾区。全岛洪涝影响最大的土地利用类型为水田,其次为旱地。10月12日,水田、旱地的淹没面积分别为61.46和29.59 km2,耕地(水田和旱地)淹没面积占总淹没面积的比例为75.73%。NDWI-B模型具有水陆区分度较大和水体面积提取精度较高的优点外,还能够识别小范围水体和湿地,是海南岛洪涝灾害监测较为理想的模型。该文为海南岛水资源管理、洪涝灾害动态监测及防灾减灾提供参考。
2015, 31(17):199-206. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.026
摘要:高光谱图像中的混合像元问题广泛存在,混合像元的分解效率一直是遥感应用研究的难点和热点。目前成熟的端元提取算法有纯像元指数(pure pixel index, PPI)、内部最大体积法(N-FINDR)、顶点成分分析(vertex component analysis, VCA)、顺序最大角凸锥(sequential maximum angle convex cone, SMACC)、交替最大体积法(alternating volume maximization, AVMAX)、最小体积封闭单形体(minimum volume enclosing simplex, MVES)等,这些算法从图像所有像元中提取纯光谱,具有提取速度慢、精度不高的缺点。为此,该文引入了一种融合简单线性迭代聚类(simple linear iterative clustering, SLIC)超像元分割的高光谱混合像元分解算法。超像元分割技术能够将具有相似特征的相邻像元组成图像块,并保留进一步进行图像处理的有效信息,从而大幅减少参与端元提取的像元数量,为解决上述问题提供了有效的途径。通过试验对比了降维方式(主成分分析和最大噪声分数)、RGB对应关系(6种)、色彩空间RGB(red, green, blue)和LAB(lightness-A-B)、数据格式(JPG, BIN)和算法参数K对高光谱图像超像元分割结果的影响,并进一步分析了SLIC 超像元分割结果对2 种典型端元提取算法(AVMAX、MVES)产生的不同效果。试验结果表明,随着K值的增大,混合像元分解的时间逐渐增加,均方根误差(root mean square error, RMSE)持平或减少,而JPG(有损压缩)数据格式的时间始终比BIN(无损压缩)数据格式的要短。SLIC+MVES的RMSE略高于MVES的RMSE,低于AVMAX的RMSE,但时间远小于MVES。当K足够大的时候,SLIC+MVES的效果就近似MVES的效果了。在大部分情况下,最大噪声分数的降维效果优于主成分分析。以最大噪声分数作为降维方法、以JPG作为数据格式、以LAB作为色彩空间对混合像元分解结果较为有利。另外,SLIC的参数K的取值在5~10之间较为合适。该研究中的SLIC超像元分割算法简单易行,并且提高了混合像元分解的效率,具备很好的实用价值。
2015, 31(17):207-214. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.027
摘要:植物形态伴随着植物生长过程而发生变化,植物的三维重建对研究植物形态对植物生物量估测、植物病害虫害、基因型表达等有着很重要的意义。目前三维重建方法重建出的三维点云多包含植物的形态、颜色等特征,无法反应植物营养状况(如叶绿素含量)、病虫害胁迫等原因造成有机质空间三维分布改变,同时以往手段都需要专门仪器,携带和作业都受到很大限制。多光谱图像能够反应有机质含量等化学值的分布,在近地面遥感、农产品质量无损检测等发面取得了广泛的应用。该文通过采集31张4叶龄油菜的多光谱图像,使用运动恢复结构算法(structure from motion)方法对其进行空间三维重建,得到油菜的三维点云,并对点云中噪声点进行滤除。以控制点和控制长度对所得模型进行评价,得到长度最大偏差在0.1023 cm,RMSE=0.052599,证明该方法重建所得模型具有较好的空间均匀性与准确性,最后计算NDVI指数空间分布。证明所得模型对将来研究植物营养与病虫害胁迫空间分布有着重要意义。
刘焕军 , 孟令华 , 张新乐 , Susan Ustin , 宁东浩 , 孙思雨
2015, 31(17):215-220. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.028
摘要:为提高棉花遥感估产精度,该文选取加州San Joaquin Valley地区2个棉花地块作为研究区,利用时间序列Landsat_5_TM、Landsat_7_ETM遥感影像数据,结合野外实测产量数据,进行棉花产量遥感预测模型研究。结果表明:基于Landsat影像纯像元的植被指数时间序列准确地揭示了棉花整个生长期的长势情况,不同长势的棉花植被指数随时间变化在花铃期差异比较显著;整个花铃期植被指数与产量之间的相关系数均大于0.80,最大相关系数达0.90,花铃期NDVI平均值建模决定系数为0.82,均方根误差为463.69,证明花铃期比其他生长期更适用于棉花产量预测;单一时期最优模型为第206天(7月25日),多时期最优模型以NDVI最大值前三期NDVI平均值为自变量;整个花铃期NDVI最大值建模决定系数为0.81,均方根误差为477.82,该模型具有普适性。该文的研究成果为基于MODIS_NDVI最大值合成法的相关研究提供了理论依据,并且为其他农作物的估产模型建立提供借鉴。
2015, 31(17):221-227. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.029
摘要:针对如何快速、准确地提取生物体触电故障暂态信号中的电力参数问题,提出了一种基于局部均值分解(local mean decomposition, LMD)的生物体触电时总泄漏电流信号瞬时参数提取方法,该方法首先利用局部均值分解将生物体触电时的总泄漏电流信号分解为一组乘积函数分量之和,每个乘积函数(product function, PF)分量可以表示为一个调幅信号和一个调频信号的乘积,然后由调幅信号和调频信号分别计算得到信号的瞬时幅值和瞬时频率。与采用希尔伯特黄变换方法相比,LMD具有瞬时频率曲线波动小和瞬时幅值函数端部失真小等优点。仿真信号分析结果表明:对测试信号进行LMD和经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)分解分别得到3个PF分量和5个IMF(intrinsic mode function)分量,分解前后信号的能量变化值分别为0.2851、0.5633,且LMD比EMD所需分解时间短0.0743s,与Hilbert变换相比,该文方法计算的瞬时幅值和瞬时频率更为平滑,在一定程度上避免了Hilbert 变换计算过程中的负频率和端点效应现象。试验信号分析结果表明:对消噪后的总泄漏电流信号进行LMD和EMD分解,分别得到5和6个分量,分解前后信号的能量变化值各为0.5574、0.8896,所用分解时间分别为0.0835、0.2479 s;在求取瞬时频率方面,LMD方法求取的主导分量瞬时频率可判定生物体触电时刻,而经Hilbert变换求取的瞬时频率不仅无法判定生物体触电时刻,还出现了负的频率值,无法解释其物理意义;在求取瞬时幅值方面,该文方法与Hilbert变换求取的触电前总泄漏电流信号的瞬时幅值的平均值分别为11.3240、12.3728 mA,与原生物体无触电时总泄漏电流的幅值11.3538 mA的绝对误差分别为0.0298、1.0190 mA,另外,2种方法求取的生物体触电后总泄漏电流信号的瞬时幅值与原生物体触电后总泄漏电流的幅值的绝对误差分别为0.4340、0.6643 mA。因此,仿真信号和试验信号分析结果均证明所提方法是有效和可行的。
2015, 31(17):228-234. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.030
摘要:容错式磁通切换永磁电机(fault-tolerant flux-switching permanent-magnet motor,FT-FSPM motor)是一种新型的定子永磁型容错电机。为了提高电机驱动系统带故障运行性能,并降低容错运行时的电机铜耗,提出一种适用于五相FT-FSPM电机的容错控制方法。在对FT-FSPM电机基本结构特点进行分析的基础上,基于铜耗最小和转矩等效原则,建立了容错电流方程。以一台10/19极FT-FSPM电机为例,建立了电路、磁路瞬态联合仿真模型,搭建了电机系统试验平台,对所提出的容错控制算法进行了验证。该控制方法使得故障前后转矩保持不变,同时降低电机铜耗,保证系统稳定运行。仿真和试验结果验证了理论分析的正确性。
孙维拓 , 郭文忠 , 徐 凡 , 王利春 , 薛绪掌 , 李银坤 , 陈永平
2015, 31(17):235-243. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.031
摘要:中国日光温室是低碳节能设施结构类型的代表,但昼夜能量分布极不平衡,白天室内热量富余,而夜间低温高湿,冷害、病虫害时有发生。为实现日光温室内热量在时间、空间上的转移,以提高空气热能利用效率,提升日光温室抵御低温能力,设计了一套日光温室空气余热热泵加温系统。白天适时运行系统,将日光温室内富余空气热能泵取并储存于蓄热水池中;夜间室内气温较低时,首先开启风机和水泵,以对流换热方式通过表冷器直接散热;当蓄热水池水温降至一定温度,逆向运行热泵系统强制放热;此外,在连阴天及极端低温天气条件下,可开启风机与翅片式电加热对温室进行应急加温。对加温系统的应用效果进行试验,试验结果表明:与对照温室相比,系统运行期间,试验温室夜间平均气温高出2.8~4.4℃,相对湿度降低8.0%~11.5%;白天平均气温降低3.7~5.2℃,相对湿度降低12.3%~16.5%。系统不仅夜间加温、降湿效果显著,同时白天降温、除湿效果显著。系统白天集热功率为12.5~16.4 kW,制热性能系数为3.3~4.2;夜间表冷器散热阶段系统放热功率为9.3~10.3 kW,性能系数为6.6~7.4;逆向运行热泵强制放热阶段系统性能系数为3.8~4.1。加温周期内系统集、放热过程始终处于制热工况,整体性能系数达2.7,节能效果显著。该研究为日光温室夜间节能加温提供了新思路。
2015, 31(17):244-247. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.032
摘要:大功率LED的散热问题影响着LED的发光效率和电能消耗。该研究设计了水冷式植物工厂LED面光源及散热系统,通过水循环将LED面光源产生的热量及时置换,从而降低LED结温、延缓其光衰,同时将置换的热量根据植物工厂需热特点配置,降低控温能耗。该系统主要包括LED面光源、散热器和水循环系统三部分。水循环系统水路分为两路,在采暖季节将热量置换于植物工厂内部用于室内增温,而在非采暖季节将热量置换于室外,通过风冷散热后再进入水循环系统。性能测试试验表明:水冷式散热装置具有降低LED面光源散热器温度的作用,较无水冷散热装置的散热器温度最少低5.3℃,最高低19.3℃,不仅直接降低了散热器温度,还间接降低了LED结温,从而延长了LED面光源的使用寿命。
2015, 31(17):248-253. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.033
摘要:随着能源压力的日益增大,世界各国都十分重视可再生能源的利用与开发,地源热泵技术作为一种清洁、高效的可再生能源,近年得到了较快的发展。该文利用无限长线热源传热计算模型,讨论了介质内过余温度场的分布特性。结果表明:介质内温度响应在孔壁处最大,随离孔壁距离的增加呈指数衰减,随时间的增加而增大;热传播区域随时间的增加而增大,随介质的热扩散系数的增加而增大。针对工程中群埋管换热器情况,利用叠加原理计算群埋管的孔壁温度,定义换热器的热响应半径为其他钻孔引起的过余温度影响系数≤5%时相邻钻孔中心线之间的垂直距离。在大量计算分析基础上,提出了竖直埋管换热器热响应半径计算方法。计算结果表明该文方法具有较好的计算精度,竖直埋管换热器的热响应半径随岩土热扩散系数增大而增大,随持续运行时间增加而增大,随钻孔排数增加而增大,随着钻孔孔径增大而增大;钻孔布置方式不同对钻孔热响应半径的影响较明显,相同布置方式下钻孔直径对其热响应半径的影响较小。针对工程中常见的115和135 mm 2种孔径,绘制了不同岩土介质下钻孔单排、双排和三排以上布置时热响应半径-运行时间的关系曲线。工程算例表明该文方法简单方便,为工程设计提供了便利。
宋成军 , 田宜水 , 罗 娟 , 齐 岳 , 赵立欣 , 赵学兰 , 田 溪
2015, 31(17):254-260. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.034
摘要:为了考察沼渣在草皮无土栽培中的适宜性,该文通过大田试验,设计单因素区组试验,以沼渣为原料复合有机基质培植高羊茅草皮,研究了沼渣体积分数改变对复合有机基质理化特性、高羊茅幼苗生长以及高羊茅草皮成坪性状的影响,结果表明:1)T60基质(沼渣体积分数为60%)中全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾、有机质含量最高,大于其他3种基质;随着沼渣体积分数提高,复合基质的pH值显著降低,干、湿容重显著降低,入渗率和总孔隙度显著增高,保水性增大;2)复合有机基质对高羊茅幼苗生长有明显促进作用,单位面积幼苗株数、幼苗株高、幼苗叶宽、草皮盖度、颜色等级、均一性和根层厚度均显著高于对照基质,从高羊茅幼苗生长来看,以60%和90%沼渣组成的复合有机基质适于建植高羊茅草皮;3)60%沼渣复合基质下,高羊茅草皮的总生物量、地上以及地下生物量显著大于其他基质,其草皮根冠比明显小于其他基质,该基质显著改变了高羊茅草皮的地上和地下生物量分配格局,促进生物量向地上部分转移,利于草皮生长,因此,该复合有机基质为高羊茅最佳建植基质。
2015, 31(17):261-269. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.035
摘要:西藏宜耕土地面积少,粮食产量低而不稳定,且对气候变化敏感,已成为影响社会经济发展的重要因素。为进一步揭示粮食产量的变化及其影响因素,该研究利用1985-2010年西藏粮食产量、38个气象站资料和4期遥感数据,采用Thornth waite模型和指数曲线法计算作物气候生产潜力、分离作物趋势产量和气候产量,采用气候倾向率和累积距平法分析气候变化趋势,通过人工目视解译和土地变化率分析耕地的变化,运用灰色关联分析方法探讨粮食产量与气候变化和耕地面积变化的关系。结果表明:1)1985-2010年,西藏粮食总产量、气候生产潜力和单位面积粮食产量分别为77.83×107 kg、7419.58 kg/(hm2·a)、1948.93 kg/hm2,均呈波动上升趋势,粮食生产潜力实现率平均为25.86%,且呈逐渐上升趋势,粮食产量正在向气候生产潜力靠近且仍有较大的提升空间;2)气候产量占粮食单产的比值在-10.74%~8.03%波动,变化幅度呈减小趋势,粮食生产受气候的影响程度不断下降;3)西藏≥0℃积温、生长季平均气温、降水量分别为2 224.53 ℃ 、11.41 ℃、387.48 mm,均表现为增加趋势,生长季日照时数平均为1095.45 h,呈减少趋势,各气候要素变化的转折年份出现在1994年;4)西藏粮食总产量、粮食单产、气候产量与耕地面积、≥0℃积温和生长季降水量的关联度均介于0.633~1.321之间,与生长季平均气温、日照时数的关联度介于0.595~0.641之间。耕地面积、≥0℃积温和生长季降水量是影响粮食产量的最主要因素。该研究可为识别粮食产量及其影响因素的变化规律,进一步提高粮食产量,保障西藏社会经济可持续发展提供参考。
2015, 31(17):270-277. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.036
摘要:为合理测算耕地整治生态潜力,指导区域土地整治生态建设,该研究在耕地整治数量、质量潜力测算的基础上,采用生态系统服务价值增加值表征耕地整治生态潜力,提出了全国耕地生态潜力的测算方法,并以县为单位,对全国的耕地整治生态潜力进行了测算。结果表明,中国的耕地整治生态潜力巨大,生态服务价值总量达到6.14×1011元;潜力较高的县集中分布在黑龙江省、吉林省,其次是东部地区的河南省、安徽省、湖北省,西南地区的四川省、宁夏回族自治区大部分县的生态潜力也较高;潜力较低的县主要分布在西北地区、闽粤琼地区和青藏区。该研究探索了耕地整治生态潜力的新思路和方法,研究结果对掌握全国耕地整治潜力分布特点、指导区域土地整治生态建设、确定全国的土地整治与生态保护重点区等有很好的指导作用。
孙 琦 , 白中科 , 曹银贵 , 谢苗苗 , 胡兴定 , 姜彦竹 , 卢元清
2015, 31(17):278-288. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.037
摘要:露天矿在"剥-采-运-排-复"生产活动中的土地损毁对矿区生态系统产生直接和间接的危害或影响。该文以山西安太堡露天煤矿为例,将土地损毁过程作为矿区的风险源,通过构建黄土区特大型露天煤矿生态风险因果链,建立其综合生态风险的评价模型。根据露天煤矿不同土地损毁类型及矿区生态系统状态,利用生态遥感指数、实测数据与GIS空间分析方法进行风险源与风险受体评价,应用综合评价模型得出矿区综合风险值。结果表明:1)矿区土地损毁高生态风险区主要集中在未复垦的排土场,本身极不稳定,主要存在的风险为扬尘污染、水土流失、地质灾害等;2)已复垦排土场和工业场地由于多年实施复垦及管护措施,逐步恢复稳定性,而部分外排土场在早期排土过程中,由于排土工艺不合理以及后期管护不当,导致土壤和植被退化,风险相对较高;3)露天采区的生态风险性较小,其生态敏感度属于中值区,受土地损毁影响较大,人类活动对其产生剧烈扰动。该研究将矿区生态风险进行量化,实现了风险值的空间化和可视化,有利于制定基于不同风险值的分级分区防范措施。
2015, 31(17):289-294. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.038
摘要:为探究解冻工艺对南极磷虾加工品质的影响,对静水解冻、自然空气解冻和低温空气解冻3种方式的耗时进行了测量,并研究了南极磷虾经不同方式解冻后的感官特征,同时对非蛋白氮(non-protein nitrogen,NPN)、总挥发性盐基氮(total volatile basic nitrogen,TVB-N)、硫代巴比妥酸反应物(thiobarbituric acid reactive substances,TBARS)、脂肪酸组成等与品质相关的生化指标进行了测定。结果表明,采用静水解冻、自然空气解冻、低温空气解冻3种方式将中心温度为-18℃的南极磷虾冻块解冻完全的耗时分别为51、220和826 min;感官评分依次为静水解冻>自然空气解冻>低温空气解冻;3种解冻方式对应的NPN值有极显著差异(P<0.01),依次为低温空气解冻>自然空气解冻>静水解冻;低温空气方式解冻的南极磷虾TVB-N值显著高于另2种方式(P<0.01),而静水方式和自然空气方式之间TVB-N无显著差异(P>0.05);3种解冻方式的TBARS值同样差异显著(P<0.01),依次为静水解冻>自然空气解冻>低温空气解冻;南极磷虾脂肪酸组成中多不饱和脂肪酸比例较高,达到30%以上,低温空气解冻对多不饱和脂肪酸具有一定的保护作用。实际生产中,南极磷虾如用作一般食品加工适宜采用静水解冻的方式,而作为鱼粉加工适宜采用静水或自然空气解冻的方式,如提取虾油则适宜采用低温空气解冻的方式。研究结果为南极磷虾资源的高效利用提供参考。
彭 健 , 张海德 , 蒋梦诗 , 许英豪 , 蔡 涛 , 何余勤 , 文娜娜
2015, 31(17):295-301. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.039
摘要:为预测木瓜蛋白酶在PEG/PEG-IDA-Fe3+/(NH4)2SO4亲和双水相中的分配行为,在298.15K条件下利用浊点法测定并比较了PEG/(NH4)2SO4和PEG/PEG-IDA-Fe3+/(NH4)2SO4的三角相图,建立了木瓜蛋白酶在无亲和配基双水相和含亲和配基双水相中分配模型。考察双水相各组分浓度与木瓜蛋白酶在该体系中分配系数的相关度,基于酶分配系数与双水相中上下相组分浓度差之间较高相关度,提出了木瓜蛋白酶在PEG/(NH4)2SO4双水相中分配系数与上下相组分浓度差的关联模型,模型相对偏差为7.02%。引入亲和配基浓度对酶分配系数的影响因子η,提出了木瓜蛋白酶在PEG/PEG-IDA-Fe3+/(NH4)2SO4亲和双水相中分配系数模型,试验验证,预测值和试验值之间相对误差均在15%以内,能实现亲和双水相中酶的准确预测。研究结果为木瓜蛋白酶在双水相中分配系数的工程计算提供参考。
2015, 31(17):302-307. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.040
摘要:为了提高麦麸的附加值、馒头的品质以及增强馒头的营养价值,该试验以小麦粉为原料,采用2个分子量的麦麸酚基木聚糖(820、581 kD),研究不同添加量(0.25%、0.5%、1.0%、2.0%)对发酵面团特性以及馒头品质的影响。结果表明:随着麦麸酚基木聚糖添加量的增加,发酵面团的弹性模量、质子密度A22先增加后下降,黏性模量、质子密度A23增加,弛豫时间T22下降;馒头的亮度下降,红度和黄度增加,比容、黏聚性、回复性先增加后下降,硬度、咀嚼性先下降后上升,黏附性下降,馒头的感官得分先上升后下降。高分子量的麦麸酚基木聚糖,其发酵面团的弹性模量和黏性模量变幅较大,弛豫时间T22、T23较大、质子密度A21较小,低分子量的麦麸酚基木聚糖,其馒头比容和弹性较大,但馒头硬度和咀嚼性相对也较大。麦麸酚基木聚糖添加量在0.5%时,对发酵面团以及馒头品质改善效果最好。添加量在1.0%内,发酵面团特性以及馒头品质均可接受。高分子量的酚基木聚糖对发酵面团以及馒头品质改善效果高于低分子量的酚基木聚糖。研究结果为麦麸酚基木聚糖广泛应用于馒头中,提高馒头品质及营养价值提供理论依据。
孙君社 , 郑志安 , 王民敬 , 张秀清 , 罗江清 , 郭爱玲
2015, 31(17):308-314. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.041
摘要:中国中药材生产标准缺乏、管理不完善、质量安全问题突出,通过构建科学、系统的中药材生产工程模式来指导中药材产业发展、确保产品质量安全意义重大。该研究涉及中药材生产环节,包括育种、种植、采收加工、储藏等环节,从传统道地中药材"三因子"(生物因子、环境因子、人为因子),提出现代道地中药材六属性假说(即生物自然属性、生态环境属性、加工储藏属性、品性商品属性、质量安全属性、种植管理属性)。在此基础上,利用系统学的理论、工具和方法,获得在构建生产标准、种植管理、质量安全3个体系的基础上耦合形成现代道地中药材生产工程模式的构建打下方法论的基础。按照科学性、简明性等原则,结合专家咨询法构建了3个层次、19个指标的评价指标体系,利用层次分析法确定了指标权重,利用模糊综合评价方法对段木赤灵芝生产进行实证,结果为0.71,良好,与生产实际一致。该研究不仅对中药材生产具有较高借鉴价值,也为现代农业生产工程模式研究提供理论支撑。