mlsa-iai-msu-lab/ru_sci_bench_zho_cite_reranking huggingface dataset:
镉胁迫下菊苣叶片原位高光谱响应特征与定量监测研究

探究镉胁迫下菊苣叶片高光谱响应特征,以实现基于叶片原位高光谱技术的作物镉胁迫快捷、精准监测.采用室内水培实验,供试品种为"欧洲菊苣"、"美洲菊苣"和"黔育一号",设置0、5、10、25、50、100、200 μmol/L共7个镉胁迫梯度,于菊苣苗期测试叶片镉质量比及其原位高光谱反射率.分别利用逐步回归(SWR)、主成分回归(PCR)和偏最小二乘回归(PLS)的统计分析方法对叶片原始光谱(R)及一阶微分光谱(FDR)进行镉质量比预测,确定最佳光谱监测方式和有效波段,提高镉胁迫估测的时效性.此外,为进一步检验上述模型的稳定性,再次布置9个独立菊苣品种镉胁迫光谱验证实验(镉浓度为50 μmol/L).结果表明,镉胁迫显著影响菊苣叶片镉质量比及高光谱反射率变化特征;随镉梯度增加,3个品种菊苣镉含量均显著提升,叶片高光谱反射率在可见光-近红外区(400~1 300 nm)逐步降低,中红外区(1 300~2 400 nm)则未表现出一致性变化规律.全波段光谱分析模型间,以基于FDR光谱的PLS监测模型(FDR-PLS)表现最优,其独立验证集决定系数(R~2)、均方根误差(RMSE)和相对分析误差(RPD)分别为0.92、181.3 mg/kg和2.96.根据FDR-PLS模型中各波段无量纲评价指标:变量重要性投影值(VIP),确定菊苣叶片镉质量比有效波长分别为659、725、907、1 026、1 112、1 255、1 630 nm,实现了光谱降维和便捷分析的目的.此后,再次构建基于上述有效波段的菊苣叶片镉质量比FDR-PLS监测模型,其独立验证集R~2、RMSE和RPD分别为0.834、222.4 mg/kg和2.41,9个供试品种验证集R~2、RMSE和RPD分别为0.817、13.0 mg/kg和1.77,预测效果较为理想,能够满足无损和精准监测需求.
丘陵坡地自吸式绿豆精密排种器设计与试验

为降低排种器倾斜状态对充种性能的影响,满足丘陵坡地精密播种作业的需求,设计了一种自吸式绿豆精密排种器.通过分析种子受力状态与计算吸附单粒种子的真空度,确定了勺式型孔与往复式吸气装置的主要结构参数.运用多体动力学软件ADAMS对往复式吸气装置进行了运动学仿真,得出活塞位移和速度随时间的变化曲线,证明了该装置设计的合理性.将充种层高度固定为70mm,转速分别固定为115、125r/min,排种器左右倾斜角(倾向种腔方向为负)分别选取-12°、-6°、0°、6°、12°,对3种排种盘进行了对比试验,结果表明,本文所设计的勺式型孔有助于在左右倾斜状态下辅助充种;选取排种轴转速、充种层高度为试验因素,以漏播指数、重播指数、合格指数为试验指标,进行了两因素五水平旋转组合设计试验,并利用Design-Expert软件对试验数据进行了分析,结果表明:当排种轴转速为138r/min、充种层高度为65mm时,漏播指数为2.97%,重播指数为3.43%,合格指数为93.58%,各指标均符合国标要求.通过验证试验得到实测值与回归模型预测值的漏播指数相对误差为4.4%,重播指数相对误差为2.6%,合格指数相对误差为0.2%,与寻优结果基本一致,证明了回归模型的合理性.
基于EDEM-Fluent耦合的颗粒肥料悬浮速度测定试验

为提供气力施肥装置的设计参考依据,以大颗粒尿素、磷酸二铵和硫酸钾3种颗粒状化肥为试验对象,通过计算流体动力学和离散元法耦合的方法对物料悬浮速度进行数值模拟,采用Lagrangian模型进行气固两相流耦合仿真,试验结果表明,大颗粒尿素悬浮速度7.21~12.97m/s,磷酸二铵悬浮速度7.68~12.48m/s,硫酸钾悬浮速度11.09~18.15m/s.通过台架试验测定大颗粒尿素悬浮速度6.68~12.48m/s、磷酸二铵悬浮速度7.22~11.96m/s、硫酸钾悬浮速度9.46~17.81m/s,相对误差分别为5.3%、5.1%、7.2%.在颗粒肥料体积分数1.0%、3.5%、6.0%、8.5%时,分别测定肥料颗粒群的悬浮速度,结果表明,颗粒群悬浮速度随着体积分数的增加而减小,在不同颗粒肥料体积分数下,仿真结果与试验结果相对误差近似为常数,其原因为颗粒球形度对悬浮速度的影响,标定得出大颗粒尿素悬浮速度修正系数0.90、磷酸二铵悬浮速度修正系数0.96、硫酸钾悬浮速度修正系数0.84.基于流固耦合的颗粒悬浮速度仿真具有较高的准确度,验证了基于EDEM-Fluent气固两相流耦合仿真测定物料悬浮速度方法的可行性.
轮勺式大蒜单粒取种装置设计与试验

针对因大蒜颗粒大、形状不规则和表面粗糙而造成漏播及重播率高的问题,设计了一种轮勺式大蒜单粒取种装置,该装置主要由取种勺、取种轮、驱动电机、支架、种箱等组成.对取种区、输种区和排种区的大蒜分别进行了受力分析,阐述了轮勺式大蒜单粒取种装置的原理,通过离散元仿真软件对取种勺及取种轮的结构形状进行了对比优化,确定了取种勺及取种轮的最优结构,采用数理统计的方法确定了取种勺的尺寸区间.以取种勺的半径、长度和取种轮转速为试验因素,以漏充率和合格率为响应指标进行了正交回归试验,建立了漏充率和合格率的回归模型,对回归模型进行了参数优化.最优参数组合为取种勺半径16.30mm、取种勺长度38.50mm、取种轮转速10.0r/min,在最优参数组合下进行了台架试验,得漏充率5.50%,合格率91.10%,与回归模型预测结果基本一致.
盐渍化灌区节水改造后土壤盐分时空变化规律研究

为探明沈乌灌域节水改造后因地下水水位变化造成的土壤盐分重分布规律,采用区域土壤信息定点监测,并结合经典统计学、空间插值、缓冲区分析和空间自相关分析方法,研究节水改造前后沈乌灌域土壤盐分空间变异、时空分布规律及不同改造年限区域土壤盐分变化差异.结果表明:节水改造后,秋浇前土壤整体含盐量平均降幅7.30%,秋浇水量减少,秋浇后土壤盐分淋洗效果减弱9.26%;空间上,土壤盐分高值区(大于6g/kg)多位于地下水埋深较浅的东北和南部区域,低值区(小于2g/kg)位于西南和东部沙区.节水改造后,秋浇前土壤盐分全局Moran's I指数平均增幅为5%,空间相关性增强;秋浇水量减少,全局Moran's I指数变化不显著,秋浇作用对土壤盐分空间自相关影响度减弱.由LISA集聚分析可知,改造后、秋浇前南部高-高显著区向不显著和高-低区转变,秋浇后南部集聚特征仍十分显著,存在盐渍化风险,改造后仍是盐渍化防治重点区域.针对中度耐盐作物,沈乌灌域耕层作物生长安全区和深层非盐渍土面积比例分别为49.66%和71.57%;改造后,秋浇前耕层作物生长安全区和深层非盐渍土分别增加4.82、1.85个百分点,秋浇后,耕层作物生长安全区面积增幅下降5.02个百分点,深层变化不显著.不同距离缓冲区对平均土壤含盐量的解释能力较强,长期改造区和短期改造区受渠道影响半径分别为1.5km和0.7km,长期改造区缓冲区内平均土壤含盐量下降速率高于短期改造区,均一化程度较高.综上所述,节水改造工程实施后,土壤盐渍化程度减轻,作物生长安全区面积增加,表聚作用弱化,秋浇水量减少,土壤盐分淋洗效果减弱,土壤环境有所改善.
生物炭对黑土区坡耕地土地生产力的可持续效应研究

为探究一次性施加生物炭后对黑土区坡耕地生产力的可持续效应,以东北黑土区3°坡耕地径流小区为研究对象,设置CK(不施用生物炭)和BC(2016年施用75 t/hm~2生物炭,2017、2018年不再施用生物炭)两个处理,于2016-2018年开展了试验研究.结果表明:一次性施入生物炭3年内,土壤容重显著降低(P<0.05),第1年降低最明显,为3.87%,孔隙度和总有机碳、铵态N、有效P、速效K含量显著提高(P<0.05),pH值则是施炭后前两年显著提高(P_(2016)=0.034、P_(2017)=0.038),分别提高了0.9、0.6,第3年与未施炭处理无显著差异(P_(2018)=0.067);施用生物炭显著提升了土壤的持水能力和保水保土性能,土壤饱和含水率、田间持水率、凋萎系数均显著提高(P<0.05),最大增长率分别为5.58%、4.78%、7.29%,年径流深和土壤侵蚀量显著降低(P<0.05),年径流深最大减少量为4.92 mm,土壤侵蚀量最大减小率为5.71%;大豆产量和水分利用效率显著提高(P<0.05),最大增长率分别为29.01%、16.92%.但生物炭对土地生产力的持续效应逐年减弱,随着生物炭施用年限的延长,BC处理土壤容重线性递增,pH值和总有机碳含量呈幂函数递减,孔隙度和铵态N、有效P、速效K含量线性递减,饱和含水率、田间持水率、凋萎系数线性递减,年径流深和土壤侵蚀量线性递增,大豆产量和水分利用效率分别呈幂函数递减和线性递减.采用改进的TOPSIS(Technique for order preference by similarity to an ideal solution)模型和GM(1,1)模型测算并预测土地生产力指数,结果显示,BC处理的土地生产力指数均高于CK处理,但其值逐年下降,预计到2021年与CK处理十分接近,表明一次性施用75 t/hm~2生物炭对土地生产力的影响可持续5~6年.研究结果可为东北黑土区生物炭应用提供理论依据.
荒漠绿洲区潜在生态网络增边优化鲁棒性分析

以乌兰布和沙漠东北缘为研究区,基于复杂网络理论、景观生态学与GIS空间分析技术,综合考虑多种因子,构建研究区的潜在生态网络(以下简称网络),分析研究区网络鲁棒性,通过随机增边、度低者优先、节点介数低者优先与最大介数节点增加捷径等4种增边策略优化网络,得出网络在不同增边策略优化前后的连接鲁棒性与恢复鲁棒性.结果显示:优化前网络连接鲁棒性指数为0.72,恶意攻击下去除42个节点时完全破坏网络,随机攻击下去除469个节点时可完全破坏网络;恢复鲁棒性可完全恢复节点数为随机攻击75个、恶意攻击56个;4种增边策略中,按度增边优化网络连接鲁棒性较优化前提升最显著:连接鲁棒性初始指数升至0.99,恶意攻击下去除222个节点时可完全破坏网络,随机攻击下去除649个节点时可完全破坏网络;4种增边策略中,按度增边对网络节点恢复鲁棒性提升效果最显著,可恢复去除节点数提升至122(随机攻击)与235(恶意攻击),按介数增边对网络边恢复鲁棒性提升效果最显著,其可恢复去除节点数提升至87(随机攻击)与27(恶意攻击).
基于迁移学习的卷积神经网络玉米病害图像识别

为实现小数据样本复杂田间背景下的玉米病害图像识别,提出了一种基于迁移学习的卷积神经网络玉米病害图像识别模型.在VGG-16模型的基础上,设计了全新的全连接层模块,并将VGG-16模型在ImageNet图像数据集训练好的卷积层迁移到本模型中.将收集到的玉米病害图像数据集按3∶1的比例分为训练集与测试集.为扩充图像数据,对训练集原图进行了旋转、翻转等操作.基于扩充前后的训练集,对只训练模型的全连接层和训练模型的全部层(卷积层+全连接层)两种迁移学习方式进行了试验,结果表明,数据扩充和训练模型的全部层能够提高模型的识别能力.在训练模型全部层和训练集数据扩充的条件下,对玉米健康叶、大斑病叶、锈病叶图像的平均识别准确率为95.33%.与全新学习相比,迁移学习能够明显提高模型的收敛速度与识别能力.将训练好的模型用Python开发为图形用户界面,可实现田间复杂背景下玉米大斑病与锈病图像的智能识别.
基于离散元的三七种子仿真参数标定与试验

采用逆向工程技术,基于粘结颗粒模型,在EDEM软件中建立了三七种子离散元模型;结合台架试验和仿真试验,在EDEM软件中标定接触参数,通过碰撞弹跳试验、斜面滑移试验和斜面滚动试验,得到三七种子与ABS塑料之间碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数分别为0.611、0.473和0.067;基于二次回归正交旋转组合试验的响应面优化方法,确定EDEM仿真试验中三七种子之间最佳的接触参数,通过堆积试验,得到三七种子之间碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数分别为0.492、0.202和0.083;选取三七精密排种器进行验证试验,以排种器充种合格率、漏播率和重播率作为试验指标,在不同排种轮转速的试验条件下,分别对比试验指标的实测值和仿真值,得到试验指标的相对误差均小于5.0%,表明该三七种子离散元模型和接触参数可用于离散元仿真试验.
基于EFAST的不同生产水平下WOFOST模型参数敏感性分析

为探讨参数敏感性分析结果在区域尺度上表现出的不确定性问题,在温带季风气候类型黄淮海平原旱作区不同积温区内选取黄骅、商丘和驻马店3个站点,基于气象和作物生育期数据以及土壤实测数据,采用EFAST(Extended Fourier amplitude sensitivity test)方法,对WOFOST模型冬小麦和夏玉米参数进行全局敏感性分析,并对2种作物在不同生产水平和不同气候条件下的参数敏感性排序进行一致性检验.结果表明:冬小麦产量在潜在生产水平下主要敏感参数有叶龄的低温阈值(TBASE)、储存器官同化物转化效率(CVO)、总同化速率在低温3℃时的校正因子(TMNFTB_3)等,在水分限制生产水平下主要敏感参数有蒸散速率修正因子(CFET)和储存器官同化物转化效率(CVO)等;夏玉米在2种生产水平下产量敏感参数差异不大,主要为总同化速率低温10℃时的校正因子(TMNFTB_(10))、每日温度为40℃时单叶片同化CO_2的初始光能利用效率(EFFTB_(40))、35℃时叶片生命周期(SPAN)等;冬小麦、夏玉米在不同生产水平下的TDCC系数(Top-down concordance coefficient)分别为0.82和0.98,P均小于0.01,参数敏感性排序的一致性均较高;冬小麦和夏玉米在不同气候条件下潜在生产水平TDCC系数分别为0.92和0.98,P均小于0.01,一致性较高,水分限制生产水平TDCC系数分别为0.61和0.86,P均小于0.01,一致性较差.WOFOST模型不同作物间参数敏感性差异明显,不同生产水平对参数敏感性的影响较小,但受水分胁迫程度的影响,不同气候条件对参数敏感性影响较大,且对不同生产水平下参数敏感性的影响不同,这主要与不同时空下的气候条件差异有关.
基于多指标协同的草莓水肥耦合综合调控

为探寻草莓最优水肥组合,设置灌水和施肥二因素三水平共9个处理,分析不同水肥耦合对草莓产量、果实品质、水肥利用效率多个指标的影响.引入AHP层次分析法和熵权法对3类因素9个指标进行多层赋权,运用基于博弈论的组合赋权法获得各单一指标最终权重,基于TOPSIS法构建草莓综合生长评价体系,并以高产、高品质、高效为目标建立草莓水肥耦合响应数学模型.结果表明,水肥耦合作用对草莓的单果质量、产量、水分利用效率和肥料利用效率的影响极显著,对品质无显著影响.中水、高肥灌溉下草莓的单果质量最大,中水、中肥灌溉下草莓的产量和可溶性糖含量最优,中水、低肥灌溉下草莓的糖酸比和可溶性蛋白质含量表现最优,低水、中肥灌溉下草莓的可溶性固形物含量、水分利用效率和肥料利用效率最优,低水低肥灌溉下草莓的维生素C含量最大.综合协调各指标,赋权值最高为产量(0.264 1),最低为可溶性蛋白质含量(0.059 5);多指标综合评价最优水肥处理为中水中肥(T5).解析草莓综合生长对水肥耦合的响应模型,灌水量及施肥量的单因素效应均为开口向下的抛物线;当灌水量编码值为-0.23(2 375.1 m~3/hm~2)、施肥量编码值为-0.02(1 825.88 kg/hm~2)时,草莓综合评分最高.以综合评分最大值的90%划分水肥耦合闭合区域,得到最佳灌水和施肥区间分别为灌水量2 268~2 520 m~3/hm~2、施肥量1 759.88~1 869.87 kg/hm~2.
基于高光谱遥感与SAFY模型的冬小麦地上生物量估算

为了探索准确、高效地估算冬小麦地上生物量(Dry aerial mass,DAM)的方法,获取了2013-2014年和2014-2015年2个生长季的冬小麦试验数据,采用植被指数反演叶面积指数(LAI),以遥感反演LAI作为遥感与SAFY(Simple algorithm for yield estimates)模型之间的耦合变量,利用主成分分析的复合型混合演化(Shuffled complex evolution with PCA,SP-UCI)算法优化出苗日期(D0)、有效光能利用率(ELUE)和衰老温度(STT)3个敏感参数,对冬小麦全生育期进行动态生长模拟.结果表明,2014-2015年和2013-2014年冬小麦全生育期模型模拟地上生物量R~2、RMSE和NRMSE分别为0.887、1.001 t/hm~2、19.41%和0.856、1.033 t/hm~2、19.86%.研究表明,耦合高光谱遥感与SAFY作物生长模型能够准确地模拟冬小麦长势的动态变化,对冬小麦地上生物量估算精度较高,可为遥感监测冬小麦长势提供参考.
行星轮系水稻钵苗移栽机构正反求设计方法研究

为了解决现有行星轮系水稻钵苗移栽机构较难同时具备理想的移栽轨迹和姿态的问题,提出了正向设计与局部轨迹微调的反求设计相结合的设计方法.以非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构的设计为例,阐述该方法的实现过程.建立行星轮系水稻钵苗移栽机构设计要求,并分析其工作原理,在前期正向设计的基础上,局部调整其移栽静轨迹,通过反求设计进一步优化设计移栽机构.进行局部反求设计的运动学分析和运动学建模,基于Matlab平台开发计算机辅助设计软件,通过人机交互的方式得到移栽机构的机构参数,使其不仅满足移栽臂移栽的姿态要求,同时获得更理想的移栽工作轨迹.根据最终得到的机构参数设计移栽机构结构,完成三维建模、虚拟仿真试验,加工、装配移栽机构物理样机,完成了高速摄像运动学试验.将移栽机构理论计算、虚拟仿真、样机试验得到的移栽静轨迹比较,同时逐一将轨迹相关参数、取秧角、推秧角、角度差等设计目标参数与相应数值化目标进行对比,结果显示,均满足要求,验证了设计方法的正确性.与以往单一的正向设计、反求设计方法相比,该方法设计的移栽机构不仅具有更优的移栽工作轨迹,也可满足较好的移栽姿态要求.
油菜精量联合直播机深施肥装置设计与试验

针对长江中下游稻油轮作区油菜直播时,土壤黏重板结且前茬水稻收获后秸秆残茬量大,机具易壅土、挂草堵塞,难以实现深施肥的难题,设计了一种油菜精量联合直播机主动防堵深施肥装置.基于主动刮削防堵原理,分析确定施肥铲入土部位曲线为与旋耕刀轴回转中心同心、包络旋耕刀末端运动轨迹的圆弧;根据深施肥铲防堵功能及铲体内肥料颗粒运动分析,确定过渡段下圆弧直径、入土段圆弧圆心角、过渡段上圆弧直径等施肥铲结构设计关键参数及其许用范围;以施肥铲末端肥料流出瞬时速度最大为优化目标,以施肥铲关键结构参数为设计变量、其许用范围为约束条件,构建施肥铲结构优化设计的数学模型;通过施肥过程离散元仿真分析,以施肥铲体入土段上端圆弧圆心角、过渡段圆弧直径为试验因素,以施肥铲末端肥料流出瞬时速度为响应指标,进行二次回归正交旋转组合试验,建立该数学模型的目标函数,求解得到施肥铲结构优化设计最佳参数为:入土段上端圆弧圆心角为36°、过渡段上端圆弧直径为93mm、过渡段下端圆弧直径为66mm.田间试验结果表明,安装深施肥装置的直播机作业后厢面平整度为17.96~21.37mm,单个施肥铲黏附质量保持在1.5kg以下,施肥深度平均值为91.10mm,施肥深度合格率为93.33%,施肥断条率为1.08%,机具通过性良好,可满足稻油轮作区油菜种植施肥播种农艺要求.
不同水氮管理模式对玉米地土壤氮素和肥料氮素的影响

为了解决东北地区灌溉条件下水氮合理施用问题,以大田试验为基础,采用~(15)N同位素示踪技术,设置3个灌水定额水平(W1:40 mm,W2:60 mm,W3:80 mm)和3个施氮量水平(N1:180 kg/hm~2,N2:240 kg/hm~2,N3:300 kg/hm~2),分析比较了不同水氮管理模式对玉米地土壤氮素的吸收、土壤无机氮残留、土壤-作物氮平衡以及肥料氮去向的影响.结果表明:随着施氮量的增加,0~100 cm土层铵态氮、硝态氮的含量和累积量均呈现增加的趋势;提高灌水量可以提高60~100 cm土层铵态氮累积量、80~100 cm土层硝态氮累积量.对土壤-作物氮平衡的研究表明,增加施氮量可以提高土壤无机氮残留量和氮素盈余,而作物氮素吸收量随着施氮量的增加呈先增后减的趋势,氮素盈余量和表观损失量随灌水量的增加表现为先降低后增加.肥料氮累积量随着施氮量的增加呈先增后减的趋势,施氮量300 kg/hm~2时肥料氮累积量占比21.27%~31.23%,肥料氮残留量和损失量所占比例均有所提高.玉米植株氮素中有66.70%~75.05%来自于对土壤氮的累积,随着施氮量的增加,玉米植株土壤氮素累积量呈先增后减的趋势.综合不同水氮管理模式对玉米地土壤无机氮残留、土壤-作物氮平衡以及肥料氮去向的影响得出,灌水60 mm、施氮240 kg/hm~2的水氮组合可保证肥料氮的充分利用,减少无机氮的残留和损失.
油菜精量穴播集中排种装置设计与试验

为实现油菜轻简化精量播种,设计了一种油菜精量穴播集中排种装置.基于油菜种子的机械物理特性和精量播种要求,提出了适宜油菜穴播1~3粒的渐开线状型孔,确定了主要结构参数.应用EDEM软件构建了穴播集中排种装置仿真模型,分析了型孔长度、截面尺寸和型孔深度对充种性能的影响,发现渐开线状型孔有助于充种,且型孔长度和深度分别为3.5mm和2.6mm的渐开线状型孔均充种1粒或2粒;护种带提高了投种一致性,当排种轮与护种带间隙为0.2mm时,成穴较优.通过台架试验研究了油菜品种和转速对排种性能影响,结果表明:品种、排种轮转速及其二者的交互作用对排种合格率均有显著影响,排种合格率随转速增加呈先增大后减小的趋势,在转速为20~40r/min时,排种合格率(1~3粒)高于94%,穴距变异系数低于12%;50穴的总粒数标准误差在10粒之内,排种量一致性变异系数低于10.0%.田间试验结果表明,油菜平均株数为2.05株/穴,能够适应不同含水率条件的油菜精量播种要求.油菜精量穴播集中排种装置可实现6行成行成穴精量排种,为轻简化油菜排种器结构设计和成穴精量播种提供了参考.
颗粒肥料离散元仿真摩擦因数标定方法研究

对分体圆筒法、倾斜法、抽板法和斜面法4种颗粒特性测试方法进行Plackett-Burman多因素显著性筛选试验,试验方差分析结果表明,不同的测试方法影响测量结果的显著因素与因素显著程度.根据分体圆筒法、倾斜法和斜面法的方差分析结果,提出一种基于颗粒物料整体特性的摩擦因数标定方法,将仿真试验与真实试验相结合,依次标定出尿素颗粒与PVC材料间静摩擦因数为0.41,颗粒间静摩擦因数为0.36,颗粒间滚动摩擦因数为0.15.将所标定的摩擦因数采用无底圆筒法进行验证试验,休止角仿真试验结果为30.57°,真实试验结果为31.74°,相对误差为3.69%,不同含水率下的实际试验休止角与所标定摩擦因数下的仿真休止角相对误差均不大于4.59%,仿真试验结果与真实试验结果无显著差异,验证了所标定摩擦因数的有效性.本方法可用于其他颗粒状物料间摩擦因数的标定试验.
基于卷积神经网络的草莓识别方法

针对目前草莓识别定位大多在简单环境下进行、识别效率较低的问题,提出利用改进的YOLOv3识别方法在复杂环境中对草莓进行连续识别检测.通过训练大量的草莓图像数据集,得到最优权值模型,其测试集的精度均值(MAP)达到87.51%;成熟草莓的识别准确率为97.14%,召回率为94.46%;未成熟草莓的识别准确率为96.51%,召回率为93.61%.在模型测试阶段,针对夜晚环境下草莓图像模糊的问题,采用伽马变换得到的增强图像较原图识别正确率有显著提升.以调和平均值(F)作为综合评价指标,对比多种识别方法在不同果实数量、不同时间段及视频测试下的实际检测结果,结果表明,YOLOv3算法F值最高,每帧图像的平均检测时间为34.99ms,视频的平均检测速率为58.1f/s,模型的识别正确率及速率均优于其他算法,满足实时性要求.同时,该方法在果实遮挡、重叠、密集等复杂环境下具有良好的鲁棒性.
无人机遥感技术在精量灌溉中应用的研究进展

以提高农业用水效率为目标的精量灌溉是未来农业灌溉的主要模式,精量灌溉的前提条件是对作物缺水的精准诊断和科学的灌溉决策.用于作物缺水诊断和灌溉决策定量指标的信息获取技术主要基于田间定点监测、地面车载移动监测及卫星遥感.无人机从根本上解决了卫星遥感由于时空分辨率低而导致的瞬时拓延、空间尺度转换、遥感参数与模型参数定量对应等技术难题,也克服了地面监测效率低、成本高、影响田间作业等问题.近几年的研究结果表明,无人机遥感系统可以高通量地获取多个地块的高时空分辨率图像,使精准分析农业气象条件、土壤条件、作物表型等参数的空间变异性及其相互关系成为可能,为大面积农田范围内快速感知作物缺水空间变异性提供了新手段,在精量灌溉技术应用中具有明显的优势和广阔的前景.无人机遥感系统已经应用在作物覆盖度、株高、倒伏面积、生物量、叶面积指数、冠层温度等农情信息的监测方面,但在作物缺水诊断和灌溉决策定量指标监测方面的研究才刚刚起步,目前主要集中在作物水分胁迫指数(CWSI)、作物系数、冠层结构相关指数、土壤含水率、叶黄素相关指数(PRI)等参数估算的研究,有些指标已经成功应用于监测多种作物的水分胁迫状况,但对于大多数作物和指标,模型的普适性还有待进一步研究.给出了无人机遥感在精准灌溉技术中应用的技术体系,并指出,为满足不同尺度的高效率监测和实现农业用水精准动态管理的需求,今后无人机遥感需要结合卫星遥感和地面监测系统,其中天空地一体化农业水信息监测网络优化布局方法与智能组网技术、多源信息时空融合与同化技术、作物缺水多指标综合诊断模型、农业灌溉大数据等将是未来重点研究内容.
恒流放电法测量超级电容器静电容量的影响因素分析与不确定度评定

静电容量是超级电容器的主要电气参数之一,相关标准中均推荐采用恒流放电法对超级电容器静电容量进行测量。介绍了恒流放电法的测量原理和测量电路,通过实验分析了放电电流、充电电流、初始电压对测量结果的影响,并对静电容量测量不确定度进行了评定。结果表明:放电电流对测量结果有较大影响,静电容量随放电电流的增大而减小;充电电流和初始电压对测量结果的影响影响较小;恒流放电法测量静电容量的相对扩展不确定度为2.2%( k = 2) 。
一种基于滑窗TLS-ESPRIT算法的超谐波动态分析方法

提出一种基于滑窗TLS-ESPRIT算法的超谐波动态分析方法。首先,对一定长度的超谐波电压、电流信号施加矩形窗函数,将其截取为等间隔连续的小数据块,对每个小数据块构建空间矩阵并估计超谐波个数;然后,利用TLS-ESPRIT算法估计每个小数据块所含超谐波的频率和衰减因子,再采用最小二乘法估计超谐波的幅值和相位;最后,以三维形式展示超谐波频谱,实现对超谐波的动态分析。数值仿真分析以及2种非线性负荷实测数据验证结果表明:该方法不仅能准确估计出超谐波的个数、频率、衰减因子、幅值和相位等信息,并具有较高的频率分辨率,还能从三维展示中观测到超谐波的时变特性,为深入研究超谐波提供了一种更精确的测量方法。
基于改进蝙蝠优化自确定的模糊C-均值聚类算法

针对模糊C-均值聚类算法敏感于初始聚类中心及聚类收敛慢、聚类数目手动设定等缺陷,提出了基于改进蝙蝠优化自确定的模糊C-均值聚类算法。该算法是基于密度峰值综合衡量聚类中心外围数据密集程度和聚类中心间距离,自动确定聚类中心和聚类数目,以此作为改进蝙蝠算法的初始中心;在原始蝙蝠算法中引入Levy飞行特征加强算法跳出局部最优能力;使用Powell局部搜索加快算法的收敛,利用改进的蝙蝠种群进行种群寻优,并将最优蝙蝠位置作为聚类C-均值新聚类中心,进行模糊聚类,以此循环交叉迭代多次最终获得聚类结果。将基于改进蝙蝠优化自确定的模糊C-均值聚类算法与其它两种聚类算法在标准数据集上进行仿真对比,实验结果表明:与其它两种算法相比,该算法收敛速度快、误差率低。
基于差动共焦显微技术的微区拉曼光学系统构建与实验研究

研制了一种基于差动共焦显微技术的微区拉曼光学系统装置,对无机样品进行微区拉曼光谱探测。传统显微共焦拉曼光谱技术没有强调系统的定焦能力,而所研制的光学系统装置利用差动共焦曲线过零点与焦点位置精确对应的特性,采用反馈控制技术,具有长时间定焦功能。在微区拉曼散射信号收集时,采用多模光纤空间耦合技术,以光纤代替传统物理探测针孔,提高了环境抗干扰能力,优化了系统结构和装调性能。实验结果表明:该装置具有较高稳定性,可有效探测单壁碳纳米管在1 581.510 cm~(-1),2 708.065 cm~(-1)特征峰处的拉曼频移及纯物质硫在153.113 cm~(-1), 219.917 cm~(-1), 473.322 cm~(-1)特征峰处的拉曼频移并且实现碳管的单线检测,满足了光谱探测系统装置设计需求。
ICF靶丸表面形貌及球度误差检测

为了对ICF靶丸的表面形貌及球度误差进行高精度测量,开发了一台五轴坐标测量机,并采用锥光全息技术的激光测头实现对靶丸表面的高精度、非接触检测。首先,根据靶丸表面的结构特点,改进了基于最小二乘的球度误差评价算法;然后,介绍了作为实验平台的五轴坐标测量机的整体配置,推导了该坐标测量机的测量数学模型,该坐标测量机可实现在多个姿态下对靶丸的非接触取点测量;最后,在相同条件下,进行了5次实验测量,其结果表明:靶丸球度误差测量的均值为0.0021 mm,标准差为2.07 ×10~(-4)mm。该检测方法可以满足对靶丸表面形貌及球度误差高精度、高稳定性的测量要求。
自主水下航行器多终点航路规划的距离正则化混合水平集算法研究

为进一步提升水平集算法求解自主水下航行器(AUV)时间最优航路的计算效率,结合局部化思想和多项式距离正则化方程,提出一种用于AUV多终点航路规划的混合水平集算法。通过引入简单多项式距离正则化项,融合海流模型,推导新的水平集演化方程,并给出数值实现方法。所提算法无需重复初始化窄带且一次演化就能获得至多终点的所有最优航路集,解决了AUV多终点航路规划时计算效率不高、规划时间过长的问题。仿真结果表明,相较于蚁群算法和量子粒子群算法,在AUV的多终点航路规划中,混合水平集算法计算效率是蚁群算法的6.4倍,是量子粒子群算法的1.6倍,且鲁棒性更佳。
末次盛冰期以来红豆树在不同气候变化情景下的分布动态

红豆树( Ormosia hosiei Hemsl. et Wils.)是中国的特有种,具有极高的经济价值、景观价值和药用价值。由于木材珍贵,人工盗伐严重,其种群数量和分布范围不断减少,被世界自然保护联盟( IUCN)濒危物种红色名录列为近危物种。气候变化会对物种的分布造成严重影响,理解该影响将有助于物种保护策略的制定,尤其是为濒危物种未来的保护提供重要参考。本研究基于红豆树在中国的地理分布数据,借助经相关性分析后筛选出的9个变量因子,利用最大熵模型( MaxEnt)模拟红豆树在末次盛冰期、全新世中期、当代和未来气候情景下的潜在分布区和影响其分布的主导环境因子,并且通过空间分析模拟其在不同气候变化情景下空间分布格局的变化。结果表明MaxEnt在各时期训练集和测试集的AUC(受试者工作特征曲线下的面积)均值均达到0.9以上,表明模型有很好的预测能力。刀切法( Jackknife)表明年均降水量、温度季节性变化标准差和昼夜温差月均值是主导其分布的三大因子,累计贡献率达到91.8%。将模拟结果导入到ArcGIS后,处理得到不同时期红豆树适生区空间分布格局变化。结果表明,自末次盛冰期以来,红豆树的适生区面积收缩且向北迁移;随着全球气候变暖,未来4种气候情景下红豆树适生区也有较大面积的减少,特别是在高浓度排放情景( RCP8.5)下,丧失率最高达到45.6%。重庆、江西及位于粤桂两省中南部的大面积适生区可能都将丧失。而新增区域仅存在于适生区的边缘,新增率仅为1%—2%。本研究表明红豆树的分布受气候变化的影响较大,该研究结果将对未来红豆树的迁地保护与栽培提供重要参考。
三峡库区消落带池杉-土壤碳氮磷生态化学计量特征

为探究三峡库区消落带消落期池杉( Taxodium ascendens Brongn.,1833)及其实生土壤C、N、P生态化学计量特征,于2018年7月对忠县消落带植被修复示范基地3个水淹处理( DS、MS、SS)池杉幼林不同组分(枝条、叶片、根系和土壤)的C、N、P三种元素含量及其化学计量比进行测定分析。结果表明:( 1)随着水淹时间和强度的增加,池杉株高、冠幅、基径和胸径均受到一定的抑制,但总体生长良好,与其稳定的化学计量比关系紧密。( 2)不同水淹处理组的池杉枝条、叶片中C、N、P含量及其比值分别均无显著性差异( P>0.05) 。同一水淹处理组的N、P含量表现为叶片>根系>枝条>土壤;除枝条P含量外,其他器官组分C、 N、P含量均显著高于土壤组分( P<0.05) 。( 3)池杉各器官N/P比值均远低于临界比率( <14),表明池杉的生长可能受N元素限制较为严重。( 4)池杉与实生土壤的C、N、P元素内稳性整体表现为P>C>N,比值内稳性表现为C/N>N/P>C/P,地上部分(枝条、叶片) C、N、P元素及其比值的稳定性较地下部分(根系)强。( 5)冗余分析( RDA)结果表明池杉生态化学计量特征及生长指标与土壤性质密切相关。研究表明,在三峡库区消落带水文多变的环境下,池杉能够有效维持体内化学计量的平衡以响应不同的水淹强度,并且生长良好,是三峡库区消落带植被恢复与重建的优势树种。
基于GIS和Fragstats的土地生态质量综合评价———以湖北省仙桃市为例

借助GIS和Fragstats的分析技术,结合土地利用类型数据,从土地生态系统的景观特征、生境质量的抗干扰能力和社会经济效益3个方面构建土地生态质量综合评价研究模型,采用改进熵权法确定其指标权重。以湖北仙桃为例,探究其三者的空间演变关系,并在此基础上对其土地生态质量进行综合评价。结果表明:( 1)仙桃市土地生态质量整体水平偏低,且呈现出中间高,两侧低,且西翼高于东翼的空间分异特征。其中危险、临界安全、较安全和安全各等级,分别占总面积的21.52%、43.48%、 27.10%和7.90%。( 2)安全区主要分布在经济、政策优势最凸出及景观格局整体规划较好的中北部中心城区。在此区域景观特征、生境质量的抗干扰能力和社会经济效益之间呈现相互增益的协同发展态势。( 3)较安全和临界安全区则主要集中分布在土地景观格局较好,开发程度较低的西翼地区。危险区则主要分布在生境质量抗干扰能力水平低的东翼地区。在东西两翼内景观特征、生境质量的抗干扰能力和社会经济效益之间的协同性较差,且两两之间的发展矛盾凸出。研究结果可为仙桃市全域土地综合整治项目的实施提供理论支持和其他类似地区提供案例参考。
北方农牧交错带多伦县生态系统服务权衡与协同关系研究

科学理解生态系统服务的权衡/协同关系,对于正确指导生态系统可持续管理实践具有重要意义。以位于北方农牧交错带的多伦县为研究区,基于土地利用/覆被、气象、土壤类型、归一化植被指数( NDVI)以及社会经济统计资料等多种数据,分析了2000年、2015年食物供给、碳固持、土壤保持、防风固沙及产水量5种生态系统服务的时空变化,识别了5种服务的供给热点区,并基于相关分析法从县域、乡镇及不同地类3种尺度上对生态系统服务间的权衡/协同关系进行分析。结果表明:( 1) 2000—2015年,食物供给与土壤保持量增幅较大,产水量与碳固持的供给量增幅较小,防风固沙量大幅下降,5种服务的空间格局基本保持不变;( 2)多伦县1类热点区面积明显增加,3类热点区面积明显减少;面积占比超过50%的草地提供5种服务的能力强于耕地;( 3)多伦县生态系统服务的权衡关系主要存在于产水量与土壤保持、产水量与碳固持、产水量与食物供给三对服务中;由于研究区生态系统环境的空间异质性较强,各乡镇和两种地类(草地和耕地)上分别只有4对和3对生态系统服务的权衡/协同关系与县域保持一致;( 4)不同土地利用类型、海拔、土壤类型等因素的组合使多伦县乡镇之间及乡镇与县域之间的权衡/协同关系存在明显差异。因此,在生态环境更为复杂的整个北方农牧交错带,更需选取合适的空间尺度进行生态系统服务的权衡/协同关系分析,以指导决策者制定合理的生态系统管理措施。
基于InVEST模型的皖西大别山区生境质量时空演化及景观格局分析

新型城镇化及生态文明建设背景下,加强中国重要生态功能区的生境质量研究具有重要意义。以皖西大别山区舒城县为例,基于InVEST模型及地形位等方法进行生境质量时空演变与景观格局互动及梯度效应分析,结果表明:( 1) 1995—2015年,研究区生境质量指数从1995年的0.6392下降为2015年的0.6356,总体降幅不大;生境退化程度持续上升,由0.0133上升至0.0142。热点分析表明,生境质量较差的冷点区主要分布于东北部的城镇及其周边区域,质量较高的热点区主要位于西南部植被分布区;( 2)生境质量及生境退化分布指数具有显著的地形位梯度效应。高生境质量分布指数与林地分布一致并随地形位梯度上升成主导优势,而低生境质量分布与建设用地和农地分布一致,并在低地形位梯度上占主导优势;( 3)分区和整体生境质量与景观格局指数相关性显著,但不同区域内的二者之间相关性质各异。生境质量演化受地形和景观格局影响较大。研究结果对于大别山重要生态功能区的生境保护及生态系统功能调控具有一定的理论与实践价值。
基于选择实验法的流域中下游居民生态补偿支付意愿及其偏好研究———以渭河流域为例

在流域生态补偿机制的建设中,相关利益主体的生态补偿意愿和行为的分析对政策的管理和执行至关重要。运用选择实验法对渭河流域中下游居民的支付意愿进行考察,通过构建Mixed Logit模型对城乡居民的支付意愿及其偏好进行实证分析。研究发现,城镇和农村居民的选择显著受到水质、河流面积/水量、水土流失情况、动物种类/数量这4个属性变量的正向影响,支付金额的负向影响;其次,城镇和农村居民对水质这一属性具有最高的支付意愿,对河流面积/水量这一属性具有次高的支付意愿,而对动物种类/数量这一属性具有最低的支付意愿;最后,城镇和农村居民的平均支付意愿分别为13.168元月-1人-1和9.050元月~(-1)人~(-1),前者的支付意愿明显高于后者。
基于服务簇的东北地区生态系统服务权衡与协同

生态系统服务簇是多种生态系统服务的组合,能够表征生态系统服务间权衡与协同关系,可为制定有效的区域社会-生态系统管理方案提供科学依据。研究采用全局Moran's I指数、主成分分析、聚类分析等方法,系统阐明了东北地区6种生态系统服务的组成、权衡与协同、作用机制和区域差异。结果表明:( 1) 6种生态系统服务均表现出显著的正空间自相关( Moran's I > 0),即各生态系统服务存在空间聚类分布,而非随机分布;( 2)聚类分析将东北地区划分为南部经济-生态协调区、东北部森林生态平衡区、西部防风固沙区和中部粮食生产区四个生态功能区;( 3)水源涵养、固碳和土壤保持服务之间具有极显著的协同关系( r = 0.73,r = 0.70,r = 0.80),而防风固沙和土壤保持服务之间存在极显著的权衡关系( r = -0.22);( 4)东北部森林生态平衡区和南部经济-生态协调区的固碳能力显著高于西部防风固沙区和中部粮食生产区,中部粮食生产区的食物供给服务和生物多样性服务则较高。开展基于服务簇的生态系统服务权衡与协同的研究,有助于针对每种生态功能服务簇制定相应的管理方案,促进各个生态功能区经济、社会、资源与生态环境的全面协调可持续发展。
模拟穿透雨减少对锐齿栎( Quercus aliena var. acuteserrata)树干液流密度的影响

降水格局变化是全球气候变化的重要特征之一,未来气候变化下,较为频繁和严峻的干旱将威胁地球中纬度部分地区的森林,但森林植被如何响应季节性干旱胁迫及其机制尚不清楚。北亚热带-暖温带过渡区分布着以锐齿栎(
干旱和遮荫对马尾松幼苗生长和光合特性的影响

为探究马尾松对干旱和遮荫胁迫的生理响应规律和适应机制,以2年生马尾松幼苗为对象,设置对照( CK) 、模拟干旱( DR) 、遮荫( LL)以及干旱与遮荫的交互处理( DRLL) 4种环境,研究干旱和遮荫对马尾松幼苗的生长和光合生理特性的影响。结果表明:( 1)在干旱、遮荫和二者的交互处理下,马尾松幼苗的基径和株高增长量均显著减小,且二者的交互处理加重了干旱和遮荫单一处理下的减小趋势,二者交互作用的影响符合“相互作用理论”。( 2)在干旱处理下,针叶长度和比叶面积减小,净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和细胞间隙CO_2浓度显著降低,水分利用效率显著增加,光合色素含量基本不变。( 3)在遮荫处理下,针叶长度和比叶面积增大,净光合速率、蒸腾速率、气孔导度显著降低,光合色素含量显著增加,水分利用效率和细胞间隙CO_2浓度基本未发生改变。( 4)二者的交互处理下,针叶长度、比叶面积减小,净光合速率、蒸腾速率和气孔导度显著降低,且降低程度大于干旱单一处理,光合色素含量显著增加,但其增加程度小于遮荫单一处理。说明干旱和遮荫均能抑制马尾松植株的生长,但其光合生理特性在干旱和遮荫胁迫下分别表现出不同的响应特征。在干旱处理下,通过牺牲针叶长度和比叶面积、调节气孔导度达到保水目的来适应干旱环境;在遮荫处理下,通过增大针叶长度、比叶面积和光合色素含量来响应遮荫环境。在二者的交互处理下,干旱胁迫导致马尾松针叶长度、比叶面积和气孔导度的减小趋势不仅未因遮荫环境而得到缓解,而且还削弱了对光合色素的合成能力,因此,二者的交互作用会进一步加重对马尾松生长的抑制。
黄土区小流域植被类型对沟坡地土壤水分循环的影响

沟坡作为黄土丘陵区小流域水土流失最为活跃的区域,探究不同下垫面植被类型下的土壤水分循环特征对于沟坡地植被恢复具有重要意义。基于氢氧同位素示踪技术,通过野外水样采集和室内同位素分析旨在揭示植被类型对沟坡地土壤水分循环的影响机制。结果表明:( 1)各水体氢氧同位素均遵循:降水>刺槐林地土壤水>草地土壤水>地表水>地下水,降水的变异系数最大,地表水和地下水的变异系数较小。( 2)草地土壤水主要以降水补给为主,所占比例为59.12%,刺槐林地土壤水则以深层土壤水的上升补给为主,所占比例为60.97%。短阵性暴雨条件下,草地土壤水运移速率较刺槐林地高约1 cm/d,且主要发生在0—50 cm土层。( 3)土壤水的垂向运移为地下水的主要补给形式,草地土壤水对地下水的补给比例为51.64%,约比刺槐林地高0.52%。表明植被类型对土壤水分循环特征具有一定的影响,刺槐林对深层土壤水分利用强度较大,可能加剧深层土壤干层化,而草地更有利于降水入渗以及地下水补给,该研究可为小流域沟坡的生态修复和综合治理提供科学依据。
黄土高原典型小流域草地群落功能性状对土壤水分的响应

植物功能性状可以响应生境的变化并决定生态系统的功能,探究植物功能性状间的关系及其随土壤有效水分梯度的变化规律,对认识不同水分条件下植被在群落水平碳水代谢关系和维持水分平衡的生理生态学机制具有重要意义。以甘肃定西典型半干旱黄土小流域草地群落为研究对象,采用排序分析和回归拟合方法,分析了30个代表性草地样地中7个植物功能性状加权均值对土壤有效水分的响应以及响应性状间的相关关系。结果显示:( 1) 7个性状中,除叶宽与土壤有效水分无明显相关外,叶长、株高、叶面积、比叶面积、叶厚和叶干物质含量均与土壤有效水分显著性相关,可识别为草地在群落水平对土壤水分的响应性状。( 2)草地群落通过降低株高,减小叶长、叶面积和比叶面积,增加叶厚和叶干物质含量以适应土壤有效水分减少;其中叶干物质含量的解释度最大,是土壤水分的最优响应性状。( 3)除叶厚与叶长无显著相关外,其余功能性状均存在显著相关,说明草地群落的功能性状在土壤水分梯度上已基本形成了一个相互权衡或协同变化的功能性状组合。
湖泊水生植物稳定碳同位素分馏机制与应用研究进展

水生植物是维持湖泊生态系统健康发展的重要基础与支撑。与陆地植物相比,水生植物稳定碳同位素( δ~(13)C)的分馏过程较复杂,为系统的了解水生植物δ~(13)C的分馏过程及其在湖泊现代生态系统和古环境研究中的应用,调研了国内外相关研究进展。总结已有研究表明,水生植物的δ~(13)C主要与其吸收利用的碳源和水体环境要素等密切相关,影响因素较复杂,而且目前在利用水生植物的δ~(13)C研究不同时间尺度上湖泊环境变化时所选用的载体存在差异。植物不同组分样品的选择对解释水生植物 δ~(13)C与环境之间的关系至关重要。因此,以太湖典型水生植物为研究实例,探讨了水生植物不同组分稳定碳同位素的分布特征及其对环境因子的响应差异,结果显示水生植物不同组分的δ~(13)C存在一定的差异,而且对环境的响应也不同,未来在利用水生植物δ~(13)C研究湖泊环境变化时对于水生植物样品组分的选择应谨慎考虑。
冻融循环对川西亚高山森林土壤酶活性的影响

土壤酶活性的研究有助于认识植物-微生物-土壤有机质之间的相互关系,土壤酶的生产遵循“经济法则”,冻融循环将会改变生产土壤酶的资源分配,最终影响土壤的有机质分解过程。亚高山森林土壤具有明显的季节性冻融循环,为深入研究亚高山森林冬季土壤生态过程,以川西亚高山针阔混交林、针叶林以及阔叶林土壤为研究对象,通过室内培养研究冻融循环对6种与碳( C) 、氮( N) 、磷( P)相关土壤酶活性的影响。结果表明,与N和P相关的土壤β-N-乙酰葡萄糖苷酶、磷酸酶活性受冻融循环影响显著,其中,β-N-乙酰葡萄糖苷酶活性在整个冻融处理过程中表现出先升高后降低并趋于平稳的趋势,磷酸酶活性在后期明显增加。与C相关的土壤纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、过氧化物酶、多酚氧化酶在冻融循环过程中没有显著变化。林型对土壤酶活性产生了显著影响。其中,阔叶林的土壤纤维素酶活性显著低于针叶林;阔叶林的土壤过氧化物酶活性显著低于针阔混交林和针叶林;针叶林的土壤磷酸酶活性显著高于针阔混交林和阔叶林。冻融循环和林型的交互作用对土壤酶活性没有显著影响。结果表明,该地区土壤酶活性对冻融循环响应存在差异,气候变化引起的冻融循环将进一步影响川西亚高山森林土壤生态系统的有机质分解过程。
鄂尔多斯盆地长7段细粒沉积岩特征与古环境--以铜川地区瑶页1井为例

三叠系延长组长7段是鄂尔多斯盆地中生界重要的烃源岩层系。为探究长7段细粒沉积岩发育特征、沉积环境及有机质富集控制因素,以盆地南缘瑶页1井为例,运用X射线衍射、偏光显微镜、扫描电镜、XRF成像等方法,对长7段细粒沉积岩沉积特征及其纵向演化规律开展系统分析。研究表明,长7段主要发育三种细粒沉积岩类型:块状泥岩、水平纹层状页岩和透镜纹层状页岩。其中块状泥岩主要位于长7段的上部和下部,发育块状构造,石英长石含量较高,黄铁矿多以八面体自形晶产出,判断块状泥岩是高能环境中的产物,水体富氧,不利于有机质的生成和保存,有机质丰度较低。透镜纹层状页岩主要发育于长7段的中部,黄铁矿异常丰富,含有大量火山灰组分;草莓状黄铁矿粒度分布指示水体缺氧但具有一定波动;在较好保存环境和火山营养物质注入的双重作用下,透镜纹层状页岩的平均有机质丰度最高。水平纹层状页岩则多位于长7段中上部,以“有机质+黏土”或“有机质+黏土+火山灰”的结构产出,黄铁矿粒度分析指示沉积环境安静,水体缺氧,有利于有机质保存,有机质丰度介于块状泥岩和透镜纹层状页岩之间。瑶页1井长7段有机质丰度与黄铁矿含量的高相关性指示铜川地区长7期水体可能具有较高的硫酸盐浓度,硫酸盐的来源可能与湖底热液、海侵、火山喷发等事件相关。
基于InSAR技术的古滑坡复活早期识别方法研究——以大渡河流域为例

近年来,青藏高原东缘高山峡谷区古滑坡复活呈现活跃趋势,并造成重大灾害损失,因此古滑坡复活的早期识别成为地质灾害研究领域普遍关注的课题。本文以大渡河流域为例,在古滑坡发育特征调查分析的基础上,提出了基于InSAR技术的古滑坡复活早期识别的一般步骤:①分析古滑坡及周边主要SAR数据源及其适宜性,制定最优InSAR监测方案;②通过InSAR综合观测,获得高质量的长时间序列变形,筛选显著变形部位(特征点);③根据特征点的时序变形曲线,进行古滑坡复活的演化阶段判别和稳定性预测。基于斋藤原理,提出了古滑坡复活的三段式演化过程;结合PS-InSAR监测的累积位移-时间曲线,提出了将弹性变形与匀速变形之间的拐点作为古滑坡复活的起点标志,把匀速变形向加速变形转变的拐点作为复活失稳的标志,为高山峡谷区隐蔽型古滑坡复活的早期识别提供了新途径。
基于Vine Copula函数的河湖连通水环境多因子联合风险识别研究

河湖连通工程是水资源调配和水生态环境保护与修复的重要途经,同时作为一个包含着模糊性、随机性、灰色性以及未确知性信息的复杂系统工程,其不可避免地存在一定的风险。本文基于Vine Copula函数构建了南四湖在南水北调东线一期工程运行前后水环境多因子联合风险模型,通过对总磷(TP)、总氮(TN)、氨氮(NH_3-N)和叶绿素a(Chl-a)4种风险因子的敏感性分析,识别出运行后的关键风险因子;结合南四湖Ⅲ类水的供水水质要求,设置了运行后关键风险因子不同风险状态(即Ⅳ类和V类)组合下的系列风险情景,识别出运行后潜在水环境多因子联合风险。结果表明:TN、NH_3-N、Chl-a为关键风险因子;当TN和NH_3-N达到V类水标准限值、Chl-a为35μg·L~(-1)时,工程运行后水环境联合风险变化速率增大,不确定性提高,需及时响应,建议重点关注TN和NH_3-N指标。
黄土丘陵沟壑区林草变化对流域产沙影响的规律及阈值

围绕植被变化与土壤侵蚀的关系,已有海量研究成果,但提出的植被盖度~土壤侵蚀量响应规律多是基于坡面小区上的观测成果,反映的是植被变化在“本地”的水沙响应,不能反映植被变化对小区下游的坡面、沟谷和河道的“异地"效应。在近20年黄河来沙锐减的背景下,如何在较大的流域尺度上,评价林草植被变化对流域产沙量的影响,已经成为亟待解决的重大科学问题。本文在对黄土丘陵区地貌和产沙特点分析的基础上,引入了易侵蚀区、林草有效覆盖率(Ve)和产沙指数(Si)等新概念,利用黄土丘陵区流域实测的林草、降雨和水沙数据,分析了林草植被变化与流域产沙能力之间的响应规律及其机制,提出了可基本遏制流域产沙的林草阈值。研究结果表明,流域的产沙指数均随林草有效覆盖率K的增大而减小,二者呈指数关系;当Ve≤40%~45%时,产沙指数随K增大而迅速降低,不过在Ve<20%时改善植被的减沙作用不太稳定;Ve>40%~45%后,改善植被导致的产沙指数递减速率越来越小。流域的林草植被覆盖程度越差,产沙强度对雨强越敏感;当Ve>50%~60%后,决定流域产沙量的首要因素是有效雨量,雨强次之。林草植被改善是通过对流域产洪量和含沙量的共同减少、以及地表径流输移阻力的增大,实现对流域产沙量的削减;削减洪水和增大阻力均将导致黄丘区地表的水蚀动力降低,含沙量降低则是地表物质补给困难的直接反映。对于黄土丘陵区的第1 ~ 4副区,要实现流域产沙模数≤1000 t/(km~2·a)的目标,林草有效覆盖率应达55%~65%以上,该阈值自东向西递增。对于黄土丘陵区的第5副区,当林草有效覆盖率Ve>45%~50%后,流域产沙量也趋于稳定,但因产沙机制特殊,即使林草梯田有效覆盖率达到60%以上,仍难以基本遏制流域的产沙;而且,河(沟)床产沙占比越高,依靠林草植被改善而削减产沙的难度越大。该成果可为认识近20年黄土高原植被改善与黄河泥沙锐减的关系,提供理论依据。
双井抽灌处理地下水污染的回收率理论公式

采用抽出处理法修复地下水污染场地需要有一定的回收率,以达到充分净化的目标。当地下水存在侧向径流时,抽出处理法的回收率不一定能够达到100%。对于“一抽一灌”双井单元,井孔扰动下的地下水稳定流场可分为内循环区、外循环区和非循环区,某些情况下内循环区或外循环区不存在。由内循环区的水动力学特性得到回收率的理论公式和变化曲线。回收率取决于地下水侧向径流的方向和相对强度,随抽水流量的增大而增加。回收率公式可用于抽出处理法的井孔设计,地下水污染物的目标去除率越高,所需要的回收率越大。针对北京某试验场,应用该方法进行了回收率优化评估。
基于SPME-GC-MS结合多元统计的不同产地黄芪挥发性成分差异分析

“豆腥气”是黄芪重要的道地性特征之一,阐明黄芪“豆腥气”物质基础对于研究道地药材特征、建立道地药材质控方法具有重要意义。目前已有报道对不同产地黄芪挥发性成分分析,但并未进行系统全面的研究。本实验运用了固相微萃取气质联用(SPME-GC-MS)技术分析了山西(仿野生芪)、甘肃(栽培芪)、内蒙古(栽培芪) 3个产地黄芪挥发性成分,结合多元统计分析的方法探讨3个不同产地黄芪挥发性成分的差异,并通过主成分分析(PCA)、偏最小二乘判别分析(PLS-DA)进行多元统计分析和评价。结果显示,利用SPME-GC-MS技术对3个产地黄芪挥发性成分进行分析,共鉴定出76种挥发性成分; PCA模型结果表明黄芪中挥发性成分与产地具有相关性; PLS-DA可以实现3个产地黄芪样本的分离,不同产地黄芪样本中挥发性成分存在较明显差异;并筛选出己酸、正己醛、2-丁基-2-辛烯醛、正己醇、苯甲醇、2-丁基呋喃这6种主要的差异挥发性物质;并且发现不同产地、栽培方式黄芪中正己醛和己酸比值存在较大差异,山西仿野生芪中正己醛/己酸平均相对含量比值为7.8∶1,而内蒙古、甘肃栽培芪中正己醛/己酸的比值分别为2.3∶1和0.96∶1。本研究鉴定出的挥发性成分不仅为黄芪道地性特征“豆腥气”研究奠定了基础,也为黄芪质量控制提供了新的思路。
特异性靶向肿瘤组织的IDO1抑制剂前药的研究

本文基于在羟基脒类IDO1抑制剂化合物B与epacadostat分子的主要代谢位点羟基上键合一个能够在肿瘤缺氧的微环境中降解的硝基芳环载体分子,设计合成特异性靶向肿瘤组织的IDO1抑制剂前药,检测其对肿瘤生长的影响。共合成了11个前药化合物,其结构通过1H NMR和HR-MS确证。通过MTT实验、体外硝基还原酶还原实验、稳定性实验和体内肿瘤组织缺氧降解实验筛选出稳定性、释药速度等结果较好的化合物F-1、F-6用于体内药效评价。实验结果初步表明,前药F-1对小鼠肝癌的生长抑制率为67.41%,明显高于原药组的42.31%,提示特异性抑制肿瘤组织的IDO1与全面抑制机体内IDO1的抗肿瘤效果明显不同。动物实验遵循中国医学科学院药物研究所动物实验中心标准操作规程。
基于光学相干层析的生物3D打印人工皮肤量化分析

对人工皮肤3D特征的无损定量检测分析,是研究皮肤打印和诱导培养技术须解决的关键问题。利用谱域光学相干层析成像(SD-OCT),对生物3D打印人工皮肤进行无损成像和量化分析。基于光学相干层析成像(OCT)强度信号的自适应峰值检测算法,量化皮肤3D厚度分布和粗糙度变化,通过计算不同位置的皮肤整体厚度及其波动,定量可视化皮肤的空间分辨结构特征。OCT成像人工皮肤的结构特征与切片的苏木精伊红(H&E)染色结果一致,两者实测皮肤整体厚度差异最大为3.59 μm,可验证该方法的可行性和准确性。通过SD-OCT对人工皮肤在培养周期内的持续检测,2D人工皮肤厚度分布检测可以展示皮肤在不同培养时间的厚度增长曲线,而3D空间分辨厚度分布图和表面粗糙图谱能更直观地显示皮肤生长状态。量化统计结果表明,在气液培养过程中,人工皮肤的整体平均厚度不断增长并趋于稳定,皮肤成熟时整体平均厚度为83.91 μm;皮肤表面粗糙度随角质化程度变化先减后增。基于OCT强度信号量化分析的方法能真实有效反映生物3D打印人工皮肤的结构参数变化,可为人工皮肤制备过程中的质量评估提供一种可靠的监测手段。
不同更新方式下胡杨幼苗光响应和${\rm{C}}{{\rm{O}}_2}$响应的对比研究

分析人工挖坑和天然落种更新方式下不同苗龄胡杨光合作用参数在速生期(6月、7月、8月)的变化差异,以期选择适宜的植苗更新方式,为塔里木河下游胡杨林更新复壮提供依据. 研究采用美国Li- 6400XT光合仪测定了2年、3年、5年和7年生胡杨苗在速生期的光合作用-光和${\rm{C}}{{\rm{O}}_2}$响应. 结果表明,人工挖坑更新方式下的胡杨苗光合潜力较好,尤其是利用强光的能力强,反映出其在强光条件下生长更快;人工挖坑更新方式的胡杨苗${A_{\max }}$ 值总体比天然落种更新方式下胡杨苗要高,且胡杨苗Rubisco活性及其${\rm{C}}{{\rm{O}}_2}$同化能力与利用效率、光呼吸速率要高于天然落种更新方式. 研究结果表明人工挖坑更新方式下的胡杨苗适宜性更好,在未来有助于塔河中下游胡杨林的更新复壮及植苗技术的示范推广.
吡咯喹啉醌施用浓度和方式对辣椒生长及土壤理化性质的影响

为探明吡咯喹啉醌对辣椒生长及土壤理化性质的影响,通过盆栽辣椒研究不同吡咯喹啉醌施用浓度和方式对土壤理化性质(土壤容重、土壤孔隙度、速效氮、速效磷和速效钾)、土壤微生物(真菌、细菌、放线菌及微生物总量)活性及辣椒生长(植物学性状、产质量及根系活力)的影响. 结果表明:施用吡咯喹啉醌对土壤容重、土壤孔隙度、土壤真菌数量、放线菌数量、土壤速效氮含量、土壤速效钾含量及辣椒果实中的Vc含量和可溶性蛋白含量无显著性影响或无影响,但可提高土壤细菌数量和微生物总量,增加土壤中有效磷含量,促进辣椒的生长,增加辣椒果实单果重和单株重,提高辣椒根系活力,增加辣椒果实中可溶性糖含量;其中灌根处理对土壤细菌数量、微生物总量及土壤有效磷的增加优于喷施处理,而喷施处理对辣椒生长及产质量的提高优于灌根处理. 在辣椒实际生产中,灌根和喷施配合施用$500\;{\rm{nmol}} \bullet {{\rm{L}}^{ - 1}}$吡咯喹啉醌,能改善土壤和促进辣椒生长.
一维六方准晶中平行螺型位错与有限长裂纹的相互作用

论文采用解析函数理论,利用Muskhelishvili著名的复变函数方法,给出了无限大一维六方准晶中多条平行螺型位错与有限长直裂纹相互作用的解析解,并得到了裂纹尖端的场强度因子和作用在位错上的像力.数值算例讨论了镜像力、场强度因子随位错位置的变化,及位错的位置与分布对广义应力场的影响.