湖南省畜禽养殖粪污的耕地负荷与土地承载力评价

[目的]测算和分析畜禽养殖粪污耕地负荷和土地承载力,为防治农业面源污染,促进农牧协调发展提供科学依据。[方法]根据湖南省畜禽养殖、作物产量等数据资料,在考虑粪污综合利用率的前提下,采用产排污系数法、养分平衡法分别计算2020年各地市州畜禽养殖耕地污染负荷和土地承载力,分析畜禽养殖空间布局以及粪污消纳分配。[结果]湖南省2020年共养殖猪当量4.27×10^(7)头,各区域养殖量差异很大;畜禽粪便和TN,TP耕地负荷分别为19.04t/hm^(2),94.85,24.99kg/hm^(2),耕地负荷警报级别均在Ⅱ级以上,对耕地环境稍有威胁,其中永州市、娄底市、怀化市、郴州市至少有两项耕地负荷警报级别达到了Ⅲ级及以上,耕地环境风险较高;畜禽养殖土地最大承载量为1.23×10^(8)头猪当量,已养殖猪当量仅占其37.18%。各地市州的可增加养殖量也非常可观,常德市、益阳市、岳阳市、邵阳市、长沙市、永州市、衡阳市7个市的可养殖猪当量在5.00×10^(6)头以上。在确认区域内畜禽养殖未超载的基础上,永州市、娄底市、怀化市、郴州市要鼓励林地、园地的作物管理者增加有机肥的施用比例,加大粪污消纳量,才能降低耕地环境污染风险。[结论]湖南省畜禽养殖耕地环境风险整体上较低,畜禽养殖业发展空间很大,但是部分地市州存在耕地污染风险,必须调整粪污消纳去向,才能缓解耕地的粪污消纳压力,推动农业可持续发展。

影响湖南省空气质量指数的主要气象因子分析

为了落实《湖南省大气污染防治攻坚行动工作方案》对空气质量预报精细化的要求,本研究基于湖南省主要城市2015—2022年间的空气质量数据和气象要素数据,采用统计分析、相关分析、主成分分析法(PCA)等方法,分析了湖南省空气质量指数(AQI)与气象条件之间的关系,提取了影响湖南省不同等级AQI的主要气象因子,并分析了不同等级污染天气的主要气象影响因子。结果显示:(1)在研究期内,湖南空气质量优良天数优于全国平均水平,污染天数分布存在显著的区域差异,部分城市没有出现过严重污染天气。(2)多个气象要素组合构成的气象因子共同对AQI产生影响,影响湖南省AQI的主要气象因子包括气温、水汽与日照组合、平均风速以及降水量;除严重污染天气外,气温因子是影响湖南AQI的首要因子。(3)单个气象要素与AQI之间的相关性较弱。(4)地形的影响使气象条件分布更复杂,而且主要影响AQI的气象因子存在区域差异,增加了AQI精细化预报的难度。

无人机助推智慧农业发展

探究无人机技术在现代化农业中的应用是发展智慧农业的重要内容之一。运用文献研究的方法,综述了无人机技术在农业领域中的应用进展,认为无人机技术在智慧农业中的应用包括农作物信息数据监测、精准植保以及农业生产布局等,且相比传统生产方式具有快速、精确、高效、环保等独特优势,同时明确了无人机技术在农业生产中的作用,有助于推动智慧农业进一步发展。

基于椭球体建模的多机器人碰撞检测方法研究

多机器人协同工作共享的工作空间使得机器人彼此之间存在交互运动,这将不可避免地导致机器人在运动过程中发生碰撞现象,一旦碰撞发生就会造成严重的操作事故,所以碰撞检测是多机器人协作技术中重要的环节之一。针对多机器人碰撞检测问题,主要研究基于离散的碰撞检测,在规划的路径上划分时间步,反复地进行静态碰撞检测,从而完成机器人在运动过程中的碰撞检测。针对基于椭球体建模的多机器人碰撞检测问题,采用椭球体包围机器人连杆、关节等结构,获取空间椭球体间最短距离来判断机器人间是否有碰撞发生。针对椭球体间最短距离的求解,采用基于椭球坐标系的最短距离求解算法,以其中一椭球体中心为原点和椭球的半轴长建立局部椭球坐标系,利用等高面的概念来求解另一椭球体到椭球坐标系原点的最短距离,计算效率更快。对机器人结构参数进行初始化,并提取规划路径的空间位置参数,在路径上划分时间步,在每一个时间步上反复调用碰撞检测算法函数,从而获取机器人运动过程中各个离散点的最短距离,最终得到最短距离变化曲线,进行碰撞检测。并通过一个仿真算例验证了此方法的有效性。

冲刷条件下坡面水流速度与产沙关系研究

在冲刷条件下 ,通过 5种坡度下的水流速度和泥沙含量测量 ,发现两者存在同步的关系 ;水流速度的变化与细沟的发育存在明显的对应关系。在细沟开始发育时 ,水流速度逐渐增大 ;当细沟基本形成后 ,水流速度减小并平稳。水流速度是影响坡面产沙的主要原因 ,在低坡度时 ,细沟发育较慢 ,产沙量较少 ,但坡度在 10°～ 2 0°之间产沙量相差不大 ,到 2 5°时的产沙量反而比 2 0°的还少 ,出现了人们观察到的临界坡度。根据坡面特性 ,分析水流速度和泥沙含量之间关系使土壤侵蚀的临界坡度得到比较合理的解释。在大于临界坡度时 ,水流速度一开始很快增大 ,所冲刷的泥沙量并不比坡度小的少 ;跌坎容易形成 ,且比较深 ,从而使水流速度减小。但细沟在较短的时间内发育完成 ,水流速度也随之减小 ,泥沙含量降低 ;从而使在一定时间之后 ,大于临界坡度时所冲刷的累积泥沙含量较少。通过用电解质脉冲法测量水流速度解释了坡面冲刷侵蚀过程中的一些现象 ,若进一步测量其时空分布 ,有可能更深入地揭示其侵蚀机理 。

秦岭东段洛河流域土地利用变化的地形梯度效应研究

明晰典型地势起伏区土地利用变化与地形因素的关系,对国土空间布局及区域协调发展具有重要现实意义。基于秦岭东段洛河流域多期土地利用数据及DEM数据,运用土地利用图谱法、标准差椭圆分析法和地形位分析法,揭示自2000年以来当地土地利用变化的时空分异特征,并探讨在不同土地利用变化下的地形梯度效应。研究结果表明:(1)20年间,土地利用变化多围绕耕地、草地和建设用地进行,且表现出显著的类型异质性及阶段差异性特点。(2)以耕地和林地为主的稳定型图谱面积占比达到88.17%,前期变化型和后期变化型分别为7.44%和3.51%,耕地被建设占用更偏向于无序化发展。(3)中低及其以上地形梯度的耕地逐渐趋向于低地形梯度区发展,林地的地形分布指数呈“S”型上升态势,草地则表现出中间高两边低的正态分布规律。(4)各图谱的地形分布指数随地形位增加表现出不同的趋势性规律,土地利用变化呈明显地形梯度效应。研究认为当地国土管理工作应重点关注反复变化型图谱和持续变化型图谱,并注意科学缓解和引导耕地水土流失及坡耕地开发利用问题。

薄层水流速度测量系统的研究

根据水流影响电解质扩散和其导电特性的分析,结合电解质脉冲在水流中迁移的数学模型,设计了薄层水流速度测试系统。用VisualBasic语言编写了操作系统,实现了数据采集、参数计算和分析自动化。实验和模拟结果表明,模拟水槽实验中用流量法测量的流速和电解质扩散法测量的水流速度误差很小,说明用此系统测量浅层水流的流速是可行的。

南方坡地石漠化现状及防治的初步研究

对中国南方坡地土壤石漠化现状进行了概述 ,并分析了其形成原因。根据衡山水土流失影响因素分析 ,可知坡地石漠化主要是由于植被破坏、不合理的耕作措施、暴雨和坡地地貌等因素造成的。后两者是很难改变的 ,要防治土壤石漠化 ,必须改变耕作措施 ,保护植被 。

降雨条件下坡面薄层水流速度特征

通过在室内不同坡度和降雨强度下用电解质脉冲法对坡面水流速度进行测量。坡面长8m,宽15cm,坡度范围5°～25°。测量结果表明:在相同的降雨条件下,坡长对流速的影响不显著,而降雨强度和坡度对土壤侵蚀的影响相当显著;坡度越大,坡面产沙和冲沟发育越快;随着细沟的形成,水流速度逐渐减小。大坡度的水流速度变化揭示了细沟发育具有突发性特征。

坡面薄层水流流速测量的比较研究

在室内模拟水槽中分别用质心运动学原理、电解质脉冲法和流量法3种方法测量不同坡度、不同泥沙含量条件下的薄层水流流速。比较以上3种测量结果发现在下垫面无渗透时,即加入的盐液没有损失时,电解质脉冲法测量坡面薄层水流流速与质心运动速度及流量法测量结果基本是一致的。在泥沙含量较大时,电解质脉冲法测量结果的误差较大,流量对测量结果影响不显著;随着测量距离的延长,测量误差变小,这可能是随着测量距离的增加,加入电解质的时间与测量时间之比减小,从而使假设加入的电解质为电解质脉冲更加合理。总的来说,电解质脉冲法在实验条件下测量坡面薄层水流流速是可行的。

土壤水分动力学参数研究与评价

对国内外土壤水分动力学参数研究进行概述和分析。目前研究土壤水分动力学参数的方法 ,开始从实验测量向以基本参数为基础的数学模拟过渡 ,实验和计算手段不断更新 ,考虑的因素更加完全 ;但是各种方法都有其局限性 。

蒸发条件下土壤水分再分布的动力学研究

通过测定和拟合土壤水分特征曲线中的主脱水线和主吸水线 ,用Mualem滞后模型计算各扫描线的比水容量和导水率 ,对蒸发条件下土壤水分再分布进行了动力学模拟。研究表明 ,考虑滞后作用有效地提高了水分再分布的模拟精度 ,充分显示了水势梯度是土壤水分迁移的动力 ,而不完全是含水量的差异 ;土壤水分含量的大小不能体现水分利用的有效性 ;滞后作用减缓了湿润锋的前进速度和表层的干燥速率 。

坡面薄层水流中电解质脉冲迁移模型

确定坡面薄层水流速度是研究土壤侵蚀动力学的基础。本研究中利用薄层水流中电解质脉冲的迁移特性 ,建立电解质脉冲在水流的迁移的数学模型 ,用拉普拉斯变换计算出解析解 ,最小二乘法计算了有关参数 ,建立了测量水流速度的电解质脉冲法。实验结果初步表明此方法是可行的 。

泥沙含量对盐液示踪法经验系数影响的研究

示踪法经验系数可能受坡度、水流速度、流量等多种因素的影响 ,该文经过流量法和盐液示踪法的实验结果比较发现 :泥沙含量较低时 ,随流速增加而增大 ,泥沙含量较高 ,其值基本不变 ,但经验系数与速度的相关性都较差 ,而各种坡度下测量经验系数的平均值与泥沙含量具有较好的正相关性 。

坡面侵蚀动力学及其相关参数的探讨

从分析坡面水流形态动力学特性着手,对比土壤侵蚀临界坡度的研究;概述土壤侵蚀的机制,以及坡面水 流中水流速度、泥沙含量和下垫面三者相互作用的关系。发现及时、准确和动态地测量水流速度和泥沙含量,是分 析这些复杂关系的关键,它使定量研究坡面土壤侵蚀的机理成为可能。

电解质脉冲法测量薄层水流流速的实验研究

在室内模拟水槽中 ,下垫面无渗透时 ,用质心运动学原理、电解质脉冲法和流量法 3种方法测量不同坡度、泥沙含量下的薄层水流流速 .测量结果表明 ,加入的盐液没有损失时 ,电解质脉冲法测量坡面薄层水流流速与质心运动速度及流量法测量结果基本是一致的 ;流量对测量结果影响不显著 ;在泥沙含量较大时 ,泥沙的沉降使质心运动速度的计算产生一定的误差 ;测量距离对电解质脉冲法测量结果有一定的影响 .测量距离增加 ,加入电解质的时间与测量时间之比减小 ,使得加入的电解质更接近于一个脉冲 ,电解质脉冲法测量结果随测量距离的延长而更加准确 .

基于Ethernet的开放式机器人等离子熔射成形系统研究

提出了基于工业以太网(Ethernet)的机器人等离子熔射成形系统.基于Ethernet建立PC与MotomanUP-20机器人之间的通讯连接,开发了机器人控制软件,实现了PC对机器人的主机控制以及作业文件交互等功能.基于MPI(Multi-Point Interface)网络连接PC与等离子熔射设备的控制核心Siemens S7-300型PLC.最终实现了以PC机为核心,集成成形过程监控、机器人熔射路径自适应调整和机器人实时监控等子功能的开放式机器人等离子熔射成形系统,并自主开发了SprayMonitor成形过程监控软件.实验结果表明,该系统能够根据熔射皮膜温度、厚度等在线检测信息进行熔射路径智能自适应调整和加工策略自行调度,实现了等离子熔射成形与机器人运动执行的一体化控制,提高了成形系统的柔性.

示踪法测量坡面水流速度理论缺陷分析

示踪法需对经验系数进行修正才能得到水流速度;而经验系数受多种因素的影响,在不同的条件下如何使用,有较大的随意性。对溶质运移数学模型解析解的分析发现,由溶质浓度在观测点达到最大值的时间计算得到的速度无法推算出实际水流速度,以此为基础的染色示踪法或盐液示踪法存在着理论上的缺陷。溶质的弥散系数对示踪法测量水流速度也有较大的影响,弥散系数越大,质心到达观测点的时间与浓度最大值到达该点的时间偏离越远。在实验测量中,泥沙含量对经验系数影响较大,这可能是其影响弥散系数的结果;理论上水流速度增大使经验系数增大,但在实验测量中不同泥沙含量下水流速度对经验系数的影响并不显著,因此在修正经验系数时必须考虑水流中的泥沙含量和其它水质差异。

基于多层ANN的机器人等离子熔射智能化模型

分析了机器人等离子熔射过程的神经网络模型的实现方法,基于多层人工神经网络(artifici alneural network,ANN)建立了等离子熔射过程的智能化模型.基于该模型,系统研究了等离子弧电流、熔射距离、机器人扫描间距和速度对主要涂层性能参数-残余应力和孔隙率的影响规律,并通过试验数据库的学习对涂层性能参数进行预测.结果表明,模型预测结果与试验结果有着很好的吻合,解决了工艺试验结果中仅有离散数据且难以全面反映等离子熔射工艺参数-涂层性能之间复杂非线性关系的难题.