微塑料对土壤理化性质和生物特性的影响及其降解研究进展

微塑料因其体积小、不易被生物降解等特性,使得环境中的微塑料含量呈指数式增加,已经严重威胁农田生态系统。本文通过梳理国内外文献得出以下结论:微塑料可通过农用地膜覆盖、污泥农用、农业灌溉、有机肥的施用和大气沉降等途径进入土壤。微塑料进入土壤后会影响土壤的理化性质和物质循环,可能因刺激酚氧化酶的活性,导致土壤中溶解性较差的高分子量化合物分解为易溶解的低分子量化合物,而增加土壤有机碳含量;或因破坏土壤结构和土壤团聚体对有机碳的物理保护,而降低土壤有机碳含量。微塑料还会对土壤微生物及酶活性产生重要的影响,然而由于聚合物的大小、种类和剂量的高度可变性,微塑料对土壤微生物和酶活性的影响尚存争议。微塑料的降解方式主要包括生物降解和酶降解,但降解效率均不高。目检法、光谱法、热解分析法为微塑料的主要检测方法。此外,本文根据现有的研究基础提出了土壤微塑料污染需要解决的问题,以期为土壤微塑料污染防治提供科学参考。

冲压增程制导炮弹气动特性分析及爬升段优化

为实现爬升段燃料消耗最少,对巡航式冲压增程制导炮弹进行气动特性分析及弹道/发动机一体化优化。采用工程算法对炮弹进行气动参数计算,综合考虑了发动机与气动、弹道模块的耦合特性,建立了多约束条件下的炮弹弹道优化模型,采用Radau伪谱法对炮弹进行爬升段弹道优化。仿真结果表明,所设计的炮弹外形具有良好的气动特性和操稳特性,优化后爬升段燃料消耗减少了5.7 kg,可为巡航段飞行提供更多燃料。

石灰性水稻土中硝酸盐依赖型与光合型亚铁氧化过程

厌氧条件下土壤中铁氧化还原过程与土壤氮循环关系密切,且硝酸盐依赖型亚铁氧化(nitrate-dependent ferrous oxidation,NDFO)和光合型亚铁氧化(photosynthetic ferrous oxidation,PFO)是亚铁氧化的两个重要的生物途径,然而目前关于石灰性水稻土中NDFO与PFO之间的关系仍不明晰。以采自黄河中下游地区河南省孟津县的水稻土为样品,设置培养前添加和培养过程中添加10 mmol·L^(–1)的硝酸根离子/铵离子(NO_(3)^(-)/NH_(4)^(+))的恒温厌氧泥浆培养试验,通过监测泥浆中Fe(Ⅱ)、O_(2)、NO_(3)^(-)和亚硝酸根离子(NO_(2)^(-))的动态变化与培养后的NH_(4)^(+)含量探究了NO_(3)^(-)在石灰性水稻土Fe(Ⅱ)氧化过程的作用及其与光合型亚铁氧化的关系。结果表明:避光条件下石灰性水稻土中存在NDFO,但产生的Fe(Ⅲ)可在NO_(3)^(-)消耗殆尽时被再次还原而掩盖Fe(Ⅱ)氧化现象。光照条件下NDFO和PFO可同时存在,PFO可致1.99 mg·g^(–1) Fe(Ⅱ)氧化,NO_(3)^(-)的加入可使Fe(Ⅱ)氧化量增加0.57 mg·g^(–1)。光照可抑制NO_(3)^(-)的还原而抑制NDFO。研究结果对于进一步理解湿地铁的氧化还原及其耦合的氮素转化过程有重要意义。

事件触发机制下多导弹固定时间编队控制

针对领-从弹编队结构中从弹对领弹的固定时间协同跟踪控制问题,同时为了节省通信带宽和弹载计算资源,基于多智能体一致性理论,给出了有向拓扑下基于事件触发机制的固定时间编队控制算法。用微分几何法将导弹运动模型精确线性化,为其设计固定时间编队控制协议,保证具有较大飞行速度的导弹编队在较短的时间内收敛到稳定的队形。在此基础上,引入事件触发机制,克服有向拓扑下Laplacian矩阵的不对称性和事件触发通信引入的误差项对系统稳定性带来的影响;为从弹设计了基于自身状态误差的事件触发函数,当状态误差满足所设定的阈值时,从弹在通信网络中更新并传递自身的采样信息,有效减少了弹载资源的占用率。利用代数图论、矩阵理论和Lyapunov稳定理论证明了编队控制系统的稳定性。数值仿真结果校验了算法的有效性和稳定性分析的正确性,适用于导弹编队的总体设计。

巡航式冲压增程制导炮弹模糊自适应PID控制

为适应巡航式冲压增程制导炮弹在巡航飞行过程中质心不断前移、气动参数变化范围大这一特征,实现在巡航飞行过程中的自适应控制,设计了一种基于模糊自适应PID算法的三回路自动驾驶仪。首先,由小扰动法将纵向平面内炮弹运动方程组线性化并推导炮弹各姿态角的传递函数,同时选取巡航始末位置特征点进行动态特性分析;在此基础上设计三回路自动驾驶仪以提升系统相角裕度,改善其阻尼特性;由频域分析法和根轨迹法设计巡航始末位置特征点处的内回路控制参数,并用插值计算得出其他非特征点的内回路控制参数;外回路采用模糊自适应PID进行设计。仿真结果表明,在巡航飞行过程中,模糊自适应算法所设计的自动驾驶仪具有良好的控制品质。

基于干扰补偿的高超声速制导炮弹反步滑模控制

针对制导炮弹高超声速运动过程中,具有高不确定性、快时变性和外界强干扰的飞行控制问题,提出一种基于干扰补偿的反演滑模控制策略。采用滑模微分器设计非线性干扰观测器,对建模不确定性、内部和外界扰动带来的等效干扰进行估计;根据反步法的递推思想将控制系统分解,对姿态角子系统设计自适应控制律并补偿其等效扰动估计值,对姿态角速度子系统设计滑模控制律并补偿等效扰动估计值;经李亚普洛夫稳定性理论证明,系统是稳定的。结果表明:所设计的控制系统能够快速稳定地跟踪指令信号,并且在建模不确定性、内部和外界干扰存在的情况下依然具有较强的抗干扰能力与跟踪精度。

磁铁矿对稻田土壤碳矿化的影响

厌氧条件下土壤铁还原与碳循环紧密相关,然而针对稻田土壤中异化铁还原与碳矿化关系的认识尚有不足。采用黄河中下游地区河南孟津稻田土壤为研究对象,分别将50.0、100、200、400 mg磁铁矿(Fe_(3)O_(4))粉末添加至3.00 g稻田土壤,设置恒温厌氧泥浆培养实验,期间动态监测土壤0.5 mol·L^(−1)HCl可提取态Fe(Ⅱ)、水溶性有机碳(WSOC)、水溶性无机碳(WSIC)、铁氧化物形态、CO_(2)和CH4排放的变化。结果表明,外源添加Fe_(3)O_(4)可显著提高土壤铁还原潜势,增幅为0.883-4.53 mg·kg^(−1),但对最大铁还原速率和铁还原速率常数无显著影响;添加Fe_(3)O_(4)显著提高了WSIC含量,增加值达88.4 mg·kg^(−1),降低了WSOC含量,降低值为62.7 mg·kg^(−1),减弱微生物对土壤有机碳分解作用及CO_(2)的外排风险;提高Fe_(3)O_(4)添加量对CO_(2)累积排放量无显著影响,但显著抑制了土壤CH4的累积排放量,降低值介于11.1-76.3 mg·kg^(−1),降幅最高达56.3%,表明外源添加Fe_(3)O_(4)降低了土壤碳矿化风险;培养结束后矿化产物CO_(2)与CH4累积排放量占比呈现显著增长趋势,最高值可达174%,表明培养周期内CH4排放随外源Fe_(3)O_(4)添加量增加而被显著抑制,液相矿化产物分配占比则随外源Fe_(3)O_(4)添加量增加显著增加,增幅最大达15%,表明厌氧培养中外源Fe_(3)O_(4)添加可显著抑制温室气体排放。相关分析显示,土壤Fe还原潜势、游离态铁氧化物(Fed)与CH4累积排放量和CH4排放速率均呈现出极显著负相关关系,表明外源添加Fe_(3)O_(4)增强的异化铁还原显著抑制了土壤有机碳的矿化。研究结果对进一步理解水稻土壤异化铁还原及其耦合的碳转化机理具有重要意义。

基于改进DQN方法的滑翔制导炮弹弹道规划

深度强化学习的快速发展为弹道规划提供了一种新的选择,它采用与环境交互的形式寻求最优弹道规划深的度神经网络,但在与环境交互的过程中存在着强随机性,这会导致强化学习训练过程中出现训练效果差、学习效率低下等问题。针对这一问题,本文提出了基于改进深度Q网络(Improved Deep Q-Network,IM-DQN)的深度强化学习弹道规划方法。该方法在传统深度Q网络(Deep Q-Network,DQN)算法的基础上添加了优秀经验保存和探索限制率的组合策略去引导训练方向,阻止训练网络大规模崩塌现象发生。对滑翔制导炮弹模型进行三自由度建模并将弹道规划问题转化为马尔可夫决策过程,确定状态空间、状态转移方式、奖励函数以及相关算法参数进行训练。分别在无约束和有约束条件下,将此方法训练得到的航程结果分别与最大升阻比方法以及基于最优控制理论的高斯伪谱法(Gaussian Pseudospectral Method,GPM)进行横向性能对比。仿真结果表明:IM-DQN方法训练过程相较于DQN方法更加稳定,在寻求航程最优性问题上,IM-DQN方法得到的最大航程值优于上述两种参照方法,研究结果可以为今后的强化学习弹道规划提供参考。

巡航式冲压增程制导炮弹弹道规划及仿真

为实现巡航式冲压增程制导炮弹远程飞行任务,开展适配其飞行特点的多段弹道规划问题研究。针对巡航式冲压增程制导炮弹的远距离飞行特性建立其数学模型,将巡航式冲压增程制导炮弹的飞行过程分为爬升、巡航、俯冲攻击3个阶段。为保证爬升平稳,爬升段采用指数函数的高度指令,结合炮弹特点,给出了相关参数的选择依据;平飞段采用高度指令进行弹道设计,采用PD控制给出了弹道跟踪的控制指令;攻击段采用比例导引法,确保打击的精度。仿真结果表明,所设计的弹道能够满足巡航式冲压增程制导炮弹的飞行特点,实现远程飞行和精确打击。

氮磷配施对旱地小麦产量和吸肥特性的影响

以已进行18年的小麦连作肥料定位试验为基础,研究了长期施用氮肥和磷肥对小麦的增产效应及对小麦吸收氮磷养分的影响。结果表明:(1)单施氮肥90 kg/hm2和180 kg/hm2时,小麦的增产率分别为198.42%和122.14%,小麦籽粒的氮含量分别比不施肥增加33.3%和35.9%;单施磷肥无明显的增产作用;氮磷配施对小麦有明显的增产作用,不同氮磷配施处理的增产率为267.84%-472.88%。(2)秸秆氮含量与氮肥施用量间的正相关关系显著,与磷肥施用量的相关性不显著,而秸秆磷含量与氮肥和磷肥施用量相关性均不显著;籽粒氮含量、磷含量与氮肥、磷肥施肥量的相关性均不显著。(3)当氮肥施用量小于125.25 kg/hm2时,氮收获指数随氮肥施用量的增加而增加,适量施磷氮收获指数增加,当磷肥施用量为26.30 kg/hm2时,氮收获指数达61.22%,之后随磷肥施用量增加,氮收获指数基本保持不变;氮肥和磷肥的施用量分别为131.76和63.59 kg/hm2时,最大磷收获指数为64.75%。

长期施肥条件下小麦农田氨挥发损失的原位研究

采用密闭通气法在长期定位试验基础上研究了连作小麦的原位氨挥发损失。结果表明,小麦昼夜都有氨挥发损失,全天的氨挥发速率在小麦孕穗期为14.69±4.86 g/(hm2.d),灌浆期为18.84±4.09 g/(hm2.d),成熟期为20.91±3.28 g/(hm2.d);昼间的氨挥发损失随小麦生育期的推移迅速增大。单施N、P的氨挥发速率进入灌浆期后开始大幅度增加,单施M的氨挥发速率进入成熟期才大幅度增加。肥料配施可以明显增加小麦孕穗期昼间氨挥发损失速率,不同程度地降低了小麦灌浆期和成熟期昼间氨挥发速率。作物夜间的氨挥发损失小于白天相同处理的氨挥发损失,占白天氨挥发损失平均速率的比例也因生育期而异,孕穗期57.34%±15.93%、灌浆期37.78%±17.84%、成熟期13.73%±11.19%。小麦生育期氨挥发损失与土壤养分含量有一定的相关关系,灌浆期降水对氨挥发的影响也因施用肥料的不同而异。

保留部分尿道粘膜钬激光前列腺剜除术的临床观察和手术技巧探讨

良性前列腺增生（benign prostatic hyperplasia,BPH）是老年男性常见的疾病,经尿道前列腺电切术（TURP）被认为是治疗BPH的金标准,近来年经尿道钬激光前列腺剜除术（holmium laser enucleation of the prostate,Ho LEP）发展迅速,逐步取代经尿道前列腺电切术,在成为治疗BPH金标准之趋势。

黄河中下游湿地土壤铁还原氧化过程的温度敏感性

土壤中铁的还原氧化过程因与重金属的生物有效性、有机污染的降解及含碳温室气体排放等环境问题关系密切而备受关注。温度可能通过影响铁还原菌或者Fe(II)氧化菌的活性、底物的生物可用性等而影响铁的还原过程。以黄河中下游地区新乡市原阳大米产区的湿地土壤为样品,利用厌氧泥浆控温培养试验方法研究了黄河中下游湿地中土壤铁还原氧化过程的温度敏感性。结果表明:黄河中下游湿地土壤铁的还原容量在16~31℃范围内不受温度影响,但在16~40℃之间升高温度可显著增加铁还原过程的最大速率、速率常数,亦可缩短最大速率出现的时间。铁还原的温度敏感系数介于1.18~3.05之间,且随温度上升而升高。光照可降低铁还原的温度敏感性,平均降幅39.0%。光照时土壤中Fe(II)氧化对温度不敏感。光照条件和铁氧化物的种类和数量可能是影响土壤有机碳矿化的因素之一。研究结果对于深入理解土壤铁的生物地球化学循环及其与土壤呼吸的关系具有重要意义。

五氯酚的污染现状及其转化研究进展

20世纪80年代起五氯酚已被禁止生产和使用,但由其引起的环境问题仍然存在。在介绍了五氯酚的污染现状的基础上,综述了五氯酚降解方面的研究进展,吸附是可逆的,但吸附的富集浓缩作用是一种有效的前处理手段。化学氧化措施对五氯酚的去除效果较好,反应速度较快,但处理成本较高,且容易形成强致癌污染物。生物措施处理成本低,降解产物安全,但去除效果相对较差。还原脱氯比较适合污染的原位治理,且处理成本较低。土壤粘粒及铁氧化物界面五氯酚的还原转化研究使利用土壤特性处理五氯酚污染土壤及污染土壤的原位修复成为可能。五氯酚污染处理方法互有长短,不同处理方法的联合应用方面的研究值得关注。

豫西旱作褐土剖面土壤的氧化铁还原与亚铁氧化特征

土壤铁氧化物的氧化还原过程不仅与重金属的生物有效性和有机污染物降解转化关系密切,也与旱地土壤肥力关系密切,因而备受关注。然剖面土壤耕层以下是否存在铁氧化物的还原、氧化过程,其特征如何尚未可知。本文采用恒温厌氧泥浆培养的方法研究旱地褐土剖面中铁的氧化还原特征。结果表明,旱地土壤剖面0~100cm中均存在铁的厌氧还原过程,还原潜势、最大速率均随剖面深度增加而显著降低;剖面0~80cm土层中均存在光合型Fe(II)氧化现象,0~40cm土层Fe(II)氧化量和氧化速率显著高于40~80cm。剖面的铁氧化还原过程不仅受有机碳含量影响,也受N、K等养分元素的影响。结果可为拓展对铁氧化还原微生物生境的认识、深入理解土壤剖面中铁氧化还原过程提供依据。

厌氧条件下水稻土中铁硫循环与光照的关系

采用恒温厌氧培养试验研究了黑暗、光照、黑暗转光照和光照转黑暗条件下水稻土中硫酸盐还原和铁的氧化还原。结果表明光照是调控土壤铁、硫生物化学转化的一个关键环境因素,光照对铁、硫还原的抑制作用体现在5 d后。黑暗培养30 d土壤游离铁的70.07%可被还原;光照培养时35.60μmol g-1Fe(III)先被还原后被氧化,30 d后仍有32.70%的游离铁被还原,转黑暗后被氧化的铁可再次被还原。黑暗时土壤中99.50%的水溶性硫酸盐(WSS)在可5 d内被还原,光照培养30 d有42.73%的WSS被还原。水溶性无机碳(WSIC)与体系中Fe(II)和WSS之间存在显著相关关系。无光照转换时水溶性有机碳(WSOC)与Fe(II)和WSS的转化速率存在显著正相关关系;黑暗条件下WSOC>7.89μmol g-1时,体系中Fe(III)和WSS还原;光照条件下WSOC>8.27μmol g-1时体系中Fe(III)还原,WSOC>8.40μmol g-1时WSS还原。

水稻土中铁氧化还原循环的光照水分效应

水稻土中铁的氧化还原循环与CO2和CH4排放关系密切。采用恒温厌氧培养试验分别在黑暗、光照条件下研究了不同水分状况对水稻土中铁氧化还原过程、水溶性碳含量及CO2和CH4排放的影响。结果表明,水分和光照是调控土壤铁氧化还原过程及其耦合的碳转化过程的关键环境因子。避光时增加含水量缩短铁还原最大速率出现的时间,促进CH4排放。光照条件下含水量小于50%时增加含水量可促进亚铁的再氧化,大于50%时则抑制了亚铁的再氧化。避光时增加含水量可增加体系的水溶性无机碳含量(WSIC),WSIC与CH4的排放存在显著正相关关系。光照可显著降低体系的WSIC,降低幅度随含水量的增加而增大。在含水量25%～200%范围内,光照可使CO2和CH4排放量分别降低95.80%和96.08%。

王东沟小流域土壤养分变化研究

通过 2 0 0 2年长武县王东沟小流域土壤养分测定 ,结合 1982年长武县土壤普查中王东沟小流域养分普查数据及 1993年 CERN对王东沟小流域土壤养分普查数据进行分析 ,土壤有机质含量已经达到全国中等肥力水平 ,碱解氮、速效磷、速效钾的含量呈上升的趋势 ,但是氮磷养分比例不协调 ,成为限制农业生产的重要因素。该区域的土壤培肥途径是调整种植结构、增加养地作物的种植面积、增施有机肥。

五氯酚在土壤胶体界面的还原转化

提取玄武岩发育的红壤胶体,用恒温厌氧平衡动力学方法,研究土壤胶体界面五氯酚的降解效果,以及外加Fe2+和草酸对五氯酚还原转化的影响.结果表明,厌氧条件下玄武岩发育赤红壤和砖红壤胶体对五氯酚均具有一定的降解能力,其表观降解速率常数分别为(0.032±0.002)和(0.057±0.003)d-1.草酸或Fe2+对土壤表面五氯酚的降解均有显著的促进作用.在探讨土壤胶体对五氯酚的降解能力与其理化性质关系的基础上,说明利用铁氧化物可进行复杂土壤体系中有机氯类污染物的修复.

滑翔增程弹制导与控制系统设计

为控制滑翔增程弹精确跟踪方案弹道及提高落点精度,设计了制导控制系统。基于高度控制原理,设计了鲁棒变结构控制器,实现弹体对方案弹道的精确跟踪;为提高落点精度,在炮弹跟踪方案弹道靠近目标点的时候,采用比例寻的导引律来引导炮弹向落点逼近。根据力矩平衡假设和重力作用,将过载指令转换为舵面偏角指令,设计了开环自动驾驶仪,并采用相位超前角来降低舵系统跟踪误差。六自由度仿真表明,所设计的制导控制方案能够引导制导炮弹跟踪方案弹道,且终端落点误差小于1 m,满足制导控制系统要求。