基于BP-DEMATEL的山西省冬小麦水足迹影响因素识别

针对山西省冬小麦水足迹历史演变及关键影响因素识别问题,分析了1993—2021年山西省冬小麦水足迹历史演变规律,利用BP神经网络-决策实验室(BP-DEMATEL)模型对冬小麦水足迹演变的关键影响因素进行识别,将其分为驱动型因素及特征型因素,并揭示了影响因素之间的作用机制。结果表明:1993—2021年山西省冬小麦水足迹及单位水足迹均呈下降趋势;2021年山西省冬小麦总水足迹为27亿m^(3)(蓝水占比57%),单位水足迹为1 122 m^(3)/t,与前期高点相比分别下降38%(较1994年)和21%(较1993年);气温、相对湿度和灌溉面积为冬小麦水足迹演变的关键驱动型因素,化肥施用量和农业机械总动力为关键特征型因素。

科考型自主无人潜航器在极地的应用以及未来发展趋势

随着极地科考朝更广范围、更深空间、更多数据的方向发展,无人装备开始高频出现在各国的极地科考队中,帮助科研人员对极地环境形成更为全面和深刻的认知。自主无人潜航器(autonomous underwater vehicle, AUV)凭借其自主无人且功能全面的优点,在新世纪逐渐成为了极地水下科考不可或缺的装备,故有必要对应用在极地的科考型AUV进行梳理并分析其未来发展趋势。文中首先对AUV进行了基本的介绍;然后总结了全球范围内30次极地AUV任务,分析了AUV在极地的主要用途和优势;而后叙述了AUV在极地应用时所遇到的挑战,并结合这些挑战对适用于极地的科考型AUV发展趋势进行了展望;同时也对适配AUV等无人装备的新一代极地科考母船的设计提出了思考。

毛竹种子形成过程中形态解剖学特征

为揭示毛竹(Phyllostachys edulis)种子生长过程中胚、胚乳、果皮及种皮的发育规律,以桂林海洋山一带的开花毛竹为材料,采集并固定不同时期的开花毛竹种子,使用石蜡制片法制片,显微镜观察胚、胚乳、果皮与种皮的结构变化。结果表明:(1)毛竹花后1 d完成受精并形成合子,合子休眠时长约为5 d。经过原胚阶段、胚芽鞘阶段、幼胚生长阶段及成熟胚阶段,花后40 d的胚发育基本成熟,其发育类型为禾本型。(2)胚乳发育早于胚的发育,其发育类型为核型胚乳,历经游离核、细胞化、细胞分化及成熟4个阶段。在细胞分化阶段胚乳细胞分化形成淀粉胚乳细胞以及糊粉层细胞,淀粉胚乳细胞主要积累淀粉粒,糊粉层细胞主要积累矿质元素、脂类及蛋白质等。(3)花后1 d的果皮细胞及珠被细胞形状规则、内含物丰富、结构完整;花后10~20 d,内、外果皮及珠被细胞层数递减,形状发生改变,中果皮细胞开始出现淀粉粒;花后20~60 d,随着胚乳细胞营养物质的积累及体积的增大,向外产生机械压力,中果皮细胞逐步消解仅剩残留的细胞壁;外果皮细胞呈长条形,细胞壁加厚,与残留的中果皮细胞壁组成保护结构;皮层在种子发育过程中主要起到合成、运输营养物质以及保护胚和胚乳发育的作用。该研究结果为完善毛竹生殖生物学相关内容以及了解竹类植物胚和胚乳的发育提供了理论依据。

毛竹种子发育过程中形态和生理特性变化

【目的】揭示毛竹Phyllostachys edulis种子发育过程中形态和生理特性的动态变化规律,为人工进行宏观调控、获得优质毛竹种子提供理论参考。【方法】以桂林海洋山一带的开花毛竹为材料,采集开花后不同时期的毛竹种子,对其发育过程中的形态和生理指标进行观察测定。【结果】1)花后10~30 d毛竹种子胚和胚乳细胞分裂分化活动剧烈,种子长、宽、厚等性状增长速度较快;花后40~60 d种子胚和胚乳细胞形态发育成熟,种子长、宽、厚等性状增长速度减缓。2)不同发育时期毛竹种子的可溶性糖、粗淀粉及可溶性蛋白含量存在显著性差异(P <0.05),可溶性糖与粗淀粉含量均呈单峰曲线变化,可溶性蛋白含量在4.89%~5.82%范围内波动变化。3)不同发育时期毛竹种子的活性氧含量和抗氧化酶活性具有显著性差异(P <0.05),H_(2)O_(2)含量与POD、CAT活性呈单峰曲线变化,而O_(2)^(-)含量与SOD活性变化趋势相似。4)不同发育时期毛竹种子的内源激素含量存在显著性差异(P <0.05),IAA、GA_(3)及ZR含量均呈先升后降再升的趋势,ABA含量则呈单峰曲线变化,(IAA+GA_(3)+ZR)/ABA的比值呈先降后升的趋势,在花后40 d达到最小值,为1.001。【结论】花后10~30 d抗氧化酶活性以及内源激素含量逐渐升高,有效促进毛竹种子细胞代谢与分裂分化;花后30~60 d毛竹种子的分化活动基本结束并进入营养积累阶段,该时期抗氧化酶活性和内源激素逐渐下降,营养物质含量进一步增加。

一种纳秒级半导体激光器集成微模块

为提升半导体激光器在高重频下工作的稳定性,并满足模块高集成度的需求,研制了一款纳秒级半导体激光器集成微模块。该微模块包括半导体激光器芯片、装载激光器芯片的基板以及驱动电路。在基板侧面设计金属化过孔,将半导体激光器芯片的电极从基板侧面引出,实现了激光的垂直发射;采用球栅阵列(BGA)封装GaN HEMT和GaN驱动器,优化电路布局和半导体激光器的回流路径,减小寄生电感,实现了1 ns的发光脉冲宽度,工作重频达到了1 MHz;同时,发光脉冲信号的前沿抖动度小于60 ps,脉冲宽度抖动度小于200 ps,表明其具有较高的稳定性。最后,采用高透明、耐高温的灌封胶对该微模块实现集成化封装,整体尺寸仅为6mm×5mm×2.6mm。

小保当煤矿新近系保德组沉积古环境恢复

为恢复小保当煤矿新近系保德组沉积古环境,采用地球化学方法对小保当煤矿新近系保德组红土层古气候、古盐度、古氧化还原、古水深等进行沉积古环境研究。结果表明:小保当煤矿保德组修正后的CIA_(corr)指数、Al_(2)O_(3)/MgO值、MgO/CaO值、CaO/(MgO·Al_(2)O_(3))值及Sr/Cu值和Rb/Sr值指示温暖、湿润的中等风化条件,呈干旱-湿润、寒冷-温暖交替变化;Sr、Li、Ga、Rb/K_(2)O反映保德组为淡水-微咸水沉积环境;Fe^(2+)/Fe^(3+)、Ni/Co、V/Cr、V/(V+Ni)、δU、δCe和Cu/Zn反映保德组为氧化环境,局部指示贫氧环境;Co含量反映保德组古水深呈深浅交替变化。研究为小保当煤矿保德组恢复了沉积古环境,也为其他层位、其他地区古环境恢复提供依据。

柳州市不同产区麻竹笋品质分析

为揭示柳州市不同产区麻竹(Dendrocalamuslatiflorus)笋品质差异,以柳州螺蛳粉酸笋原材料认定基地的麻竹笋为研究对象,测定麻竹笋外观品质、营养品质和食味品质,比较分析各产区麻竹笋品质差异。结果表明,不同产区竹笋外观品质差异显著;柳北、柳城县-1产区竹笋基径、长度和质量均显著高于其他产区,可食率均较高;柳北产区竹笋外观品质最好。不同产区竹笋营养品质差异显著;柳城县-2产区竹笋蛋白质、淀粉、总糖、维生素C和氨基酸含量均较高,营养品质最好。不同产区竹笋食味品质差异显著;柳城县-1产区竹笋纤维素和单宁含量均最低,草酸含量较低,食味品质最好。不同产区竹笋品质综合得分指数表现为柳城县-1>柳北>柳城县-2>柳南>鱼峰。

基于立体错位栽培架的工厂化水培生菜搬运装置设计与试验

工厂化水培生菜立体错位栽培系统是在不影响生菜光照的基础上,兼顾提高单位面积栽培株数而发展起来的一种生菜栽培方法.为提高该系统机械化率、降低劳动强度,针对立体错位栽培架特点,提出了在定植盘推入前将定植杯抬起一定高度,使定植杯跨过栽培槽堵头,再将定植盘推上栽培槽的方法,并开发出一套定植盘搬运装置.以生菜定植盘为试验对象,采用Box-Behnken试验设计方法探究影响搬运装置上盘成功率的因素,并寻求最优参数组合,试验结果表明:当栽培槽水平安装误差为0~5 mm、导向板角度为60°、推进速度为0.22 m/s时,上盘成功率达到99.33%,满足工厂化水培生菜立体错位生产需求.

立体错位水培生菜自动收获装置设计与试验

立体错位栽培架系统可以提高单位面积栽培株数,是一种新型的栽培系统,定植杯模式是该系统种植生菜的主要栽培方式。在水培生菜栽培过程中,存在着人工收获效率低,劳动强度高等问题,通过设计一种定植杯种植模式下的生菜自动收获装置,结合实际生产环节无人化作业方式,利用SolidWorks对收获装置关键部件进行设计;使用ANSYS对收获装置中生菜采收机构进行模态分析,对定植杯夹持手爪和生菜夹持手进行有限元分析,优化结构,完善设计;最后进行剪切试验,得出结论:当滑切角度为20°、切割气压为0.3 MPa、切割位置为生菜底叶4 mm处时,生菜根茎剪切力达到最小值6.31 N,用于指导切茎部件设计。

基于ANSYS Workbench超前支架支撑座的优化设计

针对ZT24000/25/45D型特殊超前支架支撑座在现场使用过程中发生变形、开裂问题,通过SolidWorks参数化建模及ANSYS Workbench有限元软件分析,发现其设计缺陷。对支撑座各危险截面进行受力计算,重新设计支撑座尺寸,在ANSYS Workbench优化模块中调用响应面优化设计其最优尺寸方案,并验证优化的可靠性且使产品轻量化。

基于Mooney-Rivlin模型的液压支架复位垫块自复位能力研究

顶梁可旋转自复位单元式支架可有效解决顶梁对顶板的适应性问题,复位垫块作为复位机构中最关键的零件,其材料性能决定单元式支架的复位能力。针对ZQ4000/19/40D型单元式支架对其顶梁复位能力进行分析。根据单轴拉伸试验获取不同材料参数,选择Mooney-Rivlin模型对不同材料的复位垫块进行超弹性力学分析,通过线性拟合试验获得了应力、应变曲线。使用有限元仿真验证不同材料的弹性力学性质,仿真结果与Mooney-Rivlin模型数值计算结果一致。研究表明,高弹力橡胶复位垫块具有最优的复位能力。

冻融作用对我国北方季节性冰冻河流岸坡稳定性的影响:以松花江典型河段为例

岸滩侧蚀崩塌现象普遍存在于江河湖泊中,是一种危害较大的自然灾害。季节性冰冻河流受水动力、冻融耦合作用,岸滩崩塌机理复杂,开展其岸坡稳定性研究对河势控制和河流综合治理具有重要意义。以松花江干流大顶子山航电枢纽下游近坝段为例,采用BSTEM断面尺度模型,对河岸崩塌过程进行了模拟,定量分析了冻融作用对河岸稳定性的影响。研究结果表明:涨水期河岸稳定性相对较高,洪水期和退水期稳定性相对较低,为崩岸多发时期;冻融作用会使河岸稳定安全系数F s提前达到不稳定临界值,即与不考虑冻融作用相比,河岸提前崩塌,且考虑冻融作用的崩塌宽度更接近实测值,累计冲刷崩塌总量增幅约为7%~41%。研究结果可为季节性冰冻河流岸滩崩塌及河道演变研究提供一定借鉴和参考。

小保当煤矿斜井井壁混凝土支护强度演化特征

井筒作为连接井上下的重要“桥梁”,其稳定性状态对矿井安全生产具有决定性影响。小保当一号煤矿主斜井共穿越5层含水层,壁后围岩环境较为复杂,同时井筒在服务周期内井壁多处出现渗水、甚至淋水情况,具有井壁破裂失稳的潜在风险。为了探明其富水、偏软地质条件下井壁渗水破裂机理,及时预防井壁破裂事故,结合理论分析和现场实测,对井筒严重渗水区段井壁混凝土成分演化及强度弱化规律进行了分析:基于当量半径方法构建斜井力学模型,计算出斜井井壁失稳混凝土临界强度;现场测试了不同渗水程度的井壁混凝土当前强度,得出混凝土弱化特征,并预测斜井服务年限。

长江下游侧滑型窝崩成因及其力学机制

为全面认识长江下游各类窝崩的形成原因和力学机制,以和畅洲头窝崩为例进行全面分析,进而借鉴土力学方面成果,提出相应的失稳模式和估算方法。结果表明:和畅洲头窝崩属于侧滑型窝崩,其成因主要是岸滩土体中存在易液化的粉砂层,当外界出现一定的振动扰动因素,粉砂层液化条件成熟时则成为滑动层,液化层和上覆土层分多次发生大幅度侧向滑移,土体滑出窝塘口门进入河道深槽,随后被河道主流迅速分散搬运至下游。采用数理统计方法,得到土体滑移距离与液化层厚度和滑移层倾角之间幂函数形式的经验公式。研究结果可为长江下游此类窝崩的预警和治理提供参考。

岸坡植被对复式河道水动力特性影响的数值模拟

广泛分布于天然河道岸坡的植被能够改变河道水流特性,进而影响坡脚淘刷、河岸稳定及河道形态演变趋势。为精细揭示岸坡植被对复式河道水动力特性的影响,将植被作为固壁边界,利用雷诺应力模型封闭紊流控制方程构建了复式河道3维水动力数学模型,并对复式河道水流特性进行了模型验证,模拟结果与实测结果吻合较好。将该模型应用于岸坡有植被的复式河道开展水流特性研究,对比种植非淹没刚性植被、种植淹没刚性植被、淹没与非淹没刚性植被交替种植和无植被情况下流速、流量、河床剪应力、雷诺应力及紊动能分布的差异。结果表明:岸坡植被加剧了滩槽间横向动量交换,引起二次流涡旋数量、强度和范围的增加,同时使得横断面流速、流量分配、河床剪应力、雷诺应力及紊动能在滩槽交界区显著减小,紊动交换在临近植被的周边区域明显增加。其中,岸坡种植非淹没刚性植被时对水流特性影响最为显著,相比无植被情况,种植非淹没刚性植被后,二次流结果显示增加了一对涡旋;岸坡植被区流速、流量分配、河床剪应力、雷诺应力及紊动能大幅减小,甚至趋近于0;而临近植被的周围区域紊动交换剧烈,无量纲化的紊动能值可达到20。此外,随着河岸坡比减小,无植被河道滩槽间动量交换逐渐衰减,而坡面种植非淹没刚性植被后,则会减弱动量交换的衰减程度。

植物生长调节剂对麻竹扦插生根的影响

【目的】为麻竹的快速繁殖、栽培及推广提供参考。【方法】以麻竹枝条为扦插材料,采用三因素多水平析因设计,研究生长调节剂的种类(IBA、NAA、IBA+NAA、ABT 1号、GGR 6号)、质量浓度(100、200、400、600 mg/L)、浸泡时间(2、4、6 h)对麻竹枝条扦插生根的影响,统计生根率、平均生根数量、平均根长、根径、最长根长等根系生长指标,计算根系效果指数,用隶属函数分析法进行综合评价,筛选最优生根处理组合。【结果】麻竹的扦插生根过程主要分为3个阶段:根系诱导期(扦插后0~20 d)、根系伸长期(扦插后20~60 d)和根系成熟期(扦插60 d后)。从生长调节剂种类看,不同的生长调节剂对各根系生长指标存在极显著影响,其中IBA+NAA处理的生根率(64.20%)和根系效果指数(5.08)最高,生根效果最好;从生长调节剂浓度看,200 mg/L质量浓度处理的生根率最高(63.60%),100 mg/L质量浓度处理的根系效果指数最高(5.40);从浸泡时间看,浸泡2 h处理的生根率(59.70%)和根系效果指数(3.67)最高。生长调节剂种类和浓度对生根效果的影响较大,浸泡时间对生根的影响较小;生长调节剂的种类与浓度的交互作用对各项根系生长指标存在极显著影响,生长调节剂种类与浸泡时间、生长调节剂浓度与浸泡时间、生长调节剂种类与其浓度及浸泡时间的交互作用对部分根系生长指标存在显著影响。综合分析结果表明,使用200 mg/L的IBA+NAA浸泡2 h处理的隶属函数值最高,表明该处理是麻竹枝条扦插的最优处理。【结论】生长调节剂种类和浓度及浸泡时间共同影响着麻竹扦插的生根效果,IBA+NAA处理的生根率较高,以200 mg/L的IBA+NAA浸泡插穗2 h后麻竹扦插生根的效果较佳。

用于车载激光雷达的高速窄脉冲栅极驱动器

针对车载激光雷达高频率、高精度的探测需求,提出了一种高速窄脉冲栅极驱动器,用于驱动激光雷达发射系统中的GaN HEMT开关管。基于0.18μm CMOS工艺进行驱动器的电路与版图设计,采用新型施密特触发器结构,并集成欠压锁存和过温保护功能。该驱动器选用晶圆级芯片封装(WLCSP)技术,最大程度上降低栅极路径上的寄生电感。对芯片进行测试,结果表明:驱动器最小输出脉冲宽度为1.06 ns,其上升时间为480 ps,下降时间为380 ps,输入信号到输出信号的延迟时间为3 ns,脉冲频率最高可达60 MHz。该驱动器具有脉宽窄、延时短、频率高、体积小等特点,可应用于车载激光雷达系统。

超临界二氧化碳中合成钴基沸石咪唑酯骨架的研究

为开发合成沸石咪唑酯骨架(zeolitic imidazolate frameworks, ZIFs)的绿色高效的新工艺,以乙酰丙酮钴(cobalt(Ⅱ) acetylacetonate, Co(acac)_(2))与2-甲基咪唑(2-methylimidazole, 2-MeIm)作为反应物,在超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide, sc-CO_(2))的反应介质中,快速合成了钴基沸石咪唑酯骨架(ZIF-67)。结果表明:当Co(acac)_(2)与2-MeIm摩尔比为1:8,在60℃和30 MPa的条件下,10 min内即可获得具有良好形貌且尺寸为300~350 nm的ZIF-67晶体。所得ZIF-67晶体的热解温度高于500℃,具有微孔结构特征。该方法不仅大大缩短了反应时间,并降低了反应温度,而且避免了有机溶剂的使用,为该类ZIFs材料提供了一种绿色且高效的合成新工艺。

基于多目标函数的黏弹性全波形反演

全波形反演是勘探地球物理领域兴起的核心技术之一,不但可以构建地下速度结构,也能够反演衰减参数(品质因子Q)模型,有助于识别地下介质类型和构造(如流体和煤层陷落柱),对煤和油气等自然资源的勘探和开发有重要意义。参数串扰是黏弹性全波形反演的关键难点,受速度误差影响,反演的Q模型会包含非常强的串扰噪声。针对该问题,提出了基于多目标函数的黏弹性全波形反演理论与方法,首先通过旅行时反演速度结构,再通过中心频率目标函数反演Q模型,最终使用波形差目标函数同时反演速度和Q模型。由于中心频率主要受衰减影响,因此,可有效减弱速度误差对Q反演的影响。最后,通过数值模拟验证了算法可有效地反演速度和Q模型。

小浪底水库淤积形态数值模拟

水库淤积形态是影响库容分布、水库排沙的一项重要因素。小浪底水库近坝段淤积泥沙粒径极细,具有流动性,针对其细颗粒泥沙淤积特点,揭示了水库细颗粒淤积物的流变特性与流型特征;通过引入水、淤积物、床面之间的界面受力分析,构建了细颗粒淤积物失稳流动描述模式,并与水沙输移模型相耦合,建立了考虑细颗粒淤积物流动特性的水库淤积形态模拟方法,在此基础上对小浪底水库淤积形态进行了验证分析。研究结果表明:低密度细颗粒淤积物为宾汉型流体,淤积平衡坡降较小,当其密度大于1.25 g/cm 3后,流动性快速减弱;考虑细颗粒淤积物流动特征的水库淤积形态模拟结果与实测结果吻合较好。研究成果可为水库淤积形态形成机理及其对水沙调控的响应研究提供技术支撑。