洞穴滴水传感器及其相关电路的研究与设计

精准了解洞穴滴水水文特征是研究喀斯特包气带地下水渗透过程的基础。为了连续准确获取滴水信息,本文研究设计了一个喀斯特溶洞洞顶滴水传感器以满足喀斯特水文地质研究中的需要。研究选择压电感应方式及PVDF压电薄膜作为感应材料,心音传感器作为感应元件。通过对扩充感应面的结构设计进行响应性原理分析,验证了三层设计会相互干涉,产生叠加信号并取得较好的感应效果。确定了顶层感应面材料和中间层材料。经过实验室模拟和洞穴实地观测,设计了传感器内部精准尺寸。信号处理电路和嵌入式系统软硬件的研发,实现了对传感器的长时间监测和记录。洞穴实地数据记录分析表明该传感器感应高度≥20 cm,最快速率10滴/s,具精准、稳定、防水的优点适用于洞穴高湿度环境中并满足相关研究工作的需要。

砂壤土夏玉米地下滴灌土壤水分和湿润峰运移模拟及设计参数优选

为优化地下滴灌系统,探索适宜的系统设计参数,探究了砂壤土不同滴灌带埋深对土壤水分及湿润峰运移变化规律的影响。首先通过室内试验验证HYDRUS-2D模型模拟土壤水分及湿润峰运移变化的可靠性,其次运用验证后的模型对不同滴灌带埋深下土壤水分及湿润峰运移进行预测,最后将优选的系统设计参数进行田间试验验证。室内试验模拟结果表明,砂壤土滴灌带埋深为20 cm时,整个灌溉过程中湿润峰水平运移速度和垂直下移速度相似,但在灌溉4 h后,湿润峰垂直下移速度高于水平运移速度;在灌溉6 h后,土壤水分运移到土壤表面。通过滴灌带埋深为20 cm时的实测数据对HYDRUS-2D模型进行评价。土壤体积含水量模拟值和实测值R2、ME、RMSE分别为0.98~0.99、0.90~0.93、0.029~0.032 cm3/cm3,湿润峰运移距离的模拟值和实测值R2、ME、RMSE分别为0.96~0.99、0.91~0.96、0.690~2.170 cm,实测值和模拟值的一致性较好。HYDRUS-2D模拟结果表明,滴灌带埋深为20 cm时,土壤水分垂直运移的区域为距地表0~60 cm土层,但水平方向上距滴灌带20~30 cm处的土壤体积含水量较低;滴灌带埋深为30 cm时,在土壤水分平衡后(灌溉结束后3 d),较湿润[含水量>75%FC(田间持水量)]土体距地表5~55 cm;滴灌带埋深为40 cm时,土壤水分能够向上运移到距地表10 cm处,下渗到距地表90 cm处,侧渗到距滴灌带30 cm处,较湿润(含水量>75%FC)土体距地表30~75 cm。田间试验表明,与传统地表滴灌相比,地下滴灌(滴灌带埋深30 cm、铺设间距60 cm)能够增加中下层土壤体积含水量,使夏玉米产量显著提高8.6%。综上,砂壤土夏玉米地下滴灌较适宜的滴灌带埋深和铺设间距分别为30、60 cm。

地下水位波动对不同施氮量农田土壤硝态氮运移影响

明确地下水位波动对农田土壤剖面和地下水NO3--N运移的影响,可为减少土壤氮素淋失、降低地下水硝酸盐污染风险提供依据。本研究采用大型土柱温室种植甘蓝,研究2种水位波动(水位不变、水位每隔10 d波动20 cm)和3种施氮量[0 kg(N)·hm−2、225 kg(N)·hm−2、450 kg(N)·hm−2]对土壤含水量、土壤溶液NO3-N-浓度、地下水NO3--N浓度和作物产量的影响。结果表明,水位波动和施氮肥对NO3-N-运移的影响与土壤剖面深度有关。0~20 cm包气带土壤NO3--N含量受施氮量影响,过量施氮肥[450 kg(N)·hm−2]导致该剖面NO3--N累积。20~60 cm水位波动带土壤NO3--N含量受施氮量和水位波动的共同作用:施氮量增加提高NO3-N-含量;水位波动降低剖面土壤NO3--N含量,水位上升和下降均促进土壤NO3-N-随着水流运动向下层迁移;剖面土壤硝态氮含量高,增加NO3--N进入地下水的风险。60~80 cm淹水区剖面土壤NO3--N含量较低。作物产量受水位波动影响不显著。在地下水位埋深较浅的农业区进行氮素污染防控时,不可忽视水位波动对NO3--N运移的影响。

有机肥施用对农田土壤氮素累积和淋失的整合分析

分析有机肥施用对农田土壤氮素累积和淋失的影响,旨在为科学评估有机肥的生态环境效应提供基础。以“有机肥”“农田”和“氮”为关键词,在中国知网和“Web of Science”数据库检索2000—2022年期间发表的文献,筛选出符合要求的文献30篇,获得数据116组。以单施化肥为对照,利用整合分析(Meta-analysis)方法揭示有机肥施用对农田土壤氮素累积和淋失的影响,明确有机肥氮投入量、有机肥氮替代化肥氮比例等因素的综合效应。结果表明:与单施化肥相比,有机肥氮替代化肥氮可以显著降低农田土壤淋溶液中硝态氮和可溶性总氮浓度,有效阻控土壤氮素淋失;同时,有机肥施用能显著增加土壤全氮和微生物量氮含量以及提高土壤细菌、真菌和放线菌等微生物群落的数量,起到培肥土壤、改善微生物群落结果的作用;有机肥施用对作物产量有显著影响。当有机肥氮替代化肥氮百分比控制在20%~50%时,可以有效控制土壤氮素淋失,并保证作物产量。综上可知,有机肥施用显著影响土壤氮素累积和淋失,但有机肥氮替代化肥氮百分比等因素对土壤氮素累积和淋失的影响还需深入探讨。

太阳能电池片无人自动化生产车间物流调度方法研究

物流调度方法对车间生产效率和AGV有效利用率有重要影响,当前调度方法研究方向主要是路径规划优化算法及其效率、物流搬运整体效率最优的算法及其效率;然而在生产线上由于工序之间严格的先后关系、生产线产量要求、工序产出半成品严格的存放时间要求等因素均对物流调度有重要影响,不能简单的以整体物流搬运效率最高为优化目标。针对太阳能电池片无人自动化生产车间生产特点,以保持生产车间产量最高和兼顾物流效率为目标,建立了物流任务排序模型,基于物流需求的随机性,提出了将任务优化的目标集合从当前所有任务,缩小为不大于该区域AGV数量的任务;针对缩小后的任务集合,提出了以任务执行时间最短为优化目标并采用匈牙利算法进行求解,提高了求解效率,降低了优化问题的复杂度,最后通过某太阳能电池片生产企业自动化生产车间的智能物流项目进行了验证。

气溶胶中抗生素抗性基因研究进展

抗生素的不合理使用导致细菌耐药问题日趋严峻,给人类健康造成巨大威胁。学者们对抗生素抗性菌和抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)在多种环境介质中的环境行为开展了大量研究。气溶胶作为ARGs的潜在储存库,是抗生素抗性基因在环境中的重要传播途径之一。目前缺乏对其来源、传播、人类接触和健康风险系统性的梳理。本文针对人类生活功能场所、养殖场、城市污水处理厂和医院等4类气溶胶研究的典型场所,重点综述了上述4类典型场所中气溶胶ARGs的来源、传播途径及对人体的暴露和对健康的危害,为气溶胶中ARGs的预防和控制提供参考。

基于文献计量学的生物气溶胶研究热点分析

生物气溶胶已成为公共卫生安全存在的潜在危害。随着SARS-CoV-2等病毒生物气溶胶引起越来越多的公众关注,生物气溶胶防控重要性突出,有必要对生物气溶胶研究进行全面的分析。基于文献计量学,采用HistCite和Citespace等分析软件及可视化软件,从文献发文量、作者、被引频次、关键词、机构、发表期刊和发文国家等方面,对1990—2021年Web of Science^(TM)核心数据库关于生物气溶胶的3855篇文章进行了文献计量分析。结果显示:生物气溶胶期刊发文量主要经历了3个阶段,2017年之后,生物气溶胶研究领域的论文数量急剧增加,生物气溶胶受到极大关注;美国和中国是生物气溶胶研究领域发文量最大的2个国家,分别发表了1150,649篇;TOP10的研究机构分别为辛辛那提大学、马克斯普朗克化学研究所和科罗拉多大学;发文量前3的期刊包括Journal of Aerosol Science、Science of The Total Environment和Aerosol Science and Technology;生物气溶胶研究领域高产学者为Duchaine C、Grinshpun SA和Reponen T;关键词和关键词共现网络发现生物气溶胶的采样、分析、传播、风险及控制等为主要研究热点;突现词分析表明生物气溶胶研究逐渐转向生物气溶胶的控制和健康风险评价,以及气候、气象因素对生物气溶胶的影响作用等研究方向。

Relationship between selenium concentration in child hair and the distribution of Kashin-Beck Disease in Tibet, China

The focus of this study is to determine the relationship between selenium(Se)concentrations in child hair and the distribution of Kashin-Beck disease(KBD)in Tibet.The hair of children in typical KBD-affected areas and non-disease areas was collected,and its Se concentrations were measured by atomic fluorescent spectrometry.The Se concentrations in child hair were(0.13±0.04)and(0.18±0.07)μg/g respectively in KBD areas and non-disease areas respectively,which are significantly different.In areas supplemented with Se in Tibet,the Se concentration of hair in KBD-affected areas was higher than that in non-diseased areas,being(0.28±0.03)and(0.18±0.04)μg/g respectively.There is a close relationship between the Se concentrations in hair and KBD distribution.Se supplement increase the Se concentrations in the human body.Appropriate Se supplementation is important to prevent KBD in Tibet.