多策略混合改进的海洋捕食者算法及其工程应用

为解决海洋捕食者算法(MPA)自适应能力有限、易陷入局部最优等问题,提出融合多策略改进的海洋捕食者算法(EMPA)。首先,在种群初始化阶段,采用精英反向学习策略初始化猎物种群,丰富种群的多样性。其次,在阶段更新过程中,设计出具有更强非线性收敛性的自适应惯性权重,控制捕食者在整个过程中的位置更新。在此基础之上,在等速比阶段,引入算术优化算子指导猎物搜索空间,平衡种群的全局勘探和局部开采。进一步,在海洋记忆存储阶段,采用t分布变异策略对猎物位置进行变异,增强个体在迭代后期跳出局部最优的能力。通过在8个测试函数上的算法性能测试及与著名算法的比较,验证了EMPA算法的优越性。最后,针对传统方法设计的断路器储能弹簧结构参数设置不合理、分断性能差等缺陷,应用EMPA对断路器储能弹簧进行优化设计,实验结果表明,EMPA算法的设计结果更加小型化、分断性能更优。

3种生物处理方式对污泥减量效果的比较及优化

通过间歇试验得到3种生物方式(污泥好氧消化、厌氧消化以及颤蚓摄食)对污泥的比减量速率、污泥减量速率和污泥减量比例.当初始污泥浓度为2 500mg.L-1时,经过24h减量,颤蚓摄食、厌氧消化和好氧消化3种方式对污泥的比减量速率R分别为0.13 mg.(mg.d)-1,0.09 mg.(mg.d)-1和0.03 mg.(mg.d)-1,对污泥的减量速率分别为315 mg.(L.d)-1,263mg.(L.d)-1和65 mg.(L.d)-1.通过细菌荧光染色和脱氢酶活性检测证实颤蚓摄食在短时间内对污泥中细菌细胞膜的破坏程度最大,可以将颤蚓摄食和厌氧消化相组合强化对污泥的减量.对于初始浓度为2 500mg.L-1的污泥,颤蚓摄食12h后再厌氧消化36h,可以在2d左右使污泥减量的比例达到30%,减量比速率为0.25 mg.(mg.d)-1.当初始污泥浓度增加到4 240mg.L-1,颤蚓摄食时间需要延长到24h方能保证组合工艺对污泥最大程度地减量.

梨园作物间作与生物药剂对梨木虱及其捕食性天敌种群数量动态的协同调控作用

中国梨木虱(Psylla chinensis)遍布全国猖獗为害,对梨产量和品质造成极大威胁。梨木虱若虫在其分泌物的保护下生活、为害,药剂很难触及虫体杀死若虫,且对各类农药品种均可产生抗药性。为了减少化学农药用量,本研究定量评价了间作作物与生物药剂相结合生态控制梨木虱的效果。2013年和2014年采用梨园控制实验,系统研究了梨园间作白三叶草、桔梗与生物药剂结合对梨木虱及其捕食性天敌种群数量动态的协同调控作用。2年的实验结果表明:白三叶草、桔梗作物间作区捕食性天敌总数显著高于清耕裸地区。2013年白三叶草间作区优势种捕食性天敌为微小花蝽Orius minutus,桔梗间作区优势种捕食性天敌为梭形毒隐翅甲Paederus fuscipes。2014年三叶草间作区优势种捕食性天敌为草间小黑蛛Erigonidium graminicolum、中华小步甲Tachys chinensis,桔梗间作区优势种捕食性天敌为异色瓢虫Harmonia axyridis、龟纹瓢虫Propylaea japonica、黑带食蚜蝇Episyrphus balteata和草间小黑蛛E.graminicolum。2013年,2种作物间作+生物药剂区梨树上梨木虱若虫种群数量除6月18日显著高于裸地常规施药区外,其余时期与裸地常规施药区均无显著差异。2014年,在梨木虱为害的各个时期2种作物间作+生物药剂区梨树上梨木虱成虫、若虫种群数量均显著低于裸地常规施药区。研究表明梨园间作多年生白三叶草、桔梗一年后与生物药剂SAVONA结合可替代50%化学农药施用量,对全年各代梨木虱成虫、若虫的控制效果显著高于清耕裸地常规施药。

带非线性收获的捕食系统的多种分支分析

主要研究了一类被捕食者含有非线性收获的比率依赖捕食被捕食系统的多种分支问题,如鞍-结点分支、Hopf分支、B-T分支等.和已有的结果比较,非线性收获的出现使得系统的动力学性质更加复杂.

二维捕食系统的模糊控制比较

二维捕食系统在生态环境平衡中发挥着重要作用,利用T-S模糊控制的智能性和鲁棒性,以二维捕食系统作为零阶的Ⅰ型T-S模糊控制的后件,分别运用直接和组合的T-S模糊控制方法并加以控制和比较,得出组合型方法优于直接型方法.在生物学上有很强的实际意义.

融合混沌对立和分组学习的海洋捕食者算法

针对海洋捕食者算法存在收敛速度慢、不易逃出局部最优的缺点,提出了一种改进海洋捕食者算法。将混沌映射与对立学习策略相结合,在保证遍历性和随机性的同时,生成高质量的初始猎物种群。引入自适应t分布变异算子更新种群,增加种群多样性,避免陷入局部最优。对更新后的种群,按照适应度分为精英组和学习组,学习组向精英组猎物的平均维度进行学习,精英组内的猎物相互维度学习,进一步提高种群质量和搜索精度。选取15个测试函数,通过对比测试,验证了改进后的算法可以有效提高原算法的收敛速度和寻优精度。将改进后的算法应用于无线传感器网络覆盖优化,实验结果显示,改进后的算法提高了网络覆盖率,优化后的节点分布更加均匀。

钠抗镉对水生物毒性及吸收动力学的研究

测定Cd以及Cd在NaCl存在时对水蚯蚓（T.Tubifex）的毒性,并用^(109)Cd^(2+)标记测定水蚯蚓对Cd^(2+)吸收速度。实验发现随着Na^+变化Cd半致死量LC_(50)也发生变化,当Na^+浓度增加到8.0×10^(-2)mol·L^(-1)时,在48h时,毒性下降了21倍;在低于1.0×10^(-3)mol·L^(-1)NaCl时,水蚯蚓对Cd^(2+)吸收速度没有明显的变化,可当NaCl浓度大于1.0×10^(-2)mol·L(-1)时有明显下降（P<0.05）。用Lineweave-Burk法处理实验数据得到最大吸收速度V_max和米氏常数K_m,当Na^+提高时V_max基本保持为常数(5.5-7.5)×10^(-7)mol·g^(-1)·h^(-1),而K_m成倍增加,这表明Cd^（2+）和Na^+竞争相同的转移通道进入动物体内,从而导致影响Cd对水蚯蚓的毒性。

基于T-S模型的捕食与被捕食系统的脉冲同步研究

复杂生态系统存在随机性、模糊性和种群突变等脉冲现象的特点,利用T-S模糊模型的脉冲同步控制方法,以三种群选择性捕食系统和一类具有Holling功能反应的捕食-被捕食系统为例,研究了这类捕食与被捕食系统的脉冲同步问题。采用T-S模糊动态模型描述这两类系统,用Lyapunov稳定性理论设计出这两类捕食系统的全局渐近稳定的模糊脉冲同步控制器,研究这两类系统的脉冲同步问题和稳定性,反映为系统中的物种达到持续稳定的发展趋势。最后的数值模拟验证了此方案的有效性。

颤蚓生物扰动对沉积物氮释放的影响

通过实验室模拟沉积物中颤蚓生物扰动过程,研究了生物扰动对沉积物TN释放的影响,并探讨了温度、pH和DO对颤蚓生物扰动作用下TN释放过程的影响.结果表明,颤蚓生物扰动能促进沉积物TN释放,且促进效果随颤蚓密度的增加而提高.适当地提高温度有助于颤蚓快速生长,提高生物扰动对TN释放的促进效果,温度由15℃提高到25℃,上覆水TN平均增量可从1.66mg·L-1增至2.55mg·L-1;酸性或碱性环境会对颤蚓产生逆境胁迫,颤蚓的应激行为可以强化生物扰动效应,pH为5、7、9和11时,上覆水TN平均增量依次为3.06、2.02、3.05和3.20mg·L-1;颤蚓对厌氧环境表现出较强的适应性,且生物扰动效应更为明显,上覆水TN平均增量为2.06mg·L-1,而好氧环境中则为1.59mg·L-1.

铜对颤蚓的快速灭活机制及其在水厂应用分析

采用对苯二甲酸（terephthalic acid，TA）作为羟基自由基（hydroxyl radical，·OH）捕捉剂，利用荧光分光光度法对铜暴露30min后颤蚓体内·OH浓度进行测定，并结合灭活率、过氧化氢酶（catalase，CAT）和丙二醛（malondialderhyde，MDA）等指标测试，研究了铜对颤蚓的灭活效果及毒性作用机制．结果表明，铜对颤蚓具有高效快速灭活作用，1mg·L^-1暴露条件下灭活率即可达100％；其主要灭活机制之一是诱导颤蚓体内·OH增加，继而·OH对颤蚓产生氧化胁迫和脂质过氧化．0．05mg·L^-1暴露条件下，·OH浓度即可上升69．2％，铜可引起颤蚓CAT活性显著降低，对CAT活性具有抑制作用，氧化胁迫作用明显；0．05～0．25mg·L^-1的暴露条件下MAD相对浓度的增加表明铜对颤蚓产生了脂质过氧化作用．颤蚓灭活率、·OH、CAT和MDA等随铜浓度的变化表明，铜的快速灭活作用并非由·OH本身产生的氧化胁迫和脂质过氧化单独完成．铜灭活用于水厂颤蚓风险控制可行性分析表明，反冲洗前采用1mg·L^-1的铜溶液浸泡滤池30min，引起的残留铜浓度仅为4．3μg·L^-1，远低于生活饮用水卫生标准规定的1mg·L^-1．

二氧化氯对颤蚓成虫灭活效果及灭活作用机制

采用对苯二甲酸(terephthalic acid,TA)作为羟基自由基(hydroxyl radical,.OH)捕捉剂,利用荧光分光光度法测定了二氧化氯(ClO2)接触后颤蚓体内.OH浓度变化,结合颤蚓灭活率、过氧化氢酶(catalase,CAT)和丙二醛(malondi-alderhyde,MDA)等指标的测试结果,研究了ClO2对颤蚓成虫的灭活效果及灭活机理。结果表明,ClO2对颤蚓成虫灭活效果显著。当ClO2投加浓度超过0.4 mg/L,可对颤蚓体内.OH产生明显的诱导效应,并且.OH诱导效应与颤蚓灭活率直接相关。接触条件下CAT变化情况表明,颤蚓受到了明显的氧化胁迫,且对颤蚓体内抗氧化系统有破坏作用,MAD变化结果则表明ClO2对颤蚓的脂质过氧化作用不明显,可以对颤蚓表皮层有效渗透。上述结果证实了ClO2对颤蚓成虫的灭活作用机制之一是诱导其体内生成.OH,产生氧化胁迫,而ClO2对颤蚓抗氧化系统的破坏作用和对颤蚓表皮层的有效渗透进一步增强灭活效果。

二氧化氯对颤蚓的灭活效果及机理初步探讨

供水系统中蠕虫类水生生物的出现严重危及供水水质安全.为实现供水系统中蠕虫风险的高效控制,以颤蚓为研究对象,探讨了二氧化氯对颤蚓的灭活动力学及水质对灭活效果的影响,并对灭活机理进行了初步探讨.结果表明:CT值(氧化剂浓度和接触时间的乘积)可以较好地用于评价ClO_2对颤蚓的灭活效果;灭活过程符合伪一级延迟Chick-Watson模型.温度的升高缩短了颤蚓灭活时的"延滞期",并提高了灭活效率;实验条件下,体系pH的增加有助于提高ClO_2灭活效率;浊度和有机物浓度的增加会导致灭活效率显著降低.当CT值超过80 mg·min·L^(-1)后,ClO_2将导致体系蛋白质浓度显著降低.颤蚓灭活过程中"延滞期"的出现和蛋白试验结果综合表明:颤蚓表皮层的存在有助于提高其对ClO_2的耐受性.SOD(超氧化物歧化酶)活性变化表明,ClO_2灭活颤蚓的主要作用机理之一是含氧自由基的诱导效应.

一类离散捕食-食饵模型的混沌跟踪控制

针对一类离散捕食食饵系统,采用Lyapunov指数方法、绘制系统分岔图和混沌吸引子等方式验证了混沌现象的存在.为了消除系统的混沌现象,根据控制理论的轨迹跟踪控制原理,设计混沌跟踪控制器将系统控制到任意给定的期望周期轨道上,达到了稳定种群的目的.仿真分析表明了所设计控制器的有效性.