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黑龙江省西部半干旱区生态安全格局构建与优化

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环境科学 2024年

作者：贾朝阳付强崔嵩东北农业大学水利与土木工程学院东北农业大学松花江流域生态环境保护研究中心

构建生态安全格局是保护生物多样性和维持生态系统服务的关键举措。当前，生态安全格局构建的研究多聚焦于自然保护区或特定土地利用类型作为生态源地的分析，而忽略了生态源地间潜在生态服务连通性和稳定性的影响。基于此，以黑龙江省... 详细信息

构建生态安全格局是保护生物多样性和维持生态系统服务的关键举措。当前，生态安全格局构建的研究多聚焦于自然保护区或特定土地利用类型作为生态源地的分析，而忽略了生态源地间潜在生态服务连通性和稳定性的影响。基于此，以黑龙江省西部半干旱区为例，提出了结合生态系统服务与形态学空间格局分析的生态源地识别方法，通过综合考量研究区的自然地理条件与人为活动因素构建阻力面，并采用电路理论划定生态安全格局，进一步利用复杂网络理论对生态网络进行优化以提升生态安全性。结果表明：①研究区生态系统服务呈现明显的空间异质性，2000年、2010年和2020年重要等级生态系统服务的面积分别为78716、84267和82849 km2，占区域总面积的比例依次为50.21%、53.75%和52.85%；②研究区生态源地的景观破碎化程度较高，生态源地面积占研究区总面积的23%以上，在阻力面空间分布方面，中部地区生态阻力较高，而东部林地则相对较低，2000年、2010年和2020年生态阻力面的平均阻力值分别为2.15、2.07和2.17；③生态廊道的空间分布同样具有强烈的空间异质性，通过增设潜在生态廊道可有效增强生态网络的稳定性和连通性，基于复杂理论对生态廊道进行优化并提出了“一带、两区、多岛、一中心”的生态安全格局。研究结果不仅为区域生境质量恢复与空间布局优化提供新的视角与策略，也可为省域生态系统可持续发展提供科学依据。

关键词：生态安全格局电路理论生态系统服务形态学空间格局分析(MSPA) 复杂网络理论黑龙江省西部半干旱区

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原粮包装机夹袋机构设计与仿真

农机化研究 2024年第6期46卷 33-40页

作者：王鹏宏董欣刘立意左彦军李紫辉东北农业大学工程学院哈尔滨150030

为了进一步提高实际生产中半自动原粮包装机夹袋机构的传动性能,考查夹袋机构的前、后咀夹板运动的同步性,优化设计了一种电驱动夹袋机构,并分析了包装夹袋过程的夹袋力与驱动力。利用多目标优化设计的主要目标法和分层序列法,基于MatLa... 详细信息

为了进一步提高实际生产中半自动原粮包装机夹袋机构的传动性能,考查夹袋机构的前、后咀夹板运动的同步性,优化设计了一种电驱动夹袋机构,并分析了包装夹袋过程的夹袋力与驱动力。利用多目标优化设计的主要目标法和分层序列法,基于MatLab优化设计功能,优化设计了夹袋传动机构的拉杆四杆机构与推杆四杆机构;基于CATIA建立夹袋机构三维模型,利用ADAMS进行了仿真分析。夹袋运动仿真分析表明:夹袋机构的前、后咀夹板角位移分别为16.25°和15.99°,仿真结果与理论值16°吻合;拉杆四杆机构与推杆四杆机构的传动角仿真结果分别为42.93°~56.32°和44.50°~65.18°,与传动角的优化结果42.97°~56.35°和44.35°~64.97°基本一致,均满足大于最小传动角40°的设计要求。仿真结果验证了夹袋机构设计的合理性及其前、后咀夹板运动的同步性。

关键词：原粮包装机夹袋机构优化仿真

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基于北方寒地冻土的螺旋式挖坑机设计与试验

农机化研究 2025年第1期47卷 157-164,172页

作者：尹大庆王雪苏林峰东北农业大学工程学院哈尔滨150030

针对目前市场上缺少适宜冻土环境作业挖坑机械的问题,以适用于北方寒地的螺旋式挖坑机为研究对象,通过测量哈尔滨的冻土参数并与硬质土壤进行对比,获得工作对象土壤参数。结合移栽白桦树苗所需穴坑尺寸,对挖坑机工作部件进行参数设计。... 详细信息

针对目前市场上缺少适宜冻土环境作业挖坑机械的问题,以适用于北方寒地的螺旋式挖坑机为研究对象,通过测量哈尔滨的冻土参数并与硬质土壤进行对比,获得工作对象土壤参数。结合移栽白桦树苗所需穴坑尺寸,对挖坑机工作部件进行参数设计。根据运动学分析确定了升运土壤的临界转速,对挖坑机的工作参数进行分析,并得到了装置所需的功率。为便于开展试验验证,运用相似理论对试验装置和作业穴坑进行了等比例缩放,试验用钻头长度为400 mm,叶片长度为200 mm,钻尖半径为100 mm,转速大于155 r/min,动力源额定功率为4 kW。试验结果表明:当刀片组合方式为平刀-锯齿刀时,可以获得最短的挖坑时间。研究结果可为北方寒地秋冬季节冻土条件下,树苗移栽时螺旋式挖坑机的设计提供参考。

关键词：挖坑机螺旋式冻土钻头

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玉米秸秆高扰低阻深松铲设计与试验

农机化研究 2024年第12期46卷 49-57页

作者：赵淑红刘佳明高连龙袁溢文杨悦乾东北农业大学工程学院哈尔滨150030

东北垄作区玉米秸秆还田条件下,针对秸秆较多时易使深松铲和后续机具堵塞、耕作阻力增加等问题,基于深松切割根茬一侧时土壤、根茬状态对秸秆的作用进行深松铲优化,设计了一种可减小深松阻力、提高秸秆扰动的深松铲。根据离散元仿真深... 详细信息

东北垄作区玉米秸秆还田条件下,针对秸秆较多时易使深松铲和后续机具堵塞、耕作阻力增加等问题,基于深松切割根茬一侧时土壤、根茬状态对秸秆的作用进行深松铲优化,设计了一种可减小深松阻力、提高秸秆扰动的深松铲。根据离散元仿真深松作业中切割根茬一侧时秸秆力矩波动段峰值时刻的秸秆受力方向和秸秆位置,对深松铲刃口曲线进行设计和优化。选取深松铲平均耕作阻力、秸秆水平侧向扰动距离为试验指标,进行二因素五水平中心组合试验,并得到深松铲各参数最优组合,即深松铲入土角23.91°、深松铲刃角32.01°。由仿真验证试验可知:深松铲的平均耕作阻力和理论值相比增大0.65%,秸秆扰动距离和理论值相比减小2.95%,仿真试验值与理论值差异较小,验证了设计思路的可行性。在最优参数下,与圆弧深松铲、折线深松铲进行田间对比试验,结果表明:平均耕作阻力减小7.43%和29.36%,油耗减少16.19%和31.93%,秸秆水平侧向扰动距离分别增大65.42%和减小3%。所设计的深松铲平均耕作阻力和油耗小且对秸秆扰动大,可为深松铲设计与优化提供参考。

关键词：深松铲离散元耕作阻力秸秆扰动玉米秸秆

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黑龙江省生态系统服务价值估算及其生态安全格局构建

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环境科学 2024年

作者：崔嵩杜显磊贾朝阳付强刘东东北农业大学水利与土木工程学院东北农业大学松花江流域生态环境保护研究中心

为了维持生态系统功能和保障生态安全，估算生态系统服务价值并构建生态安全格局是其有效解决措施和途径。针对生态系统服务价值估算与生态安全格局构建方面尚缺乏系统性研究的现状，基于生态系统服务价值和形态学空间格局分析提取生态... 详细信息

为了维持生态系统功能和保障生态安全，估算生态系统服务价值并构建生态安全格局是其有效解决措施和途径。针对生态系统服务价值估算与生态安全格局构建方面尚缺乏系统性研究的现状，基于生态系统服务价值和形态学空间格局分析提取生态源地，根据地理位置、海拔高度等自然条件选取土地利用类型、景观格局类型、高程、坡度和归一化植被指数共5个影响因子建立阻力面，利用最小累计阻力模型识别潜在生态廊道，以此构建黑龙江省生态安全格局，并以2000～2020年为时间跨度进行纵向分析。结果表明：①黑龙江省生态系统服务价值总体呈上升趋势（幅度达42%），水文调节服务价值在不同服务类型中占比最大（约占30%），林地服务价值在不同土地利用类型中占比最大（达到70%）；②共提取8处生态源地，主要分布在大兴安岭、小兴安岭、长白山和完达山周围区域，其中大兴安岭地区的生态源地面积最大；③识别出28条潜在生态廊道，主要分布在黑河市-牡丹江市分界线的东北侧，并在七台河市、牡丹江市北部和鸡西市南部形成网络密集区域；④构建了以大兴安岭地区、牡丹江市、双鸭山市为端点，伊春市为中心的黑龙江省生态安全网络格局，其空间分布的不均衡为当前面临的主要问题。研究结果有助于制定和建立更为合理的生态环境保护措施与政策，可为省域生态系统保护与优化提供参考价值和科学依据。

关键词：生态安全格局最小累计阻力模型(MCR) 生态系统服务价值(ESV) 形态学空间格局分析(MSPA) 黑龙江省

积雪变化对东北农田黑土盐基离子及有效硅铝含量的影响

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水土保持学报 2024年第2期38卷 147-156,164页

作者：王子龙滕怀淏姜秋香刘传兴单家珣王凯东北农业大学水利与土木工程学院哈尔滨150030

[目的]为探究冬季积雪深度变化下东北农田黑土盐基离子及有效硅铝含量的季节性变化特征。[方法]采用人工控制积雪深度的方法,通过测定除雪处理组(SR)、减雪处理组(SL)、自然积雪对照组(C)、增雪处理组(SA)的东北农田黑土环境因子(温湿... 详细信息

[目的]为探究冬季积雪深度变化下东北农田黑土盐基离子及有效硅铝含量的季节性变化特征。[方法]采用人工控制积雪深度的方法,通过测定除雪处理组(SR)、减雪处理组(SL)、自然积雪对照组(C)、增雪处理组(SA)的东北农田黑土环境因子(温湿度、含水率、pH、总有机碳)、盐基离子、有效硅以及活性铝,分析土壤盐基离子及有效硅铝的含量变化过程,以及两者对土壤环境因子的响应关系。[结果]积雪深度的降低使季节性雪被覆盖下黑土受到积雪的保温作用减弱,0-30 cm土壤温度及湿度(未冻水含量)显著下降,使水盐运移过程中未冻水携带的HCO_(3)^(-)含量减少,土壤平均pH受HCO _(3)^(-)含量影响分别变化-0.06,-0.04,-0.02,0.01。土壤的碱性降低,低价阳离子对高价阳离子在土壤胶体吸附电位的置换能力增强,使得交换态一价阳离子(Na^(+)、K^(+))含量升高,同时使交换态及碳酸盐态二价阳离子(Ca ^(2+)、Mg^(2+))含量降低。碳酸盐态二价阳离子与交换态Na+分别对TOC含量构成正向和负向的影响,使土壤平均总有机碳(TOC)含量随积雪深度的降低分别增长0.87,1.09,1.32,1.48 g/kg。盐基离子与土壤pH、TOC的相互影响关系使在积雪深度降低的条件下土壤pH与TOC含量降低,进而对土壤有效硅铝含量构成间接影响。TOC含量的降低削弱了土壤对低活性腐殖酸铝(Al-HA)的固持作用,pH的降低促进低活性铝向高活性交换态铝(Ex-Al)与单聚体羟基铝(Hy-Al)的转化,土壤铝毒性提升,同时促进有效硅的溶解,造成土壤硅的流失。[结论]气候变暖引起的中高纬度地区季节性积雪覆盖面积减少将影响冬季东北地区农田黑土的物质能量分布状态,并由此改变生长季节农作物的生长发育环境,研究提示为冬季东北黑土区土壤矿质元素的季节性变化过程提供了一定的科学依据。

关键词：积雪变化农田黑土盐基离子有效硅活性铝

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不同海拔梯度下极端气候事件对松花江流域植被NPP的影响

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环境科学 2024年第1期45卷 275-286页

作者：崔嵩贾朝阳郭亮付强刘东东北农业大学水利与土木工程学院哈尔滨150030 东北农业大学松花江流域生态环境保护研究中心哈尔滨150030 哈尔滨理工大学经济与管理学院哈尔滨150086

植被净初级生产力(NPP)是评估陆地生态系统质量与固碳能力的关键指标,极端气候事件对植被NPP的影响在不同海拔梯度下存在差异.然而,有关不同海拔条件下极端气候事件对植被NPP空间分异的影响情况及耦合效应研究尚且不足.利用MOD17A3HGF... 详细信息

植被净初级生产力(NPP)是评估陆地生态系统质量与固碳能力的关键指标,极端气候事件对植被NPP的影响在不同海拔梯度下存在差异.然而,有关不同海拔条件下极端气候事件对植被NPP空间分异的影响情况及耦合效应研究尚且不足.利用MOD17A3HGF遥感数据集和RClimDex 1.9软件分别计算了2001~2020年松花江流域植被NPP和10个极端气候指数,通过趋势分析、相关分析、回归分析、地理探测器分析及相对重要性分析等方法,对不同海拔梯度下松花江流域植被NPP时空演变特征及其对极端气候事件的响应机制进行了解析.结果表明:①松花江流域2001~2020年植被NPP(以C计)以4.13 g·(m^(2)·a)^(-1)的速率显著增加(P系统碳循环模式、量化植被固碳能力和应对气候变化政策制定提供科学依据.

关键词：松花江流域植被净初级生产力(NPP) 海拔梯度极端气候事件影响因素

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减氮配施生物炭对土壤肥力和水稻产量的影响

农业机械学报 2024年

作者：刘慧焦岩窦婉毓张文龙裴巍东北农业大学文理学院农业农村部农业水资源高效利用重点实验室东北农业大学工程学院

氮素是水稻生长所必需的营养元素。为了提高产量往往过量施加氮肥，这不仅导致氮肥利用率低，还破坏了土壤质量；减少氮肥施用则会导致水稻减产。为探究土壤改良剂生物炭能否补偿减氮带来的负面影响，本研究采用盆栽试验，设置常规施氮... 详细信息

氮素是水稻生长所必需的营养元素。为了提高产量往往过量施加氮肥，这不仅导致氮肥利用率低，还破坏了土壤质量；减少氮肥施用则会导致水稻减产。为探究土壤改良剂生物炭能否补偿减氮带来的负面影响，本研究采用盆栽试验，设置常规施氮(氮肥施用量110kg/hm2，CK)、减氮10%(C1)及减氮10%条件下配施2.5%(C2)和5%(C3)生物炭4个处理，探讨在减少氮肥使用条件下生物炭对土壤肥力及水稻产量的补偿效应及机制。结果表明：减氮10%对土壤综合肥力无显著影响，施加生物炭可有效地提高土壤肥力，且添加5%生物炭对土壤肥力的提升效果优于添加2.5%生物炭。减氮10%导致水稻产量显著降低，而生物炭的施加可一定程度补偿减氮造成的减产，其中添加2.5%生物炭对水稻产量的补偿效果优于添加5%生物炭，但仍未恢复到常规施氮水平。采用结构方程探究减氮和施加生物炭条件下水稻产量的驱动因素，结果表明，减氮配施生物炭通过改变土壤pH值、全钾含量、铵态氮含量和硝态氮含量，进而直接或间接影响水稻产量，其中铵态氮和硝态氮是主要的调控因子，其不仅直接影响水稻产量，还可通过调控每穗粒数、有效穗数和千粒质量间接影响水稻产量的形成；pH值和全钾含量对水稻产量有负面效应。本研究可为东北黑土区水稻种植业化肥减量和生物炭的高效利用提供科学依据。

关键词：水稻产量土壤肥力减氮生物炭结构方程模型

不同尺寸形貌抑冰微纳米材料对细胞冷冻保护性能的影响

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生物工程学报 2024年第7期40卷 2294-2307页

作者：许淼宋玉张静金秋赵叶瑜耿华曼翁晓刚刘忠华程金菊颜廷胜东北农业大学黑龙江省动物细胞与遗传工程重点实验室黑龙江哈尔滨150030 东北农业大学生命科学学院黑龙江哈尔滨150030 东北农业大学食品科学学院黑龙江哈尔滨150030

抑冰纳米材料被广泛研究以提高对细胞、组织或器官等的冷冻保存效率。不同组分、尺寸、形貌的抑冰纳米材料可有效抑制冰晶的形成和生长,从而减少对生物样品冻存的损伤。本研究通过水热法制备出不同尺寸的碳复合体微粒(carbon composite ... 详细信息

抑冰纳米材料被广泛研究以提高对细胞、组织或器官等的冷冻保存效率。不同组分、尺寸、形貌的抑冰纳米材料可有效抑制冰晶的形成和生长,从而减少对生物样品冻存的损伤。本研究通过水热法制备出不同尺寸的碳复合体微粒(carbon composite particles,CCPs)和特殊形貌的微纳米材料。结果显示随着碳复合体微粒粒径尺寸减小,细胞冻存保护效果增强。而相较于球形结构的碳复合体微粒,不对称纳米粒子(Janus nanoparticles)和纳米花(WSP nanoflower)材料对细胞冻存的保护作用明显增强。另外,将适当浓度微纳米抑冰材料与商品化冷冻保护剂联合使用,可进一步提高对细胞冷冻保护的效果。本文制备的微纳米防冻材料可有效提高细胞的冷冻保存效率,在生物医学研究和低温保存应用中具有巨大的潜力。

关键词：抑冰材料细胞冻存碳复合体微粒纳米花不对称纳米粒子