水利与土木工程学院2017年“URP”计划指南

1、水利与土木工程学院2017年“URP”计划指南项目1：基于热红外遥感的作物耗水特征研究田 菲 副教授一、项目概况绿洲是我国内陆干旱区的精华，绿洲的可持续发展，关键在于合理配合和有效利用水资源，面向国家“十三五”水安全战略和水安全保障的战略规划，作物耗水研究是国际地球科学积极鼓励的创新领域。黑河流域是我国第二大内陆河流域，在干旱区极具代表性，黑河中游是重要的玉米种子生产基地，为全国粮食安全做出重大贡献，同时也是重要的耗水区，长期在水资源的竞争使用中，存在过度使用地下水缓解农业灌溉地表水的问题，导致植被退化、地下水位下降等一系列生态环境问题，作物耗水研究已成为中游迫切需要解决的问题。由于研究尺度及

2、方法等限制，对点尺度及较大尺度研究的连接仍不完善，农田米级尺度的作物耗水和环境存在明显的时空差异性，耗水量研究的时空精细度不能满足区域精准农业管理的需求。本项目将通过野外热红外观测的手段，以期量化干旱区米级尺度的作物耗水，从而为制定合理的灌溉制度、灌溉决策打下基础。二、实施计划及方案(明确各个环节对培养学生创新能力的具体思路及考核办法)（1）野外观测：基于热成像技术，拟在黑河中游的大满试验站开展野外观测试验，拟选取典型作物类型为玉米，观测参数主要是冠层地表温度和瞬时气象数据。该环节主要培养学生野外试验的动手能力，借助新技术、新观测方法培养学生的创新能力；考核办法，观测生长季起码1-2周的玉米冠

3、层温度。（2）模型构建：基于野外观测数据和三温模型，估算玉米生长季的耗水量。该环节主要培养学生解决实际问题的能力；考核办法，构建玉米生长季的蒸散发耗水模型。三、项目实施的基础和条件1.地表温度观测所用的便携式红外热成像仪TiX已做投标购买，气象观测仪器也已经具备；2.本项目拟在黑河中游绿洲开展，黑河流域生态-水文集成研究重大研究计划已选取黑河中游大满灌区为核心观测区，基础资料非常丰富。四、学生提交的成果（1）冠层地表温度的红外热成像图以及日内变化图；（2）提供最少某一日的玉米蒸散发量日内分布结果项目2：压力调节器的研发与优化李光永 教授一、项目概况压力调节器是微灌系统中重要的压力调节设备，其作

4、用是在调节范围内可保证下游压力不受上游压力变化的影响，从而避免管网压力变化对灌水器流量的影响，提高灌水均匀度，同时保障系统安全运行。针对压力调节器的评价指标主要有：预置压力、起调压力、调压范围和不同流量下出口压力偏差四项。其中预置压力和不同流量下出口压力偏差是本项目研究重点。本实验室前期研究表明：压力调节器的结构形式、弹簧参数及密封方式均会对压力调节器的性能产生影响；且弹簧刚度越高，预置压力越高。本项目主要研究对象为现已开发出的两种结构形式的压力调节器。其均可提供一系列不同的预置压力，调压范围广，出口压力稳定，性能良好，但两种压力调节器分别存在调压杯体尺寸不是最佳尺寸和组件数量较多的问题。本项

5、目将针对以上两点问题进行压力调节器的优化改进，主要内容如下：1）对国内外现有的压力调节器的型号和技术参数进行总结归类，并进行部分国外产品和本实验室产品的测试及数据对比分析，提出当前产品中存在的不足。阅读相关文献，总结现有研究成果，提出压力调节器性能优化的方式方法。2）探究A型压力调节器调压杯体的结构尺寸（杯体形状、长度、杯壁厚度）和过流断面的结构尺寸（过流断面大小、过流断面结构形式）对压力调节器调压性能的影响。3）探究密封方式改变对B型压力调节器调压性能的影响。二、实施计划及方案(明确各个环节对培养学生创新能力的具体思路及考核办法)1.实施计划（1）2017.042017.06，认识压力调节器

6、的原理与结构，对国外产品和本实验室产品进行性能测试和对比分析；（2）2017.072017.08，探究流道结构形式对A型压力调节器性能的影响，并对A型压力调节器的结构优化；（3）2017.092017.10，通过对密封方式的改进，减少B型压力调节器的结构组件，以对B型压力调节器的结构优化； （4）2017.112017.12，探究调压杯体结构尺寸及密封方式对A型压力调节器性能的影响，并对A型压力调节器的结构优化；（5）2018.012018.04，整理分析前期的试验数据，撰写报告。2.实验方案（1）对现有产品的性能测试与评价本实验室当前开发的压力调节器结构形式有三种，每种结构均有一系列不同预置

7、压力的产品。同时购买了部分国外产品以进行对比。通过对以上产品的性能测试使学生掌握压力调节器的评价指标（预置压力、起调压力、调压范围及不同流量下的预置压力偏差）及测试内容与方法（压调性能曲线与压力流量关系）。本阶段结束时需提交图表形式的测试结果。（2）调压杯体结构尺寸对A型压力调节器调压性能的影响A型压力调节器由上游壳体、调压杯体、下游壳体、密封圈和弹簧五个部件组成，结构简单。该结构的压力调节器在过流量稳定的条件下出口压力稳定，性能较好，但由于调压杯体过短，压调工作初期调压杯体不能正常轴向移动，对压调性能有较大影响。测试使用不同长度和壁厚的调压杯体的压力调节器，分析调压杯体长度和壁厚对其性能的影

8、响，并做出最优选择。（3）流道面积及结构形式对A型压力调节器调压性能的影响通过测试不同流道面积的压力调节器，探究流道面积对A压力调节器调压性能的影响；在过流断面面积相同的条件下，分别测试流道结构形式“一”字形、“十”字形与“米”字形的压力调节器，探究流道形式的复杂程度对A型压力调节器性能的影响。（3）对B型压力调节器的结构优化B型压力调节器由上游壳体、进口花篮、连接件、T形调节杆、下游壳体、密封圈和弹簧七个部件组成。该结构的压力调节器不仅出口压力稳定，且不同过流量下预置压力偏差较小，性能良好，但组成部件较多，组装复杂。通过改变密封圈装配的位置，同时将上游壳体、进口花篮和连接件的结合，将B型压力

9、调节器结构简化为由上游壳体、T形调节杆、下游壳体、密封圈和弹簧五个部件组成。（二）、时间安排2016年5月2016年6月 要求学生查阅部分相关书籍和文献资料，写出3000字左右的文献综述，培养学生查阅文献能力与写作能力；细化具体方案，培养学生解决具体问题的能力，确定研究方案；2016年7月2014年8月 绘制扩散管及突然扩大管的二维尺寸图；2016年9月2016年10月 对扩散管及突然扩大管进行造型；2016年11月2017年2月 对扩散管及突然扩大管进行流动特性计算，分析不同扩散角的逐渐扩散管的流动特性；2017年3月2017年4月 整理结果，存在的问题改正，提交结题报告。三、项目实施的基础

10、和条件 项目申请人李光永教授已主持和参与过多项国家和省部级重点科研项目的研究工作，申请过多项与压力调节器有关的国家发明专利，对本项目研究内容的研究意义、国内外发展状况及存在问题认识深刻，同时具有扎实的基础理论知识和丰富的实践经验。本实验地点设在水利与土木工程学院灌溉与排水实验室，实验室内现有微灌灌水器抗堵塞和水力性能综合测试平台，该平台可正常运行，具备基本的实验条件。本团队成员熟悉3维画图软件creo的操作使用，可及时将相关想法落实到行动中。同时，目前的3D打印技术成熟高效，设计完成后，打印与运输周期不超过一周，精度高且速度快，为项目完成提供了必要的支持。目前，项目申请人所在课题组承担的东北粮

11、食主产区高效节水灌溉技术与集成应用项目“精量化高效滴灌技术与产品”，所研究的内容与本申请交叉、相关。四、学生提交的成果 本项目需要学生亲手进行试验测试及数据处理，并撰写试验报告。具体需提交：（1）试验报告1篇（包括：研究背景及进展、压力调节器原理及结构、测试内容及方法、A型压力调节器结构的优化与性能评价、B型压力调节器结构的优化与性能评价、结论与建议）（2）优化后的A、B两种压力调节器结构图（零部件图及总装图，PRT文件）（3）相关图表（实验过程中所有测试数据及其图表）项目3：装配式建筑施工工艺比较与分析郝仕玲 副教授一、项目概况装配式建筑是指在工厂化生产的部品部件，在施工现场通过组装和连接而

12、成的建筑。相对于现在仍然在施工当中占主流的现浇建筑来说，就是把一部分原来通过现浇成型的构配件，比如梁、柱、板，拿到工厂去生产，生产之后再运到工地来组装，把它的节点做好，然后采用一部分的现场浇筑将这两部分结合起来，形成一个完整的建筑，我们把这个叫做装配式建筑。衡量装配式建筑的水平，还有个装配率的问题，到底有多少构件拿到工厂组装了，现场的湿作业量减少了多少，都代表了装配式建筑的技术水平。具体来说，装配式建筑具有以下优点：1、构件可在工厂内进行产业化生产，施工现场可直接安装，方便又快捷，可缩短 HYPERLINK /s?wd=%E6%96%BD%E5%B7%A5%E5%B7%A5%E6%9C%9F&

13、tn=44039180_cpr&fenlei=mv6quAkxTZn0IZRqIHckPjm4nH00T1Y1njF-uAP-n1fkuWNBmHc10ZwV5Hcvrjm3rH6sPfKWUMw85HfYnjn4nH6sgvPsT6KdThsqpZwYTjCEQLGCpyw9Uz4Bmy-bIi4WUvYETgN-TLwGUv3EnWTLPjcsPHRs t _blank 施工工期。2、构件在工厂采用机械化生产，产品质量更易得到有效控制。3、周转料具投入量减少，料具租赁费用降低。4、减少施工现场湿作业量，有利于环保。5、因施工现场作业量减少，可在一定程度上降低材料浪费。6、构件机械化程度高，

14、可较大减少现场施工人员配备。与此同时，装配式建筑也具有以下局限性：1、因目前国内相关设计、验收规范等过于滞后施工技术的发展， HYPERLINK /s?wd=%E8%A3%85%E9%85%8D%E5%BC%8F%E5%BB%BA%E7%AD%91&tn=44039180_cpr&fenlei=mv6quAkxTZn0IZRqIHckPjm4nH00T1Y1njF-uAP-n1fkuWNBmHc10ZwV5Hcvrjm3rH6sPfKWUMw85HfYnjn4nH6sgvPsT6KdThsqpZwYTjCEQLGCpyw9Uz4Bmy-bIi4WUvYETgN-TLwGUv3EnWTLPjcs

15、PHRs t _blank 装配式建筑在建筑物总高度及层高上均有较大的限制。2、建筑物内预埋件、螺栓等使用量有较大增加。3、构件工厂化生产因模具限制及运输（水平垂直）限制，构件尺寸不能过大。4、对现场垂直运输机械要求较高，需使用较大型的吊装机械。5、构件采用工厂预制，预制厂距离施工现场不能过远。二、实施计划及方案(明确各个环节对培养学生创新能力的具体思路及考核办法)1 研究内容(1) 国内外装配式建筑施工相关资料搜集(2) 分析比较各种施工工艺的难点及优缺点(3) 探讨装配式建筑在国内的发展趋势2 研究方案(1) 查阅文献资料，获得近年来装配式建筑施工工艺的文字或影像资料；(2) 分别对各施工

16、工艺进行分析分析，同时明确不同施工工艺适用的条件；(3) 探讨装配式建筑在我国的发展趋势。3 对学生的创新能力培养的思路 (1) 通过查阅资料，了解装配式建筑及装配式建筑施工的特点； (2) 通过施工方法的比较分析，掌握科学研究中提出问题、分析问题、解决问题的一般方法； (3) 有利于学生对课堂学习到的规律和知识理解得更深刻、运用得更正确。4 考核办法 (1) 考查资料查阅的全面性； (2) 考查装配式建筑施工工艺比较分析的合理性； (3) 考查报告撰写的逻辑性。三、项目实施的基础和条件 (1) 参与本项目的同学学习过材料力学、结构力学、钢结构等基础课程； (2) 在教师的指导下，学生能够完成

17、资料查阅和问题分析；(3) 具备计算机等硬件设备。四、学生提交的成果“装配式建筑施工工艺比较与分析”报告一份项目4地下空间施工工艺比较与分析王东生 讲师一、项目概况在我国随着我国城市化进程的不断发展、进步，人民的物质生活水平的不断提高，城市出现了用房拥挤的情况，开发地下工程已成为城市发展壮大的必然，也是一个城市发展的亮点。由于世界范围内能源及其他原材料的短缺，尤其是人类居住、交通、环境的矛盾日益突出，使人们对于土地的开发逐渐由地面转入对地下空间的开发和利用。因此，国际上一种普遍流行的观点就是 19 世纪是桥梁的世纪，20 世纪是高层建筑的世纪，21 世纪则是地下空间的世纪。城市地下空间的开发利

18、用主要是依托地下工程建设进行的，主要解决的应当是交通系统、市政公用设施系统、防空防灾系统和能源及物资储备系统等。城市地下空间的开发利用对于保护和改善城市环境、节约土地资源、缓解城市交通拥挤、建设城市地下市政管线公用隧道、治理和降低城市污染、消除垃圾围城现象、加强国防及防灾减灾能力等方面，都具有十分重要的理论和现实意义。二、实施计划及方案(明确各个环节对培养学生创新能力的具体思路及考核办法)1 研究内容(1) 地下空间施工工艺相关资料搜集(2) 分析比较各类型施工工艺的难点及优缺点2 研究方案(1) 查阅文献资料，获得近年来地下空间施工工艺的文字或影像资料；(2) 分别对各施工工艺进行分析分析，

19、同时明确不同施工工艺适用的条件；(3) 探讨地下空间工程施工方法的发展趋势。 3 对学生的创新能力培养的思路 (1) 通过查阅资料，了解地下空间及地下空间施工的特点； (2) 通过施工方法的比较分析，掌握科学研究中提出问题、分析问题、解决问题的一般方法； (3) 有利于学生对课堂学习到的规律和知识理解得更深刻、运用得更正确。4 考核办法 (1) 考查资料查阅的全面性； (2) 考查地下空间施工工艺比较分析的合理性； (3) 考查报告撰写的逻辑性。三、项目实施的基础和条件 (1) 参与本项目的同学学习过材料力学、结构力学、钢结构等基础课程；(2) 在教师的指导下，学生能够完成资料查阅和问题分析；

20、(3) 具备计算机等硬件设备。四、学生提交的成果“地下空间施工工艺比较与分析”报告一份 项目5：翘曲扭转对曲梁结构受力变形的影响 王宏志 副教授一、项目概况曲梁，是指截面轴线为非直线、承受与梁轴一致及（或）垂直的荷载、整体受弯受扭的结构。从几何形状上看，曲梁的轴线可以是空间曲线，这样的曲梁为空间曲梁；当曲梁的轴线为平面曲线，即轴线在一个平面内有曲率、垂直方向的曲率0时，曲梁为平曲梁。曲梁轴线应该以曲线方程描述，为了描述的方便，通常用梁轴曲线的曲率半径表示梁的弯曲形状及弯曲大小。曲梁轴线的形状可分为曲线及不规则曲线，规则曲梁的轴线一般有圆弧曲线、回转曲线等。原则上，曲梁上可作用各种荷载。从形式上

21、看，曲梁上的荷载包括集中力和分布力；从特性上分，曲梁荷载分为力及力矩；从方向上看，曲梁的力可作用在轴向、径向和竖向三个方向。一般情况下，曲梁上的荷载以竖向集中力、竖向均布力及轴向均布力矩为主。需要说明的是，当平曲梁只作用有径向集中力或分布力时，平曲梁只存在轴力、径向弯矩及剪力，曲梁退化为拱。曲梁的特点是：（1）曲梁是典型的空间结构，曲梁上一个方向的荷载不仅在本方向产生位移，还会对其他两个方向的内力和变形产生影响。因此，直梁的基本方程及基本结论在曲梁结构中不再适用。（2）对应于最基本的荷载作用方式，当曲梁中存在竖向荷载时，曲梁中出来产生竖向弯曲变形，还导致曲梁中出现扭转变形。因此，弯剪扭复合（耦

22、合）受力变形，是曲梁的基本受力变形方式。（3）除了极少数旋转对称的截面（圆形或环形），其余型式截面杆的扭转，除了产生扭转剪应力的截面转动变形，还存在导致截面产生正应力的翘曲变形。对于曲梁的弯扭耦合变形，须考虑截面的翘曲扭转问题。本课题拟在对曲梁结构的受力变形进行分析，重点研究翘曲扭转对其受力的影响。本课题的主要研究内容包括：（1）熟悉曲梁内力及变形分析方法；（2）将考虑翘曲扭转与不考虑翘曲扭转的结果进行对比分析。（3）进行算例及对比分析二、实施计划及方案(明确各个环节对培养学生创新能力的具体思路及考核办法)1.研究思路及方案：（1）进行资料查询，收集曲梁结构的研究现状。（2）基于Vlasov弯

23、曲及约束扭转理论，熟悉曲梁内力及变形分析方法，分别对考虑和不考虑翘曲扭转的曲梁结构进行分析。（3）通过具体算例，直观的表达翘曲扭转的影响。2.对学生的创新能力培养的思路：（1）通过查阅资料，训练学生查阅文献资料的基本能力。（2）通过结构分析，训练学生建模、计算的能力。（3）通过算例，训练学生实际运用的能力。3.考核办法：（1）考察查阅资料的全面性与典型性。（2）考察曲梁结构模型的合理性。三、项目实施的基础和条件（1）参与本项目研究的同学学习过高等数学、材料力学等基础课，有对曲梁结构进行变形及内力分析的基础。（2）在教师的指导下，能够完成曲梁结构的受力性能分析。（3）具备计算机硬件设备和Matl

24、ab数学计算软件。（4）有足够的网络资源、图书及工程设计资料。四、学生提交的成果研究报告一份，包括：（1）典型荷载作用下曲梁弯扭耦合受力计算模型。（2）翘曲扭转对曲梁受力变形的影响。（3）算例及对比分析项目6：微纳米气结合外源硒调控对水果型黄瓜的影响李云开 教授项目概况（1）在我国北方地区由于气候限制，冬季蔬菜种植受到限制，设施大棚毫无疑问是解决人们冬春蔬菜短缺的最好途径。但同时也存在一些问题，在大棚封闭的小环境条件下，空气流通不畅快，同时大棚内土壤通常以一季一次的浅耕为主，易造成心土层及犁底层土壤板结，所以往往存在土壤通气不良的问题。水、肥、气、热、光作为植物生长发育的五大外部因素，各因素之

25、间相互联系共同操控植物的生长发育。其中，土壤水分和肥料作为植株生长的必备条件，对植株生长特性起到了明显的调控作用，而灌溉施肥是土壤水分和肥料主要来源之一。合理灌溉能够调控作物根系生长发育，使茎、根、叶各部分维持最优生长，从而达到最佳的产出比。同时土壤的通气性对作物正常的生长发育至关重要（Bhattarai S P，2006; Shahien M M，2014）。作物根系环境对作物生长有很大影响，在不同土壤通气状况下，作物根细胞和组织呼吸及养分吸收量不同，有氧呼吸可以形成较多ATP (三磷酸腺苷)，贮存更多能量，为作物生长提供动力，保证作物正常成长（李云开，）。若根系无法得到充足的氧气，植物根部

26、细胞膜电位及细胞内pH改变，离子跨膜运输能力降低，根系活力降低，根系不能摄取到充足的养分（37），根系细胞能量供应将会受到限制，进而根系对水分和养分吸收减少，向地上营养物质运输不足，导致植株体内激素含量、酶活性改变，光合作用也会受到阻碍，植株营养器官功能受限，最终导致作物产量和品质下降（Fukao T，2004；李虎，2008） 。从作物根区需氧角度来说，灌溉过程的进行会对作物造成不利影响。土壤分为气、液、固三相，气体和水分存在于土壤固体颗粒的孔隙之中，在灌溉的过程中，土壤的含水量增加，更多的水分填充土壤孔隙，从而排挤孔隙中原有的空气，因此灌溉会使土壤中的空气含量降低。根据已有研究，根系呼吸与

27、土壤呼吸相互影响（韩广轩，2008），土壤中的氧气要同时维持根系、土壤微生物、土壤动物呼吸。因此，根区氧供应不足会对作物本身及土壤微生物、土壤动物均造成危害。（2）微纳米加气灌溉是一种新型的高效节水灌溉技术，它不但能节水、增产、提高作物品质，还能改良土壤，提高土地生产力，有利于缓解当前农业用水紧缺的难题。加气灌溉是指在地下滴灌的基础上，将加气设备产生的水气混合物通过灌水器均匀缓慢的运输至作物根系周围为土壤中，为根系呼吸提供足够的氧气（空气）。微纳米加气灌溉是指利用微纳米气泡发生器作为加气设备，该设备产生的是微纳米级别的气泡。本项目中使用的加气设备是团队自主研发的中农浩泽微纳米气泡发生器（ZNH

28、Z-1），该装置以溶气释气及机械剪切方式制气。采用离心泵将水和空气一并吸入泵中，借助叶轮高速旋转将空气在剪切和搅拌作用下破碎成细小气泡，随着压力上升，水中的细小气泡逐渐溶解于水中。含大量过饱和空气的水气混合物经离心泵增压后进入混合室，流经混合室扁嘴型节流孔时水流速度加快，节流孔处的压力迅速降低，溶解在水中的空气被迅速释放出来，生成大量微纳米尺度的气泡，并在混合室中再次充分混合，最终沿出水管路流进灌溉系统，实现向水中加气的过程。这种方法产生的气泡持续、微细、均一，设备运行运行稳定且相对便宜，更易普及。（3）加气灌溉研究进展加气灌溉可以提高作物根系周围土壤中的氧气含量，促进根系进行有氧呼吸，从而形

29、成更多的能量，根系活力得以提升，从而促进根系对水分和养分的吸收(牛文全，2010)；对根区进行通气能够使根系长度显著增长，提高根系自根基至根尖生物量(王丹英，2008)。加气灌溉对作物的光合作用起促进作用。具体表现为加气灌溉能够增加功能叶片ATP含量(李军，2004)，增强叶片捕获光的能力，增加光合产物积累(杜国栋,2007)， 能够增加叶片气孔导度，提高光合速率（Bhattarai et al.2006, 2008）。加气灌溉通过促进根系发育对养分的吸收以及促进光合作用加快营养物质的积累可以促进作物的生长、干物质的累积、作物产量以及营养品质的形成。Abuarab M的研究表明，加气灌溉可以使

30、玉米灌浆速率加快，灌浆结束时间更早(Abuarab M，2013)。大量研究表明，加气灌溉对作物的产量和品质的提升起重要作用（陈新明，2010；SP Bhattarai，2008；卢芳，2014；刘杰，2010），Bhattarai 的研究表明加气灌溉可以使可以使大豆产量提高82%-96%，棉花产量提高14%-28%(Bhattarai S P，2006)，对于番茄可溶性固形物、总糖和VC含量均明显提高(张庆龙，2013)。同时，加气灌溉可以有效改善盐碱地以及重黏土区域种植地的土壤通气状况，从而对作物的生长发育起到良好的调节作用（张庆龙，2013；Surya P. Bhattarai，2006

31、）。（4）硒是人体必需的营养元素，具有防癌抗癌，防止克山病、大骨节病、心血管病，延缓衰老，解除重金属毒性等作用。但我国72%的地区都属于硒缺乏地区，对我国13个省市的营养调查表明，成人每日的摄硒量仅为26.63g/d，远低于中国营养学会推荐的50g/d。研究表明，世界上有40多个国家和地区缺硒，我国有72%的县是低硒或缺硒地区。1988年，中国营养学会将硒列为人体必需的15种营养元素之一，并且规定了硒的RDA值(人体每日摄取推荐量)为50g(刘铮，1996)。而对我国13个省市的营养调查表明，成人每日的摄硒量仅为26.63g，因此缺硒现象普遍存在(Taylor，J.B.，eW，2008)（13

32、）。20世纪50年代，K.Schwarz和Foltz发现动物缺硒会导致大鼠的肝坏死和家畜肌营养不良症之后，人们对硒的研究重点才从硒的毒害作用转移到硒的营养作用（Rayman M P，2000），之后硒被确定为哺乳动物的必需元素 （Sager M，2006） 。近年来，随着硒的毒性生理学、营养学功能研究的逐渐加深，硒的医疗、保健作用也得到了广泛的实践应用（杨光圻，1982）。然而由于其平均地表丰度非常低，硒被归类为痕量元素（布和敖斯尔，1995）。人类对硒的吸收遵循土壤-植物-人体的循环系统规律，人类对硒的摄入主要取决于所食用的粮食或者蔬菜作物，而作物中的硒来源于所种植的土壤中的可利用硒（Com

33、bs GF，2001），植物对硒的富集是通过它们转运无机栖为多种有机硒形态，这一过程对人类营养和健康具有重要的影响（Fancesco Cubadda,2010）。人体对硒的吸收率以及硒对人的生物活性均表现为植物性硒高于动物性硒,而且其中的有机硒比无机硒安全有效,所以植物硒是决定食物链硒水平的重要环节。关于土壤-植(作)物系统硒的有效性、转化过程及机理方面的研究也一直是学术界十分关心的科学问题。（5）外源硒调控研究进展。 环境无机硒或外源硒通过高等植物的同化作用进入生命有机体系,并通过食物链调节人体硒水平是目前提高人类对硒元素摄取的有效方式。外源硒调控对于作物的硒含量有直接的影响（Meija E

34、urola，2004；Martin R.，2006），同时可以促进作物的生长发育（别同玉，2010），提高作物的产量和品质（郭婉香，2014）。作物的硒含量主要受到土壤中可利用硒含量的影响，硒在土壤中以多种形态存在,按价态分,包括元素态硒(0 价)、硒化物(-2 价)、硒酸盐(+4 价)、亚硝酸盐(+6 价)、有机态硒和挥发态硒（Yumei, K.，1993）。元素态硒(Se)在土壤中的含量极低,很不活泼,不溶于水,植物难以吸收利用。硒化物(Se2-)是较普遍存在于半干早地区土壤中的形态,大多难溶于水,植物难以吸收,但通过风化过程可以释放出少量的可溶性硒。亚硒酸盐(SeO32-)具强氧化性,易

35、溶于水,是植物吸收无机硒的主要形态,在硒的各种形态中的含量在 40%以上,在低硒土壤中施用最为有效（Cary E，1973）。硒酸盐(SeO42-)是硒的最高氧化态化合物,溶于水,可为植物吸收,但吸收后易导致植物中硒毒（ Olson O E，1942）。土壤中的硒酸盐由于在自然条件下氧化困难,所以含量很少。对作物进行外源硒调控，通过基施或者滴施硒肥到土壤中，可以有效提高作物的硒含量（张妮，2015；殷金岩，2014） 。又研究表明每公顷施用10克硒Na2SeO4，将最终使大部分的英国小麦籽粒的硒含量増加10倍（Martin R，2006）。对作物进行外源硒调控的过程中，适宜浓度的硒溶液可以促进

36、作物的生长发育和干物质累积（别同玉，2010）, 方兴汉等用亚硒酸钠溶液处理茶树表明，低浓度硒(0.050.1 g/g)对茶树生长有促进作用，株鲜重、根鲜重、根干重、着叶数、株高、分枝数及分枝总长度均比对照高，而且低浓度硒促进了茶苗对氮钾吸收和根系次生物质的合成，0.51.00 g g-1的硒浓度则有降低株高、抑制生长的作用（方兴汉，1992）。孙发仁发现对油菜等 6 种蔬菜施硒，抽样测产表明叶菜类增产幅度 8.55%11.6%，果菜类、根菜类蔬菜增产 6.6%9.8%（孙发仁，1999）。别同玉等的研究结果显示，低浓度的硒(0.001g-0.05g/g)可不同程度地促进百合科、十字巧科、豆科

37、、禾本科植物的种子萌发和幼苗生长。可以提高农作物产量.硒可促进水稻生长，结籽率高，以及提高蛋白质、氨基酸、多糖的质量分数（别同玉，2010）。二、实施计划及方案(明确各个环节对培养学生创新能力的具体思路及考核办法)1.试验目的 通过研究微纳米加气灌溉结合外源硒调控对水果型黄瓜营养品质的影响，分析二者协同作用单因素及交互作用对塑料大棚种植的水果型黄瓜营养品质的影响规律，为塑料大棚水果型黄瓜的优质生产提供一定的指导。2.试验设计与方法试验设置6个处理每个处理设置4个重复。作物选用水果型黄瓜，品种为密刺，种植试验在塑料大棚中进行，种植模式采用宽窄行，宽行行距为90cm，窄行行距60cm，株距35cm

38、，滴灌带布设长度为6m.每个小区的面积为3m*6m，试验地总面积为240m2。化肥施用量按照技术手册的推荐施肥量进行施肥。根据技术手册推荐，灌溉时每次施用滴灌专用水溶肥5kg/亩，在瓜期之前每7d灌溉一次，进入瓜期每3d灌溉一次。无机硒肥种类选择亚硒酸钠，施用量根据现有研究结果推荐量设定。其中100%代表总硒肥施入量为1.2 kg/hm2，50%代表0.6 kg/hm2。硒肥的施用频率设置为10d一次。灌水量确定，随机选择三个小区，每个小区埋设3根TRIME管，通过灌水下限控制灌水量。在瓜期之前每5天测量一次土壤含水率，进入瓜期之后每3天测量一次土壤含水率。灌水上限设定为田间持水量的90%。灌

39、水量根据下列公式计算： V=(1-2)wAZ/ 式中：V设计灌水量（m3）；1灌水上限（苗期为田间持水量的90%，瓜期为田间持水量的90%）；2灌水下限（均为田间持水量的70%）；w土壤湿润比，取0.7；A小区面积(m2)；Z计划湿润深度（m），苗期、花期取0.3m；瓜期取0.5m；灌溉水利用系数，取1（试验小区全部由PVC管道供水，认为所引灌溉水全部被利用。）在灌溉施肥的过程中采用水肥一体化技术，每次灌溉都施肥。试验设计详见下表。处理加气与否外源硒肥用量1100%2加气50%30%4100%5不加气50%60%3.试验测试指标及分析在黄瓜收获时期采用称重法测定其小区产量。并在每个小区选择至少

40、10以上具有代表性的黄瓜进行营养品质测试（硒含量、Vc含量、可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸），分析微纳米加气结合外源硒调控对水果型黄瓜营养品质的影响。三、项目实施的基础和条件中国农业大学水利与土木工程学院设有节水灌溉技术设备、水资源与水环境、水土保持、水文等专业实验室，还设有解决本专业领域重大工程问题、专门从事工程设计和技术开发研究的中国农业大学“节水农业工程技术中心”及农业部重点实验室-土壤和水实验室、农业环境工程实验室、土壤-机器-植物实验室和仪器设备完成本研究的部分关键内容。项目申请人李云开教授主持和参与过多项国家和省部级重点科研项目的研究工作，具有丰富的室内和大田试验经验，对本学科国

41、内外发展状况及存在的问题相当了解，具有扎实的基础理论知识和丰富的实践经验。本研究可以利用中国农业大学水问题研究中心“农业节水与水资源实验室”、农业部生物环境重点开放实验室以及中国科学院生态环境研究中心的相关实验室，并已经具备相应的基本实验装置。 四、学生提交的成果（1）撰写相关的文献综述报告（2）详细的试验研究方案、样品测试与方法（3）试验数据集以及试验研究报告项目7：引黄滴灌系统运行关键设备-过滤器性能试验研究李淑芹 副教授项目概况黄河水作为灌溉水源突出的特点是泥沙含量丰富，尤其是细粒泥沙，在内蒙河套灌区其含量占到泥沙总含量的70%-80%，这对引用黄河水进行滴灌构成了很大的挑战，最主要的问

42、题是如何降低对灌水器的堵塞。虽然堵塞的问题是普遍存在的，但是为尽量扩大微灌行业的优势，以达到普遍推广微灌技术的目的，应大力开展水源处理的工作，该工作的核心内容即对水源进行有效并且高效的过滤，经过高效过滤的水源不仅可以用于农田的灌溉，且可以有效的减少灌水器堵塞的概率，对于引黄灌溉具有重大的意义。 在微灌和滴灌中所使用的过滤器大致有水力旋流过滤器、砂石过滤器、网式过滤器和叠片式过滤器等几种。其中叠片过滤器和筛网过滤器以结构简单、维修方便、组装简单、运行可靠以及使用寿命长的特点占据了一定的微灌过滤市场，尤其集中的在中小型农户经营中得到广泛的应用。作为砂石过滤器后的二级过滤设备，其过滤性能以及过滤效果

43、的好坏直接影响了过滤的有效性，且对于首部过滤后的灌溉具有很大的影响。因此对于首部过滤所使用的过滤器进行选型和优化是必要的工作。目前还没有系统的过滤器测试评价体系，对于过滤器的好坏评价标准不统一，且各种过滤器的规格相符程度较低。针对以上问题，本项目拟对引用黄河水进行农田滴灌其系统首部设备过滤器的性能进行优化，包括对现有产品的性能测试和优化后产品性能的测试，及其测试评价，为过滤器的性能测试提供标准统一的评价体系，并为过滤器的优化方向提供思路。二、实施计划及方案(明确各个环节对培养学生创新能力的具体思路及考核办法)1.试验目的通过对不同厂家生产的过滤器进行相关过滤性能的测试，分析清水条件下和含沙水条

44、件下的过滤性能，主要测量过滤器的水头损失以及过滤后的泥沙含量，对比前后得到的数据根据水头损失的大小和泥沙含量的多少确定过滤器性能的评价体系。培养学生样品收集整理能力。2.实验设计与方法试验设置三个不同的变量：第一个变量是过滤器的形式，分两组进行测量，分别测量叠片式过滤器和筛网过滤器的性能指标；第二个变量是水源处理，分为清水和含沙水进行测量，其中含砂水根据不同的沙粒粒径级配进行测量；第三个变量是对于过滤器外壳造型的影响分析，对于有滤芯和无滤芯的过滤器分别进行相关实验的测量，排除过滤器外壳对于试验数据的影响。培养学生的方案设计和实际动手能力。过滤器性能测试基本数据采集表见下表所示，对于每组试验以此

45、表为基础添加试验条件和对比关系，拟定对于不同试验状况和试验条件的具体数据采集方案。3.测定指标（1）过滤效率由过滤之后留下的泥沙重量和加入的总泥沙重量，可以得到含沙水通过过滤器的过滤效率，根据泥沙的粒径组成可以分析过滤器对于粒径级配中的各不同粒径泥沙的过滤效率，过滤效率的公式如下：其中，m为过滤器截留下的泥沙重量，g；m为加入的总泥沙重量，g。（2）过滤精度过滤精度是指过滤器对过滤不同尺寸颗粒污染物的滤除能力。根据工业用过滤器对于过滤精度的定义，即过滤器能够滤除按照重量计的90%的大于某一尺寸的颗粒，改尺寸即为过滤精度。按照以上定义，将本研究中的过滤精度定义为M，筛分过滤器中拦截泥沙，与原始级

46、配对比，得出过滤精度，与原始的D做比较。培养学生分析解决实际问题的能力。3.结果及其分析方法分别测试不同形式的过滤器；不同的水源处理；以及过滤器外壳造型的影响分析，采用压力表对过滤器前后的水头损失进行测量，在过滤器前后设置采样阀门，对过滤前后的水样进行收集，并采用比重瓶法对过滤器前后泥沙含量进行测定，同时使用粒度分析仪对泥沙浓度以及各粒径泥沙含量进行测定，统计所有测试结果进行过滤器性能的评价，并形成完整的评价体系。培养学生数据分析处理能力。三、项目实施的基础和条件中国农业大学水利与土木工程学院设有节水灌溉技术与设备、水资源与环境、水土保持、水文等专业实验室，还设有解决本专业领域重大工程问题、专

47、门从事工程设计和科技开发研究的中国农业大学“节水农业工程技术中心”及农业部重点实验室土壤和水实验室、农业环境实验室、土壤机器植物实验室，且中国农业大学水利与土木工程学院所设置的通州区试验站为试验提供了良好的平台和环境。本实验可以利用中国农业大学通州试验站的相关实验大厅进行试验的开展，已经具备试验所需的基本实验装置和试验环境。四、学生提交的成果1）撰写相关的文献综述报告；2）样品收集整理与测试方法报告；3）实验数据的采集和分析。项目8：猪舍混凝土漏缝地板粗糙度研究雷隽卿 副教授项目概况现代养猪业生产多采用舍内饲养，不同的清粪工艺、环境调控方法，以及猪舍建筑结构、地面做法等对猪的健康、生产性能、舒

48、适性有很大影响。考虑各种地面对猪是否舒适及对猪脚部疾病的影响等有关动物福利和健康问题，许多国家采用各种类型的混凝土漏缝地板，以减少地板表面粪污滞留，同时减少猪舍中的劳力损耗。研究表明，地板材料、式样及其表面的物理特性都与猪趾病变发生率和严重性有关，适宜的缝隙一板条比例、板条宽度以及缝隙宽度来减轻或防止损失损伤；不同材料、不同型号的地板，用于不同猪群。除去地板材料的影响，猪舍内的卫生状况和管理水平、舍内温度和空气流动以及地板的结构、做法及安装都能影响猪的生产性能和腿部疾病。选择猪舍地板通常需要考虑以下因素：（1）安全性，地板不应对猪蹄造成损伤。地板表面既不能太光滑，也不能太粗糙，或是边角锋利，漏

49、缝地板应注意选择缝隙适合猪蹄大小的地板。（2）保洁性，地板应易于清洁，便于粪污处理，受伤的猪蹄在肮脏的地板环境下更容易使病原体积聚。（3）耐用性，正常使用及维护下，地板有足够的使用寿命，从而降低猪舍的建造成本。本项目拟研究不同地板材料、样式（板宽-板缝尺寸）与猪趾病变发生率和严重性的关系，探讨影响地板表面特性（耐用性、磨蚀性、粗糙度）的主要因素，确定猪舍混凝土漏缝地板的主要参数。二、实施计划及方案(明确各个环节对培养学生创新能力的具体思路及考核办法)1 研究内容(1) 国内外猪舍地板类型优缺点分析(2) 影响混凝土地板表面特性（耐用性、磨蚀性、粗糙度）的主要因素2 研究方案(1) 通过查阅文献

50、资料，确定国内外猪舍地板的主要类型及材料，分析总结它们的优缺点；分析猪蹄受伤与地板类型的关系。(2) 分析确定适宜的漏缝地板条宽比、板宽-板缝尺寸。(3) 分析影响混凝土地板表面特性的主要因素。3 对学生的创新能力培养的思路(1) 通过查阅资料与撰写报告，猪舍地板设计的主要要求；(2) 通过对现有研究资料的分析，有利于锻炼学生结合已有专业知识、现有的研究成果，分析实际问题的能力；(3) 培养学生用创新性的方法解决实践中问题的能力。4 考核办法(1) 考查资料查阅的全面性；(2) 阶段性的分析研究进展考查；(3) 分析总结文献资料的基础上，得出客观性的结论。三、项目实施的基础和条件(1) 参与本

51、项目的同学学习过建筑材料、农业设施设计等基础课程；(2) 在教师的指导下，学生能够完成资料查阅和问题分析；(3) 具备计算机等硬件设备。四、学生提交的成果（1）撰写相关的文献综述报告1篇；（2）猪舍漏缝地板研究报告1份。项目9：日光温室主动环境调控方案的构建赵淑梅 副教授项目概况日光温室是我国自主研发的设施类型，随着生产技术不断提高，在最低气温-20 条件下，基本不加温就可以生产喜温果菜，开创了世界高寒地区生产喜温果菜的先例 ADDIN NE.Ref.B8946C56-9B14-4C87-A93A-9A756C2136821。由于其生产性能优越、成本较低，在我国北方地区得到了广泛应用，目前已占

52、全国设施总面积的25% ADDIN NE.Ref.75237EE5-2EC3-459F-AD28-641E17BF9FB62。但是日光温室在实际使用中也出现许多问题，一个较为突出的就是冬季温室内栽培环境依然不够理想。冬季在非加温条件下生产，密闭保温至关重要，但是由此带来的问题就是通风换气很少，室内空气长期处于停滞状态、缺乏扰动，其结果，随着作物光合作用、蒸腾作用的进行，作物冠层会形成境界层，导致温度、湿度、CO2分布不均、以及 CO2浓度不足等问题，严重的会影响作物生长，诱发病虫害发生 ADDIN NE.Ref.603EE3C9-43ED-46F6-AA27-C584D66F31133。解决这

53、些问题的一个很好的方式就是对室内空气进行适当的扰动。研究表明，在一定范围内为作物冠层空间提供的气流，可以改善冠层空间的环境分布，提高温室内CO2的利用率，也可以打破叶面境界层和叶片气孔限制、提升作物的蒸腾速率与光合速率4-5，促进作物冠层CO2的吸收 ADDIN NE.Ref.58CF1EEC-5CC6-4E87-BA60-DD095B3F43F16，抑制病害的发生 ADDIN NE.Ref.58CF1EEC-5CC6-4E87-BA60-DD095B3F43F17，进而提升作物的产量。目前连栋温室、塑料大棚内通常使用循环风机来获得气流，进而改善冠层空气的温度、湿度和CO的空间分布 ADDIN

54、 NE.Ref.A8C57DB9-5A0D-49F8-86F0-0369D9D80DA48，但是在日光温室条件下，其尺寸、形状等原因，随着作物的生长，上部空间变小，当作物生长至最旺盛、最需要气流的时候，往往上部空间所剩不多，很难使用循环风机。鉴于此，本项目将基于前人的研究，尝试探索一种可用于日光温室的管道送风的调控方案，并将其调控原理和效果进行图示化，使其更加直观，为进一步深化设计和研究提供参考。参考文献：1 李天来. 2005. 我国设施园艺发展的方向. 新农业, (05):4-5.2 魏晓明，周长吉，曹楠，盛宝永，陈松云，鲁少尉. 2012. 中国日光温室结构及性能的演变. 江苏农业学报,

55、 (04):855-860.3 段明辉, 杨方, 王润涛, 韩飞，刁磊，夏爽. 2014. 冬季日光温室气流组织研究. 农机化研究, (10):54-57.4 古在丰树, 后藤英司, 富士原和宏. 2007. 最新设施园艺学. 东京：朝仓书店.5 杨振超. 2006. 日光温室内最佳风速指标与CFD模拟博士论文. 杨凌：西北农林科技大学. 6 Shibuya T, Tsuruyama J, Kitaya Y, Kiyota M. 2006. Enhancement of photosynthesis and growth of tomato seedlings by forced ventil

56、ation within the canopy. Scientia Horticulturae, 109(3):218-222.7 Matsuura S, Hoshino S, Kawaguchi T. 2003. Effect of horizontal air flow by circulation fan on the disease incidence, growth and yield of tomato forcing culture in a vinyl house. Bulletin of the Hiroshima Prefectural Agriculture Resear

57、ch Center, (76):11-17.8 Kuroyanagi T. 2016. Current Usage of Air Circulators in Greenhouses in Japan. JARQ-JAPAN AGRICULTURAL RESEARCH QUARTERLY, 50(1):7-12.二、实施计划及方案（明确各个环节对培养学生创新能力的具体思路及考核办法）本项目拟通过以下过程和内容，培养学生基本科研素养和动手能力。1、查阅文献：学习文献检索、阅读、引用等方法。2、文献综述：通过阅读文献掌握前人研究进展、成果、存在的问题，学习文献综述的写法。3、现场调研：通过生产温室

58、现场的调研与实践，了解日光温室的构造特点、生产特点，锻炼现场观察、理论联系实际以及与人沟通能力。4、补充相关专业知识：根据现有基础和研究需要的知识，及时补充学习作物与环境关系、温室传热传质规律以及计算机绘图等方面的知识，锻炼自学能力。5、方案设计：总结前人的研究成果，通过实验的方法对其进行改进，并对其进行必要的测试，最终形成调控系统设计方案，培养创新意识。6、成果表达：通过计算机软件，绘出设计方案图、系统原理及工作效果图，提高工程设计及表达能力。7、成果总结：及时记录和整理研究过程，项目结束时写项目报告，锻炼总结、汇报能力。考核办法：考核采用过程考核方式，内容包括自主工作态度、团队合作精神、文

59、献综述、系统设计方案、方案设计图和效果表现图、项目总结报告。其中以系统设计图、系统原理图为主要成果，项目总结报告为主要考核依据。三、项目实施的基础和条件研究基础：日光温室的主动环境调控技术的研究与开发是国家大宗蔬菜产业技术体系工作任务的一部分，前期已经有研究生对基于管道送风方式的主动调控系统的可行性进行了研究，对系统的设计进行了探讨，为该研究项目的开展提供了很好的基础。实施条件：本人隶属于农业部设施农业工程重点实验室，拥有完备的温度、光照、湿度、CO2浓度等环境测试仪器和设备，为本项目的实施提供了良好的条件；拥有上庄和通州试验基地，大量的日光温室为本项目的现场试验提供了充足的平台。四、学生提交

60、的成果1、主动调控系统设计方案图2、调控系统原理及工作效果图3、总结报告项目10：密度驱动作用下咸淡水融和机理试验研究黄权中 副教授一项目概况农田土壤次生盐渍化和水资源短缺问题是制约我国农业可持续发展的两大关键问题。我国仅西北地区，耕地盐渍化面积就超过五千万亩，占全国耕地盐渍化面积的37.4%。内蒙河套平原是西北最主要农业区，地处内陆，降水少而蒸发量大，历史上土壤盐渍化问题一直是困扰该地区农业发展的重要因素。六十年代扩建后的河套灌区成为我国三大灌区之一，灌溉面积达900万亩，年均引黄水量约为48亿m。灌区内含水构造为封闭的地下水盆地，潜水径流不畅，加之地势平坦，地下水无水平排泄出路；同时又长期