甘蔗收割机刀盘高度自动调节系统模拟试验研究

我国甘蔗种植主要集中在南方丘陵山区,地势起伏大,甘蔗收割机在收割过程中,刀盘不能随着地形变化自动调整高度,无法在合适的位置进行甘蔗切割,造成切割质量差及影响甘蔗第二年发苗和刀具损坏等问题.针对这一现象,设计了一种地面高度检测装置,能够测量出甘蔗垄的相对高度,并利用液压控制系统模拟甘蔗收割机的割台部分,配合检测装置进行了切割刀盘的仿地形自动升降测试.结果表明:地面高度检测装置的最大误差为6mm,采用了该检测装置的刀盘高度自动调节系统误差为9mm,能够满足生产使用的精度要求.     

基于线性调频连续波雷达的甘蔗垄高检测

甘蔗是我国南方的重要经济作物,但种植地多为丘陵山地,蔗垄高度起伏变化大.由于甘蔗掉落茎叶与杂草的遮挡以及部分甘蔗倒伏,超声与普通光电传感器难以准确测量甘蔗垄高,从而无法根据蔗垄高度变化自动调节切割刀盘高度,导致甘蔗机械化收割质量难以保证,影响蔗农经济效益.针对上述问题,设计了一个基于线性调频连续波雷达(LFMCW)的甘蔗垄高实时检测图形用户界面(GUI),对植被覆盖物建立杂波模型,在不同的植被密度、含水率的情况下,测试植被覆盖对甘蔗垄高检测精度的影响.结果表明:该GUI能够在不同的植被参数影响下测量雷达接收天线到蔗垄的距离,当安装天线到垄的距离不低于4 m时,最大测距误差为32.7 mm.     

小麦机械化保护性耕作几点注意事项

秸秆粉碎与翻埋 秸秆粉碎还田机作业时要注意选择拖拉机作业档次和调整留茬高度,粉碎长度不宜超过10cm,严防漏切。玉米秸秆不能撞倒后再粉碎,否则既不能将大部分秸秆粉碎,还会因粉碎还田机工作部件位置过低,刀片打击地面增加负荷,甚至使传动部件损坏。工作部件的离地间隙宜控制在5cm以上。     

平茬措施对云南松苗木生物量分配特征及相对生长关系的影响

【目的】研究平茬后云南松苗木的生物量分配特征及其相对生长关系,为综合分析其平茬后的补偿性生长提供理论基础。【方法】以1年生云南松容器苗为试验材料,设置重度平茬（平茬高度5 cm）、中度平茬（平茬高度10 cm）和轻度平茬（平茬高度15 cm）3个平茬高度处理,以不平茬作为对照,1年后采用全株收获法测定根（主根和侧根）、茎（主干、侧枝、萌条枝）、叶（母株针叶和萌条针叶）生物量,并计算各器官的生物量占比,比较分析各处理不同器官生物量分配的差异及平茬高度与各器官生物量间的相关性;采用异速生长方程分析各器官间生物量的相对生长关系。【结果】 云南松苗木除重度平茬的叶生物量显著（P＜0.05）小于对照外,其余不同平茬高度处理间根、茎、叶、地上部分和单株生物量均无显著差异（P＞0.05）;不同平茬高度处理间根、茎、叶生物量的再分配存在明显差异,表现为随着平茬高度的降低,根生物量更多地分配到主根,茎生物量更多分配到侧枝,叶生物量更多分配到母株针叶。从生物量占比来看,处理间根质比、叶质比存在明显差异,与对照相比,重度平茬可显著提高根质比、降低叶质比（P＜0.05）;随着平茬高度的降低,云南松苗木根质比（16.38%～23.52%）逐渐增加,叶质比（48.12%～40.94%）逐渐减小,茎质比（33.79%～35.54%）的变化较小。相关性分析表明,平茬高度与主根生物量、侧枝生物量呈显著负相关（P＜0.05）,与萌条枝生物量呈显著正相关,与萌条针叶生物量呈极显著正相关（P＜0.01）,即平茬高度的降低有利于主根生物量和侧枝生物量的积累,但会减少萌条枝和萌条针叶生物量。相对生长关系分析表明,重度平茬叶 单株生物量间和轻度平茬地上部分 单株生物量间为异速生长关系;其余的叶-茎、叶-根、茎-根、地上部分-根生物量等的相对生长关系均为等速生长。【结论】平茬通过影响云南松苗木器官间的相对生长关系进而影响生物量在各器官间的分配;平茬高度降低可促进生物量向根分配,减少向叶分配,而对茎生物量分配无显著影响;平茬后的云南松苗木生物量分配策略在一定程度上支持最优分配假说。     

北方胡萝卜的物理力学特性研究

通过北方收获期胡萝卜的田间和实验室测定,采用图像解析和数理统计方法对收获期胡萝卜的几何特性进行分析,得出胡萝卜主要几何特性指标值的变化区间和分布频率;应用软件Design-Expert Version 6.0.10,通过拉伸试验法对收获期胡萝卜根茎结合部抗拉强度、拔取力等力学特性进行测试与分析,得出胡萝卜根茎结合部抗拉强度为(11.77±6.92)105 Pa、最小抗拉力小于60 N,土壤自然状态下最大拔取力为(160±87)N,采用拔取收获方式时的松土位置优化参数组合为:松土深度15→19 cm,松土距离8→13 cm.试验为胡萝卜收获和加工机器系统的开发提供科学依据     

激光控制水田平地打浆机设计与试验

为了满足水稻种植对田面平整度的要求,缩短水田打浆和平地作业间隔时间,提高打浆平地质量和效果,提出了先精准平整再精准打浆的作业方法,设计了平地铲和打浆机构的高程和调平自动调节机构,研制了激光控制水田平地打浆机,集成带自动调平功能的激光平地控制系统,实现了一次进田即完成水田精准平地和打浆作业,且打浆深度可调。利用两台AHRS(Atitude and Heading Referece System)同步测量拖拉机车身和平地打浆机横滚角,GNSS(Global Navigation Satellite System)测量平地打浆机试验过程中的高程变化。在水田进行了手动操作与自动控制两种方式的倾角和高程对比试验,结果表明,平地打浆机在自动控制下高程在平均值的±4 cm范围内变化,手动操作为±11 cm;平地打浆机的横滚角保持在±0.5°,而手动操作时受拖拉机车身横滚角影响最大超过±2.5°,自动控制下平地打浆机的作业质量较手动操作更稳定。水田平地打浆作业结果表明:平地打浆作业后田面最大高度差从作业前的26.4 cm降低到11.5 cm,标准偏差值由4.13 cm下降到2.18 cm,作业后绝对差值小于等于3cm的平整度采样点累计达86%以上;打浆作业深度为14.2cm,相对于设定打浆深度15.0cm标准偏差值为2.46 cm。表明激光控制水田平地打浆机作业后显著改善了田面平整情况,打浆深度精准稳定。     

双天线GNSS 精准平地控制系统试验

【目的】利用双天线GNSS的精准平地系统可以达到提高土地平整度、提高肥料利用率和降低水土流失的目的,可以提高农作物产量、提高平地机在不同地形作业的精度和效率,减少农民的劳动强度。【方法】GNSS精准平地控制系统通过GNSS移动站接收到的GNSS差分站发送的差分信号确定平地铲的高程和姿态角,向控制器发送指令调节电磁换向阀的开闭,通过控制液压油管中流量和流向实现实时精准调节平地铲高程和姿态角的工作目标。【结果】1.平整作业后土地最大高差从平整前的0.245 m高差缩减到0.139 m,平整度显著提升;2.该试验平地铲最大姿态角为1°,即平地铲变化范围小,始终保持平稳;3.试验田平整后记录点到基准平面距离小于2.5 cm的点占总试验田面积60%以上,平地效果良好。【结论】双天线GNSS精准平地控制系统定位精确可以达到厘米级、稳定性高、不受拖拉机行驶速度影响;液压系统响应快速,可以实现根据控制器信号精准调节平地铲高程和姿态角;系统整体设计合理,平地效果达到精准平地要求。     

矮化中间砧短枝富士苹果高纺锤树形冠层结构与光能截获的三维模拟

【目的】建立苹果冠层结构的三维虚拟植物模型,为精确、量化评价果树冠层空间结构及光截获提供方法指导,为果树树形选择及优化提供理论依据。【方法】以14年生矮化中间砧高纺锤形富士（西府海棠/M26/礼泉短富）为试材,以田间树体数字化测定为基础,获取枝叶特定形态参数,利用计算机模拟重建三维虚拟植物。借助虚拟植物模型进行虚拟试验,定量研究冠层结构、光截获和果实的空间分布。【结果】确定了树体枝叶间异速生长关系：枝（梢）长度分别与枝（梢）叶片数量和枝（梢）的总叶面积、叶片长度分别与叶柄长度和叶片宽度、叶片长度的平方与叶面积间均呈显著线性关系。结合三维数字化技术与枝叶间异速生长关系,构建了苹果冠层三维虚拟植物模型,结果表明：叶片数量及叶片面积模拟值与实测值间决定系数分别为0.92和0.95,均方根误差分别为1.18和31.5 cm²,相对误差分别为7.15%和5.86%。模型精度可满足冠层结构与光截获评价要求;模型可量化模拟各类枝梢及整体冠层叶面积、体积、光照射叶片面积、冠层或枝（梢）叶片被光线照射到的照射叶面积与总叶面积比值（STAR）、郁闭度、叶面积密度相对方差（ξ）及STAR值的日动态变化。矮化中间砧高纺锤树形枝（梢）主要分布于冠层高度0.5-2.5 m和距树干水平距离20-80 cm空间范围内,占总枝梢叶面积比例74.88%。整体冠层体积、郁闭度分比为4.47 m³、44.62%;营养短枝（梢）、营养长枝（梢）及果台副梢分别占树体体积的69.73%、43.50%和41.26%,三者郁闭度分别为60.77%、54.12%和83.15%,平均STAR值分别为0.10、0.23和0.13;各类枝（梢）STAR值空间分布规律明显,随冠层高度及距树干水平距离增大而逐渐增加。果实主要分布于冠层高度0.5-2.0 m和距树干水平距离20-60 cm空间区域;单位面积产量4.1×10⁴ kg/667 m²;冠层适宜的营养短枝（梢）、营养长枝（梢）、果台副梢叶面积比例为69.70%-73.13%﹕11.25%-15.18%﹕11.16%-14.27%,适宜STAR值分别为0.08、0.14和0.11。整体冠层、营养短枝（梢）和果台副梢的STAR值日变化曲线近似于双峰曲线,营养长枝（梢）STAR值日变化为单峰曲线;各类枝（梢）STAR值皆与果台副梢数量呈显著负相关关系,与果实可溶性固形物、单果重及横径呈显著正相关关系。【结论】三维虚拟植物模型可用于果树冠层结构及光截获的精准量化评价,STAR值可量化评价冠层光截获效率。     

水分亏缺对玉米根毛区皮层解剖结构的影响

【目的】从解剖学角度探讨水分亏缺对苗期和拔节期玉米根毛区皮层结构的影响,为玉米抗旱机理研究提供参考。【方法】以有一定抗旱能力的高农901玉米种子为试材,采用盆栽试验,在苗期和拔节期分别设正常供水(CK)、轻度水分亏缺(LS)、中度水分亏缺(MS)和重度水分亏缺(SS)4个处理,使其土壤含水量分别达到田间最大持水量的75%～85%,65%～75%,55%～65%,45%～55%,处理结束后,分别取玉米根毛区(距离根尖端10cm)的根系样品制作半薄切片,常规甲苯胺蓝染色、番红-固绿和苯胺蓝荧光染色后,用Olympus BX51显微镜观察皮层细胞以及内皮层马蹄形加厚的变化情况,用image pro plus 6.0计算皮层厚度及内皮层细胞的长度和高度。【结果】随着水分亏缺程度的加剧,苗期和拔节期根毛区皮层厚度逐渐减少,皮层薄壁细胞减小变形,排列不规则;苗期和拔节期各水分亏缺处理的内皮层细胞长度和高度均逐渐减小,且在苗期时表现较为明显。荧光观察结果显示,苗期只有轻度水分亏缺处理的内皮层细胞两侧的马蹄形加厚程度较明显;拔节期轻度、中度水分亏缺处理的内皮层细胞出现了不同程度的马蹄形加厚,且在内切向壁上也出现了明显加厚,拔节期重度水分亏缺处理玉米内皮层细胞的加厚程度较小,且细胞发生了明显变形。【结论】苗期玉米对水分亏缺的反应比拔节期敏感;适度水分亏缺条件下,玉米通过缩减皮层厚度,增加内皮层木质化、栓质化程度,降低水分在根部径向运输的阻力,阻止根中水分的流失,使细胞保持基本形状,从而在一定程度上增强了对干旱环境的适应性。     

灌水器间距对涌泉根灌双点源交汇入渗水氮运移特性影响研究

为研究不同灌水器间距对湿润体特性及水氮运移规律的影响,优化涌泉根灌灌水器相关技术要素,在西北农林科技大学远志山试验站进行了双点源交汇入渗试验。试验设置3个灌水器间距水平（40、50、60 cm）,肥液质量浓度为10 g·L^-1,涌泉根灌灌水器流量为5 L·h^-1,探究不同灌水器间距对涌泉根灌肥液交汇入渗特性及湿润锋运移规律、土壤水分、铵态氮（NH{}_{\mathrm{4}}^{+}-N）和硝态氮（NO{}_{\mathrm{3}}^{-}-N）分布特性的影响。结果表明,涌泉根灌不同条件下,自由入渗和交汇入渗累积入渗量、增渗量以及不同方向湿润锋运移距离均与灌水器间距呈正比例幂函数关系（R²>0.9,P<0.01）;灌水器间距越大,交汇面向上、向下湿润锋运移距离越小（P<0.05）;交汇入渗侧土壤含水率降低幅度小于自由入渗侧,灌水器间距越大,交汇面湿润程度越低（P<0.05）;自由入渗条件下,距灌水器出水口距离越大,NH{}_{\mathrm{4}}^{+}-N含量降低越显著（P<0.05）,而交汇入渗侧NH{}_{\mathrm{4}}^{+}-N含量降低幅度小于自由入渗侧;NO{}_{\mathrm{3}}^{-}-N含量在不同时刻、不同位置有较大差异,灌水结束后,湿润区表层土壤NO{}_{\mathrm{3}}^{-}-N含量略有降低,水分分布时间越长,不同土层深度处的NO{}_{\mathrm{3}}^{-}-N含量越高（P<0.05）。建立了涌泉根灌交汇入渗累积入渗量、湿润锋运移距离随时间和灌水器间距变化的数学模型,其中模型参数K、a与灌水器间距呈幂函数关系变化,K值随间距的增加而减小,a值随间距的增加而增大;建立了土壤含水率、土壤NH{}_{\mathrm{4}}^{+}-N及NO{}_{\mathrm{3}}^{-}-N含量与灌水器距离之间的关系模型,并对入渗土体任一点至灌水器中心距离r处土壤含水率、NH{}_{\mathrm{4}}^{+}-N及NO{}_{\mathrm{3}}^{-}-N含量进行了定量估算,估算结果偏差在±10%以内。研究结果为涌泉根灌节水灌溉技术的进一步完善奠定了科学基础。