不同生长期小麦茎秆力学性质与形态特性的相关性（简报）

为了研究小麦茎秆生物力学性质指标与小麦优种特性的相关性,以正在优种选育过程中的4个北方小麦品种为研究对象,试验测定了开花期、乳熟期及蜡熟期茎秆基部第二节间的惯性矩、拉伸强度、弯曲强度、剪切强度、弹性模量、抗弯刚度等生物力学指标及小麦形态、生理特性指标值;应用SAS软件进行相关性分析,筛选出了开花期主要生物力学评价指标为弯曲强度,乳熟期为抗弯刚度.并且确定了与相应生物力学相关度较大的形态、生理特性指标,开花期为:外径、茎秆干质量、株高、节间距、含水率、壁厚、穗质量;乳熟期为穗质量、外径、株高、叶鞘高、茎秆干质量.并且随着生长期的不同,相关度也不同,尤其是与含水率的相关度逐渐减小.该研究为建立生物力学指标评价体系提供了选择依据.     

不同产量水平下小麦倒伏与茎秆力学特性的关系

为探讨晋中晚熟冬麦区高产与倒伏的矛盾,研究小麦基部茎节形态结构与抗倒力学的关系,该文采用SAN-CMT6104微机控制电子万能材料测试仪,对大田不同产量水平及倒伏程度下的小麦基部第2茎节进行了弯折力、惯性矩、弹性模量、抗弯刚度和弯曲强度等生物力学指标的测定。结果表明：不同产量水平随基本苗的过量增加,拔节期最高分蘖峰值的增加,群体倒伏时间提早,面积加大。虽然成穗数差异不大,但穗粒数降低,特别是千粒质量明显降低,产量递减。表明受该地区自然条件与种植制度的制约,合理的基本苗（450万/hm2左右）,通过返青后适期适量的水肥调控,保持稳健的最高分蘖数是关系高产不倒的两个重要的群体临界指标。研究明确了倒伏与基部第2茎节形态结构、株高、节间距与力学指标弯折力、惯性矩、弹性模量、抗弯刚度、弯曲强度都呈负相关。而茎秆干质量、茎秆外径、壁厚与弯折力、惯性矩、弹性模量、抗弯刚度、弯曲强度都呈正相关。说明随着基本苗的过量增加与拔节最高茎蘖数的增加,基部茎秆力学负荷降低,就会发生倒伏。研究筛选出与茎节抗倒、群体质量、植株形态结构以及产量结构关系密切的两个力学指标,即“弯曲强度”与“弹性模量”,可作为抗倒育种或株型育种以及高产群体架构设计的参考指标。     

作物茎秆生物力学性质与形态特性相关性研究

为了应用生物力学性质指标对茎秆作物进行评价,进而指导作物优种筛选和选育,该文以北方优种选育的高粱、玉米、大豆、谷子等作物为研究对象,试验测试了作物的株高、节间距、含水率、茎秆干质量等形态特性指标,和茎秆各节间的弯曲强度、弹性模量、抗弯刚度、惯性矩等生物力学性质指标,并从宏观力学层面分析了生物力学性质指标沿高度的变化趋势,针对各生物力学性质指标及试验结果进行了力学机理分析,利用SAS分析软件对形态特性指标与生物力学性质指标进行了相关性分析.结果表明:不同作物形态指标与茎秆生物力学性质指标相关度不同,形态指标多数都与弯曲强度或弹性模量相关,并在此基础上确定了与力学指标相关度较大的形态特性指标.为应用生物力学方法评价作物抗倒伏及茎秆优势性状等优种特性奠定了基础.     

磷钾肥配施对小麦茎秆力学特性的影响

为了对小麦精准施肥,提高小麦的抗倒伏能力,该文以郑麦9023为研究对象,磷钾肥配施共6个处理,分别在小麦拔节期、孕穗期、扬花期、灌浆期、成熟期等5个生长期,利用非金属材料万能试验机,对去鞘茎秆作3点弯曲试验,测试茎秆基部第2节间的弯曲强度和抗弯刚度。分析结果表明：施用钾肥,可显著提高茎秆基部第2节间的弯曲强度和抗弯刚度。研究结果可为小麦的高产栽培、抗倒伏研究提供参考依据。     

小麦茎秆抗弯性能研究

该文以小麦茎为研究对象，建立了有限元计算模型。通过非线性屈曲分析，发现通过改变几何或者物理参数能够模拟出小麦茎不同的失稳形式，其中最明显的影响因素为壁厚和横、纵向弹性模量比。以此为参考，对两个生长期的小麦茎进行四点弯曲试验，研究不同节位茎的抗弯能力，曲率与惯性矩之间的关系和失稳模式。研究表明Brazier屈曲是小麦茎失稳的主要原因。从开花期到成熟期茎抗弯刚度下降，发生Brazier屈曲的几率增加。     

作物茎秆抗倒伏的力学分析及综合评价探讨

建立了农作物茎秆的力学模型,利用力学理论和方法,给出了农作物茎秆临界力的具体表达式,该表达式对于多种农作物例如:玉米、水稻、小麦、谷物等都是适用的。根据该表达式,可对农作物的抗倒伏能力进行综合评价,临界力越大,抗倒伏能力越强。临界力可以作为农作物抗倒伏能力评价的通用指标。对于同一种作物品种,种植密度不同,或肥力不同,其抗倒伏能力不同,茎秆系数越小,抗倒伏能力越强。茎秆系数可作为同一品种作物间,抗倒伏能力的评价指标。文中给出了农作物倒伏与茎秆各物理量之间的关系,为作物抗倒品种的选育、收获机械的设计、桔秆的综合利用提供参考。     

纵向载荷下作物茎秆"挠曲线"的变化特征测试与分析

摘要：以"非完善压杆"为作物茎秆的力学模型,应用力学理论,分析了纵向载荷下茎秆挠度与影响作物茎杆倒伏的各种因素间的关系。用简易测量装置对3个不同品种的小麦茎秆在不同纵向载荷下的"挠曲线"进行了测量。通过对相关测试数据的科学分析表明,作物茎秆"挠曲线"的形状变化是诸多因素作用的结果,"挠曲线"的坐标物理意义明晰、测量方便、操作简单,可用来评价作物抗倒性。并从理论和试验两方面证明了其评价作物抗倒性的合理性。该研究可为抗倒伏研究和相关农业机械的设计提供参考。     

新育牧草茎秆收获期力学特性与显微结构

为分析缠结牧草茎秆力学性能与显微结构的相互关系,进而指导牧草品种优育和设计开发新机具、新工艺提供理论依据,该文以2种新育品系低纤维苜蓿、直立型小冠花和对照品种甘农三号苜蓿、匍匐型小冠花结荚期底部茎秆为研究对象,在500 N微机控制电子万能试验机上测试了茎秆的拉伸和剪切应力-应变规律;试验观察了茎秆的微观组织结构,得到了茎秆扫描电镜下的解剖构造图像。研究表明：牧草茎秆是一种典型的多相、筛状、不连续、不均匀和各向异性的复合材料;同一品系不同品种牧草茎秆生物力学特性不同,其强度和刚度主要取决于各自机械组织的厚度、维管束的数量以及各组织及其细胞之间的连接形式和连接强度。4种牧草结荚期拉伸试验测得平均弹性模量分别是1427.3、673.0、1377.5、441.7 Mpa;30°滑切试验测得平均最大剪切力分别是96.24、60.9、124.1、84.4 N,2种新品系牧草结荚期茎秆均比对照品种刚度大,柔韧性小,需剪切力小,更易机械化收获。     

植株氮营养状况与冬小麦倒伏的关系

【目的】 研究不同施氮量下的植株氮素营养状况与小麦倒伏的内在联系,揭示施氮影响小麦倒伏的机制。 【方法】 以豫麦49-198和周麦16两个品种为试材,在河南省禹州市布置了田间试验。设0、120、180、240、360 kg/hm2 5个氮肥用量处理,于返青、拔节和开花期测定小麦植株含氮量,收获期调查倒伏情况,测定小麦植株茎秆性状和籽粒产量,并对小麦倒伏与植株氮素营养指标进行相关性分析。 【结果】 随氮肥用量增加,周麦16、豫麦49-198小麦倒伏率和倒伏指数都呈上升趋势,当两个品种小麦的施氮量分别达到180 kg/hm2和240 kg/hm2 时,继续增加施氮量,两个品种的倒伏率和倒伏指数增加不显著,豫麦49-198最高倒伏率为61.8%,周麦16为23.3%;随氮肥用量增加,两品种小麦株高、茎长、穗长、基部节间长度,以及返青、拔节、开花期植株氮浓度和茎基部硝酸盐含量也呈增加趋势。豫麦49-198倒伏率和倒伏指数及茎秆参数均高于周麦16。倒伏后,随着氮肥用量增加,豫麦49-198和周麦16千粒重及产量下降幅度逐渐增加,千粒重平均降幅分别为11.3%和6.3%。相关分析显示,豫麦49-198和周麦16倒伏率都与小麦株高、穗长和基部节间长度呈极显著正相关;两个品种小麦不同生育期整株、茎鞘和根系氮浓度以及茎基部硝酸盐含量均与小麦倒伏率呈显著正相关。 【结论】 施氮量超过180 kg/hm2时,倒伏导致小麦千粒重和产量下降幅度加大,且倒伏所造成的减产负效应大于氮肥的增产作用。因此,应控制施氮量以确保小麦高产稳产。      

小麦氮素营养与籽粒灌浆期氮素转移的研究进展

对小麦氮素营养与籽粒灌浆期氮素转移研究进展进行了综述。过去进行的大量研究结果表明,小麦籽粒最终累积的氮素有相当一部分来自于灌浆期间营养器官中氮素的再转移,来自营养器官氮(内源氮)与土壤中新吸收氮(外源氮)的比例基本上是1:2。因此,花后营养器官氮素营养水平是决定小麦籽粒产量、籽粒中氮素累积量和蛋白质含量的一个重要因素。灌浆期间营养器官氮素向籽粒发生转移的同时,常常伴随着叶片光合性能的下降和叶片的衰老。不同基因型品种在灌浆期的氮素转移程度不同,表现为随品种演替,旗叶、茎秆和叶鞘中氮素的输出率增加,而转移氮对籽粒氮的贡献率却下降。氮收获指数(NHI)可以描述植物向籽粒分配氮的能力,是衡量作物对氮利用效率的指标。氮收获指数存在显著的基因型差异,虽然现代小麦品种吸氮量高于古老品种,但氮收获指数在现代和古老小麦品种间的差异因不同研究者而异,有的认为现代品种高于古老品种,但也有人认为与年代无关;小麦氮收获指数一般在0.55～0.80之间,很少超过0.8。过去对小麦籽粒灌浆期间的氮素转移虽然进行了大量研究工作,取得了许多重要进展,但仍有许多问题需要进一步深入研究,如根冠关系和灌浆过程中氮素转移的相互关系,田间个体和群体调控及不同高产栽培模式下灌浆过程中氮素转移的     

推迟灌拔节水条件下种植模式对冬小麦抗倒伏特性和产量的影响

华北平原冬小麦在粮食生产中占据重要地位,受到灌溉用水短缺影响以及生育后期易倒伏减产的制约,冬小麦供需矛盾日益突出。该研究探究了推迟灌拔节水条件下不同种植模式对冬小麦抗倒伏特性的影响,设置宽幅精播(W)与常规种植(C)2种种植模式,每种种植模式设置灌拔节水60 mm(I1)和推迟10 d灌拔节水60 mm(I2)2种灌溉处理,研究冬小麦关键生育期茎秆物理指标,倒数第2节间茎杆力学、抗倒伏指数、蠕变变形量、产量及其组成等指标,探究冬小麦抗倒伏特性综合调优的种植模式和灌溉制度。结果表明,宽幅精播模式下推迟灌拔节水对抽穗期倒数第2节间茎杆抗折力有显著提升的趋势,显著提高了抗弯刚度,显著降低了蜡熟期倒数第2节间茎杆抗折力和抗弯刚度,以及植株蜡熟期鲜质量;宽幅精播模式下推迟灌拔节水显著提高了抽穗期抗倒伏指数,并提升了灌浆期抗倒伏指数,该处理在抽穗期、灌浆期和蜡熟期的抗倒伏指数平均值分别为2.03、1.58和1.87 N/(m·g)。冬小麦倒数第2节间茎杆在施加小于其极限抗折力的不同比例荷载时具有蠕变特性,宽幅精播模式下推迟灌拔节水茎杆蠕变极值平均值在抽穗期最大,灌浆期表现仍然较好,均由减速蠕变过渡到稳定蠕变阶段,蠕变极值范围介于0.6%～3.7%,蠕变极值平均值介于0.7%～2.5%。综合考虑抗倒伏指数和蠕变试验结果,冬小麦在宽幅精播模式下结合推迟10 d灌拔节水处理的抗倒伏特性最优。研究结果可为华北平原冬小麦节水高产提供理论依据和技术支持。     

氮肥和品种及种植密度对春玉米机械化收获性状及产量的影响

机械化收获是提高农业生产效率的重要措施，但机械化收获受倒伏、籽粒脱水特性和收获籽粒含水率等的影响。为探讨春玉米形态结构与抗倒伏性之间的关系、籽粒脱水进程和收获籽粒含水率对品种、施氮量和种植密度的响应，该研究以先玉335和陕单609为试验材料，设置0、180和225 kg/hm² 三个氮肥水平、6.5×10⁴和8.5×10⁴ 株/hm² 两个种植密度，通过2 a大田试验研究品种、种植密度和氮肥对株高、茎粗、穗位系数、抗折强度、弯曲力矩、倒伏系数、灌浆末期籽粒脱水速率、收获籽粒含水率、产量和生物量等的影响。结果表明：不施氮条件下，株高和茎粗对倒伏系数影响较大；施氮条件下，倒伏系数主要受弯曲力矩、抗折强度和株高影响。施氮显著降低陕单609的倒伏系数（P<0.05），施氮处理下陕单609的株高和茎粗较不施氮处理分别增加8%～21%和26%～45%，抗折强度和弯曲力矩分别增加157%～277%和72%～114%，倒伏系数降低30%～47%。施氮可降低籽粒脱水速率，推迟脱水进程，显著增加收获籽粒含水率（P<0.05）。施氮处理籽粒含水率较不施氮处理提高7%～9%。高密度处理收获籽粒含水率比低密度处理低3%（P<0.05）。先玉335的籽粒脱水速率快，收获籽粒含水率比陕单609低7%（P<0.05）。与不施氮处理相比，施氮处理产量和生物量分别显著提高92%和63%（P<0.05）。与低密度处理相比，高密度处理产量显著增加12%（P<0.05）。综上所述，春玉米的倒伏性、灌浆后期籽粒脱水速率及收获籽粒含水率受品种特性影响，也受施肥、栽培措施和气候条件的显著影响。选育籽粒脱水快的品种、适当增加种植密度并合理统筹氮肥施用量可以提高春玉米机械化收获适宜性。     

旱涝交替胁迫增强水稻抗倒伏性能

茎倒伏是水稻减产的重要影响因素。本文采用小区试验,分析了旱涝交替胁迫下旱后浅蓄（T1）、旱后深蓄（T2）与目前常用的浅水勤灌（CK,对照）模式下,水稻茎秆生长指标和抗倒伏指标的差异,并结合水稻茎秆的细观特征,对水稻抗倒伏能力的影响机制进行了探讨。结果表明,与对照相比,适宜的旱涝交替胁迫处理（T1）基部节间长度降低,茎粗、茎杆截面面积增加,但差异不显著;茎杆的抗弯截面模量和累积破坏能量分别增加12.4%和9.4%,差异达到显著水平;茎杆壁厚、维管束数量、维管束面积增加,维管束细胞趋于密实,使得茎杆的抗折力增加,倒伏指数下降。但旱后淹水深度过深（T2）,水稻抗倒伏指标下降。地上部分鲜重增加是 T2处理倒伏指数增加的主要原因。上述情况表明,适宜的干旱胁迫能够拮抗淹水胁迫造成的抗倒伏能力下降,提高后期抗倒伏能力。现有节水模式下适当加大雨后蓄水深度不会增加倒伏风险。     

旱直播提高南方旱稻产量及抗倒伏性状

为探究南方稻区旱直播对旱稻茎秆倒伏能力及产量的影响,本试验以旱稻品种旱优73和沪优2号为材料,进行不同直播方式大田晚稻试验,共设置3个处理:旱直播(DDS)、湿直播(WDS)和淹水直播(FDS),系统比较3种直播方式下旱稻的产量、产量构成及抗倒伏特性。结果表明,与WDS和FDS相比,DDS可提高旱稻供试品种的出苗率,增幅为6.57%~23.29%,且处理间差异达显著水平(P<0.05)。同时,DDS有利于提高供试品种旱稻产量,两品种增产幅度为7.89%~22.21%,其中沪优2号产量较旱优73增加3.87%。从产量构成因素分析,产量的提高主要得益于单位面积有效穗数的提高。此外,DDS有利于提高供试品种茎秆抗折力和秆型指数,降低弯曲力矩与倒伏指数,株高与基部节间较短,有利于茎秆粗壮和增加茎壁厚度。茎粗、壁厚和秆型指数与抗折力呈显著或极显著正相关,与倒伏指数呈极显著负相关。株高和弯曲力矩与抗折力呈极显著负相关,与倒伏指数呈极显著正相关。上述结果表明,采用DDS种植方式不仅有利于提高旱稻产量,而且可明显提高植株抗倒伏能力,降低倒伏风险,可在生产中推广使用。本研究结果为南方稻区旱稻品种直播高产稳产栽培提供了理论依据。     

玉米不同耐密植品种茎秆穿刺强度的变化特征

以耐密抗倒性不同的品种（稀植大穗品种JK 518和JK 519、耐密抗倒品种XY335和CS 1;中等耐密品种ND 108）为材料,设5个密度处理,研究玉米茎秆的穿刺强度（RPS）的变化特点及其对群体种植密度的响应。结果表明玉米茎秆穿刺强度随生育期递进而增强,不同耐密性品种间随种植密度变化有较大差异。茎秆基部节间的穿刺强度随群体密度增加呈线性递减。茎秆节间RPS随着节位的上升而呈二次函数递减;不同耐密性品种间RPS以抽雄-吐丝期差异明显,以穗位以下节间,尤其第3～6节间表现差异较大。玉米抽雄前茎壁增厚早、     

甘蔗茎在弯曲荷载下的破坏

研究甘蔗的物理力学特性对研究甘蔗切割过程、设计刀片具有重要意义。该文采用三点弯曲方法研究甘蔗茎在弯曲荷载下的力学特性。以“桂林—1号”甘蔗为试验材料,在日本SHIMADZU公司生产的AG-I 50 AUTOGRAPH材料力学试验机上进行了蔗茎的弯曲试验。试验结果表明：蔗茎在弯曲荷载下主要有4种破坏形式：中性层裂纹、横向裂纹、底部纵向裂纹、不规则裂纹。其中基部和尾部试样以横向裂纹为主,其他部位的试样产生中性层裂纹;“桂林-1号”甘蔗基部弹性模量的平均值为1172 N/mm²,最大抗弯强度的平均值为46.5 N/mm²;基部去掉蔗皮后,弹性模量的平均值为1514.8 N/mm²,最大抗弯强度的平均值为42 N/mm²;蔗茎基部的弹性模量在剥皮前后有显著差异,且基部蔗芯的弹性模量明显高于未剥蔗皮基部的弹性模量。蔗茎基部的抗弯强度在剥皮前后无显著差异。     

工业大麻茎秆力学模型的试验分析

为了促进工业大麻产业的快速发展,为大麻收获机械的研究与设计提供物料的机械性能参数指标,作为收获机具的研究依据,该文通过综合利用复合材料力学的基础知识对工业大麻茎秆的机械物理模型进行假定,再利用 WDW-10万能试验机对工业大麻茎秆各组成部分分别进行轴向拉伸、轴向和径向压缩、径向弯曲等力学性能的试验,从而获得工业大麻茎秆的力学性能数据,再通过复合材料理论的基础知识进行综合分析与计算,获得工业大麻茎秆力学模型的性能参数,最后通过比较分析得出假定的数学模型基本可靠。通过试验得到的木质部轴向弹性模量为1343.5 MPa,韧皮层径向弹性模量为3607.5 MPa,茎秆的轴向弹性模量为1743.50 MPa,茎秆的径向压缩弹性模量为88 MPa,木质部异性面弯剪模量为33.52 MPa,茎秆异性面弯剪模量为31.99 MPa,木质部、韧皮层、茎秆的同性面泊松比为0.3。通过试验数据可以看出,大麻茎秆的各组成部分具有优异的机械性能,其中韧皮纤维的机械性能尤其突出。试验结果表明,工业大麻茎秆径向结构符合复合材料的特性。通过测量工业大麻的力学性能参数,可为优化工业大麻收获机具的强度与刚度提供参考,使机具在收获过程中的功耗最少、割茬质量最高。