农田残膜压缩成型的参数优化

针对机械回收后农田残膜集条(堆)质地松散、储运本成本高,为残膜二次回收利用带来巨大困难的问题,采用多因素正交试验方法,以残膜成型块松弛比和比能耗为试验指标,压缩力、保压时间、含土率和含水率为影响因子,对影响残膜压缩成型各因素及其影响规律进行研究,建立并分析了各影响因素与残膜成型块松弛比和比能耗的回归模型。试验结果表明:影响残膜成型块松弛比的主次参数依次为:压缩力含土率保压时间含水率;影响残膜压缩过程比能耗的主次参数依次为:压缩力保压时间,含土率和含水率对残膜压缩比能耗影响不显著。残膜压缩成型作业最优参数取值为:压缩力13.3 MPa、保压时间25 s、含土率53.9%、含水率16.7%,可得到残膜成型块松弛比为1.321,比能耗为26.92 J/g。研究结果可对后续农田残膜压包成型机具的设计及作业参数优化提供理论依据。     

生物炭基肥离散元模型参数标定与试验

生物炭基肥料是近年来新兴的一种农业投入品，然而生物炭基肥料还田施用的机械化程度尚属较低水平。为促进生物炭基肥料机械化还田的理论和实践发展，寻求最优生物炭基肥离散元模型接触参数组合，指导生物炭及炭基肥料还田机械的设计和试制，提出了一种真实试验与仿真试验结合的方法，对生物炭基肥颗粒数学模型开展研究，验证数值方法的适用性和准确性。以生物炭颗粒堆积角的实际测量值为目标值，通过物料特性研究了创建法向力、切向力和附着力接触模型，利用离散元仿真软件ESSS Rocky DEM对生物炭基肥颗粒离散元参数进行标定，设计Placket-Burman试验获取对堆积角有显著影响的参数，通过最陡爬坡试验得到显著因素参数区间，最后通过Box-Behnken试验优化参数组合。结果表明：生物炭基肥料颗粒粒径占比2mm为35%,3 mm颗粒占比为42%,4 mm颗粒占比为23%，颗粒平均含水率为5%，测得炭颗粒堆积角实际值为23.65°；对炭基肥颗粒接触参数有显著影响的因素为炭—炭滚动摩擦系数、炭颗粒表面能JKR以及炭—钢滚动摩擦系数，最优化参数组合为炭—炭滚动摩擦系数0.36、炭颗粒表面能0.30、炭-钢滚动摩擦系数...     

基于焦油作为黏结剂的玉米秸秆炭成型工艺研究

为研究玉米秸秆炭成型过程中各参数之间的交互作用,获得最佳工艺参数,该文采用三因素的响应面试验设计研究了混料水分(15%～35%)、成型压力(7～10 k N)、焦油添加量(0～10%)3个参数对成型玉米秸秆炭的抗压强度、松弛密度以及比能耗3个成型指标的影响,建立了响应面模型,获得了最佳工艺参数,并对优化后的试验参数进行了试验验证。结果表明:在选取试验参数范围内,混料水分、成型压力、焦油添加量均会对技术指标产生较大影响;最优的工艺参数组合为混料水分35%、焦油添加量9.87%、成型压力10 kN,在该参数组合下的验证试验结果为抗压强度13 300.57 N、松弛密度701.52 kg/m~3、比能耗0.25 kJ/kg。本研究为成型炭新能源产品的开发提供了理论依据。     

柱状生物炭基肥成型机的设计与试验

生物炭基肥将生物炭和普通化肥有机地结合起来,具有化肥利用率高、可以改良土壤、减少化肥使用次数和数量、污染环境程度低等优点,已成为研究热点。针对当前生物炭基肥成型设备生产效率低、成型率低,生产出的成型颗粒抗压能力小、合格率不高的问题,研制了一种基于螺杆挤压成型原理的柱状生物炭基肥成型机,并确定了挤压装置、成型装置、切粒装置等零部件的主要结构参数。为探究机器运行参数对成型效果的影响,并选出最佳运行参数组合,安排了单因素试验和正交试验。单因素试验结果表明:合格率的大小与螺杆转速和切粒轴转速匹配程度好坏有关;螺杆转速、切粒轴转速、孔板开孔率的增大,均可使产量增加;切粒轴转速对硬度影响不大,螺杆转速和孔板开孔率的增大可使硬度减小。正交试验结果表明:对于合格率,螺杆转速与切粒轴转速的交互作用和切粒轴转速影响极显著,螺杆转速影响显著;对于产量,螺杆转速影响极显著,孔板开孔率和切粒轴转速影响显著;对于硬度,螺杆转速和孔板开孔率影响极显著。对试验结果进行极差分析,并采用综合平衡法,确定了成型试验的最佳参数组合:螺杆转速为45r·min~(-1),切粒轴转速为185r·min~(-1),孔板开孔率为10%。该条件下的合格率为86%、产量为32.27kg·h~(-1)、硬度为2.56kg。并以正交试验获得的最佳运行参数为试验条件,进行了成型机性能试验。性能试验结果表明:颗粒的成型率为96.2%,颗粒的密度为0.92g·cm-3,颗粒的含水率为1.61%。本文研制的柱状生物炭基肥成型机,与常用的生物炭基肥成型设备相比有优势,且成型性能好,生产的成型颗粒符合相关标准中的成型要求,可为生物炭基肥的成型设备和成型工艺的发展提供技术支持。     

生物炭挤压成型机的设计与试验

利用螺旋挤压成型原理,设计一种农作物秸秆生物炭挤压成型机。通过对螺旋喂料器、螺杆、成型出口等关键部件的分析计算,确定螺旋喂料器、螺杆、保型筒等关键部件和机构的运动参数和结构参数,并试制样机。以农作物秸秆生物炭为试验材料,以不同螺杆类型、不同含水率和粘结剂添加量为试验因素,采用抗压强度和抗跌碎性为评价指标,设计正交试验,对该挤压成型机性能进行试验。结果表明,当采用等距不等深螺杆、粘结剂添加量为25%左右、含水率为35%左右时,样机的生产率为215kg/h,成型样品的密度为1.06g/cm~3,抗压强度为0.16 MPa,抗跌碎性为98.23%,各项指标满足生物炭成型标准或设计要求。     

玉米秸秆生物炭压制成型特性研究

制取生物炭是农作物秸秆资源化利用的途径之一。秸秆生物炭松散,不便于处理、运输和储存,压制成型是提高生物炭容重的有效措施。为确定生物炭压制成型较优的原料含水率、成型压力、保压时间等工艺参数,以玉米秸秆烧制的生物炭为原料,利用与WDW-200型微机控制电子液压万能试验机配套的压制成型试验装置,以压制后生物炭块的抗破坏强度和尺寸稳定性为成型质量检测指标,通过单因素试验分别研究各因素对生物炭压制成型特性的影响及其较优范围。根据预试验,确定试验生物炭原料含水率分别为12%,14%,16%,18%,20%,22%,24%,成型压力分别为30,40,50,60,70,80,90MPa,保压时间分别为2,5,8,11,14,17,20s。对某一因素进行试验时,将另外两个因素设定在预试验及前一因素试验的较优水平。压制成型后密封保存72h,测定生物炭成型块的尺寸稳定性,并利用压力机测定生物炭块的抗破坏强度。结果表明:含水率、成型压力和保压时间对压制成型生物炭块的抗破坏强度、尺寸稳定性影响极显著。通过对2个成型质量检测指标综合分析,确定压制生物炭较优的含水率范围为18%~22%,成型压力范围为60~80MPa,保压时间范围为5~11s。该结果对生物炭压制成型工艺及装置研制具有参考意义。     

生物炭挤压成型机的设计与试验

利用螺旋挤压成型原理,设计一种农作物秸秆生物炭挤压成型机。通过对螺旋喂料器、螺杆、成型出口等关键部件的分析计算,确定螺旋喂料器、螺杆、保型筒等关键部件和机构的运动参数和结构参数,并试制样机。以农作物秸秆生物炭为试验材料,以不同螺杆类型、不同含水率和粘结剂添加量为试验因素,采用抗压强度和抗跌碎性为评价指标,设计正交试验,对该挤压成型机性能进行试验。结果表明,当采用等距不等深螺杆、粘结剂添加量为25%左右、含水率为35%左右时,样机的生产率为215 kg/h,成型样品的密度为1.06 g/cm3,抗压强度为0.16 MPa,抗跌碎性为98.23%,各项指标满足生物炭成型标准或设计要求。     

“双碳”背景下生物炭基肥的研究现状及展望

炭基肥是以生物炭为载体,通过添加化肥或者有机肥,采用化学方法和物理方法混合制成的肥料。本文首先总结了炭基肥主要包括炭基无机肥、炭基有机肥和炭基有机无机复合肥,其次汇总了炭基肥的作用。炭基肥由于兼具了生物炭和肥料的双重优势,在田间应用过程中主要表现为提高作物产量、减少温室气体排放、提高土壤有机质、改良土壤以及污染土壤修复等方面。然后列举了影响炭基肥性质的因素,生物炭的制备及其与肥料的制备工艺。最后展望了炭基肥在我国农业领域的应用前景。本文通过生物炭的优选、炭基肥的制备工艺优化及其应用体系的完善等方面展开综述,为构建炭基肥的规模化应用提供指导意义。     

生物炭基肥料在水稻上的应用效果研究

为研究生物炭基肥料的应用效果,开展了生物炭基肥料对水稻植物学性状、产量因素以及产量的影响试验。结果表明,在水稻上施用生物炭基肥料能够促进水稻生长发育,有助于水稻成产因素的形成,从而提高水稻的产量。生物炭基肥料的用量越多,效果越明显,且生物炭基肥料能部分替代缓释复合肥。     

不同配比炭基肥对玉米生长、土壤养分及呼吸的影响

为了探索适合种植玉米施用的生物炭基肥料,采用箱式试验研究了生物炭、复合肥料及不同配比的炭基肥对玉米生长、土壤全氮、有效磷、速效钾、土壤呼吸的影响。结果表明:不同配比的生物炭基肥均较单施生物炭或单施复合肥对玉米植株干物质积累、土壤全氮、有效磷、速效钾有一定促进作用。不同配比的炭基肥处理中,肥炭比为8∶2或7∶3对玉米植株生长及提高土壤性状较突出,为较优炭基肥比例。生物炭和生物炭基肥对土壤呼吸均有一定促进作用,这可能是生物炭自身特殊的性质与结构发挥的作用。     

甲醛交联木质素季铵盐--尿素的制备及缓释性能

为了探究木质素季铵盐包埋尿素的优化制备条件及其在缓释肥生产中的应用,以三甲基木质素季铵盐(L-QA)为原料、甲醛为交联剂、司盘80为分散剂,采用反相悬浮法制备甲醛交联木质素季铵盐-尿素(FCL-QA-U)颗粒,并通过傅里叶红外光谱表征其结构,探讨交联剂用量、转速、反应时间和分散剂用量等因素对尿素包埋率的影响,以得到最佳制备工艺条件及产品,再利用水溶试验和土柱淋溶试验测定其缓释性能。结果表明: 尿素被包埋在三甲基木质素季铵盐中;L-QA含氮量为1.98%,FCL-QA-U含氮量为3.27%。制备FCL-QA-U颗粒的最佳工艺条件为甲醛用量2 mL、转速300 r/min、反应时间2 h、司盘80用量1 mL,在此条件下制备的FCL-QA-U颗粒的尿素最大包埋率为64.77%。 FCL-QA-U颗粒的缓释结果符合我国缓释肥料GB/T 23348—2009的要求,是一种既有理论价值又有应用价值的缓释化肥。      

控缓释肥对木薯生长及产量的影响

[目的]探讨不同控缓释肥施用量对木薯生长及产量的影响,为木薯高产栽培提供理论依据.[方法]以木薯品种桂热4号（GR4）为材料,基肥施用高氮控缓释肥,追肥施用高钾控释肥,按施入等量肥料且N、P2O5、K2O比为2∶1∶3的原则开展试验.设5个处理：各处理中控缓释肥总氮含量占所施肥料总氮含量的比例分别为0（CK）、1/3（A）、1/2（B）、2/3（C）、1（D）.在木薯块根形成期、膨大初期、膨大中期及膨大后期测定木薯的株高、茎粗等农艺性状及叶片叶绿素含量、净光合速率、可溶性糖含量,在收获期测定木薯块根的经济性状及产量.[结果]处理A～D均可促进木薯茎秆增长、增粗,其中处理A增长最大,显著高于对照处理（P＜0.05,下同）,处理A和C增粗较大,显著高于处理D和对照处理.各配施控缓释肥处理的叶片叶绿素含量与对照处理差异不显著（P＞0.05,下同）,处理C和D的叶片叶绿素含量在块根形成期比对照处理显著减少.处理A和B叶片的净光合速率在块根形成期、膨大初期及膨大中期均大于对照处理,在块根膨大初期差异最大.在块根形成期,配施控缓释肥处理叶片的可溶性糖含量与对照差异不显著;在块根膨大初期、膨大中期,处理A～D叶片的可溶性糖含量均高于对照处理,其中处理B差异最大,但差异不显著;在块根膨大后期,配施控缓释肥处理叶片的可溶性糖含量比对照的小,其中处理A、B差异最大,但差异不显著.配施控缓释肥的木薯的经济性状及产量都优于对照,其中处理A、B与对照的差异达显著水平.[结论]配施控缓释肥可改善木薯的农艺性状,提高木薯生长关键时期的净光合速率,增加木薯产量.配施控缓释肥的施用比例为1/3～1/2时,木薯增产效果较优.     

基于混合正交试验的生物质旋压成型多目标优化

生物质是重要的可再生能源资源,通过旋转挤压制备固体生物质成型燃料具有工艺简单、生产率高等优势,但目前该技术应用仍存在着设备能耗高、制品品质不稳定等问题。以具有强制喂料系统的生物质旋压成型设备为研究对象,通过混合水平正交试验,研究了喂料频率、压轮转速、模具长径比、菌渣添加比例和原料含水率对成型设备的生产率、吨料电耗和成品密度的影响规律,并进行了多目标评价优化。结果显示各试验因素均对成型设备的生产率、吨料电耗和成品密度有显著影响,但不同评价指标下的最优组合不一致;多目标优化获得的最优组合为:喂料频率60 Hz,菌渣比例5%,模具长径比6,原料含水率10%,压轮转速65 r/min。试验得到该组合下成型设备的生产率为5.2 t/h,吨料电耗为38.5 k W·h/t,成品密度为0.84 g/cm3,具有较好的综合生产性能。     

橡胶树死皮防治缓释颗粒调理剂造粒工艺的研究

橡胶树死皮已成为制约天然橡胶生产发展的重要因子之一,研发轻简、高效的死皮防治技术是目前橡胶生产中亟需解决的问题。以腐植酸为载体,对橡胶树死皮防治缓释颗粒调理剂的圆盘造粒工艺进行了研究。通过设计正交试验,分析了圆盘倾斜角度、圆盘转速及粘结剂对缓释颗粒调理剂的粒度、颗粒强度及颗粒崩解率的影响,确定了合理的造粒工艺：圆盘转速为60 r/min、倾角30°,粘结剂为壳聚糖。最优工艺条件下制备的缓释颗粒调理剂的粒度为91.5%、颗粒强度为34.1 N、崩解率为10%,粒度及颗粒强度已达国家复合肥标准相关要求;从崩解率看,所制备的调理剂颗粒具有一定的缓释性能。本研究的开展可为实现轻简、高效的橡胶树死皮防控提供技术支撑。     

在设施农业条件下缓释肥养分释放与土壤水分状况之间的关系

[目的]探索缓释肥在设施农业条件下养分释放与土壤水分状况之间的关系。[方法]通过控制土壤水分含量,定期检测缓释肥肥效的释放速度。[结果]缓释肥养分的释放受土壤相对含水量的影响,风干土样的有效氮含量由最初的28.80 mg/kg增加到试验结束时的43.08 mg/kg,而土壤相对含水量为100%的土样中的有效氮含量由最初的36.90 mg/kg增加到试验结束时的249.58 mg/kg,但有效磷和速效钾的释放量随含水量的增加效果不如有效氮显著。[结论]随着土壤相对含水量的升高,缓释肥的养分释放速度提高。     

生物有机肥发酵参数优化研究

[目的]研究生物有机肥发酵参数的交互效应及最佳组合可优化生物有机肥生产工艺,提高肥料质量,减少生产成本。[方法]研究菌剂的投入量、C/N比、水分、pH值及其不同水平因素的正交组合对生物有机肥发酵过程中有益菌总量、水分、温度、酸碱度及速效氮含量变化的影响。[结果]菌剂加入量、堆肥中酸碱度、C/N比及水分含量4因素对堆肥的质量有一定的影响,且因素间有交互效应。4个因素对试验结果的重要程度依次为：菌剂加入量〉C/N比〉水分含量〉pH值。[结论]生物有机肥影响因素交互效应结果为以自制菌剂投入量为8 kg/t,pH值为7,C/N比为30,水分控制在50%左右的生产工艺参数为最佳组合。     

水稻秸秆冷压成型工艺参数优化

为了生产出质量高且能耗低的生物质颗粒,需要深入研究成型参数和成型颗粒特性之间的关系。对水稻秸秆进行冷压成型试验,以松弛密度这一物理性能指标为评判标准,研究成型压力、原料粒度和含水率三个因素对成型燃料质量的影响。在单因素试验的基础上,利用Design Expert 8.0响应曲面分析法建立分析三因素对松弛密度影响的数学模型,得到水稻秸秆冷压成型最佳工艺参数为：成型压力为168 MPa,含水率21%,粒径0~0.2 mm。此条件下松弛密度达到1.327 g/cm3。     

桢楠容器育苗技术研究

以桢楠实生苗为材料,通过正交试验设计分析容器规格、基质配比、缓释基肥施入量、幼苗移入容器前真叶数量对桢楠容器苗的苗高与地径生长的影响,并建立桢楠容器育苗技术。结果表明,容器规格对桢楠容器苗的地径苗高增长量及高径比影响达极显著水平;基质配比对容器苗的地径增长量有显著影响,但对苗高增长量与高径比影响不显著;缓释基肥量对容器育苗的地径苗高增长量与高径比影响均不显著;幼苗移入容器前真叶数量虽然对地径苗高增长量影响不显著,但能显著影响高径比;持水量大并且孔隙度高的基质有利于容器苗地径的生长。结果显示,采用容器规格10 cm×12 cm,基质配比椰糠∶泥炭∶油樟叶∶农林废弃物体积比为4∶2∶4∶3,不添加缓释肥基肥,选用长出3对真叶的桢楠幼苗进行容器育苗效果最好。本研究为后续桢楠人工林的建设与桢楠资源的利用奠定了基础。     

颗粒炭及新型缓释肥对玉米的应用效应研究

对颗粒炭及以炭为基质的两种新型缓释肥SRF1、SRF2在玉米生产上的效应进行了研究.结果表明,添加颗粒炭的普通肥料和新型缓释肥都能有效地改善玉米的农艺性状,使叶面积、根数等有所增加;在产量方面,添加颗粒炭的普通肥料即OF1 C、OF2 C处理和缓释肥SRF1、SRF2处理分别比相应等养分含量普通肥料处理增产3.0%、7.4%、11.4%、21.1%,差异达显著或极显著水平.各处理总体效果表现为缓释肥>普通肥料 炭>普通肥料>不施肥,且普通肥料 炭及缓释肥处理对玉米的效应都表现为总养分含量为30%的处理大于总养分含量为40%的处理.