玉米秸秆饲料除尘筛出物离散元数值模拟参数标定

为提高玉米秸秆饲料除尘过程中离散元数值模拟参数的准确度,采用物理试验与数值模拟相结合的方法对玉米秸秆饲料的筛出物进行离散元数值模拟参数标定。将物理试验测定筛出物中秸秆与尘土的接触参数作为数值模拟参数选择依据,利用Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验和Box-Behnken试验确定对数值模拟休止角影响最显著的因素。以物理试验得到的休止角(41.668°)与标准筛除尘率(13.24%)为目标值,对显著性参数进行寻优;应用最优参数组合进行休止角与标准筛除尘率数值模拟,验证标定参数组合数值模拟精确性。结果表明:对数值模拟休止角影响显著的因素为,尘土接触模型JKR表面能、尘土-尘土恢复系数和尘土-尘土滚动摩擦因数;最优参数组合为,尘土接触模型JKR表面能9.052 J/m²、尘土-尘土恢复系数0.52、尘土-尘土滚动摩擦因数0.182。数值模拟休止角与物理试验休止角相对误差为1.26%,标准筛数值模拟除尘率与物理试验除尘率相对误差为7.93%。     

基于离散元的鱼饲料仿真参数标定与试验

为全面研究鱼饲料的离散元仿真物性参数，以渔用硬颗粒3.0中号饲料为研究对象，通过密度测量试验与单轴平板压缩试验测得硬颗粒饲料的密度、弹性模量、剪切模量、泊松比数值分别为1 096 kg/m³、336.32 MPa、126.65 MPa、0.33。同时在EDEM仿真软件中建立硬颗粒饲料离散元模型，结合台架试验与仿真试验对硬颗粒饲料-钢以及硬颗粒饲料-尼龙之间的碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数进行标定，其值分别为0.380、0.538、0.028，0.405、0.356、0.033。结合堆积角试验，通过最陡爬坡试验和Box-Behnken响应面优化试验，标定硬颗粒饲料间的碰撞恢复系数为0.364、静摩擦因数为0.236、滚动摩擦因数为0.13。运用自主研发的投饵机进行参数验证试验，以硬颗粒饲料分布变异系数C_V为评价指标，得出实际硬颗粒饲料分布变异系数与仿真硬颗粒饲料分布变异系数的相对误差为1.709%，表明本研究中建立的渔用硬颗粒饲料的离散元模型以及标定的硬颗粒饲料物性参数可用于EDEM离散元仿真试验。     

玉米秸秆接触物理参数测定与离散元仿真标定

为提高离散元方法模拟玉米秸秆揉碎过程的准确性,试验测定玉米秸秆与揉碎机锤片、玉米秸秆与玉米秸秆的接触参数。以径向堆积角相对误差值为评价指标,应用正交方法标定玉米秸秆离散元仿真需要输入的接触参数。结果表明:玉米秸秆与揉碎机锤片碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数分别设置为0.663、0.226、0.119;玉米秸秆与玉米秸秆碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数分别设置为0.485、0.142、0.078,此参数组合为玉米秸秆离散元仿真接触参数的最优方案,仿真结果与试验结果的相对误差为8.127%。     

基于ADAMS的免耕播种机仿形机构弹簧参数优化

为了明确四杆仿形机构拉力弹簧对免耕播种机开沟深度稳定性的影响,对播种单体进行了受力分析,根据拉格朗日方程建立了开沟深度稳定性数学模型,采用ADAMS软件建立了免耕播种机仿形机构的虚拟样机,以2BG-2免耕播种机为例,对其弹簧刚度、弹簧预拉力、播种单体质量进行了优化。结果表明：仿形轮最大压力从1054 N降低为934 N,播种单体质量从120 kg减少为102.6 kg,弹簧刚度系数从12 N·mm^-1下降为10 N·mm^-1。安装拉力弹簧有利于开沟深度稳定,弹簧刚度系数越大,开沟深度变化越小;通过合理选择弹簧的刚度系数和预拉力,在保证开沟深度稳定的同时,还可以降低播种单体质量,为免耕播种机的设计和使用提供参考。     

施用玉米秸秆生物炭对镉生物有效性及其胁迫下生菜生长的影响

为明确施用玉米秸秆生物炭对重金属镉（Cd）生物有效性及其产生的植株生长胁迫效应的影响,本研究向模拟土壤溶液中加入0%和2%（m/V）的玉米秸秆生物炭,在不同pH值（4.3和7.0）条件下,通过等温吸附实验分析了Cd²⁺在生物炭上的吸附行为,并结合生菜（Lactuca sativa var.longifolia）幼苗植株的生长、根毒性及其Cd积累量的研究,探讨了生物质炭影响下Cd生物有效性与其环境行为之间的关系。结果表明,生物炭表面负电荷量随溶液pH值的增大而增加,玉米秸秆生物炭能够通过静电效应吸附Cd²⁺;Langmuir方程能够较好地拟合Cd²⁺在玉米秸秆生物炭上的吸附行为,且方程表征的Cd²⁺最大吸附量参数Q_m随pH值的增大而增加。生菜幼苗的根长和干质量均随生物炭的施加而增大,而根中Cd积累量则随生物炭的施加而降低;与模拟土壤溶液中Cd总量（Cd_total）和根中Cd积累量相比,溶液中Cd²⁺浓度指标能够更好地预测幼苗根伸长抑制率RRE（r²=0.80,P<0.001）和根中Cd积累量（r²=0.88,P<0.001）。上述研究结果表明,施加玉米秸秆生物炭能够有效降低重金属污染物的生物有效性及其生态环境风险。     

玉米整秆覆盖下小麦免耕播种机研究

在分析小麦免耕播种机作业性能要求的基础上,介绍了自行研制的在玉米整秆覆盖下小麦免耕播种机的结构特征、工作原理.以带状粉碎防堵装置为核心的免耕播种机,通过粉碎轴粉碎玉米秸秆和田间杂草,有效地解决了开沟器缠草堵草的问题.田间试验表明,该播种机具有良好的田间通过性.     

基于堆积试验的玉米包衣种子离散元参数标定

为获得基于黏结颗粒模型（BPM）玉米包衣种子离散元仿真所需的精确接触参数，基于堆积试验对玉米包衣种子的仿真参数进行标定。对郑单958玉米包衣种子分类筛选后，通过激光扫描仪对轮廓较好的种子进行扫描，得到点云数据，并通过CATIA软件对点云数据进行处理，最终得到玉米种子仿真模型。设计Plackett-Burman试验，通过Isight软件的近似模型与DOE联合模块对试验结果进行分析，筛选出对堆积角影响显著的参数：玉米种子-玉米种子静摩擦系数、法向刚度与切向刚度。基于Isight软件RSM优化模块，根据Box-Behnken试验结果建立堆积角与显著性参数的二阶回归模型，得到参数的最佳组合：玉米种子-玉米种子静摩擦系数0.269、法向刚度2.54×10⁸ N·m^-3、切向刚度5.93×10⁷ N·m^-3。将标定参数仿真所得堆积角与真实试验值进行对比，二者相对误差为0.98%。上述结果表明，响应面分析可用于标定玉米包衣种子的离散元仿真参数，为玉米气力式排种器的结构设计与参数优化提供参考。     

玉米垄作免耕播种机新型切拨防堵装置的设计与试验

免耕播种机田间作业时,根茬堵塞是影响垄作免耕播种机作业效率和播种质量的主要因素,国内外现有破茬防堵装置种类繁多,但适合我国东北玉米垄作区的较少。针对东北保护性耕作区玉米秸秆覆盖量大,根茬粗壮不易破切,致使下茬作物免耕播种时易出现秸秆缠绕和根茬堵塞严重现象,设计一种与中小型玉米垄作免耕播种机配套使用的新型切拨防堵装置,并确定新型切拨防堵装置的主要结构配置。通过对清垄刀的运动学分析,建立清垄刀侧推速度和后拨速度的数学方程,分析得出清垄刀配置偏角与机具前进方向为30°时,可以满足保护性耕作的清垄要求;通过对破茬犁刀工作状况分析,取配置偏角为6°时,不仅可将玉米根茬的根上节劈开,还可为后续的播种开沟器提供一个良好的工作环境,有利于保持播种深度的均匀性。为确定该装置合理的作业参数,采用二因素三水平正交试验方法,以机具作业速度及配重为影响因素,以切茬深度和牵引阻力为评价指标进行试验研究,并进行田间验证试验。试验结果表明:当机组作业速度5km·h-1,配重113kg时,切茬深度为84.4mm,牵引阻力为0.96k N,能够有效切断并清除玉米根茬,创造良好的种床,动力消耗小。该研究可为东北保护性耕作区玉米垄作免耕播种机的整机改进设计提供理论参考。     

气吹式防堵大豆免耕播种机设计与试验

针对现有秸秆全量还田大豆免耕播种机常出现秸秆堵塞、架苗等问题,设计一种基于气吹式防堵大豆免耕播种机,此播种机采用风扇与浅旋刀配合方式,利用气流场将秸秆吹散,达到洁区免耕目的。利用EDEM和fluent软件,仿真验证机具三维模型,仿真结果均满足设计要求。田间试验结果表明,在播种机前进速度0.8 m·s~(-1),浅旋刀转速200 r·min~(-1),入土深度50 mm,风扇转速2 500 r·min~(-1)时气吹式防堵大豆免耕播种机秸秆清洁率为80.55%,晾籽率为0.95%,机具通过性良好。利用气流场解决播种过程秸秆堵塞、架苗等问题,填补大豆免耕播种机在该研究方向空白,为大豆免耕播种机设计提供参考。     

玉米幼苗根系对Cr（Ⅲ）的吸收动力学特征及途径探讨

为探讨玉米幼苗对Cr（Ⅲ）的吸收途径,通过水培试验方法,研究了不同Cr（Ⅲ）处理浓度（0~20 mg·L^-1）对玉米幼苗Cr（Ⅲ）的吸收动力学特征的影响,以及ATP酶抑制剂、离子通道抑制剂、Fe（Ⅲ）对玉米幼苗根系Cr（Ⅲ）吸收的影响。结果表明：玉米幼苗根系吸收Cr（Ⅲ）的最大吸收速率（V_max）为121.4 mg·kg^-1·d^-1,显著高于地上部的16.3 mg·kg^-1·d^-1（P<0.05）;根系吸收Cr（Ⅲ）的离子载体与离子的亲和力（K_m）为12.2 mg·L^-1,显著低于地上部分的180.8 mg·L^-1（P<0.05）。ATP酶抑制剂Na3VO4显著抑制了玉米幼苗根系对Cr（Ⅲ）的吸收（P<0.05）。Ca²⁺通道抑制剂LaC_l3和K⁺通道抑制剂C₈H₂₀CIN均不抑制玉米幼苗根系对Cr（Ⅲ）的吸收（P>0.05）。与正常营养液相比,缺Fe（Ⅲ）处理下的玉米幼苗根系吸收Cr（Ⅲ）的V_max增加了20.0%,K_m数值仅减少了5.0%,但Fe（Ⅲ）处理下的玉米幼苗根系吸收Cr（Ⅲ）的V_max减少了46.0%,K_m数值减少了56.0%。研究表明,玉米幼苗吸收的Cr（Ⅲ）主要富集在玉米幼苗的根部,只有很少被转移到地上部分;玉米幼苗根系对Cr（Ⅲ）的吸收存在主动吸收的过程,进入细胞膜的途径与Ca²⁺和K⁺通道无关,Fe（Ⅲ）抑制了玉米幼苗根系对Cr（Ⅲ）的吸收。     

基于离散元法玉米秸秆双层粘结模型力学特性研究

针对玉米秸秆外表皮与内穰力学特性存在显著差异问题,建立离散元玉米秸秆双层粘结双峰分布模型,通过力学试验与虚拟仿真试验对比,标定玉米秸秆外表皮和内穰力学参数,校正离散元模型,探究玉米秸秆力学特性.结果表明,采用离散元Hertz-Mindlin with bonding颗粒接触方法可建立玉米秸秆双层粘结双峰分布模型.完善DEM方法建立玉米秸秆颗粒粒度随机分布的双层粘结模型方法.通过力学试验得出青贮玉米秸秆外表皮弹性模量和剪切模量分别为982.52和387.58 MPa,青贮玉米秸秆内穰弹性模量和剪切模量分别为28.64和8.13 MPa,外表皮木质部与内穰纤维部力学特性差异显著.计算得出外表皮-外表皮、外表皮-内穰、内穰-内穰之间粘结参数.通过单轴压缩试验,剪切与虚拟仿真试验对比验证离散元模型可靠性.文章所建立玉米秸秆双层粘结双峰分布离散元模型表征两者力学特性差异,为青贮玉米饲料数值化研究提供理论依据.     

铜离子胁迫下玉米叶片污染信息的SM-DMFD探测模型

通过设置不同浓度铜离子(Cu2+)胁迫梯度的玉米盆栽实验,在采集了不同类型玉米叶片的光谱数据以及测定其Cu2+含量的基础上,通过建立叶片光谱变异的信息甄别模型(SM),并采用光谱谐波分析(HA)预处理、经验模态分解(EMD)、离散小波多层分解、量规法分形维数(DMFD)计算等方法,构建了玉米叶片光谱污染信息的SM-DMFD探测模型。同时,利用常规的绿峰高度(GH)、红边位置(REP)、红边最大值(MR)、红边一阶微分包围面积(FAR)和盒维数法(BDM)等植被重金属污染信息监测方法进行应用结果比较与分析,实验结果表明:SM-DMFD模型应用所得DMFD值与所测玉米叶片中Cu2+含量的相关系数R和拟合判定系数R2分别达到0.986 0和0.972 3,说明该模型能够有效甄别光谱间差异信息并能判别叶片的污染程度,从而验证了SM-DMFD模型在玉米的Cu2+污染信息监测方面具有更好的有效性和优势。而且,通过对玉米污染信息不同探测方法的监测结果进行可视化,也验证了SM-DMFD模型监测效果最为理想。     

大豆种子与排种器接触物理参数的测定与离散元仿真标定

研究大豆排种过程的离散元仿真参数设置。对大豆种子的本征参数、大豆种子与排种器的接触参数进行标定;测定大豆种子长、宽、高三轴尺寸,自然休止角,千粒重和密度的本征物理参数,测定大豆种子与排种盘、搅种轮和有机玻璃接触的最大静摩擦因数、碰撞恢复系数。以平均误差值为评价指标,应用离散元软件正交试验仿真标定。结果表明,离散元仿真标定的参数设置为:大豆种子三轴尺寸的长、宽、高分别为6.884、6.833、6.292mm,密度为1 272.15kg/m~3;大豆种子与排种盘、搅种轮和有机玻璃的最大静摩擦因数分别为0.449、0.408、0.474,碰撞恢复系数分别为0.561、0.518、0.472,离散元仿真的平均误差值为2.044%。     

Relationship between potassium chloride suppression of corn stalk rot and soil microorganism characteristics

Observations from a site-fixed field trial of 12 years in Jilin Province show that potassium chloride (KCl) application has a significant positive influence on corn stalk rot incidence. Incubation experiments were conducted to study the effects of KCl and soil extracts on the growth of Fusarium graminearum, the most common stalk rot fungi in this area, and the population changes in rhizosphere fungi, bacteria and actinomyces at different growth stages of corn. The results show that KCl addition to the potato dextrose agar (PDA) medium could not directly suppress Fusarium graminearum development. Soil extracts from soil samples taken from the field plots with and without KCl application affected Fusarium graminearum development, with soil extracts with KCl treatments suppressing Fusarium graminearum development more significantly, compared with that from the KCl-free treatment. These results indicate that soil extracts play a role in the interaction between corn and Fusarium graminearum. Long-term KCl application may increase the populations of rhizosphere fungi and actinomyces in the early growth stages, while there is no significant difference in the number of bacteria in rhizosphere among the treatments. Also, the populations of rhizosphere fungi are negatively correlated with the incidence of stalk rot in the early growth stages of corn. The sensitive infection stages of pathogen to corn consist of the stages when there is significant difference in the populations of rhizosphere fungi and actinomyces. The change of microorganism populations (especially fungi) in soil may be associated with the incidence decrease and is one of the mechanisms of KCl suppressing corn stalk rot. Translated from Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2007, 13(2): 279–285 [译自: 植物营养与肥料学报]     

玉米秸秆碱化处理制备的生物炭吸附锌的特性研究

为研究玉米秸秆碱化处理制备的生物炭对模拟废水中Zn的吸附特性,以玉米秸秆为原料制备玉米秸秆生物炭(BC),同时对玉米秸秆进行碱化浸渍处理来获得碱化改性生物炭(K-BC),并在此基础上研究了BC和K-BC对Zn的吸附动力学、吸附热力学以及pH对其吸附的影响,结合元素分析、比表面积孔径测定、扫描电镜及红外光谱等表征来分析其对Zn的吸附差异。结果表明:当Zn浓度为60 mg·L~(-1),BC和K-BC对Zn的吸附过程由快速吸附和慢速吸附2个阶段组成,且符合准二级动力学吸附模型;BC和K-BC对Zn的吸附量随温度(288~318 K)和Zn浓度(10~120 mg·L~(-1))的增加而增加,其中K-BC对Zn的理论饱和吸附量大于BC,且由Freundlich模型对吸附过程进行描述较为合适;热力参数表明BC和K-BC对Zn的吸附为自发、吸热和无序度增加的过程;在pH_2.0~5.0范围内,当pH为5.0时K-BC对Zn的吸附量最大,吸附率接近50%。由BC和K-BC结构表征及理化特性差异可以推知,这2种生物炭对Zn吸附差异来源于其比表面积、孔隙结构和芳香结构之间的差异。     

小麦地膜玉米带田玉米施氮时期对其产量及吸氮生理的影响

通过对玉米8个施氮时期的效应分析表明,玉米拔节期一次施氮处理,小麦玉米混合单产最高达838.4kg/亩,小麦千粒重和产量明显提高,氮收获指数也最高;玉米产量无显著下降,玉米穗位叶叶缘素含量和全氮含量处理间差异达显著水平.     

氮、磷添加对不同种植密度樟树幼苗碳储量及其分配的影响

【目的】对氮(N)、磷(P)添加条件下4种种植密度的樟树Cinnamomum camphora幼苗各器官碳(C)含量、储量和分配比例进行研究,以期为氮沉降和磷添加背景下森林碳储量分配格局的变化提供参考。【方法】以1年生樟树幼苗为试验材料,选择氯化铵(NH4Cl)作为氮肥模拟氮沉降,以二水合磷酸二氢钠(NaH_2PO_4·2H_2O)作为磷添加,设置4个水平:不加N和P(对照,CK),加N,加P,加N和P(N+P)。N、P及N+P每年的添加量分别为NH4Cl40 g·m-2、NaH_2PO_4·2H2O 20 g·m~(-2)和NH4Cl 40 g·m~(-2)+NaH_2PO_4·2H_2O 20 g·m~(-2);种植密度设置4个水平,即10、20、40和80株·m-2。【结果】各氮、磷添加和密度处理下幼苗的根、茎和枝的C含量基本上差异不显著,而添加N和N+P能够促使樟树幼苗叶的C含量上升。随着种植密度的增大,樟树幼苗叶片C含量表现出下降的趋势;N、P添加处理基本上能够促进幼苗单株C储量和单位面积C储量的增加;随着种植密度的增大,单株幼苗C储量呈现下降的趋势。【结论】樟树幼苗叶的单株C储量和单位面积C储量分配比例随着种植密度的增大逐渐减小。高密度种植有利于茎的分配比例增加。N+P添加处理对幼苗C储量的促进效果大于单一N或P添加处理。