普渡大学农业工程专业本科生创新与实践能力培养的借鉴与思考

借鉴国际一流大学农业工程专业结构设置和人才培养模式，对于提高教育质量、提升学生创新与实践能力具有重要意义。介绍了美国普渡大学农业与生物工程系本科生学科专业设置概况，分析各培养环节的设置目的、教学方式和教学效果，探讨教学实践中各类问题的产生原因与应对策略，并思考在“新工科”建设过程中推进学生创新思维训练与实践能力培养的可行途径，以期为学科专业建设、教学模式优化和学生能力培养提供参考。      

油菜茎秆微观结构图像分析方法

秸秆的微观结构研究可以为作物的收获和加工机械开发提供必要的实验数据和理论依据。本文运用数字图像处理技术对油菜茎秆切面的显微结构进行分析,无损测量茎秆横截面的整体尺寸、茎秆半径、表皮厚度、表皮总面积、木质部面积等显微结构。实验结果:该方法可以准确测量各种参数,对油菜茎秆显微结构研究具有较好的实用价值。     

油菜角果数量及关键表型参数的自动化检测方法研究

为有效替代人工方式考种油菜、观测角果,研究了一种用于测量批量角果的数量和关键表型参数的自动化检测方法。设计了角果散铺和图像采集装置,利用拨动加振动的方式将堆积角果均匀散开并拍摄视频;使用二维码作为标记块,以有效地提取关键帧并拼接为包含全部角果的整幅图像;提出了基于凹点提取与匹配的图像分割方法,分割各种形态下的重叠角果,准确率达到98%以上。在关键表型参数测量中,利用了最大类间方差法以判断角果的正置或侧置姿态,以此估计角果横切面的近似椭圆长短轴,再计算角果的长度、表面积和体积。实验结果表明该方法具有很好的检测精度,对不同品种的油菜适应性较好,长度、表面积和体积的估计误差分别不大于2.9%、4.8%和5.0%。该方法可以有效替代人工方式的油菜考种,为相关农业科研领域提供基础数据。     

油菜覆膜打孔穴播机打孔装置设计与试验

为实现油菜等小粒径作物覆膜种植中膜上均匀打孔的功能,针对传统膜上成穴装置结构庞大复杂、工作时易黏土挑种及撕挑地膜等问题,设计了一种法兰式滚轮与螺纹式圆锥型锥钉组合式结构的打孔装置,确定了其主要结构参数范围;构建了打孔装置运动学模型,分析了打孔锥钉关键点的运动轨迹,确定了膜上打孔过程,并基于轨迹方程分析了膜孔尺寸参数;运用ADAMS运动学仿真,采用四因素三水平正交试验方法,以打孔锥钉顶角、打孔锥钉直径、打孔滚轮半径、机组前进速度为试验因素,以膜孔长度、膜孔间距偏差为试验考核指标,进行了打孔装置结构和运动参数的仿真试验。仿真结果表明:影响膜孔长度的因素主次顺序为打孔滚轮半径、打孔锥钉顶角、打孔锥钉直径、机组前进速度;影响膜孔间距偏差的因素主次顺序为打孔滚轮半径、机组前进速度、打孔锥钉顶角、打孔锥钉直径;基于参数优化,获得较优参数组合为:打孔锥钉顶角53°、打孔锥钉直径16 mm、打孔滚轮半径65 mm、机组前进速度4 km/h。以打孔装置较优结构参数组合进行了田间验证试验,结果表明:打孔装置所打膜孔形状较规则,普遍呈类圆形状,膜孔长度均在18 mm以上,膜孔间距较为均匀,与仿真结果基本一致;各行膜孔长度一致性变异系数为4.98%,各行膜孔间距均匀性变异系数为3.44%。结果表明试验参数组合选取合理,打孔装置符合设计要求。     

基于CFD的蛋鸭舍内环境模拟分析与验证

为优化4层层叠式笼养鸭舍舍内环境,基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)对鸭舍内气流场、温度场及CO_2浓度场进行模拟。将笼架简化,考虑其对气流的阻挡作用,将鸭笼及鸭只视为多孔介质。模拟结果显示,进风口为湿帘时,侧墙湿帘与端墙之间存在通风死区,风速低于0.5 m·s~(-1)。进风口为通风小窗时,鸭舍未安装通风小窗区域风速小,CO_2浓度大。改变纵墙湿帘位置对鸭舍结构进行改进,改进后气流不均匀系数降低了17%。改进通风小窗布置发现,提升通风小窗分布均匀性显著降低舍内温差;提升通风小窗安装高度将显著降低舍内CO_2浓度。该研究可为蛋鸭舍结构设计提供参考。     

基于茎秆生物力学特性的油菜抗倒调控机制研究

为了应用生物力学特性指标对茎秆抗倒性进行评价，进而指导油菜抗倒栽培，以华杂62和金油杂158为试验材料，基于不同栽培因素下油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度、剪切强度及抗倒性，分析了栽培因素对油菜茎秆力学特性指标的影响及其与抗倒性的相关性。结果表明：油菜抗倒性与茎秆的弹性模量、弯曲强度、剪切强度呈显著负相关；随着播期推迟，油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度及剪切强度分别减小15.31%、29.16%和13.88%，倒伏指数增大32.18%；随着播种密度增大，油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度及剪切强度均呈先增大后减小趋势，而倒伏指数先减小后增大；随着施氮量增加，油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度及剪切强度均逐渐减小，而倒伏指数逐渐增大，与施氮量120 kg·hm^-2处理相比，在施氮量为360 kg·hm^-2下，油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度及剪切强度分别减小39.43%、19.40%和16.63%，倒伏指数增大16.36%。因此，播期提前、适当增加播种密度、控制氮肥投入，有助于提高油菜茎秆的力学特性强度，从而增强油菜的抗倒伏能力。研究结果可为油菜抗倒栽培调控提供理论依据。     

催芽和未催芽状态下西洋参种子的物理机械特性

西洋参是具有特殊治疗价值的贵重补益药品,国内西洋参种植农艺要求窄行距单粒密植,播种仍以人工压穴点播为主,迫切需要研制西洋参单粒精密播种机。西洋参的物理机械特性是进行西洋参精密排种器结构设计与优化的重要参数依据。对催芽和未催芽西洋参种子的基本物理参数、摩擦学特性、压缩力学特性和碰撞恢复系数等物理机械特性参数进行测量和对比分析。结果表明,未催芽种子含水率为13.85%,催芽种子含水率达到45.29%;未催芽种子千粒质量为33.320 g,催芽吸水后千粒质量增加到53.261 g;未催芽种子容重为389.984 g/L,催芽后达到522.650 g/L;西洋参种子为扁D状异形种子,催芽前种子长、宽、厚平均尺寸分别为6.20、4.92、2.91 mm,球度为72.06%,催芽后出现膨胀增大,长、宽、厚平均尺寸分别为6.24、5.04、3.35 mm,球度增加到75.69%;未催芽种子休止角和滑动摩擦角分别为37.63°、33.34°,屈服力为45.535 N,应变平均值为0.277,催芽后因籽粒吸水,种子间和种子表面粘附性较未催芽时增加,种皮变软,休止角和滑动摩擦角分别增加至38.45°、36.72°,屈服力降低为29.671 N,应变平均值0.195;西洋参种子催芽前种皮坚硬,且呈闭口状态,测得其与铁板的碰撞恢复系数为0.682;经过浸泡催芽处理后,西洋参种皮纤维结构变软,且种胚膨胀呈裂口状态,导致碰撞时变形量增大,较未催芽西洋参种子碰撞能量损失多,测得其与铁板的碰撞恢复系数为0.206。该研究结果为西洋参精密播种机关键部件的设计与优化提供了相关参数依据。     

油菜基质块苗移栽机取苗装置设计与试验

针对现有油菜基质块苗取苗装置在取苗过程易脱苗和基质损失率高等问题，设计了一种往复夹取式取苗装置。根据垂直苗盘取苗、平行铅垂线投苗的取苗臂位置要求，确定了取苗装置各构件尺寸关系，构建了取苗臂的运动学模型，得出其位移方程及相对运动轨迹。以减小取苗轨迹水平间距及取苗轨迹高度为优化目标，基于Matlab软件优化取苗装置各构件参数为：主动杆长度75.10mm，取苗臂长度335.26mm，从动杆长度100.42mm，机架长度171.32mm，该参数组合下，取苗轨迹水平间距为173.20mm，取苗轨迹高度为29.56mm。构建了取苗回程苗块的动力学模型，分析了苗块临界脱苗方程，结合苗块力学特性参数测定试验，得出最小取苗夹持力为7.07N，确定了末端执行器气缸缸径为20mm。应用ADAMS软件获得仿真取苗轨迹，运用高速摄影技术测定实际取苗轨迹高度和取苗轨迹水平间距，经对比分析，实际值与理论值、仿真值的相对误差均小于3%，验证了取苗装置设计的合理性。台架试验表明，取苗成功率为93.33%，脱苗率为2.86%，基质损失率为3.75%，满足油菜基质块苗移栽要求。     

5个夏橙品种果实品质分析

为了比较分析湖北秭归地区引进的夏橙优良品种的品质，以密耐、康倍尔、红夏橙、无籽和斯加哥斯等5个夏橙品种为试验材料，从果实外观品质、果实经济性状以及对果实品质各项指标的相关性进行了测定和分析。结果表明，斯加哥斯夏橙果实大，且硬度最大，耐贮性极好，但可溶性固形物含量和出汁率偏低；密耐夏橙的可溶性固形物与可滴定酸含量的比值较高，口感好，果实硬度适中；不同夏橙品种果实的硬度、维生素C含量等指标之间存在显著的相关性，夏橙果实各个指标之间存在着显著或者极显著的正相关或负相关性。