基于深度神经网络的粮仓储粮数量检测模型

[目的]为满足国家对全国储粮数量在线检测的迫切需求,提出了一种基于深度神经网络的粮仓储粮数量检测方法。[方法]通过在粮仓底部布置若干压力传感器的方法获取粮仓底部所受压强值,并以分次进粮方法,分别记录所受压强值。通过R语言平台构建不同层次的深度神经网络结构并利用对数据集的学习得出检测模型,根据检测精度选择出最佳检测模型结构。通过最佳检测模型分别对试验仓及通州、齐河实仓进行检测实验。[结果]试验仓检测平均误差约为1.88%,通州实仓检测平均误差约为0.02%,齐河实仓检测平均误差约为0.08%。[结论]基于深度神经网络的粮仓储粮数量检测模型精度高,可用性强,为粮仓储粮数量的检测提供了一种新方法。     

三七种苗仿生挖掘铲设计与有限元分析

针对现有三七种苗挖掘铲挖掘阻力大、碎土性能与减黏性差等问题,设计一种三七种苗挖掘铲。本研究运用仿生学原理,依据穿山甲良好的挖掘性能设计三七种苗挖掘铲。对穿山甲前爪中趾和鳞片进行结构分析,测量爪趾纵剖面和前端轮廓数据,通过曲线拟合得到仿生铲外形轮廓;结合穿山甲鳞片表面的楔形形状,将仿生铲表面设计成有凸起的楔形铲面;根据三七育苗农艺,确定仿生铲的挖掘深度和挖掘铲宽度;建立仿生铲三维模型,通过Ansys有限元仿真分析,确定挖掘铲厚度和入土角,研究仿生挖掘铲结构性能;并运用EDEM离散元动态仿真分析验证凸起仿生挖掘铲作业过程中所受阻力和土壤挖掘效果。三七种苗挖掘铲设计为凸起仿生挖掘铲,由Ansys仿真分析可知,凸起仿生挖掘铲最大应力为11.864 MPa,最大变形量为0.064 687 mm;由EDEM离散元法仿真分析得到凸起仿生挖掘铲挖掘阻力比平面铲小18.78%,作业时土壤颗粒平均翻滚角速度较平面铲提升27.13%,且具有较好的减黏效果。用穿山甲前爪和鳞片仿生三七种苗挖掘铲,能在保证不破坏三七主根和剪口的同时,达到增大碎土性能和减少土壤黏附的效果。该研究对三七种苗挖掘铲的设计与改进具有重要意义。     

有机肥等氮量替代化肥对土壤养分及酶活性的影响

通过5年定位试验,研究有机肥等氮量替代化肥对玉米地土壤养分及酶活性的影响,探索有机肥等氮量替代化肥,实现化肥减量增效。田间试验设置5个不同施肥处理:(1)100%化肥氮(CK);(2)25%有机肥氮+75%化肥氮(M25);(3)50%有机肥氮+50%化肥氮(M50);(4)75%有机肥氮+25%化肥氮(M75);(5)100%有机肥氮(M100)。研究结果表明:与CK相比,有机肥替代处理的土壤全氮和碱解氮含量在2019年(施肥第4年)和2020年(施肥第5年)均无显著差异,全磷含量在2019年无显著差异,但在2020年有机肥替代处理的土壤全磷含量均比CK少,其中M50、M75、M100处理为0.89、0.91、0.90 g/kg,与CK相比分别显著减少17.87%、15.24%、16.47%,M25处理与CK相比差异不显著。在2019和2020年试验中,M100处理的土壤有效磷含量为31.03～36.37 mg/kg,与CK相比,M100处理显著提高了土壤有效磷含量;在2020年试验中,各有机肥替代处理的土壤有效磷含量显著大于CK。与CK相比,有机肥替代处理的土壤脲酶活性和磷酸酶活性均无显著差异。试验中,有机肥替代化肥处理的穗长、穗粗、穗行数、行粒数较CK均无显著差异,但有机肥替代处理的秃尖在2020年均比CK小,其中M25、M50、M75、M100处理比CK分别减少28.57%、26.53%、14.29%、24.49%,并且与CK相比,M75、M100处理的百粒重分别显著增加10.14%～14.17%、20.54%。与单施化肥相比,有机肥等氮量替代化肥不会降低土壤养分含量(除全磷含量有所降低)和土壤酶活性,还可以在一定程度上增加玉米籽粒百粒重,减少秃尖长,优化玉米穗部性状,减少化肥的施用。因此,有机肥等氮量替代化肥是一种节肥、增效、环保的施肥方式。     

三七育苗播种压轮仿形开沟装置的设计与试验

为满足三七行株距小、播深浅且对播种深度一致性要求高的特殊播种农艺,该研究依据二力杠杆原理设计了一种适于三七育苗播种的压轮仿形开沟装置。该装置能实现横、纵向仿形且对疏松土壤有一定的紧实作用。借助ANSYS软件对压轮连接板进行应力、应变分析,验证该结构的可靠性。以土壤紧实度、播种机前进速度、弹簧预拉力为试验因素,以开沟深度稳定性为试验指标,开展二次正交旋转组合试验,建立试验因素与开沟深度稳定性之间的回归数学模型并进行显著性检验。借助Design Expert 10.0.3软件对试验因素进行响应曲面分析,并对参数进行系统优化,得到开沟深度稳定性最佳的工作参数组合为:土壤紧实度259.50 kPa,播种机前进速度6.40 m/min,弹簧预拉力211.90 N,此时,开沟深度稳定性为89.41%。用最优工作参数进行土槽试验验证,验证结果表明:试验开沟深度稳定性平均值与优化模型求解结果基本一致。该研究设计的压轮仿形开沟装置满足三七育苗播种要求,且开沟深度稳定性较好,该研究可为三七育苗播种开沟装置的设计提供依据。     

秸秆等氮量替代化肥对土壤水分和玉米干物质积累的影响

为了探究秸秆等氮量替代化肥的可行性及其对土壤水分和玉米干物质积累的影响,进行连续6年的大田试验,2020年是施肥第5年,2021年是施肥第6年,保持225 kg/hm²的等氮量,设置5个施肥处理:CK(单施化肥,100%化肥氮)、S25(25%秸秆氮+75%化肥氮)、S50(50%秸秆氮+50%化肥氮)、S75(75%秸秆氮+25%化肥氮)、S100(100%秸秆氮),研究秸秆等氮量替代化肥对土壤贮水量、水分利用效率、土壤耗水量、土壤养分和玉米干物质积累量的影响。结果表明:(1)2020年试验中,在播种前和灌浆期,0—80 cm土层土壤贮水量为S50>S25>CK>S100>S75;在大喇叭口期和抽雄期为S50>S25>CK>S75>S100;在成熟期为S50>CK>S25>S100>S75;在2021年试验中,大喇叭口期,0—80 cm土层土壤贮水量为S25>S50>S100>CK>S75;在抽雄期,0—80 cm土层土壤贮水量为S25>S50>CK>S100>S75;(2)2020年和2021年试验中,在玉米生长的整个生育时期中,各处理组的0—200 cm各土层土壤贮水量随土层深度的变化趋势一致,并且S25和S50处理大于CK,而S75和S100处理小于CK;(3)2020年和2021年试验中,与CK相比各秸秆替代处理组的土壤耗水量和水分利用效率无显著差异,但2021年试验中S50的土壤耗水量显著大于S100,提高了5.00%;(4)2020年试验中,各秸秆替代处理组的土壤有机质和碱解氮含量较CK均无显著差异,S100处理土壤速效磷含量较CK显著降低50.75%;2021年试验中,与CK相比,S25、S50、S75、S100的土壤有机质含量分别显著增加27.40%,38.13%,36.30%,22.60%,S50的土壤碱解氮含量较CK增加27.74%,S25、S50、S75、S100处理土壤速效磷含量较CK分别显著降低31.48%,22.22%,30.56%,45.68%。(5)2020年试验中,在玉米各个生育时期中,秸秆替代化肥处理的玉米单株干物质积累量与CK相比均无显著差异,但2021年试验中,在玉米抽雄期、灌浆期和成熟期这3个生育时期,S50处理的玉米单株干物质积累量最多,与CK相比分别增加22.49%,34.06%,12.58%;在玉米灌浆期和成熟期这2个生育时期,S75处理的玉米单株干物质积累量,与CK相比分别增加22.39%,12.11%。大体上,玉米单株干物质积累量随秸秆替代化肥比例的增加先增加后减少。从保障土壤水分、养分和干物质积累量的角度考虑,S50是试验条件下最有潜力的秸秆等氮量替代化肥方式。