回转式植物湿润栽培装置的研制

为了满足在地面进行空间植物生长试验和研究的需要,研制能模拟空间微重力效应的回转式植物湿润栽培装置.该文介绍了该装置及其关键部件的结构特点和工作原理.通过回转栽培盘内植物湿润栽培介质的结构功能设计,在双面介质内部配置具有毛细作用的渗水管路,介质始终保持整体湿润而表面无明水状态,为植物扎根固定、营养吸收和生长繁殖创造条件.水压试验确定了渗水管路的主要技术参数和闭合式植物营养液输配循环系统的间歇循环周期.应用试验分析表明,湿润栽培方法可以满足植物悬空低速回转栽培的要求,装置各项性能指标均达到设计要求.     

植物三维信息采集方法研究

精确的植物三维形态结构模型可用来研究与植物空间结构相关的性质,是虚拟植物、植物建模等相关研究的一个重要方面。该文主要研究了采用基于结构光技术的三维信息采集系统,结合必要的旋转装置,快速无损地获取植物点云数据,从而获取植物三维形态结构的方法。为解决这种三维信息采集时点云数据无法良好配准的问题,该文提出了一种基于改进的外部附加结构的配准技术,使得配准精度、稳定性及处理速度都有显著提高。该研究结果可为深入研究植物虚拟生长建模技术奠定良好的基础。     

美国白蜡在黄土高原沟壑区的引种试验及栽培方式研究

黄土高原水土流失严重,区内可用于生态环境治理和畜牧业生产的植物种类相当缺乏。在黄土高原沟壑区进行的美国白蜡引种及复合造林试验表明:美国白蜡在黄土高原沟壑区引种栽培后适应性强,生长速度快;各种复合类型由于植物之间的有益共生,特别是中国沙棘、多年生香豌豆的固氮作用,可以很好地促进美国白蜡的生长。美国白蜡适宜在黄土高原及其周边地区生长,应采取间作、混交等复合栽植方式。     

一种新型根系分泌物收集装置与收集方法的介绍

根系分泌物在养分活化、改善环境胁迫方面具有重要作用,很多科技工作者对根系分泌物的研究表现出极大兴趣,取得了一系列进展。但土壤栽培条件下,根系分泌物收集是一个难点。本文介绍了一种新型根系分泌物的收集装置与收集方法。该装置由根系生长箱和分泌物收集箱组成,植物在生长箱土壤中生长,通过定向引导作用,根系从生长箱穿过琼脂层进入收集箱中生长,待收集箱内积累一定根系后,通过淋洗收集箱内的介质,实现根系分泌物收集。研究发现,利用该装置收集分泌物,植物总根尖数的90%分布在收集箱。外源有机酸加样回收率可达70%以上。土壤栽培条件下,随生长时期延长,大豆有机酸分泌量逐渐增加,苹果酸分泌量高于柠檬酸。而且土壤栽培条件下大豆柠檬酸和苹果酸分泌量是溶液栽培时的11.4倍和6.7倍。上述研究表明,该装置可以用于土壤栽培条件下根系有机酸的分泌研究。     

测量根系对土壤机械压力的试验装置设计

根系对土壤机械压力是综合反映土壤-根系复合体相互作用的力学指标.该研究研制出了一种可利用气体或液体介质进行直接测量根系对土壤机械压力的试验装置.利用气体介质测量装置进行了模拟根系的穿插试验取得了较好的试验结果;利用液体测压试验装置进行了模拟根系穿插试验和植物生长期根系压力测定的初步试验,结果表明:装置满足压力测量试验设计的需要,具有较好的适用性和精度,可以用本试验装置直接进行根系对土壤机械压力的测量.     

基于钢珠驱动的全地埋式喷灌装置研发

影响耕作、寻找出水口困难是喷灌技术推广过程中遇到的主要问题,现有园林绿化中经常使用的埋藏式喷头无法直接安装在耕作层以下,不利于耕作和农作物收割。针对上述问题,该文研发了能够直接安装在耕作层以下的地埋式喷灌装置,有利于田间耕作。该装置依靠水压力实现升降功能,非灌溉时可安装在耕作层以下,不妨碍耕作;灌溉时,依靠水压力湿润和挤压喷头顶部及其附近土壤,克服土壤阻力顶出地面,实施旋转喷头工作,无需寻找出水口;灌溉后,喷头能够降回耕作层以下,地面无任何影响植物修剪或农作物收割的设施,喷灌作业前后也不需要安装或拆卸任何设施,大大降低了灌溉劳动强度。此外,使用球体打击驱动功能的旋转机构能够实现边旋转边喷灌功能,提高了装置的抗堵塞性。     

四川地区山茶栽培技术简介

山茶是山茶科山茶属植物,是我国传统观赏名花,花色、花型丰富,适合在温暖湿润、土壤肥沃、排水良好的微酸性土壤中生长。为了给四川地区山茶的高效栽培提供参考和生产指导,从繁殖方式、栽培管理技术、病虫害防治等方面介绍了四川山茶栽培技术要点。     

红枫优质壮苗培育技术

红枫（Acerpalmatum cv．Atropurpureum）,又名紫红鸡爪槭,是槭树科槭树属植物鸡爪槭的栽培变种,为落叶小乔木。其树姿优美,叶形秀丽,尤其是鸡爪形的树叶春、夏、秋三季常红,是著名的观红叶植物。红枫适应地域广,喜欢温暖湿润,属中性偏阴树种,可在华北、西北、长江流域广泛栽种,栽培地要求土层深厚的酸性山地或红黄壤土。     

基于CFD的植物工厂冠层微环境管道通风效果模拟

为增加植物工厂多层栽培模式中作物冠层内部气流扰动,该研究设计了一种冠层微环境管道通风装置,利用计算流体力学软件（Computational Fluid Dynamics,CFD）构建三维栽培模型。在模型中,将植物冠层区域考虑为多孔介质,多孔介质的黏滞阻力系数为25,惯性阻力系数为1.3;LED灯管设置为热源模型,热源模型散热量为297 525 kW/m3。利用模型模拟并实测入口速度为8 m/s时植物冠层表面和上部空间气流速度,发现空气流域的平均误差为16%,模拟值与实测值吻合较好。利用验证的模型模拟不同入口速度下植物冠层的气流分布,结果表明：进气速度设置为8 m/s,该速度下植物冠层内部适宜速度区域体积占比为67.58%,冠层表面适宜速度区域面积占比为55.23%,冠层内部气流平均速度为0.14 m/s。研究表明植物工厂冠层微环境管道通风模式能有效增加冠层气流扰动。     

蔬菜气雾栽培箱不同气流循环方式的流场和温度场CFD模拟

蔬菜气雾栽培箱内的空气流动和温度对箱体内的环境调节及农作物生长具有重要作用,农作物周围空气的均匀性流动能促进农作物的生长速率。为探究蔬菜气雾栽培箱内流场及温度场分布规律,基于计算机流体力学(CFD,computational fluid dynamics)方法,利用FLUENT软件,结合标准湍流模型、有孔介质模型、作物冠层质热交换模型等,建立了蔬菜气雾栽培箱不同气流循环方式下的CFD模型。并对气雾栽培箱内的环境进行优化设计,设计了3种气流循环方案:顶面进侧面出,侧面进顶面出,侧面进侧面出。对送回风口的不同位置布局进行了研究,并对3种气流循环方案进行了数值模拟。模拟结果可知:气流为顶面进侧面出方案中,风速位于生菜生长适宜风速值区域占58.1%,适宜温度值区域占93.6%,通风死角区域占比0.844%;气流为侧面进顶面出方案中,生菜生长适宜风速值区域占59.6%,适宜温度值区域占99.98%,通风死角区域占比0.069%;气流为侧面进侧面出方案中,风速位于生菜生长适宜风速值区域占54.3%,适宜温度值区域占92.4%,通风死角区域占比16.7%。分析对比后得到侧面进顶面出为最佳气流循环方案。并对此进行了试验测试,结果表明:气雾栽培箱内温度、风速模拟值和实测值进行对比,温度平均相对误差为3.9%,均方根误差为0.86℃。风速平均相对误差为3.5%,均方根误差为0.26m/s,模拟值和实测值误差较小,模拟效果良好,验证了CFD模型的准确性。该研究为蔬菜气雾栽培箱内的流场及温度变化规律,内部环境调节,装置优化设计提供了参考依据。     

双轴旋耕碎土试验台设计与分层耕作试验

针对现有耕作试验台难以满足双轴耕作部件测试的需求、室内测试重塑土难以反映作业现场真实环境的问题,设计了一种集前轴正转抛土、后轴反转碎土功能于一体的双轴旋耕碎土田间移动式试验台,可实现前后刀轴相对位置及转速比的实时调整。阐述了整机工作原理,分析了前后刀轴相对位置的调节范围、碎土刀轴位置调节机构结构参数、旋耕刀轴调速装置的运动参数,计算并选型了碎土刀轴调速系统、功耗测试系统中液压及电气元件。为提高分层耕作质量同时降低作业能耗,以前期研究的双轴起垄机的双轴旋耕碎土关键部件为研究对象,开展了分层旋碎的田间试验,并采用中心组合试验设计方法,以两轴水平间距、垂直间距、碎土刀轴转速为影响因素,以双刀辊作业平均功耗、表层5 cm土层的碎土率为评价指标进行响应曲面分析。利用Design-Expert软件进行数据分析,建立各因素和平均功耗、碎土率之间的回归模型,分析各因素对平均功耗、碎土率的显著性,同时对影响因素进行了综合优化。试验结果表明:各因素对平均功耗影响由大到小依次为水平间距、碎土刀轴转速、垂直间距;各因素对碎土率影响由大到小依次为水平间距、垂直间距、碎土刀轴转速;最优工作参数组合为水平间距为570mm、垂直间距为96mm、碎土刀轴转速为340r/min,对应的平均功耗为17.92 kW、碎土率为91.65%,且各评价指标与其理论优化值的相对误差均小于5%。试验表明,所设计的双轴旋转耕作部件性能测试试验台设计合理,能够满足多因素多水平的测试需求,为双轴旋转型耕作部件的优化设计提供了新的测试手段。     

The effect of soil water content during land preparation on aspects of soil physical condition and cotton growth

In a field experiment on cracking clay soil, the effects of soil water content during pre-sowing land preparation and intensity of cultivations during the growing season on soil physical conditions and growth of a furrow-irrigated cotton crop were investigated. Before sowing, cultivations typical of local practice were imposed on soil in a ‘dry’, ‘moist’ and ‘wet’ state, representing three main treatments. During the season, three intensities of inter-row cultivation were superimposed on each of the three main treatments.Soil physical conditions and cotton plant growth were influenced by soil water content during pre-sowing land preparation, but not by subsequent inter-row cultivations. In soil prepared ‘dry’, after the first irrigation significantly more water was extracted by the crop than from either of the other two treatments. The morphology of the post-season soil profile of the land prepared ‘dry’ differed little from the unirrigated and uncultivated pre-season profile, whereas that of the land prepared ‘wet’ had altered considerably, being generally massive to a depth of 0.65 m. Cotton in the land prepared ‘dry’ grew tallest and had most green bolls of any main treatment on most weeks during the season. For most of the season, land prepared ‘dry’ or ‘moist’ had similar above-ground plant dry matter, both having greater amounts than the ‘wet’ treatment. Plant population per metre of row was equal in the ‘dry’ and ‘moist’ treatments, and lower in the ‘wet’. Yield differences were not recorded between treatments as there was high insect damage in the ‘dry’ treatment.     

转轴型孔式精量排种器充种性能仿真分析与试验

针对转轴型孔式棉花精量排种器在充种过程中由于型孔未囊取种子而造成漏播的问题,该研究通过建立棉种充填过程的运动学模型对相互抢位的棉种进行力学分析,研究取种轮运动参数与排种器转速对充种性能的影响。应用离散元仿真软件分析落入型孔的棉种速度的变化趋势,并分析取种轮振动频率对种群扰动的影响,以取种轮振动频率、取种轮振动偏移角、排种器转速为试验因素,以排种粒距合格率、重播率、漏播率为试验指标,进行三因素五水平的正交通用旋转组合试验,探究各因素对排种性能的影响,运用Design Expert 8.0.6软件对试验结果进行分析,并对回归模型进行优化验证。仿真分析结果表明,棉种瞬时速度随着排种轮转速的提高而增加,仿真标记的棉种在充入型孔时的瞬时速度小于取种轮速度,而相对取种轮速度较小的棉种具有更好的充种性能;在7 Hz时,种群法向力平均值最小,即种群的内摩擦力最小,棉种易于被型孔囊取;当排种器转速为12.59 r/min,取种轮振动偏移角度为8.06°,振动频率为6.08 Hz时,排种器的排种粒距合格率达到最大值94.5%。在此基础上,以新陆早61号棉花种子为试验对象进行台架验证试验,试验结果表明,当排种器转速为12 r/min时,排种器的排种粒距合格率达到最大值94.65%,漏播指数随着排种器转速的增加呈上升趋势,重播率随着转速的增加呈现下降趋势,与优化结果基本吻合,验证了仿真结果的准确性。该研究可为转轴型孔式棉花精量排种器关键部件结构优化设计提供参考。     

基于旋耕覆土的冬小麦基肥分层定深施用装置设计

针对中国黄淮海地区冬小麦主产区基肥的无序、过量施用和利用率低等问题,该文在基肥分层施用农艺研究基础上,基于旋耕机覆土原理,提出了土壤后覆盖方式下的冬小麦基肥精准分层定深投送方法,并设计了冬小麦基肥分层定深施用装置,该装置可一次完成旋耕、分层施肥和镇压作业。其中旋耕机构配备变速齿轮传动箱,可以进行高、中、低3种转速之间的转换,选用国标IT245型号旋耕刀,在刀辊上按对称螺旋线布置;肥料分层投送机构配深层和浅层排肥管,用于深层和浅层肥料的投送作业。在北京小汤山精准农业示范基地进行了装置的田间作业性能试验,结果显示:装置在120、150和180 mm的3种耕深作业工况下,耕深最大误差为5 mm,耕深稳定性系数最小为93.84%,满足旋耕机构的作业性能技术要求;设置浅层和深层肥料的目标施用深度分别为80和150 mm,实际肥料施用深度稳定性系数分别为92.38%和95.11%、合格率分别为83.33%和90%,满足旋耕施肥装置的作业性能指标要求。该研究可以为冬小麦基肥的机械化精准分层定深施用技术提供装备支撑。     

Spring barley growth, grain quality and soil physical conditions in a cultivations experiment on a sandy loam in Scotland

Widely differing cultivations for spring barley, ranging from conventional ploughing to direct drilling and including broadcasting on to undisturbed soil, were examined over two seasons (1979 and 1980), conventional ploughing yielding highest and either chisel ploughing or direct drilling lowest. Yield differences were associated with plant population differences; they were significant only in the abnormally wet season of 1980. Broadcasting before tine cultivation to 50 mm resulted in lower seedbed strength and higher yield than drilling after a similar cultivation. Compaction by the same level of seedbed traffic was greater in a treatment cultivated to 50 mm depth than in the conventional ploughing treatment. Grain milling energy, which is inversely related to endosperm suitability for malting, and grain nitrogen content both decreased with increasing yield. Total nitrogen removed per ha in the grain in 1979 was similar in all treatments (about 72% of applied). In 1980, it was generally lower (about 62% of applied). After allowing for differences in plant populations it was lowest after direct drilling, broadcasting and very shallow tine cultivation (60% of applied), highest after conventional ploughing (70% of applied) and intermediate after rotary cultivating and shallow tine cultivation (65% of applied). Soil water release characteristics were described by logistic equations. Treatment differences were greatest at matric potentials greater than -3 kPa at 10 and 60 mm depth. The porosities of the cultivated soils were similar to each other, and were greater than those of the direct drilled treatments.     

回转破碎气流干燥设备试验研究

介绍了回转破碎气流干燥设备的结构特点及其性能试验。该设备将滚筒破碎干燥机与气流干燥机串联组合，其组合衔接处采用封头板带过流孔的独特结构形式，把整个干燥过程分为三个阶段，集滚筒破碎干燥机、闪急干燥机和气流干燥机的优点于一体，提高了烘干效率和产品质量。     

回转破碎气流干燥设备试验研究

介绍了回转破碎气流干燥设备的结构特点及其性能试验。该设备将滚筒破碎干燥机与气流干燥机串联组合，其组合衔接处采用封头板带过流孔的独特结构形式，把整个干燥过程分为三个阶段，集滚筒破碎干燥机、闪急干燥机和气流干燥机的优点于一体，提高了烘干效率和产品质量。     

葡萄分层旋抛式清土起藤机高效旋抛刀设计与试验

针对中国西北地区酿酒葡萄清土作业缺乏与土壤颗粒群相互作用的研究,凭经验设计使得单层旋抛清土方法效率低以及清土部件功耗高的问题,设计了一种分层旋抛式清土起藤机并对旋抛刀与土壤相互作用进行研究。首先,根据中国西北地区酿酒葡萄种植及清土的农艺要求,完成分层旋抛刀的设计,然后对旋抛式清土起藤机的运动进行理论分析,确定影响旋抛刀功耗和抛送距离的主要因素,并通过EDEM—Recurdyn耦合仿真,以旋抛刀不同焊接角度、转速及整机的前进速度为试验因素,以清土率、旋抛刀扭矩为评价指标,分析土壤离散颗粒群与旋抛刀之间的相互作用,得到最优参数组合,进一步基于台架试验对仿真试验进行验证。结果表明,当旋抛刀焊接角度为30°,转速为270r/min,前进速度为0.4 m/s时,清土率为49.1%,旋抛刀平均扭矩为13.09 N·m,土壤抛送距离集中在1.52～1.75 m之间,与仿真优化结果（清土率为55.9%）相对误差为13.8%,研究结果可为后续研制分层旋抛式清土起藤机提供理论依据及技术参考。     

Measurement of hydraulic characteristics of porous media used to grow plants in microgravity

Understanding the effect of gravity on hydraulic properties of plant growth medium is essential for growing plants in space. The suitability of existing models to simulate hydraulic properties of porous medium is uncertain due to limited understanding of fundamental mechanisms controlling water and air transport in microgravity. The objective of this research was to characterize saturated and unsaturated hydraulic conductivity (K) of two particle-size distributions of baked ceramic aggregate using direct measurement techniques compatible with microgravity. Steady state (Method A) and instantaneous profile measurement (Method B) methods for K were used in a single experimental unit with horizontal flow through thin sections of porous medium providing an earth-based analog to microgravity. Comparison between methods was conducted using a crossover experimental design compatible with limited resources of space flight. Satiated (natural saturation) K ranged from 0.09 to 0.12 cm s-1 and 0.5 to >1 cm s-1 for 0.25- to 1- and 1- to 2-mm media, respectively. The K at the interaggregate/intraaggregate transition was approximately 10(-4) cm s-1 for both particle-size distributions. Significant differences in log(10)K due to method and porous medium were less than one order of magnitude and were attributed to variability in air entrapment. The van Genuchten/Mualem parametric models provided an adequate prediction of K of the interaggregate pore space, using residual water content for that pore space. The instantaneous profile method covers the range of water contents relevant to plant growth using fewer resources than Method A, all advantages for space flight where mass, volume, and astronaut time are limited.     

逆转旋耕过程中土壤切削的研究

建立了逆转旋耕二面楔切削土壤的剪切模型。对逆转旋耕二面楔切削土壤的负荷、能耗及土壤总应变提出了计算方法，室内土壤切削试验结果表明：计算值与试验值二者的变化规律基本一致