造墒与播后镇压对小麦冬前耗水和生长发育的影响

为明确造墒和播后镇压对小麦冬前耗水和群体与个体特征及产量的影响,为确定播后镇压技术和提高小麦水分利用效率提供依据,分别于2013—2014年和2014—2015年小麦生长季在河北省衡水市选用当地小麦品种‘衡4399’,分9月15日(I9.15)、9月20日(I9.20)、9月25日(I9.25)和9月30日(I9.30)4期造墒,以不造墒为对照(CK),每期处理又设每延米0 kg(G0)、95 kg(G95)和120 kg(G120)3个水平镇压的冬小麦田间试验。冬前对土壤水分和小麦幼苗生长情况进行动态监测,翌年成熟期考察产量性状并测产。结果表明,播种时土壤水分含量高,冬前阶段农田蒸散量也高。同一造墒不同镇压处理比较,I9.30处理以G95田间蒸散量最低,其他处理均以G120蒸散量最低,处理间差异显著。对苗情的影响,同一造墒不同镇压比较,苗期单株生物量、叶面积、群体总茎数以G120与G95处理较高,以G0处理较低,处理间显著水平不同;同一镇压不同造墒处理间比较,不造墒的CK总茎数显著减少,产量显著较低,且年际变化不稳定。造墒与镇压对穗数影响较大,其中造墒处理穗数显著高于CK,镇压处理对穗数的影响表现一致:G120G95G0。以上处理对产量与对穗数的影响一致:造墒处理间产量差异水平不同,但以CK最低;镇压处理间产量差异不显著,但以G0最低。造墒和镇压对产量的交互作用不显著。综上可见,墒情适宜是小麦播后镇压的基础,镇压又是提墒壮苗的保障。河北地区小麦造墒水提前到9月20—25日,播种后采用95 kg×m~(-1)镇压器便于田间操作且镇压效果较好。     

行间耕播机弹性可覆土镇压轮性能有限元仿真分析及试验

为提高播种机的播种及镇压性能,解决播种作业中覆土后即时镇压的难题,结合橡胶类材料的变形理论与轮胎力学的研究基础,建立基于种沟沟型的理论模型,并设计出一种具有覆土功能的弹性镇压轮,镇压轮横截面由顶端连通的两个腔室组成,通过镇压轮侧缘与种沟接触产生的挤压力以同时实现覆土和镇压作业。利用ABAQUS软件对镇压轮进行有限元仿真分析,考察其覆土及镇压性能,通过有限元仿真分析证实该模型可行有效。通过与双圆盘覆土器和传统橡胶镇压轮的田间对比试验测得,该文所设计的弹性可覆土镇压轮作业后种子平均覆土深度为34 mm,变异系数为15.68%,镇压后种子上方距离地表5 cm的土壤紧实度为33.5 k Pa,变异系数为13.97%,应用双圆盘覆土器和传统橡胶镇压轮作业后种子平均覆土深度为35.3 mm,变异系数为17.51%,镇压后种子上方距离地表5 cm的土壤紧实度为26.5 k Pa,变异系数为15.32%,田间对比试验证实弹性可覆土镇压轮和双圆盘覆土器均可满足玉米播种作业对覆土深度的要求,但弹性可覆土镇压轮对土壤的镇压强度大于传统橡胶镇压轮,同时由覆土深度变异系数和镇压强度变异系数可以看出,弹性可覆土镇压轮在作业过程中的覆土深度稳定性和镇压强度稳定性均优于双圆盘覆土器和传统橡胶镇压轮。     

锥形轮体结构的覆土镇压器设计与试验

为简化机具结构,同时解决传统播种作业过程中覆土及镇压作业稳定性不佳的问题,该文设计了一种兼具覆土和镇压功能的覆土镇压器,该装置由左右2个具有锥形结构的覆土镇压轮组成。通过对覆土镇压作业过程种沟土壤受力情况和运动过程的分析,明确了该装置的覆土和镇压作用机理,及覆土镇压器主要结构参数和作业参数(外径、覆土镇压器宽度、内倾角和载荷)的取值范围,同时确定了影响覆土和镇压性能的3个主要影响因素(外载荷、左右覆土镇压轮间距和内倾角)。通过三因素三水平Box-Benhnken试验,以作业后的覆土厚度和种沟上方距离地表5 cm处土壤紧实度为试验指标,得到了影响土壤紧实度的各因素的主次顺序为:载荷、左右覆土镇压轮间距、内倾角,影响覆土厚度的各因素的主次顺序为:内倾角、载荷、左右覆土镇压轮间距。通过Design-Expert软件获得了覆土镇压器最佳参数组合为:载荷900 N,左右覆土镇压轮间距为13 mm,内倾角为16?。最佳参数组合的验证试验得出,作业后种沟上方距离地表5 cm处土壤紧实度均值为(43.8?1.9)k Pa,变异系数为4.3%;覆土厚度均值为(32.9?2.3)mm,变异系数为6.9%。满足既定的设计目标,且具有较好的作业稳定性,该研究可为播种机覆土镇压器的设计提供参考。     

小麦宽苗带种沟镇压播种装置研制

为解决中国黄淮海地区小麦播种质量差的问题，该研究设计了一种能够构建优质种床结构的种沟镇压播种装置，利用挡板提高种沟的平整性，种子下落到种沟后镇压轮对种床进行镇压，让种子与土壤紧密接触，为种子建立上松下紧的种床环境。对种沟镇压装置受力情况与种沟形成原理进行分析，结合具体农艺需求，确定种沟镇压播种装置的主要参数取值范围：弹簧工作形变量30～70 mm，镇压轮相对高度10～50 mm，挡板相对高度0～100 mm。以播深合格率、播种深度稳定性系数、种沟坚实度为指标，利用Box-Behnken响应面设计建立种沟镇压播种装置关键参数的二次多项回归模型，得到种沟镇压播种装置最佳作业效果的参数：挡板相对高度56.6 mm、镇压轮相对高度22.4 mm、弹簧工作形变量48.2 mm。在最佳参数条件下与覆土镇压装置进行性能对比试验，结果表明，种沟镇压装置的播深变异系数比传统覆土镇压装置降低63.6%,50～100 mm深度土层土壤坚实度提高47 kPa，种沟平整度提高63%。研究结果可为中国黄淮海地区小麦播种提供装备支持和技术参考。     

全膜双垄沟起垄覆膜机镇压作业过程仿真分析与试验

为深入研究全膜双垄沟起垄覆膜机镇压作业过程中不同工作参数对机具运行及种床构建质量的影响,该文利用ABAQUS软件建立镇压装置轮组与种床土壤互作的三维有限元模型,模拟镇压作业过程中触土部件与土壤相互作用的动态过程。采用三因素三水平Box-Behnken试验设计方法,建立载荷、机具前进速度、土壤含水率与垄面沉陷量、水平牵引阻力及渗水孔偏移量之间的数学模型,寻求覆膜机镇压轮组的最优作业参数组合。仿真试验中采用基于ALE算法的自适应网格划分技术解决网格畸变导致的仿真中断问题。仿真结果确定了3种不同土壤条件下较优的作业参数组合,并进行田间验证试验。结果表明,土壤含水率为15%条件下,机具前进速度为1.01m/s,施加载荷为100N时镇压轮组所受水平牵引阻力均值为44.15 N,大垄垄面平均沉陷量为11.82 mm,渗水孔平均偏移量为8.25 mm,试验结果满足全膜双垄沟种床构建质量要求。本文建立的三维有限元模型可用于预测镇压装置工作过程中的作业情况,可为机械化双垄沟种床构建作业方式及起垄覆膜机镇压装置的设计提供参考。     

油菜毯状苗移栽机开沟镇压部件设计与参数优化

针对插秧机底盘空间受限、配重低等问题,借鉴插秧机切块栽插原理,增设开沟、覆土镇压功能,设计驱动型波纹圆盘开沟与镇压部件,形成适宜稻板田移栽的油菜毯状苗移栽机。在确定圆盘结构参数的基础上对圆盘运动轨迹进行了分析,建立了机具前进速度、开沟深度和圆盘转速等主要参数的匹配关系,在机具最大前进速度1.5 m/s时解得圆盘转速为115 r/min。为确定镇压轮最佳设计参数组合进行了田间试验,通过对机具前进速度、轮盘夹角、单轮倾角和开距,采用响应面试验分析方法建立主要影响因素与考察指标之间的回归数学模型,确定最佳参数组合:机具前进速度0.95 m/s,轮盘夹角为19°,单轮倾角为45.8°,开距为64.1 mm,测得秧苗直立度合格率为86.66%和离土力为3.31 N,与理论值绝对误差分别为0.69%和3.50%。该研究可为毯状苗切块栽插旱地移栽机设计提供参考。     

保持种植区的水分

每年８、９月份炎热的天气使美国西北部太平洋沿岸地区种植区夏季休耕地的土壤水分散失量迅速增加。在此进行了一项为期两年的研究，以证实在８月中旬用一呼海峡压器对休耕地的残茬覆盖层和裸土地表镇压，看对９月中旬播种期的种植枢水分保持是否有益。这种坟措施增加了表层土壤密度，从而提高了０．０－０．１米深土层的含水量。但是，进行镇压３４天后播种时，已镇压和未镇过地块间的含水量交无差异，小麦出苗情况也未受到多大影响     

导苗管式栽植器的设计与试验

对苗体在导苗管栽植系统内的运动和影响其直立度的因素进行了理论分析,并结合实际采用的导向和控制两种方式;即导苗管将苗体导向开沟器的回土口处;运用开沟器和复土镇压轮的二次复土方式,使苗体达到要求的直立度。通过对工作部件的大量试验,找出了导苗管,开沟器和镇压轮三者之间的相对位置,同时研制出了导苗管直落苗式栽植机,其田间试验直立度的优良率和合格率分别达到80％和90％。     

冬前不同管理措施对土壤温度和冬小麦早期生长的影响

华北平原冬小麦/夏玉米一年两作下的少免耕和秸秆还田在减少耕作投入和降低农田无效蒸发方面作用显著,但也存在一些不利影响。本研究通过详细测定镇压、冬灌、秸秆覆盖等措施对土壤温度和冬小麦早期生长的影响,明确了少免耕和秸秆还田等措施的实施效果,为农业生产提供指导。结果表明,秸秆覆盖后土壤表层和5 cm深度最低地温越冬前、越冬期间和返青后比不覆盖分别高2.37℃、3.18℃、1.68℃和0.57℃、1.28℃、0.34℃,最高温度分别低2.68℃、4.40℃、4.82℃和0.54℃、0.75℃、1.85℃;冬灌后至冬小麦返青期表层土壤和5 cm处土壤平均最低温度比不冬灌分别高0.88℃和0.93℃,返青至拔节期两个层次的最高温度相差5.35℃和5.57℃;镇压与不镇压温度差异不明显。与对照相比,越冬前后秸秆覆盖和冬灌后冬小麦的茎蘖数和生物量都较低,尤其是在返青期,秸秆覆盖和冬灌下的茎蘖数和生物量比对照分别低29.8%、27.7%和5.2%、21.2%。秸秆覆盖和冬灌在冬季可降低最低温度的降幅,但春季不利于地温回升,有延缓冬小麦生长发育的可能。     

不同秸秆还田处理对旱地冬小麦土壤水分的影响

为了更全面地了解秸秆还田对土壤水分的影响,通过田间试验,分时期分土层研究了小麦和玉米两种秸秆在不同处理下还田对西北雨养农区冬小麦土壤水分的影响。结果表明:秸秆还田各处理土壤含水量的差异在时期上表现为前期大于后期,以越冬期的土壤墒情差异最大;在土层上表现为下层大于下层,以120—150 cm土层处理间差异最大。总体表现为:土壤含水量的差异随着生育时期的推进和土层加深而减小。同时,除小麦秸秆还田后不覆膜不镇压（T6）外其余秸秆还田处理的小麦产量和土壤水分利用效率均高于CK。其中,玉米秸秆还田后小麦产量和土壤水分利用效率均高于小麦秸秆还田;秸秆还田不覆膜,镇压（T2,T5）高于不镇压（T3,T6）。全生育期200 cm土体墒情秸秆还田好于露地（CK）,秸秆还田覆膜（T1,T4）好于不覆膜（T2,T3,T5,T6）。无论是增产还是保墒,秸秆还田和地膜覆盖组合模式是最好的。     

漫川漫岗黑土区水土流失综合治理范式

漫川漫岗黑土区是我国东北商品粮主产区和黑土坡耕地最集中的地方,也是坡耕地水土流失最严重的地区。根据漫川漫岗黑土区水土流失规律和特点,在已有水土流失治理模式的基础上,通过总结该区水土流失综合调控机制,凝练基于粮食安全的黑土区长坡缓坡水土流失综合治理范式,并对形成的水土流失综合治理范式体系的结构进行解析,对其推广应用效益进行分析,以补充和完善黑土区水土流失综合调控理论。结果表明:1)漫川漫岗黑土区水土流失治理应以坡耕地水土流失控制为主,水土流失综合治理调控主要由地表径流调控、沟道侵蚀调控和土地生产力调控3部分构成;2)基于粮食安全的黑土区长坡缓坡水土流失综合治理范式,以生态安全保障和粮食安全保障2大体系为支撑,系统结构主要包括水土流失立体防护体系结构和生态农业技术体系结构及二者之间的耦合;3)该范式可为促进东北漫川漫岗黑土区生态、社会和经济更协调发展提供科学参考和实践样板。     

基于DEM-MBD耦合的铲板式滚动触土部件作业机理分析与试验

为探索土壤微形貌加工过程中从动型铲板式触土部件与土壤的互作机理,该研究基于离散元法（Discrete Element Method, DEM）与多体动力学（Multi-Body Dynamics, MBD）耦合算法建立铲板式滚动触土部件与土壤互作的离散元模型。通过EDEM-RecurDyn联合仿真探索滚动部件作业机理,以机具作业速度（0.6、1.0和1.4 m/s）为影响因素,求解机具作业所需水平牵引力与土壤微坑容积,并通过开展台架试验评价仿真模型准确性。耦合仿真结果表明：随机具作业速度的上升,x向水平牵引力和z向垂直力不断变大;机具在不同速度作业下的土壤表面形成的微坑容积分别为3 310.91、3 325.96和3 384.47 mL;根据土壤压缩力、颗粒流向及动能变化,阐释了铲板式滚动触土部件作业过程中土壤微形貌的形成机理。将台架试验与仿真求解结果进行对比,x方向水平牵引力相对误差分别为5.01%、4.58%、4.10%,土壤表面微坑容积误差分别为6.23%、7.09%、5.64%,各作业速度下仿真模型具有较好的准确性。该文所构DEM-MBD耦合模型可为探明铲板式滚动触土部件与土壤互作机理、机具几何结构优化、以及作业参数选择提供理论依据和技术参考。     

关于坡耕地土壤"翻滚侵蚀"的研究

所谓“翻滚侵蚀”,就是指坡耕地土壤在受到人为外力的作用下,而产生向下翻动、滚动和下切的侵蚀现象,其主要发生在坡耕地的耕作上,当在坡耕地上耕作时,每趟一遍地,其土壤就向下翻滚一点和下切一点,当坡度越大其翻滚的程度就越大,也就是说产生的翻滚侵蚀就越大。这种“翻滚侵蚀”现象在山区、丘陵区、漫川漫岗区的坡耕地耕作中是十分突出和十分严重的,不能不引起我们对它的高度重视。     

海南热区砖红壤颗粒离散元仿真模型参数标定

为获取适用于海南热区砖红壤与触土部件相互作用的离散元仿真模型参数,该文利用EDEM仿真软件中Hertz-Mindlin with JKR接触模型对海南地区砖红壤进行相关模型参数标定,首先以含水率为7.8%、实际休止角为32.35°的砖红壤为研究对象,以物理试验获取的砖红壤-砖红壤、砖红壤-触土部件间恢复系数、静摩擦系数及滚动摩擦系数为标定对象,应用Plackett-Burman设计试验筛选出对休止角有显著影响的参数:即砖红壤-砖红壤滚动摩擦系数、JKR表面能、砖红壤-28MnB5板滚动摩擦系数、砖红壤-砖红壤恢复系数。进一步以砖红壤颗粒休止角为响应值,基于Box-Behnken设计试验得到休止角与显著性参数的二阶回归模型,并以实际休止角为目标,针对显著性参数进行寻优,得到最佳组合:砖红壤-砖红壤滚动摩擦系数为0.07、砖红壤-28MnB5板滚动摩擦系数为0.24、砖红壤-砖红壤恢复系数为0.4、JKR表面能为4.31J/m^2。最后在标定的参数下进行休止角与破土阻力离散元仿真验证试验,对比计算得出仿真休止角与实测休止角相对误差为0.62%,仿真破土阻力与实测破土阻力相对误差为3.43%,并通过对比分析两次试验中破土阻力变化曲线的拟合情况,得出两曲线间的可决系数R2=0.993 9,均方根误差RMSE=0.017 7,该结果表明标定所得相关参数可用作海南热区砖红壤离散元仿真。     

阳泉矿区自燃煤矸石山绿化中覆盖层碾压效果试验

自燃煤矸石山是矿区环境主要的污染源之一,对其实施封闭并绿化,需要构建具备一定阻隔空气能力的覆盖层,而覆盖层多为土质材料经碾压构成,空气阻隔性受其碾压质量的影响。结合阳泉三矿煤矸石山治理现场进行野外碾压试验,研究了煤矸石山现场碾压工具及碾压条件下的压实效果。通过对不同铺土厚度的黄土进行碾压,测定紧实度和干密度来表征碾压效果,分析以压实度(85%)作为压实质量控制标准的条件下合理的碾压工程参数。结果表明,利用现场自制碾磙(4t)进行平碾碾压,浅部土层受到碾压遍数的影响较大,深部土层受到碾压遍数的影响较小,其特征深度在15—25cm;建议的施工方案及碾压参数为:含水量接近最优含水率(相差不超过±2%),松铺厚度20~40cm,碾压3~5遍。     

广东省东江流域土壤侵蚀空间分布特征研究

广东省境内的东江流域,土壤侵蚀呈不连续的块状分布,主要集中分布在风化壳高度发育的花岗岩低山丘陵区,同时土壤侵蚀分布受人类活动的影响较大。通过实地调查采样分析发现,土壤侵蚀多分布于阳坡,其中面蚀、沟蚀多集中分布于坡面中上部,侵蚀对坡面不同部位的土壤理化性状产生直接的影响。     

不同含水率黏重黑土与触土部件互作的离散元仿真参数标定

为了获得可用于东北地区黏重黑土与触土部件相互作用的离散元仿真模拟参数,该文利用EDEM中Hertz-Mindlin with JKR Cohesion接触模型对不同含水率的东北地区黏重黑土进行相关参数标定,针对含水率在10%～20%的实际作业环境,分别配置含水率为12.46%±1%和17.15%±1%的2种黏重黑土,以土壤颗粒间的滚动摩擦系数、恢复系数、表面能参数及静摩擦系数为标定对象,并以土壤颗粒的仿真堆积角为响应值,基于Box-Behnken的响应面优化方法得到堆积角回归模型,并对回归模型进行寻优,得到2种含水率的模型参数优化解,并给出了模型参数范围。测定了4种含水率下黏重黑土对3种触土部件材料(65Mn、UHMW-PE和PTFE)的静摩擦系数,并以此为基础分别对65Mn(典型铁基材料)和PTFE(典型低表面能材料)板进行斜面试验,以含水率为17.15%±1%的黏重黑土为试验对象,分别搭建斜面物理试验平台和仿真模型,以土壤颗粒与触土部件材料之间的滚动摩擦系数、恢复系数、表面能参数及静摩擦系数为标定对象,以仿真得到的土球在65Mn和PTFE板上的滚动距离为响应值,基于响应面优化法得到滚动距离回归模型,以实测的滚动距离为目标对回归模型进行寻优,得到黏重黑土对2类典型触土部件材料接触模型参数的优化解。研究结果表明,标定优化后的土壤模型能够近似代替真实的东北地区黏重黑土进行仿真,可利用标定后的参数进行黏重黑土与触土部件间的离散元仿真,可为东北黏重黑土作业条件下的农业机械触土部件仿生减阻设计与优化提供基础数据。     

凌源市推广“金字塔”模式开发治理成效显著

凌源市推广“金字塔”模式开发治理成效显著刘海潮，张凤山，祁放（辽宁省凌源市水利局，１２２５００）凌源市水土保持小流域综合治理，经过多年的不断完善、总结、提高，形成了一林戴帽，二林围顶，果牧拦腰，两回穿靴，一龙坐底的产金字塔＂综合治理模式ＪＩ９８８年经...     

东北典型黑土区小流域水土流失综合防治体系

针对东北黑土区土地资源不断流失和退化问题,总结东北黑土区小流域综合防治经验,对保护黑土资源和保障国家粮食生产安全是非常必要的。基于典型黑土区具有代表性的通双小流域近50a水土流失治理实践和数据,探讨和分析小流域水土流失防治措施体系结构及其综合效益。在此基础上,系统分析了小流域从坡顶到沟道的三道防线立体防护体系的原理和效益:岗顶第一道防线减少溅蚀,削弱并拦截上坡来水来沙,涵养水源,改善土壤质量;坡耕地第二道防线截短坡长,减缓径流流速和侵蚀动能;坡底第三道防线主要采用植物跌水固沟保土,抑制侵蚀发展,恢复土地资源。该三道防线是适合典型漫川漫岗水力侵蚀区水土保持综合治理的模式体系。通过水土流失治理,通双小流域森林覆盖度显著增加,生态环境得到有效改善,小流域由强侵蚀区改善为微侵蚀区,侵蚀模数由6 600t/(km2.a)降低为300t/(km2.a),且土壤质量得到明显改善,粮食产量由1979年的1 200kg/hm2增加至1995年的3 465kg/hm2,年人均收入由1985年的1 100元上升至2005年的2 700元。最后对黑土区和黄土区典型小流域综合治理模式进行了对比分析,为典型黑土漫川漫岗水力侵蚀区小流域水土流失综合防治和流域可持续发展提供借鉴和样板。     

葡萄藤防寒土与清土部件相互作用的离散元仿真参数标定

为系统地研究中国北方地区沙壤土质地的葡萄藤防寒土及其与清土机清土部件常用材料(Q235钢、橡胶)相互作用的离散元仿真参数,以构建准确的土壤离散元仿真模型,该文选用整合延迟弹性模型(hysteretic spring contact model,HSCM)和线性粘附模型(liner cohesion model,LCM)作为土壤颗粒间的接触模型;基于土壤堆积试验,以土壤颗粒间恢复系数、静摩擦系数、滚动摩擦系数和土壤粘附能量密度为因素,以土壤堆积角为指标,利用EDEM进行通用旋转中心组合模拟试验,采用Design-Expert软件对试验数据进行回归分析,以实测的土壤堆积角作为优化目标值,获得土壤颗粒间的最佳接触参数组合;利用土壤屈服试验获得HSCM模型参数;基于斜面滑动法原理,利用倾斜板试验台测得土壤与Q235钢和橡胶之间的静摩擦系数,并以此为基础,采用土壤滑落试验,以滑动摩擦角为响应值,对土壤颗粒与Q235钢和橡胶之间的恢复系数和滚动摩擦系数进行寻优,得到最优解参数组合。为验证标定优化的离散元模型参数的准确性,采用刮土板土槽试验和仿真试验进行对比分析,获得刮土板在土槽试验和仿真试验中的水平前进阻力分别为228.36 N和213.79 N,两者之间的相对误差为6.38%,表明仿真模型中土壤的物理力学特性与实际土壤基本一致,验证了葡萄藤防寒土离散元仿真参数标定结果和研究方法准确可靠。研究结果可为基于离散元法研制适用于北方地区沙壤土质地的葡萄藤防寒土清土机提供理论基础和技术支撑。