基于离散单元法的螺旋输送装置工作过程数值模拟

为了验证组合螺旋输送装置应用于小型收获机的可行性和研究籽粒在其中的流动规律,本文以散体力学为基础,依据离散单元法(DEM)分析螺旋输送器的输送机理。通过建立输送器三维模型,以豌豆为例分析其在螺旋内的运动,应用可视化离散元模拟软件EDEM分析等螺距、变螺距输送过程中豌豆颗粒接触数目、豌豆速度、豌豆受力及输送能耗等变化情况,初步探讨了颗粒破碎原因,并对输送速度及破碎率进行了试验验证。研究结果显示:相对于等螺距输送,变螺距输送在提高输送速度的同时降低了能耗,且籽粒受力、接触数目较大处主要集中在输送初期,变螺距输送不仅可以通过提高豌豆颗粒输送速度提高输送效率,而且能降低颗粒间及颗粒与叶片间挤压与摩擦,进而改善输送过程中颗粒破碎现象;颗粒受力最大处主要集中在螺旋叶片外径和箱体内壁之间及两输送器的结合处。     

行距及密度影响玉米密植潜力的干物质累积和产量构成机制

空间布局是决定玉米密植潜力的重要因子,但有关行距配置对不同密度玉米产量及其构成因素的调控研究比较薄弱,使得生产实践中缺乏通过行距配置优化挖掘玉米密植潜力的理论依据。2017-2018年,在带宽相同条件下,研究了7∶3(L1:宽行56 cm∶窄行24 cm)、6∶4(L2:宽行48 cm∶窄行32 cm)、5∶5(L3:行距配置均为40 cm)3种行距配置对5种密度(D1:82 500株·hm~(-2)、D2:90 000株·hm~(-2)、D3:97 500株·hm~(-2)、D4:105 000株·hm~(-2)、D5:112 500株·hm~(-2))玉米产量及其构成因素的影响。行距配置、密度及二者的互作效应显著影响玉米籽粒产量, L1行距配置较L3增产5.2%～10.5%,增幅显著; D2、D3密度处理分别较D1密度处理增产6.1%～12.0%、6.5%～15.0%(P0.05), L1D3、L2D3产量较L3D1提高了8.3%～34.2%、4.8%～27.5%(P0.05), L1D3的增产效果最好,说明宽窄行种植增强了玉米植株的耐密性,提高了玉米群体的密植潜力。宽窄行结合密植有利于提高玉米的生物产量,其中L1行距配置较L3提高3.0%～6.6%(P0.05),D3密度较D1密度高3.4%～8.0%(P0.05), L1D3较L3D1处理提高5.2%～15.0%(P0.05)。宽窄行种植提高玉米密植潜力的原因是:1)提高了玉米生长后期(大喇叭口期至灌浆期)的干物质累积速率,该时期玉米的干物质累积速率L1行距配置较L3提高32.9%～42.0%, D3密度较D1密度高9.2%～23.9%, L1D3处理较L3D1处理高29.1%～34.3%,增幅均显著; 2)提高了光合产物向穗部的转移, 2017年度玉米收获指数D3密度较D1密度高6.4%, L1D3处理较L3D1处理高16.2%,2018年无显著差异;3)提高了玉米的成穗数和穗粒数,D3密度的成穗数较D1密度高16.0%～20.2%,L1D3较L3D1成穗数高16.9%～25.9%,L1行距配置较L2、L3穗粒数分别高3.0%～4.4%、3.9%～7.0%,提高幅度均显著。56 cm∶24 cm宽窄行结合密度97 500株·hm~(-2)是绿洲灌区获得高产,密植潜力充分发挥的理想种植模式。     

春小麦秸秆还田对后茬玉米干物质积累及产量形成的调控效应

干物质是作物光合作用产物的最高形式,其积累动态特性与籽粒产量有密切关系,研究前茬作物不同秸秆还田方式对后茬地膜覆盖作物地上干物质积累特性与产量形成的影响,对优化作物高产高效栽培理论和技术具有重要意义。本研究通过田间试验,在干旱内陆灌区研究了前茬春小麦不同秸秆还田方式(免耕秸秆覆盖还田,NTM;免耕秸秆立茬还田,NTS;传统翻耕秸秆还田,CTS;传统翻耕无秸秆还田,CT,对照)对后茬玉米地上干物质积累规律及产量形成的调控效应。结果表明:前茬春小麦免耕秸秆还田(NTM,NTS)提高了后茬玉米地上干物质最大增长速率和干物质平均增长速率,延迟了干物质最大增长速率出现的时间,以NTM处理作用效果最明显,较CT玉米地上干物质最大增长速率和干物质平均增长速率分别提高5.7%、11.2%,玉米地上干物质最大增长速率出现时间延迟3.4d,差异达显著水平(P0.05)。NTM、NTS处理可长时间保持后茬玉米相对较高的地上干物质积累速率,有效延缓吐丝至灌浆期后茬玉米地上干物质积累速率的降低,维持较长的地上干物质积累期,提高完熟期地上干物质积累量,NTM和NTS较CT处理玉米收获期地上干物质积累量分别提高11.3%和9.9%(P0.05)。NTM、NTS和CTS比CT处理分别增产15.6%、13.0%和7.8%,以NTM处理增产幅度较大,较CTS增产7.3%(P0.05),增产的主要原因为穗数、穗粒数及粒重的协同提高。通过关联矩阵分析表明,通过优化前茬春小麦秸秆还田方式影响后茬玉米穗数来调控群体大小,进而协调穗粒数与粒重,通过三者相互协调发展可实现增产。因此,前茬春小麦免耕25～30cm覆盖秸秆还田(NTM)是典型干旱内陆灌区优化后茬玉米干物质积累特性及获得高产的理想耕作措施。     

间作小麦留茬方式对配对玉米产量和水分利用的影响

通过大田试验,探讨了间作小麦不同留茬方式对间作玉米产量、耗水量和水分利用效率(WUE)的影响。结果表明,与单作玉米(SC)相比,间作小麦25cm高茬收割压倒处理(W/C1)、25cm高茬等量秸秆覆盖处理(W/C2)、不留茬收割处理(W/C3)间作玉米产量分别增加了12.53%、17.44%、11.27%,W/C2处理下玉米产量显著高于W/C1与W/C3处理。间作增大了玉米耗水量,小麦留茬可显著降低间作玉米的耗水量,3种间作处理玉米的耗水量较单作分别增加了12.86%、9.71%、16.95%,W/C1和W/C2处理下耗水量较W/C3处理分别降低了3.63%和6.61%。3种间作处理玉米的WUE较单作分别提高10.82%、22.92%、4.78%;其中,W/C2处理间作玉米的WUE最大,且显著高于W/C1、W/C3处理。试验条件下,小麦25cm高茬等量秸秆覆盖是该区提高间作产量和WUE的有效措施之一。     

绿洲灌区玉米产量形成及水分利用特征对地膜覆盖方式及行距的响应

干旱绿洲灌区玉米生产普遍采用全膜覆盖方式,残膜污染问题严重。因此,研究地膜减投增效生产技术对缓解残膜污染有重要意义。在甘肃河西石羊河流域通过田间试验研究了不同覆膜方式(全膜覆盖、半膜覆盖)和不同种植行距(50 cm等行距、40 cm+80 cm宽窄行)对玉米产量、耗水量、耗水结构及水分利用效率的影响。结果表明,全膜宽窄行和半膜宽窄行种植条件下均可获得较高的玉米籽粒产量,分别达14 712.7kg·hm~(-2)和14 155.2 kg·hm~(-2),较半膜覆盖等行距处理高13.2%和8.9%(P0.05),与全膜覆盖等行距处理差异不显著。全膜宽窄行和半膜宽窄行获得较高籽粒产量的原因是提高了穗数和双穗率。全膜覆盖条件下宽窄行种植获得较高LAI峰值的同时,玉米全生育期平均LAI显著高于半膜覆盖处理。全膜覆盖显著降低了玉米生长前期(播种至大喇叭口期)的棵间蒸发量。半膜覆盖等行距和宽窄行种植玉米全生育期棵间蒸发量分别较全膜等行距种植高14.3%和21.9%,差异显著。半膜覆盖宽窄行种植条件下玉米水分利用效率达19.3 kg·mm~(-1)·hm~(-2),与全膜覆盖等行距和宽窄行处理均无显著差异。干旱绿洲灌区半膜覆盖宽窄行种植替代全膜等行距种植或宽窄行不会导致玉米产量和水分利用效率降低。     

供水及丁香酚对间作小麦蚕豆生长速率及籽粒产量的影响

为了寻求人工调控存在化感物质间作群体的理论依据,通过盆栽试验,探讨不同供水水平下(田间持水量的75%、60%和45%),小麦根系分泌物丁香酚对单作和间作蚕豆、小麦生长速率(Crop Growth Rate,CGR)及籽粒产量的影响。结果表明:在蚕豆苗期-始花期、结荚-成熟期2个生育阶段,丁香酚对蚕豆生长速率整体表现为抑制作用,但结荚-成熟期75%供水水平下的单作、60%供水水平下的间作除外,增加供水缓解了单作蚕豆的抑制作用、加剧了间作蚕豆的抑制作用,间作模式可缓解抑制;自苗期以后,丁香酚对小麦生长速率表现为抑制作用,且增加供水亦不能缓解抑制,但在开花-成熟期间作模式可以缓解抑制。在同等供水水平下,间作籽粒产量与单作籽粒产量的加权平均相比增加了24.92%-52.74%。丁香酚除对45%供水水平下小麦籽粒产量有化感促进作用以外,对两种作物的其他处理均呈现化感抑制作用。间作可弱化丁香酚对小麦、蚕豆籽粒产量的化感作用。     

根系分泌物在不同播种模式中的化感效应研究

通过发芽试验研究了不同作物根系分泌物在不同浓度、不同组合方式下对单播和混播作物根干重和芽干重造成的化感效应。结果表明,鹰咀豆根分泌物苯甲醛是一种自毒型化感物质,小麦根分泌物间甲酚和玉米根分泌物邻苯二甲酸是他感型化感物质。间甲酚和苯甲醛组成的混合溶液,以及由3种物质组成的混合溶液对小麦、玉米、鹰咀豆根干重无明显的累加化感作用,但对芽干重具有累加化感作用。与单作相比混播能够弱化高浓度化感物质的负效应,同时可以减小化感物质对芽干重的化感作用。     

间甲酚和供磷对小麦间作蚕豆生产力和组分竞争力的影响

通过盆栽试验研究了3个磷水平下化感物质间甲酚对小麦间作蚕豆生产力和级分竞争力的影响。结果表明,间作较单作具有显著增产作用,100mgP2O5土(P1)的施磷水平下复合群体的生物产量最高;施磷可显著降低间甲酚对小麦间作蚕豆生物产量和经济产量的化感效应,间作小麦经济产量受间甲酚的负效应低于单作。间作小麦经济系数(HI)在不施磷和施磷水平为P1时高于单作小麦,施磷量增大结果相反,间作蚕豆HI在施磷量为P1时高于单作;施磷可缓解间甲酚对小麦、蚕豆经济系数的化感作用,间作小麦经济系数受抑程度小于单作,施磷水平为P1时间作蚕豆HI受抑程度小于单作。施磷和间甲酚可增强小麦蚕豆复合群体中小麦相对于蚕豆的竞争力。     

玉米间作花葵水分高效利用模式初探

针对西北绿洲灌区传统间作耗水量大、单方水效益不高等问题,通过大田试验,探讨不同覆盖方式和播量对玉米间作花葵复合群体的产值、玉米产量和水分生产效益的影响,以期为干旱区间作高效水分利用提供新思路。研究结果表明,玉米间作花葵可在不增加耗水量的情况下提高单位土地面积产值。花葵地膜覆盖方式显著提高花葵切花数但显著降低花葵商品率,地膜覆盖及播量对花葵水分生产效益(WPE)影响不显著。与单作玉米相比,玉米间作花葵可显著提高水分生产效益(WPE),WPE达到12.34~13.28元/m,较玉米单作提高50.3%~61.8%。覆盖条件下花葵高播量间作玉米模式总经济效益最高达到83 337元/hm²。     

不同禾豆间作复合群体根系的时空分布特征

通过土柱栽培试验,研究了小麦间作菜豆、小麦间作蚕豆及不同单作作物根系的时空分布特征。结果表明,小麦间作菜豆的总根干重在小麦苗期、开花期、灌浆期、成熟期与对照相比增减了50.80%、2.42%、31.94%、-4.83%,小麦间作蚕豆根干重的增减幅度分别为-6.82%、7.26%、14.66%和-7.25%。小麦间作菜豆和小麦间作蚕豆全生育期根干重按生育进程呈明显分移特性。两作生长前期,间作作物根系空间分布范围大于单作;生长后期,间作作物根系分布在0~50 cm的土层中,单作主要分布在0~70 cm的范围内。小麦间作蚕豆的总根重在全生育期呈小-大-小-大的双峰变动趋势;小麦间作菜豆根重变化趋势与单作相同,呈以生长盛期为峰值的单峰型。间作作物成熟期深层根系含水量高于单作。