田间土壤压实研究现状

在综述国内外农机土壤压实研究进展的基础上,结合土壤压实形成过程,从土壤含水量、耕作方式、农业机械3方面,内外因相结合的角度分析了影响田间土壤压实的因素。针对影响因素提出减缓土壤压实的可行性措施,总结了目前土壤压实研究中存在的问题和认识上的不足,并提出可行性建议。为进一步开展农业机械土壤压实方面研究提供参考。     

秸秆条带捡拾粉碎深埋装置设计与试验

针对东北黑土区保护性耕作秸秆还田条件下,地表秸秆量大导致免耕播种过程易雍堵、播种后地温提升慢等问题,提出了一种秸秆条带捡拾粉碎深埋方式,通过捡拾粉碎机构将地表部分秸秆捡拾粉碎,由罩壳处筛孔完成土秆筛分,集秆螺旋器进行秸秆的定向集运,最后经运秸风机实现秸秆输送深埋。本文对粉碎刀结构、排列方式和转速等关键参数进行确定,对粉碎刀轴的秸秆漏捡区域面积展开分析,通过理论分析和离散元单因素仿真试验明确了集秆螺旋器转速与其所受扭矩和秸秆运动速度之间的关系,初步确定了螺旋器转速为900~1100r/min,设计了开沟铲的结构参数,并利用离散元全因素仿真试验模拟了作业速度与开沟深度两因素间与表层土壤颗粒运动及开沟铲受力之间的关系,以作业速度、开沟深度和螺旋器转速为因素,秸秆深埋合格率为试验指标进行Box-Behnken试验。田间试验结果表明,当前进速度为3km/h、开沟深度为290mm、螺旋器转速为1000r/min时,其秸秆掩埋合格率为64.2%,其预测值约为67.4%,误差小于5%,满足设计需求。研究成果为东北黑土地保护性耕作推广提供了新的方案和技术支撑。     

固定垄保护性耕作机具的研究现状

固定垄保护性耕作作为一项将保护性耕作、固定道和垄作沟灌等技术相结合的新型农业生产体系,对于促进农业的可持续发展具有重要的现实意义。为此,总结了国内外起修垄机具、垄作播种机以及其他配套机具的研制和应用情况,并对存在的问题进行了探讨,以期为固定垄保护性耕作机具的研制提供参考。     

桃园残枝粉碎还田改善土壤理化性状提高桃品质

针对目前北京地区桃园生产土壤覆盖方式单一的问题,该文对新的土壤管理模式进行了探索。于2013-2015年在北京市平谷区矮化密植桃园采用田间小区试验,进行3种处理对土壤团粒结构、土壤紧实度、土壤水分特性、土壤有机质、CO2释放速率、果品品质影响的试验研究。结果表明,在整个果树生长期,残枝粉碎覆盖对土壤特性具有显著影响,二月兰种植1 mm大团聚体含量比清耕和树枝覆盖分别多31.7%、22.2%;0~20 cm土壤紧实度,清耕无覆盖比二月兰种植大14.8%,比残枝覆盖大21.8%;与对照相比,土壤CO2释放速率提高193.46%;果园树枝覆盖、二月兰种植、清耕稳定入渗率分别为4.22、8.41、10.01 cm/h;二月兰种植和残枝覆盖土壤有机质含量较清耕分别增加183.2%、119.8%(P0.05);果园残枝覆盖较清耕处理可溶性固形物增加6.1%,单果质量提高7.9%。因此,果园残枝覆盖可以改善土壤理化性状,提高果实品质。     

基于SPH算法的平面刀土壤切削过程模拟

以我国华北一年两熟区保护性耕作地土壤为原型,利用ANSYS/LS_DYNA对平面刀切削土壤过程进行数值模拟,并通过理论分析和试验,验证SPH算法在模拟平面刀切削土壤过程方面的可行性。结合MAT147土壤材料模型,SPH算法及点-面侵蚀接触,运用ANSYS/LS_DYNA软件对平面刀切削土壤过程进行有限元分析。仿真结果表明,SPH算法能够直观模拟平面刀切削土壤整个过程,最大等效应力为5.851 MPa,主要集中在与平面刀接触的土壤上;平面刀切削全过程表明,土壤所受等效应力波动较小,切削过程比较平稳;稳定切削时切削功耗在10.2 kW附近波动,通过理论和试验验证,仿真切削误差不大于0.05。由此说明SPH算法进行平面刀切削过程的数值模拟是可行的。     

耕作措施对京郊冬小麦农田CO2、CH4排放通量的影响

通过设置在北京市大兴区青云店镇的不同耕作措施试验,利用静态箱-气相色谱法对2季冬小麦（2011年10月—2012年7月和2012年10月—2013年7月）各关键生育期内CO2、CH4的排放通量进行了测定。结果表明：免耕（NT）、深松（ST）、旋耕（RT）、传统耕作（CT）4种耕作措施下,冬小麦农田土壤总体表现为CO2源和CH4汇的功能,且CO2和CH4都有明显的日变化和季节变化特征。CO2日排放通量最高峰出现在0:00,最低峰出现在10:00;CO2季节排放通量最高峰出现在冬小麦播种期和收获期,最低峰出现在越冬期。CH4日排放和季节排放通量变化特征差异显著,但没有明显的变化规律。CO2排放通量与0~20cm各土层土壤温度呈正相关,与0~30cm各土层土壤质量含水率呈负相关关系。CH4排放通量与0~20cm各土层土壤温度呈正相关关系。4种耕作处理下,冬小麦农田CO2的季节平均排放通量为：传统耕作>旋耕>深松>免耕,CH4的季节平均吸收通量为：旋耕>传统耕作>免耕>深松。免耕相对于旋耕和传统耕作农田CO2季节平均排放通量降低了23.3%~27.1%;旋耕、传统耕作相对于免耕和深松CH4的季节平均吸收量增加了20%以上。因此,在京郊冬小麦农田,4种耕作措施（NT、ST、RT和CT）均能不同程度地增加CH4的吸收量,同时,采用免耕能进一步降低农田CO2排放量。     

基于气力分配的不同肥料分层深施装置设计与试验

根据东北黑土地玉米免少耕播种与施肥需求,提出一种普通复合肥与缓释肥分层施用的方法,并设计了一种分层深施肥装置,通过理论分析与参数计算确定了分层深施肥装置关键部件的结构和基本工作参数。分析确定了影响分层深施肥装置施肥作业效果的主要因素,选取翼铲向后和向下倾斜角、作业速度为试验因素,以各层施肥量偏差稳定性系数为试验指标,利用计算流体动力学与离散元耦合仿真的方法,进行二次正交旋转组合仿真试验,建立了试验指标与影响因素的回归模型。通过对试验结果的拟合和优化分析,得到了翼铲向后和向下倾斜角分别为58.11°和52.84°、作业速度为3.38km/h时,上、中、下3层施肥量偏差稳定性系数分别为8.50%、6.54%和9.10%,以优化得到的参数进行了装置加工和田间试验,试验结果与仿真试验优化结果相吻合,满足设计要求。     

入射角度对气力射播小麦种粒入土参数影响的试验研究

针对稻麦轮作区黏湿土壤条件下的小麦机械化播种,为避免传统接触式小麦播种技术存在的粘附堵塞严重和作业阻力、功耗大等问题,该文采用非接触式小麦气力射播技术理论,通过自制的小麦气力射播试验台,开展整洁种床土壤条件下入射角度对气力射播小麦种粒入土参数影响的试验研究。试验结果表明:随着入射角度的增加,相同加速气压下小麦种粒的射播速度垂直分量和射播深度不断增加,小麦种粒触土后产生水平滑移和弹跳的几率变小,且各入射角度下射播深度与射播速度呈正相关关系,不同入射角度下小麦种粒呈现出不同射播深度和土壤冲击效果,小麦种粒未产生损坏情况;当入射角度≥45°和射播速度垂直分量≥25 m/s时,小麦种粒可被完全射播入土壤中且出苗率大于86%,90°入射角度下的射播效果最好。同时,为实现田间作业时小麦种粒的垂直射播入土,应使射播速度水平分量与机具作业速度相等且射播速度垂直分量≥25m/s。试验结果可为非接触式小麦射播装备的研制提供基础数据和技术支撑。     

砍切式玉米秸秆还田机的设计与试验

针对中国北方一年两熟区玉米收获后地表秸秆量大,甩刀式秸秆还田机粉碎长度合格率低,影响后续小麦少免耕播种等问题,基于四连杆机构往复运动原理,利用地表作为支撑,提出了利用砍切对秸秆切段还田的思路,进而研发出一种砍切式玉米秸秆还田机。为避免后续小麦播种时出现拥堵现象,设计秸秆切断长度不超过小麦窄行行距的一半(6 cm);通过理论计算和动力学仿真分析,优化了切刀的运动轨迹并确定切秆装置各杆件尺寸并分析了机具切割功耗为28.39 kW;利用ANSYS软件对切刀进行有限元静力分析,切刀力学性能满足设计要求。田间对比试验结果表明,在玉米收获后秸秆全量保留的条件下,与甩刀式秸秆还田机相比,砍切式秸秆还田机粉碎后秸秆平均长度短0.73 cm,秸秆长度不合格率小5个百分点,秸秆长度变异系数小0.218;机具运行平稳性试验表明砍切式玉米秸秆还田机振动略大于甩刀式玉米秸秆还田机,但差异不显著,该机平稳性满足作业要求;切刀入土平均深度为7.71 cm,可明显降低0~10 cm土层土壤容重;后续播种试验试验表明在砍切式秸秆还田机作业后地表进行播种时,播种机无拥堵现象且播种深度合格率比甩刀式大2.3个百分点。该文研究成果能够为中国北方一年两熟区玉米秸秆还田提供一种新型装备,有利于促进秸秆还田技术的推广。     

玉米空间分层施肥装置结构优化与试验

针对玉米分层施肥作业中开沟宽度大、回土效果差导致的肥料分层效果不明显、各层肥量难以控制等问题,设计了一种各层肥量可调的空间分层施肥装置,肥料可在土壤中形成半包围种子的分布状态。通过理论分析和设计计算确定了空间分层施肥装置的基本结构参数,明确了影响分层施肥装置内肥料颗粒运动的主要因素。运用离散元法对分层施肥装置工作过程进行仿真分析,选取施肥调节片前端宽度、后端宽度和安装角为试验因素,以上层和中层排肥口出肥量为试验指标,进行二次正交旋转组合仿真试验,建立了试验指标与影响因素的回归模型,仿真结果表明,当施肥调节片前端宽度为3.61mm,后端宽度为21.52mm,安装角为43.23°时,上、中、下3层排肥口施肥量比例为最佳施肥比例3∶3∶4。为验证仿真分析结果,在不同作业速度和不同施肥量条件下,进行了空间分层施肥装置的样机性能试验,试验结果表明,空间分层施肥装置能够实现各层肥量的目标施肥配比,在不同作业速度和不同施肥量下各层施肥量变异系数不大于4.3%,各层肥料深度误差在10mm以内,各层肥料横向距离误差在6mm以内,工作性能稳定。