莲子机械自动去芯自适应定心技术与样机试验

针对莲子在自动化去芯过程中的钻偏问题,提出了莲子自适应定心方法,该方法基于一种由曲柄滑块机构与平行四边形机构组合而成的自适应定心装置,能实现去芯钻头位置随莲子大小变化而自动调整。利用随机优化算法对机构中的连杆参数进行了优化,实现去芯钻头轴线保持与莲子轴线同轴,理论定心偏差为0.0448 mm。研制了一种自适应莲子去芯机,进行了未分级莲子的去芯试验,结果表明:自适应莲子去芯机钻正率达91.25%,远高于现有去芯设备,初步验证了自适应定心方法的有效性与实用性。研究结果为莲子优质钻芯设备设计、与莲子形状类似物料的优质钻孔设备研发提供参考。     

甜高粱茎秆汁液锤度与可发酵糖含量的关系

甜高粱茎秆富含糖分,是生产燃料乙醇的良好原料。在甜高粱育种或生产中,常用锤度估算汁液含糖量,但锤度与可发酵糖的关系还不是很清楚。本文采用81个甜高粱材料,种植于北京、天津(盐碱地)、河北3个地点,研究了茎秆汁液锤度与可发酵总糖和蔗糖含量的关系。结果表明,北京、河北、天津三个地点甜高粱茎秆汁液总糖/锤度(糖锤比)总平均值分别为0.76、0.74和0.72,其中天津的甜高粱茎秆汁液糖锤比显著低于北京。北京、河北、天津三个地点甜高粱茎秆汁液锤度与总糖、蔗糖含量的相关性均达极显著水平,相关系数分别为0.8911,0.8376和0.9186,其中天津点显著低于河北。适合北京和河北非盐碱地种植的甜高粱茎秆汁液的锤度、可发酵总糖含量的整合回归方程为Y=0.8969X-1.7576(R2=0.8237);天津盐碱地糖锤比低于北京,相关系数显著低于河北,故其回归方程Y=0.9343X-3.1726(R2=0.7015)只可供其它盐碱地区参考。锤度和糖锤比的相关系数显著低于总糖含量和糖锤比的相关系数,说明含糖量高,锤度也高,但锤度高,含糖量不一定高。该结果对于甜高粱育种和加工工艺设计具有重要参考价值。     

基于机器视觉的红掌检测分级方法

中国盆花销售量随着消费水平的提高而迅速攀升,四大盆花之一的红掌在规模化生产中存在分级标准掌控不统一、分级结果不稳定以及效率低下等问题,制约了红掌产品的规模化生产,影响了红掌的出品质量。该研究提出基于机器视觉技术的红掌分级检测方法,对90株红掌的水平和竖直方向图像采集,经过二值化等处理,从侧视轮廓、俯视轮廓及佛焰苞轮廓特征三方面获取红掌植株的高度、冠幅、佛焰苞片数、苞片横径4项指标的信息, 针对每一项指标提出检测方法。试验结果表明,该方法对植株高度测量误差小于5.4 mm;针对植株冠幅提出了当量直径测量方法,佛焰苞片数测量正确率可达98.9%,苞片横径相对误差最大为6.52%。针对试验所选90盆红掌分级成功率达到97.8%。研究表明,利用机器视觉技术能够很好地实现对红掌盆花的在线检测分级。     

环模制粒粉体旋转挤压成型扭矩模型构建及试验

环模制粒成型技术以其高效率、高成型率、低污染等优点广泛应用于饲料机械、生物质能源机械、化工、制药等领域,而环模制粒过程扭矩模型的缺失已成为制约制粒技术发展的瓶颈之一。该文旨在通过理论分析、数值模拟与试验研究,建立粉体旋转挤压制粒成型过程精确扭矩模型,为粉体旋转挤压制粒成型装备的节能降耗及优化设计奠定理论基础。针对各向同性粉体物料,基于微单元受力分析及广义胡克定律,建立了旋转挤压制粒成型过程中模孔不同深度位置挤压压强的计算公式;基于DPC模型及实际辊轧工艺,建立了旋转挤压成型过程有限元分析模型,进行了压紧区应力分析;基于有限元模拟分析结果,设定变形压紧区的压强分布为二次曲线,建立了变形压紧区、挤压区的压强分布模型;最后建立了粉体旋转挤压制粒成型扭矩模型。以无线扭矩测试系统及环模制粒机为试验平台进行了鸡饲料的环模挤压制粒试验,求解得到了所有模型常量。设计了9组扭矩测试试验进行模型验证,测试结果与理论计算对比表明,试验值与计算值差距较小,最大计算误差仅为2.6%,这反映出建立的模型正确有效,对指导环模制粒机结构优化与节能降耗具有重要的意义。     

微生物有机肥结合土壤改良剂防治烟草青枯病

盆栽试验设置了五个处理:对照(T1)、施用普通有机肥(T2)、施用SQY-7号微生物有机肥(T3)、石灰处理土壤后施用SQY-7号微生物有机肥(T4)、石灰和碳铵处理土壤后施用SQY-7号微生物有机肥(T5),用DGGE和平板计数法研究了根际土壤微生物群落的多样性,旨在探讨微生物有机肥及微生物有机肥结合土壤改良剂对烟草青枯病的防治效果和对烟草根际土壤细菌群落多样性的影响.结果表明:连作土壤中,施用普通有机肥(T2)不仅不能防治烟草青枯病,还提高了烟草青枯病的病情指数,而施用微生物有机肥处理(T3、T4和T5)对烟草青枯病的防治效果达66.7％～87.9％;施用微生物有机肥可显著改变根际微生物区系结构:T2处理的根际土壤细菌和放线菌数量较T1处理略有增加,真菌数量则较T1处理增加了1.1倍;T3和T4处理的根际土壤细菌分别较T1处理增加了3.5倍和6.1倍,同时,放线菌数量分别增加了3.7倍和3.5倍,而真菌数量分别下降了66.2％和70.1％;T5处理的根际土壤细菌和放线菌数量较T1处理分别增加了13.6倍和5.1倍,真菌数量下降了75.0％;各处理的细菌群落多样性均较T1处理增加.初步研究表明,连作病害土壤用石灰和碳铵预处理后再施用SQY-7号微生物有机肥能有效防控烟草青枯病和减缓连作生物障碍,其作用机制主要通过改变微生物区系和降低病原菌数量实现.     

甘薯淀粉产量及相关性状的遗传多样性和关联度分析

甘薯[Ipomoea batatas(L.)Lam.]是加工淀粉和燃料乙醇的重要原料,是目前我国最具开发前景的非粮食类新型能源作物。选育高淀粉产量的能源型甘薯新品种是甘薯育种的重要目标。为了获得准确筛选高淀粉产量育种材料的性状指标,提高甘薯高淀粉产量育种效率,缩短育种周期,本研究利用不同甘薯品种(系)的自然变异,根据淀粉产量、不同生长发育阶段的5个主要农艺性状和3个淀粉合成关键酶活性测定结果,利用相似系数和遗传距离矩阵,以类平均法对国内48份不同淀粉产量甘薯种质资源进行了遗传多样性分析,通过关联度分析研究了淀粉产量与不同时期农艺性状、淀粉合成关键酶活性的相关性。结果表明:48份甘薯种质资源材料在不同时期农艺特征差异较大;不同时期农艺性状的聚类结果中,栽后100 d的农艺性状与淀粉产量关联度最大,淀粉产量与该时期的基部分枝数呈极显著负相关(r=0.428),与干率呈极显著正相关(r=0.423),而与最长蔓长、单株结薯数和单株鲜薯重相关性不显著。48份甘薯种质材料在不同时期的酶活聚类结果差异明显。不同时期的甘薯淀粉合成关键酶活性聚类结果中,栽后50 d酶活聚类与淀粉产量聚类结果关联度最大,淀粉产量与该时期测得的ADPG焦磷酸化酶(ADPG-PPase)活性呈负相关关系(r=0.163),与蔗糖合成酶(SS)活性(r=0.101)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性(r=0.016)呈正相关,但相关性均未达到显著水平。加之淀粉合成关键酶活性测定步骤繁琐,不适宜作为甘薯高淀粉产量育种早期选择的生理指标。在高淀粉产量育种材料筛选时可于栽后100 d对农艺性状进行综合考察,重点考虑干率较高及分枝数较少的品系。本研究可为甘薯高淀粉产量育种提供一定的理论依据。     

不同管理措施对西藏河谷农田土壤微生物量碳的影响

土壤微生物量碳(MBC)是反映农田土壤质量的重要指标。本研究以西藏河谷农田生态系统为对象,在中国科学院拉萨农业生态试验站长期施肥样地和农田撂荒地通过随机混合采样获取土壤样品,实验室内以氯仿熏蒸法测定土壤微生物量碳,探讨了不同施肥方式、不同除草方式对西藏河谷农田土壤质量的影响。从3个不同生育期的平均结果来看,施加羊粪样地的土壤微生物量碳比空白样地提高了56.1%,单纯施用化肥样地的微生物量碳比空白样地降低了14.0%,表明有机肥的施用对于提高西藏农田土壤质量具有显著的促进作用,而单纯施用化肥则会导致土壤质量的下降。在农田撂荒地试验中,自然撂荒样地(不除草)的土壤微生物量碳大约为85.2 mg/kg,而经常除草样地的土壤微生物量碳比不除草样地降低约1/4,从而进一步说明有机质输入对于提高高原农田土壤质量具有重要的作用。     

流域离散化对分布式水文模型径流模拟的影响

以嫩江上游诺敏河古城子水文站以上集水区为研究对象,利用分布式水文模型SWAT (Soil and Water Assessment Tool),对研究区进行6种子流域划分,研究不同时间尺度上径流模拟随流域离散化水平的变化,以了解输入数据空间集总程度对分布式水文模拟的影响.结果表明,在年和月尺度上,不同子流域划分对径流模拟精度影响较小,但在日尺度上对径流模拟精度有影响;不同时间尺度上流域离散化水平对出口流量的影响均较小,但地表径流随子流域数量的增加而增大,相对误差达到35.4％;径流模拟结果对降水量较敏感,湿润年份模拟精度更高,而子流域划分对径流模拟结果的影响在干旱年份以及夏季汛期更显著;当流域离散化达到一定水平即最小集水面积阈值为流域总面积的2％时,增加子流域划分对径流模拟结果的影响较小,但减少子流域划分则会导致模拟结果不稳定,且难以满足流域空间格局分析的要求.     

北斗定位田间信息采集平台运动控制器设计与试验

针对轮式田间信息采集平台在田间复杂环境下定速直线跟踪问题,设计了一种横向纠偏与纵向定速行走的运动控制器。控制系统采用低精度北斗定位模块、电子罗盘、旋转编码器、角度传感器获取田间信息采集平台的状态信息(包括位置、航向、速度、转向角)作为运动控制器的输入,通过构建的横向纠偏模糊控制器和纵向定速PID(proportion integration differentiation)控制器,实现行走过程中的横向纠偏和纵向定速行走。为获取更准确的位置信息,采用3个低精度北斗定位模块以边长1 m的等边三角形方式放置对数据求均值得到中心点定位数据的方法,将北斗接收模块的平均静态定位精度从2.06 m提高到了1.50 m,动态定位精度提高到0.78 m以内。信息采集平台田间试验结果表明:车体系统能按照规划的路径行走,在设定速度0.4 m/s时,纵向速度稳态误差小于7%,在外界扰动下响应调节时间小于3 s;以相同的速度行驶,初始横向偏距分别为1.4、2.0和2.5 m时,稳定跟踪需要的时间分别为11、15和25 s且稳定跟踪后最大横向偏距在0.31 m以内,满足农业田间信息采集的需要。该控制系统实现了信息采集平台在田间的定速直线跟踪和稳定行走,为其高效智能化作业提供了技术参考。     

强降雨条件下砖红壤坡面产流产沙过程研究

利用人工模拟降雨试验,对强降雨条件下砖红壤坡面入渗、产流产沙过程进行定量分析。结果表明,强降雨条件下降雨强度对初始产流时间的影响大于坡度;砖红壤坡面入渗强度随时间的变化规律符合Horton模型,平均决定系数为0.958;砖红壤坡面产流过程分为4个阶段:初始入渗阶段、初始产流阶段和稳定产流阶段、结束产流阶段,推导出产流过程方程;砖红壤坡面产沙过程分为5个阶段:无产沙阶段、产沙能力上升阶段和产沙能力下降阶段、稳定产沙阶段(75,100,125mm/h降雨强度)或波动阶段(150,175mm/h降雨强度)和停止产沙阶段,累计产沙量随时间的变化规律符合二次多项式模型,不同坡度不同降雨强度情况下各拟合方程决定系数在0.970以上。研究结果为建立砖红壤坡面产流产沙物理模型及水土资源管理提供了理论基础。