山东省水稻免耕旱直播试验及可行性分析

为探究水稻免耕旱直播在山东省的适应性,使用2BDMM-8稻麦宽苗带灭茬播种机,在涛雒稻麦轮作两熟区和高青春季稻一熟区分别进行了免耕旱直播试验,以机械育苗插秧为对照,分析免耕旱直播对水稻株高、分蘖情况的影响,对不同种植方式下的水稻产量及产量构成因素、生产成本等进行统计分析。结果表明:水稻免耕旱直播与机械育苗插秧相比,生育期短,生长速度快,株高无显著差异;分蘖率分别为57%和58%,比插秧对照低6.5%和10.4%;产量分别为8 970和10 020 kg/hm2,与插秧对照无显著差异(P0.05),验证了水稻免耕旱直播在山东常规稻种植区基本可行。通过成本比较,免耕旱直播成本比插秧对照分别节约2 472和3 312元/hm2,说明免耕旱直播在山东地区有很好的推广前景。该研究为山东常规稻种植区免耕旱直播提供了参考。     

笼型异步磁力耦合器机械特性与试验

为有效解决目前机械传动系统中选用电机时功率裕度过大而普遍存在的能源利用效率较低问题,提出一种基于三相异步电机鼠笼转子的异步磁力耦合器(squirrel cage asynchronous magnetic coupler,SCAMC)。结合SCAMC具体结构特点,采用标量磁位法及二维场边界条件,建立气隙磁场数理模型;在气隙磁通密度中引入时间变量,推导出感生电流随时间变化的表达式;基于电流叠加性,将笼条电流折算到转子表面,并沿圆周方向对感生电流所形成的洛伦兹力进行积分,建立了SCAMC的电磁转矩模型。基于上述理论及技术基础,设计并制造出一台37 k W SCAMC样机,并对其机械特性进行理论计算、仿真验证及试验测试。结果表明:转差率相同时,所得的仿真及试验数据与理论计算值相比,误差不超过5%;SCAMC与同容量的三相异步电机相比,线性工作区更宽,过载能力更强,但其机械特性偏软,可有效缓解负载对电机的冲击。该研究可为磁力耦合器在大惯量、难启动及经常性过载机械设备中的应用提供参考。     

生物降解膜促进冬油菜养分吸收减少土壤硝态氮累积

针对普通地膜覆盖导致的农田环境污染和土地退化问题,通过2 a田间试验,从土壤有机质含量、硝态氮累积与分布、作物养分吸收和籽粒产量等层面出发,进行了普通地膜覆盖(PM)、生物降解地膜覆盖(JM)和露地(CK)栽培冬油菜的对比研究。结果表明,播种后60和150 d,JM处理的土壤有机质含量、土壤硝态氮的累积和分布与PM处理无显著差异;播种后240 d,JM处理的土壤有机质含量显著大于PM处理,土壤硝态氮的累积量显著小于PM处理,且PM处理土壤硝态氮的淋洗下移峰值更大。PM和JM处理冬油菜的产量及地上部各器官的氮、磷、钾吸收量均显著大于CK,且PM和JM无显著差异。与PM处理相比,JM处理在播种后240 d时土壤有机质质量分数提高7.0%,土壤硝态氮累积量减少34.1%。可见,PM处理在冬油菜生育后期过分消耗地力,且残留在土壤中的硝态氮含量较高。该研究从土壤营养和作物养分吸收利用方面为生物降解地膜应用于农业生产的可行性提供了理论依据。     

户用太阳能恒温沼气生产系统全年产气性能试验

为满足北方农户全年生活燃气需求和研究户用恒温沼气池的产气特性,研发了发酵容积为3 m3的地上式太阳能恒温沼气生产系统。从沼气池的产气稳定性,不同发酵温度、不同发酵原料下的产气性能,全年产气特性4个方面对该系统做了试验研究。在兰州地区气象条件下,厌氧发酵试验结果发现:该太阳能恒温产气系统可全年稳定连续运行,全年累计产气398.52 m3;当最低环境温度分别高于-19.9、0.7和6.9℃时,系统可以实现26、28和37℃恒温厌氧发酵;当猪粪与农户常见的玉米秸秆、蒿草、莲花菜叶按一定比例混合发酵后,可显著提高沼气中甲烷体积分数并延长或缩短发酵周期。     

圆盘式开沟机作业功耗仿真分析及试验验证

为探明土壤条件和工作参数对圆盘式开沟机作业功耗的影响规律,该文采用光滑粒子流体动力学方法构建了土壤-开沟刀盘的有限元模型,利用ANSYS软件中的显示动力模块LS-DYNA对开沟刀盘土壤切削过程进行仿真分析,得出开沟刀盘在土壤切削过程中功率消耗的变化规律。结合正交试验设计和数值模拟技术,研究土壤坚实度、刀盘转速和开沟深度对圆盘式开沟机作业功耗的影响规律,得出影响作业功耗的因素主次顺序是土壤坚实度开沟深度刀盘转速。采用多变量单目标优化方法,建立关于土壤坚实度、刀盘转速和开沟深度的作业功耗模型,利用Matlab软件对功耗模型进行求解,得出当土壤坚实度为120 N/cm~2,刀盘转速为225 r/min,开沟深度为405 mm时,作业功耗最小为32.4 k W。通过土槽试验对优化结果进行验证,结果表明:理论值与试验值的相对误差为5.68%,作业功耗模型和优化结果具有较高的准确性。该研究可为圆盘式开沟机选择节省功耗的参数组合提供参考。     

无人机遥感解析田间作物表型信息研究进展

田间作物表型信息是揭示作物生长发育规律及其与环境关系的重要依据,传统的田间试验取样和车载高通量平台测定作物性状参数的方法耗时耗力,且空间覆盖不全,限制了作物科学研究的快速发展,而以无人机为代表的近地遥感高通量表型平台凭借机动灵活、成本低、空间覆盖广的优势成为获取田间作物表型信息的重要手段。该文根据国内外无人机遥感平台解析作物表型信息的最新研究成果,针对不同传感器类型分析了无人机遥感解析作物表型信息的应用及其不足,总结了遥感定量反演作物表型信息的方法体系,展望了无人机载遥感技术在作物表型信息解析方面的应用前景。该项研究成果对推广无人机遥感平台获取田间作物表型信息、提高复杂农田环境作物长势信息的解析和辨识能力具有重要意义。     

基于双闭环PID模糊算法的玉米精量排种控制系统设计

黄淮海麦玉轮作区秸秆全量还田模式下,小麦秸秆韧性好、粉碎还田效果差以及土壤较为黏重,传统被动式地轮驱动易秸秆缠绕、拥堵及黏土量较大,播种作业易断条。为有效解决这些问题,该文以勺轮式玉米排种器为研究对象,设计一种主动式玉米电控精量排种系统。该系统作业时,通过USART HMI四线制触控串口屏人机界面向控制器输入理论期望株距,由GPS测速传感器采集机具作业速度,结合旋转编码器实时采集排种器作业转速,基于双闭环模糊算法对PID参数进行自整定,得到排种器目标转速,通过控制器调节相应PWM占空比,以实现通过机具作业速度实时控制电机转速,实现精密排种。台架试验结果表明:理论排种转速6~54 r/min时,实际转速的变异系数均小于10.0%,实际转速在理论转速附近波动范围小,符合控制要求;在设定株距值下,车速为3~5 km/h时,株距合格指数94.0%,漏播指数3.0%;车速为6~8 km/h时,株距合格指数≥90.0%,漏播指数≤4.5%。田间验证结果表明该玉米排种控制系统作业时,株距合格指数≥87.75%,平均值为90.89%,漏播指数均小于4%,平均值为2.54%,与市场上常见的勺轮式玉米排种器相比合格指数提高2.12个百分点、漏播指数降低4.32个百分点,播种性能良好,满足玉米农艺种植要求。该文研究的玉米电控精量排种系统可有效提高排种质量并可为研制高速精量主动排种控制系统提供参考。     

气力式1JH-2型秸秆深埋还田机设计与试验

针对东北黑土区合理耕层构建秸秆深埋还田的技术要求,实现虚实并存合理耕层结构,研制了气力式1JH-2型秸秆深埋还田机,能够一次完成破茬、秸秆捡拾粉碎、开沟碎土、行间深松、秸秆深埋、覆土镇压等功能。机具主要由传动系统、破茬装置、捡拾粉碎装置、气力输送装置、开沟装置、覆土装置、镇压装置等组成。其关键部件是气力输送装置,应用离散元气固耦合数值模拟法对秸秆在气力气力输送装置中不同转速下的运动过程进行了数值模拟研究,得到了秸秆和气流输送气固耦合的运动规律。正交试验结果表明,机具运行最优参数组合为开沟装置转速215 r/min,风机转速1 850 r/min,机具作业速度3.0 km/h。田间试验表明,在最优参数组合条件下,秸秆深埋率为94%,秸秆粉碎合格率为94.2%,碎土率为95.4%,满足了东北黑土区秸秆深埋还田技术指标要求,为秸秆深埋还田机的改制和评价提供参考。     

Specific Responses of Soil Microbial Residue Carbon to Long-Term Mineral Fertilizer Applications to Reddish Paddy Soils

Mineral nutrient inputs to soil may alter microbial activity and consequently influence the accumulation of microbial residues. In this study, we investigated the effects of application rates and ratios of mineral fertilizers on the microbial residue carbon(MRC) of reddish paddy soils after long-term(15-year) fertilizer applications in southern China. Contents of three soil amino sugars as microbial residue contents were determined and MRC were calculated based on amino sugars. Results showed that three individual amino sugar contents increased as fertilizer application rates increased until maximum values were reached at a rate of 450-59-187 kg ha~(-1) year~(-1)(N-P-K). The three amino sugar contents then declined significantly under the highest mineral fertilizer application rate of 675-88-280 kg ha~(-1) year~(-1)(N-P-K). In addition, to enhance the microbial residue contents, it was more beneficial to double P(N:P:K= 1:0.26:0.41) in fertilizers applied to the P-deficient reddish paddy soils than to double either N(N:P:K = 2:0.13:0.41) or K(N:P:K= 1:0.13:0.82). The contents of the three individual amino sugars and microbial residues under different fertilizer application rates and ratios were significantly and positively correlated with soil organic carbon(SOC), total N, total P, and p H. Increases in values of the fungal C to bacterial C ratios showed that soil organic matter(SOM) stability increased because of the fertilizer applications over the past 15 years. The contents and ratios of amino sugars can be used as indicators to evaluate the impact of mineral fertilizer applications on SOM dynamics in subtropical paddy soils. The results indicated that fertilizer applications at a rate of 450-59-187 kg ha~(-1) year~(-1)(N-P-K) may improve crop yields, SOC contents, and SOC stability in subtropical paddy soils.     

中国5种典型土壤的侵蚀泥沙粒径分布特征

通过天然降雨试验,研究我国5种典型土壤的侵蚀泥沙团粒和单粒粒径分布以及泥沙各级团粒的机械组成特征。2013—2014年汛期(6—9月),监测红壤、紫色土、黄绵土、褐土和黑土径流小区的降雨产流事件,收集侵蚀泥沙样品,利用湿筛法和吸管法测定其团粒和单粒粒径分布;同时,筛选出泥沙各级团粒样品,进一步测定其单粒粒径组成。结果表明:(1)侵蚀泥沙粒径分布是土壤质地和降雨强度综合作用的结果,团粒粒径分布更适合作为表征泥沙输移的指标;(2)5种土壤的侵蚀泥沙皆表现出粉团(0.002~0.05mm)和黏团(0.002mm)的明显富集;(3)在泥沙单粒粒径分布方面,除红壤的粉粒(0.002~0.05mm)和黏粒(0.002mm)有轻微富集外,其余4种土壤的各级单粒均无明显富集;(4)红壤侵蚀泥沙粉团(0.002~0.05mm)中的黏粒含量最多,其余4种土壤侵蚀泥沙机械组成和各级团粒的机械组成均与原土接近。