基于激光扫描3D图像的植物亏水体态辨识与萎蔫指数比较

为实现植物水分状况的非接触式测量,最大程度减少测量对植物生长的影响,该文采用非接触式激光扫描测量方法获取植物叶片三维形态信息,通过测量植物叶片的体态萎蔫特征反映植物亏水胁迫状况。运用微分几何算法、二维傅里叶谱分析法、垂直投影叶面积法以及标准差法分别定义了4种植物萎蔫指数:基于微分几何算法的萎蔫体态指数、基于二维傅里叶谱分析的萎蔫指数、基于垂直投影叶面积的萎蔫指数和基于标准差方法的萎蔫指数,定量刻画植物萎蔫状态。试验分析了萎蔫指数的日变化过程,通过与植物茎秆直径的比较,得出定义的指数可以有效表征植物水分的结论。结合环境参数(太阳全辐射和环境温度)进行了相关分析,研究环境对植物水分的影响。最后比较了4种萎蔫指数刻画萎蔫状态的有效性。研究结果表明:萎蔫指数(以萎蔫体态指数为例)与太阳全辐射、环境温度和茎秆直径均线性相关,决定系数分别为0.736、0.785和0.845。4种指数比较中,萎蔫体态指数、基于二维傅里叶谱分析的萎蔫指数、基于垂直投影叶面积的萎蔫指数刻画叶片萎蔫效果相似,这3种指数与植物茎秆直径的线性相关系数分别为0.841、0.849、0.800。相比之下,基于标准差的萎蔫指数刻画萎蔫效果较差且与茎秆直径相关性也较低(R2=0.640)。该研究可为植物水分状况的非接触式测量提供一种有效的方法。     

基于茎直径变化的精准灌溉技术研究进展

该文首先介绍了茎直径变化的基本原理、测量仪器的发展、茎直径变化及其衍生指标(日最大收缩量和茎生长速率)和其他水分胁迫指标(水势和液流)之间的关系和敏感性比较,然后重点分析了茎直径变化的5个影响因子(水分胁迫、茎秆季节生长模式、作物挂果、植株年龄和作物管理)和应用茎直径变化指导灌溉之前必须评价的6个指标特性(变异性、强弱性、敏感性、及时性、可靠性和鲁棒性),在此基础上总结了基于茎直径变化数据指导灌溉的3种方法(绝对值法、相对值法、茎直径变化与液流结合法),并指出其中的相对值法(信号强度法)已被成功地用于指导具有多树种的果园中充分灌溉和亏缺灌溉处理下的低频灌溉,对实现灌溉的精准化、数字化及智能化具有重要意义,并对该领域未来的研究热点进行了展望。     

大直径筒仓控温减损技术应用研究

以华南地区大直径筒仓为试验对象,通过比对不同控温方式在粮食保管期间节能减损情况,探索储粮节能减损应用模式。试验结果显示：新粮入库采用1.5 kW轴流风机进行通风降温,其能耗较谷冷作业能耗低,且通风降温前后储粮水分含量保持稳定;冬季采用低功率负压+轴流风机复合模式控温,其吨粮成本较谷冷降温和大功率风机模式大幅降低,控温期间储粮水分含量降低幅度基本为0.1%。因此,增加低温季节进粮和采用低功率风机通风降温,储粮水损和耗电量明显减低,为大直径筒仓节能减损精细化管理提供参考。     

垂直线源灌不同线源直径下的入渗规律及其模型适用性研究

为了提高垂直线源灌的水分利用效率,探明垂直线源灌不同线源直径下的入渗规律,通过模拟试验,研究了垂直线源灌不同线源直径下的入渗规律,比较了三种常规入渗模型的适用性。结果表明,随着线源直径的增加,入渗率和累积入渗量均增大;三种模型均能模拟不同线源直径下的入渗规律,其中Kostiakov入渗公式和Philip入渗模型较精确,Horton(变形)入渗公式更适合于入渗中期和后期的模拟;得出不同线源直径3种入渗模型的经验公式。该研究结果可为垂直线源灌技术推广应用提供理论依据。     

玉米秸秆还田对土壤团聚体组成及其碳氮分布的影响

为揭示玉米秸秆还田对土壤团聚体组成及其碳氮分布的影响,采用单因素随机区组设计,设置秸秆不还田(T_0)、秸秆还田3 000 kg·hm~(-2)(T_1)、6 000 kg·hm~(-2)(T_2)、9 000 kg·hm~(-2)(T_3)、12 000 kg·hm~(-2)(T_4)5个处理,研究持续5 a秸秆还田条件下,秸秆还田量与土壤团聚体组成及其团聚体碳氮分布间的相互关系。结果表明:连续秸秆还田对土壤总碳、碱解氮、速效钾有显著影响。与T_0相比,T_3和T_4处理土壤总碳提高4.29%、6.13%,土壤碱解氮含量提高11.41%、13.86%,土壤速效钾含量提高11.63%、14.89%。T_4处理下土壤粒径大小为1～2mm的水稳性团聚体百分含量与T_0间差异显著,T_3处理下土壤粒径大小为0.5～1mm的水稳性团聚体百分含量显著低于T_0。随秸秆还田量的增加,土壤平均重量直径(MWD)、水稳系数(K)增加。整体上,受持续秸秆还田影响,土壤水稳性团聚体中氮含量以T_3处理最高,但不同粒径的土壤水稳性团聚体中碳含量间差异不显著。多元分析表明:5 mm粒径的土壤水稳性团聚体所占百分数与土壤MWD及K值间显著正相关;各粒径土壤水稳性团聚体中的全氮、总碳含量与土壤总碳含量均呈正相关。持续玉米秸秆还田提高土壤水稳性团聚体的MWD和K值,促进5 mm粒径的土壤大团聚体的形成;土壤水稳性团聚体中氮含量的差异较碳更显著,氮更易富集。     

旋转折射式喷头动能分布规律试验

以圆形及平移式喷灌机常用的Nelson R3000型旋转折射式喷头(绿色喷盘,4流道)为研究对象,应用2DVD测试100、150和200 k Pa工作压力下的水滴粒径和速度,计算并分析了水滴直径与单个水滴动能之间的关系,单位体积水滴动能和动能强度沿射程的变化趋势。结果表明:单个水滴动能与水滴直径的3.65次方呈正比关系,随着至喷头距离的增加,测点单个水滴动能最大值、最小值及平均值增大;距喷头相同测点处,测点单个水滴动能最大值和平均值随着压力的增加而减小;单位体积水滴动能随着至喷头距离的增加呈指数关系增大;距喷头相同测点处,单位体积水滴动能随工作压力的增大而减小,并随着至喷头距离的增大差异增大;距喷头0~6 m范围内,3个工作压力下动能强度均小于0.02 W/m2,且差异较小;6 m至喷洒范围末端,3个工作压力下动能强度出现最大值,分别为0.117 2、0.082 7和0.052 2 W/m2,在距喷头距离相同测点处,动能强度随工作压力升高而减小。     

电极环直径的射流喷雾感应荷电效果试验

为研究感应荷电状态下环形电极的直径对雾滴荷电性能的影响,使用流量为4.92 m l/s的标准喷头,在相同的喷雾压力和液体介质的条件下,采用5种不同尺寸的电极直径和不同的安装位置,进行射流荷电喷雾,用网状目标法收集并测量群体雾滴的电流和质量,用荷质比评价感应荷电性能,通过分析荷电试验过程中的荷电电压和电极环直径对荷电量的影响,显示荷电过程中荷质比与荷电电压存在显著的正比关系,且随电极环径的不同而异;同时荷质比与电极直径间也存在显著线性相关.进一步分析了荷质比随电极尺寸改变的变化率,建立电极环径系数计算公式,为电极的结构设计、参数优化、荷质比定量计算和分析评价提供科学依据.     

膜孔灌平均入渗水深简化计算模型建立与验证

以非饱和土壤水分运动理论为基础,研究了膜孔灌土壤水分运动的数学模型,并用SWMS-3D软件对多种典型土壤的膜孔灌入渗特性进行模拟,利用模拟结果分析了膜孔灌入渗特性及其影响因素,提出了包含开孔率、膜孔直径的膜孔灌点源平均入渗水深简化模型.采用多种土壤膜孔灌入渗室内试验结果与已有文献资料对所建模型进行验证,结果表明所建模型能较准确地反映膜孔灌点源入渗特性,可为确定合理的膜孔灌灌水技术要素组合提供理论依据.     

夏玉米茎流和茎直径变化规律及其关系分析

通过对夏玉米生育期的茎直径微变化和茎流变化过程的监测,分析了茎直径微变化、茎流随土壤含水率和气象因子的变化规律,并对茎流与茎直径微变化之间的关系进行了分析。结果表明,茎直径微变化的日变化过程呈现明显的昼夜变化规律,白天收缩,夜间复原;茎直径日最大收缩量随含水量的升高而降低,可将其作为诊断作物水分状况的一个指标。茎流同样呈现明显的昼夜变化规律,白天茎流逐渐增大,在13:30左右达到最大值,然后减小。茎直径微变化、茎流的变化均受到太阳辐射、饱和水汽压差、空气温度、风速的影响。茎直径微变化与主要气象因子均呈负相关,茎流与其均为正相关关系。茎直径微变化与茎流之间呈负相关关系,且相关性很好。     

桑园土壤非等径颗粒离散元仿真模型参数标定与试验

为获取土壤离散元仿真模型的土壤颗粒物理参数和接触参数,本文采用试验与仿真相结合的方法,以桑园土壤为例,对土壤颗粒的接触参数进行了仿真标定。首先利用粉体仪、斜面仪、等应变直剪仪等,分析了试验地不同深度土壤的粒径分布,测量了试验地不同深度土壤休止角、滑动摩擦角、剪应力、内聚力、内摩擦角;然后,根据实测土壤粒径分布,利用EDEM软件建立了非等直径土壤球形颗粒模型。在此基础上,以土壤颗粒间及土壤与65Mn钢间的静摩擦因数、滚动摩擦因数、恢复系数为试验因素,土壤休止角、土壤-65Mn钢滑动摩擦角为目标值,建立了基于中心组合试验设计（CCD）方案,并利用Design-Expert软件对仿真试验结果进行了分析,得到了仿真标定的土壤-土壤间静摩擦因数、滚动摩擦因数和恢复系数的最优值分别为0.89、0.45和0.43;标定的土壤-65Mn钢间静摩擦因数、滚动摩擦因数和恢复系数的最优值分别为1.15、0.05和0.4。利用以上标定的最优参数对桑园土壤进行了休止角与滑动摩擦角仿真试验,试验结果表明,休止角仿真值与试验值相对误差为1.69%,土壤-65Mn钢的滑动摩擦角仿真值与试验值相对误差为2.88%。在此基础上,依据实测的土壤剪应力,采用试错法,以实测土壤内摩擦角为目标值,优化标定了土壤-土壤颗粒Hertz-Mindlin with Bonding接触模型中的粘结参数,标定法向粘结刚度、切向粘结刚度分别为1×108、5×107N/m3,临界法向应力和临界切向应力均为10kPa,接触半径为1.1倍颗粒半径,直剪仿真得到内摩擦角为30.24°,仿真值与直剪试验内摩擦角平均值相对误差为5.53%。本文提出的土壤颗粒建模方法、标定方法及其所标定的参数值,可用于砂质壤土桑园耕作机械触土部件与土壤相互作用的离散元仿真分析及其结构优化。