全膜双垄沟双幅覆膜覆土联合作业机设计与试验

为进一步提升全膜双垄沟覆膜种床机械化耕整作业效果与作业效率,基于全膜双垄沟种床双幅覆膜覆土农艺技术栽培模式,设计全膜双垄沟双幅覆膜覆土联合作业机,实现了全膜双垄沟种床构建过程中的旋耕、起垄、施肥、双幅覆膜覆土及镇压的一体化作业。在设定联合作业机传动系统的前提下,对样机关键部件进行设计与选型,确定其旋耕刀组、排肥装置、提土-种床覆土装置的工作参数与功耗,同时解析了刮板式提土装置、水平双向螺旋输土装置作业过程,得到满足双幅覆膜种床各部位覆土的必要条件。应用离散单元法对提土-种床覆土装置"提土-输土-覆土"动态作业过程进行数值模拟,分析了各工作环节输土、覆土特性,对影响覆土作业效果的相关因素进行了探讨。田间试验结果表明,当全膜双垄沟双幅覆膜覆土联合作业机前进速度为1. 10 m/s时,采光面地膜机械破损程度为39. 8 mm/m~2、种床膜边覆土宽度合格率为94. 5%、大垄垄体中心覆土宽度合格率为91. 6%、种床覆土厚度合格率为97. 5%、种床起垄高度合格率为93. 2%,试验指标均符合国家与行业标准要求,试验结果满足设计和实际作业要求,田间试验工况与仿真结果基本一致。     

油菜覆膜打孔穴播机打孔装置设计与试验

为实现油菜等小粒径作物覆膜种植中膜上均匀打孔的功能,针对传统膜上成穴装置结构庞大复杂、工作时易黏土挑种及撕挑地膜等问题,设计了一种法兰式滚轮与螺纹式圆锥型锥钉组合式结构的打孔装置,确定了其主要结构参数范围;构建了打孔装置运动学模型,分析了打孔锥钉关键点的运动轨迹,确定了膜上打孔过程,并基于轨迹方程分析了膜孔尺寸参数;运用ADAMS运动学仿真,采用四因素三水平正交试验方法,以打孔锥钉顶角、打孔锥钉直径、打孔滚轮半径、机组前进速度为试验因素,以膜孔长度、膜孔间距偏差为试验考核指标,进行了打孔装置结构和运动参数的仿真试验。仿真结果表明:影响膜孔长度的因素主次顺序为打孔滚轮半径、打孔锥钉顶角、打孔锥钉直径、机组前进速度;影响膜孔间距偏差的因素主次顺序为打孔滚轮半径、机组前进速度、打孔锥钉顶角、打孔锥钉直径;基于参数优化,获得较优参数组合为:打孔锥钉顶角53°、打孔锥钉直径16 mm、打孔滚轮半径65 mm、机组前进速度4 km/h。以打孔装置较优结构参数组合进行了田间验证试验,结果表明:打孔装置所打膜孔形状较规则,普遍呈类圆形状,膜孔长度均在18 mm以上,膜孔间距较为均匀,与仿真结果基本一致;各行膜孔长度一致性变异系数为4.98%,各行膜孔间距均匀性变异系数为3.44%。结果表明试验参数组合选取合理,打孔装置符合设计要求。     

油菜精量联合直播机覆秸装置设计与试验

在长江中下游稻油轮作区,前茬水稻机收后秸秆全量留田,当接茬进行油菜精量联合直播作业时,浮秸易缠绕直播机触土部件,造成机具堵塞、种子落在秸秆上难以出苗等问题。为此,结合油菜覆草种植农艺措施,提出适于油菜直播水稻秸秆覆盖还田的机械化作业方案,设计了一种与油菜精量联合直播机配套的覆秸装置。通过理论分析,确定了覆秸装置关键环节工作部件的结构参数、安装位置与安装角及工作转速范围。控制秸秆喂入量分别为0.9、1.1、1.3kg/s,进行性能测试试验,验证了理论分析确定的各部件工作转速的适宜性和秸秆输送顺畅稳定性,结果表明,当播种覆秸作业机组配套69.9kW拖拉机、前进速度0.7m/s、捡拾装置滚筒转速80r/min、集秸装置螺旋输送器转速270r/min和链式提升装置转速270r/min时,机具作业顺畅,秸秆捡拾率达到90%以上。控制均匀铺放装置转速分别为210、240、270、300、330r/min,当转速为300r/min时,秸秆覆盖均匀率最高,超过92%。田间试验表明,覆秸直播机秸秆通过性能良好,各环节工作部件作业稳定,各项设计指标均满足技术标准要求,设计的覆秸装置与油菜精量联合直播机集成,一次作业可完成水稻浮秸的捡拾、堆集、输送、覆盖以及旋耕整地、开畦沟、施肥、油菜播种等工序,适宜在水稻机收后秸秆未作任何处理的稻茬田作业。     

4CML-1000型链耙式地膜回收机设计与试验优化

为了解决传统搂耙式地膜回收机卸膜和装箱困难、作业连续性差等问题,设计了一种链耙式地膜回收机,可以连续实现搂膜集膜、输膜抖土、卸膜过程。该回收机主要由机架、起膜铲、链耙、集膜箱等部件组成。为了使地膜回收机的性能达到最佳,首先在土槽实验室内对回收机的结构参数和工作参数分别进行了单因素试验和响应曲面优化试验,通过土槽试验得到地膜回收率、脱膜率、夹带土壤质量3个指标的二次回归方程、响应优化曲面及最佳参数组合。最佳参数组合为:耙齿总成间距300 mm,单排耙齿数5个,耙齿入土深度84.41 mm,回收机前进速度2.542 km/h,链耙线速度0.417 m/s。通过大田验证试验,得到优化后的地膜回收机性能指标为:地膜回收率90.2%,脱膜率88.1%,夹带土壤质量0.41 kg/m。大田试验表明,链耙式地膜回收机满足生产要求。     

不同覆膜处理下春玉米叶面积指数高光谱估算

为实现快速、无损、实时监测不同覆膜处理下春玉米的叶面积指数（Leaf area index,LAI）,研究覆膜因子对LAI及冠层反射率的影响,借助高光谱遥感技术获取了各生育期春玉米的冠层反射率,在对光谱数据进行预处理后,经相关性分析提取各覆膜处理LAI的敏感单波段、敏感植被指数和特征指数,据此构建了全生育期各覆膜处理下LAI的高光谱估算模型。结果表明,覆膜对LAI的影响主要在抽雄期之前,相同施肥水平下覆膜与无覆膜处理之间LAI的差异随生育期的推进呈先减小、后增大的趋势,其中苗期差异最大,覆膜比无覆膜处理LAI增加78%以上;各覆膜处理冠层反射率之间的差异由大到小为生育中期、生育末期、生育初期,覆膜主要影响玉米对绿光和红光的吸收。基于3个指标构建各覆膜处理下LAI的估算模型,以特征指数为因变量建立的模型对LAI的反演结果精度较高,其拟合和验证决定系数R2均在0.8以上,均方根误差RMSE为0.45~0.65cm2/cm2,剩余预测偏差RPD均大于2,由于覆膜的影响,无覆膜处理LAI反演精度高于覆膜处理。以特征指数NI(722,731)为自变量建立的所有处理的混合LAI估算模型表现了反演的优越性,能降低覆膜对LAI反演的影响。     

基于卷积注意力的无人机多光谱遥感影像地膜农田识别

监测地膜覆盖农田的分布对准确评估由其导致的区域气候和生态环境变化有着重要作用,基于DeepLabv3+网络,通过学习面向地膜语义分割的通道注意力和空间注意力特征,提出一种适用于判断农田是否覆膜的改进深度语义分割模型,实现对无人机多光谱遥感影像中地膜农田的有效分割。以内蒙古自治区河套灌区西部解放闸灌区中沙壕渠灌域2018—2019年4块实验田的无人机多光谱遥感影像为研究数据,与可见光遥感影像的识别结果进行对比,同时考虑不同年份地膜农田表观的变化,设计了2组实验方案,分别用于验证模型的泛化性能和增强模型的分类精度。结果表明,改进的DeepLabv3+语义分割模型对多光谱遥感影像的识别效果比可见光高7.1个百分点。同时考虑地膜农田表观变化的深度语义分割模型具有更高的分类精度,其平均像素精度超出未考虑地膜农田表观变化时7.7个百分点,表明训练数据的多样性有助于提高地膜农田的识别精度。其次,改进的DeepLabv3+语义分割模型能够自适应学习地膜注意力,在2组实验中,分类精度均优于原始的DeepLabv3+模型,表明注意力机制能够增加深度语义分割模型的自适应性,从而提升分类精度。本文提出的方法能够从复杂的场景中精准识别地膜农田。     

覆膜与水分控制对宁夏设施滴灌番茄产量与品质的影响

【目的】探索宁夏设施滴灌番茄覆膜的效果和适宜的灌溉制度,为宁夏地区设施滴灌番茄节水高产种植提供理论依据。【方法】通过2 a试验,在覆膜(M)与不覆膜(NM)条件下,设定4种水分控制水平,灌水频率为7~10 d,W1、W2和W3处理的灌水上限分别为100%FC(田间持水率)、80%FC和70%FC,以当地灌水量为对照(CK,灌水上限为123%FC),研究了覆膜和水分控制对设施滴灌番茄生长、产量、品质与水分生产效率的影响。【结果】番茄株高和茎粗在苗期―开花坐果期生长迅速,受覆膜处理影响显著(P<0.01),受水分控制影响不显著(P>0.05)。随着灌水量的增加,番茄产量先增加后降低,W2M处理的产量和水分生产效率均为最大值,分别为89844.88 kg/hm2和502.5 kg/(hm²·mm),相比覆膜CK分别增加21.4%和63.7%。相比于不覆膜处理,覆膜番茄产量平均增加18.1%,差异达到显著水平(P<0.05),其还原性维生素C和可溶性固形物量分别提高28.9%和22.8%(P<0.05)。覆膜和水分控制均对番茄还原性维生素C量、可溶性固形物和可溶性总糖量的影响达到显著水平(P<0.01),覆膜处理还对可滴定酸量和糖酸比的影响达到显著水平(P<0.05)。【结论】对于宁夏设施滴灌番茄,采用覆膜栽培与80%FC的灌水上限可以获得较高产量和较好品质。     

铺膜插秧后水田3SCJ-1型除草机设计与试验

为实现铺膜插秧种植方式的有机水稻全程绿色无污染化作业,解决地膜两侧单行内杂草难以根除的问题,根据农艺要求,设计了一种针对铺膜插秧后除草作业的3SCJ-1型单行水田除草机。阐述了基本结构组成和工作原理,分析了除草部件的运动学与动力学特征,建立了除草部件、机架与仿形浮漂整体的力学模型,推导出除草机的驱动扭矩。以机器前进速度和除草深度为试验影响因素,除草率作为评价指标,对除草性能进行单因素田间试验,并运用Design-Expert 8.0.6软件对试验数据进行分析,得到影响因素与评价指标之间的数学模型。试验结果表明:当机器前进速度从0.3 m/s增大至0.6 m/s时,除草率先增大后减小,并在前进速度为0.45 m/s时,除草率达到最大值(78.52%);当除草深度从50 mm增大至110 mm时,除草率持续增大,但考虑到除草机的功耗,最佳除草深度取为50~100 mm,在除草深度为100 mm时,除草率为79.26%。除草机平均除草率为78.02%,满足铺膜插秧种植方式水田除草的农艺要求。     

苗带深松条件下秸秆覆盖对春玉米土壤水温及产量的影响

免耕秸秆覆盖是中国北方干旱半干旱区一种重要的保护性耕作模式。为明确宽行覆盖窄行深松交错种植条件下覆盖带适宜的秸秆覆盖量和覆盖方式, 2012–2013年在河北省廊坊市进行了春玉米的田间试验。选用郑单958为试验材料, 采用80 cm+40 cm宽窄行种植, 宽行间覆盖秸秆, 窄行间进行苗带深松, 设置8.42 t hm^-2覆盖量下粉碎覆盖(100SC)、整秆覆盖(100SP)、4.21 t hm^-2覆盖量下粉碎覆盖(50SC)、整秆覆盖(50SP)和不覆盖(CK)处理, 测定土壤水分和温度、出苗状况、物质积累、产量及产量构成。结果表明, 秸秆覆盖与深松结合条件下, 4种覆盖处理与对照相比均提高了土壤含水量, 其中50SC处理在花前0~15 cm土壤降温幅度最小, 其他覆盖处理显著降低花前土壤温度。各覆盖处理明显提高了苗期整齐度, 秸秆覆盖对苗期的生育期天数略有推迟。与CK相比, 50SC提高了春玉米地上部生物量, 促进花后干物质积累, 千粒重和穗粒重分别提高10.9% (P<0.05)和6.5% (P<0.05), 产量提高4.78%, 达12 243 kg hm^-2。50SC条件下产量与全生育期干物质积累(DMA)、花后/花前DMA呈极显著正相关。说明宽行覆盖窄行深松交错种植有利于缓和秸秆覆盖对出苗的物理阻碍, 其中秸秆以4.21 t hm^-2的覆盖量粉碎覆盖效果最好, 该处理可为玉米提供稳定有利的土壤水分和温度条件, 提高了生育后期的物质积累以及籽粒产量。     

对地膜和秸秆覆盖玉米生长发育与产量的分析

两年盆栽和大田玉米覆盖试验结果表明,秸秆和地膜覆盖都不同程度地增加了玉米株高、茎粗、净光合速率和单株干物质积累量等;地膜覆盖的促进作用在玉米生育前期较大,而秸秆覆盖的作用则主要表现在玉米生育中后期。秸秆和地膜覆盖增产的主要原因均为玉米穗长和穗粒数的增加,在本试验条件下,秸秆和地膜覆盖的增产效应主要表现在拔节至抽雄及雌穗分化发育阶段,而对后期粒重形成影响不大。