仿生微电渗减粘脱附探索

作     者：侯磊 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：佟金

授予年度：2016年

学科分类：0828[工学-农业工程] 08[工学] 09[农学] 0901[农学-作物学] 0836[工学-生物工程] 090102[农学-作物遗传育种] 

主      题：土壤粘附 蚯蚓 体表电位 黏液电位 仿生微电渗 减粘脱附 

摘      要：农业是国民经济的基础,农业机械化以及农业机械的现代化是实现农业现代化的必要途径。当前资源和环境问题要求我们发展资源节约型、环境友好型地可持续发展的农业机械化。土壤粘附现象普遍存在于农业机械触土部件,其严重影响农业机械的工作效率、使用寿命和作业质量,制约着农业机械的应用和发展。因此,迫切需要开发有效的减粘脱附技术和方法,具有优异减粘脱土功能的土壤动物为农业机械减粘脱附问题的研究指出解决途径。本研究在总结与分析电渗理论、土壤电渗基础、生物电渗和仿生电渗的基础上,提出了仿生微电渗的新技术思路。借鉴前人测量蚯蚓体表电位的方法,对梯形流蚓和秉氏环毛蚓进行了体表电位测量的验证性实验,结果表明蚯蚓体表电位在十几毫伏到几十毫伏之间;运用Malvern Zetasizer Nano ZS90纳米粒径电位分析仪对通过电刺激法采集到的赤子爱胜蚓、梯形流蚓和秉氏环毛蚓的黏液进行了电位测量,结果表明蚯蚓黏液带负电位,三种黏液电位在-13.0-21.1m V之间。典型土壤动物蚯蚓产生有效减粘脱附功能的电位为毫伏级,因此,本研究致力于探索仿生微电渗方法解决土壤粘附的有效性。设计并加工了6种不同正负极面积比和正负极分布的试样,利用美特斯电子万能试验机将试样加载在制备的介于塑限与液限之间的四种含水率的土壤上,进行试样拉脱试验。仿生微电渗减粘试验首先选出具有最小拉脱力及最大减粘率的最优试样,然后通过最优试样分别考察了土壤含水率、载荷、电渗电压、电渗作用时间因素对仿生微电渗减粘效果的影响。试验结果表明:随着土壤含水率和试样施加载荷的增加,试样拉脱力(代替土壤粘附力)增大,但是仿生微电渗方法的减粘率也在增大,减粘效果变好。仿生微电渗减粘率与电渗电压呈近似线性关系,对其回归分析后得出其回归直线方程为y=1.31×10-2-0.382;仿生微电渗减粘率与电渗作用时间同样呈近似线性关系,对其回归分析后得出其回归直线方程为y=0.113-0.334。对设计并加工的自卸车车箱模型试样进行仿生微电渗脱附试验,选出脱附效果最好的试样,考察了仿生微电渗方法在多作业周期中脱附的有效性。试验结果表明仿生微电渗方法在多作业周期中脱附效果显著。