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旋耕、深翻、深松对玉米生长性状和产量构成的影响

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四川农业与农机 2024年第1期 22-24页

作者：张颖雷陈洪化通辽市科尔沁区农业技术推广中心内蒙古通辽通辽市厚德种业内蒙古通辽

通辽地区农田主要有旋耕、深翻、深松三种耕整地作业方式。通过试验监测三种耕整地作业处理后玉米的长势、根系、株高、穗位、茎粗及玉米第8叶之面积,及0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm土层土壤容重,分析旋耕、深翻、深松对玉米生长性状和... 详细信息

通辽地区农田主要有旋耕、深翻、深松三种耕整地作业方式。通过试验监测三种耕整地作业处理后玉米的长势、根系、株高、穗位、茎粗及玉米第8叶之面积,及0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm土层土壤容重,分析旋耕、深翻、深松对玉米生长性状和产量的影响,为探讨通辽地区玉米最佳耕整地方式提供依据。结果表明,深松深度30 cm的玉米根系的长度、重量、气生根入土范围都较其它两种处理明显增加,经深松处理的玉米产量较深翻处理增产5.2%,较旋耕处理增产8.7%,差异显著。

关键词：玉米生产深松旋耕深翻

深松旋耕整地混合施肥联合作业机械设计与试验

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农机使用与维修 2024年第3期 13-15页

作者：王云德刘孜文何凡甘肃畜牧工程职业技术学院甘肃武威733006 武威市生产力促进中心甘肃武威733000

随着现代化农业发展不断推进,为提高农业作业效率,简化土壤在耕整地阶段的工作过程,满足保护性耕作的绿色环保整地理念,设计了一款深松旋耕整地混合施肥联合作业机械。该机械能够一次性实现碎土、翻土、旋耕、施肥、深松作业,且作业过... 详细信息

随着现代化农业发展不断推进,为提高农业作业效率,简化土壤在耕整地阶段的工作过程,满足保护性耕作的绿色环保整地理念,设计了一款深松旋耕整地混合施肥联合作业机械。该机械能够一次性实现碎土、翻土、旋耕、施肥、深松作业,且作业过程中保证深松铲能够打破犁底层,实现施肥要求。田间试验结果表明,该机械符合土壤耕整地的农艺要求,作业过程中没有出现残茬缠绕现象,排肥通畅,施肥效果均衡,碎土率较高,满足了一机多用的设计使用要求,机具的适应能力高,适合多地区推广使用。

关键词：深松旋耕施肥整地联合作业

不同耕作方式和前茬作物对冬小麦水肥利用效率及产量影响

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灌溉排水学报 2024年第6期43卷 1-9,17页

作者：邵云王鹏飞安佳慧孟晔陈海情刘栩辰刘战东高阳马守田河南师范大学生命科学学院河南新乡453000 中国农业科学院农田灌溉研究所河南新乡453002

【目的】探讨不同耕作方式和前茬作物对冬小麦土壤养分、产量及水肥利用效率的影响。【方法】设置2个主处理:旋耕(RT)和免耕(NT),2个副处理:玉米前茬(MW)和大豆前茬(SW),共4个处理,分别记为RTMW、RTSW、NTMW、NTSW,研究不同耕作方式和... 详细信息

【目的】探讨不同耕作方式和前茬作物对冬小麦土壤养分、产量及水肥利用效率的影响。【方法】设置2个主处理:旋耕(RT)和免耕(NT),2个副处理:玉米前茬(MW)和大豆前茬(SW),共4个处理,分别记为RTMW、RTSW、NTMW、NTSW,研究不同耕作方式和前茬作物对冬小麦土壤养分、水肥利用效率及产量的影响。【结果】同一前茬作物下,免耕处理土壤含水率高于旋耕处理;同一耕作方式下,玉米前茬处理土壤含水率高于大豆前茬;冬小麦季各处理有机碳量、全氮量、速效磷量、速效钾量、铵态氮量、硝态氮量均随土层深度增加而降低。0~50 cm土层,NTSW处理均有利于冬小麦麦田土壤有机碳、全氮、硝态氮量的积累,较RTMW处理分别提高了4.14%~13.54%、35.51%~54.44%、55.75%~112%;10~50cm土层,RTMW处理后茬麦田速效磷、速效钾量较高;0~50 cm土层,RTSW处理后茬麦田铵态氮量最高,较RTMW处理高13.39%~20.64%;NTSW处理穗数、穗粒数、千粒质量显著高于其他处理,且冬小麦产量也高于其他处理,较RTMW处理增产16.62%;NTSW处理水分利用效率及氮磷钾利用效率均最高。【结论】NTSW处理有利于冬小麦田的养分积累,且水肥利用效率最高,增产效果较好。

关键词：旋耕免耕前茬作物土壤养分水肥利用效率产量

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旋耕还田秸秆空间分布质量离散元分析

农业机械学报 2022年第6期53卷 44-53页

作者：何瑞银段庆飞陈信信徐高明丁启朔南京农业大学工学院南京210031 江苏省智能化农业装备实验室南京210031 江苏大学农业工程学院镇江212013

秸秆在土壤中的空间分布质量会对秸秆腐解速率、土壤养分分布等产生显著影响。为了探究不同旋耕作业参数对秸秆空间分布质量的影响,本文基于离散元法构建旋耕仿真模型,模拟秸秆旋耕还田作业过程,并结合田间试验对不同前进速度和刀辊转... 详细信息

秸秆在土壤中的空间分布质量会对秸秆腐解速率、土壤养分分布等产生显著影响。为了探究不同旋耕作业参数对秸秆空间分布质量的影响,本文基于离散元法构建旋耕仿真模型,模拟秸秆旋耕还田作业过程,并结合田间试验对不同前进速度和刀辊转速下的秸秆空间分布质量进行对比验证。对仿真及田间试验区域进行垂直分层和水平划分的空间分割处理,计算各区域内秸秆数量并以秸秆占比变异系数为指标评价不同旋耕作业参数下的秸秆空间分布质量。结果表明,在垂直分层处理中,刀辊转速的增加会使得各层秸秆占比变异系数呈递增的趋势,其中240 r/min时最小,仿真值与试验值分别为60.09%和80.65%,而随着前进速度的增加,变异系数呈先减少后增加的规律,其中0.50 m/s时变异系数最小,仿真值与试验值分别为61.00%和79.90%;在水平划分处理中,刀辊转速的增加对各层秸秆占比变异系数无明显规律性影响,但前进速度的增加可以减小纵向划分区域内的变异系数,最小值为0.75 m/s时的11.36%和20.12%,仿真值与试验值变化趋势基本一致。垂直分布和水平分布秸秆占比变异系数仿真值与试验值间差值平均最大分别为22.13%和12.23%,误差在可接受范围内。离散元仿真能够模拟不同旋耕作业参数下的秸秆空间分布状态,可以为旋耕秸秆还田作业质量的快速预测评价研究提供支持,也可为旋耕机械的作业参数选择提供理论依据。

关键词：秸秆还田旋耕作业参数空间分布离散元仿真

基于GAF-DenseNet的旋耕作业质量等级识别模型

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农业机械学报 2022年第11期53卷 441-449页

作者：李淑艳李若晨温昌凯万科科宋正河刘江辉中国农业大学工学院北京100083 中国农业大学现代农业装备优化设计北京市重点实验室北京100083 洛阳西苑车辆与动力检验所有限公司洛阳471003

为实现基于拖拉机多传感器实测载荷数据的旋耕作业质量准确识别,提出一种基于GAF-DenseNet的拖拉机旋耕作业质量等级识别模型,设计旋耕作业质量等级分级标准,开展旋耕作业田间试验,并进行模型准确性验证和性能分析。该模型通过格拉姆角... 详细信息

为实现基于拖拉机多传感器实测载荷数据的旋耕作业质量准确识别,提出一种基于GAF-DenseNet的拖拉机旋耕作业质量等级识别模型,设计旋耕作业质量等级分级标准,开展旋耕作业田间试验,并进行模型准确性验证和性能分析。该模型通过格拉姆角场(Gramian angular field, GAF)算法,在保留原始载荷序列的时间依赖性的前提下,对时间序列数据进行唯一编码。DenseNet网络对图像阵列中内含的载荷信息进行深层挖掘,通过特征重用、模型压缩等技术环节,在保证特征提取深度的同时,显著提升该网络的运算效率。分析结果表明:过大或过小的重采样滑动窗口大小均会降低模型性能,且格拉姆角差场(Gramian angular difference field, GADF)实验效果强于格拉姆角和场(Gramian angular summation field, GASF),实验数据显示在重采样滑动窗口大小为250且选用格拉姆角差场的条件下,模型性能达到最优。增长率k与模型整体性能呈正相关的趋势,但过大的k值会降低模型的实时性能且对于准确性提升有限,实验场景下将增长率k设为24更能符合实际需求。GAF-DenseNet模型准确率和F1值分别达到96.816%和96.136%,并且在实时性能上具有良好表现,推理时长可低至16 s。在与其他智能算法对比分析中,该模型整体性能均优于对照组实验结果。

关键词：旋耕作业质量分类识别格拉姆角场卷积神经网络

驱动圆盘犁与双刃型旋耕刀组合式耕整机设计与试验

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农业机械学报 2023年第7期54卷 99-110,195页

作者：廖庆喜谢昊明张青松张季钦敖倩王磊华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对传统旋耕式耕整机在稻-油或稻-稻-油水旱轮作的油菜种植模式下进行耕整地作业易存在整机通过性、适应性差,旋耕装置作业碎土率低、刀辊易缠草、秸秆埋覆性能差等问题,设计了一种驱动圆盘犁与双刃型旋耕刀组合式耕整机。提出先主动... 详细信息

针对传统旋耕式耕整机在稻-油或稻-稻-油水旱轮作的油菜种植模式下进行耕整地作业易存在整机通过性、适应性差,旋耕装置作业碎土率低、刀辊易缠草、秸秆埋覆性能差等问题,设计了一种驱动圆盘犁与双刃型旋耕刀组合式耕整机。提出先主动犁耕后双刃旋耕、两侧开畦沟的工作方式,分析确定了驱动圆盘犁组主要结构参数以及驱动圆盘犁组-开畦沟前犁布局方式;分析确定了一种应用于驱动圆盘犁与双刃型旋耕刀组合式耕整机的双刃型旋耕装置关键结构参数。依据滑切原理确定了具有长刃部和短刃部的双刃型旋耕刀片关键结构参数;根据驱动圆盘犁组结构布局确定了双刃型旋耕装置为双头螺旋线排列方式。利用离散元仿真方法分析了整机的秸秆埋覆性能以及对土壤耕层交换的影响,结果表明整机作业平均秸秆埋覆率为94.69%,且整机作业后土壤耕层混合均匀。在秸秆留茬量不同的两种工况下进行田间性能试验,田间性能试验表明,驱动圆盘犁与双刃型旋耕刀组合式耕整机作业后平均秸秆埋覆率为96.45%,平均碎土率为95.30%,犁组不堵塞,刀辊不易缠草,机组通过性好;田间播种试验表明,整机播种后油菜出苗均匀,整机作业各项指标均满足稻茬地油菜直播种床整备要求。

关键词：油菜犁旋联合耕整机旋耕离散元仿真

黄土高原坡地土壤与旋耕部件互作离散元仿真参数标定

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农业机械学报 2022年第1期53卷 63-73页

作者：孙景彬刘琪杨福增刘志杰王峥西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 农业农村部北方农业装备科学观测实验站陕西杨凌712100 西北农林科技大学林学院陕西杨凌712100

针对黄土高原坡地土壤旋耕部件互作机理研究以及坡地专用旋耕机具设计缺乏准确可靠离散元仿真参数的问题,以典型坡地粘壤土(含水率13.4%±1%)为研究对象,选取EDEM中Hertz-Mindlin with JKR Cohesion接触模型,对相关仿真参数进行标定。首... 详细信息

针对黄土高原坡地土壤旋耕部件互作机理研究以及坡地专用旋耕机具设计缺乏准确可靠离散元仿真参数的问题,以典型坡地粘壤土(含水率13.4%±1%)为研究对象,选取EDEM中Hertz-Mindlin with JKR Cohesion接触模型,对相关仿真参数进行标定。首先,对土壤颗粒间接触参数进行了标定,以土壤颗粒的仿真堆积角为响应值,基于Design-Expert软件中Box-Behnken的方法,确定了土壤堆积角的回归模型;通过模型寻优得到了恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数及表面能参数分别为0.15、0.33、0.05和9.04 J/m^(2),此时土壤堆积角仿真值为41.59°,与实测值相对误差为3.8%。其次,对土壤与旋耕刀材料65Mn钢的接触参数进行了标定:通过静摩擦、斜板及碰撞等试验得到了土壤与65Mn钢之间静摩擦因数、滚动摩擦因数和恢复系数的范围,进一步以土壤在65Mn钢板上的静滑动摩擦角为响应值,基于Box-Behnken的方法得到了土壤静滑动摩擦角的回归模型;对该模型寻优得到了土壤颗粒与65Mn钢间的静摩擦因数、滚动摩擦因数及恢复系数分别为0.50、0.06和0.18,此时静滑动摩擦角仿真值为24.0°,与实测值相对误差为1.7%。最后,通过坡地旋耕试验验证模型参数的有效性:土壤颗粒水平、侧向位移实测值和仿真值最大相对误差分别为4.3%和5.1%。结果表明标定的参数准确可靠。

关键词：黄土高原坡地土壤旋耕离散元法参数标定

基于复合指标与测试技术的旋耕秸秆还田质量评价研究

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农业机械学报 2022年第2期53卷 58-67页

作者：徐高明汪小旵何瑞银丁启朔南京农业大学工学院南京210031 江苏省智能化农业装备重点实验室南京210031

秸秆还田是土壤培肥与丰产增效的重要技术途径,对农业可持续发展具有重要的现实意义。但目前针对秸秆还田作业质量的测试评价研究仍十分有限,尤其缺乏耕整作业后的秸秆在土壤各层空间分布效果的综合定量评价。以生产环节的旋耕秸秆还田... 详细信息

秸秆还田是土壤培肥与丰产增效的重要技术途径,对农业可持续发展具有重要的现实意义。但目前针对秸秆还田作业质量的测试评价研究仍十分有限,尤其缺乏耕整作业后的秸秆在土壤各层空间分布效果的综合定量评价。以生产环节的旋耕秸秆还田质量评价为例,利用2D数字图像法、3D逆向工程技术和Matlab计算模块等现代信息技术构建了一套秸秆还田作业质量的综合测试评价技术,所研发的测试评价技术针对秸秆在地表层和地下层的分布状态构建出融合单元格、埋覆率、深度方向、水平横向、水平纵向等多尺度水平的复合型评价指标,基于该技术及指标集评价分析了3 cm(T3)、5 cm(T5)、7.5 cm(T7.5)、10 cm(T10)、12.5 cm(T12.5)和15 cm(T15)6种不同长度秸秆经旋耕混埋后在土壤各层空间中的分布状态,结果表明,在地表层,各区间秸秆占比变异系数先减小后增大最后趋于平稳,T5处理的变异系数最小,为10.2%;随着秸秆切碎长度的增加,秸秆埋覆率减小,并呈对数关系,模型决定系数大于0.97。在地下层,沿深度方向分割,秸秆切碎长度越短,中下层(5~15 cm)秸秆占比越多,T3与T5处理秸秆占比分别为76.8%和71.7%,优于其他处理;沿水平方向分割,不同处理的变异系数无明显规律,但从整体而言,T3和T5处理的水平横向与水平纵向变异系数均不大于22.8%,分布均匀性明显优于其他处理;按单元格分割,各单元格的变异系数与无秸秆单元格占比都随秸秆切碎长度增加而逐渐增大,T3和T5处理的变异系数分别为73.6%与73.1%,无秸秆单元格占比均为15.7%,秸秆分布较均匀。综合分析表明,秸秆切碎长度对旋耕还田质量有显著影响,T3和T5处理的秸秆混埋效果较好,考虑能耗因素,半喂入收获机选择秸秆切碎长度5 cm为宜。

关键词：旋耕秸秆还田空间分布测试评价复合指标

油菜机直播微垄种床制备过程旋耕后土壤离散元参数标定

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农业工程学报 2023年第20期39卷 10-19页

作者：李蒙良王立宗廖庆喜廖宜涛肖文立张青松华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对油菜直播机微垄种床制备过程离散元仿真缺乏旋耕后土壤颗粒模型、无有效接触参数、数值模拟不准确等问题,该研究开展了旋耕后土壤离散元接触参数标定与试验。基于土壤塑限,确定仿真接触模型为Hertze-Mindlin(no slip),根据油菜直播... 详细信息

针对油菜直播机微垄种床制备过程离散元仿真缺乏旋耕后土壤颗粒模型、无有效接触参数、数值模拟不准确等问题,该研究开展了旋耕后土壤离散元接触参数标定与试验。基于土壤塑限,确定仿真接触模型为Hertze-Mindlin(no slip),根据油菜直播机旋耕后的土样信息,利用EinScan-Pro三维扫描仪和EDEM颗粒填充功能,重建土壤颗粒并生成考虑颗粒形状和不同粒径质量占比的离散元颗粒模型;以堆积角为目标,通过二水平析因试验分析静摩擦、滚动摩擦、碰撞恢复系数的显著性,对显著因素进行最陡爬坡试验缩小求解范围,再通过二次正交旋转回归试验求解较优参数组合为:碰撞恢复系数0.350,静摩擦系数0.351,滚动摩擦系数0.257。使用PIVlab工具和Trimble TX8三维激光扫描仪得到微垄种床制备装置田间作业时土块颗粒运动速度和作业后地貌,并与离散元仿真结果进行对比。结果表明:在微垄制备的贯入包络和成形回落阶段,土壤颗粒运动速度与仿真结果一致,最大误差为0.10 m/s;微垄距误差随腹板数量增加而增大,误差为8.25%,标定参数准确。研究结果可为油菜微垄种床制备机具触土部件机理探究和结构改进提供参考。

关键词：土壤离散元参数标定油菜微垄床旋耕