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玉米果穗离散元模型构建与脱粒仿真验证

农业工程学报 2023年第24期39卷 33-46页

作者：崔涛荆茂盛张东兴杨丽和贤桃王镇东中国农业大学工学院北京100083

针对玉米脱粒离散元仿真中果穗模型难以表征籽粒分离和芯轴破碎的问题,该研究构建了玉米果穗聚合体离散元模型并进行脱粒仿真验证。基于玉米芯轴3层结构采用分层建模与网格划分方法建立玉米芯轴离散元模型,结合Plackett-Burman试验、最... 详细信息

针对玉米脱粒离散元仿真中果穗模型难以表征籽粒分离和芯轴破碎的问题,该研究构建了玉米果穗聚合体离散元模型并进行脱粒仿真验证。基于玉米芯轴3层结构采用分层建模与网格划分方法建立玉米芯轴离散元模型,结合Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验、Box-Behnken试验和仿真弯曲试验标定粘结参数;以马齿型玉米籽粒为原型,采用五球粘结的籽粒-芯轴连接方式建立玉米果穗聚合体离散元模型,仿真标定籽粒与芯轴的连接力;最后模拟梯形杆齿、圆头钉齿和纹杆块3种脱粒分离机构的玉米脱粒进程。结果表明:玉米芯轴弯曲破坏力和弯曲刚度仿真结果与实测平均值的相对误差分别为-0.12%和-0.14%,籽粒果柄轴向压缩力和径向压缩力仿真结果与实测平均值的偏差分别为-1.8和2.46 N,3种脱粒分离机构脱粒段仿真区域内籽粒平均法向接触力依次为12.50、12.32和8.03 N,3种脱粒元件对籽粒平均法向接触力的递减趋势与台架试验的籽粒破碎率变化一致,根据籽粒与脱粒元件接触合力的累积频率曲线确定籽粒破碎率的临界接触合力为550 N,仿真未脱净率依次为0.15%、0.37%、0.35%,较台架试验结果分别偏小0.07、偏高0.04和偏小0.25个百分点,沿滚筒轴向籽粒质量分布百分比曲线均表现为正偏态单峰分布,脱粒仿真试验的曲线峰值分别比台架试验高1.03、1.86和0.85个百分点,两者脱粒质量相近。该玉米果穗聚合体离散元模型参数标定准确,能够准确反映籽粒和芯轴的力学特性差异,可还原玉米脱粒分离过程,为后续脱粒分离机构的优化提供参考依据。

关键词：离散元法参数标定玉米果穗脱粒仿真

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玉米低损籽粒直收机自动控制系统设计与试验

农业工程学报 2023年第2期39卷 34-42页

作者：栗晓宇杜岳峰刘磊毛恩荣中国农业大学工学院北京100083

针对玉米籽粒直收机收获过程中无法自主调整工作参数,导致极端作业条件下收获后籽粒破碎率偏高的问题,该研究以降低籽粒破碎率为目标,设计了一种玉米籽粒直收低损收获自动控制系统。以4LZ-8型玉米籽粒直收机为研究对象,建立了脱粒滚筒... 详细信息

针对玉米籽粒直收机收获过程中无法自主调整工作参数,导致极端作业条件下收获后籽粒破碎率偏高的问题,该研究以降低籽粒破碎率为目标,设计了一种玉米籽粒直收低损收获自动控制系统。以4LZ-8型玉米籽粒直收机为研究对象,建立了脱粒滚筒转速、凹板间隙和行车速度控制模型,并基于收获参数对籽粒破碎率的回归模型,设计了低损收获自动控制策略。此外,针对传统PID控制系统存在的响应时滞、超调量大、精度差的问题,设计了基于改进粒子群算法的自动控制系统,利用非线性惯性权重递减算法融合布谷鸟算法的随机游走策略,不断更新粒子群的速度和位置,并对改进粒子群算法进行了性能测试,结果表明该算法有效改善了标准粒子群算法容易陷入局部最优值的问题。对低损收获自动控制系统进行的仿真对比试验和田间验证试验结果表明,改进粒子群算法对脱粒滚筒转速、凹板间隙和行车速度具有较好的控制精度、响应速度和稳定性,超调量和超调时间较小,当脱粒滚筒转速为380 r/min、凹板间隙为42 mm、行车速度为2.5 km/h时,自动控制系统在3 s以内调整籽粒直收机作业参数,将籽粒破碎率最终稳定在3.80%左右,满足标准要求。研究成果可为其他作物生产机械的自动化发展提供参考。

关键词：收获玉米自动控制籽粒破碎率粒子群算法

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玉米精准变量播种技术与装备研究进展

农业工程学报 2023年第9期39卷 1-16页

作者：杜兆辉和贤桃杨丽张东兴崔涛钟翔君中国农业大学工学院北京100083 农业部土壤-机器-植物系统技术重点实验室北京100083

变量播种技术可依据农田环境空间异质性调整玉米播种量,实现生长环境与播种量的合理精准匹配,是突破玉米单产提升瓶颈、提高资源利用效率、实现玉米生产提质增效的重要手段。该研究按照玉米变量播种技术实施过程,从土壤肥力指标精确获... 详细信息

变量播种技术可依据农田环境空间异质性调整玉米播种量,实现生长环境与播种量的合理精准匹配,是突破玉米单产提升瓶颈、提高资源利用效率、实现玉米生产提质增效的重要手段。该研究按照玉米变量播种技术实施过程,从土壤肥力指标精确获取技术、最佳播量决策技术以及播量精准调控技术3个方面对玉米变量播种技术与装备进行综述。阐述了基于近地传感和遥感的土壤肥力指标快速获取的研究与应用现状,并对影响土壤肥力指标由点到面转化的土壤属性空间插值方法和影响土壤肥力分类结果的农田管理区划分方法进行了系统总结;重点分析了基于农田管理区和基于模型的变量播种决策方法的研究现状与优缺点,依据国外变量播种决策研究思路,同时结合中国国情提出了基于模糊推理、田间试验和机器学习的3种播量决策方法;综述了国外变量播种控制系统的结构组成与工作原理,归纳了国内电驱排种系统在作业速度测量、排种器驱动方式等方面取得的研究进展,并重点剖析了变量播种过程中存在的播种滞后问题及其补偿方法。针对中国玉米变量播种技术仍处于初级阶段,最佳播量决策技术与播量精准调控技术薄弱的问题,提出未来在玉米变量播种领域需开展的研究重点和发展建议:1)研发符合中国国情的变量播种装备,实现玉米单产的进一步提升,应加快对土壤肥力指标原位动态检测方法及装备的研究,实现土壤肥力指标的精准快速高密度获取;2)应着重对变量播种决策技术进行研究,开展广泛的基于土壤属性的玉米播量决策试验,建立试验数据查询平台;3)应加强对玉米精量排种器、电驱式排种控制系统的深入研究,特别是对作业速度高精度检测方法和无刷电机高精度控制算法的研究,研制具备高排种质量、高响应速度的玉米精量播种单体。

关键词：玉米变量播种播量决策控制系统农业装备

玉米秸秆不同还田方式对黑土耕层温度影响的短期效应

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应用生态学报 2023年第10期34卷 2693-2702页

作者：李瑞平罗洋隋鹏祥郑洪兵明博李少昆王浩郑金玉吉林省农业科学院农业资源与环境研究所/农业农村部东北作物生理生态与耕作重点实验室长春130033 中国农业科学院作物科学研究所/农业农村部作物生理生态重点实验室北京100081 内蒙古农业大学农学院呼和浩特010019

阐明东北黑土区玉米秸秆不同还田方式的土壤温度效应,对农田秸秆管理和热量资源高效利用具有重要意义。本研究在大田试验条件下,设置传统垄作秸秆不还田(CT)、秸秆深翻还田(PTSR)、秸秆碎混还田(RTSR)和秸秆覆盖还田(NTSR)4个处理,2018... 详细信息

阐明东北黑土区玉米秸秆不同还田方式的土壤温度效应,对农田秸秆管理和热量资源高效利用具有重要意义。本研究在大田试验条件下,设置传统垄作秸秆不还田(CT)、秸秆深翻还田(PTSR)、秸秆碎混还田(RTSR)和秸秆覆盖还田(NTSR)4个处理,2018—2020年测定了玉米生育期5、15、30 cm土壤温度和含水率动态变化及秸秆覆盖率,分析了不同处理各土层温度差异、≥10℃土壤积温和有效积温(GDD)、土壤温度日动态变化和空气积温生产效率,以及影响土壤温度差异的因素。结果表明:不同处理主要影响玉米播种至出苗期(S~VE)的土壤温度,土壤日平均温度呈现CT>PTSR>RTSR>NTSR的趋势,随着生育进程推进和土壤深度增加土壤温度差异逐渐缩小。与CT相比,PTSR、RTSR和NTSR处理5 cm土壤温度分别降低0.86、1.84和3.50℃;NTSR处理显著降低了不同土层≥10℃积温和GDD,5、15和30 cm土层≥10℃积温分别降低216.2、222.7和165.1℃·d,GDD分别降低201.9、138.7和123.9℃·d;NTSR处理还显著降低了空气积温生产效率,降幅为9.7%~15.6%。综上,PTSR和RTSR对玉米播种至出苗期表层土壤温度会产生显著影响,但是对空气积温生产效率无显著影响;而NTSR显著降低了耕层土壤温度和空气积温生产效率。

关键词：东北玉米秸秆还田土壤温度

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玉米干储一体仓气流场仿真分析与优化

农业机械学报 2023年第S1期54卷 381-390页

作者：朱广飞白岩松王松林蒋俊强吴帅强谢奇珍农业农村部规划设计研究院北京100125 辽宁工业大学机械工程与自动化学院锦州121001 中国农业机械化科学研究院集团有限公司北京100083 河南科技大学食品与生物工程学院洛阳471000 农业农村部农产品产地初加工重点实验室北京100121

为提高玉米干储一体仓中气流场均匀性,采用计算流体力学和正交试验相结合的方法对玉米干储一体仓内部气流场分布进行数值仿真和参数优化。通过单因素试验,研究水平进风管位置、竖向通风笼直径、单位通风量3个因素对玉米干储一体仓通风... 详细信息

为提高玉米干储一体仓中气流场均匀性,采用计算流体力学和正交试验相结合的方法对玉米干储一体仓内部气流场分布进行数值仿真和参数优化。通过单因素试验,研究水平进风管位置、竖向通风笼直径、单位通风量3个因素对玉米干储一体仓通风均匀性的影响规律,并通过系列数值仿真及正交试验对干储一体仓通风结构及参数进行优化设计。结果表明:干储一体仓内气流的平均速度,受不同水平进风管位置的影响不明显,随着竖向通风笼直径的增加呈逐渐降低趋势,而随着单位通风量的增加持续增长。速度不均匀系数随水平进风管位置从上到下变动、竖向通风笼直径增加和单位通风量增加分别呈现先减小后增大、先急剧后缓慢降低和整体增加的趋势。其中,竖向通风笼直径对干储一体仓内部流场均匀性的影响最为显著,其次是水平进风管位置和单位通风量。优化后的干储一体仓通风结构及参数的组合为水平进风管位置-0.34 m、竖向通风笼直径400 mm、单位通风量20 m^(3)/(h·t),此方案下干储一体仓内部流场速度不均匀系数综合加权评分值与初始方案相比提高了77.4%,表明了优化方案的可行性。

关键词：玉米干储一体气流场均匀性正交试验数值仿真

玉米大豆不同间作系统光合特性与产量边际效应

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农业机械学报 2023年第8期54卷 309-319页

作者：崔文芳秦德志陈静刘剑严海鸥秦丽内蒙古农业大学职业技术学院包头014109

为明确内蒙古河套灌区间作模式的边际效应及该区域本土化玉米大豆间作技术模式,在滴灌条件下,设置4种间作技术模式(行比为2∶3、2∶4、4∶3、4∶4(T2∶3、T2∶4、T4∶3、T4∶4)),以玉米大豆单作为对照,对光合特性变化规律、种间竞争力... 详细信息

为明确内蒙古河套灌区间作模式的边际效应及该区域本土化玉米大豆间作技术模式,在滴灌条件下,设置4种间作技术模式(行比为2∶3、2∶4、4∶3、4∶4(T2∶3、T2∶4、T4∶3、T4∶4)),以玉米大豆单作为对照,对光合特性变化规律、种间竞争力及边际效应进行分析。结果表明,单作与间作玉米叶片叶绿素SPAD及氮质量比总体表现为大喇叭口期达到峰值,之后逐渐下降,进入灌浆期又出现一小高峰,此时,T2∶3模式叶绿素SPAD及氮质量比与单作差异均不显著,大喇叭口期,分别较单作下降0.91%、5.07%,灌浆期,较单作分别提高5.09%、5.17%,且净光合速率均于吐丝期达到峰值,但T2∶3较单作下降缓慢,其它模式的特点是峰值低,出现早(大喇叭口期),降得快。T2∶3模式与单作大豆叶片叶绿素SPAD和氮质量比均在开花期达到峰值,之后逐渐下降,鼓粒期又出现一小高峰,结荚期与鼓粒期,T2∶3模式SPAD较单作分别提高2.32%、5.11%,氮质量比分别提高2.34%、5.77%,且净光合速率峰值出现晚(鼓粒期),其它模式峰值出现早,降得快,尤其T2∶4、T4∶3、T4∶4模式的中行更显著。因此,间作群体花后光合功能稳定期长是关键,是发挥间作优势的重要原因。仅T2∶3模式土地当量比大于1,达到1.38,且大豆的相对拥挤系数大于玉米,间作大豆侵占力、竞争比率均大于玉米,T2∶3具有明显的间作优势和竞争力,大豆相对产量增长大于玉米,是竞争优势种。T2∶3模式的玉米、大豆产量最高,分别为9 705、2 265 kg/hm~2,占系统产量的81.08%、18.92%。T4∶4模式的玉米产量与叶绿素SPAD、净光合速率具有显著的边际优势,而大豆仅光合速率表现边际优势,T2∶3模式的中行大豆具有光合优势。综上,T2∶3模式是内蒙古河套灌区适宜的间作技术模式。

关键词：玉米大豆间作边际效应种间竞争力

外源锌对镉胁迫下玉米幼苗生长及根系构型分级的影响

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环境科学 2024年第2期45卷 1128-1140页

作者：张辉红魏畅柳海涛张静静刘芳赵颖张雪海李鸽子姜瑛河南农业大学资源与环境学院郑州450046 河南农业大学农学院省部共建小麦玉米作物学国家重点实验室郑州450046 河南农业大学国家小麦工程技术研究中心郑州450046

为探究不同浓度锌(Zn)对镉(Cd)胁迫条件下玉米幼苗生长及根系构型分级的影响,通过水培试验,以玉米品种郑单958为试验材料,研究Cd胁迫条件下(50μmol·L^(-1)),外源施加不同浓度Zn(0、10、25、50、100、200和400μmol·L^(-1))对玉米幼... 详细信息

为探究不同浓度锌(Zn)对镉(Cd)胁迫条件下玉米幼苗生长及根系构型分级的影响,通过水培试验,以玉米品种郑单958为试验材料,研究Cd胁迫条件下(50μmol·L^(-1)),外源施加不同浓度Zn(0、10、25、50、100、200和400μmol·L^(-1))对玉米幼苗生长、根系构型及其分级特征、Cd含量及根系Cd吸收能力、光合系统的影响,并通过主成分分析和隶属函数法进行综合评价.结果表明,50μmol·L^(-1)Cd胁迫对玉米幼苗具有明显的毒害作用,使叶绿素含量和光合参数显著降低,主根长、株高、生物量、根分枝数和根尖数,包括Ⅰ~Ⅲ级径级区间的根长、根表面积及Ⅰ~Ⅱ级径级区间的根体积显著下降,阻碍了玉米幼苗的正常生长发育.施用100μmol·L^(-1)和200μmol·L^(-1)Zn与不施Zn相比,降低了玉米幼苗对Cd的吸收,显著降低了Cd含量和Cd吸收效率,缓解了对玉米幼苗的毒害作用,使地上地下部鲜重、地上部干重、地上地下部耐受指数和根分枝数均显著升高;显著增强了玉米幼苗的光合作用,促使幼苗光合速率和总叶绿素含量显著升高;Ⅰ级径级区间的RL、Ⅰ~Ⅱ级径级区间的SA和RV在100μmol·L^(-1)Zn时达到最大,Ⅲ级径级区间的RL、SA和RV在200μmol·L^(-1)Zn时达到最大,均显著高于不施Zn处理;玉米幼苗生长耐受性综合评价表明,100μmol·L^(-1)和200μmol·L^(-1)Zn缓解Cd毒害作用效果较好.综合分析可知,施加适宜浓度的Zn可以降低玉米幼苗植株内Cd含量、根系Cd吸收能力及Cd吸收效率,提高玉米幼苗生物量的积累,减轻Cd毒害对根系构型的影响,减少对光合系统的影响,提高玉米幼苗对Cd的耐受性.

关键词：玉米镉(Cd) 锌(Zn) 生理参数根系构型分级

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玉米籽粒冲击破碎特性试验研究

农业工程学报 2022年第7期38卷 29-37页

作者：李洪成曾荣杨天圆牛智有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试验室武汉430070

农业物料的冲击破碎特性对运输、排种和粉碎等机械设备的工作参数设定具有重要参考意义。该研究以玉米籽粒为研究对象,设计并搭建了单颗粒物料冲击破碎试验装置,开展了5种不同含水率(10.86%±0.13%,13.87%±0.18%,17.24%±0.08%、20.23%... 详细信息

农业物料的冲击破碎特性对运输、排种和粉碎等机械设备的工作参数设定具有重要参考意义。该研究以玉米籽粒为研究对象,设计并搭建了单颗粒物料冲击破碎试验装置,开展了5种不同含水率(10.86%±0.13%,13.87%±0.18%,17.24%±0.08%、20.23%±0.19%和23.46%±0.23%)玉米籽粒的冲击破碎试验,并以籽粒破碎模式、临界速度和破碎程度表征籽粒的破碎特性。试验结果表明,玉米籽粒的破碎模式可分为未破碎、破裂和破碎3种形式,其中破裂形式包括整体破裂和局部破裂;以碎粒中大颗粒质量与玉米籽粒质量间的比值W界定玉米籽粒的破碎模式,并建立了不同含水率玉米籽粒的W值与冲击速度间的回归模型,模型的决定系数均大于0.92,确定了5种不同含水率(含水率由低到高)玉米籽粒的临界破裂速度分别为11.45、15.54、19.84、30.49和34.28m/s,临界破碎速度分别为19.55、23.75、28.68、42.07和46.79 m/s,表明玉米籽粒的临界破裂速度和破碎速度均随含水率的增加而增加;采用响应曲面法建立了破碎颗粒平均粒径与冲击速度和含水率之间的回归模型,模型的决定系数为0.96,方差分析结果表明冲击速度、含水率及其交互作用对玉米籽粒的破碎程度影响极显著(P玉米籽粒处理设备的工作参数设定提供参考,并为农业物料颗粒的冲击破碎特性研究提供理论依据和试验方法参考。

关键词：玉米含水率冲击速度单颗粒破碎特性

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玉米雄性不育资源的发掘与利用

遗传 2022年第2期44卷 134-152页

作者：时子文何青赵卓凡刘孝伟张鹏曹墨菊四川农业大学玉米研究所农业农村部西南玉米生物学与遗传育种重点实验室/西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室成都611130

植物雄性不育是指植物雄性生殖器官不能产生正常有功能花粉的现象。玉米(Zea mays L.)是重要的粮食作物之一,也是较早利用杂种优势的作物之一。当前,生产上广泛种植的玉米品种类型主要是单交种。我国玉米杂交种的播种面积常年稳定在6.2... 详细信息

植物雄性不育是指植物雄性生殖器官不能产生正常有功能花粉的现象。玉米(Zea mays L.)是重要的粮食作物之一,也是较早利用杂种优势的作物之一。当前,生产上广泛种植的玉米品种类型主要是单交种。我国玉米杂交种的播种面积常年稳定在6.2亿亩左右,年用种量10亿公斤以上,常年制种面积高达250多万亩。利用传统的人工去雄或机械去雄的制种方式进行杂交种子的生产,通常需要投入大量的人力、物力和财力。我国玉米制种基地具有明显的区域性,而玉米制种基地对劳动力的需求具有较强的季节性,当前伴随着大量农村劳动力的城市化转移,玉米制种基地出现了严重的用工慌,制种基地的租地费用和人工成本不断提高,使得种子生产成本不断升高。利用植物雄性不育系进行杂交种子的规模化生产,不仅能有效保证杂交种纯度,而且可以大大降低杂交种子的生产成本,同时还可避免极端天气条件下的人工去雄或机械去雄的田间操作困难等问题。因此利用雄性不育进行不育化制种是玉米种业发展的必然趋势。本文综述了我国玉米细胞质雄性不育以及包含光温敏雄性不育在内的细胞核雄性不育资源的发掘及创制进程、植物雄性不育资源从自然群体中获得到有目的性创制的发展过程及玉米雄性不育的研究进展,分析了玉米雄性不育的应用现状及存在的问题。基于我国玉米种业的发展趋势和雄性不育的研究及应用现状,提出了7个需要加强的方面,为玉米雄性不育的创制、研究和利用提供参考。

关键词：玉米雄性不育杂种优势应用现状