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2010—2015年安徽省粮食作物秸秆的时空分布特征和资源评价

安徽农业大学学报 2018年第2期45卷 282-287页

作者：李晖戴明威戴顺利刘婧吴瑾施六林安徽省农业科学院农业工程研究所合肥230031 安徽农业大学资源与环境学院合肥230036 安徽农业大学工学院合肥230036 安徽省农村能源总站合肥230001 安徽省池州市农村能源办公室池州247000

基于《安徽省统计年鉴》(2010—2015年)数据,对安徽省粮食作物秸秆的时空分布特征进行研究分析,并在此基础上进行粮食作物秸秆资源评价。结果表明,安徽省粮食作物秸秆的产量逐年增加,小麦自2012年后成为安徽省秸秆的主要组成;秸秆总量... 详细信息

基于《安徽省统计年鉴》(2010—2015年)数据,对安徽省粮食作物秸秆的时空分布特征进行研究分析,并在此基础上进行粮食作物秸秆资源评价。结果表明,安徽省粮食作物秸秆的产量逐年增加,小麦自2012年后成为安徽省秸秆的主要组成;秸秆总量的分布特征呈现北高南低的趋势,2010—2015年间,全省各市秸秆产量的增长不均衡,北部城市增速较快,阜阳、蚌埠和淮北被列为高速增长区,黄山市秸秆产量增长缓慢,划分为低速增长区。同时,分析不同粮食作物秸秆的时空分布特征显示,玉米和小麦的分布特征相似,呈北高南低趋势,各市产量均有不同程度的增长,而水稻秸秆主要分布在安徽省中部和南部,其次为北部,此外,北部亳州和淮北的水稻秸秆产量出现下降趋势。在此基础上,对各区域秸秆资源量进行评价,建议针对不同区域采取不同的综合利用措施。

关键词：安徽省粮食秸秆秸秆分布评价

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亚地块尺度秸秆信息丰度研究

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农业机械学报 2022年第6期53卷 54-61,176页

作者：丁启朔陈杰汪小旵何瑞银徐高明梁磊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

不断拓展的秸秆资源应用途径丰富了亚地块尺度下秸秆信息丰度的研究,但界定和表达亚地块尺度下秸秆信息丰度尚缺乏科学规范。本文以机收小麦原茬地的秸秆信息丰度为研究对象,设计系列指标(立茬与碎秸的质量分布、碎秸堆叠层数、立茬侧... 详细信息

不断拓展的秸秆资源应用途径丰富了亚地块尺度下秸秆信息丰度的研究,但界定和表达亚地块尺度下秸秆信息丰度尚缺乏科学规范。本文以机收小麦原茬地的秸秆信息丰度为研究对象,设计系列指标(立茬与碎秸的质量分布、碎秸堆叠层数、立茬侧影覆盖度),分别探讨原位网格取样称草、平板匀铺图像处理、背景板图像处理、碎秸筛分、人工观察计数等手段与方法,进行原茬秸秆信息的指标化。将获取的多维秸秆信息进行归一化处理,并运用图像相似度分析法研究信息指标间的相关性。结果表明,本文提出的秸秆信息参数及测试方法增加了亚地块尺度下的秸秆信息丰度,秸秆信息图像间的相关分析也能反映出各指标间的内在联系。所得信息反映了收获机的留茬状态与碎草性能,碎秸质量集中分布在割幅中间区域。立茬质量分布受作物行间距影响,碎秸堆叠层数表达了机排草口的排草状况,立茬侧影覆盖度分布可反映收获机的留茬碾压破坏情况。秸秆信息指标间的相关分析表明,地表秸秆总质量与碎秸质量的相似度为0.89、与立茬质量相似度为0.43,碎秸质量与碎秸堆叠层数相似度为0.64,立茬质量与立茬侧影覆盖度相似度为0.48。本文界定的亚地块尺度下秸秆信息丰度及其参数化研究结果可为系统开展亚地块尺度下秸秆信息技术研发提供参考。

关键词：秸秆分布信息丰度亚地块尺度

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不同刀具水田搅浆埋茬效果与功耗试验研究

不同刀具水田搅浆埋茬效果与功耗试验研究

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作者：张殿卿南京农业大学

学位级别：硕士

水田机械化整地是水稻全程机械化生产的一个重要作业环节,整地质量的好坏也会直接影响到水稻机插秧的作业效果、水稻秧苗根系生长发育、田间管理等后续作业环节。传统的整地模式工序较为繁琐,整地时期长,耗时费力,效率较低。保护性耕作... 详细信息

水田机械化整地是水稻全程机械化生产的一个重要作业环节,整地质量的好坏也会直接影响到水稻机插秧的作业效果、水稻秧苗根系生长发育、田间管理等后续作业环节。传统的整地模式工序较为繁琐,整地时期长,耗时费力,效率较低。保护性耕作少免耕理念的提出推进了水田整地技术的发展,不仅农机市场上开始出现许多的免耕灭茬搅浆机,即一次作业可以完成旋耕埋草、平地起浆要求的新机型。而且关于水田埋茬搅浆机方面的研究成果也是层出不穷,然而现有的水田搅浆的研究大多针对水田搅浆机的设计创新和作业效果调查,少有对水田搅浆机的作业机理的研究。旱作旋耕作业后的秸秆三维空间分布状态的研究有很多,但是却没有人对水田搅浆作业后秸秆在泥浆层中的长度分布与数量分布百分比。因此,本文针对不同刀具的搅浆作业效果:包括搅浆深度稳定性、埋茬深度、秸秆垂直空间分布、作业能耗与刀型、转速、刀座排列方式以及土壤基本物理条件之间的相互关系进行深入研究,基于实验室田间原位耕作力学实验台基础上,进行了田间原位搅浆试验,对其耕深稳定性、埋茬效果、作业能耗进行研究,并且在大田条件下对1GKN-260B水田埋茬耕整机进行了埋草起浆、作业油耗性能评价。为南方水稻种植区的水田整地提供一定的理论依据与技术参考。本文的主要研究内容和结果具体如下:(1)为了研究土壤物理参数(含水率、容重、总孔隙度)和力学参数(土壤紧实度)对搅浆作业效果(搅浆深度稳定性、埋草、能耗)的影响,本文对试验地块土壤参数和秸秆密度进行了系统的调查分析。其结果显示试验地块秸秆密度392.14 kg/亩。上水前0-20 cm 土层土壤的平均含水率在22.20%,平均容重1.40 g/cm3,总孔隙度47.29%,并且随着土层深度的增大,容重逐渐增大,孔隙度和含水率逐渐减小,0-45 cm 土层平均土壤紧实度1241.21 kPa,并且随土层深度增加逐渐增大。(2)为了研究水田搅浆作业的搅浆深度稳定性、埋草、搅浆机理,本文基于实验室田间原位耕作力学试验台,进行了田间原位搅浆试验台架的搭建,并针对IT225、IIT195、IIIT175三种旋耕刀进行了水田埋茬搅浆试验,评价各刀具在刀辊转速分别为280 r/min、348 r/min、510 r/min时的埋茬性能、工作能耗差异,试验结果表明同一转速条件下,ⅠT225旋耕刀的耕深稳定性最好,ⅢT175旋耕刀的耕深稳定性次之,ⅡT195旋耕刀的耕深稳定性最差,ⅠT225旋耕刀作业后的秸秆余量最少80.10g,植被覆盖率B=92.87%。同一转速条件下,三种旋耕刀的扭矩功耗没有明显差异,这表明带水旋耕作业时,刀辊转速是影响旋耕作业扭矩功耗的关键因素。并选出作业性能较好的IT225旋耕刀。(3)为了对专用搅浆刀和常规IT225旋耕刀搅浆作业后的埋茬效果进行更精细的评价,基于国标《水田平地搅浆机(GB/T24685-2009)》的基础上,本文提出了秸秆垂直空间分布的调查方法,把搅浆作业后的泥浆层分为0-5 cm、5-10 cm、10-15 cm三个深度区间,用自制的面积30 × 30 cm2,高40 cm样桶,在尽量不扰动秸秆位置的情况下,将方形样桶缓慢压入泥浆中,将每一层的秸秆全部取出,冲洗、晾晒、采用Digimizer软件进行图像处理分析每一层的秸秆量与长度分布.其结果显示专用搅浆刀作业后秸秆主要分布在5-10 cm的泥浆层,且5-10 cm的长秸秆居多;IT225旋耕刀作业后的秸秆主要分布在0-5 cm,且多数短秸秆裸露在地表,部分长秸秆倾斜分布在0-5 cm与5-10 cm泥浆层间。(4)为了研究1GKN-260B水田埋茬耕整机的作业油耗,本文对上水后的试验地块持续进行土壤紧实度调查,从上水完成开始计时,采用25点随机取样法,每隔3 h测试一次,调查分析土壤紧实度随泡水时间的变化规律,并分别在上水后12h、24h、36 h、48 h进行一次搅浆作业,对比每次作业油耗,分析对应时间土壤紧实度对作业油耗的影响,试验结果表明:随泡水时间的增加,土壤紧实度逐渐下降,并且在0-12 h快速下降,12-36 h 土壤紧实度缓慢下降,36-48 h 土壤紧实度基本稳定在300 kPa左右。拖拉作业油耗也随着泡水时间的增加逐渐降低,泡水36h以后进行水田埋茬搅浆作业油耗较小,成本低。

关键词：免耕灭茬水田搅浆埋茬起浆秸秆分布作业能耗

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机械化稻麦轮作系统及关键环节的能量与效应评价

机械化稻麦轮作系统及关键环节的能量与效应评价

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作者：陈杰南京农业大学

学位级别：硕士

绿色高效农业机械是我国农机工业的重要发展方向,发展绿色高效农业机械所面临的首要任务是针对机械化作物生产系统进行科学定量,获取基于绿色及效率指标表达的机械化生产系统效应。因此,定量农业机械的绿色及高效指标离不开针对作物生... 详细信息

绿色高效农业机械是我国农机工业的重要发展方向,发展绿色高效农业机械所面临的首要任务是针对机械化作物生产系统进行科学定量,获取基于绿色及效率指标表达的机械化生产系统效应。因此,定量农业机械的绿色及高效指标离不开针对作物生产系的准确界定和深入研究。稻麦轮作制在我国南方分布区域宽广,由于各地的气候、地理条件等差异,机械化生产模式和关键机械化环节的表现各不相同,导致了稻麦轮作制的系统复杂性,开展机械化系统的绿色高效定量工作较为困难。本研究结合江苏省全程机械化稻麦轮作制的特点以及综合相关研究,界定出3个层面的科学问题,即:机械化稻麦轮作制的全系统层面的绿色评价议题、围绕关键机械化生产环节的绿色评价议题、针对单一机械化作业环节的机具作业效果与田间影响效应的评价议题。3个层面绿色评价科学问题的界定有利于绿色评价研究工作的高效开展。在绿色评价策略的选取上,在生产系统层面与关键机械化生产环节层面,本文选择使用能量评价法。将系统内各生产要素转换成统一的能量标准进行整体评价;对于关键性单一机械化环节的机具作业效果评价,选取收割灭茬机械化作业环节,并重点针对原茬地的留茬状态进行评价分析,基于原茬地秸秆的多维信息定量机收环节不同收割方式留茬效应,从而以秸秆效应评价对比能量评价,展示不同评价技术体系的区别和效果。本文研究内容和成果具体如下:(1)以江苏省机械化稻麦轮作制全系统为研究对象,针对其农业投入与产出,对劳动力投入、机械化投入、农艺投入以及小麦与水稻总产量等相关参数进行了调研,进行了对该系统的能量流动评价体系构建。结果表明,从2015年到2019年5年期间,全系统的能量总投入减少了8.32%,而能量总产出却增多了5.53%。同时,整个系统的能量回报率由4.13上升到4.71,增幅达到14.04%;能量生产率由2.08提升到2.36,增幅13.46%,呈稳步增长的态势;机械化指数由0.51提升到0.54,增幅5.88%。机械化指数分别与能量回报率、能量生产率呈一次函数关系,能量回报率与能量生产率随着机械化指数的提升而增加。(2)以江苏省农业科学院泗洪农业基地为实体研究对象,调研记录其稻麦轮作全程机械化生产系统所用的各种农机具及在收获、耕整地、田间管理、播种等机械化环节的适配技术,田间测试并统计出农机具在作业环节的劳动力投入、机具效率及燃油消耗、种子农药化肥消耗,最后使用能量评价方法对各机械化环节的能量生产率进行量化,最终得出结论:在各个机械化环节中,间接能量投入随着环节工序的增多明显增大,因而增加机械化总投入。比如在收获灭茬机械化环节,机械化投入成本中的间接能量消耗在小麦收获环节占机械化投入比达到56%-64%,在水稻收获环节则达到76%-79%。而最终对各类机械化生产模式的能量生产率的评估发现,在小麦生产中全喂入高茬粉碎(FHC)+免耕(NT)的作业模式下,能量生产率最高,达到2.92;在水稻生产中半喂入(H)+免耕泡田深旋(DS)的作业模式下,能量生产率最高,达到3.57。(3)在泗洪农业基地进一步实地测试了机收后的留茬状态,将原茬地秸秆划分为立茬与碎秸并综合运用多重方法进行立茬与碎秸的参数化处理,设计出立茬的秸秆质量分布、立茬侧影覆盖度与碎秸的质量分布、堆叠层数等多维信息参数,分别使用原位网格取样称重法、平板匀铺图像法、背景板图像法、碎秸筛分法、人工观察计数法等方法对收获环节中不同收获方式下的原茬地状态进行了研究。结论表明:与立茬相比,碎秸分布更能反映秸秆整体质量的分布;秸秆堆叠层数分布与碎秸质量分布相似度较高,最高达到0.9;立茬侧影覆盖度分布与立茬质量分布具有一定图像相似度,但是整体相似水平较低,在0.4-0.5范围内变化;可以通过立茬侧影覆盖度分布较之于立茬质量分布的局部变化来判断局部立茬的直立状态是否发生了改变。对小麦高留茬收获与低留茬收获下的留茬状态进行比较,发现高留茬产生更多碎秸的同时,碎秸的分布更加聚集;同时高留茬收割方式下的秸秆立茬的倒伏对收割机履带轨迹的揭示更加明显。对水稻全喂入低留茬、全喂入高茬收获同步碎草与半喂入收获的比较,发现全喂入高茬收割同步粉碎能够达到与全喂入低留茬相似的灭茬效果;全喂入高茬收割同步粉碎模式下的碎秸分布更为聚集;半喂入收割模式下的立茬、碎秸质量分布与前两者均有差异,半喂入的立茬总体质量水平更低;碎秸在割幅的半边聚集。半喂入收割模式下的立茬倒伏状态更能反映收割机的履带轨迹。

关键词：稻麦轮作制能量流动能量生产率秸秆分布

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旋耕机正转深旋节能技术研究

旋耕机正转深旋节能技术研究

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作者：张晋中国农业科学院

学位级别：硕士

旋耕机是应用广泛的耕整地机械。目前旋耕作业普遍存在耕作深度浅（8～15cm）、秸秆混埋效果差（秸秆覆盖率低、秸秆混埋深度低）、功耗大等问题。现有单纯增加旋耕刀回转半径的方法造成旋耕机机构庞大,性能不稳定,由于缺少对深旋作业... 详细信息

旋耕机是应用广泛的耕整地机械。目前旋耕作业普遍存在耕作深度浅（8～15cm）、秸秆混埋效果差（秸秆覆盖率低、秸秆混埋深度低）、功耗大等问题。现有单纯增加旋耕刀回转半径的方法造成旋耕机机构庞大,性能不稳定,由于缺少对深旋作业土壤、秸秆和旋耕部件的相互作用规律的深入研究,深旋机具设计缺少理论依据,因此本文以土壤——秸秆——旋耕部件为研究对象,建立了土壤——秸秆——旋耕部件离散元仿真模型,对正转深旋作业过程进行了仿真分析,研究不同因素对深旋作业功耗、作业效果的影响,明确了正转深旋作业土壤、秸秆和旋耕部件的相互作用规律,并通过田间试验对仿真模型进行了验证,为深旋节能作业机具的设计和优化提供研究思路和研究方法。主要研究工作如下:1.采用文献综述与实地调研相结合的方法,确定了重点研究内容与主要研究方法。对国内外关于正转深旋节能技术研究进展进行了阐述,得到影响正转深旋作业功耗、作业性能的主要因素——旋耕刀形状、结构参数、旋耕刀的排列方式、机具作业参数等,将深旋作业土壤、秸秆和旋耕部件相互作用规律作为研究重点。2.利用EDEM仿真平台,结合土壤、秸秆特性,建立了完整的旋耕部件——土壤——秸秆离散元模型,研究正转深旋作业土壤、秸秆和旋耕部件的相互作用规律。在耕深20cm,刀轴转速为240 r/min,作业速度2 km/h的条件下,通过仿真试验研究旋耕单刀不同回转半径、工作幅宽、正切面弯折角等参数对功耗、作业性能的影响,最终选定旋耕刀结构参数为195mm-50mm-55mm-45°-125°（回转半径-工作幅宽-正切面端面高-侧切刃终点半径与弯折线之夹角-正切面弯折角）,优化后的旋耕单刀比传统增加回转半径的旋耕刀功耗降低了55%;选用优化后的旋耕刀,对同一切削面不同装刀数、切削面间距进行了试验,确定了每个平面装4把刀,间距为70mm;对整机作业参数（作业速度、刀轴转速、相邻切削面刀片夹角）进行分析,在满足作业要求的前提下,选定转速300r/min,作业速度2km/h,相邻切削面刀片夹角50°。将优化后的正转深旋节能旋耕机与传统增加回转半径旋耕机进行对比试验,结果表明,优化设计后的深旋机具功耗为46.68k W,比传统旋耕机功耗降低21.1%,碎土率为96.37%,提高了4.3%,秸秆覆盖率为95.81%,提高了11.9%,秸秆覆盖深度为11.3cm,提高了29.9%。在土壤耕层混合方面,优化后的旋耕机在土壤耕层垂直位移方面有着更好的表现,同时,减少了土壤在纵向的位移。3.采用田间试验的方法对仿真模型进行验证。试验结果表明,在作业速度为2 km/h,转速为300 r/min时,优化后的深旋机具功耗为50.83k W,比传统增加旋耕半径增加耕深的旋耕机功耗降低12.2%,碎土率为93.4%,提高了9.5%,秸秆覆盖率为92.3%,提高了14.5%;在耕层土壤位移方面,优化后的深旋机具在垂直位移平均提高165.25%,在纵向位移上平均降低29%;在耕层秸秆垂直分布方面,优化后的旋耕机0～5cm的秸秆占比8.6%,传统旋耕机为17.2%,在10～25cm耕层范围内,平均增加17%。通过仿真试验与田间试验结果对比。功耗、碎土率和秸秆覆盖率的误差分别为8.2%、3.5%和4.2%,土壤垂直位移平均误差15.2%,纵向位移误差16.9%,耕层秸秆垂直分布平均误差在15.7%。验证了仿真模型的正确性。

关键词：节能正转深旋耕层混合秸秆分布

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