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干旱地区砂质土壤棉花苗床土层构建装置的研制

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农业工程学报 2024年第12期40卷 55-65页

作者：李帆杨怀君郑炫胡赫岩新疆农垦科学院机械装备研究所石河子832000 农业农村部西北农业装备重点试验室石河子832000 石河子大学机械电气工程学院石河子832000

针对新疆南部砂质土壤“干播湿出”棉花种植模式下,春季耕整地连续作业存在作业阻力大、苗床整不平、压不实,严重影响棉花出苗率的问题,该研究设计了一种适合砂质土壤的苗床整备装置,可一次完成碎土、平土、灭茬、镇压、耱地等作业。采... 详细信息

针对新疆南部砂质土壤“干播湿出”棉花种植模式下,春季耕整地连续作业存在作业阻力大、苗床整不平、压不实,严重影响棉花出苗率的问题,该研究设计了一种适合砂质土壤的苗床整备装置,可一次完成碎土、平土、灭茬、镇压、耱地等作业。采用分段平土装置代替耙组进行联合整备作业,分段平土装置为两段式,首段刮土板呈“W”型对称分布,通过刮土板角度对土壤流动性、平整度和作业阻力的运动分析,确定当刮土板倾斜角为45°时碎土和平土效果最好;台架试验结果表明,镇压辊直径400 mm、碎土辊直径400 mm时综合评分最高。样机性能对比试验结果表明:较耙片式联合整地机综合工作阻力降低8.67%,作业效率提升6.6%;地表平整度标准差为11 mm;耕深稳定性变异系数为9.2%,碎土率为92.3%,表面未见秸秆残膜,分段平土装置能有效碎土、平土、灭茬;二次整备后浮动式土层构建装置能有效压实土壤构建出“上虚下实”土层结构,0~5cm播种土层平均土壤紧实度为169 kPa,适合砂质土壤精量铺膜播种作业和棉花生长,较对比机型种膜错位率下降62.5%,出苗率高于对比机型4.8%。研究结果可为砂质土壤苗床整地机研发与改进提供参考。

关键词：农业机械优化试验棉花播前苗床整备砂质土壤

基于数值模拟的红枣片不同干燥方式热质传递仿真与试验

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农业工程学报 2024年第6期40卷 50-59页

作者：李孟卿张小强朱丽春张茜贾文婷金新文杨旭海石河子大学机械电气工程学院石河子832003 农业农村部西北农业装备重点试验室石河子832003 现代农业机械兵团重点试验室石河子832003 新疆农垦科学院农产品加工研究所石河子832000

为揭示并对比红枣片热风干燥、红外热风干燥及红外真空脉动干燥中的传热传质及干燥动力学特性,并填补关于果蔬红外真空脉动干燥数值模型的研究空白。该研究使用菲克扩散定律、安托因方程及比尔朗伯定律等控制方程分别建立了针对3种干燥... 详细信息

为揭示并对比红枣片热风干燥、红外热风干燥及红外真空脉动干燥中的传热传质及干燥动力学特性,并填补关于果蔬红外真空脉动干燥数值模型的研究空白。该研究使用菲克扩散定律、安托因方程及比尔朗伯定律等控制方程分别建立了针对3种干燥方式的红枣片三维热质传递耦合数值模型,并利用试验数据对模型的可靠性进行验证。该研究基于枣片的实际几何尺寸进行建模并利用COMSOL求解。结果表明:1)与热风干燥相比,红外热风与红外真空脉动干燥分别缩短了46.43%和41.07%的干燥时间,且仿真结果与实测值吻合较好;2)温度场模拟图显示红外辐射可有效对红枣片内部进行加热,干燥20 min时红外热风和红外真空干燥的物料中心温度较热风干燥分别提高了11.33%和5.59%;3)模拟数据显示红外真空脉动干燥中的压力变化对干燥动力学产生了明显影响,其中含水率和干燥速率随压力脉动分别呈现阶梯状和峰状分布,并且干燥速率对压力变化的敏感性随着物料含水率的下降而下降;4)将测得的红枣片品质及质构特性与仿真数据进行综合对比,给出了关于分段组合干燥研究方向的见解,并对果蔬干燥数值模型的发展方向进行展望。该研究建立并验证了红枣片3种干燥方式下的数值模型,并结合模拟结果对各干燥过程的特点进行分析,对未来不同果蔬数值模型的建立及干燥机理的研究具有重要意义。

关键词：干燥动力学热质传递数值模型红外辐射压力脉动

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辣椒苗夹茎式双排自动取投苗装置设计与试验

农业机械学报 2024年第3期55卷 115-121,152页

作者：邱硕于博计东田素博赵萍白晓虎沈阳农业大学工程学院沈阳110866 农业农村部园艺作物农业装备重点实验室沈阳110866

为提高设施蔬菜生产机械化率,设计了一种双排夹茎式取投苗装置。利用两个对置移栽臂上的双排夹取爪实现辣椒苗循环取投苗作业,PLC控制系统保证取投苗装置有序平稳运转。夹取爪核心部件由软性材料和弹簧钢片紧贴构成,其精确定位由水平和... 详细信息

为提高设施蔬菜生产机械化率,设计了一种双排夹茎式取投苗装置。利用两个对置移栽臂上的双排夹取爪实现辣椒苗循环取投苗作业,PLC控制系统保证取投苗装置有序平稳运转。夹取爪核心部件由软性材料和弹簧钢片紧贴构成,其精确定位由水平和竖直运动机构实现。分析软性材料厚度、辣椒苗苗龄、夹取爪气缸压力对取苗失败率、运苗失败率和投苗失败率的影响规律,以取投成功率为优化目标进行正交试验,确定双排自动取投苗装置的最佳工作参数。试验结果表明:当软性材料厚度为10 mm、辣椒苗苗龄为51 d、夹取爪气缸压力为0.40 MPa时,平均取投成功率达到94.6%,基本满足蔬菜移栽作业的技术要求。

关键词：辣椒苗移栽取投苗装置夹取爪

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防护林建设过程中土壤微生物养分限制与有机碳组分之间的关系

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环境科学 2024年第4期45卷 2342-2352页

作者：徐凤璟黄懿梅黄倩申继凯西北农林科技大学资源环境学院农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室农业农村部西北旱地农业绿色低碳重点实验室杨凌712100

微生物主要通过“体外修饰”和“体内周转”途径影响土壤颗粒态有机碳(POC)和矿物结合态有机碳(MAOC)的累积,而不同的植物输入引起的微生物养分限制对两种土壤有机碳(SOC)组分累积的影响机制尚不清楚.因此,以陕西省米脂县的撂荒地为对照... 详细信息

微生物主要通过“体外修饰”和“体内周转”途径影响土壤颗粒态有机碳(POC)和矿物结合态有机碳(MAOC)的累积,而不同的植物输入引起的微生物养分限制对两种土壤有机碳(SOC)组分累积的影响机制尚不清楚.因此,以陕西省米脂县的撂荒地为对照(CK),测定人工林建设的第3、13、20和37 a的0~5、5~10和10~20 cm土层中SOC、POC和MAOC含量及用于计算养分限制的土壤胞外酶活性,探讨防护林建设过程中SOC积累的微生物养分限制机制.结果表明:(1)ω(SOC)、ω(POC)和ω(MAOC)分别3.14~8.35、0.44~1.87和1.99~6.72 g·kg^(-1);各组分有机碳含量在林地建设第3 a时均显著低于CK(P<0.05),且随防护林建设先增加后降低:0~5 cm和5~10 cm中SOC和MAOC含量在第20 a达到最大,但总体低于CK;10~20 cm中二者在第13 a达到最大且高于CK;0~5 cm和5~10 cm中ω(POC)在第37 a达到最大,10~20 cm中在第13 a达到最大.(2)0~5 cm中β-葡萄糖苷酶活性在第20 a时最高,其余土层在第13 a最高,但均在第37 a降至最低;0~5 cm中亮氨酸氨基肽酶和N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶活性随防护林建设呈增加趋势,第37 a时显著高于CK(P<0.05);碱性磷酸酶活性在第3 a时显著低于CK(P<0.05),第20 a时0~5 cm和5~10 cm中其活性最高,10~20 cm中为最低.(3)第3 a酶化学计量比的向量角度(VA)和长度(VL)显著高于CK(P<0.05),即防护林建设加剧了微生物C、N限制;在防护林建设过程中,N限制减弱,而C限制仅在第37 a时有所缓解.(4)结构方程模型显示,第3 a微生物C限制的增强,导致POC含量降低和MAOC含量增加,微生物将主要以“体内周转”积累有机碳;随着微生物N限制的缓解,通过“体内周转”形成的MAOC含量将会增加.因此,长期的防护林建设利于植物源有机碳累积,且以固氮植物造林将有助于促进稳定的SOC组分增加,提升植被固碳效率.

关键词：防护林建设土壤有机碳(SOC) 颗粒态有机碳(POC) 矿物结合态有机碳(MAOC) 土壤胞外酶活性养分限制

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小麦气流辅助直线投种装置设计与试验

农业机械学报 2024年第6期55卷 111-120页

作者：王龙宝杨翰瑜王庆杰卢彩云王超何进中国农业大学工学院北京100083 农业农村部保护性耕作农业装备重点实验室北京100083

针对小麦精量匀播作业条件下气流辅助投种装置内部压力梯度变化方向与种子运动方向不一致、造成种子倒流或碰撞、降低粒距稳定性等问题,设计了一种小麦气流辅助直线投种装置。基于气-固两相流数学模型建立CFD-DEM单向耦合仿真模型模拟... 详细信息

针对小麦精量匀播作业条件下气流辅助投种装置内部压力梯度变化方向与种子运动方向不一致、造成种子倒流或碰撞、降低粒距稳定性等问题,设计了一种小麦气流辅助直线投种装置。基于气-固两相流数学模型建立CFD-DEM单向耦合仿真模型模拟投种过程,仿真结果表明:入口气压与管道长度对总压损失及流场压力分布影响显著;投种装置内部流场压力分布均匀,压力梯度变化方向与种子运动方向一致;小麦种子运动轨迹为“直线-曲线-直线”,无倒流与碰撞现象。以入口气压、管道长度、作业速度为试验因素,以粒距变异系数为试验评价指标进行了响应曲面优化试验。试验结果表明:影响粒距变异系数因素的主次顺序为入口气压、作业速度、管道长度;入口气压与管道长度和作业速度均存在交互作用。通过参数优化得到较优参数组合为:入口气压5.1kPa、管道长度24.2cm、作业速度0.11m/s,经土槽试验验证,该条件下粒距变异系数为6.3%,平均粒距为5.3cm,满足小麦精量匀播农艺要求。采用气流辅助直线投种可解决小麦种子倒流与碰撞的问题,从而显著改善播种作业效果,为小麦精量匀播提供技术支撑。

关键词：小麦气流辅助投种装置 CFD-DEM 试验

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黄土高原不同植被类型土壤微生物残体碳的积累及其对有机碳的贡献

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应用生态学报 2024年第1期35卷 124-132页

作者：申继凯黄懿梅黄倩徐凤璟西北农林科技大学资源环境学院/农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室/农业农村部西北旱地农业绿色低碳重点实验室陕西杨凌712100

微生物残体碳是土壤有机碳的重要来源。黄土高原自退耕还林(还草)以来土壤碳储量显著增加,但不同植被类型土壤微生物残体碳对有机碳积累的贡献及其影响因素尚不明晰。本研究利用生物标志物(氨基糖)技术,测定黄土高原天然草地、柠条灌丛... 详细信息

微生物残体碳是土壤有机碳的重要来源。黄土高原自退耕还林(还草)以来土壤碳储量显著增加,但不同植被类型土壤微生物残体碳对有机碳积累的贡献及其影响因素尚不明晰。本研究利用生物标志物(氨基糖)技术,测定黄土高原天然草地、柠条灌丛、辽东栎林地0~5和5~20 cm土层土壤中的微生物残体碳含量,并分析其与土壤理化指标的关系,探究不同植被类型土壤中微生物残体碳对有机碳的贡献及其影响因素。结果表明:1)同一土层,土壤pH值由草地、灌丛至林地依次显著降低,而有机碳、全氮、微生物生物量碳、微生物生物量氮表现为林地>灌丛>草地,差异显著,且0~5 cm土层显著高于5~20 cm土层。2)土壤微生物残体碳含量在3种植被类型的两个土层中的变化范围为0.69~16.41 g·kg^(-1)其中,在0~5 cm土层,细菌、真菌和微生物残体碳含量均由草地、灌丛至林地依次显著增加,林地微生物残体碳含量是灌丛的2.9倍,灌丛是草地的4.2倍;在5~20 cm土层,林地真菌和微生物残体碳含量显著高于灌丛和草地。真菌残体碳含量高于细菌残体碳含量,是细菌残体碳的2.16~10.83倍。3)微生物残体碳对有机碳的贡献在灌丛和林地分别是草地的1.6和1.7倍,其中,真菌残体碳的贡献占15.2%~42.7%。细菌占1.4%~7.4%。4)pH、全氮、微生物生物量碳和微生物生物量氮是微生物残体碳积累的重要影响因素。综上,植被类型的变化改变了土壤养分、微生物活性和土壤pH值,从而使林地和灌丛较草地更有利于由真菌主导的微生物残体碳的形成和积累。

关键词：植被类型土壤有机碳微生物残体影响因素

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钝化剂对轻中度镉污染农田的安全利用效果

环境科学 2024年第2期45卷 1098-1106页

作者：王晓晶张东明曹阳吕家珑代允超西北农林科技大学资源环境学院农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室杨凌712100

为研究酸性镉(Cd)污染土壤安全利用问题,以陕西商洛轻中度Cd污染农田为研究对象,分别施加生石灰、生物炭和钙镁磷肥,通过小麦-玉米轮作试验,探究不同用量钝化剂对Cd污染土壤的安全利用效果,筛选出最佳的钝化剂配比.结果表明:(1)通过钝... 详细信息

为研究酸性镉(Cd)污染土壤安全利用问题,以陕西商洛轻中度Cd污染农田为研究对象,分别施加生石灰、生物炭和钙镁磷肥,通过小麦-玉米轮作试验,探究不同用量钝化剂对Cd污染土壤的安全利用效果,筛选出最佳的钝化剂配比.结果表明:(1)通过钝化剂的施加,能不同程度地改善土壤质量.(2)施用钝化剂后,小麦和玉米的籽粒产量均有不同程度地提高.(3)3种钝化剂可有效地提升土壤pH值和降低土壤有效态Cd含量,生石灰2340 kg·hm^(-2)(C3)处理效果最佳,分别增加小麦和玉米土壤pH 1.453和1.717单位,减少有效态Cd含量34.38%和30.20%.(4)施加生物炭1800 kg·hm^(-2)(B2)处理对降低小麦根系、秸秆和籽粒Cd含量效果最好,较CK分别显著降低了53.60%、38.86%和52.96%,其小麦籽粒ω(Cd)降低至0.09 mg·kg^(-1),低于《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762-2017)中规定的小麦Cd限量值(0.1 mg·kg^(-1));施加生物炭1260 kg·hm^(-2)(B1)处理对降低玉米根系、秸秆和籽粒Cd含量综合效果最佳,较CK分别显著降低43.74%、53.20%和94.57%,其玉米籽粒ω(Cd)降低至0.0019mg·kg^(-1),远低于《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762-2017)中规定的玉米Cd限量值(0.1 mg·kg^(-1)).因此,在田间试验条件下,综合考虑各项指标的影响,生物炭在轻中度Cd污染的小麦-玉米轮作区农田土壤效果最好.

关键词：轻中度镉污染农田小麦玉米轮作钝化剂安全利用

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油菜种-肥同播同施集排装置设计与试验

农业机械学报 2024年

作者：王磊周国威张青松廖庆喜廖宜涛牛莉夏立波华中农业大学工学院农业农村部东南丘陵山地农业装备重点实验室(部省共建) 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室

针对丘陵山区等小田块油菜种植区域缺乏轻简集成的油菜播种机排种与排肥装置的现实问题，设计了一种油菜种-肥同播同施集排装置。阐明了集排装置工作过程，确定了排种滚筒与排肥滚筒主要结构参数，分析了肥层控制板位置对排种量与排肥... 详细信息

针对丘陵山区等小田块油菜种植区域缺乏轻简集成的油菜播种机排种与排肥装置的现实问题，设计了一种油菜种-肥同播同施集排装置。阐明了集排装置工作过程，确定了排种滚筒与排肥滚筒主要结构参数，分析了肥层控制板位置对排种量与排肥量匹配性的影响。应用EDEM仿真开展了油菜种-肥同播同施集排装置排种与排肥性能试验，建立了肥层控制板位置与排肥量的关系模型，试验结果表明：集成式种肥滚筒转速为20～50r/min时，集成式种肥滚筒转速与排种速率、排肥速率均为线性关系，肥层控制板与竖直方向间夹角在22°～38°内增大时，排肥速率在1709.63～2484.31g/min内逐渐增加；应用DEM-CFD耦合仿真分析了辅助输送气流对导种管内种子速度和受力的影响，结果表明：导种管与竖直面间倾斜角为10°～70°时，采用辅助输送气流可实现种子加速经导种管排出，避免种子滞留。台架验证试验结果表明：集成式种肥滚筒转速为20～50r/min时，总排种量稳定性变异系数不高于0.92%、各行排种量一致性变异系数不高于3.64%、种子破损率不高于0.04%，总排肥量稳定性变异系数不高于1.21%、各行排肥量一致性变异系数不高于4.41%，可实现油菜排量一定时，通过调节肥层控制板与竖直方向间夹角，满足不同排肥量需求。田间试验结果表明：油菜各行株数一致性变异系数为9.25%、总株数稳定性变异系数为7.16%，满足油菜精量播种要求。

关键词：油菜同播同施排种装置排肥装置集成式种肥滚筒

不同土地利用方式下土壤有机质分子组成变化的整合分析

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环境科学 2024年第5期45卷 2848-2858页

作者：黄世威赵一锴朱馨雨刘贺雷刘姣姣陈稍陈佳永张阿凤西北农林科技大学资源环境学院杨凌712100 农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室杨凌712100

利用生物标志物研究土壤有机质(SOM)分子组成可用于分析有机质的来源及降解,从分子层面揭示土壤有机碳(SOC)的稳定机制.为了进一步明确不同土地利用方式对土壤有机质分子组成的影响,通过对已发表的研究数据进行整合分析,研究了全球尺度... 详细信息

利用生物标志物研究土壤有机质(SOM)分子组成可用于分析有机质的来源及降解,从分子层面揭示土壤有机碳(SOC)的稳定机制.为了进一步明确不同土地利用方式对土壤有机质分子组成的影响,通过对已发表的研究数据进行整合分析,研究了全球尺度上农田、草地和森林这3种土地利用方式下有机质分子组成(游离脂质、角质、木栓质和木质素)的变化.结果表明,不同土地利用方式下有机质分子组成有明显差异,森林土壤游离态脂类(烷烃、烷酸、烷醇和环脂)、角质和木质素酚含量显著高于草地和农田,草地和森林土壤的木栓质含量无显著差异,草地木栓质与角质的比值最高,平均为2.96,农田和森林平均分别为1.68和2.21.农田土壤的丁香基的酸醛比(Ad/Al)S和香草基的酸醛比(Ad/Al)V最大,分别为1.25和1.58,显著高于草地(0.46和0.69)和森林(0.78和0.7).且相关性分析结果表明,农田土壤中,木栓质与年均降雨量(MAP)和黏粒呈显著相关,角质与黏粒呈显著相关,木质素与年均温度(MAT)、MAP、砂粒和容重呈显著相关;草地土壤中,总游离脂质与MAP和容重呈显著相关,木栓质和角质均与MAT和MAP呈显著相关,木质素与MAP、pH、砂粒和容重呈显著相关;森林土壤中,仅木质素与MAP和砂粒呈显著相关.总体而言,3种土地利用方式下,森林土壤中有机碳和各分子组分含量均较高,草地土壤中植物根系对于土壤有机质的贡献更大,农田土壤中,由于人为耕作活动而加速了木质素的降解.未来研究应进一步关注土壤理化性质和气候条件对于有机质分子组成的调控.

关键词：土地利用方式生物标志物土壤有机质分子组成脂类木质素