基于PLC的水田农业机械智能化研究综述

该研究旨在评估可编程逻辑控制器(PLC)在智能化水田生产机械化技术与装备中的应用及其效果。采用具体案例、系统分析和对比研究方法,综合分析了PLC在水田种植、管理和收获等各个阶段的集成应用。研究结果显示,PLC的应用显著提高了作业精度,优化了作物管理流程,降低了劳动强度,提升了能源利用效率。此外,智能化装备在水田生产中的应用减少了环境影响,提高了农业可持续性。结果表明,PLC作为智能化水田生产机械化技术的核心组成部分,能够有效提升农业生产的自动化水平和整体效益。

水田衣拼布元素在女装设计中的创新运用现状

水田衣是中国传统拼布服饰的重要代表,凭借其边角布料的循环利用和几何拼接,展现了古代人民对资源的珍视及其独特的审美智慧。然而,现有研究多集中于传统技术的阐述与美学分析,对水田衣拼布元素在现代服装设计中的应用和创新性转化研究较为薄弱。国内外关于水田衣及拼布艺术的研究虽然取得一定进展,但缺乏系统的设计方法和理论支持,尤其是在如何将水田衣拼布元素与现代女装设计相结合的实际操作层面。对此,文章基于大量水田衣相关文献及历史资料,分析了前人对水田衣拼布元素的探讨与研究方法,以期为水田衣拼布艺术的现代转化和可持续时尚设计提供基础性参考,并探索如何将传统拼布元素与现代慢时尚理念融合,为水田衣在当代时尚设计中的创新与传承提供新的思路。

水田卫星平地机的研究进展

在现代农业中,土地平整作业的精度和效率直接影响着作物的生长质量,尤其在水田作业中尤为重要。卫星平地技术作为一种新型的精准土地平整手段,利用卫星导航系统,通过高精度的定位与实时数据传输,实现了对平地作业的精确控制。这一技术相较于传统的人工经验或简单机械操作,能够显著提高作业精度,克服地势复杂带来的挑战,尤其在大范围、起伏较大的地块上表现突出。近年来,卫星平地技术已在国内外取得了显著成果,尤其在提高土地利用效率、减少水资源浪费和增加作物产量方面展现了巨大潜力。本文深入探讨水田卫星平地技术的原理、发展现状及未来趋势,为农业现代化提供理论支持与实践指导。

施氮量对川东南冬水田稻鱼共作系统下杂交稻产量和土壤养分的影响

【目的】利用川东南冬水田区连续多年稻鱼共作系统,研究施氮(N)量对免耕栽培杂交稻产量形成和土壤养分的影响,为制定稻鱼共作系统下免耕栽培杂交稻长期、合理的氮肥管理策略提供理论依据。【方法】于2018—2022年在川东南冬水田区开展了5年大田定位试验,供试杂交稻品种为蓉优1015和内6优103,耕作方式为免耕。设置N 0、45、90、135 kg/hm^(2)4个施氮水平,分别记作N_(0)、N_(45)、N_(90)、N_(135)。在水稻收获期,调查杂交稻产量及产量构成因素,分析0—20 cm土层土壤全量和速效氮、磷、钾含量,以及有机质含量和pH,通过回归分析,研究施氮量与水稻产量和土壤养分因子含量变化之间的关系。【结果】稻鱼共作系统下,年份、施氮量对杂交稻产量及产量构成的影响达极显著水平。5年间,杂交稻产量与施氮量均呈极显著正相关(r=0.9070^(**)~0.9720^(**)),与低氮量处理N_(45)相比,N_(90)和N_(135)处理杂交稻产量分别增加了6.37%~26.53%、9.11%~25.11%,单位面积有效穗数和每穗粒数也显著增加。而N_(90)处理杂交稻产量与N_(135)处理相当或更高。逐步回归分析结果表明,杂交稻产量构成(单位面积有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒重)与产量的偏相关系数达显著或极显著水平(t=2.20*~9.17^(**))。通径分析结果表明,杂交稻单位面积有效穗数和每穗粒数对产量的直接贡献(分别为0.8754和0.4987)和总贡献(分别为0.6364和0.3598)较大,表明单位面积有效穗数和每穗粒数是影响产量的主要因素。在N_(0)、N_(45)处理下,土壤全氮、碱解氮含量随稻鱼共作年限的增加而下降,而在N_(90)、N_(135)处理下随稻鱼共作年限的增加而增加。土壤全氮、碱解氮含量随施氮量增加而提高,而全磷、全钾、速效磷、速效钾含量则随施氮量增加而下降。杂交稻产量与土壤养分含量呈极显著正相关,可见提高磷素、钾素供给能力是稻鱼共作系统杂交稻高产的重要基础。【结论】川东南冬水田区稻鱼共作系统下,年施氮90 kg/hm^(2)可以提高杂交水稻的单位面积有效穗数和每穗粒数,进而维持甚至提高水稻产量。连续施用中、高量氮肥还可以提升土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷和速效钾含量,且随稻鱼共作年限延长呈增加趋势;土壤pH值则随稻鱼共作年限延长呈下降趋势。

东北黑土区典型县域耕地质量对耕地水田化的空间响应

[目的]耕地水田化过程对耕地质量具有至关重要的影响,明确东北黑土区耕地质量对耕地水田化的空间响应,是提升黑土耕地质量实现耕地可持续利用的重要前提。[方法]构建LESA耕地质量评价体系,采用CRITIC模型、双变量局部空间自相关模型,揭示耕地质量和耕地利用变化之间的空间响应关系。[结果](1)研究区耕地水田化现象剧烈,呈现出东部最强、西部次之、中部最弱的时空分异格局;(2)研究区耕地质量变化显著,耕地质量下降比例低于质量提升比例,表现出中部下降最高、西部下降次高、东部下降最低的时空格局;(3)研究区耕地质量对水田化的响应具有双重效应,负向响应更为敏感,整体呈现出东部耕地质量响应程度高于其他区域的空间格局。[结论]研究区耕地水田化对耕地质量具有正、负两种效应,依据效应方向进行耕地利用结构调整,是保护黑土耕地的重要途径。对于具有正向效应的区域应适度推进旱改水项目,而针对具有负向效应的区域应停止旱改水工程,积极进行水田休耕,并可适当地将其恢复为旱地。

超大颗粒肥水田气力深施加速器设计及参数优化

为解决水稻撒施追肥存在的肥料流失、利用率低及机械深施肥工作部件易堵塞、伤根等问题,该研究设计了一种用于水田深施追肥机的超大颗粒肥气力式加速器。该加速器利用双螺旋高压气流,在其与肥料上端构成的近封闭空间内加速超大颗粒肥,实现其高速射入泥壤,并可避免肥料颗粒与管壁碰撞;出口设置渐扩管扩散气流,可减轻对泥壤的冲击,提高施肥位置的稳定性。根据超大颗粒肥参数与加速器功能要求,确定了加速器的结构参数,并根据肥料入泥深度所需的射出速度,分析确定了加速器的工作参数。在此基础上,基于Fluent软件的六自由度重叠动网格建立了加速器仿真模型,以进口气流速度、螺旋角和加速管直径为试验因素,进行单因素仿真试验与三因素三水平Box Behnken组合仿真试验,研究各因素对肥料射出速度与气流扩散率的影响。多因素试验分析及响应面分析结果表明,加速器的最佳工作参数为进口气流速度47 m/s、加速管直径21 mm、螺旋进气口螺旋角43°。在此条件下进行台架验证试验,得到肥料射出速度均值为12.61 m/s,出口气流扩散率均值为85.5%,肥料入泥平均深度为4.7 cm,达到了水稻追肥要求。该研究可为超大颗粒肥水田气力深施追肥机设计提供参考。

南方双季稻区水田高留茬秸秆还田机作业效果研究

为考察自行研制的南方双季稻区水田高留茬秸秆还田机大田作业效果,以原谷珍香为供试品种进行大田试验,并设置现有的常规秸秆还田机作业进行对照,通过对早稻不同高度的留茬秸秆进行还田作业,考察了该机具的耕作效果,并研究了对后茬晚稻机插质量、群体质量构建及产量和产量构成等指标的影响。结果显示,较对照,同一留茬高度时,经自行研制的南方双季稻区水田高留茬秸秆还田机处理的效果显著,其耕深、耕深稳定性、埋茬深度、耕后地面平整度和植被覆盖率分别平均提升5.18%、4.64%、20.85%、21.61%和4.43%,漏插率、漂秧率、伤秧率和翻倒率分别平均降低28.79%、23.17%、29.84%和45.02%,均匀度合格率和插秧深度合格率分别平均提高1.40%和1.65%,茎蘖数平均提高2.52%~6.62%,SPAD值(移栽后27d始)平均提高3.59%~6.53%,地上部干物质重(插秧后34 d始)平均提高1.78%~4.81%,穗干重和收获指数分别平均提高3.39%和2.16%,有效穗、穗粒数、千粒重、结实率和理论产量分别平均提高2.52%、1.34%、0.08%、1.41%和5.47%,实际产量平均增产268.86 kg·hm^(-2),平均增产率4.09%。该机具对秸秆的留茬高度适应性强,作业效果好,适宜在南方双季稻区水田进行推广应用。

我国水田动力机械发展概述

水田面积的逐年扩大,以及劳动力成本的提升,促进了水田动力机械的快速发展。从传统的畜力耕作,逐渐过渡到手扶拖拉机、船式拖拉机、水田轮式拖拉机、履带式水田耕作机,各种动力机械在水田使用过程中均不尽完美。水田履带拖拉机的出现基本解决了现水田耕作过程中面对的问题。

水田动力底盘逆向建模与质心验证——基于Geomagic Design X

针对目前农业机械仿真和优化模型精度不高的问题,提出了一种构建精确模型的逆向建模方法。应用光学扫描仪采集点云数据,基于Geomagic Design X处理点云数据并重构零部件模型,在SolidWorks中完成水田动力底盘的装配。以VP6D-CQ型水田动力底盘为例,将测得的实际质心位置与所建的模型质心位置进行比较,并对提出的逆向建模方法进行了试验验证以及误差分析。结果表明:总质量、x坐标、y坐标、z坐标的误差值分别为4.55%、3.62%、2.23%、4.81%,误差值均在5%内。此方法可构建准确的三维模型,为后续仿真优化数据精确性奠定了基础,与传统的研发相比较,可缩短农业机械研发周期、降低设计成本。

三江平原水田改种大豆高产栽培技术

三江平原是黑龙江省水稻主产区,但是近几年由于水稻种植效益低、部分区域水稻产量低、大豆价格高收益高以及其它因素影响,导致水田改种大豆面积不断增加。本文对水田改种大豆的影响因素进行了分析,针对水稻土的特点阐述了水田改种大豆高产栽培技术,以期为三江平原地区水改旱种植大豆实现高产提供参考和技术支撑。

亚热带水田土壤团聚体有机质对长期秸秆还田的响应

为了探究长期秸秆还田处理下土壤团聚体有机碳含量和固碳效率的变化情况,以江西省进贤县稻田红壤为研究对象,分别进行常规处理和常规+秸秆还田处理,利用元素分析仪测定不同粒级土壤团聚体的碳、氮含量,并通过土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)固存量和累积碳投入量计算土壤固碳效率.结果表明:①稻田红壤的优势团聚体粒级为[0.250,2.000)mm,质量占比为40.64%~47.04%.与常规处理相比,常规+秸秆还田处理对各级团聚体的质量占比和土壤团聚体稳定性指标均无显著影响.②相比于常规处理,常规+秸秆还田处理下全土的SOC和总氮(total nitrogen,TN)含量分别显著增加13.60%和10.17%,但全土的C/N以及各级团聚体的SOC含量、TN含量和C/N均未发生显著变化.③相比于常规处理,常规+秸秆还田处理下土壤的SOC固存量和累积碳投入量分别显著增加55.37%和216.76%,但固碳效率显著降低50.85%.综上,在南方亚热带红壤双季稻种植区,秸秆还田有利于SOC的固存,但降低了土壤固碳效率,对土壤团聚体稳定性的影响不显著.

不同矿物调理剂对Cd污染水田土壤性质及水稻Cd含量的影响

【目的】探究不同矿物调理剂对广西镉(Cd)污染水田土壤性质及水稻Cd含量的影响,为利用水田生产安全稻米提供参考依据。【方法】选用钙镁硅调理剂A和B、钙硅调理剂C和钙镁调理剂D(分别设为A、B、C和D处理),在广西某受Cd污染水田开展Cd污染大田修复治理试验,以不施用调理剂为对照(CK)。处理后于水稻成熟期测定土壤的pH、阳离子交换量(CEC)、总Cd和土壤有效态Cd含量及水稻根、茎、叶和籽粒的Cd含量,分析不同矿物调理剂对Cd污染水田土壤的修复治理效果及Cd在水稻各部位的残留状况,并对土壤总Cd含量、CEC和pH与有效态Cd含量进行相关分析。【结果】施用矿物调理剂可显著提高Cd污染水田的土壤pH和CEC(P<0.05,下同),二者分别较CK提高15.0%~16.6%和20.4%~23.8%;可显著降低Cd污染水田的土壤有效态Cd含量,较CK下降14.0%~19.3%。施用矿物调理剂后水田的土壤有效态Cd含量与pH呈显著负相关,pH的对数ln(pH)值与土壤有效态Cd含量的相关系数为0.4053;ln(pH)值与CEC呈极显著负相关(P<0.01),相关系数为0.6326;随着土壤pH和CEC的上升,土壤有效态Cd含量持续下降。施用矿物调理剂均可有效降低水稻根、茎、叶和籽粒的Cd含量及水稻地上部Cd的富集系数,其中,水稻籽粒的总Cd含量下降35.9%~50.2%,水稻地上部(茎、叶和籽粒)Cd的富集系数分别下降19.5%~33.5%、32.1%~44.9%和38.6%~52.6%。【结论】施用不同矿物调理剂均可显著提升水田土壤pH和CEC,从而降低土壤有效态Cd含量,抑制Cd从土壤向水稻根、茎、叶和籽粒迁移,有效降低水稻Cd含量,减少Cd在水稻地上部(茎、叶和籽粒)富集。

水田平地机GNSS高程数据EMD与S-G联合降噪研究

【目的】减小基于全球卫星导航系统(Global navigation satellite system,GNSS)的水田平地机在测量地势高程信息时存在的多路径效应和机器振动影响,提高水田平地前基准面建立的准确度,进而提升平地质量。【方法】结合经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)和Savitzky-Golay(S-G)滤波各自的优势,提出了一种EMD与S-G联合降噪的方法。该方法首先采用EMD将原始高程信号分解成若干本征模态函数(Intrinsic mode functions,IMFs),利用归一化自相关函数和相关系数将其细分为噪声IMFs、混合IMFs和有效IMFs,然后利用S-G算法对混合IMFs进行滤波,最后将S-G滤波后的IMFs与有效IMFs进行重构,得到最终降噪后的数据。【结果】静态验证试验结果表明,联合滤波后的均方根误差比滤波前降低了36.9%,信噪比比滤波前提高了6.3%。田间测量试验结果表明,滤波后的数据波动范围减少了11.9%。【结论】EMD与S-G联合降噪算法有效削减了多路径效应误差和振动误差,改善了数据的平滑度,对于提高水田平地作业质量具有现实意义。

水田搅浆方式对水稻根系生长及产量的影响

为揭示水田不同搅浆方式对寒区水稻根系形态结构和生理活性的影响及其与产量形成之间的关系,本研究以龙粳31为试验材料,设置旱平免搅浆(HP)、水平地免搅浆(SP)、常规搅浆(CK)3种搅浆方式进行对比试验,对各生育期水稻根系形态结构指标、根系生理活性指标、干物质量及产量进行测定。结果表明:水稻根系形态指标在抽穗扬花期趋于稳定,与CK相比,HP处理下的总根长、根表面积、根体积和平均直径分别显著增加14.1%、8.79%、7.16%和4.06%,SP处理下仅总根长显著增加6.43%。水稻根系生理活性指标在抽穗扬花期达到最大值,与CK相比,HP和SP分别使根系氧化活力显著增加16.1%和5.51%,根系伤流强度显著增加10.2%和5.74%。同时,与CK相比,HP和SP的水稻产量分别显著提高7.65%和4.03%。综上所述,HP能够明显改善根系形态,促进根系生长,提高根系生理活性,进而促进水稻植株地上部生长和产量的增加。

水田改旱地和菜地后红壤酸度和养分变化特征

【目的】以红壤区典型县域祁阳为例,分析不同母质发育的水田改为旱地和菜地后土壤酸度和养分含量变化特征,为该区合理利用土地防治酸化提供科学依据。【方法】选取18个点位,采集水田及相邻的旱地和菜地,分析土壤pH、交换性酸、交换性盐基离子、有机质、阳离子交换量和养分含量的变化及其相互关系。【结果】碱性母质发育的土壤pH均显著高于酸性母质发育的土壤。酸性母质发育的水田改为菜地后土壤pH降低了0.48个单位;碱性母质发育的水田改为旱地和菜地后土壤pH分别降低了0.74和0.53个单位。双直线模型拟合分析表明,当水田、旱地和菜地的土壤pH分别低于5.88、5.78和5.63时,土壤交换性铝含量快速升高,且降低一个pH单位土壤交换性铝含量分别增加1.09、2.33和2.93 cmol(+)·kg^(-1)。酸性母质发育的水田改为旱地土壤有机质和全氮含量分别降低了11.06和0.42 g·kg^(-1),而菜地无显著变化;碱性母质发育的水田改为旱地和菜地后土壤有机质和全氮含量均显著下降,降幅分别为13.88—17.28和0.57—0.71 g·kg^(-1)。碱性母质发育的水田改为旱地和菜地后土壤有效氮含量分别降低了47.66和42.34 mg·kg^(-1)。两种母质发育的水田改为菜地后土壤全磷、有效磷含量均显著增加,增幅分别为0.41—0.48 g·kg^(-1)和26.79—28.69 mg·kg^(-1)。两种母质发育的水田改为旱地和菜地土壤全钾含量无显著变化;碱性母质发育的水田改为旱地和菜地后土壤有效钾含量显著升高,分别升高了36.69和65.76 mg·kg^(-1)。相关分析表明,土壤pH与土壤交换性钙和镁、阳离子交换量、有机质含量和全氮含量呈显著正相关(P<0.01);土壤交换性酸和铝与有效磷含量显著正相关(P<0.05),与土壤交换性钙和镁、阳离子交换量、有机质含量和全氮含量呈显著负相关(P<0.01)。【结论】酸性母质和碱性母质发育的水田改为旱地后土壤有机质、全氮含量均显著降低,而土壤全磷、有效磷含量呈增加趋势;酸性母质发育的水田只有改为菜地后土壤才酸化,而碱性母质发育的水田改为旱地和菜地后土壤均酸化;水田改为旱地和菜地后土壤硝化作用增强和盐基离子淋失增加可能是其酸化的主要原因之一。

湘南丘陵区水田改旱地后土壤磷的有效性及淋失风险

【目的】研究不同母质发育的水稻土改旱地后土壤有效磷变化特征及主要影响因素,为红壤区磷素高效利用提供依据。【方法】采集3种母质(石灰岩、第四纪红色黏土和砂页岩)发育的水稻土及相邻的水田改旱地土壤样品,分析了土壤全磷、有效磷、水溶性磷和无机磷组分(Al-P、Fe-P、Ca-P和O-P)的变化特征,通过主成分分析(PCA)和随机森林分析,探究水田改旱地后土壤磷素有效性变化的主要驱动因子。【结果】水田改为旱地后,石灰岩、砂页岩发育的土壤有效磷含量分别增加了20.48和17.60 mg/kg (P<0.05),但水溶性磷含量均低于磷素环境阈值;土壤磷活化系数分别提高了2.67和2.22个百分点;Al-P含量分别增加了46.07和51.28mg/kg;石灰岩发育的土壤Fe-P含量增加了62.11 mg/kg。相关分析表明,水田改旱地后,Fe-P、Al-P与磷活化系数呈显著或极显著正相关,PCA和随机森林分析结果表明Fe-P、Al-P是土壤磷素有效性变化的主要驱动因子。【结论】湘南红壤丘陵区水田改为旱地后,第四纪红色黏土发育的红壤磷素有效性未发生显著变化,石灰岩和砂页岩发育的土壤磷素有效性由于铁磷和铝磷在全磷中比例的增加而显著提升。3种母质发育的水田改旱地后,其水溶性磷含量均低于环境磷阈值,引发磷淋失的风险较低。

悬挂式水田宽幅卫星平地机设计与试验

针对我国水田平整时窗短、平整作业精度要求高、缺乏高效水田平整作业机具等问题,设计了一种悬挂式水田宽幅卫星平地机。研发了悬挂式水田宽幅卫星平地机平地控制系统,应用北斗卫星RTK定位技术,将北斗卫星天线置于平地铲上方,可实现平地铲高度的厘米级精准定位。开发的智能终端采用阈值-多项式插值算法将实时高程信息转换成点云图,可直接反映水田平整后地势情况,供二次平整作业参考。设计了液压控制系统和悬挂式挂载结构的双液压缸驱动平地机,平地机载荷能力强,高程调节过程更加稳定。进行了系统定位精度及控制输出验证试验,结果表明:悬挂式水田宽幅卫星平地机平地控制系统定位精度为䥺SymbolqB@1.0cm,控制部分输出稳定。为验证悬挂式水田宽幅卫星平地机的工作性能,对其进行了水田平整试验,并将田间采样高程数据进行了田块纵横单行数据拟合曲线对比分析及统计分析。田间试验结果表明:田面最大高差d从19.6cm平整至5.9cm,采样点标准差Sd从4.9cm平整至2.6cm,作业效果较好,可有效改善水田平整度。

拼布秩序之美——明式“水田衣”文化及创新研究

明式“水田衣”作为明清女性特色服装,是利用零碎面料缝制成一件完整精美的服装,从制作方式、艺术形式和文化内涵上展示了中国传统服饰元素的深厚底蕴。文章依托文献研究法针对明式水田衣的历史发展、文化特征及艺术价值方面进行系统的论述,并结合当代时尚阐述了明式水田衣创造性转化、创新性拓展的设计实践思路。

基于GNSS-RTK水田平地机的设计与试验

设计了一种基于GNSS-RTK的水田平地机,并根据水田平整作业要求,设计了水田平地机的机械结构、液压及控制系统。控制系统基于GNSS-RTK卫星定位技术,采用Cortex M3系列控制器及RT-Thread嵌入式实时操作系统完成了平地铲高程的高精度检测,实现了平地铲高度的自动调节。田间试验结果表明:平地机机构设计合理,控制系统运行稳定可靠,平整精度满足要求。研究结果对水田平地机的设计具有一定的参考价值。

多模式水田智能控灌系统设计与试验

为了提高大区块水田用水效率、增加水稻产能,建立了大区块水田智能控灌装备体系,并结合物联网与传感器技术,设计了一种以STC15F2K60S2为主控芯片的水田智能控灌系统。根据不同的使用环境在系统内部设定的“经济用水灌溉”“浅湿晒灌溉”“稻渔共生灌溉”3种不同的智能控灌模式,并利用田间终端传感器采集水田内水温、水位、土壤含水率等参数,达到提高经济效益和生态效益的目的。系统所采集的数据可以通过无线网络上传至云数据库,供远程控制中心或用户智能终端软件调用。在黑龙江省安达市农业科技园区的田间试验表明:智能控灌系统可以远程监测大区块水田实时情况,下位机之间的距离在2100m以内时数据传输稳定,可快速地对操作指令进行反应,最终达到节水控制灌溉提高经济效益的效果。