多子芋收获机离心回转式根土分离装置设计与试验

针对芋头采挖过程中传统栅条式筛分装置存在土壤破碎质量差、根土分离效果不佳等问题,该研究结合多子芋生长特点,设计了一种离心回转式根土分离装置。构建芋头根土复合体碰撞力学模型和土块冲击破碎力学模型,明晰了影响根土分离效果的主要因素为弹齿倾角、回转筛转速和柔性拨指长径比,并确定取值范围。采用EDEM-RecurDyn耦合方法开展仿真试验,探究芋头根土复合体在筛分过程中经历平衡、失稳、土壤破碎、碰撞翻滚和土壤脱落等全过程动态变化规律,单因素试验确定柔性拨指直径14 mm,长度45 mm;以弹齿倾角、回转筛转速和土壤喂入量为影响因素。以根土分离率和芋头最大冲击力为评价指标,开展二次回归正交旋转组合试验,求解最优参数组合为弹齿倾角16.00°、回转筛转速110.00 r/min、土壤喂入量14.00 kg/s时,根土分离率最优为93.36%,芋头碰撞冲击力峰值最小为150.73N。田间试验结果表明多子芋收获机根土分离率为92.06%,破损率为4.86%,与回归模型预测结果相差1.39%,相较传统栅条式根茎类收获机根土分离率提升了8.61个百分点,满足多子芋根土分离要求。研究结果可为根土复合体破碎分离特性及根茎类作物高效低损采收装备设计提供参考。

宁夏南部黄土丘陵区3种草本根土复合体抗冲性及其与影响因素的关系

[目的]明确宁夏南部黄土丘陵区3种草本根土复合体抗冲性差异及其与相关影响因素的关系,为研究区生态建设质量提升及植被优化配置提供理论依据。[方法]以研究区常见草本百里香、星毛委陵菜、长芒草根土复合体为研究对象,采用室内原状土水槽冲刷法,并利用LA-S根系扫描分析系统,研究不同草本0—15 cm土层根土复合体抗冲性能及其与根、土的关系。[结果](1) 3种草本0—15 cm土层根土复合体抗冲性大小为星毛委陵菜(53.7 L·h/g)>百里香(36.5 L·h/g)>长芒草(14.2 L·h/g),星毛委陵菜根土复合体抗冲性最强。(2) 3种草本根系根长密度、表面积密度、体积密度和比根长分别为4.25~10.56 cm/cm^(3),42.95~111.51 mm^(2)/cm^(3),5.04~17.94 mm^(3)/cm^(3),35.06~67.96 m/g,根长密度等参数百里香明显大于其他草本。(3)各草本根系分布土壤的有机碳含量百里香(1.437%)>星毛委陵菜(1.290%)>长芒草(0.430%)。根系土壤黏粒含量百里香是星毛委陵菜、长芒草的1.14倍、1.20倍。3种草本土壤团聚体参数MWD,GMD,R_(>0.25)分别为13.80~18.23 mm, 7.15~11.11 mm, 43.06%~70.05%,各指标星毛委陵菜最大。(4)根系、土壤均能直接或间接、单独或共同影响根土复合体抗冲性。百里香土壤黏粒、粉粒、砂粒及团聚体直接影响土体抗冲性,其大部分根系还通过影响土壤机械组成和有机碳含量间接影响抗冲性。星毛委陵菜土壤粉粒和大部分细根直接影响土体抗冲性,其0~0.5 mm根、土壤黏粒、砂粒还通过影响土壤团聚体等间接影响抗冲性。长芒草土壤砂粒、0~1.0 mm根直接影响土体抗冲性,其特定细根还通过影响土壤团聚体和有机碳含量间接影响抗冲性。[结论]3种草本根土复合体抗冲性大小有明显差异,根系、土壤均能影响其抗冲性能,在宁夏南部黄土丘陵区进行生态建设应考虑不同草本(植被)的抗冲性能,并在改善相关影响因素的基础上加以科学配置。

紫穗槐根土复合体特征对黄土边坡稳定性的影响

[目的]研究含水率、含根量及根系布置方式对根土复合体抗剪强度影响,揭示紫穗槐根系对黄土边坡加固机理,为黄土边坡生态防护及提高坡面稳定性工程实践提供科学参考。[方法]利用ZJ型应变控制式直剪仪进行紫穗槐根土复合体剪切试验,以无根系土为对照,分析不同含水率、含根量和布根方式对抗剪强度影响;应用FLAC 3D软件模拟紫穗槐根系分布方式对黄土边坡稳定性影响。[结果](1)随着含水率增加,抗剪强度指标黏聚力和内摩擦角均降低。(2)随着含根量增加,抗剪强度在不同含水率条件下表现出不同规律。当含水率为9.31%时,抗剪强度随着根面积比(RAR)增加呈先增加后减小的趋势,在RAR为0.15%时,抗剪强度达到最大值;当含水率为15.65%和17.44%时,抗剪强度随着RAR增加而增加。(3)“卄”形布根方式能显著提高根土复合体抗剪强度,当含水率为17.44%时,卄形布根与无根土相比,平均抗剪强度增加31.81 kPa。(4)数值模拟结果表明,根系长度、主根与铅垂方向的夹角均与稳定性呈正相关关系。[结论]通过室内试验和数值模拟研究表明,紫穗槐能较好提高黄土边坡稳定性,紫穗槐交错种植,防护效果更佳。

根土复合体抗剪特性变化特征及强度预估研究

根土复合体剪切特性受含根量与压实度的影响,为探究二者对根土复合体抗剪特性的影响程度,以黑麦草根土复合体重塑试样为研究对象,进行了不同含根量(0%、0.15%、0.3%、0.45%、0.6%)与不同压实度(85%、90%、95%)的根土复合体三轴压缩试验,分析了15%应变对应的极限主应力差与抗剪强度指标的变化规律,建立了抗剪强度计算公式。结果发现:①在相同围压下,根土复合体的极限主应力差相比于素土增加了6~79.9kPa,增幅为6.8%~65.5%。②压实度相同时,随着含根量的增加,根土复合体极限主应力差先增加后减小,压实度为85%、90%、95%时在含根量为0.3%、0.3%、0.45%时极限主应力差最大,即为最优含根量。③基于试验结果,建立了同时考虑含根量、压实度和围压的根土复合体抗剪强度计算公式,公式的拟合精度(R2)为0.943。采用原状土根土复合体试样对公式进行验证,发现公式的预测精度(R2)为0.96。研究结果为黑麦草根系固土提供理论依据。

根土复合体力学效应及其模型构建研究进展与展望

[目的]为探究根土复合体的力学效应机理及模型方法应用。[方法]采用文献分析和对比分析法,归纳分析根土复合体概念和内涵、根土复合体力学效应及力学模型原理、优缺点以及适用范围。[结果](1)根土复合体是根系与土体之间力学耦合效应的复合整体,根系在土体中交叉缠绕,起到加固作用;(2)根系与土体力学关系实质上是根土复合体土力、水力和复合力学特性作用的结果,土力特性、水力特性分别侧重研究根系对土体的影响和土中水分对土体和根系的影响,复合力学特性侧重于根土复合体自身特性对植物根系特征以及结构的直接影响,从而通过三者作用使根系与土体的力学关系处于动态平衡之中;(3)根土复合体复合力学模型研究较土力和水力学模型略少,土力学和水力学模型都是根据量化参数,通过参数间对比来衡量固土效果,但复合力学特性同时涉及土力特性和水力特性,考虑全面,应是未来研究的重点方向。[结论]未来在开展冻融循环、干湿交替、干热循环对不同地区根系与土体相互作用的影响、多类型植物混种抗剪强度、化学作用和微生物作用对土水特性影响机理及复合模型构建等方面有待深入研究。研究结果可为生态脆弱区植被恢复、水土保持和可持续发展等提供重要的理论价值和工程借鉴意义。

根土微环境对早实核桃细根时空分布、养分特征的影响

以长势基本一致且处于稳产期的‘新新2号’早实核桃(Juglans regia L.)后代为研究对象,按照小格子法将根土连续体划分为144个采样小区。于2022年每月采集根、土样品,测定细根生物量并构建二维空间分布图,研究细根形态指标、养分特征以及土壤水、养质量分数并分析其对早实核桃细根时空分布、养分特征的影响。结果表明:早实核桃细根主要分布在垂直方向的0~0.4 m土层和距树干水平方向1.5 m范围内,占细根分布总量的80%。细根形态参数值(生物量、根长密度、根表面积密度、根体积密度)和养分质量分数均随土层加深呈下降趋势,细根在微环境水平变异时差异不明显。夏、秋季细根形态参数值均显著高于春、冬季。土壤全氮、全磷质量分数随土层加深逐渐减少,土壤全钾质量分数在整个空间分布上无明显差异。土壤含水率随土层加深而增加,距树干距离越远含水率越低。土壤各养分质量分数的季节性差异较大,全氮质量分数在夏、秋季较高,在春季最低;全磷质量分数在春季最高;全钾质量分数在冬季最高;土壤含水率在秋、冬季最高。细根形态、养分质量分数与土壤全氮、全磷、含水率的关系更密切,相关性存在一定季节差异。细根生长在细微变异的环境下仍具有一定的趋水趋肥性。对早实核桃进行肥水精细化管理时,可根据根土的时空关系,在根区适时灌溉,季节性调整肥料养分,施肥则以氮、磷肥为主。

基于现场原型测试的毛竹根土复合体力学性能研究

毛竹在闽东南丘陵山地广泛分布,为了研究闽东南特色植被毛竹的根土复合体抗拔与抗剪性能及其对斜坡稳定性的影响,在福州市永泰县岭路乡庄边村滑坡区,使用自行研发的专利仪器对不同直径的毛竹进行原位整株拉拔试验与原位剪切试验;使用万能试验机对现场根土复合体中不同直径根系进行单根拉拔试验。结果表明:在抗拉性能上,毛竹的直径大小会影响到毛竹整株拉拔的强度,随着直径增大其极限整株抗拉强度与抗剪强度均提升,毛竹竹鞭与丝根具有有效抗拔作用;毛竹单根根系的直径与极限抗拉力呈线性正相关,与抗拉强度呈负相关;在抗剪性能上,毛竹直径与根土复合体抗剪强度呈正相关。研究成果对分析毛竹根土复合体力学性能,揭示竹林斜坡成灾机制,提高植被护坡效益具有重要的理论及实际意义。

木纤维重构红壤下根系特征对根土复合体抗剪特性的影响

红壤黏性重、水分变化大、抗剪性能较低,通过根系特征参数研究草本植物根土复合体的力学特性具有一定意义。为探明不同质量分数(0、0.5%、2.5%和5.0%)木纤维重构红壤下,根系特征对草本植物根土复合体抗剪特性的影响机理,该研究通过直剪试验测定白三叶和黑麦草根土复合体的抗剪强度,并采用WinRHIZO根系分析系统测定根表面积指数、根系体积比、根系长度、地下生物量4个根系特征参数,并进一步揭示其对抗剪强度影响机理及规律。结果表明:适量的木纤维添加有利于须根系草本植物的生长,木纤维质量分数较低时,黑麦草的根系特征参数值高于白三叶3~5倍,木纤维质量分数较高时,黑麦草和白三叶的根系长度分别为456.27和438.35 cm,地下生物量分别为0.410和0.150 mg;随根系特征参数增加黑麦草根土复合体的抗剪强度增幅大于白三叶根土复合体,增幅范围分别为26.55%~47.20%、26.21%~35.07%,但存在一定的变化阈值。采用摩尔-库伦模型对根土复合体的抗剪特性参数的模拟效果较好,根系特征参数达到变化阈值时,黏聚力变化差异明显,对内摩擦角影响较小。该研究对深入研究红壤区的边坡防护、植被恢复和土地整治等具有重要的理论和工程实践价值。

基于混合物法则根土复合体本构模型的研究

为探究根土复合体的应力-应变关系,将其视为两相体,根系采用线弹性模型,土体采用邓肯-张模型,并考虑根系与土体之间的相对滑移关系,基于混合物法则建立根土复合体本构模型。通过素土与不同含根量的根土复合体三轴压缩试验,得到其应力-应变关系,通过单根拉伸试验得到根系的弹性模量。结果发现,(1)根土复合体的极限主应力差随含根量的增加先增加后减小,含根量0.3%为最优含根量。(2)单根的直径与抗拉力、抗拉强度符合幂函数关系,与弹性模量符合多项式关系。(3)通过反分析的方法,建立滑移关系,得到模型计算值的应力-应变关系,发现模型计算值与试验值的拟合度(R^(2))为0.96。该研究为根土复合体本构模型的建立提供新思路,并为根土复合体的数值分析提供参数。

乔木根径、含量和分布类型对根土复合体饱和渗透系数的影响

植物根系对土体的水力特性具有重要影响,但关于乔木根系对土体饱和渗透系数的定量研究缺乏。利用自制渗透实验箱,采用定水头实验方法,针对重塑根土复合体开展不同根径(1 mm≤d≤3mm、3 mm<d≤5 mm和5 mm<d≤8 mm)及含量(根体积含量0.4%~2.4%)和根的分布类型(水平和竖直)对其饱和渗透系数影响的定量研究。结果表明,相同根径条件下,根土复合体的饱和渗透系数与根体积含量呈线性正相关关系,但随着根径的增加,该线性关系斜率不断降低;根土复合体饱和渗透系数与根表面积含量也存在显著的线性正相关关系,方差分析表明,该线性关系不受根径的影响;确定了根的不同分布类型(水平和竖直)下根表面积含量与其饱和渗透系数之间的线性关系;此外,研究发现,根竖直向分布时的根土复合体饱和渗透系数随根表面积含量的变化率是水平分布的1.8倍左右。研究结果表明,根的存在可以显著提高土体的饱和渗透系数,且根土的表面接触是影响其水力特性的根本原因。

植物根土复合体抗剪强度及影响边坡稳定性研究现状分析

为分析边坡上植物对边坡稳定性的影响的国内外研究现状,对植物根系力学性能、根-土复合体抗剪强度和影响边坡稳定性等方面的国内外文献进行综述。现有文献探讨了植物根系的力学特性、植物根-土复合体抗剪强度特性,系统地阐述了植物根系对提升边坡稳定性的积极作用。但当前生态护坡工程的多种草本植物、草本和木本多种植物种植模式下,量化多种混播植物根系对边坡稳定性的提升作用,以及基于植物固坡与生态重构协同的边坡防护设计施工技术等方面仍有待进一步深入研究。

容县沙田柚蔗根土天牛危害状况及综合防治策略

深入了解蔗根土天牛对容县沙田柚的危害状况,并探讨有效的防治策略。分析发现蔗根土天牛对容县沙田柚的根部造成了严重破坏,导致植株生长受阻甚至死亡,针对问题,重点探寻蔗根土天牛生活习性及危害特点等。提出防治策略有物理防治、生物防治、化学防治以及合理的农业防治等措施,以降低蔗根土天牛的种群数量,保护沙田柚正常生长,为容县沙田柚产业实现可持续发展奠定坚实基础。

根直径及干湿循环对根土复合体抗剪强度影响的试验研究

探究植被根系对土体的加固效应及干湿循环对根土复合体强度的劣化机制,为边坡生态治理及灾害防治提供帮助。开展了不同根直径及干湿循环的根土复合体三轴试验,利用电子显微镜对根土复合体的微观结构进行分析。研究结果表明:新鲜根、饱和根和干燥根的抗拉强度随直径的增大呈幂律减小。干燥根的抗拉强度最大,其次是新鲜根和饱和根。根土复合体的应力—应变曲线表现为持续硬化。随着应变的增大,偏应力先迅速增大后缓慢增加,最终保持稳定。随着根直径的增大,根土复合体的抗剪强度先增大后减小。根直径过小或过大,根对土壤的加固效果减弱。根系显著改变土壤黏聚力,对内摩擦角影响较小。抗剪强度随围压的增加而增大,随干湿循环的增加而减小。随着干湿循环次数的增加,抗剪强度和黏聚力呈线性下降,土颗粒团聚体分解,土体裂缝和孔隙面积呈指数增长。根土复合体的破坏形式为剪胀破坏。考虑干湿循环,修正的根土复合体强度预测模型是有效的,预测结果与试验数据吻合较好。

环境友好型复合肥根土激活技术及应用

随着环境问题的日益加剧和农业可持续发展的迫切需求,农业生产方式正经历着从传统化学肥料向环境友好型肥料转变的历史性转折。化学肥料的大量使用不仅带来了短期的高产量,也引发了土壤质量下降、农产品安全性问题和水体污染等环境挑战,因此,开发和应用环境友好型复合肥成为当前农业技术发展的重要方向之一。本文将深入探讨环境友好型复合肥根土激活技术的理论基础和实际应用,可以解决传统化肥对环境带来的负面影响问题,以期为推动现代农业向更环保、更可持续的方向发展提供理论支持和实践指导。

根土相互作用关系对树干振动特性的影响

为研究树木在外载荷作用下发生振动时土壤与根系间的力学关系,以北京林业大学苗圃内的4棵3年生毛白杨为研究对象,分别在自然状态、根土摩擦以及固定端约束3种根土相互作用关系下,进行了振动试验并测量了自振频率。分别对应上述3种关系建立了根土刚性连接、根土摩擦和固定端约束3种有限元模型,并通过模态分析得到了模型自振频率。对比实验值与模拟值,探讨了根土间相互作用关系对树木振动特性的影响。结果表明:(1)在3种不同的约束下,树干振动试验所得的自振频率大小依次为:固定端>自然状态>根土摩擦,而且三者的数值差异显著;(2)有限元模型结果中自振频率大小依次为:固定端>根土刚性连接>根土摩擦,与实验结果吻合,说明采用根土刚性连接模型模拟自然状态情况较其他两种模型效果更好;(3)随着外载荷的增大,土壤对树木振动特性的影响也显著增大。

蔗根土天牛在容县沙田柚上的危害和防治策略探讨

天牛是一种毁灭性蛀干害虫,其主要的危害虫态是幼虫阶段,天牛幼虫会在植物的树干、枝干以及根上钻洞。当天牛虫害大量发生时,会导致植物干枯甚至造成大片植物枯死、毁林,会产生较大的经济损失和生态破坏效应。蔗根土天牛是甘蔗种植时,农户面临的主要虫害类型,并且蔗根土天牛近年来的危害形势日趋严重。本文就蔗根土天牛状况进行简要分析,结合蔗根土天牛的成灾原因、防治策略展开探讨,具体从物理防治、生物防治、化学防治以及人工与机械综合防治等方面进行展开。

基于根土复合体模型下淮河入海水道岸坡植被护坡设计研究

为研究淮河入海水道岸坡植被体特征对其坡面渗流安全影响,采用根-土二维单元开展岸坡建模,研究主、次植被体根径与坡面渗流特征关系。研究表明,主植被体根径对坡面流速影响高于次植被体,前者根径愈大,坡面流速愈低,但抑制坡面流速效果在根径大于1 mm后减弱。主植被体根径为1 mm时,其坡面流阻力系数才具稳定演化特征。次植被体根径对流速水平影响较小,根径方案间平均降幅仅为3.8%,其中,根径2.5 mm下流速水平及稳定性最适配坡面渗流。研究认为主、次植被体根径分别为1 mm、2.5 mm下最利于护坡设计。成果可为研究河道岸坡渗流稳定性及根土复合体模型分析提供参考。

磷与水分互作的根土界面效应及其高效利用机制研究进展

【目的】磷与水分利用率低是制约作物生产的重要因子。磷必须在水分的作用下通过根土界面才能被作物吸收利用,磷和水分在根土界面的互作效应是影响其高效利用的关键环节。本文以根际为核心,重点综述了磷与水分在根土界面的互作机制,并剖析了通过强化根土界面磷与水分的协同,提高农田水肥资源利用效率的根际调控途径。【主要进展】根系的形态和生理变化深刻影响磷和水分的有效性,而根系生长和根际过程依赖于植物的营养和水分供应状况,作物根层适宜的水分和养分供应水平能最大化根系和根际过程的效率,从而促进作物对磷与水资源的高效利用。作物根系除了能对根层土壤中磷和水分的系统供应做出响应外,也对局部磷和水分的变化产生形态和生理上的反应。根系响应磷和水分的表型可塑性与植物激素的调控作用密切相关。ABA、乙烯、NO均参与磷和水分互作的调控过程,质外体p H在调控植物抵抗水分胁迫过程中具有重要作用,并与植物的营养状况密切相关。【展望】深入理解根土界面水与磷互作的协同过程及其调控机制是提高集约化作物体系水分和磷利用效率的关键。未来的研究方向与重点包括:进一步揭示磷和水分互作与激素信号途径之间的关系,探明农田生态系统中磷与水分互作的根土界面效应及其高效利用的协同机制,建立不同种植条件下水肥资源高效利用的根际调控途径,为通过根系、根际的定向调控,发挥其生物学潜力,提高集约化农田水肥资源的利用效率提供科学依据。

玉米根茬根土分离装置

设计了一种玉米根茬根土分离装置，该装置主要以双辊碾压脱土机构和双组柔性连接飞锤击打脱土机构的联合作用，对玉米根土复合体施以碾压、揉搓、击打和撞击等多种方式进行脱土作业。试验结果表明，在土壤质地为中壤土，土壤含水率为15％～20％的情况下，该装置平均根土脱净率为98．12％，平均根茬损失率为0．92％，平均生产率为2．43t／h，实现了根茬与土壤的有效分离。

深根茎类中药材根土分离装置的研究

为了深根茎类中药材根茎与土壤复合体能够实现高效、低损分离,减低劳动强度和提高生产效率,文中利用碾压、揉搓、撞击、抛送等多种脱土原理,研制了一种深根茎类中药材根土分离装置,并给出了详细设计原理与设计方案。以甘草根土复合体为例进行了验证,通过正交试验方法,分析了碾压辊表面形状、碾压间隙和驱动轴转速对根土分离率和破损率的影响规律,得到了装置分离作业的最优方案。文中的研究为深根茎类中药材根土分离装置的研制提供了理论与实践基础。