作物茎秆膨胀收缩监测柔性可穿戴传感器研制与试验

作物茎秆膨胀和收缩变化与其水分状态密切相关,实时监测茎秆的膨胀和收缩变化能够及时掌握作物水分状态,对指导灌溉、提高农业水资源利用率具有重要意义。目前,对于作物茎秆膨胀和收缩变化的监测主要采用基于线性微位移测量原理的传感器,通过测量茎秆的膨胀和收缩引起的位移变化来反映水分状态,存在体积大、价格高、安装不便等问题。为此,该研究提出了一种基于压阻效应的柔性可穿戴传感器,采用柔性压力电极作为传感元件,贴附在作物茎秆表面,通过监测茎秆膨胀和收缩引起的压力变化来反映作物的水分状态,压力检测电路和数据采集电路将作物茎秆的压力信号转换成电信号进行输出和存储。首先在实验室环境下对传感器性能进行测试和标定,然后在温室环境下将传感器安装在番茄茎秆上观测番茄茎秆的压力变化,并与线性微位移传感器观测结果进行比较,最后在充分灌溉和水分亏缺2种条件下观测番茄茎秆的膨胀和收缩变化。结果表明,柔性压力传感器稳定性测试的平均相对变化率为0.109%;弯折前后引起的输出变化非常小,可以忽略不计;标定结果的决定系数大于0.99,最合适的工作压力范围为2~100 kPa;实验室环境下,柔性压力传感器与线性微位移传感器输出值之间的决定系数为0.9551;温室环境下,充分灌溉组中柔性压力传感器与线性微位移传感器输出值变化趋势一致,两者之间的决定系数为0.7672,亏缺灌溉组中两类传感器输出值均因水分亏缺而呈现下降趋势,输出值之间的决定系数为0.8519。本文所设计的柔性可穿戴压力传感器不仅能够实时监测番茄茎秆的膨胀和收缩变化,还可以对番茄亏水胁迫进行诊断,为实现高效节水灌溉提供重要的技术支撑。

整秆式收获打捆装备研究现状与发展趋势

我国麻类、芦苇、稻麦秸秆等茎秆类作物资源丰富,整秆利用具有较高的社会和经济效益。通过阐述国内外整秆打捆技术的发展历程、研究现状及进展,对比分析国内外技术的基础理论与原理性机构、装备的工作性能等方面差异,剖析国内存在的打捆装置核心技术受限、创新动力不足、夹持输送环节农机农艺融合差等问题。对相关打捆装备的研究现状作出总结,并提出整秆式打捆装备研究未来将朝着核心技术不断突破、自主创新程度提高、智能化程度提升等方向发展。

黄淮南部地区小麦品种矮秆基因的组成及其对茎秆特性的影响

为研究矮秆基因及其组合对小麦茎秆特性的影响,以黄淮南部地区490个小麦品种(系)为材料,采用分子标记检测了小麦矮秆基因Rht-B1b、Rht-D1b、Rht8、Rht9、Rht12和Rht24,并连续2年测定了小麦株高、重心高度、节间长度、直径、折断力等茎秆特性,分析了矮秆基因的组成及其对茎秆特性的影响。结果表明,在490份材料中,携带Rht-B1b、Rht-D1b、Rht8、Rht9、Rht12和Rht24的材料分布频率分别为7.25%、92.24%、39.18%、42.86%、72.65%和95.31%,共得到了40种基因组合,其中分布频率较高的组合有Rht-D1b+Rht9+Rht12+Rht24(20.2%)、Rht-D1b+Rht12+Rht24(19.8%)、Rht-D1b+Rht8+Rht12+Rht24(16.3%)、Rht-D1b+Rht8+Rht9+Rht12+Rht24(8.4%)、Rht-D1b+Rht24(7.3%)、Rht-D1b+Rht9+Rht24(6.5%)、Rht-D1b+Rht8+Rht24(4.7%)和Rht-D1b+Rht8+Rht9+Rht24(3.9%)。矮秆基因对降低小麦株高的效应大小依次是Rht-D1b、Rht9、Rht8、Rht12和Rht-B1b,且基因间存在累加效应,但Rht8与Rht9或Rht12结合不能起到明显的降秆作用。基因组合Rht-D1b+Rht9+Rht12+Rht24对降低茎秆重心高度和基部前3节间长度以及增强基部前3节间折断力的效应最大,基因组合Rht-D1b+Rht8+Rht9+Rht24对降低穗下节长度的效应最大,基因组合Rht-D1b+Rht8+Rht12+Rht24对增大茎秆基部前3节间直径的效应最大。矮秆基因可以有效降低小麦的株高和重心高度,缩短基部第2、3节间长度,提高基部前3节间直径和折断力,可作为小麦的抗倒伏育种的重要依据。

风载荷对单株谷子茎秆变形的影响

[目的]风载荷是影响谷子倒伏的重要因素之一,该研究旨在通过分析风载荷对不同品种谷子茎秆的力学特性关系,研究风速、谷子品种对茎秆变形量、倒伏角度的影响。[方法]于2023年开展室内风载试验,研究了‘张杂谷16号’‘长杂谷466号’和‘晋谷21号’单株茎秆在不同风速下的变形规律。[结果]风速、品种对谷子茎秆水平变形量的影响均显著,且风速的影响大于品种;同一品种谷子茎秆的水平变形量随着风速的增加而增加,随谷子茎秆高度的增加而增加,最大变形量出现在茎秆顶端;同一风速作用下,不同品种谷子茎秆的变形量不同,晋谷21号变形量最大,最大值在风速为6 m·s^(-1)时达到26.45 cm,张杂谷16号变形量最小,最小值在风速为2 m·s^(-1)时达到1.64 cm。风荷载作用下茎秆的力学模型简化为一端固定一端约束,一端自由的等截面弹性杆在轴向压力、侧向均布载荷及杆自由端弯矩作用下的纵横弯曲模型,茎秆水平变形量可用二次多项式拟合。根据倒伏角度与风速之间的关系,预测不同品种的茎秆抗倒伏风速,张杂谷16号发生倒伏的临界风速为8.51 m·s^(-1),长杂谷466号发生倒伏的临界风速为9.34 m·s^(-1),晋谷21号发生倒伏的临界风速为6.96 m·s^(-1)。[结论]谷子茎秆在风载荷作用下变形受风速与品种影响,不同品种谷子倒伏的临界风速不同。该研究为不同品种谷子的抗风载荷性能提供理论依据。

植物茎秆纤维结构及其沥青胶浆流变特性

本研究将棉秸秆、玉米秸秆、废竹、蔗渣制备出植物纤维。采用相关分析和试验评价各植物纤维沥青胶浆的物化特性。结果表明:在微米级结构层面上,棉秸秆纤维、玉米秸秆纤维和蔗渣纤维呈现出空腔管状结构,竹纤维、木质素纤维为实心结构;各纤维的化学成分存在差异,且影响其热解速率。掺入纤维后,沥青胶浆高温稳定性改善明显,在初始试验温度下各纤维沥青胶浆车辙因子提升了23.8%~75.7%,弹性恢复率提高了9.4%~18.5%。掺加纤维后,沥青胶浆低温抗裂性能略有下降,但植物纤维类型对其影响并不显著。

香蕉茎秆轧辊式压榨脱水机设计与试验

针对香蕉收获后剩余的香蕉茎秆废弃物难处理以及蕉农的劳动强度大和效率低等问题,该研究设计了一种香蕉茎秆轧辊式压榨脱水机,适用于需收集香蕉茎秆汁液和茎秆纤维的南方香蕉种植地区。该机构根据茎秆易缠绕、难粉碎或难切片的特性采用逐渐开口减小的四级轧辊式压辊,并对压辊表面进行了花纹设计。根据结构紧凑、功率消耗少、动力分配合理等原则,设计了同步四级压辊转速以及驱动输料和排渣机构的传动机构。通过力学分析得到了压辊间隙作为压辊对茎秆压力大小的影响因素之一。利用ANSYS/LS-DYNA模块对香蕉茎秆进行压榨脱水分析,验证压榨机构压榨脱水的可行性和可靠性。香蕉茎秆压榨脱水试验结果表明香蕉茎秆脱水率在28.00%~46.29%左右,所设计的压榨脱水机极大地减少了香蕉茎秆的体积和质量,减少了蕉农的劳动强度和运输成本,便于香蕉茎秆废弃物的后续的高值化利用。

杂交粳稻茎秆力学性状与理化特征对抗倒伏能力的影响

倒伏严重影响着水稻的产量和品质,为探究田间自然栽培条件下杂交粳稻茎秆力学性状与理化特征对抗倒伏能力的影响,研究选取北方地区生产上主要推广的弯曲穗型杂交粳稻品种辽优2006(LY2006)、辽优5218(LY5218)、辽优5273(LY5273)为供试对象,易倒伏常规粳稻品种农林313(NL313(CK))为对照,测量其农艺性状和微观组织构成等理化指标,并通过弯曲试验及拉伸试验,测定其茎秆最大抗折力、断裂弯矩、抗弯截面系数、单茎自重质量矩、弯曲强度、杨氏弹性模量、惯性矩等力学指标,并研究测量的理化指标及力学指标与倒伏指数之间的相关关系。结果表明:供试对象的倒伏指数和对照之间存在极显著差异(P<0.01),供试对象抗倒伏性显著高于对照。供试对象和对照在株高、基部节间长度、组织构成等理化指标及力学指标间均存在极显著差异(P<0.01),供试对象的株高、单穗鲜质量均大于对照,因此,在相同的栽培条件下,并不是株高越矮、穗越轻,抗倒伏能力就越强。缩短基部节间长度、延长叶鞘长度、提高组织厚度及维管束面积、增加纤维素、木质素及钾元素含量等均能有效提升水稻植株的抗倒伏能力。研究还发现,水稻植株的抗倒伏能力与其茎秆最大抗折力、断裂弯矩、抗弯截面系数、弯曲强度、杨氏弹性模量之间存在极显著正相关(P<0.01),与单茎自重质量矩、惯性矩之间存在极显著负相关(P<0.01),选取其作为水稻植株抗倒伏能力的参考指标是可行的。研究结果可为北方杂交粳稻抗倒伏品种选育、改良及抗倒伏农艺性状调控提供综合的数据支持和理论支撑。

北方农牧交错区秸秆覆盖防风蚀技术创新与应用

北方农牧交错区是我国遏制荒漠化和沙化东移南下的重要生态安全屏障,对国家粮食安全和边疆稳定具有重要战略意义。长期以来,由于严重土壤风蚀和过度耕作而导致的农田沙化退化和产能下降等问题日益凸显,国内外开展实施的秸秆粉碎覆盖地表防风蚀技术,在农牧交错区应用时秸秆易吹移造成土壤裸露、防风减蚀稳定性差,因此,秸秆覆盖防风蚀技术的深入研究在农田生态治理方面具有重要意义。文章论述了留茬覆盖、碎秆覆盖、茬-秆复合覆盖等秸秆覆盖技术的防风蚀效应和保墒培肥效应,阐明了秸秆覆盖对土壤微生物群落结构和作物农艺性状与产量性状的影响,总结了茬-秆复合覆盖技术的创新内容和应用效果,明确了结合农牧交错区生态特点和复杂耕种制度创建的差异化茬-秆复合精准覆盖技术的防风减蚀效果和适宜性。差异化茬-秆复合精准覆盖技术已成为我国东北黑土地保护、国家耕地保护与质量提升等重大工程的主导技术并大面积推广应用,为农田保护利用和国家粮食安全提供了重要科技支撑。

汉麻秆芯粉体制备方法的研究进展

由于汉麻本身具有天然的杀菌成分和良好的透湿透气性能,使其在纺织界逐渐受到重视。传统汉麻的外层韧皮纤维利用率较高,但汉麻秆芯则会被当做燃料焚烧或直接作为农业废物填埋掉,这部分大概占汉麻纤维产量的70%~80%。对汉麻秆芯能源的开发利用需要进行粉碎加工处理,以便进一步应用。以汉麻秆芯粉体制备理论、制备方法为研究对象,讨论了锤式粉碎、气流式粉碎、振动式粉碎等工艺技术,为汉麻秆芯粉体的转化利用做好前期处理工序准备。

3种药剂涂抹防治棉田扁秆荆三棱的效果

扁秆荆三棱在新疆棉田的发生与快速繁殖严重影响棉花的生长发育和产量形成。为科学选择药剂更好地防除棉田扁秆荆三棱,选用3种化学药剂[10%(质量分数,下同)吡嘧磺隆可湿性粉剂(wettable powder,WP)、38%苄嘧·唑草酮WP、30%草甘膦铵盐水剂(aqueous solution,AS)]采用兑水茎叶涂抹的方式防治棉田扁秆荆三棱,观察扁秆荆三棱受害症状和对棉花的药害,调查棉田杂草死亡情况和籽棉产量、铃重、单株结铃数和株数等,并进行比较分析。结果显示:3种供试药剂对棉花均会产生药害;涂抹扁秆荆三棱后,接触10%吡嘧磺隆WP或30%草甘膦铵盐AS的茎叶先白化,并逐渐扩展至植株其他部位,白化的茎叶慢慢干枯直至整株死亡,而38%苄嘧·唑草酮WP并不能完全杀死全株;涂抹10%吡嘧磺隆WP或30%草甘膦铵盐AS的药后5 d防效即可达100.0%,且对根和块茎具有较好的防效,而涂抹38%苄嘧·唑草酮WP的药后30 d防效仅为61.3%。结果表明10%吡嘧磺隆WP和30%草甘膦铵盐AS是兑水涂抹防除棉田扁秆荆三棱效果较好的药剂。

秸秆发酵饲料的开发与应用

秸秆主要指玉米秸（黄玉米秸）、大豆秸、花生秧秆、豌豆秸秆、蚕豆秆、玉米芯、甜菜渣、甘蔗渣、麦秸秆、高梁秸、油菜秸秆、芝麻秆、向日葵秆和盘、稻草、秕壳、荚壳、统糠及其他无毒的农作物秸秆。以上原料都可以按照本文方法进行发酵和降解处理，成为猪的优质饲料。

罗布麻秆中纤维素提取及其气凝胶的制备

为实现罗布麻秆的高附加值利用,以罗布麻秆为原料,选用硝酸/乙醇法提取纤维素,通过单因素试验和正交试验优化的提取工艺为:温度85℃、时间1.5 h和固液比1∶25,提取的纤维素纯度可达98.61%。采用TEMPO氧化与超声处理相结合,制备纳米纤维素;再以其为骨架,加入聚乙烯醇和钠基蒙脱土制备纤维素复合气凝胶(NMPC)。结果表明:与纤维素气凝胶(PC)相比,NMPC对亚甲基蓝(MB)的吸附量最高达265.84 mg/g。当应变为60%时,NMPC的应力是PC的2倍。钠基蒙脱土的加入改善了气凝胶的结构,不仅提高了气凝胶的吸附性能,还提升了其压缩力学性能。

玉米茎秆的力学模型及抗倒伏分析

本文建立了玉米茎秆的力学模型。根据该模型 ,利用力学理论推导出 :对于玉米茎秆 ,在横截面面积相同的情况下 。

玉米秸秆能量指标的测定和利用研究

通过对15个杂交种及其22个亲本自交系的茎秆热值及其化学组分的测定,结果表明:秸秆热值与秸秆产量和子粒产量关系密切;不同材料间、同一材料不同部位间的热值及半纤维素、纤维素、木质素含量存在差异;同一材料的热值及纤维素、木质素含量从上部到下部逐渐增多,半纤维素含量逐渐减少;热值与纤维素、木质素含量间有密切相关回归关系,其回归方程为Y=10523.6+13273.4X1+15908.9X2,初步确定纤维素、木质素作为秸秆的主要能量指标;根据热值、产量性状结果,认为豫玉25、沈单16、农大108和豫玉34是目前生产上可以大面积推广的高热值、高产的理想品种。

烟秆生物质炭对土壤细菌群落与环境因子的影响

【目的】探明烟秆生物质炭对植烟土壤理化特性及根际土壤细菌群落多样性影响,为烟秆生物炭的科学运用提供理论支撑。【方法】采用室内盆栽试验,以不施用烟秆生物质炭的常规施肥为对照,设置常规施肥添加生物质炭处理,在移栽30 d后,利用高通量测序技术测定根际土壤细菌16S rDNA序列,根际土壤理化性质和酶活性。【结果】添加生物质炭能改善土壤的理化性质,显著提升土壤有效磷、有机质、速效钾和水解性氮含量;能提高土壤酶活性,烟株根际土壤细菌群落的丰富度和多样性,土壤变形菌门、鞘氨醇单胞菌属、假单胞菌属相对丰度。方差分解分析表明,土壤有效磷含量、土壤速效钾、土壤有机质对土壤细菌群落贡献度较大。FAPROTAX功能预测表明,烟秆生物质炭施用后土壤细菌光合自养生物相对丰度增加。【结论】生物质炭能有效提高土壤养分与细菌群落多样性和丰富度,对调节植烟土壤微生物环境和改善土壤质量产生积极影响。

植物茎秆柔性夹持装置刚柔耦合仿真与试验

针对现有植物茎秆夹持装置存在夹伤茎秆、夹持行程及夹持力不可调等问题,设计一种植物茎秆柔性夹持装置,夹持手内置弹簧可实现植物茎秆柔性夹持,能进行夹持力与夹持行程双调节,更好适应植物茎秆在力学试验、嫁接、茎秆切割试验等领域夹持需求。基于所建立夹持装置刚柔耦合仿真模型,进行夹持力、夹持行程、弹簧刚度等多因素动力学对比仿真与试验分析,以弹簧刚度为设计变量进行灵敏度及稳定性分析,研究不同弹簧刚度对柔性夹持装置夹持性能的影响。仿真与试验结果表明:装置最大夹持直径为68.8 mm,基于所构建夹持装置精准夹持力模型,可平稳调控夹持行程、速度及夹持力;随着弹簧刚度的增加,夹持力逐渐变大,夹持稳定性增加,综合比较发现当弹簧刚度为10 N/mm时,可满足装置施加400 N切割力时植物茎秆稳定夹持需求,柔性夹持力波动较小,能有效避免损伤植物茎秆。

KOH改性烟秆生物炭对铅、镉复合污染土壤中烤烟铅、镉吸收的影响

【目的】探究KOH改性烟秆生物炭对铅(Pb)、镉(Cd)复合污染土壤中烤烟Pb、Cd吸收的影响,以期为利用烟秆生物炭改良重金属污染土壤及降低烤烟重金属污染风险提供参考。【方法】试验采用盆栽方式模拟Pb、Cd复合污染植烟土壤环境,设Pb、Cd复合污染浓度(PC)与生物炭用量(T)2个因素。Pb、Cd污染浓度分别为0和0 mg/kg(PC0)、30和500 mg/kg(PC1)、60和1000 mg/kg(PC2);改性烟秆生物炭用量(炭/土质量比)分别为0(T0)、2%(T1)和4%(T2);共9个处理。移栽后60 d取样,测定不同处理的烟株干物质积累量、Pb和Cd含量及积累量,计算Pb、Cd富集系数和转运系数。【结果】复合污染水平(PC1和PC2)下,施用改性烟秆生物炭会降低烟株干物质积累量,且降低幅度随改性烟秆生物炭施用量的增加而增大。同一污染水平下,随着改性烟秆生物炭施用量增加,烟株各器官的Pb、Cd含量显著降低(P<0.05,下同),其中,PC1T2处理烟株根、茎、叶的Pb含量较PC1T0处理分别降低75.60%、46.17%、66.63%,Cd含量分别降低82.29%、74.97%、77.67%;PC2T2处理烟株根、茎、叶的Pb含量分别较PC2T0处理降低56.96%、62.90%、69.83%,Cd含量分别降低76.80%、70.84%、59.13%。施用改性烟秆生物炭后,烟株中Pb和Cd的积累量、富集系数也均呈降低趋势,其中,PC1T2处理的烟株Pb和Cd总积累量较PC1T0处理分别显著降低71.54%和83.90%,富集系数分别显著降低64.35%和72.32%;PC2T2处理的烟株Pb和Cd总积累量较PC2T0处理分别显著降低68.13%和77.49%,富集系数分别降低41.23%和25.71%。在一定的污染水平下,施用改性烟秆生物炭能抑制Pb和Cd从土壤向烟株根系的转移能力,其中,PC1T2处理Pb和Cd的TF_(土壤-根)较PC1T0处理分别显著降低68.00%和76.44%,PC2T2处理Pb和Cd的TF_(土壤-根)较PC2T0处理分别显著降低37.93%和45.55%。【结论】在Pb、Cd复合污染植烟土壤中施用KOH改性烟秆生物炭能抑制烟株对Pb、Cd的吸收,有效降低烟株体内Pb、Cd含量及积累量,缓解Pb、Cd复合污染对烟株的毒害作用。

不同玉米品种的茎秆性状对茎秆弹性和耐密性的响应

为了研究玉米茎秆性状与茎秆弹性和耐密性形成的相关性,进一步揭示植株抗倒伏机理,选用6个抗倒性不同的玉米品种为材料,设置了6.0万,7.5万,9.0万株/hm^(2)共3个种植密度,以田间茎秆拉倒角度为弹性评价指标,与植株和基部节间的形态特征,节间的解剖结构、物质积累量和力学特征进行相关性分析。结果表明,玉米株高、穗位高、基部节间长、粗、表皮厚度、硬皮组织厚度、维管束总数、小维管束鞘面积、单位长度鲜质量、干质量和各组分含量、穿刺和压折强度对茎秆拉倒角度有显著或极显著的影响,其中节间粗(r=0.521**)和单位长度干质量(r=0.562**)的影响最大。种植密度越大,节间粗、硬皮组织厚度、维管束总数、单位长度鲜质量、干质量、各组分含量、穿刺和压折强度越小或越少,茎秆的弹性越差,抗倒性越弱。不同品种间的茎秆性状存在显著差异,粒收1、创玉107、京农科728和MC278与弹性相关的性状优于其他品种,且随着密度的增大变幅较小,故茎秆弹性和耐密性较强。节间粗和单位长度干质量等性状对拉倒角度即有显著影响,增密后这些性状的变幅决定了茎秆的耐密性。

不同还田方式作物秸秆腐解特征研究

研究了不同还田方式下作物秸秆腐解特征,结果表明:作物秸秆的腐解速度为土埋>露天>水泡;露天、土埋状况腐秆灵处理小麦、油菜秸秆腐解速度比不施腐秆灵的对照要快,其中小麦秸秆施用腐秆灵腐解效果较好,水泡处理施腐秆灵的效果不明显。

大麻芯秆的碱—H_2O_2机械法制浆特性——造纸大麻芯秆和纺织大麻芯秆的比较

讨论了造纸大麻芯秆 (PHW)和纺织大麻芯秆 (SHW)的碱—H2 O2 机械法制浆 (APMP)特性。实验的结果表明 ,与PHW相比SHW的热水抽出物及 1 %NaOH抽出物明显较低 ,而苯醇抽出物明显较高 ,半纤维素及灰分含量略低 ,木素和综纤维素含量则大体相当。经过相同的APMP制浆过程 ,二者各种成分的变化趋势大体相同 ,但变化的幅度不同。与PHW的APMP相比 ,SHW的APMP木素含量较高 ,而综纤维素含量较低 ,成纸的抗张强度、耐破强度和撕裂强度均较低。