仿生毛竹秆茎超疏水表面的制备及防覆冰性能

以天然多尺度结构毛竹秆茎超疏水表面为模板,采用软模板复型和植物蜡表面疏水改性技术简易构筑仿生超疏水表面.对毛竹秆茎表面的微纳米结构和化学组成进行了表征,并探索了仿生毛竹秆茎超浸润表面超疏水和防覆冰性能.结果表明,制备的毛竹秆茎表面展现出超疏水、低黏附、自清洁特性,这些特性主要是由其表面山丘状微米结构和疏水性植物蜡协同作用决定的.同时,在低温条件下仿生毛竹秆茎超疏水表面表现出延迟结冰性能.

神经网络在麦秆秆茎机械强度确定中的应用

为了避免重复性力学实验来确定麦秆茎秆机械强度,将神经网络技术用于麦秆茎秆机械强度的计算,建立神经网络多几何参数确定麦秆茎秆机械强度的预测模型.详细介绍麦秆机械强度神经网络预测模型的操作过程,并根据预测误差结果分析,证实了该方法的有效性和可行性.

木薯茎秆茎向力学特性试验研究

为研究木薯茎秆力学特性沿茎秆方向的分布规律,对其进行了压缩、剪切、弯曲试验,以加载方向、茎秆直径为试验因素,以最大承载力为响应指标。结果表明:沿径向加载时,压缩力最大,剪切力次之,弯曲力最小;沿轴向加载时剪切力最小。同时,给出各方向加载情况下受力与茎秆直径的线性方程。

秆茎类碎料人造板的生产工艺

对秆茎类农作物碎料人造板的制板工艺进行分析,并对原料的特性、碎料的制备、拌胶、热压等方面和热压的工艺参数对方案的选择进行了探讨。

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。

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。

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。

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。

糯玉米茎秆穿刺强度QTL分析与基因组选择

茎秆穿刺强度是衡量玉米茎秆机械强度和抗倒伏能力的重要指标之一,本研究以衍生于糯玉米自交系衡白522和通系5的198个重组自交系为试验材料,对茎秆穿刺强度进行数量性状位点(QTL)分析和基因组选择研究。单个环境QTL分析共检测到4个控制糯玉米茎秆穿刺强度的QTL,每个QTL的表型变异贡献率均小于10.00%,且仅在单个环境中被检测到;多个环境QTL分析共检测到8个QTL与环境互作,其加性效应总共可解释24.64%的表型变异,加性效应与环境互作贡献率为17.51%;上位性QTL分析共检测到4对QTL与QTL互作,可解释8.25%的表型变异。基因组选择中,当训练群体占群体总数的80%,随机选择500个标记即可获得较高的预测准确性;但是根据单个环境QTL分析结果,选择机率常用对数值排名前200的标记,即可大幅度提高基因组选择预测准确性。

甘蓝型油菜抗茎秆倒伏鉴定与候选基因挖掘

为促进甘蓝型油菜抗倒伏品种的培育,挖掘甘蓝型油菜茎秆抗倒伏的基因资源,以4份抗倒伏和3份易倒伏种质为材料,取其盛花期下部茎秆测定纤维素、半纤维素、总果胶、原果胶和木质素等5种组分的含量,并对YLS0084(抗倒伏)和YLS1691(易倒伏)的下部茎秆进行转录组测序分析。结果发现,抗倒材料的纤维素和总果胶平均含量极显著高于易倒伏材料;转录组分析共挖掘到7397个表达量上调和9438个表达量下调的差异表达基因,这些差异表达基因富集在碳水化合物代谢、翻译、氨基酸代谢和信号转导等通路;通过qRT-PCR验证了9个与油菜抗倒伏相关的基因(BnaA01G0071800ZS、BnaA01G0175700ZS、BnaA01G0205800ZS、BnaA03G0404800ZS、BnaA03G0517200ZS、BnaA05G0431400ZS、BnaA07G0056300ZS、BnaA09G0031300ZS和BnaC05G0128400ZS)在YLS0084中显著上调表达。研究结果证明了甘蓝型油菜茎秆中纤维素和总果胶的含量对抗倒伏起积极作用,并为甘蓝型油菜抗倒伏提供了一定的重要基因资源。

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。

小麦茎秆性状的转录组测序及全基因组关联分析

小麦的茎秆性状与倒伏紧密相关,发掘其显著关联的基因位点和候选基因,为解析小麦茎秆性状的遗传机制和分子标记辅助育种提供依据。本研究以黄淮南部地区的192份小麦品种为材料,利用小麦660KSNP芯片对7个环境成熟期和4个环境灌浆中期的14个茎秆性状进行了全基因组关联分析(GWAS),同时利用RNA-seq分析了基部前二节间强度和直径的差异表达基因。结果表明,所有性状的成熟期与灌浆中期的差异均达到极显著水平。与灌浆中期相比,成熟期的重心高度增幅较大,基部第二和第三节间长度增加,其他性状均降低。GWAS共检测出163个与茎秆性状相关的稳定SNP标记(MTA),其中45个具有基因或蛋白注释,与转录组联合分析,共筛选到3个与小麦茎秆性状相关的候选基因。推测候选基因TraesCS5A02G522100通过合成异戊二酸类化合物调节小麦的光合作用以及通过调节固醇的生成提高细胞膜的稳定性和渗透性,进而促进茎秆的发育,改善茎秆性状。候选基因TraesCS1D02G390600直接参与小麦茎秆细胞分裂和器官的形成,使茎秆变粗,充实度增加。候选基因TraesCS7A02G481800在小麦中通过参与细胞间的信号传递过程,调控茎秆的发育、应激响应等过程。这些候选基因通过qRT-PCR验证,其基因的表达趋势与转录组测序所得结果基本一致。

基于SPH-FEM的油菜茎秆磨粒气体射流切割仿真与试验

针对传统油菜收获切割刀具振动大、茎秆缠绕磨损及效率低等问题,该研究提出一种油菜茎秆磨粒气体射流切割技术,以实现作业机具与油菜无接触式切割和高效低耗收获。采用光滑粒子流体力学与有限元(smooth particle hydrodynamic-finite element method,SPH-FEM)耦合仿真对油菜茎秆射流动态切割过程进行分析,揭示气-固间能量传递规律,获取射流切割动态特性,并搭建试验系统进行射流切割试验验证。研究结果表明,采用4 mm孔径高速喷嘴,射流压力为20 MPa时气流及磨粒最高速度分别为741和411 m/s,约95%加速过程发生在喉管段与扩张段;喷嘴外流场流速呈现先下降后上升的变化规律,射流压力越大速度变化越剧烈;射流束主要通过气体膨胀-收缩-膨胀的加速过程将压力能转化为射流束动能;入口压力从3 MPa增加至10 MPa时,磨粒最大速度提升率从31%下降至11%。当压力超过3 MPa后,随射流压力提高,射流束压力能-动能转换效率显著减小;在相同条件下0.1 mm粒径磨粒的最大速度比0.3 mm粒径磨粒大19%;粒径越大磨粒获得的切割动能越大,0.3 mm粒径磨粒切割动能最大,其次为0.2与0.1 mm粒径磨粒;磨粒速度在120 m/s时可以实现茎杆有效切割,对应射流压力约为0.4 MPa;横移速度为5 mm/s、靶距在10 mm以内可一次切断茎秆,横移速度超过5 mm/s时无法一次切断茎秆;靶距5 mm、横移速度5 mm/s时,可获得最小切割侵蚀体积,切口宽度在1~6 mm之间;射流切割能力主要受横移切割速度影响,切割靶距影响相对较小;茎秆切割效果主要受靶距影响,横移速度影响相对较小。研究成果还可用于其他类似作物茎秆的切割,可为农业非接触式高效切割技术装备的开发提供理论与技术支撑。

茎秆形态性状和产量构成因子对高产型水稻品种抗倒性的影响

为阐明茎秆形态性状和产量构成因子对高产型水稻品种抗倒性的影响,试验采用单因素完全随机区组设计,以5个高产型杂交水稻为材料,调查株高等11个茎秆形态性状和有效穗等4个产量构成因子,以倒伏指数评价抗倒性,分析茎秆形态性状和产量构成因子与供试材料抗倒性的相关性。结果:倒伏指数与供试水稻材料基部第二伸长节长呈显著正相关(p<0.05,下同),与第二伸长节茎粗呈显著负相关;与产量构成因子无显著相关性。结果表明,基部第二伸长节越短、茎越粗的高产型水稻品种抗倒能力越强,为抗倒伏水稻品种培育指明方向。

香蕉茎秆纤维/抗菌纤维混纺纱的制备及其性能

为促进天然香蕉茎秆纤维在纺织服装领域的应用,采用半精纺纺纱工艺,以香蕉茎秆纤维(BF)、优可丝安泰贝抗菌纤维(ATB)和稀土抑菌再生纤维素纤维(XT)为原料,制备了混纺比为50/50、65/35、70/30、85/15的8种BF/抗菌纤维混纺纱和1种BF纯纺纱,表征了纱线的线密度和捻度,探究了混纺比例与纱线力学性能、质量指标、抗菌性能的关系。结果表明,9种纱线实测的线密度和捻度与设计值存在偏差,但其偏差在允差范围内;ATB和XT的加入提高了BF纯纺纱的力学性能与抗菌性能,改善了BF纯纺纱的条干均匀度、毛羽指数、棉结、粗节、细节等质量指标,且香蕉/抗菌纤维混纺纱强度高、毛羽少、手感柔软,适宜开发各类机织和针织面料。

玉米茎秆和根系的协同抗倒性分析

为了系统分析玉米茎秆和根系的协同抗倒性,试验选用6个抗倒性不同的玉米品种为研究对象,设置了6.0、7.5和9.0×104株/hm^(2)3个种植密度,以田间茎秆的拉倒力和拉倒角度为抗倒性评价指标,与基部第三节间和根系的形态特征和物质积累量进行相关性分析,同时将基部节间性状与根系性状进行通径分析。结果表明:节间长、粗、单位长度鲜重、干重和各组分含量、根幅、支持根粗、根条数、根粗和根干重均与抗倒性评价指标显著正相关,其中节间粗(拉倒力:r=0.561^(**),拉倒角度:r=0.521^(**))、单位长度鲜重(拉倒力:r=0.520^(**))和干重(拉倒角度:r=0.562^(**))的相关性最大。节间粗和单位长度物质积累量与根干重和支持根粗等根系性状显著正相关,协同作用于植株的抗倒性。当种植密度增大,节间粗、单位长度物质积累量、结构根深、支持根粗、总根条数、根粗和根干重显著减小或减少,导致植株的拉倒力和角度显著减小,倒伏率显著增大。‘粒收1’‘创玉107’‘MC278’和‘京农科728’的节间粗(1.76、1.72、1.71和1.70 cm)、单位长度鲜重(2.9、2.7、2.4和2.5 g/cm)、干重(0.45、0.40、0.35和0.45 g/cm)以及其他与抗倒性相关的节间和根系性状较大,进而有较大的拉倒力(18.1、17.1、14.7和13.0 N)和拉倒角度(63.3°、56.7°、50.3°和49.6°);增密后拉倒力、拉倒角度以及与抗倒性相关的节间和根系性状变幅较小,故抗倒性和耐密性较强。本研究为保障玉米的高产稳产和提高机械化水平提供一定的理论依据。