Hybrid rice yield response to potted-seedling machine transplanting and slow-release nitrogen fertilizer application combined with urea topdressing

Machine transplanting and the application of slow-release nitrogen(N) fertilizer(SRNF) have played vital roles in the modernization of rice production. We aimed to determine the effects of potted-seedling transplanting—a new machine-transplanting method—and SRNF on hybrid rice yields. A 2-year splitplot experiment(2016–2017) was conducted in Meishan, Sichuan province, China, using two machinetransplanting methods(potted-seedling and blanket-seedling) and three N treatments. Total green leaf area, high-effective leaf area and its rate at heading, net photosynthetic rate of flag leaves 7 days after heading, glutamate synthase(GOGAT) and glutamine synthase(GS) activity after heading, dry matter production, and N accumulation at heading and maturity increased under the potted-seedling method or 70% SRNF as a base + 30% urea application at the panicle initiation stage(SBUP). Stem diameter and number of small and of all vascular bundles at the neck–panicle node in potted-seedling plants increased as a result of increasing numbers of effective panicles, secondary branches, and spikelets. In pottedseedling plants, treatment with SBUP increased the number of large and total vascular bundles at the panicle–neck internode and the number of differentiated and surviving secondary branches and spikelets and decreased the number of ineffective tillers and degenerated secondary branches and spikelets. We conclude that the potted-seedling machine transplanting method and SRNF combined with urea topdressing can strengthen the source–sink relationship in rice, resulting in higher yields.

智慧农业下的水肥一体机精准化作业研究

针对我国农业水资源和化肥资源的利用率较低的问题,在智慧农业下对水肥一体机的精准化作业进行了研究。水肥一体机的主要组成包括控制系统、监测系统、灌溉施肥系统、网络传输系统和数据中心。将粒子群算法与PID控制算法结合,对粒子群-模糊PID控制器进行设计,并对水肥溶液的EC值和pH值进行控制,提高了水肥一体机的控制精度,减少了控制时间。为了验证水肥一体机的性能,进行了数据采集准确性分析试验和精准化作业控制试验,结果表明:数据采集较为准确,且可以精准地配比水肥溶液,满足作物的灌溉要求。

基于模糊策略的水肥一体机控制可行性分析

为进一步提高我国农业水肥一体机的综合作业效率,实现用水量与施肥量的混合浓度最优配置,以模糊策略为设计基点,针对整机控制展开可行性分析研究。以整机作业架构组成为基础,考虑灌溉施肥同步过程的水肥动态平衡,搭建正确的模糊策略模型,进行系统的软件设计与硬件匹配。通过升级型水肥一体机实施灌施作业的效果验证,结果表明:基于模糊策略的水肥一体机控制系统整体试验过程顺畅,灌施的肥液均匀度可相对提升8.77%,系统对于各监测参数的响应度与稳定性均保持在90%以上,验证了设计的可行性;试验中节水率和肥料利用率分别较模糊策略应用前提升至91.70%和93.15%,整体灌施效率良好,说明了此模糊策略应用设计的优越性。研究结果对于实现水肥一体装备的智能控制水平向纵深提升具有很好的参考价值。

丘陵果园立式螺旋开沟施肥机设计与试验

针对丘陵果园大型开沟施肥机无法进入,小型开沟施肥机因低功率限制无法达到所需开沟深度且功能单一的问题,设计了一种适宜丘陵地区25°坡度地形集开沟、施肥、覆土三大功能为一体的小型立式螺旋开沟施肥机。通过理论分析对开沟装置、施肥装置和覆土装置等关键部件进行了设计。根据丘陵果园土壤板结的特点选择Hertz-Mindlin with Bonding接触模型建立了开沟仿真模型,并以降低开沟旋转功耗、前进功耗、比功为目标,设计Box-Behnken试验对螺旋开沟刀结构参数进行优化。刀具优化仿真试验结果为:螺旋开沟刀的螺旋角、齿数、刃角、齿长分别取17.6°、10、30°、19.76 mm,此时,开沟旋转功耗、前进功耗、比功分别为6.74 kW、0.132 kW、0.165 kW·h/kg。将优化后的螺旋开沟刀试制并开展仿真验证试验,结果表明,试验与仿真测得开沟旋转功耗相对误差为5.6%,说明刀具优化结果正确。整机的田间试验结果表明,施肥机开沟深度稳定性系数、沟底宽度一致性系数、施肥均匀性系数、覆土率分别为96.91%、98.16%、97.08%、77.38%,各项指标均满足农艺要求。

水稻精量施肥喷药同步机插控制系统的设计与试验

研究了一种水稻精量侧深施肥、喷药除草同步机插控制系统,以单片机STM32为控制核心硬件,基于FreeRTOS多线程任务,获取插秧机的作业速度,根据插秧施肥、喷药除草的农艺措施要求,确定同步作业数据模型,控制螺旋施肥电机和喷药泵电机的转速,实现施肥量和喷药量与插秧的实时调控,同时开展了不同作业速度、施肥和喷药量条件下的控制系统静态试验。结果表明:各行排肥量稳定性变异系数为1.94%~6.46%,总排肥量稳定性变异系数为3.34%~5.27%,各行喷药量稳定性变异系数为5.21%~7.63%,控制系统性能稳定;田间试验结果表明,施肥准确率为97.61%,喷药准确率为94.47%,能够满足水稻精量侧深施肥和喷药除草同步机插的技术要求;与常规机插种植相比,作业35 d后的杂草防效均在98.00%以上;在减少20%氮肥量、50%除草剂的情况下,能确保水稻产量,提高水稻种植效益。

高精度视觉感应技术在水肥一体机中的应用

以农田水肥智能化管理为研究对象,构建了一种高精度视觉感应式水肥一体机。采用高精度视觉感应技术获取作物生长状态参数图像,基于超像素图像分割技术,对复杂的作物生长状态图像特征向量进行提取,采用模糊聚类算法对图像进行分割处理,根据目标图像的像素值统计结果进行生长状态预测,并结合环境参数信息,构建灌溉过程土壤电导率EC和pH预测模型。测试结果表明:水肥一体机控制系统能够有效预测作物对水肥需求,提高了灌溉过程混肥精度,可节约灌溉用水量、提升生产效率、降低人工成本。

智能传感技术在水肥一体系统中的应用研究

以进一步提升水肥一体机系统的作业效率为目标,选取智能传感的监测技术,针对整机的监测控制与信号处理展开应用设计研究。考虑水肥一体机过程作业肥液融合的均匀性及系统各模块之间的协同性功能实现,结合微分补偿的传感数据算法处理方法,进行智能传感的水肥一体机架构布局,并匹配可执行的软件控制程序及硬件实施结构,进行实地传感应用监测与灌施控制作业试验。结果表明:水肥一体机系统的数据监测准确率可达95.25%,系统故障率相对降低3.79%,监测数据准确及时,能够确保系统各环节指令得到有效的调整与反馈,进而保证灌施土壤的含水稳定率相对提升7.87%,对于作物的稳定生长与产量提升有重要的参考价值。

基于物联网技术的水肥药一体机智能控制系统设计研究

农业生产中,传统的水肥药管理方法由于缺乏精准控制,常常导致资源浪费和环境污染,物联网技术的发展为解决这些问题提供了新的可能性,通过智能化的设备连接和数据分析,能够实现对农业资源的精准管理和优化利用。针对传统水肥药管理方法存在的不足,进行了基于物联网技术的水肥药一体机智能控制系统的设计研究,以实现对作物生长环境的实时监测和自适应控制,达到节水、节肥、合理用药,提升作物品质和产量的目的,为现代精准农业的发展提供强有力的技术支持。

基于大数据的水肥一体机控制应用研究

针对传统灌溉方式水资源利用率低、农业用水浪费严重、肥料过度使用造成资源浪费和水污染等问题,基于大数据对水肥一体机的控制进行了设计。为了保证水肥一体机的灌溉精准性以及获取数据的精确性,采用自适用加权融合算法对获取的数据进行处理;为了对水肥浓度进行智能控制,采用PID控制器和自适应模糊控制器结合的方式对肥液浓度进行控制;为了验证该水肥一体机的性能,对其进行了浓度试验和肥料配比控制试验。结果表明:肥液浓度可以通过电导率仪进行测量,且设计控制器对肥液浓度的控制效果更优。

主路式水肥一体机施肥系统的设计与试验

针对现阶段水肥一体化设备存在施肥不均、自动化程度不高及滞后性严重的问题,根据现代化农业节水省肥和减少环境污染的灌溉要求,设计了一款可实现自动混肥、施肥、节水灌溉的主路式水肥一体化施肥机。根据液肥的EC和pH值调节过程的特点,开发了以SIEMENS S7-1200为核心的液肥控制系统硬件,并结合MatLab设计了以模糊PID为控制器的液肥EC和pH值控制系统。为验证施肥机在实际应用中的精确性和鲁棒性,设计了施肥系统动态调节性能试验,结果表明:在施肥阶段,模糊PID控制系统具有较短的稳态时间和较小的超调量,相比于PID控制系统,对EC和pH值进行调节的稳态时间分别减少了37.7%和52.1%,稳态超调量分别降低了1.2%和2.2%,可实现对混肥溶液进行迅速有效的调节,满足现代农业实际生产需要。

油茶果园施肥一体机的设计与试验

针对丘陵山区油茶果园现有小型开沟施肥机具存在作业功能单一、运动不灵活、动力不足、耕作深度不稳定不合格等问题,开发研究出适合油茶果园挖穴施肥覆土的施肥一体机。介绍整机的参数和工作原理,对挖穴钻头进行设计,分析挖穴过程中杠杆式进给时机具运动状况,设计合理的机架和手扶架尺寸以便于人工操作;选择结构简单、排肥稳定的外槽轮式排肥并设计排肥器尺寸以满足农艺要求;设计可调高低和角度以更好贴合地面的覆土板,增加覆土率和覆土后的平整性。实验结果表明,施肥一体机整机作业性能良好,机具运动灵活、转弯性能良好,操作简单、劳动强度低;平均挖穴深度均值为203.1 mm,挖穴深度变异系数3.2%,外槽轮式排肥器排肥量理论与试验相对误差为1.7%,整体性能满足油茶果园追肥农艺要求。

2FY-6型液态有机粪肥施肥机研制与试验

目前,养殖过程中产生的废水是一种高浓度液态有机粪肥,由于施用机械短缺、智能化程度低造成了液态有机粪肥回用率低的问题。为此,研制了一种智能化液态有机粪肥施用机械,由动力行走系统、贮肥装置、粪水均分装置、粪水开沟注射装置和流量智能调控系统等组成,通过对粪水管路的设计排布,使机具具有多通道抽污功能,可实现不同方位及不同方式的抽污作业;通过对流量智能调控系统、粪水均分装置的设计,使得各行注射肥量均匀一致,且定量可控。

基于偏微分算法的水肥一体机系统设计

为进一步提升我国水肥一体机的综合作业效能,实现灌溉施肥的最优化配比,以偏微分算法作为改进切入点,针对其作业控制系统展开设计研究。通过搭建正确的多阶偏微分数学模型,得到水肥一体机的整机设计布局,并进行模块化的软件程序编制与功能化的硬件配置选型。采用设计的整机系统在一定的作业条件下完成灌溉施肥一体式作业,结果表明:基于偏微分算法设计的水肥一体机,整机在水分与肥量之间的配比关系得到很好的优化,配比准确率可保证在90.00%以上,施肥均匀度与水分利用率分别相对提高了9.56%和5.69%,灌施作业效果良好,设计正确可行,是今后灌溉施肥集成领域的重要革新思路之一,具有较强的推广应用价值。

水稻田间育秧水肥药变量喷灌装置设计与试验

为解决南方水稻工厂化田间育秧水肥药人工管理作业中存在的灌溉均匀性差、化肥和农药浪费以及劳动强度大等问题,该研究设计了一种水稻田间育秧水肥药变量喷灌装置,阐述了水肥药变量喷灌装置总体结构和工作原理,进行了关键部件设计与试验;以可编程逻辑控制器(programmable logic controller,PLC)为控制核心,构建了注肥量在线调控及整机变量喷灌控制系统。采用Box-Behnken试验设计方法,对装置喷灌均匀性与主要影响因素进行试验研究,应用单目标优化方法对喷灌关键参数进行优化,并通过验证试验,得到最优参数组合为:干管入口水压0.20 MPa、球阀开度90°、喷头喷角80°,此时装置的喷灌均匀性为92.69%;构建了氯化钾肥液质量浓度与电导率(electrical conductance,EC)值的线性模型,开展了装置变量灌溉施肥性能试验,3种喷灌等级下各作业区的肥液EC值分别为1.65、1.66和1.68 mS/cm,平均喷灌强度分别为900.85、1 092.04和1 263.67 mm/h,施肥均匀系数分别为85.21%、87.86%和91.62%。采用水肥药变量喷灌装置开展水稻育秧田间管理试验,华航51常规稻和广8优165杂交稻的秧苗长势均匀度均高于95%,成毯性良好,各项素质指标满足机插作业要求。所设计的水肥药变量喷灌装置能够满足水稻田间育秧水肥药变量喷灌作业要求,对提高水稻工厂化田间育秧机械化水平、保证秧苗质量具有实际应用价值。

不同水肥模式对机插稻产量形成和氮肥吸收利用的影响

为阐明机插稻返青活棵-分蘖期不同水肥管理方式对其产量形成和氮肥吸收利用的影响,并提出机插稻返青活棵-分蘖期适宜的水肥管理模式,于2022年以南粳9108和南粳5718为供试品种,在返青活棵-分蘖期设置不同水肥管理方式(水稻返青活棵期多次水分灌排与分蘖期增施氮肥(T1)、水稻返青活棵期多次水分灌排与分蘖期不增施氮肥(T2)、水稻返青活棵期减少灌水不排水且分蘖期不增施氮肥(T3)),对比分析不同水肥管理方式下水稻产量形成和氮肥吸收利用的差异。结果表明,返青活棵-分蘖期不同水肥管理方式对机插稻产量和氮肥吸收利用影响显著。相较于T2处理,T1和T3处理显著增加了水稻产量和氮素积累量,产量分别提高8.2%~9.5%和13.3%~13.7%,成熟期氮素积累量分别提高7.0%~8.8%和12.8%~15.2%(p<0.05)。相较于T1处理,T3处理水稻拔节期茎蘖数降低11.4%~11.9%,茎蘖成穗率显著提高11.3%~12.4%,拔节期叶面积指数和干生物量分别显著降低8.2%~9.3%和6.3%~8.6%,抽穗期-成熟期光合势和群体生长率无显著差异。在产量及其构成因素方面,T1和T3处理间无显著差异(p>0.05)。在氮素吸收利用方面,T1和T3处理在氮素积累量方面无显著差异,但T3处理氮肥农学利用率和氮肥回收利用率较T1分别显著增加20.1%~22.2%和22.7%~23.0%(p<0.05)。综上所述,在分蘖期不增施氮肥的基础上,通过返青活棵期减少灌水和不排水的方式可以实现机插稻产量和氮肥利用率的同步提升。

基于数值分析法的水肥一体机设计研究

以进一步提升水肥一体机的智能性、数字性作业为目标,针对整机的灌施精准性要求展开设计。充分考虑水肥一体机的运用特点和结构组成,结合水肥的参数融合关系,建立用于水肥一体机准确控制作业的状态方程模型,设计以数值分析处理函数为核心的软件控制模块,搭建同步动作实施的硬件执行平台。展开多作物的灌施作业试验,结果表明:基于数值分析方法的水肥一体机系统架构设计合理,数值分析算法融入有效,整机试验的数值计算准确率可达98.00%以上;水肥混合均匀有度,整体管路灌施顺畅,灌施指令准确率可达99.00%以上,整机灌施效率较高,充分验证了数值分析方法应用的正确性与优越性,可以促进类似农机装备与高等数学多维度融合。

肥料装车机凸轮连杆式码包机构的优化设计

针对目前袋装肥料装车机中存在码包过程丢包倾斜、溜包等问题,提出了一种凸轮连杆组合式码包机构。首先建立运动数学模型,对其进行了运动学特性分析,并根据码包机构的运动数学模型建立相应的ADAMS参数化模型,通过改变优化模型中设计变量的参数,得到设计变量对码包机构工作效果的影响规律,最后利用MATLAB中的遗传算法对码包机构设计变量进行优化设计,求解得出一组最优尺寸参数。通过对比优化前后码包机构的仿真曲线以及制作样机试验,验证优化后的码包机构作业时同步性和平稳性均达到设计要求。

离心式变量撒肥颗粒肥料分布检测系统研究

在农业生产中,施肥是提高作物产量和质量的重要手段之一。然而过量的施肥会引发各种环境问题,如陆地和水体污染,影响人们的健康和生态系统的平衡。因此,研究变量式施肥机的作业施肥精度具有重要的意义。施肥精度是农业生产中非常重要的一环,直接关系到农作物的产量和品质。合理施肥能够提高作物的养分利用率,减少肥料浪费,同时还能避免肥料过量使用对环境带来的负面影响。本研究以肥料颗粒为研究对象,以基于深度学习的目标检测为技术手段,运用Python、NumPy库实现图像HOG特征提取,将可视化技术与深度学习相结合,旨在对田间工况下的肥料颗粒进行目标检测。

水稻机插秧同步侧深施肥技术

《“十四五”湖南省种植业发展规划》指出,为保障粮食安全稳定供给,加快农业转型升级,实现农药化肥减量增效目标,推进农机农艺融合,促进农业高质量发展。在此背景下,推广应用水稻机插秧同步侧深施肥技术势在必行。概述了水稻机插秧同步侧深施肥技术的特点与优势,探讨了水稻机插秧同步侧深施肥的关键技术。

一种水肥一体机的可视化控制模块应用研究

以进一步提升水肥一体机的作业效率与监测效率为目标,选取可视化技术作为研究切入点,基于可视化控制模块的设计与应用展开讨论。通过充分理解水肥一体机的作业机理,建立用于整机可视化控制的数学模型,并进行可视化控制模块的软件程序设计与硬件组件配置,形成全新高效的可视化水肥一体机。进行可视化控制模块应用作业试验,结果表明:基于可视化机理及控制模型应用的水肥一体机较普通控制下的水肥一体机作业有一定优势,系统的监测准确率与系统响应效率得到明显提升;各水肥管路及水肥参数监测及时,确保整机各项指令与输出正确合理,整机节水率与整机节肥率分别提升了6.80%和7.40%,灌溉均匀度可达90.50%,有利于农作物种植栽培高效高产。