Research on mechanics properties of crop stalks:A review

As one of the foundational research areas in agricultural engineering,the study of agricultural materials includes an important branch:mechanics properties of crop stalks.This branch is now widely associated with design and improvement of agricultural equipment,breeding of new species,and development of reinforced composites.This article presents an overview of research on mechanics properties of crop stalks,including the mechanics measurement experiments,mechanics model and theory,microstructure and composition,and mechanics simulation experiments.The current research relies mainly on the mechanics theory of engineering material,neglects the fact that crop stalk is a biological material with complex structure,anisotropy,viscoelasticity and rheology.In addition,some simulation experiments are conducted in idealized conditions,beyond the application.Hence,the paper proposes to create new material models for crop stalks,conduct more practical and effective simulation experiments,and promote cooperation in interdisciplinary studies for the development of mechanics properties of crop stalks in the future research.

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。

烟秆炭与尿素配施对酸性红壤理化特征与作物生长的影响

为研究生物炭与氮素配施对作物生长的影响,向酸性红壤中添加2%的烟秆炭,尿素添加量为20、40 mg·kg^(-1)与60 mg·kg^(-1)(以氮素计,标记为T1、T2和T3),以不施用尿素为对照(CK),以广泛食用的青菜(Brassica rapa var.chinensis)为试验作物,种植80 d后采收,并采集土样用于理化性质与脲酶活性分析.结果表明,青菜产量随施氮量的升高而显著增加(P<0.05),T1、T2和T3处理下青菜产量较CK分别增加了53%、75%与103%.随着尿素施加量的增加,土壤速效氮含量与电导率显著升高,而pH降低(P<0.05).多元回归分析表明,土壤速效氮含量是影响青菜产量的关键因素(R^(2)=51.1%),且随着尿素添加量的增加,青菜叶片中氮含量升高(P<0.05),表明作物氮素营养得到了有效改善.因此,向施炭的酸性红壤中添加速效氮,是促进作物生长与产量提升的有效措施.

高地隙喷杆喷雾机发展现状与应用普及趋势分析

随着我国农业机械化水平不断提高,应用与普及适合于高秆农作物病虫害防治的农业植保机械是解决高秆类作物中后期施药难、施药效果差的重要发展趋势。通过高地隙喷杆喷雾机的国内外发展现状,提出了高地隙喷杆喷雾机发展的必要性,分析了高地隙喷杆喷雾机应用普及趋势,对应用普及高地隙喷杆喷雾机,促进高地隙植保机械发展具有一定的参考。

新疆棉花秸秆利用现状及发展对策

新疆维吾尔自治区(以下简称新疆)是我国最大的棉花产区,种植面积和产量均居全国首位。棉花秸秆作为棉花主要的副产物,是一种重要的农业可再生资源,如何合理高效利用是目前亟待解决的问题。概述了新疆棉花秸秆的资源现状、利用方式和存在问题,提出了发展方向和对策,旨在为提高棉花秸秆的利用率、增加棉花种植户收益、推动棉花秸秆多元化综合利用提供参考,同时为促进新疆棉花产业提质增效和可持续发展提供新思路。

基于负压抽滤的畜禽养殖污水过滤试验

降低畜禽养殖污水处理成本是促进养殖业健康发展的重要因素,介质过滤能截留污水中的悬浮性固体,是养殖污水预处理的有效途径之一。其中,以作物秸秆为滤料的自然过滤装置结构简单、能耗低,能有效去除养殖污水中的固体污染物,但仍存在易堵塞、过滤速度慢、秸秆利用率低等问题。对此,该研究提出负压抽滤方案并进行了相关试验:首先通过单因素试验确定了各试验参数的边界条件,再利用二次回归组合试验,优化了负压抽滤的运行参数,试验结果表明当滤层厚度、压实密度、过滤压差分别为10 cm、130 kg/m3、30 kPa时综合过滤效果最佳,此时总固体(total solid,TS)、挥发性固体(volatile solid,VS)、化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)、氨氮(NH4+-N)的去除率分别为40.47%、45.07%、13.56%、11.75%;自然过滤和负压抽滤的对比试验表明,相同滤层条件负压抽滤的污水处理量是自然过滤的4倍,而用时仅占自然过滤的1/5,负压抽滤能有效提高过滤速率和秸秆利用率。最后利用厌氧发酵试验,得到负压抽滤污水较未处理污水发酵周期缩短30%,产气量平稳且波动较小,负压抽滤能显著提升后续生化处理效率。研究结果可为改进现有畜禽养殖污水处理工艺提供技术支撑。

玉米茎秆往复切割力学特性试验与分析

为了研究玉米切割器切割茎秆的切割力与切割功耗,提高切割性能,研制了摆切式茎秆切割试验台。采用悬臂梁称重传感器、高频数据采集卡和LabVIEW软件组成的测试系统进行切割力学性能影响因素试验研究。根据测得的切割力连续变化曲线求得切割功耗,并分析了削切角、切割速度、切割位置、茎秆外皮与节点等因素对切割力及功耗的影响。试验结果表明:峰值切割力和切割功耗随着切割速度的增大和切割位置的增高而逐渐减小,且在削切角为20°左右时较小,切割性能较好;峰值切割力和切割功耗在节点处比节间增加56%,外皮所需切割力占63%～83%。该研究为提高切割器的切割性能提供了理论依据。

农作物茎秆的力学特性研究进展

对农作物茎秆的力学模型、力学特性、茎秆微观结构与茎秆的力学特性关系进行了综合评述。目前对茎秆的力学性能的研究基本上还是参照工程材料的力学性能指标体系进行的,所建的力学模型还是将茎秆作为各向同性体,生物材料的复杂结构、粘弹性以及各向异性在目前的研究中没有得到很好的反映。提出了从材料科学的观点研究农作物茎秆的结构与功能特点,在建立茎秆材料模型的基础上,建立茎秆的力学模型与力学指标体系,进而建立茎秆材料的本构方程和破坏准则。

农作物秸秆膨化技术及膨化机理分析

利用小型单螺杆挤压膨化设备对农作物秸秆进行了膨化加工试验 ,利用电子显微扫描观察、分析膨化和未膨化玉米秸和豆秸的微观结构的变化 ,对农作物秸秆膨化加工机理进行了探讨。膨化和未膨化玉米秸和豆秸的营养成分分析化验结果表明 ,秸秆膨化加工能够改善秸秆的理化性状 。

我国秸秆收储运系统的运营模式、存在问题及发展对策

我国具有丰富的农作物秸秆资源。由于秸秆分布分散、收获季节性强,秸秆收集、储存和运输成为大规模利用的主要瓶颈。因此,如何建立合理、高效的秸秆收储运体系是秸秆生物质能产业发展必须首先解决的关键问题。通过对目前我国秸秆收储运系统的运营模式、秸秆收储运成本费用、存在问题等进行调查研究,从服务体系建设、政策和制度扶持、资金和研发投入、宣传和教育等方面提出秸秆收储运体系发展的相关建议,从而为政府制定秸秆生物质能相关政策奠定基础。

中国主要农作物生物质能生态潜力及时空分析

[目的]农业生物质能资源可开发潜力的估算是农业生物质能科学开发利用研究的关键和基础。同时农作物秸秆还田具有维护和增强土壤功能的作用,因此对农业生物质能生态潜力的评估,是实现农业生物质能可持续开发的重要前提。基于此,考虑土壤生态要求,研究不同还田比情景下中国主要农作物的生物质能生态潜力,并对其时空间特性和结构构成进行分析,为中国农业生物质能的开发利用提供参考。[方法]首先,结合相关历史统计数据,运用线性回归法、文献调研和专家预测等方法,对未来全国农作物播种面积、各省(市、自治区)播种面积占比、主要农作物种植比例和单产进行预测;其次,在分析已有相关研究的基础上,对秸秆的草谷比、工业比、饲料比和燃烧比进行设计,并从保护土壤功能的角度,结合相关研究文献,运用情景分析法,设计高、中、低三种秸秆还田比情景;最终,从空间分布和时间分布的角度,对中国主要农作物最终可利用生物质能潜力进行分析说明,并提出相关发展建议。[结果](1)到2050年,低还田比(0.3)、中还田比(0.5)和高还田比(0.75)情景下中国主要农作物最终可利用生物质能分别为1.86亿吨标煤、0.93亿吨标煤、0.15亿吨标煤,且随着时间的推移,中国主要农作物最终可利用生物质能会发生空间、时间和种类构成集聚的现象;(2)在低、中还田比情景下,中国主要农作物最终可利用生物质能主要分布在东北、华东、华中,其中河南、黑龙江、山东、新疆等地占比较大;从时间分布上来看主要集中在8月、9月和10月,从构成上来看主要是由稻谷、小麦和玉米秸秆构成;(3)在高还田比情景下,从空间上来看则主要集中在华东、华中、华南和西南,其中广西、云南、河南、黑龙江等地占比较大,时间上则集中在1月、2月、11月和12月,在构成上则仅由小麦、豆类、薯类和甘蔗构成。[结论]在主要农作物生物质能开发方面,可优先考虑河南、黑龙江、新疆、山东等地。在构建区域农作物秸秆集散基地、农业生物质能开发利用产业基地、大型秸秆直燃发电基地等大型综合农业生物质能开发项目,可优先考虑东北和华中区域。此外,可通过农作物种植结构调整、提高农业管理水平等措施,进一步提高西南、西北地区主要农作物最终可利用生物质能潜力。

农作物秸秆特性及其重组材性能

该文通过纤维离析、显微镜观察及化学成分测定研究了棉秆、烟秆、大豆秸秆及辣椒秆的原料特性,并利用脲醛胶压制了4种秸秆的重组材,结果表明:4种秸秆均由韧皮部、木质部和髓心组成,木质部是用于重组材生产的主要部分;4种秸秆的主要化学成分与木材相似,但4种秸秆的灰分、抽出物质量分数较高;利用脲醛胶可以压制秸秆重组材,但其工艺参数需要进一步探索。

农作物秸秆产沼气技术研究进展

农作物秸秆沼气技术是沼气工程中的一项重要内容,近年来不断发展成熟。发展秸秆沼气工程不仅可以实现农业废弃物的资源化利用,还能解决以粪便为原料的沼气工程原料不足和产气不平稳的问题。文章综述了近年来农作物秸秆沼气技术的研究进展,主要从秸秆原料的预处理技术、厌氧消化工艺、工艺过程控制、反应器类型以及沼渣液处理等方面进行了叙述,提出秸秆沼气的研究重点是发展高效原料预处理技术,开发秸秆高效厌氧消化反应装置。

不同秸秆厌氧发酵产沼气效果的比较

以猪粪为接种物,以水稻秸秆、玉米秸秆和棉花秸秆为发酵原料,在严格控制发酵温度(37±1)℃的条件下进行厌氧发酵产沼气的研究。研究结果表明,3种秸秆的日产气量在第1天达到峰值后都出现明显的回落,在第6～7天开始逐渐上升并形成第2个产气高峰,之后逐渐下降。棉花秸秆的平均日产气量、累积产气量和甲烷含量(体积分数,下同)最高(分别为114 ml,3 663 ml和58.2%),玉米秸秆次之(分别为111 ml,3 121 ml和54.6%),水稻秸秆最低(分别为91 ml,2 457ml和50.2%)。添加氨水的各试验组的指标高于不添加氨水的各对照组的指标。

乙烯利和激动素对玉米茎秆抗倒伏和产量的影响

倒伏是影响玉米产量的主要原因之一,为了探明不同时期喷施不同生长调节剂对玉米抗倒伏性和产量的影响,选用玉米品种‘德美亚1号’和‘德美亚2号’为试验材料,在5、7、9展叶期分别喷施乙烯利(ETH)和激动素(KT),以喷施清水为对照,测定灌浆期基部茎秆形态、力学、化学组分及成熟后的倒伏率和产量。结果表明,与对照相比,‘德美亚1号’5展叶期喷施KT,节间直径显著增加21.11%,节间密度增加13.23%;与对照相比,‘德美亚2号’7展叶期喷施ETH,使基部节间总长度显著降低14.41%,节间直径显著增加10.70%,节间密度显著增加15.46%。‘德美亚1号’和‘德美亚2号’7展叶期喷施ETH,分别与对照相比,折断力显著增加26.04%和16.77%,穿刺强度显著增加22.77%和14.62%。‘德美亚2号’9展叶期喷施ETH,节间半纤维素、纤维素和木质素组成的化学组分总含量比对照显著增加25.49%。KT对两个品种茎秆力学影响表现不同,ETH对两个品种茎秆力学调控效果优于KT处理。两种调节剂处理均降低了两种玉米收获期的倒伏率。节间直径与折断力呈极显著正相关(r=0.905**),节间化学组分总含量和节间直径与倒伏率呈显著或极显著负相关。两个品种9展叶期喷施KT,产量比对照极显著增加22.24%和19.98%,喷施ETH对产量影响不显著。综上,KT于两个品种9展叶期喷施可显著增加产量,ETH于两个品种7展叶期喷施对抗倒伏性调控效果较好。

用蚯蚓处理农作物秸秆可行性研究

采用盆养的方法用牛粪和玉米秸秆(经过腐熟)的不同比例混合物饲养蚯蚓。结果表明:蚯蚓在各比例混合物中生长良好,腐熟的玉米秸秆可以作为蚯蚓饵料。整秆秸秆自然条件下饲养蚯蚓的试验表明:用农作物秸秆饲养蚯蚓是一种投资小、无风险、易操作的办法。

秸秆降解菌的筛选及模拟田间应用效果分析

以透明圈筛选法和滤纸崩解法相结合,建立初筛方法;模拟田间覆土菌种筛选方法,以秸秆腐解率为指标,建立了复筛方法,并进行了模拟田间应用效果分析。Y13、774、HX及J1 4株菌的腐解率较高,比对照分别提高27.04%、29.65%、35.38%和27.86%;其产CO2能力皆高于空白对照,分别提高41.67%、51.85%、30.56%和57.41%;其可溶性糖含量均提高,比对照平均提高15.40%。

作物茎秆生物力学性质与形态特性相关性研究

为了应用生物力学性质指标对茎秆作物进行评价,进而指导作物优种筛选和选育,该文以北方优种选育的高粱、玉米、大豆、谷子等作物为研究对象,试验测试了作物的株高、节间距、含水率、茎秆干质量等形态特性指标,和茎秆各节间的弯曲强度、弹性模量、抗弯刚度、惯性矩等生物力学性质指标,并从宏观力学层面分析了生物力学性质指标沿高度的变化趋势,针对各生物力学性质指标及试验结果进行了力学机理分析,利用SAS分析软件对形态特性指标与生物力学性质指标进行了相关性分析。结果表明:不同作物形态指标与茎秆生物力学性质指标相关度不同,形态指标多数都与弯曲强度或弹性模量相关,并在此基础上确定了与力学指标相关度较大的形态特性指标。为应用生物力学方法评价作物抗倒伏及茎秆优势性状等优种特性奠定了基础。

农业秸秆在杏鲍菇生产中的应用

利用花生秸、玉米秸、甘薯藤配以棉籽壳、麸皮作为杏鲍菇栽培基质,以w(棉籽壳)=80%、w(麸皮)=20%作为对照配方,研究了6种秸秆配方的培养料对杏鲍菇生长发育和产量的影响。结果表明:不同配方培养料对杏鲍菇的菌丝生长速度和生长势、生产周期、产量和生物学效率均有较大影响;玉米秸、花生秸是杏鲍菇优良的营养基质,其中,以玉米秸粉和棉籽壳为主料的培养料更适合杏鲍菇生长,其菌丝生长速度快,生长势最强,出菇较快,且产量最高,生物学效率可达60%以上。综合出菇后菌渣作为动物饲料原料的适口性来考虑,以w(棉籽壳)=30%、w(玉米秸粉)=50%、w(麸皮)=20%的配方为最佳。