柔性刷辊式葡萄藤清土机设计与试验

为解决新疆地区现有葡萄藤清土机械伤藤率高、彩条布上方大量覆土影响葡萄藤清土上架和彩条布回收的问题,采用柔性刷辊设计了一种刷辊式葡萄藤清土机。该机关键部件为清土装置,作业时通过清土刷的旋转运动和横向伸缩机构的往复运动将彩条布上方的覆土清除。首先进行清土刷结构设计和材料选择,然后对清土刷工作过程进行运动学理论分析,得到影响清土机作业性能的主要参数。通过单因素试验确定清土刷转速、横向伸缩机构往复速度、清土刷回转直径的合理取值范围,以清土刷转速、横向伸缩机构往复速度、清土刷回转直径为试验因素,以清土率和伤藤率为评价指标,开展三因素三水平正交试验。试验结果表明,各试验影响因素对清土率和伤藤率的影响显著性大小顺序为清土刷转速、横向伸缩机构往复速度、清土刷回转直径。较优参数组合为:清土刷转速250 r/min、横向伸缩机构往复速度0.14 m/s和清土刷回转直径600 mm,在此参数组合下进行3次验证试验取平均值,清土率为90.98%,伤藤率为3.27%,与优化值相对误差均小于5%,证明样机设计合理。

基于局部建模方法的卧式柔性清土辊性能优化

针对基于整体建模的卧式柔性清土辊性能优化方法存在仿真成本高的问题,该研究提出一种局部预测整体的建模方法,既降低仿真计算量,同时可以对柔性清土辊进行优化设计。首先,提取柔性清土辊的最小结构特征,并基于几何相似性原理构建整体性能预测模型。其次,基于离散元法(Discrete element method,DEM)与多柔性体动力学(multi-flexible-body dynamics,MFBD)耦合仿真技术优化求解最小特征结构的最优作业性能。最后,依据预测模型估算柔性清土辊的整体性能。柔性清土辊的清土率和阻力矩与其刷片数量的线性拟合决定系数分别为0.987和0.99。基于局部建模方法和EDEM-RecurDyn耦合技术建立最小特征结构与土壤互作模型,其接触计算量仅为整体建模方法的8%左右。前进速度、安装角、轴向长度和叶片锥角对最小特征结构和刷片的作业性能影响显著,仿真优化结果分别为0.3 m/s、30°、50 mm和0°。上述条件下最小特征结构的清土率和阻力矩为36.87%、18.91 N·m,单个刷片的清土率和阻力矩为2.80%和2.78 N·m,最小特征结构的物理试验结果与仿真结果的相对误差为3.74%和10.15%,单个刷片的物理试验结果与仿真结果的相对误差为10.36%和9.71%。预测模型估算的柔性清土辊的清土率和阻力矩分别为97.07%和78.68N·m;物理试验结果与预测模型估算结果的相对误差为7.84%和4.55%;整体建模方法优化结果与局部建模方法优化结果的相对误差为10.66%和6.76%。研究结果为复杂柔性体与散粒体互作建模提供了思路。

一款简易型葡萄清土机的设计与试验

葡萄在我国种植面积大,主要集中于北方地区,由于不耐寒,冬季需修剪后埋土越冬,春季进行葡萄藤清土上架,工作量大。根据北方葡萄春季出土农机农艺要求,研发出一款结构简单、使用轻便、经济适用性强的葡萄藤清土机具,试验机具经结构力学分析及试验表明,机具清土效果佳,清土合格率达92.9%,工作效率为0.63 hm2/h,机具稳定性好,适合敦煌地区葡萄藤春季清土作业。

葡萄设施栽培不同种植年限土壤理化性质的变化

【目的】了解大量施肥条件下种植年限对设施葡萄园土壤理化性状的影响,为设施葡萄合理施肥和可持续生产提供依据。【方法】采集了泰安市角峪镇同一农户设施葡萄种植2、7和12 a(年)土壤,以棚外土壤为对照,调查了不同种植年限下土壤的理化性状的变化。【结果】设施大棚内土壤容重均显著高于棚外对照,以种植葡萄7 a的大棚土壤容重最大,12 a棚土壤次之;随棚龄增大,土壤总孔隙度和通气孔隙度下降;根系分布层土壤的p H值显著低于对照,其中设施种植7 a的p H仅5.0;电导率和总盐含量则显著高于对照,且表层含量明显高于下层;总氮含量低于对照,总磷、总钾、速效氮磷钾、微量元素和各种盐离子含量均高于对照,以盛果树的7 a棚土壤最高;露地主要盐离子以Ca2+、Mg2+和Cl-为主,而7和12 a棚土壤以Ca2+、K+、SO42-和NO3-为主,K+、Ca2+、Mg2+、SO42-和NO3-与土壤p H值呈显著负相关。【结论】随着设施种植年限的增加,土壤酸化、盐渍化、表层富营养化和重金属Cu、Zn积累,大量施肥可能是主要原因。

NaCl胁迫对葡萄幼苗根际pH值及营养成分的影响

采用多隔层根际培养的方法,研究了NaCl胁迫下赤霞珠葡萄幼苗根际土和非根际土的pH值以及主要营养成分的变化。结果表明,NaCl处理对赤霞珠葡萄幼苗的生长造成了不同程度的抑制。不同NaCl处理下,葡萄幼苗根际土壤pH均低于非根际土壤,各层土壤的pH随盐胁迫程度加深而增高;水溶性K+在根际含量较低,水溶性Na+和Ca2+在根际富集。非盐渍条件下,葡萄幼苗根际碱解氮增高,而在盐胁迫下下降。在4 g/kg NaCl胁迫下,葡萄根际有效磷降低,其它处理下升高;而水溶性Mg2+则相反。试验结果还表明,Na+的存在阻碍了根系对多种矿质营养的吸收和利用,影响了葡萄的正常生理活动,不同程度地限制了葡萄根系的生活力和吸收能力。在Na+的作用下,K+、Ca2+、Mg2+的迁移和吸收受到不同程度的影响,与对照相比,各层土壤中的几种离子的含量均有所变化。

石灰质土壤上不同葡萄品种叶片的铁含量与其黄化的关系

以石灰性土壤上8年生的3个欧亚种鲜食葡萄品种(红脸无核Blush Seedless、玫瑰香Muscat Hamburg、里扎马特Rizamat)以及3个欧美杂种(京亚Jingya、藤稔Fujiminori、紫珍香Zizhenxiang)为试材,通过对叶片叶绿素、活性铁和全铁含量相互关系的分析发现,不同品种新叶到成熟叶的叶绿素、活性铁和全铁含量逐渐增加;黄化叶片叶绿素比绿叶显著降低,重度黄化欧美杂种1、2位叶活性铁含量显著低于未黄化欧亚种;不同品种1、2位叶全铁含量比较,黄化叶与绿叶差别不大,有时黄化叶比绿叶全铁含量高;欧亚种红脸无核和玫瑰香4位叶全铁含量显著高于黄化品种4位叶。叶片叶绿素含量与其黄化程度呈负相关,与活性铁和全铁含量呈正相关。

西北地区赤霞珠葡萄根际土壤中AM真菌的多样性

对西北地区5个酿酒葡萄赤霞珠(Vitis viniferaL.cv.Cabernet Sauvignon)葡萄园根际土壤0—60 cm土层的AM真菌空间分布进行了研究。结果表明,葡萄根系可形成丛枝菌根,且侵染率较高,最高达79%;在西北地区的5个样地中共分离出AM真菌4属22种,其中球囊霉属(Glomus)15种,无梗囊霉属(Acaulospora)4种,盾巨孢囊霉属(Scutellospora)2种,巨孢囊霉属(Gigaspora)1种。5个样地孢子密度大小顺序为:陕西泾阳(JY)>山西永济(YJ)>陕西杨凌(YL)>宁夏银川(YC)>甘肃莫高(MG)。各样地葡萄根际土壤中AM真菌种的丰富度不同,陕西泾阳地区最高;分布于葡萄根际的AM真菌按种类多少排序的属依次是:球囊霉属>无梗囊霉属>盾巨孢囊霉属>巨孢囊霉属,球囊霉属占据的比例保持着绝对优势;根内球囊霉、摩西球囊霉、地表球囊霉在不同样地中均为优势菌株,副冠球囊霉,集球囊霉,细凹无梗囊霉是多数样地中的稀有种类。研究表明,葡萄与AM真菌具有良好的共生关系,二者协同进化产生了具有生态环境特异性的菌根真菌多样性;葡萄根际存在较为丰富的丛枝菌根真菌资源,可供进一步开发利用。

简易埋土法在贺兰山东麓酿酒葡萄越冬防寒中的应用研究

在贺兰山东麓地区,以8a生"赤霞珠"、"梅露辄"、"威代尔"等葡萄品种及覆盖材料(厚度为1.0mm的化纤地毯)为试材,研究了冬季采用化纤地毯覆盖葡萄枝蔓并浅覆土的方式对酿酒葡萄防寒越冬的影响。结果表明:经5a试验,将幅宽1.0m的化纤地毯顺行覆盖在葡萄枝蔓上,使用小型拖拉机悬挂专用埋土机,覆土10cm左右,一次完成(简称覆盖埋土)的方法安全、可靠;可减少埋土厚度、降低翌年出土及清沟用工,覆盖材料兼可预防晚霜冻害。

埋土区葡萄顺行水平龙干形篱架栽培根系的分布特性

【目的】研究篱架顺行水平龙干形葡萄根系分布规律,为该种植模式的配套肥水及土壤管理提供试验依据。【方法】以北京平原区典型沙壤土葡萄园6 a生‘瑞锋无核’自根苗葡萄树为试材,利用挖掘法并区隔根系：将距主干水平向外1 m、深1.2 m的土用水细心冲洗将根系与土壤分开,不时用竹竿标记并固定根的位置,以保证冲洗出来的根与在土壤中的位置无较大变化,用水平细线区隔,分设水平方向4段,垂直方向4段,并分区剪取根系样品,测定根系长度、数量和干质量。【结果】6 a生瑞锋无核葡萄树主要的根系为1级根（直径≤2.0 mm）,占比达80%以上。主要吸收根系（1级根）在水平方向上以距主干40 cm之内占比最大,可达70%-90%,在40 cm之外还存在一个占比达10%-30%吸收根系分布区;吸收根系在垂直方向分布较均匀,0-40 cm深度有56.9%-58.5%,深于40 cm还有约41.5%-43.1%的分布。【结论】埋土区顺行水平龙干形篱架栽培葡萄根系在水平方向上分布集中,而且延主干向外呈指数衰减。葡萄根系在垂直方向上分布广,纵向呈线性衰减。

怀涿葡萄产区土壤过氧化氢酶活性空间分布规律及影响因素分析

为了探明影响土壤过氧化氢酶活性空间变异规律的葡萄品种、土壤物理、化学因素及其内在关系,本文利用GIS和地统计学分析方法研究了怀涿葡萄产区(河北省怀来、涿鹿两县)的83个表层土壤样品。结果表明:怀涿葡萄产区表层土壤过氧化氢酶活性表现出较强烈的空间相关性,其变异规律呈现出明显的区域差异分布特征,土壤过氧化氢酶活性的最佳空间拟合模型为指数模型;土壤中大量元素(除K外)、中量元素、微量元素、重金属元素和一些有益元素(V、I)均对土壤过氧化氢酶活性表现出了显著或极显著的活化作用。在当地传统的土壤葡萄体系管理模式下,土壤过氧化氢酶活性的空间变化规律与土壤不同空间位点的大多数化学元素含量变异分布特点密切相关;土壤过氧化氢酶活性与细粉粒含量呈显著正相关,与土壤黏粒含量呈极显著正相关,可以认为物理性黏粒尤其是黏粒和细粉粒含量是影响怀涿葡萄产区表层土壤过氧化氢酶活性空间变异特征的另一个重要因素。而葡萄品种和土壤pH对土壤过氧化氢酶活性影响较小,与土壤过氧化氢酶活性的空间分布规律关系不大。

不同营养土和容器对葡萄容器苗生长的影响

利用不同营养土和容器培育葡萄容器苗,研究能保证苗木生长质量和适用于生产上推广的育苗技术。结果表明:营养土采用苇末基质、砻糠灰和园土按体积比为1∶1∶1配制为最佳;适宜容器包括无纺布袋、聚乙烯塑料袋、聚乙烯塑料花盆,规格为25～30 cm×20～30 cm的类似圆柱体,此组合培养的苗木根系发达、茎杆粗壮,又能节约育苗成本。

新疆石河子酿酒葡萄生态适应性的分析

本文把石河子与国内、外著名酿酒葡萄产区的气候、土壤等生态因子作对比分析，表明石河子的生态因子符合酿制优质干红、干白葡萄酒的条件。

土壤容重对葡萄根系构型的影响

通过田间挖掘测定发现,随着土壤容重的增加,葡萄分根角度加大,水平分布变窄而垂直分布变浅。不同葡萄园的赤霞珠在土壤容重1.05～1.25 g/m3范围内有大量根系分布,当容重达到1.47g/m3时根量明显减少,当下层容重超过1.65 g/m3时根系很少生长。刘沟基地土壤疏松,0～80cm土层内均有根系分布;马格庄基地容重稍大,根系集中在0～60cm土层内;康达基地40 cm以下有粘板层,根系仅分布于40cm以上土层内。在根类组成上,容重小的土层细根比例高,容重大的土层粗根比例高。深翻3个月后统计,玛瓦斯亚/110R总根量由121增加到238条,特别是下层细根数量明显增加,40～60cm和60～80cm土层内的细根量比深翻前分别增加2.95倍和2倍。由此可见,建园时深翻改土和生长过程中定时深耕是葡萄园土壤管理不可或缺的重要环节。

叶轮旋转式葡萄藤埋土单边清除机研制

针对目前春季中国北方葡萄种植主产区人工进行葡萄藤清土作业效率低、机械化程度低等问题,该文设计了一种适应于单边清土的叶轮旋转式葡萄藤清土机,主要由机架、刮土部件、叶轮部件和平土搅龙部件组成。刮土部件和叶轮部件能够分别将葡萄藤上方和侧面土壤清除,平土搅龙部件能够将清除的土壤进一步向行间输送并使其均匀地平铺在葡萄行正中间。以机器前进速度、叶轮转速和搅龙转速为因素,以清土中心距为指标,在离散元软件EDEM中对葡萄藤清土机作业进行仿真试验,得到最佳工作参数:前进速度1.2 m/s、叶轮转速420 r/min、搅龙转速300 r/min,此时清土中心距为44 mm。加工物理样机并进行田间试验,田间试验结果与仿真结果基本一致,两者清土中心距的相对误差约为15%,满足葡萄藤清土机单边清土的作业要求。该研究可为后续其他类型葡萄藤清土机的研制提供参考。

葡萄藤防寒土与清土部件相互作用的离散元仿真参数标定

为系统地研究中国北方地区沙壤土质地的葡萄藤防寒土及其与清土机清土部件常用材料(Q235钢、橡胶)相互作用的离散元仿真参数,以构建准确的土壤离散元仿真模型,该文选用整合延迟弹性模型(hysteretic spring contact model,HSCM)和线性粘附模型(liner cohesion model,LCM)作为土壤颗粒间的接触模型;基于土壤堆积试验,以土壤颗粒间恢复系数、静摩擦系数、滚动摩擦系数和土壤粘附能量密度为因素,以土壤堆积角为指标,利用EDEM进行通用旋转中心组合模拟试验,采用Design-Expert软件对试验数据进行回归分析,以实测的土壤堆积角作为优化目标值,获得土壤颗粒间的最佳接触参数组合;利用土壤屈服试验获得HSCM模型参数;基于斜面滑动法原理,利用倾斜板试验台测得土壤与Q235钢和橡胶之间的静摩擦系数,并以此为基础,采用土壤滑落试验,以滑动摩擦角为响应值,对土壤颗粒与Q235钢和橡胶之间的恢复系数和滚动摩擦系数进行寻优,得到最优解参数组合。为验证标定优化的离散元模型参数的准确性,采用刮土板土槽试验和仿真试验进行对比分析,获得刮土板在土槽试验和仿真试验中的水平前进阻力分别为228.36 N和213.79 N,两者之间的相对误差为6.38%,表明仿真模型中土壤的物理力学特性与实际土壤基本一致,验证了葡萄藤防寒土离散元仿真参数标定结果和研究方法准确可靠。研究结果可为基于离散元法研制适用于北方地区沙壤土质地的葡萄藤防寒土清土机提供理论基础和技术支撑。

贵州山地葡萄园土壤和树体养分状况及其评价

以贵州43个葡萄园土壤及葡萄叶柄为研究对象,通过检测葡萄园土壤pH、有机质含量及土壤与葡萄叶柄中矿质元素含量,分析土壤与树体养分含量及亏缺状况,为贵州葡萄栽培管理提供科学施肥依据。结果表明,土壤酸碱度适合葡萄树正常生长;有机质、全N、全P、全K含量偏低,速效K、碱解N、有效P含量处于适量和高量状态;交换性Ca和Mg含量过高,有效Fe、Mn、Cu与Zn含量存在不同程度高量和过量,但也有极少数处于缺乏状态。葡萄叶柄养分N的含量62.8%处于低量状态,37.2%处于适量状态;K、Fe、Ca、Cu、Mn、Zn含量多处于高量状态,也有少量处于低量状态,有效B含量较低,其中69.8%处于低量状态,30.2%处于缺乏状态。建议田间控制K肥和Ca肥的施用量,多施有机肥,着重补充B元素。

三次样条插值法在确定“巨峰”葡萄结果期开始灌溉补水的土壤水势阈值中的应用研究

为了提出一种合理的数学分析方法确定"巨峰"葡萄结果期开始灌溉的精确土壤水势阈值。针对以土壤水势实时监测及果实粒径无损测量、数据拟合等方法获取的果实膨大速率关于土壤水势的离散数据曲线,采用基于Matlab编程的3次样条插值法对所形成的散点图进行曲线平滑化处理,考察一阶求导后曲线的斜率变化并结合新梢生长等指标的显著性差异进行综合分析,确定了果实幼果期、第1次快速膨大期、转色期各生长阶段划分的临界值和对应时期开始灌溉的土壤水势阈值。将"巨峰"葡萄结果期的果实生长划分为急速膨大、快速膨大、缓慢膨大、收缩4个阶段并确定了幼果期、果实第1次快速膨大期、转色期开始灌溉的土壤水势阈值分别为-11.64、-14.86和21.00k Pa,可为指导果树的水分管理提供关键参数,为农业精准灌溉技术中土壤水势阈值的研究奠定了理论依据。

葡萄行内覆盖对土壤细菌群落结构的影响

为探究葡萄枝条覆盖对葡萄园土壤细菌群落结构的影响,本研究在宁夏贺兰山东麓产区的5年生赤霞珠(Cabernet Sauvignon)葡萄园,设置葡萄枝条覆盖、玉米秸秆覆盖和清耕(CK)3个处理,2年后用高通量测序技术分析土壤细菌群落结构,并分析其与土壤理化性质之间的关系。结果表明,葡萄园土壤样品中共检测到56个细菌门类。3个处理中变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi)为丰度大于10%的主要优势菌。其中,变形菌门和放线菌门与土壤有机质含量呈显著正相关,酸杆菌门与pH值呈显著负相关,而绿弯菌门与有机质含量呈显著负相关。由线性判别分析(LDA)可知,玉米秸秆覆盖处理优势菌主要有7种,而葡萄枝条覆盖处理只有1种优势菌。以上研究结果表明,两种覆盖处理均可以增加土壤细菌群落丰度和多样性,其中以玉米秸秆覆盖处理整体效果较好。本研究为葡萄行内覆盖技术的应用及宁夏贺兰山东麓产区酿酒葡萄的可持续栽培提供了理论和实践依据。

自动避障式葡萄藤防寒土清土机研制

针对目前葡萄藤防寒土清土机自动化程度低、清土不彻底和易伤藤等问题,该研究基于多体动力学软件RecurDyn和离散元软件EDEM耦合仿真的方法,面向中国北方砂壤土地区葡萄园内的葡萄藤防寒土清除,提出采用柔性刷子与橡胶组合的清土作业部件,并设计了一种自动避障式葡萄藤防寒土清土机,主要由机架、避障摆动机构、避障信号采集机构、控制器、清土部件、挡土板、传动部件和限深轮等部分组成,在机具前进作业过程中,通过触杆感知自动避开水泥柱,并将葡萄藤上覆盖的防寒土清除干净。采用耦合仿真试验,模拟整机避障清土的作业过程,以机具前进速度、避障油缸速度、清土部件转速和触杆转动角度阈值为试验因素,以土壤清除率为试验指标,进行四因素二次回归正交旋转中心组合模拟试验,采用Design-Expert软件对试验数据进行回归显著性分析,确定了对试验结果影响显著的因素,以土壤清除率最大为优化目标,获得了机具的最佳作业参数组合:机具前进速度0.43 m/s、避障油缸速度60 mm/s、清土部件转速550 r/min、触杆转动角度阈值10°,此时仿真优化的土壤清除率为54.65%。加工物理样机并进行田间验证试验,得到田间试验的土壤清除率为59.73%,与仿真试验的土壤清除率相对误差约为8.50%,田间试验结果与仿真优化结果基本一致,满足自动避障式葡萄藤防寒土清土作业要求。研究结果可为触土机具避障机构的整体设计及优化提供理论依据和技术支撑。

果实成熟期土壤含水量对‘北红’葡萄花色苷和果实品质的影响

为了提高酿酒葡萄的果实品质,以‘北红’葡萄为试材,在果实成熟期进行不同土壤含水量处理,研究其对果实品质、花色苷和酚类物质含量的影响。结果表明:降低土壤相对含水量明显提高了葡萄果实总糖含量,降低了可滴定酸含量;50%~60%的土壤相对含水量显著提高了采收期果实中花青素葡萄糖苷、甲基花翠素葡萄糖苷、二甲花翠素葡萄糖苷的含量,总花色苷、单宁、总酚含量也显著高于CK。利用主成分分析法对采收时果实中单体花色苷和果实品质指标分析结果表明,50%~60%的土壤相对含水量处理果实品质综合得分最高,也与实际情况相符。这表明在贺兰山东麓酿酒葡萄产区,‘北红’葡萄果实成熟期土壤相对含水量为50%~60%时可显著提高果实品质。