Integrated Optimization of Structure and Control Parameters for the Height Control System of a Vertical Spindle Cotton Picker

Vertical picking method is a predominate method used to harvest cotton crop.However,a vertical picking method may cause spindle bending of the cotton picker if spindles collide with stones on the cotton field.Thus,how to realize a precise height control of the cotton picker is a crucial issue to be solved.The objective of this study is to design a height control system to avoid the collision.To design it,the mathematical models are established first.Then a multi-objective optimization model represented by structure parameters and control parameters is proposed to take the pressure of chamber without piston,response time and displacement error of the height control system as the opti-mization objectives.An integrated optimization approach that combines optimization via simulation,particle swarm optimization and simulated annealing is proposed to solve the model.Simulation and experimental test results show that the proposed integrated optimization approach can not only reduce the pressure of chamber without piston,but also decrease the response time and displacement error of the height control system.

An Integrated Genetic,Physical and Transcript Map of Homoeologous Chromosomes 12 and 26 in Upland Cotton(Gossypium hirsutum L.)

While Upland cotton(Gossypium hirsutum L.) represents 95% of the world production,its genetic improvement is hindered by the shortage of effective genomic tools and resources.The

Comprehensive Characterization Model of Integrated Cotton Fiber Quality Index

An integrated cotton fiber quality index(ICFQI) model with cotton fiber qualities which can directly express cotton fiber integrated quality and spinning yarn quality was studied.The fiber length,strength,Micronaire(fiber fineness and fiber maturity),uniformity of fiber length,and short fiber content are the pivotal indexes expressing ICFQI.All of the results above are the basic knowledge to build up the models of ICFQI.According to spinning consistency index(SCI),spinning strength and spinning yarn integrated quality,ICFQI was the best choice.As the methods of ICFQI had quite a lot of advantages like explicit mechanism,few independent variables.The integrated fiber quality index had a significant positive correlation with yarn strength and spinning consistency,significant negative correlation with yarn evenness and yarn thin places.In additional,the model of the relationship between ICFQI and SCI was established as:SCI= 0.2356·ICFQI+56.153.It was concluded that ICFQI value was the shared reference index for the testing of fiber inspection agency and the selection and distribution of raw cotton bales by textile mills.

Cultivation system influenced the critical period for weed control in cotton field

Background The critical period of weed control(CPWC) refers to the period of time during the crop growth cycle when weeds must be controlled to prevent yield losses.Ultra-narrow row(UNR) is a method of planting of cotton in rows that are 25 cm or less apart.Amongst cultural techniques for weed control,the use of narrow row spacing is considered to be a most promising approach that can effectively suppress weed growth and provide greater yields in cotton.This cultivation system can shorten the length of the critical weed-crop interference duration and results in greater yield.The current research aimed to determination of critical time of weed control in cotton(Gossypium hirsutum L.) under conventional and ultra-narrow row spacing conditions.Field experiments were arranged as factorial experiment in a randomized complete block design with three replications.Factors were cultivation system(conventional(50 cm row spacing) and ultra narrow row(25 cm row spacing and weed treatment including 30,45,60,and 75 days weeding after emergence during the growing season(weed free),and 30,45,60,and 75 without weeding(weed infested) in the growing season along with weedy and weed-free from sowing to harvesting.A four-parameter loglogistic model was fit to the two sets of relating relative crop yield to data obtained from increasing durations of weed interference and lengths of weed-free period.Results In both years and cultivation systems,the relative yield of cotton decreased with the increasing duration of weed-interference but increased with the increasing duration of weed-free period.Ultra-narrow row cultivation delayed the beginning of the CPWC in cotton.Under ultra-narrow row condition,the CPWC ranged from 21 to 99 days after germination in 2021 and 23 to 91 days in 2022 based on the 5% acceptable yield loss.Under conventional cultivation CPWC ranged from 17 to 102 days after emergence in 2021 and 18 to 95 days after emergence in 2022.Conclusions Under both conventional and Ultra-narrow row conditions,weed interference reduces seed yield.Under ultra-narrow row condition,weed interference until 21.1–23.5 days after cotton emergence and under conventional condition,weed interference until 16.9–18.5 days after cotton emergence had not significant reduction on cotton yield.

棉铃虫发生发展与气候条件的关系研究进展

棉铃虫(Helicoverpa armigera)属鳞翅目夜蛾科,是一种世界性的害虫,在世界各地均有分布。因其具有远距离迁飞,繁殖力强等特点,条件适宜时常大面积暴发成灾,给农业生产带来较大损失。摸清棉铃虫生活习性、种群变化规律是棉铃虫防治的前提条件。由于棉铃虫是变温昆虫,气候条件对其生长发育、成灾机制等产生极大影响。因此,本文系统综述了气候变暖对棉铃虫影响的研究进展,包括棉铃虫生长发育、体色变化、繁殖、滞育、飞行、越冬、与作物的互作关系等方面,并对未来研究重点进行了展望。

光动力抗菌水刺棉的染整一体化制备及其性能

为解决传统抗菌非织造用品防护性能差、制备成本高和潜在毒性大等问题,以水刺棉为基材,通过低分子质量壳聚糖改性、柠檬酸共价交联和光敏剂染整一体化负载工艺,制备了具有高效广谱、抗菌耐久、安全低毒和绿色低碳的光动力抗菌水刺棉。利用紫外/可见光分光光度计、傅里叶红外光谱仪、荧光光谱仪对光动力水刺棉的化学结构和光动力学性能进行表征,通过抗菌实验探究了不同接触时间下光动力水刺棉的抗菌性能与抗菌耐久性能。结果显示:光动力水刺棉在10 min光照下能够淬灭50%以上的1,3-二苯基异苯并呋喃,属于主导能量转移的Ⅱ型光动力机制,在15 min内杀灭99%以上的金黄色葡萄球菌,在60 min内杀灭90%以上的大肠杆菌,表明功能化的水刺棉具有优异的光动力抗菌特性;此外,光动力水刺棉经光漂白和水洗使役后仍具有显著的抗菌耐久性,均可满足生物医用材料对生物安全性的要求,具有大规模制备新一代光触媒非织造用品的应用潜力。

石河子棉花生长关键期与产量动态预报研究

棉花是新疆地区主要经济作物之一,开展棉花产量动态预报对生产安全具有重要意义。利用1968—2020年新疆石河子地区4个地面气象基准站逐日气象资料和棉花产量资料,基于积分回归法在棉花全生育期内以旬为时间尺度,分析了影响棉花生产的温光水主要气象要素和关键期,分别建立了石河子地区7月中旬、8月中旬和9月中旬棉花气象产量动态预报模型。结果表明:气温对新疆石河子棉花产量的影响最大,苗期、开花期和吐絮始期为棉花生长的温度关键期,苗期和吐絮始期为正效应显著,开花期为负效应显著;开花期是棉花生长的光照关键期,对棉花产量呈正效应;石河子地区属于灌溉农业区,自然降水量虽呈正效应,但降水量对棉花产量的影响较小。利用积分回归法建立的动态预报模型对2018—2020年石河子地区棉花产量试报,7月中旬、8月中旬及9月中旬的平均准确率分别为85.1%、91.4%和94.3%。基于积分回归法建立的棉花气象产量动态预报模型越接近成熟期准确率越高。利用积分回归原理对棉花产量进行动态预测是可行的,可以应用于棉花产量预测业务,为地方产量预测提供参考。

棉花宽窄行滴灌水肥一体化栽培技术

博兴县属于暖温带亚湿润大陆性季风气候区,非常适合棉花种植。为了实现棉花高产栽培的目标,从优选良种、播前准备、适期播种、设置管带、水肥一体化管理、病虫害防治等方面,对棉花宽窄行滴灌水肥一体化栽培技术进行了详细介绍,旨在为相关种植人员提供参考。

Evaluation on Ideal Test Sites and Regional Characteristics of Cotton Fiber Quality in Jiangsu Province

[Objective] The aim of this study was to explore the dominant fiber quality traits of test sites in cotton regional trials, by analyzing the regional characteristics of cotton fiber quality in Jiangsu province, in order to provide the theory background for cotton fiber quality improvement. [Method] The dominant fiber quality traits of test locations were analyzed with eight main fiber quality indexes of hybrid cotton regional trials during 2009-2013 in Jiangsu province by use of the "ideal test site" view of GGE biplot. [Result] The test locations with the best integrative fiber quality were proved to be Yanliang, and followed by Dongxin and Guanyun; The better test locations in terms of the major fiber quality indexes, including fiber strength, fiber Length and micronaire value, were Guanyun, Xinyang and Yanliang; To sum up, the best test location with balanced fiber quality was Yanliang. The test locations with specialties in fiber quality index were listed as bellow: Dafeng, Xinghua and Dongtai performance better in fiber length; Qidong, Liuhe and Yanhai locations were of better fiber length uniformity; Sheyang and Dongxin were better in micronaire value;while Sheyang along was better in fiber elongation and reflectance. Moreover, the correlation between fiber yellowness and other traits was significant(P<0.01). [Conclusion] The regional characteristic of cotton fiber quality index in Jiangsu province was obvious and fiber yellowness was worthy an indicator trait to assist the comprehensive improvement of cotton fiber quality.

郭予元院士在创建中国主要粮棉作物多病虫复合群体综合防治技术体系上的学术贡献——纪念郭予元院士诞辰90周年

本文回顾了郭予元院士在20世纪80-90年代对中国主要粮棉作物多病虫复合群体综合防治技术体系研究与实践中的重要工作,包括组建粮棉作物多病虫复合群体综合防治技术体系的创新性思路、创建主要粮棉作物多病虫复合群体综合防治技术体系,以及对21世纪我国粮棉作物多病虫复合群体综合防治技术体系提出的发展前景和目标等,其中粮棉作物多病虫复合群体综合防治技术体系实施后取得了显著成效。郭予元院士在我国主要粮棉多病虫复合群体综合防治领域的相关学术思想及贡献,对我国农作物病虫害综合防治、可持续治理、绿色防控策略制定以及植物保护学科的发展产生了深远的影响,为我国实现农作物生物灾害可持续控制做出了重要贡献。

中亚地区棉花主要害虫及其综合防治技术应用现状

中亚五国与我国新疆在地理位置上均为远离海洋的区域,属于温带大陆性气候。中亚五国与新疆在作物品种、栽培管理、植物保护和土壤改良等农业生产方面具有相似性。本课题组自2000年起与中亚地区的乌兹别克斯坦植物检疫及植物保护研究所建立了合作,针对棉田有害生物防治进行了长达20余年的合作研究。文章总结了中亚地区棉田主要害虫的发生种类和为害特点,尤其是以天敌繁育释放为重点的综合防治技术,为我国西北荒漠绿洲生态区棉田的害虫防治策略提供了思路。同时提出了在“一带一路”合作倡议背景下,我国与中亚五国加强棉花害虫防控技术合作与交流、学习借鉴乌兹别克斯坦棉田害虫生物防治技术、共同推进棉花重大害虫区域性综合防控技术进步的设想和建议。

棉纺织企业用水系统集成优化设计及应用研究

针对棉纺织企业夏季采用深井水降温,取水量大、水重复利用率低等问题,进行企业用水集成优化设计。通过对企业用水现状调查分析,调整优化各工序环境参数,统一调配各用水单元用水温度和用水量,并采用串联供水、梯级供水的方法,可有效降低深井水用量、提高水重复利用率。工程应用研究表明:用水系统集成优化后,夏季深井水量降低了1/3以上,水重复利用率由61.3%提高到75.2%,全年水重复利用率为86.2%。认为:科学的企业用水系统优化设计可有效降低棉纺织企业单位产品耗水量。

转基因抗草甘膦棉花R1-3株系的分子特征鉴定

【目的】通过转化抗草甘膦除草剂基因G10aroA获得抗草甘膦除草剂的棉花转基因株系,对其进行分子特征鉴定分析,为今后棉花育种利用该株系提供必要的分子依据。【方法】利用农杆菌介导法,在草甘膦筛选条件下,通过组织培养获得棉花再生株系,利用Western blot对转基因棉花株系不同组织的外源蛋白表达进行检测;通过Southern blot确定株系中外源G10aroA整合位点的拷贝数;利用TAIL-PCR扩增外源基因整合位点侧翼序列,并通过NCBI BLAST工具比较分析其定位的染色体位置。【结果】通过草甘膦筛选,利用组织培养获得R1-3棉花再生株系;Western blot结果表明,外源基因在叶、苞叶、花、茎中均可正常表达,其蛋白大小约为46 kDa,与预期目标条带一致;基因组DNA酶切后杂交结果显示,R1-3株系外源序列的整合位点为单拷贝插入,其中,KpnⅠ酶切的杂交条带位于约6557 bp处,EcoRⅠ酶切的2条杂交带位于略大于4316 bp处;侧翼序列比对结果显示,外源序列融合到陆地棉A或D基因组的第11号染色体上,且在交换插入的过程中,左右边界的融合位点分别位于该染色体47525303和47525449处。另外,利用特异引物进行PCR鉴定,可知左侧融合位点可扩增出约300 bp的预期特定目标条带,右侧融合位点可扩增出约600 bp的预期特定目标条带。【结论】获得具有稳定遗传特征的R1-3转基因棉花株系,不同组织中外源基因编码的蛋白均有表达,提高了该株系对草甘膦的高抗性。含有G10aroA的外源序列为单个位点插入,融合位点位于陆地棉A或D基因组第11号染色体上,该融合位点处缺失约146 bp的核苷酸序列。

郭予元院士在棉铃虫区域性综合防治技术体系研究及应用中的学术贡献——纪念郭予元院士诞辰90周年

郭予元院士带领团队研究人员通过多年协同攻关研究,解析了棉铃虫发生为害规律和自然种群生命表机制,明确了棉铃虫对多种农药抗药性动态并应用于棉田抗药性治理,揭示了黄河流域棉区棉花对不同世代棉铃虫为害的补偿生长规律和防治策略,基于不同世代棉铃虫为害阈值和防治指标创建了准确预报二代棉铃虫发生数量的一代麦田扫网法,开展棉花种质资源抗病虫性鉴定并指导选育多抗棉花系列新品种。通过整合诱杀、选择性杀虫剂、生物农药与化学农药次序使用和局部精准施药等绿色防治技术,组建区域性棉花主要病虫害综合防治技术体系,棉区棉铃虫为害得到有效控制,引领了我国农作物主要病虫害综合防治技术的发展。本文简要回顾了郭予元院士在该领域研究中做出的主要历史贡献。

巴基斯坦棉花主要害虫及其综合治理

棉花是巴基斯坦重要的经济作物,棉花产品出口是该国外汇收入的主要来源。在过去10年中巴基斯坦棉花种植面积大幅减少,棉花产量也从2011年的261万t下降至2021年的154万t。烟粉虱Bemisia tabaci及其传播的棉花曲叶病和棉红铃虫Pectinophora gossypiella等有害生物危害是棉花产量下降的主要原因之一。目前,棉花害虫的防治主要依靠背负式喷雾器或机车式喷雾器喷施杀虫剂,无人机施药的政策及大规模推广应用尚处于起始阶段。害虫对杀虫剂抗性上升是目前害虫治理的主要问题。由于信德省和旁遮普省等传统植棉区棉花害虫发生比较严重,巴基斯坦政府计划在俾路支省和开伯尔-普赫图赫瓦省扩大棉花种植面积。为了恢复棉花的生产,政府制定了一系列计划来提高害虫综合治理水平,如研发生物杀虫剂、转基因品种等。针对当前棉花生产过程中所面临的虫害问题,未来应更新害虫治理策略,加强对农业部门技术人员的培训,为巴基斯坦棉花的可持续生产提供技术支持。

自然衰老棉花种子的生理变化及ATP合成酶亚基m RNA的完整性

【目的】种子衰老是一个复杂的生物学过程,以自然衰老的棉花种子为材料,研究种子自然储藏后的生理生化变化及种胚ATP合成酶亚基mRNA的完整性,为进一步揭示种子衰老机理提供依据。【方法】以自然储存3年、5年和新收获的新陆早74号棉花种子为试验材料(以新收获的棉种为对照(CK));分别采用纸间萌发试验、低温恒温干燥法和TTC染色法测定棉花种子的萌发率、吸水力和种子生活力;利用酸碱滴定法测定棉花种子的酸价和呼吸速率,采用植物ATP合成酶酶联免疫分析试剂盒测定种胚ATP合成酶活性,并利用反转录阻断-双引物扩增法分析棉花种胚ATP合成酶α、β、γ、ε和δ亚基mRNA的完整性。【结果】自然储藏会导致种子活力显著降低。与对照相比,自然储存3年和5年后,棉种萌发率由98.7%分别显著降低至84.0%和58.0%(P<0.05);种子吸胀初期(4 h内)吸水力分别比对照显著降低了11.0%和26.9%(P<0.05);TTC染色法检测结果显示种子生活力明显下降,其中,储藏5年的种子仅有胚根部位有少量着色,而子叶等器官未被染色;储藏3年和5年的种子酸价分别较对照显著升高了28.4%和40.0%,表明种子内脂肪类物质发生严重水解;吸胀期间种子呼吸速率和ATP合成酶活性表现出增加趋势(P<0.05),但增幅均显著下降;其中,吸胀24 h后呼吸速率增幅分别较对照降低了33.3%和49.2%,吸胀12 h后ATP合成酶活性增幅则分别较对照降低了17.9%和73.4%;反转录阻断-双引物扩增法分析结果显示,ATP合成酶的α亚基、β亚基、γ亚基和δ亚基mRNA的R值均显著低于对照,而ε亚基mRNA的R值则显著高于对照(P<0.05),说明这5种亚基的mRNA在自然储藏过程中出现不同程度的降解。【结论】延长贮藏时间,将导致棉花种子活力下降;种胚中ATP合成酶亚基mRNA完整性丧失,导致ATP合成酶亚基受损,ATP合成酶活性下降,进而造成ATP合成减少,影响种子萌发能力。这可能是棉花种子衰老的重要原因之一。

秸秆还田残膜回收一体机设计与试验

为提高新疆棉田残膜回收机械化水平,解决机具残膜回收率低、含杂率高等问题,研究设计一种秸秆还田残膜回收一体机。根据新疆棉花的种植模式和田间作业要求对整机的关键零部件进行设计,确定了甩刀型粉碎刀、绞龙转速为1500 r·min^(-1)、捡膜滚筒回转半径为245 mm、脱模板回转半径为278.5 mm等零部件参数。选取机具行进速度、捡膜齿入土深度、输出轴转速为影响因素,以残膜回收率、含杂率为试验指标,设计三因素三水平正交试验并进行测试,确定了最优参数组合:机具前进速度7 km·h^(-1)、捡膜齿入土深度25 mm,输出轴转速760 r·min^(-1)。根据最优参数进行试验验证,结果表明:在最优参数组合下,残膜回收率的均值为85.03%,含杂率的均值为15.88%,其与理论值对比误差均小于3%,模型可靠。该研究成果可以满足残膜回收机田间作业要求。

磷肥滴施对膜下滴灌棉田土壤磷形态及磷肥利用率的影响

【目的】基于水肥一体化技术,研究不同施磷方式的效果,为膜下滴灌棉田合理施用磷肥提供依据。【方法】2021年在新疆棉田以新陆早63号为试验对象,设置不施磷(CK)、基施磷酸一铵(MAP-B,折合P2O5用量100 kg·hm^(-2),下同)、基施+滴施磷酸一铵(基施50%,蕾期和花铃前期分别滴施25%,MAP-D)、基施+滴施磷酸一铵和聚谷氨酸(基施50%磷酸一铵,蕾期和花铃前期分别滴施25%磷酸一铵和50%聚谷氨酸,MAP-DS)共4个处理,比较分析棉田土壤磷含量、不同形态无机磷含量、土壤磷吸附-解吸特征、磷肥利用率和籽棉产量。【结果】施磷能够增加苗期和花铃期0~40 cm土层有效磷和全磷含量,花铃期MAP-D和MAP-DS处理的土壤有效磷含量明显高于其余处理。与基施相比,磷肥滴施显著提高了花铃期10~20 cm土层二钙磷、八钙磷和铝结合态磷的含量占比,降低了十钙磷的含量占比。苗期和花铃期不同施磷处理下0~40 cm土层磷的等温吸附曲线和解吸曲线呈现相似的变化趋势,即随着平衡溶液磷浓度的增加,土壤磷吸附量呈先快速增加后缓慢上升的趋势;随着标准溶液磷浓度的增加,土壤磷解吸率呈先快速降低后趋于稳定的趋势。各施磷处理的籽棉产量均高于对照处理,磷肥滴施处理的磷肥利用率和籽棉产量均高于基施处理,MAP-DS处理的磷肥利用率最大,籽棉产量也最高(6829.75 kg·hm^(-2))。【结论】在新疆棉区水肥一体化模式下,滴施磷肥和聚谷氨酸更有利于新陆早63号对土壤磷素的吸收与利用,可进一步提高磷肥利用率与籽棉产量。

陆地棉开花整合子调控机制解析

开花是植物产生有性生殖器官的重要阶段,开花整合子整合来自环境和植物体内的信号,进而激活花芽分化,使植物在适宜的时间产生足够多的后代,保障生殖繁衍。棉花中开花整合子基因(FT、SOC1和LFY)已被克隆,但它们在棉花中的进化关系尚不清楚。参考陆地棉基因组,明确了棉属开花整合子同源基因数目,FT和LFY在棉属中进化具有保守性,而SOC1基因序列具有多样性。不同于其他物种,棉花开花整合子基因均在顶端分生组织和叶片中表达量较高,且随着棉苗的生长发育其表达量逐步升高。克隆了GhLFY-2、GhFT-2和GhSOC1-5基因,发现其促进开花的功能是保守的,但开花时间调控机制存在物种特异性。陆地棉中既存在保守的GhFT-2/GhSOC1-5/GhLFY-2线性调控路径,又进化出GhFT-1和GhSOC1-1直接调控GhAP1的路径,表明棉花开花时间调控机制的多样性可能与其对环境的适应性有关。

精准农业技术系统集成在新疆棉花种植中的应用

根据新疆生产建设兵团农业机械化、集约化、规模化生产的特点,结合新疆兵团棉花种植的实际情况和基础条件,利用GIS、RS、GPS、ES、MS等最新技术在棉花精准种植试验区开展研究工作。跟踪国内外精准农业的最新研究发展水平,在数字农业技术创新的基础上,整合国内已有的研究成果,利用信息技术对新疆现有的农业生产设备进行组装配套,研制、开发、集成具有新疆特色的数字农业技术体系与推广模式,进行规模化应用示范。在农田信息采集、处理和实施系统3个方面进行棉花精准种植信息系统集成研究,取得了初步成果利用自主开发与引进的硬件平台,组装集成的配套技术体系,在棉花的精准播种、节水灌溉、变量施肥、病虫害预测预报与防治、长势监测等产前、产中管理决策中应用,形成一套适宜新疆的先进成熟的棉花生产管理智能化决策系统,同时与变量作业机具组装配套进行示范,该成果可为新疆及其它地区棉花精准种植提供参考模式,具有重大的推广意义,市场前景广阔。