農(nóng)業(yè)工程

張杰，任小龍，羅詩峰，等

環(huán)保地膜覆蓋對土壤水分及玉米產(chǎn)量的影響

張杰，任小龍，羅詩峰，等

目的：地膜覆蓋具有增溫保墑效果，可顯著提高作物產(chǎn)量，但隨著地膜用量的逐年增加，地膜污染問題日益嚴重，已成為迫在眉睫需要解決的環(huán)境問題。該文通過在渭北旱塬進行不同材質地膜對比試驗，探索和尋找可代替普通地膜的新型可降解環(huán)保地膜。方法：采用溝壟集雨種植方式，壟上覆膜，溝內(nèi)種植，以傳統(tǒng)平作為對照，隨機區(qū)組排列，選用普通地膜（PM）、生物降解膜（SM）和液態(tài)膜（YM）3種不同材料地膜，通過測定播前至收獲期壟、溝中及壟側0～200 cm土層土壤水分含量，分析不同生育時期不同材料地膜覆蓋處理的土壤含水率、貯水量動態(tài)變化，結合作物收獲后測定的經(jīng)濟產(chǎn)量計算作物水分利用效率，綜合研究不同材料地膜覆蓋的增溫保水增產(chǎn)效應。結果：（1）普通地膜和生物降解膜覆蓋處理的玉米不同生育階段根系主要分布區(qū)域0～60 cm土層土壤貯水量較對照均有所提高，且各集水處理間差異顯著，隨著玉米生育進程的推進，普通地膜和生物降解膜在高溫下不同程度的降解和破損，集雨能力下降，在播種后115 d顯著性差異消失；與液態(tài)膜相比呈顯著性差異（P＜0.05），但液態(tài)膜的集雨效果在玉米整個生長階段并不穩(wěn)定；（2）由于集雨種植壟上覆膜的集雨和抑制土壤水分蒸發(fā)的效果，使集雨處理0～200 cm土層土壤含水率均高于對照（CK），不同材料覆蓋處理的土壤水分空間變化規(guī)律相同，與液態(tài)地膜覆蓋處理相比較，普通地膜和生物降解膜覆蓋處理可有效提高土壤含水率，同時可顯著降低0～60 cm土壤水分變異系數(shù)，增強0～200 cm土層土壤含水率的穩(wěn)定性；（3）普通地膜、生物降解膜和液態(tài)地膜處理的2a平均玉米籽粒產(chǎn)量比對照（CK）分別提高了19.96%（P＜0.05）、19.67%（P＜0.05）和4.78%，水分利用效率分別比對照提高30.66%（P＜0.05）、29.68%（P＜0.05）和7.36%，普通地膜和生物降解膜處理均與對照（CK）呈顯著性差異，液態(tài)膜處理的籽粒產(chǎn)量及水分利用效率與對照均無顯著性差異；不同年際間作物的耗水狀況因降雨分布和環(huán)境溫度變化而不同，降雨分布較為均勻時各處理耗水量無明顯差異，降雨分布不均時普通地膜和生物降解膜處理的集雨保墑效果明顯，耗水量顯著（P＜0.05）低于液態(tài)地膜和對照（CK）。結論：通過連續(xù)2a大田試驗得出，不同材料集雨處理尤其是生物降解膜與普通地膜可顯著提高土壤貯水量及含水率，同時較CK處理可顯著提高土壤含水率的穩(wěn)定性，由此對作物產(chǎn)量和水分利用效率有顯著提高，但液態(tài)地膜增產(chǎn)效果不顯著，因此可看出，生物降解膜可作為一種新型的環(huán)保覆蓋材料替代普通地膜（PM）應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。

來源出版物：農(nóng)業(yè)工程學報, 2010, 26(6): 14-19

入選年份：2015

玉米淀粉與黃原膠復配體系流變和凝膠特性分析

張雅媛，洪雁，顧正彪，等

摘要：目的：淀粉糊化后能形成具有一定彈性和強度的凝膠，凝膠的黏彈性、強度等特性直接影響到淀粉質食品的加工性能及品質，加工過程中原料的輸送、攪拌、混合、能量的損耗等均與凝膠體的流變特性密切相關。因此，關于淀粉與膠體復配體系流變和凝膠特性的研究極為重要。方法：該文以玉米淀粉（含水率13.6%）和黃原膠（含水率9.5%）為原料，依據(jù)前期預試驗結果，選取5個不同配比玉米淀粉/黃原膠復配體系（10︰0、9.5︰0.5、9.0︰1.0、8.5︰1.5、8.0︰2.0，質量比，g/g），利用動態(tài)流變儀、物性測試儀和掃描電鏡，研究兩者復配后體系流變和凝膠特性的變化。結果：結果表明玉米淀粉及兩者復配體系屬于屈服-假塑性流體，隨著黃原膠比例的提高，復配體系的稠度系數(shù)顯著增加，流體指數(shù)降低，假塑性增強，但黃原膠比例大于10%時，增加不再顯著。動態(tài)流變學試驗顯示，在冷卻階段，復配體系具有更為優(yōu)越的黏彈性，黃原膠可與淀粉分子間相互作用形成氫鍵，使得分子鏈段間的纏結點增加，同時，可延緩及阻止部分直鏈淀粉分子間的重新排列，從而抑制淀粉凝膠體系的回生，復配體系形成了質地更為柔軟的凝膠。與原淀粉凝膠體系相比，復配體系糊化后2 h 內(nèi)的貯能模量增長速度延緩，放置24 h后形成的凝膠硬度更低。綜合考慮，在實際應用中選擇玉米淀粉與黃原膠質量比為9.0︰1.0 g/g較為適宜。結論：綜合考慮成本和復配效果，表明在實際應用中選擇玉米淀粉與黃原膠的比例為9.0︰1.0 g/g較為適宜。復配是一種成本低、效果好、工藝簡單、適合工業(yè)化生產(chǎn)的方法，采用復配的方法，可改善玉米淀粉本身性能的不足，從而減少或替代變性淀粉在食品中的應用。研究結果可為更好的在食品工業(yè)中應用玉米淀粉/黃原膠復配體系及品質控制提供參考。

來源出版物：農(nóng)業(yè)工程學報, 2011, 27(9): 357-362

入選年份：2015

機插雜交粳稻超高產(chǎn)形成群體特征

張洪程，趙品恒，孫菊英，等

摘要：目的：水稻插秧機械化已經(jīng)成為現(xiàn)代化水稻高效生產(chǎn)的重要發(fā)展方向，雜交粳稻在繁茂性、豐產(chǎn)性等方面具有明顯的優(yōu)勢，而有關雜交粳稻機插的研究較少。該文在研究雜交粳稻不同機插水稻群體產(chǎn)量及其結構、群體莖蘗動態(tài)、葉面積動態(tài)與組成、光合勢、干物質積累、群體生長速率等差異的基礎上，初步闡明機插雜交粳稻超高產(chǎn)形成的群體特征。方法：試驗于2007—2008年在江蘇省常熟市辛莊現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水稻示范基地進行。試驗材料為常熟市農(nóng)科所所育中熟晚粳雜交稻品種常優(yōu)1號、常優(yōu)2號和常優(yōu)3號。為塑造不同的產(chǎn)量群體（高產(chǎn)群體和超高產(chǎn)群體），氮、磷、鉀肥施用比例及氮肥運籌采用了當?shù)爻Ｒ?guī)高產(chǎn)栽培與機插水稻超高產(chǎn)栽培2種方式。以上不同品種的高產(chǎn)與超高產(chǎn)群體試驗面積均達0.67 hm2，3次重復，且各試驗處理間單獨排灌。結果：超高產(chǎn)形成的群體特征主要為：（1）以足量的穗數(shù)與較大的穗型協(xié)調產(chǎn)出足夠的群體總穎花量（50000萬/hm2以上），并保持正常的結實率與千粒質量（結實率85%以上，千粒質量27 g左右）。（2）在合理的莖蘗動態(tài)（群體于有效分蘗臨界葉齡期左右夠苗，高峰苗適宜，一般為預期穗數(shù)的1.3倍）與葉面積指數(shù)（LAI）動態(tài)（孕穗期LAI達7.8～8.0，抽穗后LAI下降平緩，成熟期仍能保持3.0左右。）基礎上提高成穗率（75%以上）與有效葉面積、高效葉面積比例（抽穗期有效葉面積率達95%，高效葉面積率達75%以上），以保證實現(xiàn)不同生育階段目標生產(chǎn)力。（3）以合理增加拔節(jié)-抽穗期物質生產(chǎn)與積累［群體生長速率22.5 g/（m2·d），干物質積累量9000 kg/hm2以上，占總干物質量的45%左右］為重點，有效增強抽穗-成熟期群體物質生產(chǎn)與積累［群體生長速率13.5 g/（m2·d）左右，干物質積累量8000 kg/hm2以上，占總干物質量的40%左右］，以提高最終生物學產(chǎn)量（20400 kg/hm2以上）。結論：綜合以上機插雜交粳稻超高產(chǎn)形成群體特征規(guī)律的研究可知，通過合理的栽培管理措施，在機插雜交粳稻的種植過程中，通過穗數(shù)與穗型的協(xié)調出足量的群體總穎花量（50000萬/hm2以上），并保持相對較高且穩(wěn)定的結實率與千粒質量，合理的群體莖蘗數(shù)與葉面積指數(shù)，合理消長動態(tài)及拔節(jié)后較高的群體生長率和干物質積累量，易于實現(xiàn)機插雜交粳稻超高產(chǎn)。

來源出版物：農(nóng)業(yè)工程學報, 2012, 28(2): 39-44

入選年份：2015

中國區(qū)域畜禽糞便能源潛力及總量控制研究

耿維，胡林，崔建宇，等

摘要：目的：隨著中國畜禽養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，產(chǎn)生的大量畜禽糞便嚴重影響了土壤和水體的安全。畜禽糞便是一種重要的生物質資源，既可以提供能源又有利于環(huán)境保護。中國畜禽養(yǎng)殖種類多，養(yǎng)殖形式復雜多樣，因此準確評估畜禽糞便資源難度較大。該文以環(huán)保部、統(tǒng)計局和農(nóng)業(yè)部發(fā)布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎，研究中國主要31省的畜禽糞便資源總量、能源潛力及農(nóng)地氮磷負荷，并對畜禽養(yǎng)殖環(huán)境容量進行初步評估。方法：為得到更加接近實際的評估結果，該文以飼養(yǎng)數(shù)量最多的10 類畜禽為研究對象，利用國家統(tǒng)計局公布的畜禽飼養(yǎng)數(shù)量和飼養(yǎng)規(guī)模數(shù)據(jù)，參照中國2009年頒布的《畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》和前人的研究成果，分別確定了10類畜禽在中國6大區(qū)域的產(chǎn)排污系數(shù)，結合國家環(huán)?？偩止嫉男笄蒿曫B(yǎng)周期數(shù)據(jù)，計算出畜禽糞便和主要污染物的資源總量及其在各省的分布情況，利用化學需氧量的沼氣轉化系數(shù)，得到各省畜禽糞便的能源潛力。以國家統(tǒng)計局公布的耕地和牧草地面積，計算各省單位面積農(nóng)地的總氮和總磷負荷，并以歐盟的農(nóng)地氮磷施用標準為依據(jù)，對中國農(nóng)地污染風險進行評估。最后以農(nóng)地氮磷養(yǎng)分的環(huán)境承載力反演畜禽養(yǎng)殖環(huán)境容量，并與各省實際畜禽養(yǎng)殖數(shù)據(jù)相比，開展了區(qū)域畜禽養(yǎng)殖總量控制研究。結果：從評估數(shù)據(jù)中可以看出，2010年，中國畜禽糞便總量達22.35億t，折標煤7659.41萬t，可產(chǎn)沼氣1072.75億m3，折甲烷643.65億m3，已相當于同期中國天然氣年消費量的60%。山東、河南、四川、內(nèi)蒙古、河北和遼寧6省畜禽糞便資源量在1.0億t以上，約占總量的41%，山東、河南、四川、河北、遼寧、內(nèi)蒙古、黑龍江和吉林8省COD產(chǎn)生量最多，均超過1500萬t，總計占全國總量的51%；總體上中國的農(nóng)地單位面積氮、磷平均負荷分別為43.73和9.16 kg/hm2，低于歐盟的限量標準，北京、天津、湖南、廣東、河南、山東6省市農(nóng)地氮磷負荷超標，農(nóng)地已存在不同程度的污染。分別以總氮和總磷為基準，全國畜禽養(yǎng)殖環(huán)境容量為129.56億頭豬當量和159.74億頭豬當量，實際養(yǎng)殖總量約占環(huán)境容量的1/4，考慮化肥施用的影響，約有20個省超過本省50%環(huán)境容量，污染風險較高，應適當實施總量控制措施并強化畜禽糞便綜合利用。結論：中國畜禽糞便資源總量大，但利用率不高，隨著畜禽養(yǎng)殖集約化程度的加深，發(fā)展以糞便為原料的沼氣工程潛力巨大。由于畜禽養(yǎng)殖分布不均，且主要為規(guī)?；B(yǎng)殖，在當前種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)分離的情況下相當于點源，因此應警惕農(nóng)地氮磷點源污染，對污染風險較大的點源地區(qū)應實施總量控制和污染消減措施。該文中畜禽的產(chǎn)排污系數(shù)和飼養(yǎng)周期決定了評估結果的準確性，因此，細化產(chǎn)排污系數(shù)的計算方法以及畜禽的飼養(yǎng)期的確定還有待于進一步研究。

來源出版物：農(nóng)業(yè)工程學報, 2013, 29(1): 171-179

入選年份：2015

缽苗機插水稻產(chǎn)量形成優(yōu)勢及主要生理生態(tài)特點

張洪程，朱聰聰，霍中洋，等

摘要：目的：隨著中國水稻種植機械化的發(fā)展，改變了人工移栽費時費工的傳統(tǒng)方式，勞動生產(chǎn)效率大大提高，機插秧面積迅猛擴大。但盤育機插小苗秧齡彈性小、易形成超秧齡弱秧、機插植傷重等問題，造成水稻全生育期對當季溫光資源的利用不充分，影響植株個體和群體生產(chǎn)潛力充分發(fā)揮。水稻缽苗機插實現(xiàn)了缽育壯苗的機械精準移植，兼有拋秧壯苗和機插高效的優(yōu)點。該文通過對缽苗機插水稻生長發(fā)育特征研究，從生物學角度為缽苗高產(chǎn)栽培提供指導。方法：在長江中下游不同生態(tài)區(qū)選用當?shù)卮竺娣e種植的代表性品種淮稻8號、甬優(yōu)8號、常優(yōu)5號、皖稻68、鎮(zhèn)稻11、武運粳24為材料，并以盤育毯狀小苗機插為對照（CK），設置缽苗機插高產(chǎn)示范田和對比小區(qū)試驗。缽育秧苗均采用機插專用缽盤實施旱育秧，由RX-60AM缽苗乘坐式高速插秧機進行本田移栽，水稻栽培規(guī)格與密度均按最佳優(yōu)化指標實施。揚州小區(qū)試驗缽苗秧齡30 d，機插行距為33 cm，穴距為12 cm，每穴2本；毯狀秧齡20 d，機插行距為30 cm，穴距為13 cm，每穴3本；揚州后作稻受苗期高溫影響，缽苗和毯苗統(tǒng)一移栽時秧齡分別為34和17 d。各地示范大田至少選取6塊地力均衡大田作為缽育機插苗試驗用地，同時選取鄰近4塊地力一致且均衡大田作為毯苗機插對照，各田塊面積約0.2～0.3 hm2，肥水管理均按當?shù)爻Ｒ?guī)高產(chǎn)栽培方式統(tǒng)一進行。通過對2種機插方式產(chǎn)量及其結構、群體生長發(fā)育動態(tài)各項指標進行系統(tǒng)比較，研明缽苗機插水稻生理生態(tài)特點和產(chǎn)量形成特征。結果：與水稻毯狀小苗機插相比，機插缽苗秧苗素質高，活棵發(fā)苗快，栽后兩周內(nèi)測定的各生長指標均極顯著高于CK。高峰苗數(shù)較小，持續(xù)時間長，下降平緩，最終成穗率較CK高7%；缽苗機插水稻生育中、后期群體生長率和凈同化率相對較高。抽穗后群體光合勢、干物質積累等光合物質生產(chǎn)指標均顯著或極顯著高于毯苗機插，其中抽穗至成熟期干物質積累量增加8.7%；缽苗機插水稻抽穗后根系活力各項指標均較優(yōu)，乳熟期穎花根活量提高14.2%，且抗倒伏能力較強，基部節(jié)間倒伏指數(shù)小7%～16.8%。缽苗機插水稻具有顯著的增產(chǎn)優(yōu)勢，比毯苗機插增產(chǎn)6.0%～12.6%。增產(chǎn)的主要原因是群體穎花量的提高，究其原因是每穗粒數(shù)的極顯著提高。此外，從兩年多地多品種水稻的比較試驗結果來看，缽苗機插水稻不僅在長江中下游單季稻區(qū)、江西雙季稻區(qū)等不同生態(tài)區(qū)表現(xiàn)出顯著的增產(chǎn)優(yōu)勢，在江蘇的單季粳稻和瓜后稻、江西的早稻和晚稻等同地的不同種植制度下也增產(chǎn)顯著。該試驗中選用的常規(guī)粳稻、雜交稻等品種采用缽苗機插均顯著增產(chǎn)，進一步說明了缽苗機插水稻的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)特性以及較強的生產(chǎn)適應性。結論：與水稻毯狀小苗機插相比，機插缽苗緩苗期短，早生快發(fā)，高峰苗數(shù)較小，但成穗率高。缽苗機插水稻生育中、后期群體生長率和凈同化率相對較高，抽穗后群體光合勢、干物質積累等光合物質生產(chǎn)指標均顯著或極顯著高于毯苗機插；缽苗機插水稻抽穗后根系活力各項指標均較優(yōu)，后期抗倒伏能力強。缽苗機插水稻具有顯著的增產(chǎn)優(yōu)勢，其產(chǎn)量形成優(yōu)勢的主要特征是“穗大粒多”。

來源出版物：農(nóng)業(yè)工程學報, 2013, 29(21): 50-59

入選年份：2015

中短波紅外聯(lián)合氣體射流干燥提高茯苓品質

張衛(wèi)鵬，肖紅偉，高振江，等

摘要：目的：茯苓是中國傳統(tǒng)的中藥材，是一種藥用真菌。干燥過程引起的質量問題制約著中草藥的發(fā)展。茯苓丁（15 mm×15 mm×15 mm）自然晾曬干燥需約7 d，而熱風干燥易引起茯苓塊破碎。為探索茯苓的干燥特性，改善茯苓干燥品質，該文將中短波紅外和氣體射流技術結合對茯苓進行干燥，并結合Weibull模型、Dincer模型對干燥過程進行了分析。方法：利用中短波紅外干燥箱進行單因素干燥試驗，輻射功率為2 kW，輻射距離為100 mm，溫度45、50、55、60、65℃，風速4、6、8 m/s。手動稱量茯苓干燥過程質量變化，并繪制干燥曲線和干燥速率曲線。利用Weibull函數(shù)模型擬合干燥曲線，求出尺度參數(shù)、形狀參數(shù)對干燥過程進行分析。利用Dincer模型擬合干燥曲線，求出滯后因子、干燥系數(shù)、畢渥數(shù)、傳質系數(shù)對干燥過程進行分析。利用Fick第二定律、Weibull函數(shù)模型、Dincer模型分別計算出茯苓干燥過程的水分有效擴散系數(shù)，并對比分析。結果：（1）與氣體射流干燥相比，中短波紅外聯(lián)合氣體射流干燥可縮短干燥時間，降低破碎率約18%，提高浸出物質量分數(shù)約1%；聯(lián)合干燥過程亦為降速干燥；試驗參數(shù)范圍內(nèi)，提高溫度、風速均可提高干燥速率，破碎率和浸出物質量分數(shù)與干燥條件無相關關系。（2）尺寸參數(shù)α范圍為79.174～151.921 min，約等于對應試驗條件下，物料內(nèi)的水分蒸發(fā)63%所需要的時間；形狀參數(shù)β與物料干燥過程中的物料狀態(tài)和水分遷移機理有關，β值的范圍為0.9010～0.9951，在0.3～1之間，表明干燥過程受內(nèi)部水分擴散控制，全程為降速干燥；（3）滯后因子G，范圍為1.0136～1.0202；溫度、風速越高，干燥速度越快，干燥系數(shù)S也越大；（4）聯(lián)合干燥技術的的畢渥數(shù)Bi為0.0826～0.0982，小于0.1，表明導熱過程由邊界的對流換熱熱阻決定。傳質系數(shù)k的范圍為1.0319×10-6～1.8003×10-6m/s。（5）基于Fick第二定律、Weibull分布函數(shù)、Dincer模型計算的水分有效擴散系數(shù)變化趨勢一致，均隨溫度、風速的升高而增加。Fick第二定律不要求干燥曲線呈“指數(shù)”形式，但僅適用于降速干燥。Weibull分布函數(shù)不考慮邊界的對流換熱熱阻。Weibull分布函數(shù)、Dincer模型均可應用于非降速干燥，但二者的缺陷是干燥曲線需呈“指數(shù)式”擬合。結論：中短波紅外聯(lián)合氣體射流干燥技術可提高茯苓品質，借助于Weibull函數(shù)、Dincer模型可從不同角度更全面地解讀物料干燥過程。

來源出版物：農(nóng)業(yè)工程學報, 2015, 31(10): 269-276

入選年份：2015