面向低损失机械化收获的油菜角果抗裂角性和株型结构与拨禾机理研究

扫码查看

原文链接

NETL

中文摘要：农机与农艺相融合一直是我国农业生产中的短板，我国作为世界主要的油菜生产大国之一，油菜机械化收获技术水平却不高。产生上述问题的原因之一是现有油菜联合收割机与油菜角果抗裂角性和油菜株型结构特征之间的不匹配。油菜角果抗裂角性差、分枝过多交叉缠绕、角果成熟不一致的特性导致了大量机械化收获损失，尤其是割台损失。为了研究面向机械化收获的油菜角果抗裂角性大小和株型分枝结构特征，筛选出适宜机收的典型油菜品种，本文采用农机与农艺相结合的研究方法，基于生物学、形态学、遗传学、碰撞力学和随机过程理论等，对油菜角果抗裂角性和株型结构特征进行了深入研究，主要研究工作包括： 1、对油菜角果抗裂角性的检测与表征方法进行了研究，基于油菜机械化联合收获的实际工况，提出了便于田间检测，可以真实反映收获期田间角果抗裂角性的二自由度随机碰撞法，确定了其合理的碰撞参数。并将此方法与摇床随机碰撞法和拉裂法进行了对比分析，EDEM仿真发现二自由度碰撞法的钢球运动相比摇床碰撞法下速度更大、更均匀，且无打滑现象。使用三种方法对不同油菜品种相同条件下的角果抗裂角性进行检测，对比分析测试结果的稳定性和区分度，发现二自由度随机碰撞法的结果重复性更好、对品种间角果抗裂角性的区分度更高。通过比较同种含水率下田间角果和室内水分平衡后的角果抗裂角性发现，田间角果的抗裂角性显著低于室内水分平衡角果，这说明田间实时测试角果才可体现角果的真实特性。因此，二自由度随机碰撞法是一种更可靠的角果抗裂角性测试方法。 2、采用二自由度随机碰撞法对全株油菜角果的抗裂角性进行了测试，使用皮尔森相关性和灰色关联度方法综合分析了角果形态特性（角果长、宽和厚，果皮厚、角喙长、角果体积和千粒重等）和株型特征（株高、主茎杆直径、分枝数、最下分枝起点高度和相对高度、分枝长与分枝角度、分枝集中度、分枝角果层直径与厚度等）与角果抗裂角性的相关性，发现角果抗裂角性与果皮厚度、千粒重、角果厚度和相对分枝起点高度呈显著正相关，应在品种选育过程中予以加强研究。研究了油菜品种、角果着生部位、角果尺寸、种植年份等外在因素对角果抗裂角性的影响，发现油菜品种和角果着生位置和对抗裂角性和角果大小均有显著影响。通过对全株油菜角果测试发现田间油菜植株的分枝角果的抗裂角性显著高于主花序角果，而主花序顶端和底部角果的抗裂角性较差，因此，在收获过程中应尽量减少对植株顶部的打击碰撞，喷洒脱水剂时应重点对中间部位的角果喷施。 3、对适宜机械化收获的油菜角果抗裂角性和株型分枝结构特征进行了研究。为了筛选可靠的抗裂角油菜品种，对不同转速下的拨禾轮弹齿与油菜角果间的碰撞力进行测试采集与分析，得到了收获机在拨禾轮低速、中速、高速回转速度下的弹齿碰撞力大小，建立了角果抗裂角性二自由度碰撞法的抗裂角指数SRI与角果抗拉裂力F间的数学关系，并结合弹齿碰撞力的测试结果得到了满足割台收获期望的田间角果抗裂角指数大小（0.583）。通过对试验品种株型统计和形态分析，发现分枝角度与产量呈显著负相关，分枝起点高的株型更利于植株的光合作用，角果发育更好，产量更高。结合联合收获机的工作原理与过程，总结得出适宜机械化收获的油菜株型应具有株高较低、分枝少、角果层集中、株型紧凑、种子饱满、抗倒伏性强的特征。并对本研究中所得到的具有少分枝和抗裂角性试验材料进行了转录组分析，通过调查分析相关显著差异表达基因，推测油菜分枝发育可能与细胞分裂周期和细胞质分裂相关，抗裂角性可能与植物光合作用和花期相关，其在分子水平上为分枝的形成和抗裂角调控方面提供了新的研究依据。 4、针对油菜角果易裂角特性和分枝结构特征，结合联合收获机拨禾轮的作用和工作过程，提出了一种适于油菜株型收获的拨禾轮弹齿轨迹。入禾阶段弹齿以一定契合油菜分枝的角度入禾以减少碰撞力，推送过程弹齿应具有向割台内部方向的主动速度以便更好地推送油菜，离禾阶段弹齿角度应较小以防止挂禾。并根据弹齿轨迹对拨禾轮的结构进行了改进，通过对标准偏心拨禾轮和改进后拨禾轮的弹齿轨迹运动学分析和仿真发现改进后拨禾轮弹齿的每周作用范围更大，通过田间收获对比试验发现，改进后拨禾轮的割台损失率低于标准拨禾轮，说明改进后的拨禾轮更有利于油菜的收获。对筛选出的利于机械化收获具有典型抗裂角性和分枝结构特性的C6009品种进行田间机械化收获对比试验，发现其株型结构特征更有利于降低收获损失。

作者：

青苡任

展开 >

关键词：

油菜角果抗裂角性株型结构拨禾机理机械化收获

授予学位：

博士

学科专业：

农业工程

导师：

李耀明

学位年度：

2021

学位授予单位：

江苏大学

语种：

中文

中图分类号：