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期刊信息/Journal information
农业工程学报
中国农业工程学会
农业工程学报

中国农业工程学会

朱明

半月刊

1002-6819

tcsae@tcsae.org

010-65929451，65910066转2503、3503

100125

北京朝阳区麦子店街41号

农业工程学报/Journal Transactions of the Chinese Society of Agricultural EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>《农业工程学报》是由中国农业工程学会主办的全国性学术期刊,自2005年始为单月刊。编委会名誉主任:汪憨华院士,编委会主任兼主编:杨邦杰教授《农业工程学报》为全国中文核心期刊,在最新版的《中文核心期刊要目总揽》中位居"农业工程类"期刊榜首；2001年入选中国期刊方阵"双效"期刊；被中国科协主办的《中国学术期刊文摘》选为首批收录期刊；先后被美国工程索引(EI Page one)、英国国际农业与生物中心(CAB International)、检索系统、数据库收录。
正式出版
收录年代

    水稻田间育秧水肥药变量喷灌装置设计与试验

    刘赛赛马旭王宇唯王曦成...
    1-14页
    查看更多>>摘要：为解决南方水稻工厂化田间育秧水肥药人工管理作业中存在的灌溉均匀性差、化肥和农药浪费以及劳动强度大等问题,该研究设计了一种水稻田间育秧水肥药变量喷灌装置,阐述了水肥药变量喷灌装置总体结构和工作原理,进行了关键部件设计与试验;以可编程逻辑控制器(programmable logic controller,PLC)为控制核心,构建了注肥量在线调控及整机变量喷灌控制系统.采用Box-Behnken试验设计方法,对装置喷灌均匀性与主要影响因素进行试验研究,应用单目标优化方法对喷灌关键参数进行优化,并通过验证试验,得到最优参数组合为:干管入口水压0.20 MPa、球阀开度90°、喷头喷角80°,此时装置的喷灌均匀性为92.69％;构建了氯化钾肥液质量浓度与电导率(electrical conductance,EC)值的线性模型,开展了装置变量灌溉施肥性能试验,3种喷灌等级下各作业区的肥液EC值分别为1.65、1.66和1.68 mS/cm,平均喷灌强度分别为900.85、1 092.04和1 263.67 mm/h,施肥均匀系数分别为85.21％、87.86％和91.62％.采用水肥药变量喷灌装置开展水稻育秧田间管理试验,华航51常规稻和广8优165杂交稻的秧苗长势均匀度均高于95％,成毯性良好,各项素质指标满足机插作业要求.所设计的水肥药变量喷灌装置能够满足水稻田间育秧水肥药变量喷灌作业要求,对提高水稻工厂化田间育秧机械化水平、保证秧苗质量具有实际应用价值.

    水稻灌溉田间育秧变量喷灌水肥药管理大型喷灌机秧苗质量

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    设施园艺电驱移动平台轮毂电机设计及其磁-热耦合性能

    鲁应涛姜逸菲刘逸龙罗志涛...
    15-24页
    查看更多>>摘要：针对设施园艺作业场景下电驱移动平台的低速大扭矩牵引作业需求,该研究设计了一种减速内转子轴向磁通轮毂电机,建立电机的电磁有限元模型并分析其电磁和损耗特性.考虑到绕组电阻率受温度变化影响,构建基于热网络法的轮毂电机磁-热耦合改进模型.与台架试验结果相比,基于改进模型获得的转矩预测值较传统模型的精度提高了 5.33％,验证了模型的正确性.利用改进模型分析了温度和相电流对电机转矩特性的影响,仿真结果表明,输出转矩随电机温度增加而降低;在0～20A,电机平均输出转矩与相电流呈线性关系.试验结果表明,轮毂电机功率随转速增加而增大,峰值功率可达4.59 kW,而转矩基本保持恒定;在转速450～900 r/min、转矩300～600 N·m时,电机效率高达93.2％.研究结果可为轴向磁通电机初步设计与多场耦合影响下电机性能分析提供思路.

    农业电机模型热网络法磁-热耦合温升特性

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    育种马铃薯单株收获根系稳定性分析与试验

    杨然兵王伟静潘志国青苡任...
    25-35页
    查看更多>>摘要：针对育种试验马铃薯机械收获过程中根系团聚体易破碎、株间块茎易混杂,导致后续块茎性状信息提取困难、工作效率低等问题,以中原二作区无性一代马铃薯为研究对象,建立入土角-植株运动模型和根系振动模型,并对马铃薯根系在挖掘过程和输送过程进行受力和运动分析,得出单株根系稳定性随着挖掘铲入土角的增大而减小,随输送时间的增加,块茎在振动方向和输送方向呈往复性运动的规律;进一步应用离散元仿真分析方法建立了块茎-根系-土壤离散元模型,确定了挖掘铲的最佳入土角度范围为20°～28°;设计了以挖掘铲入土角、机具前进速度和输送装置的振动频率为试验因素,以单株完整率为试验指标的正交旋转组合试验,并进行响应曲面分析,结果表明,单株完整率最大时的最佳参数组合为:挖掘铲入土角21.8°,机具前进速度0.96 km/h、振动频率1.44 Hz,单株完整率为100％,该参数组合下田间试验平均单株完整率为95.1％.该研究可为育种试验马铃薯收获机的设计提供工作参数选取依据和理论基础.

    育种马铃薯收获离散元根系稳定

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    基于甘蔗耕地黏土离散元参数标定的流变模型构建

    张彪杨鑫三王京云陈警...
    36-44页
    查看更多>>摘要：针对华南宿根甘蔗的耕地土壤因多级复合团聚显现的逐层异构黏重性,为表征其特异性流变行为,该研究通过重黏土的离散元参数标定,构建团粒几何、力学属性多层演变的非匀质耕层模型,进而分析仿生壁板的推进阻力.结合休止角与三轴压缩试验及仿真结果,JKR表面能、恢复系数与动摩擦因数是影响重黏土流变响应的显著因子,不同耕层间参数差异明显.蕴含团粒级配分布、本征接触属性与黏聚特性的离散元模型具有表征多耕层复合流变性能的能力,通过三轴力学试验验证得到的本构响应偏差低于9.27％.采用该模型计算出的仿生耕作壁板推进阻力与土槽实测推进阻力之间的相对误差仅8.3％,表明对机具—土料互作关系的预测有效且较准确.研究结果可为触土部件适应性设计与动力学优化提供数据支持和模型参考.

    重黏土离散元模型参数标定黏聚特性流变行为

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    粉垄深松深耕改善南疆重度盐碱土理化性质和棉花产量及其后效

    刘洪光李智杰李玲徐强...
    45-57页
    查看更多>>摘要：南疆地区棉田土壤高盐碱与板结限制棉田增产增效.粉垄耕作有利于破除土壤板结层、促进灌溉洗盐作用.为探讨粉垄深松深耕对盐碱棉田的改良效果,该研究开展2 a(2021-2022年)田间试验,共设置3个粉垄耕作深度(DT20:深松20 cm,DT40:深松40cm,DT60:深松60 cm)与常规耕作(五铧犁翻耕20 cm)交替,并设置CT20为连续2 a常规耕作,分析其对土壤理化性质、棉花生长及籽棉产量的影响,通过结构方程模型量化明确作物增产效应.结果表明:1)粉垄深松深耕能够疏松耕作范围内土壤以优化土壤结构.其中DT60较DT20与CT20显著降低耕作深度范围内的土壤容重、粗大团聚体(＞2mm)的含量与黏粒和粉粒(＜0.053 mm),这使得土壤的平均重量直径和平均几何直径显著降低,并增加孔隙度和微团聚体(＜0.25～0.053 mm)的含量.2)DT40与DT60处理能够显著增加0～40 cm 土壤水分,并降低土壤盐分和pH值,而DT20处理则仅能降低0～20 cm的土壤盐分,而DT60能够较DT40显著降低0～60 cm 土壤盐分和pH值,但不能显著增加土壤水分.盐分降低促进了土壤中0～40 cm 土层有机碳和0～60 cm的全氮累积.3)结构方程模型的分析表明,土壤盐分是影响籽棉产量的间接因子,干物质量累计和棉铃质量为直接因子.土壤盐分的降低,有利于土壤养分累积和根系生长,促进养分向植株运移和累积,提高棉花干物质累积量和籽棉产量.因此DT60处理使得土壤盐分降低的效果最佳,使得该处理下的增产效果最佳.综合分析得,粉垄深松深耕60 cm与常规耕作交替的制度能够实现南疆重度盐碱棉田改良与增产增效协同.

    棉花土壤盐碱化粉垄深松深耕产量结构方程模型

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    基于复杂种植结构多情景分析的灌区多目标多水源优化配置

    王光耀杜丽娟樊煜雷波...
    58-67页
    查看更多>>摘要：为改善多水源灌区农业用水供需矛盾,通过合理调整种植结构,优化灌区水资源配置,该研究以河北省邯郸市漳滏河灌区为研究对象,将农业灌溉缺水量最小和农作物经济效益最大作为目标函数,兼顾灌区生态安全约束,构建了基于种植结构优化的多目标多水源优化配置模型,针对作物熟制、作物种类、种植制度以及灌溉方式设置了8种不同的种植结构优化情景,通过自主改进的基于精英策略并协遗传算法(NSGAⅡ-S)对模型求解,获得不同情景下的水资源优化配置方案.结果表明:应用模型进行水资源配置后,各情景配水总量均有所减少,其中水库配水量高于其他水源的配水量,水库水、引黄水和引江水均达到用水总量控制目标,民有分区的各计算单元间的配水量变化明显,总配水量高于滏阳河分区;适当压减主要依靠抽取地下水灌溉的冬小麦的播种面积,变灌溉农业为旱作雨养农业,可以极大地减少地下水用量,增加灌区经济效益;最佳的种植结构优化方案为CS4(削减冬小麦的种植面积,种植苜蓿,灌溉方式采取管灌或喷灌),该方案冬小麦播种面积压减17.10％,地下水开采量减少了 16.42％,灌区的经济效益增加了 26.41％,在保证配水总量最小的同时,具有更高的经济效益.该研究所构建的多目标多水源优化配置模型和作物配水结果可为类似地区的水资源配置提供参考.

    水资源灌溉农业多水源多情景多目标种植结构

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    土壤水分数据融合及其在旱涝灾害多维度评估中的应用

    张蕾郭安红宋迎波何亮...
    68-76页
    查看更多>>摘要：获取高精度的土壤相对湿度对开展土壤墒情和旱涝精细化监测评估和预报预警有重要意义.该研究基于2020-2023 年 4-11 月中国气象局陆面数据同化系统(China Meteorological Administration Land Data Assimilation System,CLDAS)逐日土壤相对湿度、全国土壤水分自动站逐小时土壤相对湿度以及土地利用类型、土壤属性、地理信息等数据,采用随机森林和支持向量机模型构建土壤水分自动站观测和CLDAS反演的土壤相对湿度动态融合订正模型,基于融合的土壤相对湿度构建土壤旱涝强度-面积-时间多维度评估指数,开展多维度旱涝监测评估.结果表明:1)采用随机森林模型融合后,0～10、0～20、0～50 cm 土壤相对湿度与观测的土壤相对湿度的决定系数分别为0.79、0.81、0.80,相对均方根误差分别为13.81％、11.40％、9.50％,优于支持向量机模型.2)全国土壤缺墒日数百分率呈东南至西北增加趋势,内蒙古中西部、西北地区大部普遍在70％、甚至80％以上,内蒙古东南部、华北中北部、西南地区中西部为50％～70％,中东部大部在40％以下;土壤过湿日数百分率呈东南至西北减小趋势,华南东部和南部、西南地区南部、东北地区东北部多数在50％以上.3)基于融合土壤相对湿度数据构建的土壤缺墒、土壤过湿、墒情指数以及旱涝面积、持续时间指数,明显提升了 2022年长江流域高温干旱、2023年台风"杜苏芮"和"卡努"等典型灾害性天气过程动态评估的定量化、精细化水平.土壤湿度融合数据及其旱涝评估指数可有效助力旱涝灾害多维度精细化定量评估,为防灾减灾提供重要支撑.

    模型土壤相对湿度旱涝指数随机森林支持向量机

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    1960-2020年珠江流域跨季节尺度干旱时空变化

    张灵吴恩捷潘浩桦张朱琳...
    77-84页
    查看更多>>摘要：全球气候变化背景下,珠江流域干旱事件尤其是跨季节干旱事件频发,研究珠江流域不同时间尺度下的干旱时空特征对于流域水资源配置和农业结构调整至关重要.为了了解珠江流域跨季节干旱时间时空变化特征,研究基于1960-2020年珠江流域44个气象站逐日气象观测数据,计算不同时间尺度下的标准化降水蒸散指数(standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI),结合线性倾向估计法、Mann-Kendall 突变检验以及 Morlet 小波分析,分析了近60 a来珠江流域跨季节干旱时空变化特征.结果表明:1)1960-2020年间珠江流域跨季节干旱事件中,秋冬及秋冬春连旱化趋势显著,呈弱干旱化趋势,且干旱化频率有所上升,连旱强度以中旱和轻旱为主,连旱影响范围以局域性为主,其次为全域性,秋冬春季节连旱在1962年和1997年分布出现由干转湿和由湿转干的突变.2)珠江流域秋冬及秋冬春季节连旱普遍存在9～14a变化周期,相关分析表明珠江流域干湿变化与同期厄尔尼诺现象显著相关.3)珠江流域秋冬及秋冬春季节连旱尺度下大致呈东西干而中间湿的空间分布格局,红水河至左江及郁江流域连旱化趋势减弱,但连旱化频率仍较高,东江流域秋冬季节连旱化频率高且呈弱连旱化趋势,湿润化速率自西南向东北递减,未来发生季节连旱风险高.研究结果可为珠江流域干旱监测与防灾减灾措施提供指导和建议.

    干旱珠江流域SPEI时空特征M-K突变检验Morlet小波分析

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    基于称量反馈的设施番茄灌溉系统的构建与应用

    刘天翔郭文忠韩晓蓓海云瑞...
    85-96页
    查看更多>>摘要：为提高设施番茄灌溉的精准性,该研究设计了一种基于称量反馈的灌溉系统,该系统包括称量反馈模块、多源信息采集传输模块、灌溉决策模块与水肥执行模块.称量反馈灌溉决策首先利用卫星定位模组获取灌溉地经纬度信息自动计算当天的日出时刻、日落时刻、日中时刻,结合椰糠条吸水特性与番茄植株日需水量变化规律,把1d自动划分为4个不同的动态灌溉阶段;根据温室内温湿度信息及排液电导率(electrical conductivity,EC)值反馈的番茄植株根部信息,制定了一般模式灌溉肥液或洗盐模式灌溉清水(或低浓度营养液).设计试验以基于辐射累积控制灌溉、定时灌溉作为对照,分别从栽培效果、灌溉效果、应用效益方面验证该灌溉系统的应用效果.结果显示使用该称量反馈灌溉系统比基于辐射累积控制灌溉系统灌溉量增加1.8％,用肥量减少7.3％,排液比降低7.9％,排液EC值降低9.3％;与定时灌溉方式相比灌溉量减少11.3％,用肥量减少20.0％,排液比降低17.9％,排液EC值降低4.9％.栽培效果显示,使用该称量反馈灌溉系统的椰糠条栽培番茄在茎粗、叶片叶绿素相对含量、糖度值、单穗质量和基于辐射累积的控制灌溉相比无显著性差异(P＞0.05),但株高增加4.8％;与定时灌溉相比在株高、茎粗、叶片叶绿素相对含量、糖度值、单穗质量均无显著性差异(P＞0.05).预计使用该称量反馈灌溉系统,园区15栋日光温室(1.22hm2)相比基于辐射累积控制灌溉,应用效益月节约0.276万元,与定时灌溉方式相比,园区月节约2.247万元.该系统简化了番茄植株需水量的计算过程,实现了番茄栽培水分的精准感知与按需精量灌溉.

    灌溉蒸腾传感器番茄称量反馈灌溉系统

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    滴头流量对土壤甲烷吸收扩散转化及马铃薯产量的影响

    赵健宇杨开静王凤新
    97-106页
    查看更多>>摘要：准确认识滴头流量对甲烷在土壤内部的扩散与氧化以及地表净吸收的调控作用,对于提高滴灌农田甲烷吸收潜力以减缓全球气候变化具有重要意义.该研究于2021年和2022年在甘肃武威开展田间试验,设置3个滴头流量(F1:1.3 L/h,F2:2.0 L/h,F3:3.0 L/h),探究不同土层甲烷的扩散与吸收及地表净吸收特征及对土壤环境因素的响应.结果表明:在0～40 cm 土层,F1处理甲烷平均扩散通量显著高于F2和F3,然而＞40～60 cm 土层与此规律正好相反.F1处理的地表累积甲烷吸收量比F2和F3增加5.9％～13.8％.甲烷吸收主要发生在0～20 cm表层土壤,占到总吸收量的72.1％～82.5％.与其他土壤环境因素相比,土壤孔隙含水率对土壤甲烷浓度影响最大,F1处理的表层土壤土壤孔隙含水率较低,有利于甲烷从大气进入土壤并向深层扩散,从而增加甲烷吸收量.此外,F1处理的马铃薯产量和灌溉水分利用效率较高.在滴灌管理中应考虑通过合理的滴头流量调控土壤湿润范围营造良好的土壤水分和通气性,以增加土壤甲烷汇的能力和马铃薯产量.研究结果可为滴灌农田土壤碳汇调控与马铃薯产量提升提供参考.

    甲烷土壤水分碳滴头流量扩散

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