农业工程

张杰，任小龙，罗诗峰，等

环保地膜覆盖对土壤水分及玉米产量的影响

张杰，任小龙，罗诗峰，等

目的：地膜覆盖具有增温保墒效果，可显著提高作物产量，但随着地膜用量的逐年增加，地膜污染问题日益严重，已成为迫在眉睫需要解决的环境问题。该文通过在渭北旱塬进行不同材质地膜对比试验，探索和寻找可代替普通地膜的新型可降解环保地膜。方法：采用沟垄集雨种植方式，垄上覆膜，沟内种植，以传统平作为对照，随机区组排列，选用普通地膜（PM）、生物降解膜（SM）和液态膜（YM）3种不同材料地膜，通过测定播前至收获期垄、沟中及垄侧0～200 cm土层土壤水分含量，分析不同生育时期不同材料地膜覆盖处理的土壤含水率、贮水量动态变化，结合作物收获后测定的经济产量计算作物水分利用效率，综合研究不同材料地膜覆盖的增温保水增产效应。结果：（1）普通地膜和生物降解膜覆盖处理的玉米不同生育阶段根系主要分布区域0～60 cm土层土壤贮水量较对照均有所提高，且各集水处理间差异显著，随着玉米生育进程的推进，普通地膜和生物降解膜在高温下不同程度的降解和破损，集雨能力下降，在播种后115 d显著性差异消失；与液态膜相比呈显著性差异（P＜0.05），但液态膜的集雨效果在玉米整个生长阶段并不稳定；（2）由于集雨种植垄上覆膜的集雨和抑制土壤水分蒸发的效果，使集雨处理0～200 cm土层土壤含水率均高于对照（CK），不同材料覆盖处理的土壤水分空间变化规律相同，与液态地膜覆盖处理相比较，普通地膜和生物降解膜覆盖处理可有效提高土壤含水率，同时可显著降低0～60 cm土壤水分变异系数，增强0～200 cm土层土壤含水率的稳定性；（3）普通地膜、生物降解膜和液态地膜处理的2a平均玉米籽粒产量比对照（CK）分别提高了19.96%（P＜0.05）、19.67%（P＜0.05）和4.78%，水分利用效率分别比对照提高30.66%（P＜0.05）、29.68%（P＜0.05）和7.36%，普通地膜和生物降解膜处理均与对照（CK）呈显著性差异，液态膜处理的籽粒产量及水分利用效率与对照均无显著性差异；不同年际间作物的耗水状况因降雨分布和环境温度变化而不同，降雨分布较为均匀时各处理耗水量无明显差异，降雨分布不均时普通地膜和生物降解膜处理的集雨保墒效果明显，耗水量显著（P＜0.05）低于液态地膜和对照（CK）。结论：通过连续2a大田试验得出，不同材料集雨处理尤其是生物降解膜与普通地膜可显著提高土壤贮水量及含水率，同时较CK处理可显著提高土壤含水率的稳定性，由此对作物产量和水分利用效率有显著提高，但液态地膜增产效果不显著，因此可看出，生物降解膜可作为一种新型的环保覆盖材料替代普通地膜（PM）应用于农业生产中。

来源出版物：农业工程学报, 2010, 26(6): 14-19

入选年份：2015

玉米淀粉与黄原胶复配体系流变和凝胶特性分析

张雅媛，洪雁，顾正彪，等

摘要：目的：淀粉糊化后能形成具有一定弹性和强度的凝胶，凝胶的黏弹性、强度等特性直接影响到淀粉质食品的加工性能及品质，加工过程中原料的输送、搅拌、混合、能量的损耗等均与凝胶体的流变特性密切相关。因此，关于淀粉与胶体复配体系流变和凝胶特性的研究极为重要。方法：该文以玉米淀粉（含水率13.6%）和黄原胶（含水率9.5%）为原料，依据前期预试验结果，选取5个不同配比玉米淀粉/黄原胶复配体系（10︰0、9.5︰0.5、9.0︰1.0、8.5︰1.5、8.0︰2.0，质量比，g/g），利用动态流变仪、物性测试仪和扫描电镜，研究两者复配后体系流变和凝胶特性的变化。结果：结果表明玉米淀粉及两者复配体系属于屈服-假塑性流体，随着黄原胶比例的提高，复配体系的稠度系数显著增加，流体指数降低，假塑性增强，但黄原胶比例大于10%时，增加不再显著。动态流变学试验显示，在冷却阶段，复配体系具有更为优越的黏弹性，黄原胶可与淀粉分子间相互作用形成氢键，使得分子链段间的缠结点增加，同时，可延缓及阻止部分直链淀粉分子间的重新排列，从而抑制淀粉凝胶体系的回生，复配体系形成了质地更为柔软的凝胶。与原淀粉凝胶体系相比，复配体系糊化后2 h 内的贮能模量增长速度延缓，放置24 h后形成的凝胶硬度更低。综合考虑，在实际应用中选择玉米淀粉与黄原胶质量比为9.0︰1.0 g/g较为适宜。结论：综合考虑成本和复配效果，表明在实际应用中选择玉米淀粉与黄原胶的比例为9.0︰1.0 g/g较为适宜。复配是一种成本低、效果好、工艺简单、适合工业化生产的方法，采用复配的方法，可改善玉米淀粉本身性能的不足，从而减少或替代变性淀粉在食品中的应用。研究结果可为更好的在食品工业中应用玉米淀粉/黄原胶复配体系及品质控制提供参考。

来源出版物：农业工程学报, 2011, 27(9): 357-362

入选年份：2015

机插杂交粳稻超高产形成群体特征

张洪程，赵品恒，孙菊英，等

摘要：目的：水稻插秧机械化已经成为现代化水稻高效生产的重要发展方向，杂交粳稻在繁茂性、丰产性等方面具有明显的优势，而有关杂交粳稻机插的研究较少。该文在研究杂交粳稻不同机插水稻群体产量及其结构、群体茎蘖动态、叶面积动态与组成、光合势、干物质积累、群体生长速率等差异的基础上，初步阐明机插杂交粳稻超高产形成的群体特征。方法：试验于2007—2008年在江苏省常熟市辛庄现代农业水稻示范基地进行。试验材料为常熟市农科所所育中熟晚粳杂交稻品种常优1号、常优2号和常优3号。为塑造不同的产量群体（高产群体和超高产群体），氮、磷、钾肥施用比例及氮肥运筹采用了当地常规高产栽培与机插水稻超高产栽培2种方式。以上不同品种的高产与超高产群体试验面积均达0.67 hm2，3次重复，且各试验处理间单独排灌。结果：超高产形成的群体特征主要为：（1）以足量的穗数与较大的穗型协调产出足够的群体总颖花量（50000万/hm2以上），并保持正常的结实率与千粒质量（结实率85%以上，千粒质量27 g左右）。（2）在合理的茎蘖动态（群体于有效分蘖临界叶龄期左右够苗，高峰苗适宜，一般为预期穗数的1.3倍）与叶面积指数（LAI）动态（孕穗期LAI达7.8～8.0，抽穗后LAI下降平缓，成熟期仍能保持3.0左右。）基础上提高成穗率（75%以上）与有效叶面积、高效叶面积比例（抽穗期有效叶面积率达95%，高效叶面积率达75%以上），以保证实现不同生育阶段目标生产力。（3）以合理增加拔节-抽穗期物质生产与积累［群体生长速率22.5 g/（m2·d），干物质积累量9000 kg/hm2以上，占总干物质量的45%左右］为重点，有效增强抽穗-成熟期群体物质生产与积累［群体生长速率13.5 g/（m2·d）左右，干物质积累量8000 kg/hm2以上，占总干物质量的40%左右］，以提高最终生物学产量（20400 kg/hm2以上）。结论：综合以上机插杂交粳稻超高产形成群体特征规律的研究可知，通过合理的栽培管理措施，在机插杂交粳稻的种植过程中，通过穗数与穗型的协调出足量的群体总颖花量（50000万/hm2以上），并保持相对较高且稳定的结实率与千粒质量，合理的群体茎蘖数与叶面积指数，合理消长动态及拔节后较高的群体生长率和干物质积累量，易于实现机插杂交粳稻超高产。

来源出版物：农业工程学报, 2012, 28(2): 39-44

入选年份：2015

中国区域畜禽粪便能源潜力及总量控制研究

耿维，胡林，崔建宇，等

摘要：目的：随着中国畜禽养殖业的快速发展，产生的大量畜禽粪便严重影响了土壤和水体的安全。畜禽粪便是一种重要的生物质资源，既可以提供能源又有利于环境保护。中国畜禽养殖种类多，养殖形式复杂多样，因此准确评估畜禽粪便资源难度较大。该文以环保部、统计局和农业部发布的统计数据为基础，研究中国主要31省的畜禽粪便资源总量、能源潜力及农地氮磷负荷，并对畜禽养殖环境容量进行初步评估。方法：为得到更加接近实际的评估结果，该文以饲养数量最多的10 类畜禽为研究对象，利用国家统计局公布的畜禽饲养数量和饲养规模数据，参照中国2009年颁布的《畜禽养殖业源产排污系数手册》和前人的研究成果，分别确定了10类畜禽在中国6大区域的产排污系数，结合国家环保总局公布的畜禽饲养周期数据，计算出畜禽粪便和主要污染物的资源总量及其在各省的分布情况，利用化学需氧量的沼气转化系数，得到各省畜禽粪便的能源潜力。以国家统计局公布的耕地和牧草地面积，计算各省单位面积农地的总氮和总磷负荷，并以欧盟的农地氮磷施用标准为依据，对中国农地污染风险进行评估。最后以农地氮磷养分的环境承载力反演畜禽养殖环境容量，并与各省实际畜禽养殖数据相比，开展了区域畜禽养殖总量控制研究。结果：从评估数据中可以看出，2010年，中国畜禽粪便总量达22.35亿t，折标煤7659.41万t，可产沼气1072.75亿m3，折甲烷643.65亿m3，已相当于同期中国天然气年消费量的60%。山东、河南、四川、内蒙古、河北和辽宁6省畜禽粪便资源量在1.0亿t以上，约占总量的41%，山东、河南、四川、河北、辽宁、内蒙古、黑龙江和吉林8省COD产生量最多，均超过1500万t，总计占全国总量的51%；总体上中国的农地单位面积氮、磷平均负荷分别为43.73和9.16 kg/hm2，低于欧盟的限量标准，北京、天津、湖南、广东、河南、山东6省市农地氮磷负荷超标，农地已存在不同程度的污染。分别以总氮和总磷为基准，全国畜禽养殖环境容量为129.56亿头猪当量和159.74亿头猪当量，实际养殖总量约占环境容量的1/4，考虑化肥施用的影响，约有20个省超过本省50%环境容量，污染风险较高，应适当实施总量控制措施并强化畜禽粪便综合利用。结论：中国畜禽粪便资源总量大，但利用率不高，随着畜禽养殖集约化程度的加深，发展以粪便为原料的沼气工程潜力巨大。由于畜禽养殖分布不均，且主要为规模化养殖，在当前种植业和养殖业分离的情况下相当于点源，因此应警惕农地氮磷点源污染，对污染风险较大的点源地区应实施总量控制和污染消减措施。该文中畜禽的产排污系数和饲养周期决定了评估结果的准确性，因此，细化产排污系数的计算方法以及畜禽的饲养期的确定还有待于进一步研究。

来源出版物：农业工程学报, 2013, 29(1): 171-179

入选年份：2015

钵苗机插水稻产量形成优势及主要生理生态特点

张洪程，朱聪聪，霍中洋，等

摘要：目的：随着中国水稻种植机械化的发展，改变了人工移栽费时费工的传统方式，劳动生产效率大大提高，机插秧面积迅猛扩大。但盘育机插小苗秧龄弹性小、易形成超秧龄弱秧、机插植伤重等问题，造成水稻全生育期对当季温光资源的利用不充分，影响植株个体和群体生产潜力充分发挥。水稻钵苗机插实现了钵育壮苗的机械精准移植，兼有抛秧壮苗和机插高效的优点。该文通过对钵苗机插水稻生长发育特征研究，从生物学角度为钵苗高产栽培提供指导。方法：在长江中下游不同生态区选用当地大面积种植的代表性品种淮稻8号、甬优8号、常优5号、皖稻68、镇稻11、武运粳24为材料，并以盘育毯状小苗机插为对照（CK），设置钵苗机插高产示范田和对比小区试验。钵育秧苗均采用机插专用钵盘实施旱育秧，由RX-60AM钵苗乘坐式高速插秧机进行本田移栽，水稻栽培规格与密度均按最佳优化指标实施。扬州小区试验钵苗秧龄30 d，机插行距为33 cm，穴距为12 cm，每穴2本；毯状秧龄20 d，机插行距为30 cm，穴距为13 cm，每穴3本；扬州后作稻受苗期高温影响，钵苗和毯苗统一移栽时秧龄分别为34和17 d。各地示范大田至少选取6块地力均衡大田作为钵育机插苗试验用地，同时选取邻近4块地力一致且均衡大田作为毯苗机插对照，各田块面积约0.2～0.3 hm2，肥水管理均按当地常规高产栽培方式统一进行。通过对2种机插方式产量及其结构、群体生长发育动态各项指标进行系统比较，研明钵苗机插水稻生理生态特点和产量形成特征。结果：与水稻毯状小苗机插相比，机插钵苗秧苗素质高，活棵发苗快，栽后两周内测定的各生长指标均极显著高于CK。高峰苗数较小，持续时间长，下降平缓，最终成穗率较CK高7%；钵苗机插水稻生育中、后期群体生长率和净同化率相对较高。抽穗后群体光合势、干物质积累等光合物质生产指标均显著或极显著高于毯苗机插，其中抽穗至成熟期干物质积累量增加8.7%；钵苗机插水稻抽穗后根系活力各项指标均较优，乳熟期颖花根活量提高14.2%，且抗倒伏能力较强，基部节间倒伏指数小7%～16.8%。钵苗机插水稻具有显著的增产优势，比毯苗机插增产6.0%～12.6%。增产的主要原因是群体颖花量的提高，究其原因是每穗粒数的极显著提高。此外，从两年多地多品种水稻的比较试验结果来看，钵苗机插水稻不仅在长江中下游单季稻区、江西双季稻区等不同生态区表现出显著的增产优势，在江苏的单季粳稻和瓜后稻、江西的早稻和晚稻等同地的不同种植制度下也增产显著。该试验中选用的常规粳稻、杂交稻等品种采用钵苗机插均显著增产，进一步说明了钵苗机插水稻的高产稳产特性以及较强的生产适应性。结论：与水稻毯状小苗机插相比，机插钵苗缓苗期短，早生快发，高峰苗数较小，但成穗率高。钵苗机插水稻生育中、后期群体生长率和净同化率相对较高，抽穗后群体光合势、干物质积累等光合物质生产指标均显著或极显著高于毯苗机插；钵苗机插水稻抽穗后根系活力各项指标均较优，后期抗倒伏能力强。钵苗机插水稻具有显著的增产优势，其产量形成优势的主要特征是“穗大粒多”。

来源出版物：农业工程学报, 2013, 29(21): 50-59

入选年份：2015

中短波红外联合气体射流干燥提高茯苓品质

张卫鹏，肖红伟，高振江，等

摘要：目的：茯苓是中国传统的中药材，是一种药用真菌。干燥过程引起的质量问题制约着中草药的发展。茯苓丁（15 mm×15 mm×15 mm）自然晾晒干燥需约7 d，而热风干燥易引起茯苓块破碎。为探索茯苓的干燥特性，改善茯苓干燥品质，该文将中短波红外和气体射流技术结合对茯苓进行干燥，并结合Weibull模型、Dincer模型对干燥过程进行了分析。方法：利用中短波红外干燥箱进行单因素干燥试验，辐射功率为2 kW，辐射距离为100 mm，温度45、50、55、60、65℃，风速4、6、8 m/s。手动称量茯苓干燥过程质量变化，并绘制干燥曲线和干燥速率曲线。利用Weibull函数模型拟合干燥曲线，求出尺度参数、形状参数对干燥过程进行分析。利用Dincer模型拟合干燥曲线，求出滞后因子、干燥系数、毕渥数、传质系数对干燥过程进行分析。利用Fick第二定律、Weibull函数模型、Dincer模型分别计算出茯苓干燥过程的水分有效扩散系数，并对比分析。结果：（1）与气体射流干燥相比，中短波红外联合气体射流干燥可缩短干燥时间，降低破碎率约18%，提高浸出物质量分数约1%；联合干燥过程亦为降速干燥；试验参数范围内，提高温度、风速均可提高干燥速率，破碎率和浸出物质量分数与干燥条件无相关关系。（2）尺寸参数α范围为79.174～151.921 min，约等于对应试验条件下，物料内的水分蒸发63%所需要的时间；形状参数β与物料干燥过程中的物料状态和水分迁移机理有关，β值的范围为0.9010～0.9951，在0.3～1之间，表明干燥过程受内部水分扩散控制，全程为降速干燥；（3）滞后因子G，范围为1.0136～1.0202；温度、风速越高，干燥速度越快，干燥系数S也越大；（4）联合干燥技术的的毕渥数Bi为0.0826～0.0982，小于0.1，表明导热过程由边界的对流换热热阻决定。传质系数k的范围为1.0319×10-6～1.8003×10-6m/s。（5）基于Fick第二定律、Weibull分布函数、Dincer模型计算的水分有效扩散系数变化趋势一致，均随温度、风速的升高而增加。Fick第二定律不要求干燥曲线呈“指数”形式，但仅适用于降速干燥。Weibull分布函数不考虑边界的对流换热热阻。Weibull分布函数、Dincer模型均可应用于非降速干燥，但二者的缺陷是干燥曲线需呈“指数式”拟合。结论：中短波红外联合气体射流干燥技术可提高茯苓品质，借助于Weibull函数、Dincer模型可从不同角度更全面地解读物料干燥过程。

来源出版物：农业工程学报, 2015, 31(10): 269-276

入选年份：2015