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[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
万里鹏程 李永磊 苏辰 赵虎 董向前 宋建农 王继承
采用EEPA(Edinburgh elssto-plastic adhesion)接触模型模拟土壤耕作特性,探究颗粒球型对土壤离散元模型仿真精度及计算效率的影响。测定了室内土槽土壤的静态堆积角、轴向压力、耕作阻力、耕作堆积角等土壤特性参数,确定并优化了单球土槽土壤离散元模型仿真参数。建立土槽土壤-挖掘犁铲离散元耦合仿真模型并进行仿真参数验证,耕作阻力模拟值与实测值误差为1.70%。以13mm为等效粒径确定了单球、双球、三球、四球等4种土壤颗粒的外形尺寸,采用单球、单球变粒径、双球、三球、四球、多球混合等填充方式建立了6种虚拟土槽,以耕作阻力、耕作堆积角、仿真时间为试验指标开展挖掘犁铲耕作过程仿真试验。试验结果表明:6种虚拟土槽的耕作阻力模拟值与实测值相对误差均小于8%,能够满足耕作阻力模拟要求;耕作堆积角模拟值与实测值相对误差为2.32%～20.32%,单球变粒径、四球、多球混合等虚拟土槽耕作堆积角相对误差均小于10%;单球土槽挖掘犁铲耕作仿真时间约为80.44min,受土壤颗粒填充数量、接触关系及颗粒球型等因素影响,其他填充条件下仿真时间均有显著增加。综合考虑仿真精度及计算效率,土壤耕作阻力模拟时虚拟土槽宜采用单球颗粒填充方式,耕作堆积角模拟时虚拟土槽宜采用四球或多球混合填充方式建立。该研究为土壤-机具互作离散元仿真的建模,EEPA接触模型的参数选择,颗粒球型及填充方法的确定提供了依据和参考。
[期刊] 沈阳农业大学学报
[作者]
宫元娟 王大龙 白雪卫 邱硕
为建立玉米秸秆散粒体成型离散元模型,以不同压缩参数进行成型试验,利用离散元仿真软件基于内置Burgers模型对压缩过程建立仿真模型,并利用控制变量法针对模型参数设计了5组对照试验,分析颗粒模型微观参数对模型宏观力学行为影响规律。仿真试验结果表明:Maxwell体弹性系数增大时,加载至目标载荷所需位移增加,仿真结束时残余应力增加;Maxwell体黏性系数增大时,加载结束后残余应力增加。Kelvin体弹性系数增大时加载至目标载荷所需的位移减小,仿真结束时残余应力减少。Kelvin体黏性系数增大时加载结束时应力突降值增大,但仿真结束时残余应力减小。摩擦系数主要影响加载至目标载荷所需位移,摩擦系数越大,加载至目标载荷位移越小。依此规律,通过调试微观参数,确定适用于描述样品玉米秸秆散粒体物料的仿真模型参数:Maxwell体弹性系数Em为1.75×105N·m-1,黏性系数ηm为2.6×107N·s·m-1;Kelvin体弹性系数Ek为1.8×104N·m-1,黏性系数ηk为0.7×104N·s·m-1,摩擦系数f为0.5。该参数下仿真模型压缩过程力学曲线与实验室物料压缩试验所得力学曲线吻合;物料填充阶段,力链强度受物料自重影响,载荷开始施加后,强力链主要集中于加载面附近,当施加应力达到0.92MPa时,强力链在成型腔内趋于均匀分布。压缩结束后力链分布特征与实验室物料压缩样品特征吻合,证明了所建立的仿真模型的合理性及模型参数确定方法的可行性,为后续生物质物料成型研究提供了参考。
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
李洪文 高焕文
在2年初步试验的基础上，通过对山西寿阳县年雨量、气温与蒸散量的分析，建立了保护性耕作土壤水分模型及其相关子模型。用此模型能预测特定地区作物各生长阶段的土壤含水量、任意年的降水量、任一天的平均气温和年蒸散量与径流量。试验验证结果表明，此模型能较好地反映各种耕作处理下土壤水分的变化情况。
关键词：
土壤水分 预测模型 保护性耕作
[期刊] 西南农业学报
[作者]
刘传秀 王青 闫婵娟
【目的】对土壤颗粒分维特征定量化研究,为改良耕作区土壤结构和提高农业生产潜力提供基础数据支撑。【方法】选取岷江上游杂谷脑河流域3个典型耕作区,运用分形模型,研究该区域典型农耕区土壤颗粒分形维数特征。【结果】研究表明:土壤颗粒分形维数在2. 6279～2. 8705,不同土壤质地分形维数存在显著差异:粉壤土>壤土>砂壤土,表明土壤颗粒分形维数可以表征土壤质地差异;不同土地利用方式下分形维数的分布特征:退耕还林>经果林>原始林,土壤分形维数随土地利用类型的不同而发生规律性的变化;同一流域下不同土地利用类型的土壤颗粒分形维数与土壤深度成正比,不同深度土壤之间变化幅度较小且随深度增加逐渐稳定;土壤颗粒分形维数与黏粒(R2=0. 8125)和粉粒(R2=0. 7556)呈正相关,与砂粒(R2=0. 8932)呈负相关,表明土壤颗粒分形维数可表征土壤颗粒组成。【结论】土壤颗粒分形维数指标是表征土壤质地物理结构状况的重要参数。
关键词：
分形维数 土壤颗粒 粒径 岷江上游
[期刊] 中国农业科学
[作者]
董建新 宋文静 丛萍 李玉义 逄焕成 郑学博 王毅 王婧 况帅 徐艳丽
【目的】针对黄淮烟区植烟田由于化肥投入较高、耕作频繁造成的土壤板结、通透性降低、水稳性团聚体数量下降等土壤物理性质恶化的问题,探讨通过秸秆颗粒还田与耕作方式改善土壤物理性状的可行性。【方法】采用3年田间定位试验,以旋耕+不施秸秆颗粒(RG0)为对照,设置3种秸秆颗粒用量(G1:2 250 kg·hm~(-2)、G2:4 500 kg·hm~(-2)、G3:6 750 kg·hm~(-2))与2种耕作方式(旋耕:R、深翻:T)的交互处理,分析不同处理对土壤容重、田间持水量、土壤孔隙度、土壤团聚体稳定性的影响。【结果】(1)与RG0相比,3年间RG处理易显著降低0—20 cm土层土壤容重,降幅6.7%—16.5%,而TG处理易显著降低20—40 cm土层土壤容重,降幅3.0%—9.8%,秸秆颗粒高量还田降低比率最高。(2)RG处理提升0—20 cm土层田间持水量的效果显著,其中RG3较RG0提升14.9%(2017年);增加秸秆颗粒用量提升20—40 cm土层田间持水量显著,其中RG3较RG0提升18.0%(2018年)。(3)RG3与TG3处理显著提高0—20 cm与20—40 cm土层土壤总孔隙度,最高达17.9%与14.6%(2017年),但仅RG2与RG3处理显著提高20—40 cm土层土壤毛管孔隙度。(4)RG处理在还田后期对0—20 cm土层土壤团聚体稳定性的提升作用显著;>2 mm、66%),而0.5—1 mm与0.106—0.25 mm粒级团聚体是影响20—40 cm土层土壤物理性状的主要因子(Exp>48%)。【结论】秸秆颗粒用量6 750 kg·hm~(-2)配合旋耕处理可同时降低0—20和20—40 cm土层的土壤容重,提升持水性能与土壤团聚体稳定性,且聚类分析也表明该处理促使土壤物理特性居于一类水平,是能有效改善当地烟田土壤物理结构的可行措施。
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
余莲英 周丹洋 徐春晖 徐泳
为经济便捷地测定微量液桥力与球颗粒间距的关系,提出基于微量天平的手动与连续测试的方法,能实现两球位置精确移动和间隙调整,观察并记录液桥从拉伸直至断裂的形态和液桥力变化,采用连续测量方式还可自动实现液桥力数值的连续输出。对等径球和异径球液桥力的测试记录与不同公式计算结果的比较表明,手动和连续测试方法具有较高测试精度且经济适用,可用于对不同液桥力公式的精度进行评估;对异径球液桥力的测试与不同公式结果的比较还表明,静态液桥力近似公式简洁明确精度较好,可供选用。
关键词：
土壤动力学 颗粒 离散元 液桥力 测试
[期刊] 中国农业科学
[作者]
王文俊 梁爱珍 张延 陈学文 黄丹丹
【目的】保护性耕作是恢复和提高土壤肥力的重要措施，土壤有机碳在保持土壤肥力、维持作物生长与保护土壤环境方面具有非常重要的作用。然而，目前国内仍然缺少研究长期耕作的监测平台，因此采用模型的方法有助于研究长期保护性耕作下土壤有机碳的动态。【方法】依托东北黑土地保护性耕作长期定位试验地，选取免耕（NT）、秋翻（MP）、垄作（RT）3种处理下的土壤为研究对象，优化过程模型（RothC、AMG模型）与统计模型（MLPNN模型）的结构与参数，对比模拟长期保护性耕作下土壤有机碳储量的动态变化，评估不同模型对保护性耕作土壤有机碳动态模拟与预测的效果，并揭示东北黑土有机碳对保护性耕作的长期响应及其影响因素。【结果】优化有机碳在模型中各碳库的分配系数后，RothC与AMG模型模拟误差显著降低。保护性耕作实施的前11年（2001—2012）,RothC与AMG过程模型对土壤有机碳的动态变化模拟效果没有显著差异，说明过程模型复杂的结构对持续时间相对较短的试验模拟效果没有显著影响，统计模型MLPNN的模拟结果与过程模型相似，验证了统计模型在田块与样地等小空间尺度内的应用效果。未来100年RothC与AMG模型预测的MP处理土壤有机碳变化趋势相同，但RothC模型预测结果得出，NT与RT处理土壤有机碳表现出先增长后达到平衡的趋势，但AMG模型模拟的结果却是有机碳一直处于增长趋势，这可能与土壤碳饱和效应与耕作处理的影响有关。RothC与AMG模型对碳投入都具有很高的灵敏度，但对气候因素与土壤因素变化的响应却存在差异。【结论】模型模拟长期保护性耕作土壤有机碳动态时需要因地制宜选择合适的预测模型。在预测保护性耕作土壤有机碳的短期变化时可以采用结构较为简单的AMG过程模型；在进行长期预测时，可以采用结构较为复杂的RothC模型。在特定条件下，统计模型MLPNN在田块与样地等小空间尺度上对土壤有机碳的模拟与过程模型具有相近的效果。
[期刊] 中国农业科学
[作者]
吴焕焕 吕家珑 段英华 张文菊 徐明岗
【目的】探讨快速测定中国典型土壤粒径分布的方法,提高土壤颗粒粒径分布测定的准确性。【方法】采用激光衍射法和传统吸管法(简称吸管法)对比研究中国15个省20种不同类型土壤的颗粒分布。【结果】激光法和吸管法测定的砂粒、粉粒和黏粒含量均呈显著的线性正相关。其中,激光法测定的黏粒和砂粒含量比吸管法测定的值平均低73.4 g·kg-1和59.6 g·kg-1,而粉粒含量平均较吸管法高131.2 g·kg-1。通过建立土壤粒径的累积分布曲线函数,建立了两种方法测定结果的转换模型。激光法测出的土壤颗粒粒径累积分布曲线函数为:y=1 000x/(b+x)(x代表粒径大小,y代表小于该粒径的颗粒所占的质量)。吸...
[期刊] 自然资源学报
[作者]
马玉芳 蔡立群 张仁陟
应用甘肃农业大学定西旱农综合试验站的2001—2008年长期定位实验数据对DNDC模型进行验证,4个处理的相对误差均小于±10%,均方根误差在6.41%~12.96%之间,模型模拟值与实测值表现出较强的一致性,证明DNDC在模拟预测该地区土壤有机碳储量上是可行的。对定位试验的4个处理的长期(100 a)模拟表明,免耕覆盖秸秆(NTS)和传统耕作+秸秆还田(TS)能够较大幅度地提高土壤有机碳含量,其土壤有机碳含量分别较初始值增加了74.76%和71.13%,免耕(NT)处理下土壤有机碳含量增加了39.18%,趋势较为平缓。而传统耕作不覆盖(T)处理下土壤有机碳呈下降趋势,较初始值减少了35.54...
关键词：
土壤 土壤有机碳 DNDC模型 耕作方式
[期刊] 西南农业学报
[作者]
景小平 唐卷 陆见光 汤永禄
为了明确不同耕作方式和气候条件对成都平原冬小麦产量的影响,本文运用2005-2011年冬小麦3种耕作方式(周年旋耕无秸秆还田CK,麦免稻旋WZRR,麦稻双免WZRZ)籽粒产量的面板数据,利用面板数据的固定效应模型和分位数回归模型,分析在不同耕作方式下冬小麦生育期气候因素对籽粒产量的影响作用。结果表明,3种耕作方式对籽粒产量的影响基本上一致。面板数据分位数回归动态表明:伴随籽粒产量水平的上升,拔节-抽穗期日平均温度的促进作用将不断增强,拔节-抽穗期的日最低温度,日照时数和抽穗-成熟期日照时数的正面影响均逐渐
[期刊] 浙江农林大学学报
[作者]
刘东 刘子昕 王琦 李晓旭 闫承琳
【目的】建立竹粉颗粒材料的离散元模型并标定其相关接触参数。【方法】基于毛竹Phyllostachys edulis粉末物理堆积角实验结果，采用离散元法(DEM)模拟仿真和实验设计(DOE)相结合的方法，通过Plackett-Burman (P-BD)实验、爬坡实验和响应面实验获得竹粉堆积角和仿真参数之间的二次多项式回归模型，以物理堆积角为目标值预测得到接触参数的最优组合。【结果】实测竹粉物理堆积角为49.29°；P-BD实验结果表明了竹粉-竹粉滚动摩擦系数、竹粉-竹粉恢复系数和竹粉-不锈钢板静摩擦系数对堆积角影响显著(P<0.05)；响应面实验结果进一步证实了P-BD实验的结果，同时表明竹粉-竹粉滚动摩擦系数自身交互作用、竹粉-竹粉滚动摩擦系数和竹粉-竹粉恢复系数的交互作用对堆积角有显著影响(P<0.05)；最优因素组合为竹粉-竹粉恢复系数0.44，竹粉-竹粉滚动摩擦系数0.22，竹粉-不锈钢板静摩擦系数0.45。【结论】本研究在41.20°～55.27°堆积角范围内建立的竹粉颗粒堆积角定量模拟标定与预测平台具有较高的可靠性，DEM标定方法可为后续建立评估生物质颗粒运动行为及其与设备相互作用的材料模型提供参考。图5表6参27
[期刊] 沈阳农业大学学报
[作者]
陶志影 孙家伟 韩志恒 刘橙 张林 叶鼎承 何金成
为了得到异位发酵床垫料颗粒精准的离散元模型接触参数,以谷壳作为发酵床垫料,对谷壳部分物理参数及其物理力学特性进行测定分析,利用离散元仿真软件进行谷壳堆积角的模拟试验。选用Hertz-Mindlin (no slip)模型作为颗粒之间的接触模型,以堆积角作为评价指标,选取谷壳间的静摩擦系数、谷壳间的滚动摩擦系数及谷壳的剪切模量3个因素,通过单因素试验与三因素三水平正交试验相结合对垫料谷壳颗粒离散元模型参数进行筛选,得到对谷壳堆积角有显著影响的参数,从而来找出最佳参数组合,使得模拟试验中颗粒的堆积角与现实中颗粒的自然堆积角一样,从而建立准确的离散元仿真模型。结果表明:颗粒堆积角影响比较明显的参数有静摩擦系数、滚动摩擦系数和剪切模量3个参数,且静摩擦系数影响最大。剪切模量为3.75e+8Pa,静摩擦系数为0.41,滚动摩擦系数为0.15时,模拟试验的堆积角值与实际谷壳颗粒的堆积角值最为接近。说明试验标定的参数精准,可以为颗粒床离散元仿真建模基本参数的标定提供理论依据,并为翻抛刀具的设计提供研究基础。
[期刊] 西南农业学报
[作者]
李朝苏 汤永禄 黄钢 吴春 马孝玲
2004～2009年,在成都平原麦稻轮作区研究了不同周年耕作模式(周年翻耕无秸秆还田、小麦免耕稻草覆盖还田+水稻旋耕无秸秆还田、麦稻周年免耕秸秆全量还田、麦稻周年垄作免耕秸秆全量还田)对作物产量和土壤特性的影响。结果表明,不同模式间小麦产量差异较小,水稻产量差异较大;免旋结合稻草覆盖还田模式年际间水稻产量较其他模式稳定。麦稻关键生育阶段0～30 cm土层速效养分含量模式间差异较小;免旋结合稻草覆盖利于土壤表层有机质积累。周年免耕秸秆全量还田模式20 cm处紧实度降低,渗水速率增大,保水性能下降。研究结果说明,不同耕作模式下土壤养分供给能力不是影响作物产量的主要因素,因土壤物理性质变化导致水分下...
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
潘琦 夏爽 郭珊珊 单宝英 郭萍
为制定满足渠系运行实际情况和作物生长发育所需土壤含水量条件的渠系优化配水方案,将考虑输水渗漏损失的渠系优化配水模型与土壤水量平衡模拟模型耦合,构建基于渠系输水模拟与土壤水量平衡模拟的两级渠系优化配水模型,使用改进的遗传算法求解多目标模型的Pareto解集。选择黑河流域中游西干灌区下的两级渠系作为研究区域,得到50组非劣的渠系优化配水方案。在Pareto前沿面上选取3组代表方案进行对比分析,再将3组中最优的方案与灌区实际灌水方案进行对比,结果表明:Pareto解集可以体现目标之间的博弈关系,当权重值向配水量最少目标偏移时会对土壤水含量等指标产生影响,进而产量下降;当权重值向产量最大目标偏移时会产生水资源浪费现象;而当目标函数的权重值处于中间水平时,产量和配水量目标都可以得到较好地满足,并且与实际灌水方案相比配水量减少113.54万m~3、总产量增加660t,能够达到节水增产的效果。该模型在兼顾渠系运行条件和土壤含水量的前提下权衡了2个目标之间的博弈关系,Pareto解集得出的结果能够满足决策者对于目标的不同需求,为灌区管理者的决策提供理论依据和指导。
[期刊] 华中农业大学学报
[作者]
马子钰 马文林 贾小红 王胜涛 张蕾
为揭示有机碳变化的关键影响因素并为北京地区实现固碳减排目标提供科学依据，利用北京怀柔区前桥梓村玉米田2016-2019年土壤有机碳（soil organic carbon,SOC）实测数据对反硝化-分解模型（denitrification-decomposition model,DNDC）进行验证，选取气候、土壤及秸秆还田等主要影响因子对验证后的DNDC模型进行敏感性分析，模拟了2种典型浓度路径（RCP8.5、RCP4.5）下该农田未来（至2100年）土壤有机碳变化情况。结果显示：经过校验后的DNDC模型可较好地模拟该玉米田SOC变化；初始有机碳含量及秸秆还田率是SOC变化的主要影响因素；RCP8.5及RCP4.5下SOC含量增加明显，土壤碳库在2100年达到平衡，2100年有机碳含量分别达到27.70、29.03 g/kg，分别较初始有机碳含量上升197.85%和212.15%。结果表明，DNDC模型可用于该研究区玉米田有机碳变化预测，该农田持续采用当前施肥和秸秆还田管理方式可实现土壤持续固碳。
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