【摘要】：水稻是我國的主要糧食作物之一,但水稻植株病蟲害嚴(yán)重,整個(gè)生長期內(nèi)的各發(fā)育階段均有病蟲害發(fā)生,且病蟲害種類較多。水稻植株最常見的兩種病蟲害(稻飛虱和紋枯病)主要發(fā)生于水稻植株的中下部冠層。目前常用的植保機(jī)具在實(shí)際作業(yè)時(shí),大部分霧滴被水稻稠密的上部冠層所截留,藥液霧滴難以到達(dá)水稻稠密冠層的中下部,全國每年因病蟲害防治不力而造成較高的水稻產(chǎn)量損失。選擇合適的施藥方式和工作參數(shù),解決水稻植株中下部冠層的施藥問題對(duì)保障水稻的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)具有重要的意義。本文基于現(xiàn)有國內(nèi)外研究基礎(chǔ),以水稻植株為研究對(duì)象,分別對(duì)水稻植株在機(jī)械推桿作用下運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行研究和在氣流作用下水稻冠層內(nèi)速度分布規(guī)律進(jìn)行研究,并且基于不同的推桿參數(shù)和氣流參數(shù),對(duì)水稻冠層的霧滴沉積分布規(guī)律進(jìn)行研究。該研究為水稻植保機(jī)械的優(yōu)化設(shè)計(jì)和田間工作參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整提供理論基礎(chǔ)。具體研究內(nèi)容如下:1、水稻莖桿彈性模量試驗(yàn)研究。應(yīng)用三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)方法對(duì)水稻莖稈的彈性模量進(jìn)行試驗(yàn)研究,本文試驗(yàn)使用的是SMS質(zhì)構(gòu)儀。對(duì)水稻植株生長的抽穗期進(jìn)行田間取樣。在不同的水稻種植位置選取大小不同的5簇水稻植株,去除包被在莖稈外表的葉鞘,截取水稻的每節(jié)莖稈,從下到上,依次編號(hào)為IN1、IN2、IN3、IN4。根據(jù)SMS質(zhì)構(gòu)儀的測(cè)試要求,將每節(jié)莖稈的長度截取為9.5cm。將準(zhǔn)備好的樣本進(jìn)行分類,用數(shù)字游標(biāo)卡尺測(cè)出水稻每節(jié)莖稈的外徑D和壁厚t,再將水稻每節(jié)莖稈置于SMS質(zhì)構(gòu)儀工作臺(tái)上,用三點(diǎn)彎曲法獲取每節(jié)莖稈的力的位移曲線。基于計(jì)算方法對(duì)水稻的每節(jié)莖稈進(jìn)行彈性模量的計(jì)算。最終確定了抽穗期水稻莖稈各節(jié)的彈性模量值。為水稻瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真分析提供參數(shù)依據(jù)。具體確定的水稻莖桿彈性模量值為IN1:8.47Gpa,IN2:6.25Gpa,IN3:4.71Gpa,IN4:2.95Gpa。2、基于機(jī)械推桿作用下,水稻植株瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真研究。首先建立水稻植株的三維仿真模型,通過田間參數(shù)測(cè)量和實(shí)驗(yàn)室參數(shù)測(cè)量,對(duì)建立水稻植株的三維模型的特征參數(shù)進(jìn)行確定。主要的特征參數(shù)包括:水稻植株高度,水稻葉片數(shù),水稻葉片的葉面積,水稻葉片的葉寬,水稻莖稈長度,水稻莖稈直徑,水稻莖稈壁厚和水稻莖桿彈性模量等。通過對(duì)水稻植株三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分、參數(shù)設(shè)置等操作,建立仿真所需的水稻植株有限元模型。基于水稻植株的有限元模型,設(shè)置不同的推桿離地高度,對(duì)水稻植株進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真,對(duì)水稻的受力-變形特性進(jìn)行研究和分析。并基于不同的推桿離地高度,建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。同時(shí)通過高速攝影試驗(yàn)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。3、水稻冠層氣流阻力系數(shù)研究。搭建水稻冠層氣流阻力系數(shù)試驗(yàn)裝置,整個(gè)試驗(yàn)裝置分成三個(gè)部分,分別為進(jìn)風(fēng)口處,出風(fēng)口處和測(cè)試區(qū)。試驗(yàn)裝置進(jìn)風(fēng)口高度為1.2m,寬度為1.5m,在進(jìn)風(fēng)口處前置一風(fēng)機(jī),風(fēng)機(jī)高度與試驗(yàn)裝置高度基本一致,該試驗(yàn)裝置設(shè)置了前后4m的氣流穩(wěn)定段,中間測(cè)試區(qū)的長度設(shè)定為3m。利用搭建的試驗(yàn)平臺(tái),通過一系列試驗(yàn)對(duì)計(jì)算水稻冠層的氣流阻力系數(shù)的參數(shù)進(jìn)行測(cè)定。風(fēng)機(jī)設(shè)定不同的頻率,水稻冠層設(shè)定不同的冠層密度,通過風(fēng)速儀、壓力傳感器和溫度計(jì),對(duì)不同頻率、水稻不同冠層密度下的測(cè)試區(qū)前后風(fēng)速V1,V2、壓力P及溫度T進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。通過理論計(jì)算公式,對(duì)水稻不同冠層密度下的氣流阻力系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。分析水稻不同冠層密度下的氣流阻力系數(shù)和不同風(fēng)速下的氣流阻力系數(shù),并分析水稻冠層氣流阻力系數(shù)波動(dòng)的原因。最終確定水稻冠層的氣流阻力系數(shù)為0.51。為了驗(yàn)證本研究結(jié)果的可靠性,對(duì)本研究所取得的結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證,通過確定的氣流阻力系數(shù)Cd值,計(jì)算水稻冠層各個(gè)葉面積密度下的壓降?P',并與實(shí)測(cè)壓降?P進(jìn)行對(duì)比分析,驗(yàn)證Cd值的可靠性。4、基于風(fēng)速作用下,水稻冠層CFD氣流場(chǎng)仿真研究。首先建立水稻冠層的三維仿真模型,通過田間參數(shù)測(cè)量和實(shí)驗(yàn)室參數(shù)測(cè)量,對(duì)建立水稻植株的三維模型的特征參數(shù)進(jìn)行確定。主要的特征參數(shù)包括:水稻植株高度,水稻葉片數(shù),水稻葉片的葉面積,水稻葉片的葉寬,水稻莖稈長度,水稻莖稈直徑,水稻莖稈壁厚等。通過對(duì)水稻冠層三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分、參數(shù)設(shè)置等操作,建立仿真所需的水稻冠層有限元模型。設(shè)置不同風(fēng)速下,對(duì)水稻冠層進(jìn)行CFD仿真,對(duì)水稻冠層內(nèi)各點(diǎn)的氣流速度進(jìn)行分析和研究。并確定相應(yīng)的試驗(yàn)方案對(duì)水稻冠層氣流場(chǎng)仿真結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證,確定CFD仿真結(jié)果的可靠性。5、基于不同工作參數(shù)下,水稻冠層霧滴沉積分布特性研究�；谂柙运竞退艏堖M(jìn)行霧量沉積分布場(chǎng)地試驗(yàn)。在前期試驗(yàn)中,對(duì)水稻葉片的葉寬進(jìn)行測(cè)量,不同水稻頁片的葉寬存在一定的差別,水稻葉片的葉寬范圍約為0.7cm-1.5cm。因此,為了匹配水稻葉片的葉寬和水敏紙,水敏紙寬度裁剪為1.5cm。在水稻冠層上分別選擇測(cè)試點(diǎn)并布置水敏紙,通過圖像處理方法對(duì)水敏紙進(jìn)行霧滴沉積處理,并統(tǒng)計(jì)分析各個(gè)工況下的霧滴沉積率。從分析可知,結(jié)合機(jī)械推桿式和風(fēng)送式(與單獨(dú)機(jī)械推桿式和風(fēng)送式相比)可有效增加霧滴沉積率,并且保證相對(duì)的霧滴均勻性,但不同的工作參數(shù)有不同的施藥效果。因此,在實(shí)際施藥中,需根據(jù)實(shí)際水稻冠層病蟲害的情況,調(diào)整各個(gè)參數(shù),以達(dá)到噴霧的最優(yōu)效果。當(dāng)水稻植株病蟲害發(fā)生不同冠層位置時(shí),應(yīng)調(diào)整相應(yīng)的工作方式和參數(shù)來進(jìn)行對(duì)靶施藥,以有效解決水稻不同冠層位置的病蟲害。
【圖文】：

江 蘇 大 學(xué) 博 士 論 文第一章 緒論1.1 研究背景水稻是我國的主要糧食作物之一，年種植面積約 3000 萬 hm2，，稻谷產(chǎn)量占糧食總產(chǎn)量的約 45%[1]。水稻的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)對(duì)保障我國糧食安全具有重要意義。水稻植株病蟲害嚴(yán)重，整個(gè)生長期內(nèi)的各發(fā)育階段都有病蟲害發(fā)生，且病蟲害種類多、發(fā)生部位各不相同，稻縱卷葉螟和稻頸瘟等主要發(fā)生于水稻植株的上部，而稻飛虱和紋枯病等主要發(fā)生于水稻植株的中下部[2]，如圖 1.1 和圖 1.2 所示。因?yàn)槌Ｓ弥脖C(jī)械的藥液霧滴難以到達(dá)水稻稠密冠層的中下部，全國每年因病蟲害防治不力而造成的水稻產(chǎn)量損失達(dá) 400~500 萬噸[1]。

類多、發(fā)生部位各不相同，稻縱卷葉螟和稻頸瘟等主要發(fā)生于水稻植株的上部，而稻飛虱和紋枯病等主要發(fā)生于水稻植株的中下部[2]，如圖 1.1 和圖 1.2 所示。因?yàn)槌Ｓ弥脖C(jī)械的藥液霧滴難以到達(dá)水稻稠密冠層的中下部，全國每年因病蟲害防治不力而造成的水稻產(chǎn)量損失達(dá) 400~500 萬噸[1]。圖 1.1 水稻蟲害-稻飛虱Fig.1.1 Rice pest-rice planthopper
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S49;S435.11

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2669166