本文選題：番茄　切入點：根特性　出處：《江蘇大學》2016年博士論文

【摘要】：中國是世界上最大的蔬菜生產(chǎn)國,蔬菜產(chǎn)量還將持續(xù)增加。相比于其它蔬菜,番茄富含維生素A和維生素C,并可降低患癌及患心臟病的風險。中國是番茄的主要生產(chǎn)國,2013年番茄產(chǎn)量達50600萬噸。為了增加番茄出產(chǎn)量,迫切需要自動移栽技術。但是,機器性能與農(nóng)藝有著必然聯(lián)系,因此必須要研究設計適合中國作物生長狀況的高效移栽機,而實際情況是農(nóng)學知識并沒有融入到移栽機的設計中,缺少取苗末端執(zhí)行器與育苗技術相結合的研究工作,因此很難實現(xiàn)蔬菜的自動化移栽。近年來,X射線計算機斷層掃描被用來評估土壤-根系統(tǒng)的形態(tài)特征和力學特性,同時與其他技術相結合,分析土壤-根系統(tǒng)的綜合特性。在機械動力學領域,分析土壤-根系統(tǒng)的形態(tài)特征和力學特性可有助于優(yōu)化機械作業(yè)過程。本文利用micro-CT等先進手段開展了番茄穴盤苗基質(zhì)-根綜合特性和移栽夾取損傷研究,主要研究內(nèi)容如下：1)利用Micro-CT分析番茄穴盤苗基質(zhì)-根系統(tǒng)的物理、力學和農(nóng)藝特性。試驗中三種基質(zhì)處理分別為S1(草炭：蛭石：珍珠巖=60：20：20),S2(草炭：蛭石：珍珠巖=60：40：0),S3(草炭：蛭石：珍珠巖=60：0：40)。采用72孔穴盤育苗,基質(zhì)容重設定為0.28、0.32和0.36 gcm-3三個水平。生長30天后,對穴盤苗進行Micro-CT掃描分析,結果表明三種基質(zhì)處理的平均孔隙度范圍分別為17.8-24.7,40-52.8和11.3-14.2%。對Micro-CT圖像進行有限元分析,結果表明三種基質(zhì)處理的馮密斯應力大小和剛度大小依次為S1,S2和S3。利用有損方法得到穴盤苗的形態(tài)特征,結果表明基質(zhì)容重為0.28 gcm-3時,根體積和根長最大；基質(zhì)容重為0.32和0.36 gcm-3時,隨容重的增加根長逐漸減小。上述研究得出草炭：珍珠巖：蛭石=60：20：20,基質(zhì)容重為0.28gcm-3情況下,培育的番茄穴盤苗基質(zhì)-根系形態(tài)和力學性能最佳,這有利于自動高效移栽。2)使用掃描電子顯微鏡(SEM)和能譜儀(EDS)技術分析基質(zhì)中營養(yǎng)元素組成,監(jiān)測每天每穴4、6和8mL灌溉條件下穴盤苗的生長情況�；|(zhì)處理為S1,S2和S3三種情況,從72孔穴盤育苗中隨機抽取6株用于SEM-EDS掃描分析,試驗重復3次,并監(jiān)測三種灌溉處理條件下穴盤苗地上部分的形態(tài)特征。SEM-EDS掃描分析得到基質(zhì)中主要包含的營養(yǎng)元素為C、O、N、Si、P、 S、K、Ca、Fe和Cl,基質(zhì)處理S1中含有植物生長必需的營養(yǎng)元素O、Si、N、P、K、Fe和Mg要明顯多于S2和S3。以上研究結果表明,基質(zhì)配比為草炭：珍珠巖：蛭石=60：20：20為番茄苗生長提供了豐富的營養(yǎng)；灌溉量為每天每穴8mL的穴盤苗,其莖粗、株高及葉片數(shù)優(yōu)于灌溉量為4和6mL。3)建立了可模擬根系生長和根系與基質(zhì)連接力的模型,測定了基質(zhì)-根系統(tǒng)的力學特性。番茄穴盤苗生長周期為37天,分別在第25、28、31、34和37天利用Micro-CT掃描基質(zhì)-根系統(tǒng)。利用VGStudio Max 2.2軟件計算五次試驗中根的體積,采用原子力顯微鏡(AFM)分析生長期為28天穴盤苗根的力學和彈性特性,使用TA.XTPlus質(zhì)構儀評估苗缽的綜合強度。研究結果表明,運用X-ray micro-CT得到根的最大生長速度為7.639 × 10-3 mm3/sec,而模擬得到根的最大生長率為7.854 × 10-3 mm3/sec;試驗和仿真得到的根系與基質(zhì)最大連接力分別為1.568 x10-7N和1.254 x 10-7N；穴盤苗根的彈性指數(shù)范圍為0到1,表明該物體具有粘彈性；加載的最大力達2.52N。4)研究基質(zhì)-根系統(tǒng)的定量化損傷。設計夾取裝置,在0、1.5、3.0和4.5N夾緊力條件下進行穴盤苗形態(tài)和結構的可視化研究,利用Micro-CT技術將結果進行量化。在兩夾取手指處粘貼應變片,用其來控制施加力的大小,結果表明,隨加持力的增大損傷面積逐漸增大。5)建立了夾取力與針插入角度關系的力學模型,分析了取苗末端執(zhí)行器的振動特性并對其進行了優(yōu)化。所建立夾取力學模型的相關系數(shù)高達0.960,末端執(zhí)行器模態(tài)分析顯示的振動固有頻率為75.51,118.25,316.67和400.04 Hz,振動測試試驗結果顯示的夾取力為60.45,72.51,82.25,101.56和121.45 N。在每分鐘取苗30到40次時,優(yōu)化得到的最小和最大取苗成功率分別為90.24%和91.40%。本文研究結果表明基質(zhì)配比為草炭：珍珠巖：蛭石=60：20：20,基質(zhì)容重0.28 gcm-3和每天每穴灌溉量為8mL條件下培育的番茄穴盤苗,移栽成功率較高,,因此本研究得到的生長條件是利于番茄苗成功移栽的最佳條件。
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【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S641.2
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本文編號：1723995