棉花幼苗受迫振动和风沙损伤特征试验研究

摘要

新疆地区是我国棉花生产主产区，同时棉业也是新疆地区农业的支柱产业，促进新疆地区棉业发展对于维护我国经济安全、提高新疆棉农收入、维护边疆稳定具有重要意义。但是由于南疆地区每年春季沙尘暴频发，会造成棉花幼苗大量死亡，这给我国棉花生产造成重大损失。
　　研究风沙灾害造成棉苗死亡的机理对于培育抗倒伏棉花品种、棉苗期风沙灾害预警以及提出各种防护措施以减轻灾害造成的损失具有重要参考价值。本课题针对风沙灾害中两种常见的导致棉苗死亡的情况——棉苗因强风摇曳做受迫振动折断而死以及棉苗叶片受风沙拍打损伤而死，相应地开展风沙环境下棉苗受迫振动和棉苗风沙损伤试验研究，来探索棉苗因为这两种情况死亡的机理。
　　为了进行棉苗受迫振动和棉苗风沙损伤的试验研究，课题组分别研制了棉苗受迫振动试验仪和棉苗风沙损伤试验平台。棉苗受迫振动试验通过改变振动的频率和振幅，探讨棉花幼苗在强风作用下受迫振动的寿命特征；棉苗风沙损伤试验通过改变风的强度以及气流中的含沙量进行对比研究，探讨风速和含沙量对于棉花幼苗寿命的影响。通过对试验获得的大量数据进行分析表明，在棉苗受迫振动试验中受迫振动的频率和振幅对棉苗寿命具有显著影响，风摇曳的频率越大、强度越大棉苗寿命越短；在棉苗风沙损伤试验中棉苗的寿命受到了风力强度和含沙量大小的显著影响，风力强度越大、含沙量越大棉苗寿命越短。在棉苗风沙损伤试验中，以风速为单因素时得到棉苗寿命y（min）与风速x(m/s)的关系可以用y=737.1e-0.26x来表示；在风速范围维持在13m/s-15m/s，以含沙量为单因素时得到棉苗寿命y（min）与含沙量x(g/s)的关系可以用y=622.3x-1.10来表示。
　　本课题通过棉苗受迫振动试验和棉苗风沙损伤的试验来研究风沙灾害中棉苗的死亡机理，这种研究风沙灾害中棉苗死亡机理的角度方法在国内尚未见到相关报道。为试验而专门研制的棉苗风沙损伤试验仪和棉苗受迫振动试验仪，也摒弃了对其他作物力学特性研究中大部分采用万能试验机进行研究存在的局限。尽管有上述优点，本研究的试验方法和角度仍存在不够周全、试验仪器模拟真实度不够高的问题，这些问题的解决对于后续研究的深入发展具有重要意义。展望在本次试验基础上的后续深入研究，可以结合流体力学等知识优化棉花幼苗损伤试验平台的结构设计，使得棉苗生长平台内的环境模拟能更加逼近于自然界中真实的风沙环境，试验中采用高速摄像机可以更准确的获得试验数据，将茎秆直径等被忽略的棉苗自身生理参数纳入试验因素可以使得研究更加全面。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究的目的与意义

1.2 国内外相关研究的现状与发展动态

1.3 研究目标、内容和技术路线

第二章 棉花幼苗风沙损伤试验平台的研制

2.1 棉花幼苗风沙损伤试验平台整体结构

2.2 棉花幼苗风沙损伤试验平台关键部件设计与选型

2.3 本章小结

第三章 棉花幼苗受迫振动试验研究

3.1 棉花幼苗受迫振动实验仪简介

3.2 试验材料

3.3 试验方法

3.4结果与分析

3.5 本章小结

第四章 棉花幼苗风沙损伤试验研究

4.1 试验仪器

4.2 试验材料

4.3 试验方法

4.4 结果与分析

4.5 本章小结

第五章 棉花幼苗受迫振动仪的改进设计

5.1 总体方案的拟定

5.2 棉苗受迫振动仪气动部分设计

5.3 棉苗受迫振动仪单片机控制部分设计

5.4 棉苗受迫振动试验仪的性能验证试验

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录1：振幅为因素时棉苗受迫振动单因素试验结果记录表

附录2振动频率为因素时棉苗受迫振动单因素试验结果记录表

附录3振幅和振动频率双因素时棉苗受迫振动双因素试验结果记录表

附录4新一代棉苗受迫振动仪单片机控制部分代码