近日，我院保护性耕作技术与智能装备创新团队在免耕精量播种技术方向取得新进展。研究成果“Determination and verification of parameters for the discrete element modelling of single disc covering of flexible straw with soil”发表于中科院一区Top期刊《Biosystems Engineering》；研究成果“The Impact of ‘T’-Shaped Furrow Opener of No-Tillage Seeder on Straw and Soil Based on Discrete Element Method”发表于中科院一区Top期刊《Computers and Electronics in Agriculture》。两篇高水平论文第一单位均为山东理工大学农业工程与食品科学学院，硕士研究生刘磊为论文第一作者，王宪良副教授为论文通讯作者。
研究成果一：“Determination and verification of parameters for the discrete element modelling of single disc covering of flexible straw with soil”。
作物柔性体和复杂农田环境会降低免耕播种机作业可靠性。目前，解析农机部件-秸秆-土壤互作机理是设计优化免耕播种部件的依据，然而秸秆作为一种力学特性复杂典型柔性物料，缺乏准确可靠的建模方法。该团队构建了双层粘结模型对玉米秸秆进行离散元建模，并分别对柔性秸秆和土壤进行了离散元参数的标定，然后构建了柔性秸秆覆盖土壤的离散元模型，最终用单元盘-秸秆-土壤互作关系进行了模型准确性验证。利用所建的秸秆覆土模型进行单圆盘开沟器的切断秸秆并切土开沟的仿真实验和物理实验。该成果在农机部件-柔性秸秆-土壤互作机理方面取得了重要突破。
研究结果表明，在工作速度为6km/h、入土深度为120mm的最优工作条件下，秸秆向前滑动距离相对误差为21%，开沟器平均工作阻力相对误差为9%，下压力相对误差为13%。依据该论文所建立的模型可以从切割秸秆的机理上优化免耕播种防堵部件，为离散元在农业机械领域深入研究柔性物料与刚性部件之间相互作用的耦合机理提供基础数据。
研究成果二：“The Impact of ‘T’-Shaped Furrow Opener of No-Tillage Seeder on Straw and Soil Based on Discrete Element Method”。
团队提出了黄淮海大秸秆量条件下低扰动免耕播种技术。在农业物料精准建模的基础上，在利用离散元模拟低扰动开沟器开沟过程方面取得了重要突破。在免耕播种系统中，开沟器开出“T”型槽可以最大程度保持土壤水分，确保种子始终被土壤覆盖。研究不同形式的横刀对于开沟器开出的“T”型横沟至关重要。该研究采用离散元法建立了“T”型槽开沟器-秸秆-土壤相互作用模型，通过土槽试验和仿真试验中多试验指标(土壤正向位移、侧向位移，秸秆正向位移，“T”型槽开沟器的牵引力、下压力)证明了模型的合理性。在探究试验中，考察了横刀的形状和工作速度对于“T”型槽开沟器性能的影响，在仿真中测量了牵引力、下压力、土壤位移和秸秆位移。
研究结果表明，横刀类型、工作速度的和二者的交互作用均对牵引力、下压力、土壤位移和秸秆位移均具有显著影响；不同的横刀对“T”型槽开沟器开出的横沟形状有所不同，其中凹弧式横刀对土壤的扰动效果产生在地表以下，并且可以对秸秆形成二次剪切，提高秸秆的切断效果。该成果有望在黄淮海麦玉轮作区全量秸秆覆盖条件下，纯免耕播种成为可能，不仅为“T”型槽开沟器的横刀的选型提供了有力依据，也为使用离散元法评估横向开沟效果提供了有效的参考。
研究工作得到了国家自然科学基金(32101631)、中国博士后科学基金(2022M721976)、中国科学院战略重点研究计划(XDA28000000)和四川省现代农业装备工程技术研究中心开放课题(XDNY2021-001)的联合资助。
山东理工大学保护性耕作技术与智能装备创新团队，团队负责人：张祥彩副院长，团队成员：王宪良、魏忠彩、程修沛。
主要科研方向为保护性耕作技术与智能装备、土壤机械压实与智能耕整地装备、小区智能播种技术、马铃薯机械化等方面的研究。
论文连接：
https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2023.08.001
https://doi.org/10.1016/j.compag.2023.108278
编辑：周鑫雨
撰稿：王宪良 陈美舟