农业工程学概论

农业工程学概论内容摘要：

作为判断标准。 （二）光透射特性 透射率 ： T=IT/I0 100% ※ 实际应用中，常采用吸光度 ，能够同时反映物料的外表特征和内部密度等。 （三）延迟发光特性 物料经过照射，使叶绿素分子离子化，产生自由电子，使最低能级的叶绿素放出延迟光，然后逐渐衰减（ 132）。 二、农业物料的其它光辐射特性 （红外光： ～ 1000181。 m；紫外光： ～ ）  红外线辐射有显著的热效应和较强的穿透力。  红外辐射特性（ R、 T、 A 等）与物料的厚度、结构、密度、水分以及照射条件有关。 用近红外光谱 分析法，可以快速、准确测定物料的品质和成分； 远红外探测器，可探测森林火灾、作物长势和预报病虫害等。  紫外线辐射（ ～ ），有激发光现象（不同物质发出不同颜色的荧光），用于分拣、鉴定纯度等。 13 ※ 生物受适当强度的紫外光照射，可促进维生素 D 的转化，有利于健康；过强的紫外线能消毒杀菌，但有害于健康。 三、农业物料的其它 电磁辐射 特性 （一）微波（ ～ ）  辐射特性 (R、 T、 A 等 )比短波显著。 原理 ： ※ 通过极性水分子振荡，导致细胞膜破裂 和细胞间的氢键松弛破坏而难以存活；但有时可能激活细胞，增加种子发芽率等。 用途 （二） X 射线和放射性辐射波 原理： 穿透力强，使水和其它物质电离，从而影响新陈代谢 —— 用途 ： ① 推迟果菜完熟期； ② 推迟蘑菇破膜开伞； ③ 诱变育种； ④ 杀菌保鲜（大蒜）。 四、电磁辐射的应用 —— （见 110） 167。 6 农业物料的电特性和磁特性 一、生物电  受精蛋两端电位差  植株受伤部分和完整部分间存在电位差，且伤势严重，则电位升高。 二、介电特性 ※ 介电常数： ε =D/E (D— — 电通量密度； E—— 电场强度 ) 相对介电常数 =ε/ε 0=C/C0 (ε 0和 C0为真空介电常数和电容。 表示提高电容量的能力 ) 介质损耗角正切： tgδ= =IR/Ic (表示物料在交流电场中吸收电能转化为热能的能力 )  用途 （见 134） （见 134） 14 ※ 充满理想电解质的电容器没有能量消耗，其电流 Ic 超前电压 V 为 900。 由于有了损耗，使电流 I 与电压 V 的相位角减小，损耗角 δ 增加。 （通常）在任何给定频率下，电介质可用理想电容 和电阻 R 组成的并联电路表示（见上图）。 总电流 I 与外加电压 V 之间的角度 θ称为相位角， cosθ 称为功率系数，在 δ 很小时， tgδ≈ cosθ。 三、电阻率（ Ω m） 已知 实验得出，吸湿性物料有： （水分传感器原理） ※ a、 b 为物料特性常数 =f(品种、密度、温度等 ) ※ 西瓜电阻率与含糖量的关系， 135 四、磁特性 ※ 用磁化水灌溉，可以增强根系的吸水性、有利于叶茎的生长。 磁化的主要表现（作用）： ① 作物增产。 例如，在播前 6～ 12天，将小麦种子在 30～ 60mT（毫 特斯拉）磁感应强度下进行处理 数秒 ，能够 提高净光合速率。 ② 减少耕翻作业的能耗。 在犁铧处安装强磁性源，可以使阻力 ↓ %；阻力波动小（波动系数由 %↓ 到 %）。 ③ 增强土粒凝聚性。 ※ 土壤磁化率与有机质的关系： X=+(%)，相关系数 r=； ※ 磁化率 =磁化强度 /磁感应强度， 磁感应强度 —— 磁性物质中单位体积的磁矩。 五、农业物料电特性在农业工程中的应用 （一）含水率测定 利用电特性（电导率 、电阻率 等）与含水量的关系。 （二）物料干燥 利用介电损耗 原理。 ※ 采用高频（ 1～ 150MHz）或超高频 (微波 )（ 915～ 2450MHz）加热更加优越，如：含水量 17%的蘑菇经微波处理 5分钟，水分便可降到 5%一下，而在一般烘房内则需 6～ 8小时。 （三）质量评定 测： ※ 主频 —— 用敲击激励苹果的方法，获得响应频率幅值最大的频率，称为响应主频率。 用来检测果品坚实度、判断贮藏时间等。 （四）种子处理 15 用于： 167。 7 农业土壤的工程性质 ※ 《周礼》中指出： “ 万物自生焉则曰土，以人所耕而树艺焉则曰壤 ”。 古书《说文解字》对土的定义： “ 土者，地之吐生物者 也 ”。 并进一步解释： “‘ 二 ’ 象地之上，地之中 ”。 即土壤位于岩石之上，地面以下的大地表层； “∣” 是 “ 物出之形 ” ，表示土壤能够生长植物。 两者合起来就是 “ 土 ”。 本节主要内容：土 /壤的形成；土壤的组成；土壤的性质；土壤盐碱化及其危害。 一、自然土与农业土壤的形成 （一）自然土的形成：岩石 —— 母质 —— 微生物 —— 植物  五大自然成土因素：母质、气候、生物、地形、时间。  自然土（ 5层） （二）农业土壤的形成  土壤（ 4层） 二、土壤孔隙度、土壤水和空气 土壤为三相体 （见下图） 16 （一）土壤孔隙度  土壤孔隙 ※ 土壤要求：总孔隙度为 3060%，非毛管孔隙 10%；毛管孔隙（含非活性孔隙） ∶ 非毛管孔隙 =2～ 4∶ 1。 土壤孔隙度 = 土壤孔隙比： （二）土壤水： ① 气态水 —— 孔隙中的水汽； ② 吸湿水 —— 土壤颗粒表面由空气中吸取的水分子（约 20个水分子厚，密度为 ～ ，冰点为－ 78℃ ） ③ 薄膜水 —— 包容在吸湿水外面的水膜，最大含量为吸湿水的 2～ 4倍。 外层膜状水可以被作物利用，但移动缓慢。 ④ 毛管水 —— ⑤ 重力水 —— （三）土壤空气： 相对湿度大，氧气少， CO2多（是空气中的 5～ 120倍）。 ※ 土壤空气增多，微生物活动旺盛（尤其温度较高时），有利于有机质分解。 三、土壤含水率和土壤状态 见 112； 138。  含水量：由小 —— → 大 状态： 固体 —— → 塑体 —— → 流体 力学特性：小 —— → 大 —— → 小 四、土壤的强度与破坏 △ 土壤强度 —— 不引起屈服应变和破坏的最大应力。 17 外力 —— 拉、压、剪、穿透等 破坏 —— 断裂、压缩、塑流等 ※ 土壤强度是变化的，不是定值。 ∵① 质地、含水量的不同； ② 由于孔隙的存在，难以准确地衡量有效截面积。 （一）抗剪强度（ S） 据摩尔 —— 库伦经验公式： S=C+ς tgψ (类似于物料摩擦力公式： F=μ +fP) 式中： C—— 粘结力； ς —— 正应力； ψ —— 内摩擦角； μ —— 粘附力。 ※ 140，描述剪切应力（ S）与剪切应变的关系 （二）承压强度（支承能力） 基本公式： P=K（ ） 式中： P—— 载荷压强； Z—— 下陷深度； n—— 与土壤性质有关的常数； K—— 考虑到 K 与承载面积有关，故分为两部分： ，其中， Kc—— 内聚变形模量 ，与面积有关； Kψ —— 摩擦变形模量 ，与面积无关； b—— 矩形支承面的短边或圆形半径。 △※ 土壤下塑限 —— 开始表现可塑性时的含水量。 （犁地的含水量应在下塑限以下） 土壤上塑限 —— 失去可塑性，开始流动时的含水量。 ※ 两者之间的含水量范围称为可塑性范围，两者之差称为塑性值。 塑性值大的土壤，可塑性强。 五、土壤结持度 —— 在不同水分下，土粒在外力作用下的难移动度。 土壤结持度与含水量有关， ∵ 水分影响土粒的 粘结力 和 粘附力 （ 143）。 ※ 土壤的状态从 干燥 —— 泥浆；其结持性依次为：坚固、酥软、可塑、粘韧、浓浆、薄浆。 ※ 通常为了减小机具的摩擦阻力（摩擦阻力约占总阻力的 50%，而当作业速度达到，只占 8%），常采取以下措施： ① 增加刃口的锐度； ② 涂聚四氟乙烯和尿素树脂等； ③ 电渗法：施以直流电场，使阴阳离子向不同方向迁移； ④ 在酥软结持状态下作业。 （另外，还有磁化犁、仿生犁等） 六、土壤压实 基本公式： 式中： A—— 压缩系数； P—— 压力； C—— P0=1时的孔隙比，即单位压力下的 e0。 144，表示干、湿土的 Pe 变化趋势。 △ 图 145，表示含水 量对压实程度的影响， 在压力一定的情况下，一般当含水量为饱和含水量的 80～ 85%时，最易压实。 △ 压实的后果： ① 透水、透气性 ↓ ，蒸发 ↑ ； ② 有机质分解慢，对作物供氮不足； ③ 耕作阻力 ↑ ，质量 ↓ ； ④ 影响产量。 △ 减少压实的措施： ① 复式作业； ② 免耕、少耕； 18 ③ 降低接地压力； ④ 定期深松； ⑤ 施有机肥； „„ 七、土壤的热特性 C、 λ 、 α 各参数的物理意义与 167。 但由于土壤中水分和空气比一般物料多，∴ 热特性波动很大。  水分对土壤热容量的影响见 113， 当水分低时： C：砂土 壤土 粘土 泥炭； 当水分高是： C：泥炭 粘土 壤土 砂土。 ※ ∵ 水置换了空气，而水的热容量大约是固相的 3～ 5倍，是空气的 3000倍。  水分对导热系数和导温系数的影响见 146， λ 、 α ：砂土 壤土 粘土 泥炭。 ※ ∵ 水导热系数是空气的 26倍，是固相的 1/3～ 1/4，通常土壤导热系数主要受含水量和松紧程度的影响，其影响程度大于容积密度。 ※ 公式 和 是一致的， ∵ C 乘以 ρ 即为单位容积的比热。 ※ 关系式 的作用是：通过测定 α （简单），可以研究导热方面的变化。 ※ 实践证明，常见作物种子发芽的最佳土温平均 25℃。 较高的土温有利于丰产。 昼夜温差大，有利于 根系发育 、 作物成长 以及土壤与大气中的 气水交换。 因此，耕作（施肥、中耕）使土壤疏松，可以使 —— Cv↓ 、 λ↓ 、日照后升温快。 八、土壤的盐化和碱化 （一）盐碱土分类 ① 盐化土 —— 表层的中性盐含量 %，对作物有危害； ② 盐土 —— 表层的氯化盐 %或硫酸盐 2%，危害极大； ③ 碱化土 —— 表层含有碱性盐， PH≥ ，碱化度（在水中的含量） 5%； ④ 碱土 —— 表层含有碱性盐， PH≥ ，碱化度 20% （二）盐碱土成因 自然因素 —— ① 含盐高的母质，由于水的蒸发，在随雨流到低洼处； ② 耐盐力强的植物吸水时吸收了盐分，干枯时留在地表。 人为因素 —— 灌溉不当、高位水库（使地下水位抬高）、水旱间隔种植等，造成次生盐渍化。 19 ※ 地下水位临界高度，一般认为：毛管深度 +根系主要部分的分布深度。 （三）盐碱土对农业生产的危害 △ ① 生理干旱 —— 含盐水的浓度大，植物吸水难甚至 “ 反渗 ” 而凋萎； ② 盐分毒性 —— 腐蚀幼芽或使叶子干枯； ③ 营养失调 —— 影响植物对某 些营养元素的吸收或生成难溶解的化合物； ④ 恶化土壤理化性质 —— 破坏团粒结构，干时板结，湿时粘重，透气性差。 造成植物出芽难、微生物活动困难。 本章重点、难点： 农业物料的机械特性； 农业物料特性在农业工程中的应用。 思考题： 农业物料的基本特性； 含水量对农业物料特性的影响。 第二章 农业机械化 167。 1 农业机械化在发展农业生产和推动社会进步中的作用 △ 农业机械化 —— 用机器逐步代替人畜力进行农业的技术改造和经济发展的过程。 ※ 农业机械化在发展 农业生产中的作用 —— 替代、强化。 劳动强度的评价： 能量代谢率（ Energy Metobolic Rate）： EMR= 100% 式中： Ew—— 劳动时消耗的能量（ kJ/min）； ES—— 准备工作时消耗的能量（ kJ/min）； Eb—— 基本代谢量。 21，给出体力劳动的分级 ※ 人的工作能力约为。 167。 2 实现农业机械化的条件 一、 有较发达的工业基础； 二、 有一定的资金； 三、 有劳动力转移的出路； 四、 有所需的能源； 五、 有适用的农机化技术； 20 六、 有较好的道路、水利等基础设施（条件）； 七、 有一定的生产规模。 167。 3 机械化作业项目及机具的基本类型 作业类型 机组类型 一、农用动力机械 拖拉机，固定式内燃机，电动机，农用汽车，农用飞机，风力。