【论文精选】仿生注液沃土装置工作参数的优化试验学术资讯

来源：农业工程学报

《农业工程学报》2019年第36卷第1期刊载了太原理工大学等单位张东光、左国标、佟金与张智泓的论文——“仿生注液沃土装置工作参数的优化试验”。该研究由国家自然科学基金（项目号：51805356）等资助。

仿生注液沃土技术通过学习土壤动物改变耕层土壤性状的方式，构建土壤洞道并施加液体肥，从而提高土壤肥力，促进作物根系生长。注液沃土装置通过挤压土壤形成洞道或裂隙，调节土壤孔隙度，控制耕层水分，并采用注射液体肥的方式增加耕层含水率和养分含量、改善耕层土壤的理化性状，最终为农作物生长创造有利的土壤环境。

蚯蚓在土壤中运动，背孔不断分泌出粘性体液，溶解大量的氧气，并顺着节间沟浸润体表，形成液体保护膜。蚯蚓在耕层土壤中构建洞穴而不粘附土粒，体表粘液的作用不可忽视。蚯蚓脱附减阻的机理在于，蚯蚓在构建洞道过程中，体表粘液形成润滑层，减小了蚯蚓运动的阻力；并且，蚯蚓的环节结构减小了体表与土壤的接触面积，破坏了界面水膜的连续性，降低了土壤对体表的粘附力，表现出良好的减阻性能。将蚯蚓在土壤中运动的脱附减阻特性应用于注液沃土工作部件，对减小土壤与部件之间的粘附具有积极的意义。

本研究从蚯蚓运动、黏液分泌和体表结构耦合形成的优异减阻性能获得启示，借助工程仿生技术手段和方法，仿照蚯蚓构建洞穴改良土壤的生存方式，设计仿生注液沃土装置，达到改善土壤结构，增加耕层肥力的目的。在此基础上，以最小工作阻力和土壤粘附量为优化目标，在保证所要求的土壤洞道或液体沃土质量前提下，优选仿生注液沃土装置样机类型，分析前进速度、入土深度、注液量与装置土壤粘附量、工作阻力之间的关系，求解仿生注液沃土装置最优工作参数，提高装置工作过程的脱附减阻性能。

研究结果表明，以土壤粘附量和工作阻力为响应值建立的回归方程模型拟合度良好，可以较好的描述响应值与试验因素之间的关系；试验因素对仿生注液沃土装置工作阻力和土壤粘附量的影响程度均为：入土深度>速度>流量。入土深度、速度、流量对工作阻力和土壤粘附量的影响较显著；模型交叉项入土深度和速度存在交互作用；综合考虑工作阻力和土壤粘附量，获得最小工作阻力和土壤粘附量的工作参数为：入土深度11 cm、速度1.0 m/s、流量350 g/s。在最优工作参数下，注液沃土装置的工作阻力为260.01 N，土壤粘附量为8.73 g。

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来源：gh_c45100f8f9c0 农业工程学报

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