农业机械学报

作者：张青松，廖庆喜，王泽天，陈杰，朱龙图

单位：华中农业大学,华中农业大学,华中农业大学,华中农业大学,华中农业大学,

关键词：油菜直播地;土壤含水率;土壤抗剪强度;土壤坚实度;测量装置

基金：国家重点研发计划项目（2021YFD2000401）、国家自然科学基金项目（32001427）、财政部和农业农村部：国家现代油菜产业技术体系项目（CARS-12）和中国博士后科学基金项目（2021M701341）

针对油菜直播地表农田土壤物理机械特性参数室内测量费时费力、田间测量仪器功能单一等问题，设计了一种油菜直播地表土壤物理机械特性参数测量装置，实现集成测量土壤含水率、坚实度、粘聚力和内摩擦角4种土壤物理机械特性参数且测量结果可以通过手机APP实时储存显示。装置基于自走式移动平台实现行走控制，以STM32单片机为核心控制器，利用FDR传感器获取土壤含水率，通过圆锥贯入部件测量土壤坚实度和抗剪切强度参数(包括粘聚力和内摩擦角)。分析了装置的圆锥贯入部件和土壤含水率检测部件测量原理，设计了装置测量控制系统硬件电路及软件，开展了传感器标定试验，确定了柱式压力传感器、薄膜压力传感器和土壤水分传感器的输入输出响应关系。选取71个土壤样本，融合土壤含水率和基于圆锥受力平衡关系获取的摩擦因数，运用最小二乘法建立了土壤粘聚力和内摩擦角数学测量模型，模型决定系数R2分别为0.932和0.956。开展了装置田间测量试验，对土壤含水率、坚实度、粘聚力和内摩擦角进行集成测量，结果表明：相较于AYD-2型土壤坚实度仪、干燥箱干燥法和ZJ-D型直剪仪测量结果，油菜直播地表土壤物理机械特性参数测量装置测量土壤坚实度、含水率、粘聚力和内摩擦角结果的平均相对误差分别为3.34%、5.06%、10.40%和8.20%。研究结果可为油菜直播地表土壤多个物理机械特性参数的快速、集成测量提供技术参考。

来源：2023年第3期

《农业机械学报》期刊编辑部

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