破损青贮牧草氧气与温度原位观测及变质预测模型研究

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1、２０１８年３月农业机械学报第４９卷第３期ｄｏｉ：１０．６０４１／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１２９８．２０１８．０３．０１６破损青贮牧草氧气与温度原位观测及变质预测模型研究１１１１２１程强周海洋单桂林李梦华ＢＵＥＳＣＨＥＲＷ孙宇瑞（１．中国农业大学信息与电气工程学院，北京１０００８３；２．波恩大学农业工程研究所，波恩５３１１５）摘要：裹包式青贮饲料因塑封膜破损或开包饲喂致使空气（氧气）侵入，激活微生物消耗营养物质产生热量，引起异常温升，最终导致饲料营养成分损失，腐败变质。为此，本文提出了一种基于Ｃｌａｒｋ电极原理的溶解氧传感器，用于原位观测有氧胁迫下青贮裹包饲料内部氧动态与温度变

2、化。在此基础上，构建了基于偏微分常微分方程系统的有氧胁迫下青贮饲料内部氧动态、温升以及微生物繁殖耦合模型，并检验了模型的适用性。采用ＣＬＡＡＳ公司生产的Ｒｏｌｌａｎｔ４５５型打包机打出的青贮裹包饲料在２个干物质含量（ＤＭ１：３９０％±１３％和ＤＭ２：３１４％±２１％）下进行有氧变质过程实验，对比分析实验原位观测值与模型预测值的差异。结果表明：模型预测结果与实验测定结果总体上有较好的一致性，两者差异产生的原因是青贮饲料内部容重（孔隙）分布不均。此外，有氧变质过程产生的水分会改变模型的初始参数（氧气扩散速率降低，比热容提高等），导致模型后期预测精度降低。关键词：青贮牧草；

3、有氧变质；温度；氧扩散；耦合模型中图分类号：Ｓ８１６９文献标识码：Ａ文章编号：１０００１２９８（２０１８）０３０１３８０６ＩｎｓｉｔｕＳｅｎｓｉｎｇａｎｄＭｏｄｅｌｉｎｇＤｙｎａｍｉｃｓｏｆＯｘｙｇｅｎａｎｄＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎＧｒａｓｓＳｉｌａｇｅＢａｌｅｏｆＳｕｆｆｅｒｉｎｇＡｅｒｏｂｉｃＤｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ１１１１２１ＣＨＥＮＧＱｉａｎｇＺＨＯＵＨａｉｙａｎｇＳＨＡＮＧｕｉｌｉｎＬＩＭｅｎｇｈｕａＢＵＥＳＣＨＥＲＷＳＵＮＹｕｒｕｉ（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＡｇｒｉｃｕｌ

4、ｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＢｏｎｎ，Ｂｏｎｎ５３１１５，Ｇｅｒｍａｎｙ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｅｒｏｂｉｃｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎｏｆｂａｌｅｓｉｌａｇｅｄｕｅｔｏｐｕｎｃｔｕｒｉｎｇｐｌａｓｔｉｃｃｏｖｅｒｂｙａｃｃｉｄｅｎｔｏｒｆｅｅｄｉｎｇａｎｉｍａｌｓｒｅｓｕｌｔｓｉｎｔｈｅｎｕｔｒｉｔｉｏｎａｎｄｅｎｅｒｇｙｌｏｓｓｅｓ．Ｔｈｅｉｎｖａｓｉｖｅｏｘｙｇｅｎｔｈａｔａｃｔｉｖａｔｅｓｔｈｅａｅｒｏｂｉｃｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ

5、ｔｏｃｏｎｓｕｍｅｎｕｔｒｉｔｉｏｎｉｎｓｉｌａｇｅ，ｐｒｏｄｕｃｉｎｇｈｅａｔｔｈａｔｒａｉｓｅｓｔｈｅｓｉｌａｇｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｉｓａｋｅｙｆａｃｔｏｒｂｅｉｎｇｉｎｃｈａｒｇｅｏｆａｅｒｏｂｉｃｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎｏｆｓｉｌａｇｅ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｕｓｆａｒ，ｔｈｅｉｎｓｉｔｕｓｅｎｓｉｎｇａｎｄｍｏｄｅｌｉｎｇｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｏｆｏｘｙｇｅｎｄｉｆｆｕｓｉｏｎａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｉｓｉｎｇｉｎｂａｌｅｓｉｌａｇｅｈａｓｓｅｌｄｏｍｂｅｅｎｒｅｐｏｒｔｅｄ．Ｆｏｒｔｈｉｓ，ａＣｌａｒｋｅｌｅｃｔｒｏｄｅｂａｓｅｄｄｉｓｓｏｌｖｅ

6、ｄｏｘｙｇｅｎｓｅｎｓｏｒｗａｓａｐｐｌｉｅｄｆｏｒｉｎｓｉｔｕｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｏｘｙｇｅｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｂａｌｅｓｉｌａｇｅ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｄａｔａ，ａｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｃｏｕｐｌｉｎｇｔｗｏｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｏｘｙｇｅｎｄｉｆｆｕｓｉｏｎ，ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｇｒｏｗｔｈａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｉｓｉｎｇｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｎｄｖａｌｉｄａｔｅｄ．ＴｈｅｔｅｓｔｅｄｇｒａｓｓｓｉｌａｇｅｗａｓｂａｌｅｄｂｙｕｓｉｎｇａｂａｌｅｒｆｒｏｍＣＬＡＡＳｃｏ

7、ｍｐａｎｙ（Ｂａｌｅｒｔｙｐｅ：Ｒｏｌｌａｎｔ４５５）ｗｉｔｈｔｗｏｌｅｖｅｌｓｏｆｄｒｙｍａｔｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔｓ（ＤＭ１：３９０％±１３％；ＤＭ２：３１４％±２１％）．Ｅａｃｈｌｅｖｅｌｈａｄｔｈｒｅｅｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｍｏｄｅｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｇｅｎｅｒａｌｌｙａｇｒｅｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｓｉｔｕｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｉｅｓｂｅｔｗｅｅｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗｅｒｅｍ