保护性耕作是对农田实行免少耕和作物根茬覆盖地表,免耕播种是在留有根茬和根茬覆盖的未耕地面进行直接播种,破茬是影响免耕播种质量的关键环节。此外,春耕时期的土壤粘性大,破茬刀具的粘土现象明显,工作阻力和功耗增大。基于上述亟待解决的科学问题和技术需求,本文在国家自然科学基金青年科学基金项目:玉米根系-土壤团聚体动态剪切失效特性及仿生破茬齿盘（5170051437）的资助下,围绕玉米根土团聚体的剪切失效特性和脱附仿生刀具表面开展相关研究。本文的主要研究内容如下:（1）构建玉米根茬主体部位的正交异性材料模型,并在软件ABAQUS构建其有限元模型,进行拉伸、压缩和剪切仿真。以玉米根茬主体部位的拉伸、压缩和剪切实验结果为依据,最终拉伸、压缩和剪切仿真与实验的损伤形貌和力学特性基本一致,验证了构建的玉米根茬主体部位正交异性材料模型的有效性。（2）应用CT扫描和根土分离法实现玉米根茬几何模型的原位无损重构,以获得地表下真实状态的玉米根茬几何模型。以该原位的玉米根茬几何模型为基础,构建根土团聚体有限元模型,开展玉米根土团聚体剪切仿真,结合玉米根土团聚体的剪切实验,探究其不同部位的剪切失效特性,得出在留有根茬覆盖的前提下,距根茬中间越远越好。（3）蝼蛄作为土息昆虫,长期穿梭土壤时其前胸背板上很少黏附土壤,具有脱附功能。基于此,本文以蝼蛄前胸背板为研究对象,通过超景深显微镜观测其宏观结构和微观形貌,分析出背板、凸包和导流沟皆有脱附机理。通过Micro CT等逆向工程技术将其整体和局部轮廓构型进行曲面拟合,发现多项式达到4阶已然满足精度要求。（4）将拟合的背板、凸包和导流沟曲面应用于仿生脱附表面,以切刀作用下的土壤振动响应作为评价标准,开展仿生脱附表面的切土仿真,结合仿生表面的剪切脱土实验研究,得出脱土能力凸包仿生切刀＞背板仿生切刀＞导流沟仿生切刀＞光滑无仿生表面切刀;最佳脱附效果的仿生表面设计参数为凸包缩放比例34、横向间隔缩放比例14.37和纵向间隔缩放比例14。