基于土壤壓實對水稻收割時機的制約因素與方法研究

摘 要：現(xiàn)如今農(nóng)業(yè)機械造成的土壤壓實逐漸成為一個世界性問題。本項目旨在主要通過模擬大型機械對土壤的不同程度壓實，來計算水稻不同收割時的機產(chǎn)率，從而總結(jié)出土壤壓實對水稻最佳收割時機的影響及選擇方法。同時通過選擇收割時間來減少土壤壓實對土壤和水稻產(chǎn)量的不利影響。相較其他物理方法和化學(xué)方法更加環(huán)保更加具有可行性，避免了繁瑣的工序步驟和其對土壤和水稻種植產(chǎn)生未知的潛在影響。通過該研究有效地將土壤壓實對土壤的不利影響控制到最低，來間接的提高水稻的產(chǎn)量和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：土壤壓實；水稻收割；制約因素；方法研究

1 研究意義及現(xiàn)狀分析

土地是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，正如印第安人說過的“這里的每一寸土地，對我的人民來說都是神圣的。哪怕是一根發(fā)亮的松針，一塊海灘的砂礫，一片林中的云霧，一顆清晨的露珠，還是一只鳴唱的小蟲，所有這一切，在我們?nèi)嗣竦挠洃浐同F(xiàn)實中都是神圣的?！钡牵I(yè)化的迅速發(fā)展，使地表環(huán)境遭到破壞，面對這一問題，土地復(fù)墾是當(dāng)前增加耕地面積緩解人地矛盾的有效方法之一。在這個過程中，機械對土地的反復(fù)碾壓勢必破壞土壤結(jié)構(gòu)，改變土壤容量和質(zhì)地，影響土壤含水量，通氣性。在這個過程中，土壤壓實已經(jīng)成為最主要的障礙。

土壤壓實是指家畜或碾壓機器的重量壓在土壤上，導(dǎo)致土壤失去其內(nèi)部的空隙。土壤壓實，也可能會導(dǎo)致土壤中缺水。因為土壤變得不那么能夠吸收雨水，從而增加了地表溢流和土壤侵蝕的可能性。礦物顆粒同時加壓使得植物難以生存，壓實的土壤使土壤幾乎不留有儲存空氣和水的空間，而水與空氣對植物的根的生長來說是必要的。經(jīng)過壓實的土壤對掘穴動物來說也是一個不好的環(huán)境，因為土壤密度的增加使其更難以穿透。

在2000年歐洲環(huán)境局出版的土壤壓實其一般環(huán)境在字典中定義為：“由于負載，振動或壓力的應(yīng)用引起的土壤密度（每單位體積的質(zhì)量）增大和減小土壤孔隙率，越固體越壓實土壤能夠支持更大的承載能力；當(dāng)使用農(nóng)業(yè)機械領(lǐng)域的管理操作，輪胎和設(shè)備，用于土壤壓實作用時，產(chǎn)生表面土壤壓實向下，造成增加堆積密度，增加硬度，稱為土壤壓實”。

一旦過度土壤壓實，如果沒有基本的物理干擾的實施，也難以返回到初始狀態(tài)。國內(nèi)對于土壤壓實的研究較晚，而往往是很難植被生長以后徹底的物理修復(fù)，依靠植物和土壤壓實動物修復(fù)是一個很漫長的過程。

農(nóng)業(yè)土壤壓實受到許多農(nóng)業(yè)土壤科學(xué)家和農(nóng)民的關(guān)注，因為土壤壓實可能減少植物的生長。大型拖拉機在田間作業(yè)的同時對土壤進行了碾壓，造成土壤密度增加，土壤孔隙率降低，水滲透能力降低，從而導(dǎo)致土壤侵蝕加重，機耕阻力增加，作物根系生長受阻，進而導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低、投入加大，土壤環(huán)境受到破壞，形成土壤機械壓實。這個話題是復(fù)雜的，因為它關(guān)系到植物對土壤結(jié)構(gòu)的反應(yīng)和水的供應(yīng)。因此，這需要了解土壤下面應(yīng)用層的重力分布，以及土壤毀壞和變形的結(jié)果。

我國是世界上最早種植水稻的國家。在我國，水稻種植面積約3000萬hm2，約占世界水稻種植面積的21%，年產(chǎn)量近1.6億t，占世界總產(chǎn)量的34%。河姆渡原始居民在距今約七千年前就開始種植水稻。水稻是我國種植最悠久的糧食作物，是我國人民的重要食物。水稻栽種孕育了精耕細作的中國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)。栽種水稻也培育了勤勞吃苦的民族精神。水稻在我國糧食生產(chǎn)中具有不可替代的作用。加快推進水稻生產(chǎn)機械化，水稻生產(chǎn)的發(fā)展，降低勞動強度，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率是提高水稻生產(chǎn)能力的一個戰(zhàn)略措施，以保障我國糧食安全，推進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和社會主義新農(nóng)村建設(shè)具有重要意義。

2 制約因素

土壤壓實對土壤的危害主要分為以下幾個方面：（1）增加土壤

容積質(zhì)量，降低土壤滲透率，增加土壤水土流失。（2）土壤結(jié)構(gòu)變劣，土壤發(fā)生退化。（3）土壤機械阻力增加，作物生長受到影響。（4）化學(xué)方面對土壤的污染：土壤污染是指土壤中積累有毒、有害物質(zhì)，引起對植物生長的危害，或者殘留在農(nóng)作物中進入食物鏈而危害人體健康。人從自然界取得資源和能源，經(jīng)過加工、調(diào)酸和消費，最終以廢棄物撒向土壤，或通過大氣、水體和生的向土壤中排放轉(zhuǎn)化。當(dāng)輸入的污染物數(shù)量超過土壤的容量和自凈能力時，必然引起土壤情況的惡化，發(fā)生土壤污染。污染的土壤對農(nóng)作物生長不利。施用化肥是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的重要措施，但不合理的使用，也會引起土壤污染。長期大量使用氮肥，會破壞土壤結(jié)構(gòu)，造成土壤壓實，生物學(xué)性質(zhì)惡化，影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。

3 研究方法

通過使用一種高效準確的土壤壓實模擬系統(tǒng)對土壤進行模擬壓實并通過土壤檢測傳感器采集數(shù)據(jù)（溫度，濕度，降水量），從而模擬在各種不同土壤壓力下的水稻收割，通過該研究來計算出最合理的水稻收割時間，有效的將土壤壓實對土壤的不利影響控制到最低，來間接的提高水稻的產(chǎn)量和質(zhì)量，總結(jié)出在現(xiàn)有技術(shù)手段下水稻的最佳生產(chǎn)收割方式。同時通過控制收割時間來減少土壤壓實對土壤和水稻根系的不利影響相較其他物理方法和化學(xué)方法更加環(huán)保更加具有可行性，避免了繁瑣的工序步驟和其對土壤和水稻根系產(chǎn)生未知的潛在影響。

實驗方案：（1）采用時間間隔取樣的方式，在實驗田進行最后一次的排水后，每隔兩周使用一定規(guī)格的樣筒對試驗田中的土壤進行一次取樣，并記錄取樣時的具體時間，天氣狀況（包括降水量，濕度，溫度）和土壤在試驗田中的位置。（2）分為室內(nèi)模擬和田間實驗兩組進行實驗。選擇在室內(nèi)對樣本進行研究。將一次的田間取樣的樣本平均分成11組，每組3份。對每組樣本在室內(nèi)進行單軸壓縮實驗，從第1組到第11組分別施加0、30、70、110、150、190、230、270、310、350、400Kpa的壓力，根據(jù)不同載荷條件下土壤的物理性狀差異，獲取外載荷-土壤的物理關(guān)系。田間實驗：室外加載。并進行室外試驗數(shù)據(jù)收集，與室內(nèi)試驗數(shù)據(jù)進行對比。（3）根據(jù)實驗獲得的各項信息，運用MATLAB等軟件，建立一個數(shù)學(xué)模型，將根據(jù)實時監(jiān)測的土壤基礎(chǔ)參數(shù)，推斷在該條件下進行收割作業(yè)會產(chǎn)生的破壞效應(yīng)。

通過完成田間實驗，做好數(shù)據(jù)的處理分析，可以初步建立可行數(shù)學(xué)模型，根據(jù)實時監(jiān)測的土壤基礎(chǔ)參數(shù)推斷在該條件下進行收割作業(yè)會產(chǎn)生的破壞效應(yīng)，并建立土壤力傳遞模型，并找到影響力在土壤中傳遞的各項因素，從而制定相應(yīng)模型來預(yù)測水稻收割的最佳時機。

參考文獻

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