油菜機(jī)械移栽稻田土壤特性試驗(yàn)

王蘇飛++吳崇友

摘要：為了研究水稻收獲期間稻油輪作區(qū)稻田土壤含水率和力學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律及稻油輪作對(duì)旋耕碎土效果的影響，在水稻收獲前1 d至收獲后2 d的時(shí)間段內(nèi)測(cè)量土壤的含水率及貫入阻力；在不同的土壤含水率下旋耕碎土，并測(cè)量耕后土壤細(xì)碎度與流動(dòng)性。結(jié)果表明，收割前后一段時(shí)間內(nèi)，稻田表層土壤的含水率在無降水時(shí)隨時(shí)間沒有明顯變化，但在降水后明顯升高；測(cè)量時(shí)間和測(cè)點(diǎn)空間位置2個(gè)因素及兩者的交互作用均對(duì)測(cè)得的地表土壤含水率有極顯著影響；割后到降水前這段時(shí)間內(nèi)土壤含水率的空間分布與收割前及降水后相比不均勻；土壤平均貫入阻力與平均含水率的變化規(guī)律基本一致；地表土壤平均含水率及測(cè)點(diǎn)空間分布2個(gè)因素均對(duì)測(cè)得的土壤平均貫入阻力有極顯著影響；土壤含水率高時(shí)旋耕，會(huì)使大直徑土塊所占比例提高，小直徑土塊所占比例降低，而堆積休止角沒有明顯變化。

關(guān)鍵詞：稻田土壤；含水率；貫入阻力；細(xì)碎度；流動(dòng)性

中圖分類號(hào)： S220.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2017）06-0222-03

我國(guó)長(zhǎng)江流域多為一年兩熟或三熟稻油（麥）輪作制。由于生長(zhǎng)期限制，油菜生產(chǎn)多采用育苗移栽的方式[1]。目前油菜與其他旱地移栽作物的機(jī)械化移栽方式基本相同，即在耕整后用移栽機(jī)開溝并將作物秧苗送入溝中，通過土壤的回流固定秧苗位置和姿態(tài)。耕整后的土壤是否細(xì)碎疏松并具有良好的流動(dòng)性，對(duì)移栽機(jī)開溝效果及移栽后能否回流固苗有顯著影響。由于稻田土壤本身黏性較強(qiáng)，且移栽前耕整時(shí)通常含水率較高，處于塑性結(jié)持狀態(tài)，難以打碎，不僅影響開溝質(zhì)量，而且流動(dòng)性差，難以回流固苗[2-5]。這直接導(dǎo)致現(xiàn)有油菜移栽機(jī)在稻茬田上作業(yè)質(zhì)量無法保證，不利于油菜移栽作業(yè)機(jī)械化[6-8]。研究表明，同種土壤的結(jié)持狀態(tài)及力學(xué)性能取決于含水率，而國(guó)內(nèi)關(guān)于含水率與土壤力學(xué)性能之間關(guān)系的研究多集中在干旱地區(qū)，針對(duì)稻田黏重土壤的研究較少[9-11]。因此，研究稻田土壤在水稻收獲期間含水率及力學(xué)性質(zhì)的變化及二者對(duì)旋耕碎土效果的影響，有助于確定最優(yōu)的耕整時(shí)機(jī)和方法，并能為油菜移栽機(jī)的設(shè)計(jì)改進(jìn)提供理論支持。

1材料與方法

采用TSZ型土壤水分計(jì)測(cè)量表層土壤的含水率（體積分?jǐn)?shù)，下同），量程0%～100%，精度±2%。

采用TYD-2型土壤硬度計(jì)測(cè)量土壤貫入阻力，量程0～1 000 N，精度±0.5%，測(cè)量深度0～400 mm，測(cè)桿直徑 16 mm。

試驗(yàn)于2014年11月3日至11月10日在江蘇省江都市小紀(jì)鎮(zhèn)宗村進(jìn)行。所選試驗(yàn)田塊連續(xù)進(jìn)行稻麥或稻油輪作均達(dá)5年以上。

1.1土壤含水率與貫入阻力試驗(yàn)

試驗(yàn)田塊略呈扇形，按“L”形分布在田間均勻取3塊樣方，每塊樣方按5點(diǎn)取樣法均勻取5個(gè)采樣點(diǎn)，共計(jì)15個(gè)采樣點(diǎn)。

試驗(yàn)時(shí)間從2014年11月3日至11月7日，共5 d，每天于09：00—11：00和15：00—17：00這2個(gè)時(shí)間段內(nèi)分別在上述15個(gè)采樣點(diǎn)測(cè)量0～100 mm深度范圍內(nèi)土壤含水率和 0～160 mm深度范圍內(nèi)土壤貫入阻力。含水率在各點(diǎn)小范圍內(nèi)重復(fù)測(cè)量5次，求平均值作為該點(diǎn)的含水率讀數(shù)，貫入阻力則每隔 20 mm 深度讀出1個(gè)阻力值，每個(gè)點(diǎn)共8個(gè)阻力值。用Excel 2010進(jìn)行方差分析。

1.2耕作條件與耕后土壤細(xì)碎度及流動(dòng)性試驗(yàn)

選取2塊試驗(yàn)田塊，分別在2014年11月8日（雨后）、10日（晴天）上午旋耕，耕前測(cè)量含水率與貫入阻力，耕后測(cè)量細(xì)碎度與流動(dòng)性。從旋耕后的表土層中取10 kg土樣，用25、10 mm方眼篩分層篩分，并稱量篩下物的質(zhì)量，以衡量細(xì)碎度。用編織袋卷成漏斗，將所取土樣流下堆積成圓錐體，測(cè)量該圓錐體的高度和底面周長(zhǎng)以計(jì)算休止角，以該休止角衡量流動(dòng)性。

2結(jié)果與分析

2.1土壤含水率與貫入阻力試驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理與結(jié)果

2.1.1土壤平均含水率隨時(shí)間推移的變化平均含水率隨時(shí)間變化規(guī)律見圖1?？偲骄蕿?6.0%，最低平均含水率為23.8%，最高平均含水率為29.2%，極差為5.4%，標(biāo)準(zhǔn)差為1.7%，變異系數(shù)為0.065?？梢钥闯鰪氖崭钋暗绞崭詈蠛蕪?3.8%略微上升至26.0%左右，收割后含水率變化不大，基本穩(wěn)定在26.0%，而降水后含水率明顯上升，接近30%（圖1）。

2.1.2土壤含水率數(shù)據(jù)的方差分析為了研究測(cè)量時(shí)間及測(cè)點(diǎn)空間分布2個(gè)因素對(duì)測(cè)得的含水率的影響，對(duì)含水率數(shù)

據(jù)進(jìn)行方差分析。

由表1可見，在顯著水平α=0.01下，測(cè)量時(shí)間、測(cè)點(diǎn)空間分布2個(gè)因素和兩者的交互作用對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響均顯著（P<0.01）。前者表明蒸發(fā)、降水等環(huán)境因素對(duì)地表含水率有極顯著影響；后者表明同一塊田中含水率分布并不均勻，而是隨空間位置變化有一定的波動(dòng)。另外，兩者的交互作用也極顯著，表明同一塊田中不同位置的土壤對(duì)環(huán)境因素的響應(yīng)并不相同，有可能與地表秸稈覆蓋或土壤壓實(shí)程度不均勻有關(guān)。

2.1.3土壤含水率空間變異性隨時(shí)間推移的變化為了考察土壤含水率在各個(gè)測(cè)點(diǎn)分布的不均勻性隨測(cè)量時(shí)間的變

化，計(jì)算每次測(cè)量得到的15個(gè)測(cè)點(diǎn)含水率的變異系數(shù)。變異系數(shù)的變化情況見圖2，可見從收割后到降水前這段時(shí)間內(nèi)含水率變異系數(shù)較大，且大體上呈上升趨勢(shì)；收割前及降水后的含水率變異系數(shù)均較小。對(duì)這2種情況下的變異系數(shù)進(jìn)行方差分析，由表2可見，在顯著水平α=0.05下，這2種情況下的含水率變異系數(shù)差異顯著。

2.1.4土壤平均貫入阻力隨時(shí)間推移的變化對(duì)每個(gè)測(cè)點(diǎn)每次測(cè)量得出的20～160 mm深度范圍內(nèi)貫入阻力值求算術(shù)平均值F值，作為該測(cè)點(diǎn)該次測(cè)量的貫入阻力值。平均貫入阻力隨時(shí)間變化規(guī)律見圖3，與平均含水率的變化規(guī)律基本一致；總平均貫入阻力為162 N，最低平均貫入阻力為139 N，

最高平均貫入阻力為199 N，極差為60 N，標(biāo)準(zhǔn)差為21 N，變異系數(shù)為 0.127。

2.1.5土壤貫入阻力數(shù)據(jù)的方差分析運(yùn)用方差分析法研究平均含水率及測(cè)點(diǎn)空間分布2個(gè)因素對(duì)測(cè)得的平均貫入阻力的影響。

由表3可見，在顯著水平α=0.01下，平均含水率及測(cè)點(diǎn)空間分布2個(gè)因素對(duì)平均貫入阻力的影響均顯著。該結(jié)果表明，土壤含水率對(duì)其機(jī)械性有極顯著影響，且同一塊田中土壤平均貫入阻力分布不均勻，有一定的波動(dòng)。

2.1.6平均貫入阻力與土壤含水率關(guān)系的回歸分析用Excel 2010軟件計(jì)算得出20～160 mm深度范圍內(nèi)的平均貫入阻力Fθ與含水率θv的回歸方程為Fθ=11.292θv-131.89，r2=0.863 4。查相關(guān)系數(shù)臨界值表得r0.01（5）=

0.874 5<0.863 4，所以認(rèn)為回歸方程在α=0.01水平下顯著，平均貫入阻力與含水率之間存在線性回歸關(guān)系，大致隨著土壤含水率的提高而增大。含水率從約24%增大到約29%時(shí)，貫入阻力從約140 N增大到約200 N（圖4）。

2.1.7土壤貫入阻力與貫入深度的回歸分析用Excel 2010計(jì)算得出20～160 mm深度范圍內(nèi)各個(gè)試驗(yàn)深度下的平均貫入阻力Fh與貫入深度h的回歸方程為Fh=0.022 3h2-1.768 2h+93.466，r2=0.992 6。查相關(guān)系數(shù)臨界值表得r0.01（5）=0.950 7<0.992 6，所以認(rèn)為回歸方程在α=0.01水平下顯著，貫入阻力與貫入深度之間存在二次回歸關(guān)系，大致隨著貫入深度的增大而增大。貫入深度達(dá)到160 mm時(shí)，貫入阻力可以達(dá)到約400 N；但20 mm深度的平均貫入阻力大于40 mm深度的平均貫入阻力（圖5）。

2.2耕作條件與耕后土壤細(xì)碎度與流動(dòng)性試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

用每次測(cè)得的所有含水率值的算術(shù)平均數(shù)作為該次測(cè)量的含水率θv，用每次測(cè)得的所有貫入阻力值的算術(shù)平均數(shù)作為該次測(cè)量的平均貫入阻力F。用測(cè)得的堆積體高度和底面周長(zhǎng)計(jì)算得出堆積休止角。表4表明，土壤含水率高時(shí)旋耕會(huì)使大直徑土塊所占比例由11%增加至35%，小直徑土塊所占比例由60%減少至27%；而堆積休止角沒有明顯變化。

3結(jié)論與討論

（1）水稻收割前后一段時(shí)間內(nèi)，稻田表層土壤的含水率在不降水情況下維持在26%左右，而降水后提升較明顯，可達(dá)30%左右。（2）貫入阻力與貫入深度之間存在二次回歸關(guān)系，回歸方程為Fh=0.022 3h2-1.768 2h+93.466，大致隨著貫入深度的增大而增大。貫入深度達(dá)到160 mm時(shí)，貫入阻力可以達(dá)到約400 N。平均貫入阻力與含水率之間存在線性回歸關(guān)系，回歸方程為Fθ=11.292θv-131.89，大致隨著土壤含水率的增大而增大。含水率從24%增大到29%時(shí)，平均貫入阻力從140 N增大到約200 N。（3）同一塊田中土壤含水率和貫入阻力分布不均勻，而是隨著空間位置的變化有明顯的波動(dòng)，且兩者存在關(guān)聯(lián)性。這一現(xiàn)象不利于通過選擇合適的耕整時(shí)機(jī)改善耕作碎土效果。（4）土壤含水率對(duì)耕后土壤細(xì)碎度有影響。土壤含水率高時(shí)旋耕，會(huì)使大直徑土塊所占比例由11%增加至35%，小直徑土塊所占比例由60%減少至27%；而流動(dòng)性受含水率影響不明顯。由于試驗(yàn)條件的限制，對(duì)這方面的研究還不充分。

綜上所述，在稻田黏重土壤條件下，土壤含水率對(duì)土壤力學(xué)性能及耕作碎土效果有明顯影響。但含水率變化規(guī)律較復(fù)雜，不易預(yù)測(cè)；含水率、力學(xué)性能的空間分布也不均勻。因此，通過選擇合適的耕整時(shí)機(jī)達(dá)到理想的耕作碎土效果較為困難。開發(fā)受土壤條件影響較小的新型移栽方式，如苗帶少耕移栽等，可能成為解決稻田黏重土壤油菜機(jī)械移栽難題的重要途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳崇友，易中懿. 我國(guó)油菜全程機(jī)械化技術(shù)路線的選擇[J]. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化，2009（2）：3-6.

[2]Liu Z J，Zhou W，Shen J B，et al. A simple assessment on spatial variability of rice yield and selected soil chemical properties of paddy fields in South China[J]. Geoderma，2014（235-236）：39-47.

[3]Lima A C R，Hoogmoed W B，Pauletto E A，et al. Management systems in irrigated rice affect physical and chemical soil properties[J]. Soil & Tillage Research，2009，103（1）：92-97.

[4]章秀福，王丹英，符冠富，等. 南方稻田保護(hù)性耕作的研究進(jìn)展與研究對(duì)策[J]. 土壤通報(bào)，2006，37（2）：346-351.

[5]Mohanty M，Painuli D K，Misra A K，et al. Soil quality effects of tillage and residue under rice-wheat cropping on a Vertisol in India[J]. Soil and Tillage Research，2007，92（1）：243-250.

[6]袁文勝，吳崇友. 我國(guó)油菜移栽機(jī)械的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)分析[J]. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化，2007（6）：61-63.

[7]于修剛，袁文勝，吳崇友，等. 我國(guó)油菜移栽機(jī)研發(fā)現(xiàn)狀與鏈夾式移栽機(jī)的改進(jìn)[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2011，33（1）：232-234，239.

[8]袁文勝，吳崇友，于修剛，等. 黏重土壤條件下油菜移栽機(jī)械化研究前景初探[J]. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化，2011（1）：69-71，77.

[9]潘君拯. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)上的土壤力學(xué)性質(zhì)問題[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1957（2）：127-144.

[10]辛平，黃高寶，張國(guó)盛，等. 耕作方式對(duì)表層土壤飽和導(dǎo)水率及緊實(shí)度的影響[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，40（2）：203-207.

[11]李素英，李曉兵，符娜，等. 內(nèi)蒙古典型草原區(qū)土壤硬度與土壤水分的空間變化分析：以錫林浩特為例[J]. 干旱區(qū)地理，2007，30（2）：196-202.劉兆軍，李東升. 黑龍江省土地集約利用與新型城鎮(zhèn)化測(cè)度及協(xié)調(diào)發(fā)展[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（6）：225-229.

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2017.06.059