氣爆壓力對深耕深松效果的影響

涂杰 張建軍 歲立云

摘 要：簡述了我國耕地深耕深松的常見方式，分析了各種方式的利弊。為消除常規(guī)深耕深松方式的弊端，提出了氣流爆噴式深耕深松新方式，并對氣爆壓力的效果進行了試驗。結(jié)果顯示，氣流爆噴式深耕深松方式能夠降低耕地土壤的容重，有效打破犁底層，且100MPa 的氣爆壓力深耕效果優(yōu)于80MPa 。

關(guān)鍵詞：氣爆;深耕深松;容重;氣爆中心線

中圖分類號：S-3

文獻標(biāo)識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190630014

土壤是種植業(yè)賴以生存的基礎(chǔ)，土壤耕作技術(shù)及模式的優(yōu)劣在很大程度上影響著種植業(yè)的發(fā)展[1]。長期以來，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中采用傳統(tǒng)翻耕、裸露土壤的耕作方式，隨著土地的連續(xù)利用時間增長和土壤熟化、化肥的大量施用及耕作方式的不合理，導(dǎo)致土壤的團粒結(jié)構(gòu)遭到了嚴(yán)重的破壞，容重增大，土壤板結(jié)，保墑能力下降，地表徑流、水土流失較為嚴(yán)重，耕作層變淺和犁底層上移，水分和養(yǎng)分滲透較差，從而使農(nóng)田肥力變得日趨衰竭，進而影響著作物根系的生長發(fā)育和農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量的穩(wěn)定和質(zhì)量的提升[2]。

為此，國家出臺了多項措施以鼓勵開展少耕、免耕和地表生物覆蓋等保護性耕作[3]。如：國務(wù)院《關(guān)于加強耕地保護和改進占補平衡的意見》中提出“因地制宜實行免耕少耕、深松淺翻、深施肥料……的保護性耕作制度……多措并舉保護提升耕地產(chǎn)能”;在《全國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化規(guī)劃（2016—2020年）》中提出“盡快突破丘陵山區(qū)機械化制約瓶頸。推進農(nóng)機深耕深松作業(yè)……”;在農(nóng)業(yè)部《全國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃（2015—2030年）》中提出要“采取深耕深松、保護性耕作……等土壤改良方式”。

但是，現(xiàn)有的深耕深松主要以機械式耕地為主，如鑿式鏟類深松機、振動深松機、偏柱犁機具等[4]。這種方式不同程度地存在著深松效果不理想、需破壞地表及植被、作業(yè)影響范圍小、程度不均勻、作業(yè)阻力大、器具磨損大、能耗較高，作業(yè)成本較高和效益較低等問題，特別是在丘陵山坡地區(qū)、零散地塊農(nóng)田和耕作層淺薄的農(nóng)田、大棚等設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤、果園等多年生經(jīng)濟作物以及已栽培作物的田地適用性較差。同時，這使得現(xiàn)有傳統(tǒng)的施肥方式，存在施肥不到位、利用效率較低，土壤養(yǎng)分失衡、根系密集層養(yǎng)分貧瘠，表面和淺層施肥易分解流失、且肥多燒苗、肥少早衰，底層追肥操作不便、分布不均、利用效果不佳等弊病[5-6]。這些問題的解決關(guān)系著深松深施技術(shù)和保護性耕作模式的進一步運用與普及。

近年來，國內(nèi)外興起利用氣壓劈裂原理造成巖土裂隙，增加流體的流動通道，提高土體滲透系數(shù)的研究及應(yīng)用，取得了良好的效果[7]。因此，考慮將該方式應(yīng)用在農(nóng)業(yè)土壤處理工程中，系統(tǒng)深入研究基于氣體脈沖/噴爆方式進行深耕深松等改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)耕作方式的創(chuàng)新型免耕技術(shù)模式，以對土壤結(jié)構(gòu)改良、提升保墑能力。為驗證氣體脈沖/噴爆方式進行深耕深松的可行性，作者研究了氣爆壓力對深耕深松效果的影響。

1 試驗設(shè)備

氣爆深耕機由成都天本加沃機械設(shè)備有限公司生產(chǎn)制造。

2 試驗設(shè)計

實驗田地的犁底層在18～25cm之間，為實現(xiàn)消除犁底層的深松效果，實驗時，氣爆通氣槍插入田地土壤的深度為25cm，氣爆壓力為80Mpa和100Mpa。氣爆后5min內(nèi)完成土壤取樣。取樣點為氣爆中心、據(jù)氣爆中心線半徑為10cm、20cm、30cm、40cm、50cm的圓上，氣爆中心線上每個深度取樣1次，圓上每個深度取樣4次。取樣土層深度分別為5cm、15cm、25cm，然后測土壤樣品的容重和總孔隙度，4次取樣的土壤樣品先混合后檢測。

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 深度25cm平面

為打破犁底層，實現(xiàn)農(nóng)作物根系的健康生長、抗倒伏，實現(xiàn)耕地保水保墑，將氣爆通氣槍插入田地土壤犁底層以下，插入深度為40cm。設(shè)置空氣壓縮機出口壓力為80Mpa和100Mpa，然后對氣爆槍輸入高壓空氣，實現(xiàn)土壤的氣爆深松。由圖1可知，氣爆壓力為100MPa時，所有取樣點土壤的容重均小于80MPa的氣爆壓力，實驗土地深度25cm的土壤容重平均為1.798，當(dāng)氣爆壓力為80MPa時，氣爆的有效作用范圍是氣爆中心線為中心，半徑40cm的圓面積范圍，距離氣爆中心50cm處的土樣容重與對照土樣的容重沒有顯著差異（P>0.05）。當(dāng)氣爆壓力為100MPa時，氣爆的有效作用范圍是氣爆中心線為中心，半徑50cm的圓面積范圍，距離氣爆中心50cm處的土樣容重顯著低于對照土樣的容重沒有顯著差異（P<0.05），說明在犁底層以下深度氣爆深松時，100MPa的氣爆壓力效果優(yōu)于80MPa。

3.2 深度15cm平面

由圖2可知，在地面以下25cm深度平面，氣爆壓力為100MPa時，距氣爆中心線30cm圓周上，所有取樣點土壤的容重均小于80MPa的氣爆壓力。試驗范圍內(nèi)，距氣爆中心線半徑超過30cm時，100MPa的氣爆壓力和80Mpa相比，土樣的容重沒有顯著差異（P<0.05）。

3.3 深度5cm平面

由圖3可知，在地面以下5cm深度平面，氣爆壓力為100MPa時，距氣爆中心線30cm圓周上，所有取樣點土壤的容重均小于80MPa的氣爆壓力。試驗范圍內(nèi)，距氣爆中心線半徑超過30cm時，100MPa的氣爆壓力和80Mpa相比，土樣的容重沒有顯著差異（P<0.05），該試驗結(jié)果與深度15cm平面土樣類似，但因為遠(yuǎn)離犁底層，土壤容重更小，該深度對照組的土壤總重為1.41g/cm3，大于實驗組的土壤容重，說明氣爆深松在距氣爆中心線50cm半徑范圍內(nèi)都有作用。

4 結(jié)論

土壤容積比重可用來計算一定面積耕層土壤的重量和土壤孔隙度;也可作為土壤熟化程度指標(biāo)之一，熟化程度較高的土壤，容積比重常較小[8]。由試驗結(jié)果和分析可知，經(jīng)高壓氣爆深松的土壤容重遠(yuǎn)小于對照容重，說明高壓氣爆能夠?qū)崿F(xiàn)土壤深松的目的，且高壓設(shè)備出口壓力為100MPa時的效果更好。因設(shè)備壓力值有限，測試的最高壓力僅為100MPa，后期將會采購新的氣爆設(shè)備進行試驗，以確定高于100MPa的氣爆壓力是否能夠取得更好的深松效果。

參考文獻

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[3] 詹卉. 提高耕地質(zhì)量和土壤肥力的政策思考[J]. 中國農(nóng)業(yè)信息， 2015（10）：3-4.

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[7] 左勝甲， 孔德剛， 劉立意，等. 基于氣壓劈裂原理的氣壓深松效果試驗[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報， 2016， 32（1）：54-61.

[8] 柳燕蘭， 郭賢仕， 姜小風(fēng)，等. 不同配方土壤熟化調(diào)理劑對新修梯田土壤改良效果的影響[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究， 2016， 34（4）：139-145.

作者簡介：

涂杰（1970-），博士，高級工程師，研究方向：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，農(nóng)產(chǎn)品加工。