气压深松土壤孔隙度测试与分析

为了明晰气压深松土壤孔隙度的变化规律及其效果,利用温纳电阻率法测试气压深松前、后的土壤孔隙度,并以孔隙度增加率为指标进行分析,结果表明:深松气压和水平距离对孔隙度增加率有极显著影响(P0.01),而犁底层容重没有显著影响;水平距离0.7 m内的土壤孔隙度增大,犁底层孔隙度增加率随水平距离增加呈现先缓慢变化在0.4 m处出现峰值后,急速减小的变化趋势,水平距离0.1~0.4 m的孔隙度增加率均值显著大于0.5~0.6 m的孔隙度增加率均值(P0.05);深松气压2.2和1.8 MPa作用下的犁底层孔隙度增加率差异不显著,但均显著大于1.4 MPa作用下的犁底层孔隙度增加率(P0.05),1.8 MPa为最佳深松气压。结论可为气压深松技术及其设备的研发提供依据。     

基于土体裂隙迹线方程和土体扰动模型的气爆松土参数优化

为明晰气爆技术对土壤的深松效果,采用剖面法观测土体裂隙及扰动情况,设计正交试验分析气爆参数对土体裂隙扩展的影响,建立了气爆土体裂隙迹线方程及土体扰动模型,讨论了土体破坏形式对松土效果的影响,结果表明:气爆深度小于25 cm时,土体以张拉破坏为主,气爆起劈力为0.17 MPa,土面易抬升,裂隙中心为气爆中心,裂隙扩展随气压增大而增大,土体扰动系数为50%;气爆深度大于25 cm时,土体以剪切破坏为主,气爆起劈力为0.39 MPa,土面抬升不明显,土体裂隙中心下移,且下移量随气压增大而增大,土体扰动系数大于50%,松土效果优于张拉破坏;气爆深度为30 cm、气爆压力为1 MPa左右较适宜。该研究可为气爆松土参数优化提供参考。     

深松耕作和秸秆还田对农田土壤物理特性的影响

[目的]为了增加中国干旱半干旱地区农田土壤蓄水保墒能力。[方法]采用野外试验和室内分析相结合的方法研究了深松和深松结合秸秆还田耕作技术对晋中北部地区两种主要类型土壤物理特性的影响。[结果]深松可以打破土壤犁底层,显著降低黏土和壤土10—30cm土层范围内的土壤容重;调节土壤孔隙度,增加了黏土10—30cm土层范围内的土壤总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度,同时增加壤土10—30cm土层土壤总孔隙度、毛管孔隙度和20—30cm土层土壤非毛管孔隙度;改善黏土和壤土20—30cm土层土壤固、液、气3相状况;深松结合连年秸秆还田进一步优化了壤土耕层环境,同时显著降低了玉米拔节期土壤地表结皮的厚度和紧实度。[结论]深松结合连年秸秆还田和深松耕作技术可以缓解土壤板结状况,增加降雨入渗。     

深松与压实对红壤坡耕地土壤物理性质的影响

以红壤坡耕地为研究对象,研究了深松和机械压实对土壤物理性质的影响。结果表明:深松改善了除土壤最小持水量和毛管孔隙度外的土壤物理性质,并对表层土壤的改善效果较好,进而提高了红薯产量;机械压实则对除土壤紧实度和最小持水量外的土壤物理性质产生了负面影响,影响深度达30 cm左右,造成红薯产量降低。0~20 cm土层土壤容重、土壤孔隙度及土壤持水量之间呈显著或极显著相关;20~40 cm土层土壤容重、毛管孔隙度与土壤紧实度分别呈极显著和显著相关性,土壤持水量与土壤非毛管孔隙度、总孔隙度呈显著或极显著正相关。可见,避免机械压实并对深松耕作管理模式进行优化,是缓解红壤坡耕地农业生产与生态破坏的突破口之一。     

深松条件下不同地表覆盖对马铃薯产量及水分利用效率的影响

水分不足是限制旱区作物生长的主要因素,覆盖耕作能够改善土壤的微环境,从而显著提高作物的产量和水分利用效率。为探讨深松结合地表覆盖对土壤物理性状、马铃薯生长、产量及水分利用效率的影响,2013-2015年在宁南旱区采用深松覆盖秸秆、深松覆盖地膜、深松不覆盖3种覆盖耕作模式,以传统耕作不覆盖为对照,对土壤体积质量、团聚体、水分、马铃薯产量和水分利用效率等方面的影响进行了研究。结果表明,与传统耕作相比,深松结合地表覆盖可有效降低耕层土壤体积质量,改善土壤孔隙状况,以深松覆盖秸秆处理效果最佳,深松覆盖秸秆处理0~40 cm平均土壤体积质量较传统耕作降低17.1%。与传统耕作相比,深松覆盖地膜和深松覆盖秸秆处理可使0~40 cm土层0.25 mm机械稳定性团聚体数量显著增加30.7%和17.4%。深松结合不同覆盖方式能有效改善马铃薯生育期0~200 cm土层土壤水分状况,深松覆盖地膜对作物生育前期土壤水分保蓄效果较好,深松覆盖秸秆对生育中后期土壤水分状况的改善效果最佳。深松结合不同覆盖方式下马铃薯植株株高、茎粗及地上部生物量均显著高于传统耕作。作物生育前期以深松覆盖地膜处理效果最佳,中后期以深松覆盖秸秆处理促进作用明显。深松结合地表覆盖能明显提高马铃薯的产量和水分利用效率,深松覆秸秆处理的马铃薯产量、商品薯率和水分利用效率分别较传统耕作处理平均提高37.3%、93.3%和41.2%。通过两年试验研究,在宁南旱区采用深松结合地表覆盖措施具有良好的蓄水保墒效果,对马铃薯生长有利,以深松覆盖秸秆处理的增产和提高水分利用效率效果最为显著。     

不同耕整地方式对甘蔗耕层结构特性及产量的影响

为探讨不同耕整地方式对甘蔗地耕层土壤结构特性和产量的影响,以1.4 m和1.6 m两种种植行距为主处理,以深松35 cm+旋耕25 cm、深翻50 cm+旋耕25 cm、不深松(旋耕25 cm)3种耕整地作业方式为副处理,对甘蔗产量性状,土壤容重、紧实度、孔隙度、三相容积率、田间持水量、土壤贯入阻力和抗剪强度等土壤结构特性进行研究。结果表明:1.6 m行距处理甘蔗蔗茎产量显著低于1.4 m行距处理;1.6 m行距处理土壤紧实度显著小于1.4 m行距,容重显著高于1.4 m行距处理,1.6 m行距处理显著改善土壤贯入阻力和抗剪强度。与对照不深松(旋耕25 cm)相比,深松35 cm+旋耕25 cm及深翻50 cm+旋耕25 cm处理通过增加土壤耕作深度,显著改善了耕层土壤紧实度和耕层土壤容重,改善了耕层的整体疏松程度;深松作业通过提高耕层土壤总孔隙度,尤其增加了30~40 cm土层的毛管孔隙度,提高了深层土壤的保水能力,对甘蔗中后期株高伸长和茎径增粗产生显著的促进效应。深松35 cm+旋耕25 cm与深翻50 cm+旋耕25 cm均显著降低了耕层土壤贯入阻力,但对土壤抗剪强度的改善效果不显著;深松35 cm+旋耕25 cm的固相容积率最小,气相容积率最大,不深松(旋耕25 cm)耕作措施的固相容积率最大,气相容积率最小,3种耕作措施的液相容积率没有显著差异。深松35 cm+旋耕25 cm和深翻50 cm+旋耕25 cm均对土壤物理结构的改善具有积极作用,能显著提高甘蔗产量,在具有大马力拖拉机和高质量深松器的蔗区建议采用深松35 cm+旋耕25 cm的耕整地方式,在缺乏大马力拖拉机和高质量深松器的蔗区,可以采用铧式犁深翻50 cm+旋耕25 cm的耕整地方式来代替深松,以达到增厚耕层的目的。     

施肥和耕作方式对棕壤微生物生物量碳氮的影响

以辽宁省昌图县主要粮食产区为研究对象,分析施肥(化肥、玉米秸秆和有机肥)和耕作方式(旋耕、深松和隔行深松)对棕壤微生物生物量碳、氮(SMB-C、-N)的影响。结果显示,与对照处理相比,施用化肥处理SMB-C、-N分别下降14.3%和13.3%,秸秆回田处理下降12.3%和12.2%,而施用有机肥则显著提高SMB-C、-N,幅度分别为31.7%和38.6%。说明施用化肥明显降低土壤微生物生物量,配施秸秆在短时期内无法缓解化肥施用对微生物生物量的抑制作用,而有机肥却能迅速缓解抑制作用,提高土壤微生物生物量。深松(行行)和隔行深松作为保护性土壤耕作方式,与常规耕作(NPK处理)相比,显著提高了SMB-C、-N,其中深松提高幅度为56.8%和77.0%,隔行深松则为27.7%和36.1%。试验伊始,有机肥处理SMB-C/SOC(土壤有机碳)最高,达到1.57,至实验结束,深松处理最高,为2.15,其次为隔行深松处理。有机肥处理SMB-N/TN(土壤全氮)受年际影响上下波动,深松和隔行深松处理呈现先下降后上升的态势。深松和隔行深松能有效保存土壤养分含量,特别是活性碳、氮库,是土壤肥力贫瘠地区推荐的土壤耕作方式,从人力和机械消耗角度而言,隔行深松更有利于我国农业可持续发展。     

深松对雷州半岛甘蔗产量的影响及其作用机理研究

雷州半岛深松中耕对甘蔗产量影响及其作用机理研究表明,深松打破了犁底层,降低了土壤容重和坚硬度,增加了土壤的蓄水保水能力,改善根系生长的生态条件,促进根系生长,使根系干物质和植株养分显著增加,提高甘蔗的根系活力和抗逆性。深松后的产量较常规中耕提高了16.08%。     

麦前深松对夏玉米土壤物理性状和生长特性的影响

为探明华北地区深松耕作方式对夏玉米生育期土壤物理性状和水分利用效率的影响,在河南省新乡采用冬小麦播前深松耕作(PS)、传统旋耕(CK)2种耕作方式,对夏玉米各生育期间的土壤粒径组成、容重、土壤紧实度、夏玉米生长发育指标及水分利用效率等进行了研究。结果表明:PS处理下土壤粒径组成无明显变化,全生育期PS较CK处理0—40cm土层土壤容重降低0.63%~3.85%,孔隙度提高0.27%~3.67%;拔节期PS较CK处理20—30,30—40cm土层土壤紧实度显著降低37.76%,22.26%;全生育期PS处理的土壤含水率、夏玉米株高、叶面积指数、干物质积累量均高于CK,产量提高了9.50%,穗长和穗粒重提高了4.18%和6.50%(p0.05),水分利用效率提高5.08%,节水增产效果显著。     

灌溉与深松对夏玉米根区土壤微生物数量的影响

为探明灌溉与深松对夏玉米根区土壤微生物数量的影响,以大田夏玉米为研究对象,采用正交试验设计,研究不同灌水方式、灌水量与深松对夏玉米根区土壤微生物数量的影响。结果表明:夏玉米不同生育阶段,灌溉与深松对根区土壤细菌、放线菌和真菌数量的影响不同,灌浆成熟期细菌与放线菌数量大于苗期,苗期真菌数量大于灌浆成熟期;灌水方式对苗期土壤细菌、放线菌和真菌数量,灌浆成熟期真菌数量均有显著影响,灌水量对苗期的放线菌和真菌数量,灌浆成熟期细菌和放线菌数量均有显著影响,微润灌溉条件下真菌变化幅度最小,滴灌下Shannon-Wiener指数变化幅度大;深松对苗期放线菌数量,灌浆成熟期细菌和真菌数量有显著影响,深松40 cm可提高土壤细菌、真菌数量。     

Study on soil cracks in pneumatic subsoiling based on LSTM

This paper reports research based on pneumatic subsoiling and the design of a pneumatic subsoiling mechanism to overcome the problems of high resistance and high energy consumption of subsoiling. By analysing soil-specific resistance, soil disturbance rate and soil bulkiness under different air pressure conditions, it is concluded that pneumatic subsoiling can effectively break the soil plough pan and reduce resistance to subsoiling. In order to analyse the impact of air pressure on subsoiling, in this study, principal component analysis was used to analyse the pneumatic subsoiling disturbance parameters (working air pressure, working depth and working speed), and the test results show that the contribution of air pressure to subsoiling resistance and subsoiling disturbance surface reached 24% and 25%, respectively. An orthogonal test was used to analyse the specific resistance of subsoiling, and its significance coefficient is 0.95. Long short-term memory neural networks (LSTM) and bidirectional long short-term memory neural networks Bi-LSTM. are used to predict the cracks on the disturbed surface of subsoiling. LSTM is a method to predict future occurrence using time series data, which can be used to predict the cracks on the disturbed surface of soil, while Bi-LSTM network is an innovative computing paradigm, which learns bidirectional long-term correlation between time step and sequence data, to predict the trend of fissures on the disturbed soil surface. The RSME of LSTM and Bi-LSTM are 4.80 and 6.55, and their determinative factor R² is 0.95 and 0.94 respectively, which indicates that LSTM and Bi-LSTM can effectively predict the cracks of pneumatic subsoiling. By analysing the specific resistance of pneumatic subsoiling, it can be shown that pneumatic subsoiling can reduce subsoiling resistance and expand the disturbance surface of subsoiling so as to achieve the effects of subsoiling, drag reduction and reduction of fuel consumption.     

Deep Tillage,Soil Moisture Regime,and Optimizing N Nutrition for Sustaining Soil Health and Sugarcane Yield in Subtropical India

A field experiment was conducted at ICAR-Indian Institute of Sugarcane Research, Lucknow, with three tillage practices (T₁: Control- two times ploughing with harrow and cultivator, each followed by planking before sugarcane planting; T₂: Deep tillage with disc plough (depth 25–30 cm) before planting followed by harrowing, cultivator, and planking; and T₃: Subsoiling at 45–50 cm and deep tillage with disc plough/moldboard plough (depth 25–30 cm) followed by harrowing, cultivator, and planking before planting, two soil moisture regimes (M₁: 0.5 irrigation water (IW)/cumulative pan evaporation (?CPE) ratio and M₂: 0.75 IW/CPE ratio) at 7.5 cm depth of IW, and four N levels (N₁- 0, N₂- 75, N₃- 150, and N₄-225 kg N ha^?1) in sugarcane plant crop. Deep tillage and subsoiling increased porosity and reduced bulk density in surface/subsurface soil. Further, these physical changes also improved soil biological and chemical properties responsible for higher crop growth and yield. Deep tillage and subsoiling reduced the compaction by 6.12% in 0–15 cm depth in sugarcane plant crop at maximum tillering stage. The highest N uptake (158.5 kg ha^?1) was analyzed with deep tillage and subsoiling compared to all other tillage practices. Maintaining suboptimal moisture regime with deep tillage and subsoiling showed the highest IW use efficiency (157.16 kg cane kg^?1 N applied). Mean soil microbial biomass carbon (SMBC) in ratoon crop was higher compared to plant crop. During initial tillering stage, ratoon crop showed higher SMBC with application of deep tillage and subsoiling (1209 mg CO₂-C g^?1 soil day^?1) at 0–15 cm depth and 1082.9 mg CO₂-C g^?1 soil day^?1 at 15–30 cm depth. Thus, it could be concluded that besides improving sugarcane yield, soil health could be sustained by adopting subsoiling (45–50 cm depth) and deep tillage (20–25 cm depth), with soil moisture regime of 0.75 IW/CPE and application of 150 kg N ha^?1 in sugarcane (plant crop).     

半干旱区中耕深松对土壤水分和作物产量的影响

为了提高半干旱区旱作农田对天然降雨的利用率,打破犁底层,增加雨水入渗,达到蓄水保墒、提高作物产量的目的,2008~2009年在朝阳半干旱区对旱地玉米和大豆进行中耕深松试验。研究表明,深松能打破犁底层,降低表层土壤容重和根系穿透阻力,提高土壤孔隙度。与对照相比,深松可以增加土壤含水量并可以提高水分入渗深度,深松区土壤水分入渗深度可达80 cm左右,未深松区土壤水分入渗深度只有40 cm左右。深松使玉米根干重增加幅度为3.6%~6.1%,使大豆根干重增加15.1%,并使大豆主根系入土深度增加3 cm,玉米增产幅度1.9%~11.3%,在干旱年份增产效果明显,大豆增产19.47%。     

微孔深松耕降低土壤紧实度提高棉花产量与种籽品质

长期传统耕作导致土壤紧实形成犁底层是影响农田土壤质量和作物生长的关键障碍因子之一。为解决这一问题,于2013年4月至2014年5月在山西运城南花农场开展为期1 a的大田试验,对比研究微孔深松耕技术和旋耕机旋耕15~20 cm的传统耕作方法对土壤紧实度以及棉籽品质性状和生长发育的影响。结果表明:微孔深松耕技术较传统耕作方式,棉花苗期犁底层40 cm处土壤紧实度由9 069.70降低到558.80 k Pa,吐絮期犁底层40 cm处的土壤紧实度由8 089.70降低到1 174.20 k Pa,吐絮期0~40 cm土层中微孔深松耕土壤容重最大为1.05 g/cm3,传统耕作最大为1.56 g/cm3;在30 cm土层中,微孔深松耕的总根量比传统耕作方式多187.03%;微孔深松耕处理棉株棉铃的5室铃率较传统耕作增加15.00%,每个棉瓤的种子数平均增加1~2粒;棉籽的籽指、密度、绒长均明显增加,脂肪含量显著降低(P0.05),蛋白质含量显著增加(P0.05),单株铃数比传统耕作增加6.34%,铃质量增加5.75%,皮棉产量增加10.12%。效益分析表明,采用微孔穴深松耕作种植棉花,每公顷净收益增加3 338.00元。该研究揭示了微孔深松耕作可有效打破犁底层,具有疏松土壤紧实度,并提高棉籽品质增加棉花产量,为该项技术应用于生产提供试验依据。     

深松耕和绿肥还田对云南坡耕地耕层土壤物理性状的影响

利用间作、深松耕和绿肥还田对土壤耕层结构不同的改善作用,将三者集成于同一系统中以发挥各自优势并催生彼此间的协同效应,从而建立适宜持续改善坡耕地耕层结构的耕作措施。于2016~2019年以滇东北规模化种植模式玉米间作马铃薯为研究对象,在此基础上集成利用深松耕与绿肥还田措施。本试验设置6个处理,分别为:T1.玉米单作(对照);T2.玉米/苕子;T3.玉米‖马铃薯;T4.玉米‖马铃薯/苕子;T5.深松耕+玉米/苕子;T6.深松耕+玉米‖马铃薯/苕子,研究不同措施对土壤紧实度、容重和剪切力的影响。结果表明,不同种植模式中,单作处理土壤容重、紧实度和剪切力均高于间作处理;6个处理中,深松耕+玉米‖马铃薯/苕子处理土壤容重、紧实度和剪切力均低于其他处理,在玉米收获期差异显著(P<0.05),与对照相比,土壤容重4年分别降低4.60%、7.00%、3.86%和3.17%;紧实度4年分别降低16.98%、15.06%、30.82%和16.75%;剪切力4年分别降低19.59%、47.72%、23.4%和28.31%。研究表明,玉米间作马铃薯与深松耕、绿肥还田集成应用技术通过利用协同效应,发挥各自优势,达到持续改善土壤耕层结构,为云南山区坡耕地耕层合理构建提供依据。     

坡耕地局部打破犁底层对水分入渗的影响

针对我国东北半干旱地区坡耕地的耕作层逐年变薄,结构坚硬、紧密的犁底层上移变厚,造成土壤透水、通气性极差,土壤径流、泥沙侵蚀严重,严重影响水分的入渗。利用同心环有压入渗试验及野外模拟降雨试验,研究了在垄作区田的坡耕地中,根据区田土垱之间打破犁底层范围的不同,来分析坡耕地的犁底层对水分入渗的影响。结果表明局部打破犁底层后水分稳定入渗率提高,产流时间延长,径流和泥沙明显减少。     

深松深度对砂姜黑土耕层特性、作物产量和水分利用效率的影响

研究深松深度对砂姜黑土耕层特性、作物产量和水分利用效率的影响,可为构建砂姜黑土合理耕层的耕作深度指标提供依据。本研究基于多年定位大田试验,采用大区对比设计,设置4个深松深度(30 cm、40 cm、50 cm、60 cm)处理,以旋耕(RT,平均耕作深度为15 cm)作为对照,研究不同深松深度对土壤紧实度、土壤三相比(R)值、作物根系形态、作物产量和水分利用效率的影响。研究结果表明,深松深度增加能显著降低土壤紧实度,使土壤的三相比(R)更加合理,进而促进作物根系生长。不同深松深度中,深松60 cm处理的土壤紧实度和三相比(R)值与对照相比降幅最大,深松40 cm处理的冬小麦根系生物量最大,深松50 cm处理的夏玉米根系生物量最大。深松不仅增加作物产量,还提高作物水分利用效率。深松30 cm处理的周年作物产量最高,比对照增产12.2%,但与深松40 cm处理差异不显著。深松50 cm处理的周年水分利用效率最高,但与深松30 cm和深松40 cm处理差异不显著。深松30 cm、40 cm和50 cm的周年水分利用效率比对照分别增加9.1%、8.8%和12.7%。因此,砂姜黑土适宜的深松深度为30~40 cm。     

不同机械深耕的改土及促进作物生长和增产效果

长期不合理耕作导致土壤结构性能恶化、土壤耕性变差,限制作物根系下扎、影响土壤生产潜力发挥。为了改善土壤耕层构造,该试验采用自主研发的改土机械ES-210型深松犁和前置式心土(亚表层)耕作犁进行深耕,以灭茬旋耕(常规耕作)为对照,进行大区耕作对比试验。结果表明:1)深松、亚表层耕作处理与对照相比,耕层土壤固相率分别降低1.6%~3.3%、2.8%~4.5%,液相、汽相相对增加,三相比更趋于合理化;打破犁底层,降低耕层土壤硬度,其中20~35 cm土层效果更为明显;耕层土壤有效水含量上升1.1%~1.2%、0.9%,束缚水(无效水)含量下降0.4%~1.1%、0.5%~0.9%。2)深松、亚表层耕作处理比对照根长增长,其中甜菜增长5.1%、2.9%,大豆增长11.5%、13.2%;干物质积累量增加,其中甜菜增加2.3%~4.1%、3.1%~4.8%,大豆增加7.8%~10.0%、10.4%~13.6%;3)深松、亚表层耕作处理与对照相比,其中甜菜增产8.5%、12.6%;大豆增产5.0%、6.1%;深松及亚表层耕作改土处理分别比对照增收1003.3、1454.4元/hm2,其中收益大小为亚表层耕作处理深松处理对照。可见,采用ES-210深松犁及心土耕作犁深耕改土,改变了土壤耕层构造,起到扩库增容的效果;改善了作物根系生长环境,提高了作物产量,为今后农业耕作机械的发展提供了技术支撑。