草地切根施肥补播开沟装置的设计与试验

为克服草地土壤坚实度高、残茬根系量大带来的开沟问题,在草地切根改良的基础上实现施肥补播,采用破土刀齿破茬-种沟双圆盘开沟器开沟覆土-肥沟双圆盘开沟器压土成沟并覆盖种沟的工艺构建种床与肥床,设计分层交错式覆土开沟装置,建立种沟与肥沟双圆盘开沟器需满足的参数关系。基于土壤扰动造成土壤坚实度下降理论,通过对比试验,确定种沟开沟器距切根沟缝的距离对土壤坚实度的影响,得到将种沟开沟器布置在距离切根沟20mm处,可使开沟器入土处的土壤坚实度下降62%。将分层交错式覆土开沟装置应用于9QFB-2.4型破土切根施肥补播复式作业机,田间试验结果表明:该装置能够实现稳定开沟,形成深47.3mm、宽29.1mm的肥床与深44.7mm、宽19.5mm的种床,施肥和播种深度合格率分别达到80%和83%,且对土壤的扰动程度小于14%,有利于草场植被的保护。     

免耕对土壤容重总空隙度和水稳性团聚体的影响

在黄土高原半干旱区定西县团结乡进行了免耕与传统耕作对不同类型土地土壤容重、总孔隙度、土壤水稳性团聚体的影响试验,结果表明:与传统耕作相比,免耕对土壤容重的影响不大;免耕增加了土壤总孔隙度,其中水地增加0.22百分点,旱地增加0.97百分点,中间类型土地增加0.40百分点,而传统耕作变化不显著.0～5 cm土层水稳性团聚体,免耕水地增加0.09 g/100 g,旱地增加0.08 g/100 g,中间类型增加0.14 g/100 g;5～10 cm土层水地增加0.13 g/100 g,旱地增加0.14 g/100 g,中间类型增加0.13 g/100 g.     

双垄四行花生垄作播种机种沟开沟器设计与试验

针对我国南方丘陵地区土壤含水率较高导致花生播种机开沟器的开沟沟型不稳定、牵引阻力大的问题,设计了一种适用于南方土壤的花生播种机种沟开沟器,并结合南方土壤模型参数,采用离散元仿真和土槽试验相结合的方法优化开沟器作业参数。利用EDEM平台搭建土壤与开沟器模型,以开沟深度、双翼夹角和入土角为试验因素,以沟型系数和牵引阻力为评价指标,结合响应面法进行Box-Behnken试验,研究各因素及其交互作用对开沟器作业效果的影响规律,并确定最优参数组合为：开沟深度40 mm、双翼夹角98°、入土角144°。对比仿真试验和土槽试验结果,沟型系数和牵引阻力的误差分别为3.78%和6.68%,基于最优作业参数组合得到土槽试验中沟型系数为1.02、牵引阻力为46.3 N。该研究提高了开沟器的作业性能,为南方丘陵地区花生播种机种沟开沟器设计提供理论参考。     

免耕对土壤容重总孔隙度和水稳性团聚体的影响

在黄土高原半干旱区定西县团结乡进行了免耕与传统耕作对不同类型土地土壤容重、总孔隙度、土壤水稳性团聚体的影响试验,结果表明：与传统耕作相比,免耕对土壤容重的影响不大;免耕增加了土壤总孔隙度,其中水地增加0．22百分点,旱地增加0．97百分点,中间类型土地增加0．40百分点,而传统耕作变化不显著。0～5cm土层水稳性团聚体,免耕水地增加0．09g／100g,旱地增加0．08g／100g,中间类型增加0．14g／100g;5～10cm土层水地增加0．13g／100g,旱地增加0．14g／100g,中间类型增加0．13g／100g。     

原茬地大豆垄上双行开沟器结构参数优化

针对大豆垄上双行免耕播种作业过程中开沟器入土困难、开沟器堵塞、种沟构建质量差等问题,设计原茬地大豆垄上双行开沟器结构参数优化试验。通过分析工作过程中土壤颗粒在导流板表面运动规律,确定影响土壤颗粒运动规律关键结构与作业参数。采用四因素三水平正交试验方法,以分土角、运土角、导流角为试验因素,开沟深度变异系数和横向粒距变异系数为评价指标。优化结果为在作业速度8 km·h-1条件下,分土角65°,运土角30°,导流角45°时,开沟深度变异系数0.091、横向粒距变异系数0.035,作业过程无堵塞现象。将结构参数优化后双行开沟器与分体式双圆盘开沟器作比较试验,结果表明,开沟深度合格率提高11%,种子粒距横向分布合格率提高32%,开沟深度变异系数降低43.5%,横向粒距变异系数降低66.6%。研究结果为原茬地作物双行免耕播种机具推广应用提供技术支撑。     

不同轮耕模式对黄土高原旱作麦田土壤物理性状的影响

【目的】研究免耕、深松和翻耕两两组合而成的3种不同轮耕模式对黄土高原旱作麦田土壤物理结构与稳定性影响。【方法】于2007—2012年在陕西渭北旱塬麦田开展夏闲期免耕/深松、深松/翻耕和翻耕/免耕3种隔年交替的轮耕试验,测定土壤容重,并应用干筛和湿筛法分析土壤团聚体不同粒级含量、大小和分形维数。【结果】与耕作试验前相比,5年免耕/深松、深松/翻耕和翻耕/免耕处理在收获期0—60 cm土层土壤容重与孔隙度差异均不显著。3种轮耕处理的耕层团聚体性状变化差异显著,0—10 cm土层大于0.25 mm水稳性团聚体含量（R0.25）及稳定率表现为免耕/深松＞深松/翻耕＞翻耕/免耕;0—30 cm土层水稳性团聚体平均重量直径（mean weight diameter,MWD）大小表现为免耕/深松＞深松/翻耕＞翻耕/免耕。3种轮耕处理的团聚体分形维数（fractal dimension,D）,干筛法下10—30 cm土层表现出差异,湿筛法下0—10 cm土层表现出差异,免耕/深松处理分形维数低于深松/翻耕和翻耕/免耕处理。【结论】3种轮耕模式对土壤容重的影响无显著差异。免耕/深松保护性轮耕模式能提高耕层团聚体含量与稳定性,改善旱地土壤结构;而深松/翻耕与翻耕/免耕的轮耕模式由于隔年翻耕对土壤的强烈扰动,对土壤结构改善效果不明显。     

不同耕作模式下秸秆还田对潮土肥力特征的影响

2016—2017年通过田间试验对比研究夏玉米季不同耕作模式下秸秆还田对潮土肥力特征的影响。试验设置:免耕(NT)、免耕(NT)+秸秆还田(S)、翻耕(T)和翻耕(T)+秸秆还田(S)4个处理。结果表明,免耕、翻耕模式下,秸秆还田均显著增加了土壤碱解氮(+6.10 mg·kg~(-1)、+10.66 mg·kg~(-1))、有效磷(+2.76 mg·kg~(-1)、+6.53 mg·kg~(-1))、速效钾(+38.94 mg·kg~(-1)、+47.7 mg·kg~(-1))、有机质(+1.85 g·kg~(-1)、+0.80 g·kg~(-1))含量,及土壤孔隙度(+2.81%、+1.77%),降低了土壤容重(-5%、-3%),促进水稳定性大团聚体(0.25 mm)的形成。免耕、翻耕模式下的秸秆还田均有利于土壤肥力的提高,尤其在免耕模式下土壤容重、孔隙度、团聚体和有机质含量状况得到明显改善。翻耕对大团聚体有破碎作用,不利于有机质累积。     

油菜种床整备开畦沟仿靴形锐角开沟犁设计与试验

针对长江中下游土壤黏重板结、含水率波动大及前茬水稻秸秆留存量大的复杂工况和油菜种植需开畦沟的生产要求,研制了油菜机械直播种床整备开畦沟仿靴形锐角开沟犁。选择平滑抛物线作为滑切刃口曲线,开展仿靴形锐角开沟犁三面楔建模和犁体与土壤相互作用动力学分析,确定滑切刃口曲线的滑切角范围为23°～67°、犁体入土角为30°、犁尖张角为60°,挡土板的长度为400 mm,翼板倾角为40°～79.2°。田间试验表明,仿靴形锐角开沟犁可开出沟宽为200～400 mm、沟深为175～250 mm的梯形沟,沟宽及沟深稳定性均达90%以上,且翼板倾角为46°、开沟深度为183 mm、作业速度为0.6 m/s时,开沟作业效果满足油菜种植农艺要求。     

基于LS-dyna的油菜靴鞋式开沟器工作阻力动态仿真

开沟器是油菜播种机的核心部件,影响播种机的工作性能和油菜出芽率.为了改善开沟器的入土性能和减小开沟器工作阻力,本文运用LS-dyna软件对小型手扶式油菜播种机的开沟器切削土壤进行了仿真,对比分析了4中不同刃口开沟器的工作阻力.结果表明:在其它参数和约束条件相同的条件下,开沟器以3km/h前进时,锐角式开沟器的工作阻力小于钝角式开沟器;刃口为曲线的锐角式开沟器的工作阻力小于刃口为直线的锐角式开沟器;刃口为下凸曲线的锐角式开沟器的工作阻力小于刃口为上凸曲线的锐角式开沟器.     

秸秆与微生物菌肥配施对盐碱稻田土壤团聚体及真菌群落多样性的影响

为改良培肥盐碱土,探索土壤团聚体和土壤真菌群落变化,采用盆栽试验,设置常规肥料处理,添加秸秆处理（9t·hm-2）及秸秆与微生物菌肥处理,于秋季水稻成熟期对土壤水稳性团聚体、土壤真菌群落和水稻产量进行测定,探讨秸秆与微生物菌肥配施对盐碱稻田土壤结构、土壤微生物和水稻产量的影响。结果表明,秸秆还田可降低土壤容重和pH,增加土壤有机质含量和土壤水稳性大团聚体数量,与常规施肥相比,添加秸秆后团聚体平均质量直径（MWD）可提高11.29%、添加秸秆和微生物菌肥后MWD可提高19.35%;秸秆和微生物菌肥对改良盐碱土物理和化学性状效果显著。Illumina MiSeq测序结果表明秸秆还田降低了土壤真菌Alpha多样性,但对子囊菌门和担子菌门丰度有促进作用;与常规施肥相比,添加秸秆可增加水稻产量,增产率为4.39%;添加秸秆和微生物菌肥同样能提高水稻产量,增产率为4.66%。建议进行秸秆还田的同时增施微生物菌肥,可对盐碱土改良起到积极作用,并且能增加水稻产量。     

应用Le Bissonnais 法研究黄土丘陵区植被类型对土壤团聚体稳定性的影响

植被类型直接影响土壤特性,对土壤团聚体的形成和稳定性有重要影响,水稳性团聚体是反映黄土高原土壤抗蚀性的最佳指标。本文选择黄土丘陵区延河流域作为研究区域,应用Le Bissonnais(LB)法和Yoder法测定了森林、森林草原两种植被类型下土壤水稳性团聚体稳定性,对比分析了LB法3种处理的结果,并计算土壤团聚体平均重量直径（MWD）和可蚀性因子K值。结果表明：在LB法3种湿润处理下,预湿后扰动处理（WS）对土壤团聚体结构的破坏程度最大,处理后土壤水稳性团聚体以<0.2 mm为主;快速湿润处理（FW）对团聚体的破坏程度次之;慢速湿润处理(SW)对团聚体的破坏程度最小,处理后土壤水稳性团聚体主要以>2 mm团聚体为主;说明黄土丘陵区延河流域土壤团聚体破坏的主要机制是气爆作用（消散作用）和机械扰动。LB法的3种处理结果中预湿后扰动的测定结果与传统的湿筛法（Yoder法）更接近。LB法包含Yoder法的基本原理,能够全面、准确的测定土壤团聚体结构,适宜作为黄土丘陵区土壤团聚体测定方法。森林植被类型的土壤团聚体平均重量直径（MWD）大于森林草原植被类型,而且SW>FW>WS,但可蚀性因子K值却是森林植被类型小于森林草原植被类型。土壤水稳性团聚体由小颗粒向大颗粒转变,土壤结构趋于稳定。不同植被类型下土壤有机质含量不同,土壤团聚体形成过程及土壤团聚度也有差异,因而造成土壤可蚀性和土壤抗蚀性能不同。     

稻田不同免耕轮作模式对土壤性质的影响

为研究稻田不同免耕轮作模式对土壤性质的影响,基于2004年在成都平原建立的耕作定位试验,以当地传统麦稻周年旋耕+无秸秆还田(CW-CR)模式为对照,设置麦稻周年免耕+秸秆还田(ZW-ZR)和油稻周年免耕+秸秆还田(ZO-ZR)2种免耕轮作处理,2014年后分层取样测试土壤物理、化学性质和主要酶活性。结果表明:和CW-CR相比,连续免耕配合秸秆还田促进土壤有机碳和碱解氮含量的提高,土壤表层(0～7.5 cm)增幅分别为41.3%～52.2%和33.6%～33.7%,差异达显著水平。免耕模式不同土层有效钾含量显著低于对照模式,降幅19.8%～25.7%。连续免耕促进直径2 mm的水稳性团聚体的大幅增加,但对不同土层容重、孔隙度和最大持水量等物理性质及土壤酶活性影响较小。周年免耕条件下,麦稻模式较油稻模式更利于表层土壤5 mm水稳性团聚体的形成,其他多数指标无显著差异。0～7.5 cm土壤质量指数(Soil quality index,SQI)排序为ZO-ZRZW-ZRCW-CR。连续免耕可以提高小麦和油菜产量,但水稻产量不及对照模式,ZW-ZR和ZO-ZR模式平均降幅8.7%和4.6%。本研究条件下,免耕可改善稻田土壤质量,ZO-ZR模式优于ZW-ZR模式,但土壤质量的改善与水稻生产力的提高不同步。     

不同轮耕方式与生物炭用量对潮土区玉米产量及土壤理化性质的影响

针对常年小麦旋耕玉米免耕造成土壤容重增加、透气性变差、土壤团聚体稳定性降低、有机碳含量降低等土壤质量恶化的问题,探讨通过生物炭与轮耕方式改善土壤理化性状的可行性。采用田间定位试验,以小麦旋耕玉米免耕+不施生物炭(CK)为对照,设置3种生物炭用量(2.5(B1)、5.0(B2)、7.5 t/hm²(B3))与2种轮耕耕作方式(小麦旋耕玉米免耕(R)、小麦深翻耕玉米免耕(D))的交互处理,分析不同处理对土壤容重、孔隙度、团聚体稳定性、有机碳及作物产量的影响。结果表明,在0～20 cm土层,与对照相比,小麦旋耕玉米免耕处理土壤容重显著降低,并且随生物炭施用量的增加而降低,土壤孔隙度显著增加,并且随生物炭施用量的增加而增加;在20～40 cm土层,小麦深翻耕玉米免耕处理显著降低了土壤容重,增加了土壤孔隙度;不同处理均能显著提高>0.25 mm团聚体占比和土壤有机碳含量,并且2个指标均随生物炭施用量的增加而增加;在2020、2021年,不同处理玉米产量分别较对照显著增加5.07%～11.02%、6.53%～18.13%,其中,DB3处理产量最高,分别为8 946.83...     

玉米秸秆还田对土壤团聚体组成及其碳氮分布的影响

为揭示玉米秸秆还田对土壤团聚体组成及其碳氮分布的影响,采用单因素随机区组设计,设置秸秆不还田(T_0)、秸秆还田3 000 kg·hm~(-2)(T_1)、6 000 kg·hm~(-2)(T_2)、9 000 kg·hm~(-2)(T_3)、12 000 kg·hm~(-2)(T_4)5个处理,研究持续5 a秸秆还田条件下,秸秆还田量与土壤团聚体组成及其团聚体碳氮分布间的相互关系。结果表明:连续秸秆还田对土壤总碳、碱解氮、速效钾有显著影响。与T_0相比,T_3和T_4处理土壤总碳提高4.29%、6.13%,土壤碱解氮含量提高11.41%、13.86%,土壤速效钾含量提高11.63%、14.89%。T_4处理下土壤粒径大小为1～2mm的水稳性团聚体百分含量与T_0间差异显著,T_3处理下土壤粒径大小为0.5～1mm的水稳性团聚体百分含量显著低于T_0。随秸秆还田量的增加,土壤平均重量直径(MWD)、水稳系数(K)增加。整体上,受持续秸秆还田影响,土壤水稳性团聚体中氮含量以T_3处理最高,但不同粒径的土壤水稳性团聚体中碳含量间差异不显著。多元分析表明:5 mm粒径的土壤水稳性团聚体所占百分数与土壤MWD及K值间显著正相关;各粒径土壤水稳性团聚体中的全氮、总碳含量与土壤总碳含量均呈正相关。持续玉米秸秆还田提高土壤水稳性团聚体的MWD和K值,促进5 mm粒径的土壤大团聚体的形成;土壤水稳性团聚体中氮含量的差异较碳更显著,氮更易富集。     

保护性耕作对华北平原土壤团聚体特征的影响

 【目的】研究华北平原保护性耕作制度对土壤团聚数量、大小和稳定性的影响。【方法】本文采集了华北平原河北栾城试验站经过四年保护性耕作(旋耕和免耕)与传统耕作(翻耕)处理下原状土壤样品，测定了土壤容重、有机质和粘粒含量等物理性质，重点应用干筛和湿筛法分析了土壤团聚体数量、分布和分形维数。【结果】表层(0-5cm)土壤容重的大小顺序为免耕>旋耕>翻耕，免耕使表层土壤的容重显著增加；旋耕与翻耕的表层土壤容重差异不显著，但旋耕使10-20cm的土壤容重明显增加。干筛法分析表明，免耕处理下0-10cm内>0.25mm团聚体含量、平均重量直径(Mean Weight Diameter，MWD)和几何平均直径(Geometric Mean Diameter，GMD)均高于旋耕处理和翻耕处理，而旋耕与翻耕处理间没有显著的差异；湿筛法分析表明，土壤中的团聚体以非水稳性团聚体为主，水稳性团聚体的 和GMD大小顺序为免耕>旋耕>翻耕；在0-5cm土层内免耕处理的水稳性团聚体分维数(D)最小，而旋耕下5-10cm层的分形维数D值显著高于翻耕、免耕处理，说明旋耕使得该层内土壤团聚体的稳定性降低。【结论】经过四年保护性耕作试验，免耕处理促进表层土壤团聚体的形成并提高起稳定性，旋耕和翻耕处理由于对土壤的强烈扰动，降低了耕作深度内土壤团聚体的团聚度和稳定性；在10-30cm三种耕作处理间没有显著差异。     

船形铲式蔬菜种植开沟器的设计

根据开蔬菜种植沟的农艺要求,创新了船形铲式开沟器的结构和工作原理,确定了入土角、入土隙角、铲头张角、铲刃最小半径、船头前倾角、铲头长度、船身长度为作业性能影响参数。在根据性能参数值绘制开沟器的型线图的基础上,用UG软件设计了一种船形铲式蔬菜种植开沟器,并对开沟器进行了作业曲面的光顺性检查改进和开沟过程中受力性能的有限元分析优化,最后3D打印出开沟器模型以供评测和指导量产。     

长期秸秆还田对潮土水稳性团聚体的影响

为探究潮土区长期秸秆还田土壤水稳性团聚体的分布及稳定性,以河北省低平原潮土区小麦-玉米轮作系统为研究对象,利用38年化肥与秸秆配施长期定位试验,研究了不施肥(CK)和等量氮、磷肥用量为0 kg/hm2(S0)、2250 kg/hm2(S1)、4500 kg/hm2(S2)和9000 kg/hm2(S3)下的秸秆还田量、土壤团聚体分布特征及其稳定性.结果表明,与CK相比,长期施肥与秸秆还田可以降低耕层土壤容重与pH值,而对土壤颗粒组成没有显著影响.试验区土壤水稳性团聚体主要集中在>0.250 mm粒径中,在0～10 cm土层,S1、S2、S3秸秆还田处理土壤>0.250 mm团聚体含量均显著高于S0无秸秆处理,微团聚体(0.053～0.250 mm粒径)含量显著小于S0处理,<0.053 mm团聚体含量无显著差异,秸秆还田使表层土壤微团聚体向大团聚体团聚,增加了大团聚体含量.长期施肥与秸秆还田可以增加0～10 cm土层的平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD),提高表层土壤有机碳含量;多元回归方程表明,0～10 cm土层土壤有机碳含量与MWD值极显著相关.秸秆还田可以增强表层土壤团聚体稳定性,改善土壤结构.     

厢沟免耕秸秆还田对作物及土壤的影响

以常规翻耕为对照,通过2 a的双季稻田厢沟免耕秸秆还田试验发现,厢沟免耕水稻的前期生长较快,分蘖期缩短,而灌浆结实期较长,全生育期免耕比翻耕多1~2 d;油菜两年产量增加,水稻第1年产量变化不大,第2年产量增加。厢沟免耕土壤容重先增后减,有机质先减后增,土壤自调期不足1 a;在土壤各土层分布上,与传统免耕不同,厢沟免耕各土层差异不明显,0~5 cm土层土壤养分富集不明显,15~25 cm土层土壤容重显著降低,有机质比对照增加55.23%。秸秆还田能降低翻耕土壤容重,增加土壤有机质,而对免耕土壤影响不明显。     

不同耕作方式对草甸土结构变化的影响

为促进土壤结构改良,通过田间定位试验,从时间和空间尺度上,研究不同耕作与秸秆还田方式对典型旱地草甸土土壤团聚体和土壤容重的季节动态变化的影响。结果表明:不同耕作与培肥方式下,土壤容重均在20～30cm土层较高,平均1.51g·cm~(-3);不同耕作方式,0～40cm土层拔节期前NTDTST;大喇叭口期至成熟期,NT容重增加;成熟期0～30cm土层,深翻(1.45g·cm~(-3))与浅翻(1.44g·cm~(-3))无差异,30～50cm土层,深翻容重(1.48g·cm~(-3))略有增加;免耕秸秆覆盖,0～50cm土层平均容重(1.42g·cm~(-3)),比DT-S和ST-S减少0.03～0.05g·cm~(-3);0～30cm土层,ST-S比DT-S增加0.05g·cm~(-3),30～50cm土层,趋势相反。浅翻会造成犁底层上移,0～30cm容重增加,而深翻增加了40～50cm土层容重。10～20cm质地为粉砂质粘土,40～50cm为粘土,其余土层为壤质粘土;免耕与耕作前土壤团聚体分布更接近,均在1mm粒级处出现高峰,而ST与DT处理的波动性变化比较接近,NT处理在40～50cm土层的0.5～1.0和3.0～5.0mm粒径土粒含量明显高于ST与DT处理。横向比较,不同耕作方式下,团聚体分布不同;纵向比较,同一耕作方式,无论秸秆还田与否,不同粒级团聚体的波动性变化趋势一致。综合可知,土壤团聚体的机械稳定性受耕作方式影响较大,短期耕作与秸秆还田方式对土壤理化性状的影响虽受年季间的影响发生变化。     

黄土区露天煤矿不同复垦模式对土壤水稳性团聚体稳定性的影响

为了解不同复垦模式对土壤水稳性团聚体稳定性的影响,选择山西省朔州市安太堡露天矿排土场为研究区,采取典型小区调查的方法,分析了复垦21、22 a的4种混交林复垦模式(刺槐+油松、刺槐+榆树+臭椿、刺槐+柠条+沙棘、沙棘+榆树)、2种纯林复垦模式(刺槐纯林、沙棘纯林)以及复垦耕地的土壤水稳性大团聚体的含量、土壤团聚体的稳定率(WSAR)、几何平均直径(GMD)、平均重量直径(MWD)、破坏率(PAD),并通过和原地貌及未复垦地相应指标进行对比,来研究不同复垦模式对土壤水稳性团聚体稳定性的影响。研究结果表明:经多年复垦后,土壤水稳性团聚体的稳定性有了显著提高,在团聚体DR0.25(0.25 mm团聚体质量)、WSAR、MWD和GMD值上呈现出4种混交林复垦模式2种纯林复垦模式未复垦林地,以及林地内排耕地的总体趋势;土壤水稳性团聚体PAD值呈现出相反的排序。上述复垦模式中,刺槐+油松复垦模式下土壤水稳性团聚体的稳定性最好。土壤水稳性团聚体稳定性的评价指标中,DR0.25、WSAR、MWD与GMD之间相互呈极显著正相关,且均与PAD呈极显著负相关。该研究结果可为黄土区露天煤矿土地复垦及土壤重构提供一定依据。