保护性耕作条件下松耕作业机具的探讨

松耕作业能打破犁底层、恢复土壤结构，形成适宜农作物生长的土体构造，是提高地表积温和作物产量的有效措施之一。为此，探讨了在秸秆覆盖条件下各种松耕作业机具的工艺特点及机具在保护性耕作播前作业中的适应性。     

根系生长与土壤物理性状之间的关系

根系生长在土壤之中,土壤物理条件的改变会对根系生长产生直接或间接的影响.为此,通过分析土壤主要物理条件,对土壤物理环境与作物生长之间的关系进行了评述,并对目前研究中存在的不足及今后需深入的研究领域提出了建议.     

长期深耕秸秆还田配施生物炭对砂姜黑土团聚体及小麦-玉米产量的影响

为探究耕作方式、秸秆还田和生物炭添加结合对土壤团聚体粒径分布、团聚体养分特征、养分库储量及小麦-玉米周年产量的影响,本研究采用3因素2水平试验设计,分别为耕作方式：常规旋耕（CT）,深翻耕作（DT）;秸秆处理：秸秆还田（S）、秸秆不还田（NS）;生物炭：生物炭添加（B）、无生物炭添加（NB）,共8个处理。结果表明：无生物炭添加时,旋耕秸秆还田显著提高了0~15 cm土层团聚体稳定性及土壤养分库储量,而深耕秸秆还田显著改善了>15~30 cm土层土壤团粒组成,提升土壤肥力,促进作物增产。相关性分析表明,砂姜黑土中作物产量的提升更依赖于深层（>15~30 cm）土壤物理结构的改善和土壤肥力的提升。配施生物炭后如DT-S-B（深耕秸秆还田配施生物炭）较CT-NS-NB（旋耕秸秆不还田无生物炭）处理尤其使>15~30 cm土层团聚体稳定性显著增强,>2 mm粒级团聚体比例、重量平均直径和几何平均直径值分别增加165.88%、62.37%和119.81%,显著提高>2 mm粒级团聚体有机碳、全氮和全磷含量,提高了>2 mm粒级团聚体有机碳和养分固持能力,降低了<2 mm粒级团聚体有机碳和养分固持能力,使>15~30 cm土层土壤有机碳库储量、全氮、全磷和全钾库储量分别显著提升37.41%、38.99%、41.26%和9.84%,促使2年作物周年产量平均增加22.96%,但在深耕秸秆还田的基础上配施生物炭在短期内增产效果不显著。综上,深耕秸秆还田配施生物炭能够显著改善黄淮海南部砂姜黑土深层土壤团聚体粒径分布和稳定性,提升了土壤肥力和作物周年产量,保障了农田高效绿色可持续生产。     

大垄双行玉米免耕播种技术研究

主要针对我国东北冷凉风沙区在玉米播种时,难以实现原垄免耕播种的问题,提出了大垄双行玉米错茬免耕垄作播种的作业思路,大垄双行技术是指将传统的一垄一行改为一垄双行,垄台宽度约为传统垄台的3倍,目前设计为700 mm;建立了相应的试验田.试验表明:该项技术能够在田间大量玉米根茬直立覆盖情况下,在大垄上实现两行玉米错茬播种,保持垄形,作业质量满足农艺要求.与传统播种方式相比,具有提高地温、降低作业成本、提高产量等优点,可以提高地温约1℃,降低机械作业成本350元/hm2,提高产量14.42%,是保护性耕作技术在东北冷凉风沙区推广应用的一种较理想的模式.     

双轴旋耕碎土试验台设计与分层耕作试验

针对现有耕作试验台难以满足双轴耕作部件测试的需求、室内测试重塑土难以反映作业现场真实环境的问题,设计了一种集前轴正转抛土、后轴反转碎土功能于一体的双轴旋耕碎土田间移动式试验台,可实现前后刀轴相对位置及转速比的实时调整。阐述了整机工作原理,分析了前后刀轴相对位置的调节范围、碎土刀轴位置调节机构结构参数、旋耕刀轴调速装置的运动参数,计算并选型了碎土刀轴调速系统、功耗测试系统中液压及电气元件。为提高分层耕作质量同时降低作业能耗,以前期研究的双轴起垄机的双轴旋耕碎土关键部件为研究对象,开展了分层旋碎的田间试验,并采用中心组合试验设计方法,以两轴水平间距、垂直间距、碎土刀轴转速为影响因素,以双刀辊作业平均功耗、表层5 cm土层的碎土率为评价指标进行响应曲面分析。利用Design-Expert软件进行数据分析,建立各因素和平均功耗、碎土率之间的回归模型,分析各因素对平均功耗、碎土率的显著性,同时对影响因素进行了综合优化。试验结果表明:各因素对平均功耗影响由大到小依次为水平间距、碎土刀轴转速、垂直间距;各因素对碎土率影响由大到小依次为水平间距、垂直间距、碎土刀轴转速;最优工作参数组合为水平间距为570mm、垂直间距为96mm、碎土刀轴转速为340r/min,对应的平均功耗为17.92 kW、碎土率为91.65%,且各评价指标与其理论优化值的相对误差均小于5%。试验表明,所设计的双轴旋转耕作部件性能测试试验台设计合理,能够满足多因素多水平的测试需求,为双轴旋转型耕作部件的优化设计提供了新的测试手段。     

黄淮海旱作区土壤压实度空间分布特征及其影响因素

为探究旱作区农田不同层次土壤压实度特征,基于2017年采集的255个土壤样品,运用Mann-Kendall突变检验法、地统计学和冗余分析等方法,探究黄淮海旱作区耕作层和压实层空间分布特征,分析不同层次的土壤压实度的空间变异特性及影响因素,并提出了最佳土壤压实度范围。研究结果表明:旱作区耕作层和压实层厚度均呈现由北向南递增的趋势,耕作层最大厚度可达22.50 cm,最低仅有10.21 cm;压实层厚度最大可达17.50 cm,最小值也达到7.50 cm。从不同层次来看,耕作层和压实层的压实度具有空间分布一致性,耕作层压实度高值区主要分布在河南省东部、安徽北部及河北北部地区,最大值可达87.68%以上,低值区则主要集中在山东西北部以及河北南部地区。和压实层压实度相比,耕作层压实度是影响粮食产量的主要因素,且在70%～80%时获得较高产量。分析表明,土壤压实度受到年降水量、平均气温、土壤自然属性等环境因子和机械耕作等人为因素综合作用的影响。研究结果可为黄淮海农田土壤压实情况的改善及管理措施的科学制定提供理论支撑。     

秸秆还田深度对春玉米农田土壤有机碳、氮含量和土壤酶活性的影响

为研究秸秆还田旋耕深度对土壤理化性质和酶活性的影响,明确不同秸秆还田深度条件下土壤理化性质与酶活性的关系,在3年（2016—2018年）田间微区定位试验条件下,研究秸秆旋耕还田10 cm（S₁D₁）、20 cm（S₁D₂）、30 cm（S₁D₃）和秸秆移除旋耕10 cm（S₂D₁）、20 cm（S₂D₂）、30 cm（S₂D₃） 6个处理对东北春玉米农田土壤理化性质和酶活性的影响。结果表明：旋耕深度（D）及其与秸秆处理（S）交互作用（S×D）显著影响土壤有机碳（SOC）含量,0~20 cm土层S₁D₁、S₁D₂处理SOC含量较S₁D₃处理高1.2%~16.0%,而20~40 cm土层S₂D₃处理SOC含量最高。旋耕深度、秸秆处理及两者交互作用对土壤硝态氮（NO₃^--N）和铵态氮（NH₄⁺-N）含量、蔗糖酶和过氧化氢酶活性影响显著。在0~40 cm土层,D₁、D₂旋耕深度下秸秆还田处理NO₃^--N含量比秸秆移除处理平均提高46.9%和34.9%,NH₄⁺-N含量平均降低31.6%和4.4%。在各旋耕深度下,S₁处理0~20 cm土层蔗糖酶和脲酶活性高于S₂处理,20~30 cm土层过氧化氢酶活性低于S₂处理。相关性分析表明,SOC、土壤全氮（TN）与NO₃^--N、NH₄⁺-N含量和蔗糖酶活性呈显著正相关,与pH、土壤含水量（SWC）呈显著负相关。主成分分析表明,与S₁D₁相比,S₁D₂对0~20土层蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶活性和0~40 cm土层SOC、TN含量影响更明显。综上所述,秸秆旋耕还田20 cm可改善0~40 cm土层养分水平,提高土壤酶活性,推荐为东北春玉米产区农田土壤培肥的合理秸秆还田方式。     

SWAT模拟耕作方式与盐分对区域土壤氮运移及作物产量影响

耕作方式与土壤盐渍化是影响河套灌区氮素流失及作物产量的重要因素.明确不同耕作方式与盐渍化水平下硝态氮运移量及作物产量的变化,可为制定合理的灌区耕作措施及盐渍化治理方案提供理论依据,对于揭示灌区氮素流失控制及不同作物增产潜力具有重要意义.该研究基于验证后的SWAT(Soil and Water Assessment To...     

黑土长缓坡地形与横垄对土壤有机碳空间分异的交互作用

横坡垄作对坡耕地土壤有机碳（soil organic carbon,SOC）流失有一定的阻控作用,但黑土区特有长而缓的地形与横垄对坡耕地SOC空间分异会产生交互作用,而这种交互作用引发的SOC流失风险没引起足够的重视。该研究以典型黑土区黑龙江省黑河市北安分局红星农场为研究区域,2022年在横坡垄作与顺坡水线方向上共布设25个采样点,采用地理探测器模型、单因素方差分析（one-way ANOVA）和Pearson相关性分析,探讨土壤有机碳的空间分异及其交互作用。结果表明,横坡垄作方向上垄沟土壤有机碳含量从坡顶到水线呈现逐渐增大的变化趋势;在垄台从坡顶到水线呈现先增大后减小的变化趋势。顺坡水线方向,土壤有机碳含量在垄沟呈现从上坡到下坡增大的变化趋势;在垄台呈现先增大后减小的变化趋势。由于断垄产生水线,顺坡土壤有机碳含量上坡与下坡仍有显著差异（P＜0.05）。Pearson相关性分析表明, 有机碳与可蚀性K因子呈显著负相关（垄沟和垄台相关系数分别为–0.228和–0.238,P＜0.05）,与碳循环相关的β-葡萄糖苷酶和微生物生物量碳在垄沟呈极显著正相关（相关系数为0.398和0.676,P<0.01）。地理探测器分析表明,顺坡水线对土壤有机碳空间分异的影响最大,其对垄沟和垄台SOC的解释力分别达到61%和52%以上;顺坡水线与其他因子的交互作用共同增强了对土壤有机碳的解释力,尤其是顺坡水线与高程的交互作用最为明显。黑土区坡耕地土壤有机碳空间分异主要受顺坡水线与高程的交互作用,横坡垄作虽然能够拦截径流,但由于长缓坡地形影响产生的断垄会加剧土壤侵蚀诱发的有机碳流失。因此,黑土坡耕地治理需要同时考虑横垄与地形的共同影响,从而实现防蚀的优化效果。