土壤结构特性与大型机械化耕作的关系探究

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[摘 要]黑土耕地主要分布在东北地区，将此类型耕地作为本文研究的主要对象，研究在不同类型机械的作用下，其土壤结构特性所发生的变化，总结不同机械作业与土壤性质产生的不同影响：土壤的硬度发生三个层次的不同变化，大型机械与中型机械对土壤各层次变化均有不同程度的影响。

[关键词]大机械；土壤结构性特征；压实

中图分类号：F284 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）26-0301-01

当今时代是个科技快速发展的新时代，农业生产中大型机械的运用也愈加广泛。大型机械在耕作中的应用具有高效率、使农业高集约化的作用，是农业发展的积极推动力。土壤在机械化的作业中，不可避免的会结构上的变化，国内外对于这方面也多有研究，其中机械压实是主要的研究方向，在最先关注此问题的欧美各国，对机械对土壤的压实作用进行了详细的研究，得出机械压实土壤后会破坏土壤原有的结构，对农作物生产产生负面影响的结论。在耕地作业中使用大型机械设备带来的影响不只是土壤压实一方面，还会造成土壤疏松，但同时关于压实和疏松研究大机械对土壤影响，还未曾出现。黑土区是我国农业生产十分重要的耕作区，黑土土壤本书抗蚀性不佳，再加上人为和自然因素对其施加的影响，造成黑土土壤侵蚀严重。针对东北黑土耕地区本身存在的一些土壤现状，分析研究其机械耕作前后土壤结构的变化和由此对农业生产带来的影响，为大机械的科学化作业和土壤保护提供可靠的依据。

1.具体研究区域和方法

1.1 研究地区自然条件

被研究区域为黑龙江省克山县克山农场，地势高低不平，海拔和平均坡度分别为240到340米，3度，该区域土壤绝大部分为黑土，小部分草甸土分布于低洼地带。该地区气候类型为温带大陆性季风气候，每年十一月到第二年四月中旬为土壤的结冻期，深度最大达到215米。

1.2 具体的研究方法

由于马铃薯的生长和成熟过程对土壤条件有严格的要求，因此研究对象选择分别由大、中型机械耕作的马铃薯田为最佳。2006年九月到十月的耕地，在收获农作物前后以及土壤深松以后，在样田选择六个研究样点，从地面0厘米土层开始到80厘米垂直土层内，每10厘米布设和选取一个样点，3次处理过后重复。

主要使用的大机械有两种，一种是卡特公司（美）的MT865履带式拖拉机，一种是GRIMME公司（德）的V562-815轮式马铃薯收获机。选取的中型机械是我国东方红-1002履带式拖拉机。

确定好样地已经作业机械后，可对土壤的硬度进行性质测定。使用TE-3型土壤硬度计来测定土壤硬度，使用规格为100CM3的环刀对土壤孔隙度以及容重进行测定。

1.3 实验数据的处理

主要使用EXCEL软件以及SigmaPlot科学绘图软件进行实验数据的处理，结果实施T检验。

2.实验结果分析

2.1 土壤硬度与机械耕作的关系

机械在马铃薯样地耕作过程中，土壤结构产生最明显变化的是收获与深松的过程，大中机械性能存在差异，因此作业土壤的硬度变化垂直产生一定的规律性，0至80公分的土层内，大型机械对土层硬度的影响分三层，分别为耕作区与压实积累区和无影响区，中机械作业后土壤的硬度也有以上三层分区，但每层变化较大机械作业浅，对17.5公分到30公分的土壤硬度影响最大。大型机械进行收获和深松工作后土壤硬度与收获前相比明显降低；而中型机械作业土壤的前后变化在0至17.5公分处于大型机械相同，幅度较小。机械结构功能与样地土壤深度和硬度具有紧密关系，所以产生以上的影响。

就作业深度来说，大型深松机比中小型联合整地机达到的深度要深许多，有的机械带有的铲尖还可以防治土壤形成新的结板层，因此大型机械对于土壤影响的强度和效力更加明显。实验表明，压实积累区在机械作用下产生如下规律性表现：机械作业时对土壤的碾压次数随着深松、收获后、收货前不断增多，土壤的硬度也随着碾压的增多而增加。大型机械在压实积累区对土层硬度的影响比中型机械深10厘米，范围也要更大，由此可看出大型机械压实土壤主要是在土壤的压实积累区，以下土层的土壤硬度各种机械都无法产生影响。

2.2 土壤容重与机械耕作的关系

土壤的孔隙分布和紧实程度的特性可有土壤容重反应出来，土壤容重对于土壤水气热的具有一定程度的影响，进而可对土壤上的作物产生影响。根据以上的实验结果表明大中型机械在作业过程中都会对土壤的容重产生一定影响，但影响明显不同。中型机械可逐渐增加土壤容重而大型机械则降低容重，因此大型机械收获作物的过程也是疏松土壤的过程，虽然效果并不明显。大型机械在作业时，在非耕地的下层土壤层的容重影响主要是压实积累，但对非耕作的下层土壤和耕作土壤人的容重都未有明显影响，所以大机械与土壤的关系仍主要是良性的。中型机械在耕地收获前和整地后对土壤容重的影响表现为改良和压实，但对容重的影响还是以压实为主。

2.3 土壤的非毛管孔隙度和毛管孔隙度与机械耕作的关系

土壤的非毛管孔隙度/毛管孔隙度是反应土壤水分的重要指标，土壤水分的各方面变化都与非毛管孔隙度/毛管孔隙度有着重要关系。大型机械可使耕作表层土壤NCP/CP增加，但对非耕作的深层土壤影响不大。实验证明土壤的大机械作业与土壤结构的关系还是良性关系，产生的效应也以正效应居多；中型机械则与土壤良性关系不明显，主要是压实土壤。大型机械的耕作方式可对土壤形成一定的保护性，但同时也会由于对土壤深层结构的搅动，加速土壤的消耗。研究显示，大机械的深松作业，最佳位置为板结层以下2至3公分处，此处既可使土壤板结层破除，又可减轻作业机械燃料消耗与零件磨损，因此在大机械耕地作业时，需对土壤结构和水分等特性进行详细了解，以此选择正确的作业方式和土壤适宜深度，达到减轻水土流失的效果。

结语

1）土壤与机械耕作的关系存在积极和消极两方面。大型机械的影响主要是疏松土壤，并对耕作表层土壤具有改良作用；中型机械则会由于耕作中促成土壤形成新的结板层，因此对土壤有不利的影响。

2）大中型机械对土壤硬度的影响均存在耕作区、压实积累区和无影响区三个层面的变化，但中型机械的影响较轻，且会形成土壤板结层。

3）耕作区表层土壤的容重会在大机械的作用下降低，深层非耕作土壤的容重则会增加；中型机械对耕作区土壤容重的影响主要是新结板层形成的关系，深层非耕作区的容重会因压实而增加。

4）大型机械对耕地表层土壤非毛管孔隙度/毛管孔隙度的影响会对土壤产生积极的作用，中型机械与土壤非毛管孔隙度/毛管孔隙度的关系并不明显。

参考文献

[1] Wang E-H （王恩）， ChenX-W （陈祥伟）. Effectof heavy machinery operation on soil three phases and available nutrient in Phaeozem Region.Journal ofSoil andWater Conservation（水土保持学报）， 2007，21（4）： 98-102 （ in Chinese）

[2] Xia P （夏 萍）， Ren L （任 丽）. Changes of soil physica，l chemical and ecological factors undermechanized cultivation.Chinese Journal ofApplied Ecology（应用生态学报）， 2002，13（3）： 319-322 （ in Chi-nese）

作者简介

黄奕（1994年11月4日），女，壮族，广西南宁，学生，郑州大学，水利与环境学院地理信息系统专业，研究方向：土壤遥感。