摘 要：現(xiàn)如今農(nóng)業(yè)機(jī)械造成的土壤壓實(shí)逐漸成為一個(gè)世界性問(wèn)題。本項(xiàng)目旨在主要通過(guò)模擬大型機(jī)械對(duì)土壤的不同程度壓實(shí)，來(lái)計(jì)算水稻不同收割時(shí)的機(jī)產(chǎn)率，從而總結(jié)出土壤壓實(shí)對(duì)水稻最佳收割時(shí)機(jī)的影響及選擇方法。同時(shí)通過(guò)選擇收割時(shí)間來(lái)減少土壤壓實(shí)對(duì)土壤和水稻產(chǎn)量的不利影響。相較其他物理方法和化學(xué)方法更加環(huán)保更加具有可行性，避免了繁瑣的工序步驟和其對(duì)土壤和水稻種植產(chǎn)生未知的潛在影響。通過(guò)該研究有效地將土壤壓實(shí)對(duì)土壤的不利影響控制到最低，來(lái)間接的提高水稻的產(chǎn)量和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：土壤壓實(shí)；水稻收割；制約因素；方法研究

1 研究意義及現(xiàn)狀分析

土地是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，正如印第安人說(shuō)過(guò)的“這里的每一寸土地，對(duì)我的人民來(lái)說(shuō)都是神圣的。哪怕是一根發(fā)亮的松針，一塊海灘的砂礫，一片林中的云霧，一顆清晨的露珠，還是一只鳴唱的小蟲，所有這一切，在我們?nèi)嗣竦挠洃浐同F(xiàn)實(shí)中都是神圣的。”但是，工業(yè)化的迅速發(fā)展，使地表環(huán)境遭到破壞，面對(duì)這一問(wèn)題，土地復(fù)墾是當(dāng)前增加耕地面積緩解人地矛盾的有效方法之一。在這個(gè)過(guò)程中，機(jī)械對(duì)土地的反復(fù)碾壓勢(shì)必破壞土壤結(jié)構(gòu)，改變土壤容量和質(zhì)地，影響土壤含水量，通氣性。在這個(gè)過(guò)程中，土壤壓實(shí)已經(jīng)成為最主要的障礙。

土壤壓實(shí)是指家畜或碾壓機(jī)器的重量壓在土壤上，導(dǎo)致土壤失去其內(nèi)部的空隙。土壤壓實(shí)，也可能會(huì)導(dǎo)致土壤中缺水。因?yàn)橥寥雷兊貌荒敲茨軌蛭沼晁?，從而增加了地表溢流和土壤侵蝕的可能性。礦物顆粒同時(shí)加壓使得植物難以生存，壓實(shí)的土壤使土壤幾乎不留有儲(chǔ)存空氣和水的空間，而水與空氣對(duì)植物的根的生長(zhǎng)來(lái)說(shuō)是必要的。經(jīng)過(guò)壓實(shí)的土壤對(duì)掘穴動(dòng)物來(lái)說(shuō)也是一個(gè)不好的環(huán)境，因?yàn)橥寥烂芏鹊脑黾邮蛊涓y以穿透。

在2000年歐洲環(huán)境局出版的土壤壓實(shí)其一般環(huán)境在字典中定義為：“由于負(fù)載，振動(dòng)或壓力的應(yīng)用引起的土壤密度（每單位體積的質(zhì)量）增大和減小土壤孔隙率，越固體越壓實(shí)土壤能夠支持更大的承載能力；當(dāng)使用農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域的管理操作，輪胎和設(shè)備，用于土壤壓實(shí)作用時(shí)，產(chǎn)生表面土壤壓實(shí)向下，造成增加堆積密度，增加硬度，稱為土壤壓實(shí)”。

一旦過(guò)度土壤壓實(shí)，如果沒(méi)有基本的物理干擾的實(shí)施，也難以返回到初始狀態(tài)。國(guó)內(nèi)對(duì)于土壤壓實(shí)的研究較晚，而往往是很難植被生長(zhǎng)以后徹底的物理修復(fù)，依靠植物和土壤壓實(shí)動(dòng)物修復(fù)是一個(gè)很漫長(zhǎng)的過(guò)程。

農(nóng)業(yè)土壤壓實(shí)受到許多農(nóng)業(yè)土壤科學(xué)家和農(nóng)民的關(guān)注，因?yàn)橥寥缐簩?shí)可能減少植物的生長(zhǎng)。大型拖拉機(jī)在田間作業(yè)的同時(shí)對(duì)土壤進(jìn)行了碾壓，造成土壤密度增加，土壤孔隙率降低，水滲透能力降低，從而導(dǎo)致土壤侵蝕加重，機(jī)耕阻力增加，作物根系生長(zhǎng)受阻，進(jìn)而導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低、投入加大，土壤環(huán)境受到破壞，形成土壤機(jī)械壓實(shí)。這個(gè)話題是復(fù)雜的，因?yàn)樗P(guān)系到植物對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的反應(yīng)和水的供應(yīng)。因此，這需要了解土壤下面應(yīng)用層的重力分布，以及土壤毀壞和變形的結(jié)果。

我國(guó)是世界上最早種植水稻的國(guó)家。在我國(guó)，水稻種植面積約3000萬(wàn)hm2，約占世界水稻種植面積的21%，年產(chǎn)量近1.6億t，占世界總產(chǎn)量的34%。河姆渡原始居民在距今約七千年前就開始種植水稻。水稻是我國(guó)種植最悠久的糧食作物，是我國(guó)人民的重要食物。水稻栽種孕育了精耕細(xì)作的中國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)。栽種水稻也培育了勤勞吃苦的民族精神。水稻在我國(guó)糧食生產(chǎn)中具有不可替代的作用。加快推進(jìn)水稻生產(chǎn)機(jī)械化，水稻生產(chǎn)的發(fā)展，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率是提高水稻生產(chǎn)能力的一個(gè)戰(zhàn)略措施，以保障我國(guó)糧食安全，推進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)具有重要意義。

2 制約因素

土壤壓實(shí)對(duì)土壤的危害主要分為以下幾個(gè)方面：（1）增加土壤

容積質(zhì)量，降低土壤滲透率，增加土壤水土流失。（2）土壤結(jié)構(gòu)變劣，土壤發(fā)生退化。（3）土壤機(jī)械阻力增加，作物生長(zhǎng)受到影響。（4）化學(xué)方面對(duì)土壤的污染：土壤污染是指土壤中積累有毒、有害物質(zhì)，引起對(duì)植物生長(zhǎng)的危害，或者殘留在農(nóng)作物中進(jìn)入食物鏈而危害人體健康。人從自然界取得資源和能源，經(jīng)過(guò)加工、調(diào)酸和消費(fèi)，最終以廢棄物撒向土壤，或通過(guò)大氣、水體和生的向土壤中排放轉(zhuǎn)化。當(dāng)輸入的污染物數(shù)量超過(guò)土壤的容量和自凈能力時(shí)，必然引起土壤情況的惡化，發(fā)生土壤污染。污染的土壤對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)不利。施用化肥是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的重要措施，但不合理的使用，也會(huì)引起土壤污染。長(zhǎng)期大量使用氮肥，會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)，造成土壤壓實(shí)，生物學(xué)性質(zhì)惡化，影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。

3 研究方法

通過(guò)使用一種高效準(zhǔn)確的土壤壓實(shí)模擬系統(tǒng)對(duì)土壤進(jìn)行模擬壓實(shí)并通過(guò)土壤檢測(cè)傳感器采集數(shù)據(jù)（溫度，濕度，降水量），從而模擬在各種不同土壤壓力下的水稻收割，通過(guò)該研究來(lái)計(jì)算出最合理的水稻收割時(shí)間，有效的將土壤壓實(shí)對(duì)土壤的不利影響控制到最低，來(lái)間接的提高水稻的產(chǎn)量和質(zhì)量，總結(jié)出在現(xiàn)有技術(shù)手段下水稻的最佳生產(chǎn)收割方式。同時(shí)通過(guò)控制收割時(shí)間來(lái)減少土壤壓實(shí)對(duì)土壤和水稻根系的不利影響相較其他物理方法和化學(xué)方法更加環(huán)保更加具有可行性，避免了繁瑣的工序步驟和其對(duì)土壤和水稻根系產(chǎn)生未知的潛在影響。

實(shí)驗(yàn)方案：（1）采用時(shí)間間隔取樣的方式，在實(shí)驗(yàn)田進(jìn)行最后一次的排水后，每隔兩周使用一定規(guī)格的樣筒對(duì)試驗(yàn)田中的土壤進(jìn)行一次取樣，并記錄取樣時(shí)的具體時(shí)間，天氣狀況（包括降水量，濕度，溫度）和土壤在試驗(yàn)田中的位置。（2）分為室內(nèi)模擬和田間實(shí)驗(yàn)兩組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。選擇在室內(nèi)對(duì)樣本進(jìn)行研究。將一次的田間取樣的樣本平均分成11組，每組3份。對(duì)每組樣本在室內(nèi)進(jìn)行單軸壓縮實(shí)驗(yàn)，從第1組到第11組分別施加0、30、70、110、150、190、230、270、310、350、400Kpa的壓力，根據(jù)不同載荷條件下土壤的物理性狀差異，獲取外載荷-土壤的物理關(guān)系。田間實(shí)驗(yàn)：室外加載。并進(jìn)行室外試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集，與室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)獲得的各項(xiàng)信息，運(yùn)用MATLAB等軟件，建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型，將根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的土壤基礎(chǔ)參數(shù)，推斷在該條件下進(jìn)行收割作業(yè)會(huì)產(chǎn)生的破壞效應(yīng)。

通過(guò)完成田間實(shí)驗(yàn)，做好數(shù)據(jù)的處理分析，可以初步建立可行數(shù)學(xué)模型，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的土壤基礎(chǔ)參數(shù)推斷在該條件下進(jìn)行收割作業(yè)會(huì)產(chǎn)生的破壞效應(yīng)，并建立土壤力傳遞模型，并找到影響力在土壤中傳遞的各項(xiàng)因素，從而制定相應(yīng)模型來(lái)預(yù)測(cè)水稻收割的最佳時(shí)機(jī)。

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