油菜機械移栽稻田土壤特性試驗

王蘇飛++吳崇友

摘要：為了研究水稻收獲期間稻油輪作區稻田土壤含水率和力學性質的變化規律及稻油輪作對旋耕碎土效果的影響，在水稻收獲前1 d至收獲后2 d的時間段內測量土壤的含水率及貫入阻力；在不同的土壤含水率下旋耕碎土，并測量耕后土壤細碎度與流動性。結果表明，收割前后一段時間內，稻田表層土壤的含水率在無降水時隨時間沒有明顯變化，但在降水后明顯升高；測量時間和測點空間位置2個因素及兩者的交互作用均對測得的地表土壤含水率有極顯著影響；割后到降水前這段時間內土壤含水率的空間分布與收割前及降水后相比不均勻；土壤平均貫入阻力與平均含水率的變化規律基本一致；地表土壤平均含水率及測點空間分布2個因素均對測得的土壤平均貫入阻力有極顯著影響；土壤含水率高時旋耕，會使大直徑土塊所占比例提高，小直徑土塊所占比例降低，而堆積休止角沒有明顯變化。

關鍵詞：稻田土壤；含水率；貫入阻力；細碎度；流動性

中圖分類號： S220.1文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2017）06-0222-03

我國長江流域多為一年兩熟或三熟稻油（麥）輪作制。由于生長期限制，油菜生產多采用育苗移栽的方式[1]。目前油菜與其他旱地移栽作物的機械化移栽方式基本相同，即在耕整后用移栽機開溝并將作物秧苗送入溝中，通過土壤的回流固定秧苗位置和姿態。耕整后的土壤是否細碎疏松并具有良好的流動性，對移栽機開溝效果及移栽后能否回流固苗有顯著影響。由于稻田土壤本身黏性較強，且移栽前耕整時通常含水率較高，處于塑性結持狀態，難以打碎，不僅影響開溝質量，而且流動性差，難以回流固苗[2-5]。這直接導致現有油菜移栽機在稻茬田上作業質量無法保證，不利于油菜移栽作業機械化[6-8]。研究表明，同種土壤的結持狀態及力學性能取決于含水率，而國內關于含水率與土壤力學性能之間關系的研究多集中在干旱地區，針對稻田黏重土壤的研究較少[9-11]。因此，研究稻田土壤在水稻收獲期間含水率及力學性質的變化及二者對旋耕碎土效果的影響，有助于確定最優的耕整時機和方法，并能為油菜移栽機的設計改進提供理論支持。

1材料與方法

采用TSZ型土壤水分計測量表層土壤的含水率（體積分數，下同），量程0%～100%，精度±2%。

采用TYD-2型土壤硬度計測量土壤貫入阻力，量程0～1 000 N，精度±0.5%，測量深度0～400 mm，測桿直徑 16 mm。

試驗于2014年11月3日至11月10日在江蘇省江都市小紀鎮宗村進行。所選試驗田塊連續進行稻麥或稻油輪作均達5年以上。

1.1土壤含水率與貫入阻力試驗

試驗田塊略呈扇形，按“L”形分布在田間均勻取3塊樣方，每塊樣方按5點取樣法均勻取5個采樣點，共計15個采樣點。

試驗時間從2014年11月3日至11月7日，共5 d，每天于09：00—11：00和15：00—17：00這2個時間段內分別在上述15個采樣點測量0～100 mm深度范圍內土壤含水率和 0～160 mm深度范圍內土壤貫入阻力。含水率在各點小范圍內重復測量5次，求平均值作為該點的含水率讀數，貫入阻力則每隔 20 mm 深度讀出1個阻力值，每個點共8個阻力值。用Excel 2010進行方差分析。

1.2耕作條件與耕后土壤細碎度及流動性試驗

選取2塊試驗田塊，分別在2014年11月8日（雨后）、10日（晴天）上午旋耕，耕前測量含水率與貫入阻力，耕后測量細碎度與流動性。從旋耕后的表土層中取10 kg土樣，用25、10 mm方眼篩分層篩分，并稱量篩下物的質量，以衡量細碎度。用編織袋卷成漏斗，將所取土樣流下堆積成圓錐體，測量該圓錐體的高度和底面周長以計算休止角，以該休止角衡量流動性。

2結果與分析

2.1土壤含水率與貫入阻力試驗的數據處理與結果

2.1.1土壤平均含水率隨時間推移的變化平均含水率隨時間變化規律見圖1。總平均含水率為26.0%，最低平均含水率為23.8%，最高平均含水率為29.2%，極差為5.4%，標準差為1.7%，變異系數為0.065。可以看出從收割前到收割后含水率從23.8%略微上升至26.0%左右，收割后含水率變化不大，基本穩定在26.0%，而降水后含水率明顯上升，接近30%（圖1）。

2.1.2土壤含水率數據的方差分析為了研究測量時間及測點空間分布2個因素對測得的含水率的影響，對含水率數

據進行方差分析。

由表1可見，在顯著水平α=0.01下，測量時間、測點空間分布2個因素和兩者的交互作用對試驗指標的影響均顯著（P<0.01）。前者表明蒸發、降水等環境因素對地表含水率有極顯著影響；后者表明同一塊田中含水率分布并不均勻，而是隨空間位置變化有一定的波動。另外，兩者的交互作用也極顯著，表明同一塊田中不同位置的土壤對環境因素的響應并不相同，有可能與地表秸稈覆蓋或土壤壓實程度不均勻有關。

2.1.3土壤含水率空間變異性隨時間推移的變化為了考察土壤含水率在各個測點分布的不均勻性隨測量時間的變

化，計算每次測量得到的15個測點含水率的變異系數。變異系數的變化情況見圖2，可見從收割后到降水前這段時間內含水率變異系數較大，且大體上呈上升趨勢；收割前及降水后的含水率變異系數均較小。對這2種情況下的變異系數進行方差分析，由表2可見，在顯著水平α=0.05下，這2種情況下的含水率變異系數差異顯著。

2.1.4土壤平均貫入阻力隨時間推移的變化對每個測點每次測量得出的20～160 mm深度范圍內貫入阻力值求算術平均值F值，作為該測點該次測量的貫入阻力值。平均貫入阻力隨時間變化規律見圖3，與平均含水率的變化規律基本一致；總平均貫入阻力為162 N，最低平均貫入阻力為139 N，

最高平均貫入阻力為199 N，極差為60 N，標準差為21 N，變異系數為 0.127。

2.1.5土壤貫入阻力數據的方差分析運用方差分析法研究平均含水率及測點空間分布2個因素對測得的平均貫入阻力的影響。

由表3可見，在顯著水平α=0.01下，平均含水率及測點空間分布2個因素對平均貫入阻力的影響均顯著。該結果表明，土壤含水率對其機械性有極顯著影響，且同一塊田中土壤平均貫入阻力分布不均勻，有一定的波動。

2.1.6平均貫入阻力與土壤含水率關系的回歸分析用Excel 2010軟件計算得出20～160 mm深度范圍內的平均貫入阻力Fθ與含水率θv的回歸方程為Fθ=11.292θv-131.89，r2=0.863 4。查相關系數臨界值表得r0.01（5）=

0.874 5<0.863 4，所以認為回歸方程在α=0.01水平下顯著，平均貫入阻力與含水率之間存在線性回歸關系，大致隨著土壤含水率的提高而增大。含水率從約24%增大到約29%時，貫入阻力從約140 N增大到約200 N（圖4）。

2.1.7土壤貫入阻力與貫入深度的回歸分析用Excel 2010計算得出20～160 mm深度范圍內各個試驗深度下的平均貫入阻力Fh與貫入深度h的回歸方程為Fh=0.022 3h2-1.768 2h+93.466，r2=0.992 6。查相關系數臨界值表得r0.01（5）=0.950 7<0.992 6，所以認為回歸方程在α=0.01水平下顯著，貫入阻力與貫入深度之間存在二次回歸關系，大致隨著貫入深度的增大而增大。貫入深度達到160 mm時，貫入阻力可以達到約400 N；但20 mm深度的平均貫入阻力大于40 mm深度的平均貫入阻力（圖5）。

2.2耕作條件與耕后土壤細碎度與流動性試驗數據處理

用每次測得的所有含水率值的算術平均數作為該次測量的含水率θv，用每次測得的所有貫入阻力值的算術平均數作為該次測量的平均貫入阻力F。用測得的堆積體高度和底面周長計算得出堆積休止角。表4表明，土壤含水率高時旋耕會使大直徑土塊所占比例由11%增加至35%，小直徑土塊所占比例由60%減少至27%；而堆積休止角沒有明顯變化。

3結論與討論

（1）水稻收割前后一段時間內，稻田表層土壤的含水率在不降水情況下維持在26%左右，而降水后提升較明顯，可達30%左右。（2）貫入阻力與貫入深度之間存在二次回歸關系，回歸方程為Fh=0.022 3h2-1.768 2h+93.466，大致隨著貫入深度的增大而增大。貫入深度達到160 mm時，貫入阻力可以達到約400 N。平均貫入阻力與含水率之間存在線性回歸關系，回歸方程為Fθ=11.292θv-131.89，大致隨著土壤含水率的增大而增大。含水率從24%增大到29%時，平均貫入阻力從140 N增大到約200 N。（3）同一塊田中土壤含水率和貫入阻力分布不均勻，而是隨著空間位置的變化有明顯的波動，且兩者存在關聯性。這一現象不利于通過選擇合適的耕整時機改善耕作碎土效果。（4）土壤含水率對耕后土壤細碎度有影響。土壤含水率高時旋耕，會使大直徑土塊所占比例由11%增加至35%，小直徑土塊所占比例由60%減少至27%；而流動性受含水率影響不明顯。由于試驗條件的限制，對這方面的研究還不充分。

綜上所述，在稻田黏重土壤條件下，土壤含水率對土壤力學性能及耕作碎土效果有明顯影響。但含水率變化規律較復雜，不易預測；含水率、力學性能的空間分布也不均勻。因此，通過選擇合適的耕整時機達到理想的耕作碎土效果較為困難。開發受土壤條件影響較小的新型移栽方式，如苗帶少耕移栽等，可能成為解決稻田黏重土壤油菜機械移栽難題的重要途徑。

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doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2017.06.059