表層土壤翻埋深度及分布與預測分析

摘要：【目的】研究影響犁體曲面表層土翻埋深度的主要因素，建立表層土翻埋預測模型，為提高耕作質量以及為犁體曲面設計提供理論依據。【方法】采用正交試驗設計方法，基于離散元仿真分析犁體推土角、跡線側移量、翻土角及翻土曲線等結構參數對耕翻后表層土壤分布的影響。利用非線性回歸分析方法，建立耕翻后表層土壤分布預測模型并驗證。【結果】翻土曲線頂部切線傾角在犁胸處變化的斜率對耕翻后表層土壤分布的影響均顯著（ Plt;0.05 ），跡線側移量對地表上及地表下 100～200mm 土層內表層土含量的影響顯著（ P lt;0.05 ），翻土曲線頂部切線傾角在犁胸變化的斜率對地表下土層內表層土含量的影響大于跡線側移量。【結論】隨著翻土曲線頂部切線傾角在犁胸處變化的斜率的增加，地表以上土層內表層土含量逐漸增大;隨著跡線側移量的增加，地表以上土層內表層土含量呈先減小后增大的趨勢。耕翻后表層土分布預測模型可預測犁體曲面不同結構參數下耕翻后各土層內表層土含量，預測值與模擬值平均誤差小于 6% 。

中圖分類號：S222.12 文獻標志碼：A 文章編號：1001-4330（2025）04-0962-13

0 引言

【研究意義】農田土壤質量是提高農作物產量和質量的重要因素，犁耕作業可對土層之間進行置換達到改良土質的作用，作業過程主要依靠犁體曲面的翻垡來實現[1-4]，將農田中表層土壤，包括雜草、殘茬和肥料等翻埋到犁溝底，并將深層的土壤疏松并翻至上層，使耕翻后表層土壤更適合植物生長，從而提高耕作質量。【前人研究進展】犁耕是一個復雜的土壤與耕作工具互作過程，通過試驗研究方法較難觀測和獲取犁耕過程中的土垡運動軌跡。隨著數值模擬軟件的開發與應用，離散元仿真分析廣泛應用于土壤動力學研究，能較好地反映土壤與耕作工具的互作關系。Ucgul等[5-6]建立離散元模型，分析耕速對表層土壤翻埋在土壤剖面中深度方向位置及前進方向和橫向位置的影響。Nejadian等分析犁體結構參數和工作參數對表層土翻埋和犁耕阻力的影響，使用響應面法對犁體曲面進行優化。Bulgakov等[8]對犁體曲面進行動力學分析，探究犁體結構參數對阻力的影響，通過增大導曲線兩端切線夾角來減小阻力分量引起的摩擦力，實現優化犁體曲面。Tarverdyan等建立犁壁曲面方程，分析土壤與曲面的相對運動軌跡和絕對運動軌跡，得到犁耕運動時土壤顆粒運動規律的數學模型。Ahmadi等[1使用excel建立以土壤性質、犁體工作參數和結構參數為自變量，耕作阻力為因變量的數學模型，模型誤差小于 8% ，具有合理的準確性。Mattetti等[11]探究犁耕阻力隨速度的變化趨勢，有助于優化犁的幾何形狀，限制最大壓力，提高效率。劉進寶等1建立了以犁體結構參數、工作參數和土壤物理特性的耕作阻力模型，為犁體減阻設計提供方向。魏國梁等[13-15]為提高表層土翻埋，提出了基于土垡先抬、后扣的側邊翻埋工藝方案，基于扣堡方式確定犁體曲面結構參數，為設計犁體曲面提供依據。【本研究切入點】土壤翻垡深度過淺容易造成殘茬覆蓋率低，土攘翻垡深度過深會導致犁耕阻力變大，土壤側向翻垡距離過長或過短都會影響耕地質量，易出現溝和壟的現象，需要通過其他工序平整土地，降低生產效率。以往研究更多是圍繞犁體工作參數對表層土翻埋影響和耕作工具的優化來進行的。但目前，關于犁體曲面結構參數與表層土翻埋的數學關系建立的研究較少，需研究犁體結構參數對耕翻后表層土分布的影響。【擬解決的關鍵問題】以耕翻后各土層內表層土含量為指標，在多因素綜合影響研究的基礎之上，分析犁體曲面不同結構參數對耕翻后表層土分布的影響，采用非線性回歸法建立耕翻后表層土分布預測模型，為犁體曲面設計提供理論依據。

材料與方法

1.1 材料

1.1. 1 犁體結構

我國西北地區多用柵條犁，目前高速犁的耕速為 8～10km/h 。當拖拉機以 10km/h 的速度進行犁耕作業時，拖拉機的作業效果更佳且燃油經濟效益高，因此犁體參數選取耕深為 300mm ，耕寬為 450mm ，機具前進速度為 10km/h 。

犁體主要由犁鏵、犁壁、犁托、犁柱和犁側板等組成。犁鏵和犁壁組成犁體曲面，其中犁鏵由犁鏟和犁鏟尖組成，犁壁由犁胸和犁翼組成，前半部分為犁胸（連續翻土和碎土的作用），后半部分為犁翼（起保證翻堡質量的作用）。犁側板的作用是平緩土壤對犁體曲面的側壓力及防止溝墻坍塌，提高犁耕作業時的穩定性。圖1

注：1-犁鏵，2-沉頭螺栓，3-犁壁，4-犁托，5-犁側板Notes：1-Plough share，2-Countersunk headbolts，3-Plough moldboard，4-Ploughsupport，5-Ploughsideplates

圖1 型體結構

犁體曲面的首要任務是完成土垡的翻轉，土垡的翻轉通過曲面幾何形狀來完成，主要取決于翻土曲線的變化規律[16-17]。溝底跡線由AB和BC兩部分組成，鏟尖部分翻土曲線沿溝底移動的跡線由推土角決定，推土角可根據農業機械設計手冊[18]選取合適的數值，可得推土角0為 40^°～ （204號45^° 。自鏟翼之后部分翻土曲線沿溝底移動的跡線BC由跡線側移量 j 決定，跡線側移量越小，犁體翻土性能越好，跡線側移量越大，犁體碎土性能越好，跡線側移量 j_max= 耕寬－耕深，即跡線側移量 j 的范圍為 0～150 。

翻土角 β₀ 在犁胸處變化呈遞增的趨勢，使得土垡經犁胸破碎之前翻轉，提高土垡翻垡效果，在犁翼處遞增的趨勢較為平緩，設犁胸與犁翼連接位置的翻土曲線為s，則曲線s處的翻土角為 ，取 β_s0 為 45^° 。犁翼尾端的 β_0max 值越大，翻垡效果越好，但相應犁體長度增加，導致耕作阻力增加。當耕速較大時，避免立垡，保證土垡扣過去不回垡，犁翼端點處翻土曲線角度 β_0max 為 105^°～110^° 。圖2

翻土曲線頂點處切角 β₂ 對扣垡的效果有影響， β₂～β₀ 和 β₀～β_β1 反映了翻土曲線的彎曲程度及曲線的具體形狀， β₂～β₀ 和 β₀～β₁ 在犁壁處變化均呈先增加后減小的趨勢。 β₂～β₀ 增大，翻土曲線頂部曲率增大，碎土效果增加，避免過大的耕作阻力，一般 β₂～β₀ 是通過曲率變化增大， β₀～ β₁ 增大，有利于土垡翻轉，提高翻垡質量，由于 β₀ ～β₁ 只對翻土曲線下部分曲率有影響，所以在犁翼部分的作用不大。因為翻土曲線在底部的切線傾角 β_1max?β_0max ；翻土曲線在頂部的切線傾角β_0max?β_2max 且 β₂～β₀gt;β₀～β₁ ，即 β_1max?105^° ：β_2max?115^° ，翻土曲線s處的曲率值最大。又因β_s2～β_s0=bδ/acosθ（360/2π）=35^° ，其中δ為土壤抗壓強度，得到 β_S2=80^° ，根據 β₂～β₀gt;β₀ ）β₁ ，得出 β_s1?10^° 。因此選定翻土曲線角度 β₀ 、β₁?β₂ 分別在犁胸和犁翼變化的斜率 、k₁₂，k₂₁ 和 k₂₂ 的參數就能確定所需的犁體曲面。

1. 1.2 試驗地概況

試驗于2023年10月在石河子市石河子總場（簡稱石總場）試驗地 （85^°98^′65^′′E，44^°38^′42^′′N） 開展，日平均氣溫為 10.4^°C ，試驗田土壤質地采用BT-2001 型激光粒度分布儀（濕法），測試樣本粒徑，其中土壤中砂粒占比為 15.74% ，粗粉粒占比為49.87% ，細黏粒占比為 13.68% ，并根據中國土壤質地得到[18]，試驗選用土壤為粉土。表1

在石總場隨機選取5點采用SC-900堅實度儀測定土壤堅實度，并使用環刀分別對5個點采集土樣，根據稱量的環刀內土壤質量和環刀體積確定土壤的密度。5次測量取平均值，土壤的堅實度和密度分別為1755.9 Kpa 和 1482kg/m³ 。圖4

1. 1.3 離散元仿真試驗

為模擬現場試驗，建立一個尺寸為 5000mm ×500mm×2000mm 的土槽，在模擬中使用隨機

表1 中國土壤質地分類

生成的 3～5mm 直徑的球形粒子代表土壤顆粒填充土槽。使用Solidworks制圖軟件建立不同結構參數的犁體模型并導人EDEM，生成顆粒之后，將犁體模型放置于土槽的一端，設定耕深300mm ，耕寬 450mm ，前進速度 10km/h 。在田間耕作條件下，土壤會移動到前一鏵犁耕好的犁溝中，因此，采用雙犁鏵形式土槽仿真試驗，并選用后鏵耕作數據。粉土的顆粒主要以粉粒為主，具有一定黏性，容易發生顆粒團聚現象，因此采用Hertz-MindlinwithJKR接觸模型來模擬土壤-土壤和土壤－犁體之間接觸特性。在田間耕作條件下，土壤會移動到前一鏵犁耕好的犁溝中，離散元參數通過測量和查閱相關文獻[18-23]。表2

1.1.4 田間試驗

試驗場地選在石河子市石總場，土壤質地為粉土砂粒 13.24% ，粗粉粒 54.09% ，細黏粒11.94% ），容重為 1.508g/cm³ ，前茬作物為棉花。試驗在 300mm 的耕作深度 ，450mm 的耕作寬度和 10km/h 的耕作速度下進行，使用約翰迪爾7M-2204 的拖拉機裝配液壓翻轉4鏵柵條犁。采用磁性示蹤劑法測定表層土翻埋含量，采用200目的鐵礦粉作為磁性示蹤劑，使用 sm30 磁化率儀測量土壤磁化率。圖5

1.2 方法

1. 2.1 試驗設計

以跡線側移量 j 、推土角0、翻土角在犁胸處變化的斜率 k₀₁ 、翻土角在犁翼處變化的斜率 k₀₂ 、翻土曲線底部切線傾角犁胸變化的斜率 k₁₁ 、翻土曲線底部切線傾角犁翼處變化的斜率 k₁₂ 、翻土曲線頂部切線傾角在犁胸處變化的斜率 k₂₁ 及翻土曲線頂部切線傾角犁翼處變化的斜率 k₂₂ 為影響因素，耕翻后深度方向表層土含量為評價指標。設計pearson相關性試驗，篩選與耕翻后表層土壤含量相關的結構參數。并設計正交試驗，每種因素選取3個水平。表3

表3 因素水平

1.2.2 離散元試驗設計

將耕翻后的土壤在深度方向分為4個區域土層，為地表以上的土層 ΔT₁ 、地表下 0～100mm 的土層 T₂ 、地表下 100～200mm 的土層 T₃ 和地表下 200～300mm 的土層 ΔT₄ 。截取土垡中部150mm厚的土堡切片，使用離散元后處理步驟對切片土堡中地表 0～100mm 區域的土壤標定，耕作結束后將標定的土壤深度方向的坐標導出，計算耕翻后表層土壤在深度方向的分布含量。圖6

1.2.3 犁體測繪

將田間試驗所需要的犁體旋轉一定角度，使犁體曲面在垂直方向無重疊部分，將JPC-2耕層斷面測繪儀置于犁體上方，以每次 50mm 的距離向后移動，使用斷面儀掃描犁體曲面在前進方向的剖線（犁體曲面的翻土曲線），分析測量結果，并對底面跡線和曲面翻土角、翻土曲線傾角作線性擬合，田間試驗犁體結構參數跡線側移量 j 為

150，推土角0為 45^° ，翻土角在犁胸處變化的斜率 k₀₁ 為0.09，翻土角在犁翼處變化的斜率 k₀₂ 0.118，翻土曲線底部切線傾角在犁胸變化的斜率k₁₁ 為-0.018翻土曲線底部切線傾角在犁翼處變化的斜率 k₁₂ 為0.164，翻土曲線頂部切線傾角在犁胸處變化的斜率 k₂₁ 為0.214，翻土曲線頂部切線傾角在犁翼處變化的斜率 k₂₂ 為0.073。圖7＼～8

1.2.4 示蹤劑濃度試驗

在試驗場地取7份土樣重量均為 1kg ，分別加人磁性示蹤劑 0.50，100，150，200，250 和 300g 作為示蹤劑樣品并充分混合，示蹤劑濃度在 0～300 g/kg ，土壤磁化率與示蹤劑濃度呈線性關系，線性回歸方程為 y=0.37x+1.125 ，擬合度 R² 為0.993。

式中， y 為土壤磁化率（10-3SI）； x 為示蹤劑濃度 。在 1kg 土樣混入 250g 示蹤劑時誤差最小為 1.5% ，研究示蹤劑與土樣比值選用

1：4。表4

1.2.5 田間試驗示蹤

采用磁性示蹤劑法測定表層土翻埋含量，采用200目的鐵礦粉作為磁性示蹤劑，在最后一鏵犁的路徑上布設長寬深為 150mm×450mm×100 mm的示蹤小區，挖出示蹤小區的土壤至于塑料布上進行破碎，破碎土壤直徑小于 5mm ，并采用磁化率儀多次測定初始磁化率。將土壤重量25% 的鈦鐵礦粉混入土壤混合均勻，使混合后的土壤磁性強度為土壤磁性本地值的 20～30 倍，多次測定混合土壤的磁強，若測定的值波動較大，則重新混合，直至測定數值基本一致保證土壤和磁鐵粉混合均勻，測定后將混合磁鐵粉的土壤填回至示蹤小區中。將 1m×1m 的塑料膜上按照磁化率儀后面接受信息面積 50mm×50mm 劃分400個網格，塑料膜頂點與原點重合，使用磁化率儀在各層測量，直至測量值與初始土壤磁性一致為止。記錄數據并將磁化率計算為示蹤劑濃度，得到深度方向上各層內表層土的含量。圖 9～10

犁耕后表層土含量仿真結果與試驗數據在T₁、T₂、T₃ 和 T₄ 的誤差均在 10% 以內，且最大誤差為 9.01% ，建立離散元模型可用于犁耕土壤運動過程模擬。表5

2 結果與分析

2.1 Pearson相關性分析

研究表明，翻土曲線底部切線傾角犁胸變化的斜率 k₁₁ 與 ΔT₁ 和 T₃ 層內表層土含量顯著相關（ ∣r∣gt;0.5） ，翻土曲線頂部切線傾角犁翼處變化的斜率 k₂₂ 與 T₄ 層內表層土含量顯著相關（ ∣r∣gt; 0.5），跡線側移量 j 與 T₁，T₃ 和 ΔT₄ 層內表層土含量相關（ ∣r∣gt;0.3; ，推土角和翻土曲線頂部切線傾角在犁胸處變化的斜率 k₂₁ 與 T₄ 層內表層土含量相關（ 和 k₂₂ 是影響表層土壤翻埋深度的關鍵結構參數。圖11

2.2 正交試驗結果分析

研究表明，表層土在耕翻后大部分在 T₂ 層，T₄ 層的表層土含量最少，是由于犁鏵在進人土壤時，下層土壤被抬升，中層和表層土壤在下層擠壓下也被抬升，下層靠近鏟翼部分的土壤從鏟翼的邊界露出留在溝底，其余隨犁體運動側向翻轉，所

確定犁體結構參數對 ΔT₁ 層 ?T₂ 層 ?T₃ 層和 T₄ 層內表層土含量的影響程度的相對大小。 ΔT₁ 層內表層土的含量，跡線側移量 j 的極差值均為最大值，犁體翻土曲線在底部的切線傾角在犁鏟至犁胸變化的斜率 k₁₁ 的極差值次之，其余結構參數極差值相近，跡線側移量 j 對表層土含量的影響最大，犁體翻土曲線在底部的切線傾角在犁鏟至犁胸變化的斜率 k₁₁ 對表層土含量的影響次之，其余結構參數對表層土含量的影響最小，各因素間對 T₁ 層內表層土含量的主次順序為：跡線側移量jgt; 犁體翻土曲線在底部的切線傾角在犁鏟至犁胸變化的斜率 k₁₁gt; 其余結構參數。除 T₁ 層外其他層內表層土的含量，犁體翻土曲線在底部的切線傾角在犁鏟至犁胸變化的斜率 k₁₁ 的極差值均為最大值，跡線側移量 j 的極差值次之，其余結構參數極差值相近，犁體翻土曲線在底部的切線傾角在犁鏟至犁胸變化的斜率 k₁₁ 對表層土含量的影響最大，跡線側移量 j 對表層土含量的影響次之，其余結構參數對表層土含量的影響最小，各因素間對 T₂ 層 ??T₃ 層和 ΔT₄ 層內表層土含量的主次順序為犁體翻土曲線在底部的切線傾角在犁鏟至犁胸變化的斜率 k₁₁gt; 跡線側移量 jgt; 其余結構參數。圖12

表6 正交試驗結果

研究表明 ，j 對 T₁ 層和 T₃ 層內表層土含量的影響表現為高顯著性， k₁₁ 對 ΔT₁ 層、 T₂ 層、 T₃ 層和ΔT₄ 層內表層土含量的影響表現為高顯著性，其余因素的影響均不顯著，在后續預測模型建立中將不考慮其對表層土含量的影響。綜合方差分析可以得到 ΔT₁ 層內表層土含量影響因素及其主次順序為 jgt;k₁₁ T₃ 層內表層土含量影響因素及其主次順序為 k₁₁gt;j ，因素間的主次順序與極差分析結果一致。表7

2.3 建立耕翻后表層土分布預測模型

研究表明，27組正交試驗數據導人SPSS建立非線性回歸模型，得到 T₁ 層 ?T₂ 層、 T₃ 層和 ΔT₄

層內表層土含量非線性回歸預測模型如下：

T₁=2×10^-5j²-2.97×10^-3j+3.46×k₁₁+ 0.23.

T₂=1453.08k₁₁²+58.48k₁₁+1.02.

T₃=-2×10^-5j²+2.7×10^-3j-872.22k₁₁²- 38.75k₁₁-0.11

T₄=-405.92k₁₁²-17.26k₁₁-0.101.

式中， T₁，T₂ 和 T₄ 的非線性方程擬合判定系 數 R² 均大于 0.8，T₃ 的非線性方程擬合判定系數 R² 大于0.75，擬合度較高，擬合數學模型較為準 確。表8

表7 正交試驗方差

通過上述建立的4個預測模型計算出不同結構參數下土層內表層土含量的預測值，將離散元分析得到的正交試驗數據與通過回歸模型求出的預測數據進行對比，回歸模型預測值與仿真模擬值趨勢變化一致，且 T₁ 層 ?T₂ 層 ?T₃ 層和 T₄ 層內表層土含量預測誤差不超過 15% ，平均誤差不超過 6% ，建立的非線性回歸模型可以有效預測 T₁ 層 ?T₂ 層 ?T₃ 層和 ΔT₄ 層內表層土含量，模型預測較為準確。圖13

2.4 耕翻后表層土分布預測模型驗證

研究表明，回歸模型預測值與實測值趨勢變化一致，表層土含量預測誤差不超過 10% ，平均誤差不超過 6% ，誤差較小，預測模型較準確，可作為后續研究犁體參數對表層土翻埋影響的模型。圖14

表8 單因素擬合關系式

3.1根據單因素模擬結果，在耕深 300mm 耕速10km/h 的作業條件下，表層土含量隨地表深度的增加呈先增加后減小的趨勢，且地表下 200～ 300mm 的土層 T₄ 內表層土含量 lt; 地表以上的土層 T₁ 內表層土含量 lt; 地表下 100～200mm 的土層 T₃ 內表層土含量 lt; 地表下 0～100mm 的土層T₂ 內表層土含量。配備小前犁在相同作業條件下，表層土含量隨地表深度的增加呈先增加后減小的趨勢，且地表以上的土層 T₁ 內表層土含量 lt; 地表下 200～300mm 的土層 ΔT₄ 內表層土含量 ∠? 地表下 0～100mm 的土層 T₂ 內表層土含量 lt; 地表下 100＼～200 mm 的土層 T 內表層土含量[5-6]小前犁可以提高表層土翻埋效果，因此無小前犁

作業后表層土在地表以上的土層 ΔT₁ 及地表下0～100mm 的土層 T₂ 內含量與配備小前犁作業相比要多。與試驗研究相比，表層土含量隨地表深度的變化趨勢一致。

3.2磁性示蹤劑方法多用于土壤侵蝕領域的研究[24]，利用示蹤劑磁化率與土壤磁化率之間的差距來反映坡面土壤的運移規律[25-27]。研究將示蹤劑用于追蹤犁耕運動下土壤的翻埋深度，并以磁化率為自變量，示蹤劑濃度為因變量建立模型，模型擬合度 R² 為0.993，該模型對示蹤劑濃度的計算準確度達 99.3% ，可以通過示蹤劑反映土壤含量的變化。

4結論

4.1通過離散元模擬方法研究發現跡線側移量對地表以上土層內表層土的含量影響最大，翻土曲線底部切線傾角在犁胸處變化的斜率影響次之，其余結構參數影響不顯著；翻土曲線底部切線傾角在犁胸處變化的斜率對地表以下土層內表層土的含量影響最大，跡線側移量對影響次之，其余結構參數影響不顯著；翻土曲線底部切線傾角在犁胸處變化的斜率對表層土含量的影響最大，跡線側移量對地表下 100～200mm 土層內表層土含量的影響次之，其余結構參數對表層土含量的影響最小。

4.2通過 SPSS 建立表層土含量的非線性回歸模型的擬合度較好，模型決定系數大于0.8，模擬值與預測值及測量值之間趨勢變化一致，誤差范圍小于 10% ，回歸預測模型對表層土含量預測有效。

參考文獻（References）

[1]田艷博.分層深松整地作業機的設計與研究[D]．保定：河 北農業大學，2018. TIAN Yanbo.Design and research of layered subsoiling soil preparation machine[D]. Baoding：Hebei Agricultural University， 2018.

[2]劉進寶，鄭炫，孟祥金，等.鏵式犁犁體曲面研究現狀與展 望[J]．中國農機化學報，2021，42（3）：13-21，39. LIUJinbao，ZHENGXuan，MENGXiangjin，et al.Current situationandprospectofresearchonploughsurface[J].Journalof ChineseAgriculturalMechanization，2021，42（3）：13-21，39.

[3］劉進寶，鄭炫，楊懷君，等.高速低阻防過載犁耕裝備設計 與試驗[J].農業工程，2023，13（10）：84-90. LIUJinbao，ZHENG Xuan，YANGHuaijun，et al.Design and test of high speed and low resistance anti -overload ploughing equipment[J].Agricultural Engineering，2023，13（10）：84- 90.

［4］夏國峰.鏵式犁體表面激光熔覆鐵基涂層制備及性能研究 [D]．濟南：濟南大學，2021. XIA Guofeng. Study on preparation and properties of laser cladding iron-based coating on the surface of share plough[D]. Jinan：University of Jinan，2021.

[5]Ucgul M，Saunders C，Fielke JM.Discrete element modelling of top soil burial using a full scale mouldboard plough under field conditions[J].Biosystems Engineering，2017，160：140-153.

[6]Ucgul M，Saunders C，Fielke JM. Discrete element modelling of tillage frces and soil movement of a one-third scale mouldboard plough[J]. Biosystems Engineering，2017，155： 44-54.

[7]Azimi-Nejadian H，Karparvarfard SH，Naderi-Boldaji M. Weed seed burial as affected by mouldboard design parameters， ploughing depth and speed：DEM simulations and experimental validation[J].Biosystems Engineering，2022，216：79-92.

[8]BulgakovV，Pascuzzi S，Adamchuk V，et al. A theoretical study of the limit path of the movement of alayer of soil along the plugh mouldboard[J]. Soil and Tillage Research，2019，195：104406.

[9]Tarverdyan AP， Grigoryan S M ，Esoyan A M. Investigation of the regularityof movement of furrow sliceat tillage with a plough with ripping moldboard[J]. Annals of Agrarian Science，2018， 16（2）：218 -221.

[10]Ahmadi I.Development and evaluation of a draft force calculator for moldboard plow using the laws of classical mechanics[J]. Soil and Tillage Research，2016，161：129-134.

[11]Matteti M，Varani M，Molari G，et al.Influence of the speed onsoil-presure overa plough[J].Biosystems Enginering， 2017，156：136-147.

［12］劉進寶，鄭炫，孟祥金，等．犁體耕作阻力模型仿真分析與 試驗研究[J]．干旱地區農業研究，2022，40（1）：264-274. LIU Jinbao， ZHENG Xuan， MENG Xiangjin， et al. Simulated analysis and experimental study on plough tilage resistance model [J].Agricultural Research in the Arid Areas，2022，4O（1）：264 -274.

［13］魏國梁，張青松，王彪，等．油菜直播機扣垡犁體參數分析 與試驗[J]．吉林大學學報（工學版），2022，52（7）：1709 - 1718. WEI Guoliang， ZHANG Qingsong，WANG Biao， et al. Analysis and experiment on parameters of plough body of rapeseed direct seeder[J]. Journal of Jilin University （Engineering and Technology Edition），2022，52（7）：1709-1718.

[14］魏國梁.油菜直播機犁旋組合式扣垡工作機理及種床制備 技術［D]．武漢：華中農業大學，2021. WEI Guoliang.Workingmechanismandsed bed preparation technology of plow-rotary combinedbuckle ofrape direct seeding machine[D]. Wuhan： Huazhong Agricultural University，2021.

［15］魏國梁，張青松，劉立超，等．犁旋組合式油菜直播機扣垡 裝置設計與試驗[J]．農業機械學報，2020，51（6）：38-46. WEI Guoliang， ZHANG Qingsong，LIU Lichao，et al.Design and experiment of plowing androtary tillage buckle device for rapeseed direct seeder[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2020，51（6）：38-46.

[16］曾德超，趙作善．犁體曲面設計的數學解析法[J]．農業機 械學報，1979，10（1）：1-22. Zeng Dechao， Zhao Zuoshan. On an analytic method of plow bottom surface design[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Machinery，1979，10（1）：1-22.

[17］曾德超．在旱作沙壤土上鏵犁犁體曲面性能的分析[J]．農 業機械學報，1962，（1）：37-60. Zeng Dechao. Analysis of the turning and pulverizing processes of plowbottom surface on sandy loamy soils[J].Transactions of the Chinese Society ofAgriculturalMachinery，1962，（1）：37-60.

[18］李俊偉，佟金，胡斌，等．不同含水率黏重黑土與觸土部件 互作的離散元仿真參數標定［J]．農業工程學報，2019，35 （6）： 130-140. LI Junwei， TONG Jin，HU Bin，et al. Calibration of parameters ofinteraction between clayey black soilwith different moisture content and soil - engaging component in NorthEast China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2019，35（6）：130-140.

［19］李清超，鄭炫，劉進寶，等．新疆農田粉土離散元仿真參數 標定[J]．新疆農業科學，2022，59（8）：2014-2024. LIQingchao，ZHENG Xuan，LIU Jinbao，et al.Parameter calibration of discrete element simulation of farmland silt in Xinjiang [J].Xinjiang Agricultural Sciences，2022，59（8）：2014- 2024.

[20］孫景彬，劉琪，楊福增，等．黃土高原坡地土壤與旋耕部件 互作離散元仿真參數標定[J]．農業機械學報，2022，53（1）： 63 -73. SUN Jingbin，LIU Qi，YANG Fuzeng，et al. Calibration of discrete element simulation parameters of sloping soil on Loess Plateau and its interaction with rotary tillage components[J].Transactions of the ChineseSociety for Agricultural Machinery，2022，53 （1）：63-73.

[21］劉坤宇，蘇宏杰，李飛宇，等．基于響應曲面法的土壤離散 元模型的參數標定研究[J]．中國農機化學報，2021，42（9）： 143 -149. LIU Kunyu，SU Hongjie，LI Feiyu，et al. Research on parameter calibration of soil discrete element model based on response surfacemethod[J].Journal of Chinese Agricultural Mechanization，2021，42（9）：143-149.

[22］宋少龍，湯智輝，鄭炫，等．新疆棉田耕后土壤模型離散元 參數標定[J].農業工程學報，2021，37（20）：63-70. SONG Shaolong，TANG Zhihui，ZHENG Xuan，et al.Calibration of the discrete element parameters for the soil model of cotton fieldafter plowing in Xinjiangof China[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2021，37（20）：63- 70.

[23］周華，車海龍，耿端陽，等．玉米田耕層典型土壤離散元模 型建立與參數標定[J]．農業機械學報，2023，54（11）：49- 60，113. ZHOU Hua，CHE Hailong，GENG Duanyang，et al. Discrete elementmodelingandparametercalibration of typicalsoil inmaize fieldtillage layer[J]. Transactions of the Chinese Societyfor Agricultural Machinery，2023，54（11） ： 49-60，113.

[24］于悅，張科利，劉亮，等．磁化率技術在土壤侵蝕領域的研 究進展［J]．中國水土保持科學（中英文），2022，20（3）：135 -141. YU Yue，ZHANG Keli， LIU Liang，et al. Advance in studies on soil erosion using magnetic susceptibility technique[J]. Science of Soil and Water Conservation，2022，20（3）：135-141.

[25］李富程，江仁濤，花小葉．等高犁耕朝向對紫色土坡面土 壤再分布的影響[J]．水土保持研究，2016，23（3）：106- 111. LI Fucheng，JIANG Rentao，HUA Xiaoye. Efect of contour plowing orientation on soil redistribution on hillslope in purple soil [J]．Research of Soil and Water Conservation，2016，23（3）： 106 -111.

[26］李富程，花小葉，黃強．耕作深度對紫色土坡地旋耕機耕 作侵蝕的影響[J]．水土保持研究，2016，23（4）：1-5. LI Fucheng，HUA Xiaoye，HUANG Qiang.Efcts of tillage depth on tillage erosion by rotarycultivator plough on thesteep land in purple soil[J].Research of Soil and Water Conservation， 2016，23（4）： 1-5.

[27］李富程，花小葉，江仁濤，等．紫色土坡地土壤性質對耕作 侵蝕的影響[J]．水土保持通報，2016，36（4）：152-157. LI Fucheng，HUA Xiaoye，JIANG Rentao，etal.Effcts of soil properties on tillage erosion on hilllopes of purple soil[J].BulletinofSoil andWaterConservation，2016，36（4）：152-157.

Abstract：【Objective】 It is important to study the main factors affecting the depth of overtopping on the surface of the plough body，so this project aims to establish a prediction model for overtopping，in order to improve the quality of ploughing and to provide a theoretical basis for the design of the surfaceof the plough body.【Methods】 The orthogonal experimental design method was used to analyse the effects of structural parameters such as plough body push angle，trace lateral displacement，soil turning angleand soil turning curve on the distribution of top soil after ploughing and tiling based on discrete element simulation.A prediction model of top soil distribution after ploughing was established and validated using nonlinear regresion analysis. 【Results】Theeffect of the slopeof thechange in tangent inclinationof the topof the tillage curve at the plough breast on the distribution of topsoil after ploughing was significant （ Plt;0.05 ）in both cases，and the effect of the amount of trajectory lateral shift on the content of topsoil within the 100-200 mm soil layer above and below the surface was significant（ Plt;0.05 ），and the effect of the slope of the change in tangent inclination of the topof the tilage curve at the plough breast on the content of topsoil within the subsoil layer below the surface was greater than the amount of trajectory lateral shift.【Conclusion】With the increase of the slope of thetangent inclination of the top of the tilling curve in the plough breast change，the topsoil content within the soil layer above the surface gradually increases；with the increase of the lateral shiftof the trace，the topsoil content within the soil layer above the surface shows a tendency of decreasing first and then increasing. The prediction model of topsoil distribution after ploughing can predictthe topsoil content in each soil layer after ploughing under diffrent structural parameters of the plough body surface，and the average error between the predicted and simulated values is less than 6% ：

Key words：moldboard plow； discrete element method； plough body surface;soil displacement