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辽北棕壤区玉米旱地合理耕层评价及其方法研究

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辽北棕壤区玉米旱地合理耕层评价及其方法研究

作者：孟广鑫沈阳农业大学

学位级别：硕士

棕壤是我国旱作农田重要的土壤类型,也是辽宁省旱地三大土壤类型之一,土壤肥力较高,水热条件好。由于长期重用轻养的生产方式,导致棕壤有机质含量下降,土壤侵蚀严重,作物产量低而不稳。开展耕地质量合理性评价,摸清棕壤耕地质量及其影... 详细信息

棕壤是我国旱作农田重要的土壤类型,也是辽宁省旱地三大土壤类型之一,土壤肥力较高,水热条件好。由于长期重用轻养的生产方式,导致棕壤有机质含量下降,土壤侵蚀严重,作物产量低而不稳。开展耕地质量合理性评价,摸清棕壤耕地质量及其影响因子的变化,有针对性的对棕壤耕地质量进行改良,对实现作物高产稳产、资源高效利用具有重要意义。本文以辽北棕壤旱地区为研究对象,对67个不同产量玉米田的耕层合理性进行评价研究。将调查的14项耕层理化指标通过主成分分析法建立最小数据集筛选出旱地合理耕层评价体系,通过模糊综合评价法、主成分分析法和改进的內梅罗指数法对合理耕层评价指标进行分析,结合玉米产量对3种方法评价结果进行检验,确定适宜评价辽宁棕壤耕层合理性的评价方法,最后运用聚类分析法将调查样点进行等级划分,主要研究结果如下:(1)对评价体系中14项理化指标分析发现,理化性状间具有显著相关关系。水稳性团聚体作为反映土壤结构的稳定性、持水性、通透性的重要物理指标与耕作层厚度显著正相关;土壤有机质对土壤肥力影响意义重大,与土壤总孔隙度、水稳性团聚体以及碱解氮等理化性状明显呈正相关关系,与土壤容重表现为显著负相关的关系;全磷和全氮、速效磷、碱解氮等各种理化指标有显著的正相关关系;土壤的碱解氮和全磷、速效磷、速效钾呈现明显的正相关关系;土壤全磷与pH显著负相关等。(2)对耕层厚度、土壤容重、总孔隙度、土壤紧实度、田间持水量以及>0.25 mm水稳性团聚体、土壤碱解氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷、全钾、有机质以及土壤pH共14项理化性状降维处理,建立出评价耕层质量的最小数据集,确定土壤容重、紧实度,田间持水量,碱解氮、全钾、有机质共6个指标进入耕作层评价指标体系;犁底层厚度、容重、紧实度、水稳性团聚体、全钾、有机质、pH共7个指标划入犁底层评价指标体系;土壤容重、水稳性团聚体、碱解氮、速效钾、全氮、全钾和pH共7个心土层评价指标划入该土层评价指标体系。(3)模糊综合评价法、改进的內梅罗指数法、主成分分析法对耕层土壤质量评价结果基本相同,综合质量指数均与玉米产量呈极显著正相关,但也存在一定的差异。根据三种方法评价指数变化幅度及与玉米产量相关性综合比较结果显示,采用模糊综合评价法来评价旱地合理耕层更为适合。(4)运用模糊综合评价法对调查样点耕层合理性进行等级划分,从聚类分析结果来看,可将调查样地分为3个等级。对调查区耕层合理性等级划分结果总结发现,一级样点最少,仅为总调查样点的4.92%,二级样点最多,占总样点的49.25%,三级样点较多,占总体的45.83%。综上所述,辽北旱地棕壤区耕层状况合理性较差,需通过田间管理技术对耕层评价体系中理化性状加以改善,构建出适宜玉米生长的合理耕层,从而实现玉米高产稳产。

关键词：棕壤合理耕层主成分分析模糊综合评价法改进的內梅罗指数法

油菜种床合理耕层构建的驱动型犁旋联合耕整机的研制

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油菜种床合理耕层构建的驱动型犁旋联合耕整机的研制

作者：卜祥利华中农业大学

学位级别：硕士

油菜是我国重要油料作物,长江中下游地区是播种油菜的主产区,以稻-油或稻-稻-油水旱轮作为主,但由于周年进行水旱轮作种植模式,休耕期短,导致耕作层变浅、土壤质量退化、耕性变差、耕层养分不均衡等问题突出。课题针对长江中下游稻油轮... 详细信息

油菜是我国重要油料作物,长江中下游地区是播种油菜的主产区,以稻-油或稻-稻-油水旱轮作为主,但由于周年进行水旱轮作种植模式,休耕期短,导致耕作层变浅、土壤质量退化、耕性变差、耕层养分不均衡等问题突出。课题针对长江中下游稻油轮作区周年采用传统机械耕整导致耕层变薄、犁底层增厚和土壤粘重板结影响油菜根系生长等问题,结合油菜种床的合理耕层构建和水旱轮作耕整作业要求,研制了驱动型犁旋联合耕整机,该机主要由驱动圆盘犁组、旋耕部件、仿靴形锐角开沟犁等组成,可实现秸秆全量还田、碎土平整及开畦沟功能,形成适合油菜生长的合理耕层。主要研究内容与结论如下:(1)开展了长江中下游稻茬田土壤与稻茬秸秆测试分析。测试结果表明,长江中下游稻茬田耕作层厚度一般为135～182mm,犁底层厚度106～163mm,土壤平均坚实度为735.0～1091.6k Pa,土壤含水率为22.86%～32.46%,水稻秸秆留茬高度为386mm、地表秸秆量为1106.7g/m,秸秆含水率为65.36%,说明长江中下游稻油轮作区土壤含水率较高,油菜种植前水稻秸秆留茬高且留量大,油菜种植前须对水稻秸秆合理处理,以提高机组的通过性。(2)测试了不同时期油菜根系生长状况及不同耕作模式下油菜根系生长特点,分析了油菜种床合理耕层与根系的关系。不同时期油菜根系生长状况测试研究发现,大部分根系入土较浅,横向分布较广,从抽薹孕蕾期、开花结荚期根系基本定型,无过多根系分支和长度生长,明确了周年采用单一旋耕耕作模式导致油菜根系无法深扎,不利于油菜生长;同时不同耕作模式下油菜根系生长特点测试研究表明,浅旋、深翻、免耕三种模式下油菜次根系数量相差不大,但浅旋和深翻主根系下扎较深,说明浅旋和深翻均能提高土壤的耕层质量,使土壤肥力分布均匀,提高油菜根系对于水肥的吸收,促进油菜生长,且深翻效果更明显。(3)研制了驱动型犁旋联合耕整机,提出了先犁耕后旋耕播种的种植模式,以形成“深翻埋茬,上松下紧”的油菜种床合理耕层的工艺方案,分析确定了驱动型犁旋联合耕整机总体结构参数和工作参数。整机作业幅宽为2300mm,犁耕深度为200～230mm,旋耕深度为100～150mm,开沟深度为150～250mm,开沟宽度为200～400mm,满足油菜种植农艺要求。(4)开展了驱动型犁旋联合耕整机关键装置设计与分析,具体包括:(1)开展了驱动圆盘犁组与土壤作用的运动学、动力学分析,研究了圆盘犁耕深大小、工作偏角及工作转速对机具作业阻力和功耗的影响。分析确定选用半径为305mm,曲率半径为610mm的特制圆盘,在分析研究基础上,得出圆盘的工作幅宽为286～300mm,工作偏角为30°,圆盘转速为135r/min,圆盘犁组采用左右各三个的对置式排布,以提高机具作业的稳定性。(2)根据整机结构布局与油菜种植农艺要求,分析确定了仿靴形锐角开沟犁的高度为300mm,犁体上部宽度为400mm,底部宽度为200mm;依据犁体导曲线应具有较好切削、减阻特性的原理设计了切削刃口起始滑切角为23°、终止滑切角为45°的圆弧形刃口曲线;建立三面楔模型对犁尖进行分析,确定了犁体入土角为30°、犁尖张角均为60°;通过仿靴形锐角开沟犁与土壤相互作用的运动学分析,研究了犁体前进速度与开沟深度、土壤动摩擦系数以及推土角等因素的关系。(3)根据旋耕刀运动学分析、机组工作环境、结构布局要求选用IT245型旋耕刀,旋耕刀采用同向双头螺旋线形式排列,且最外侧刀采用对称排布,左右刀辊上各安装22把旋耕刀片。(5)开展了驱动型犁旋联合耕整机作业性能测试,并与单一旋耕机、被动犁旋联合耕整机的作业质量进行了对比分析。试验结果表明,驱动圆盘犁可有效切割秸秆,且与旋耕部件共同作用对秸秆与土壤进行混埋,在耕深的平均厚度150mm以上可形成碎土疏松层,驱动圆盘犁作业深度在200～230mm,实现了深翻埋茬,满足油菜种床合理耕层的要求;整机作业效果较好,厢面单幅宽度为852mm～956mm,耕深稳定性在90%以上,厢面平整度为15.25～18.60mm,植被埋覆率为92.3%,均优于对照组;所设计机具的碎土率为80.52～88.43%,相较于对照组略低,说明旋耕部件的转速由于人字形齿轮箱的速比限制导致刀辊达不到较高转速,碎土率相对较低。仿靴形锐角开沟犁可开出沟宽为200～400mm、沟深为205.6～250.0mm的梯形沟,沟壁、沟底平整,沟宽稳定性和沟深稳定性均达90%以上。综合分析,驱动型犁旋联合耕整机作业性能参数满足油菜种植农艺要求。

关键词：油菜种床合理耕层驱动型犁旋联合

构建油菜种床合理耕层的驱动型犁旋联合耕整机研究

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农业机械学报 2020年第11期51卷 74-84页

作者：廖庆喜卜祥利孙文成魏国粱张青松王鹏程华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对长江中下游稻油轮作区多年采用传统机械耕整导致耕层变薄、犁底层增厚和土壤粘重板结,影响油菜根系生长等问题,提出了适应油菜生长的“深翻埋茬,上松下紧”种床合理耕层方式;结合油菜种床合理耕层构建及水旱轮作耕整作业要求,设计... 详细信息

针对长江中下游稻油轮作区多年采用传统机械耕整导致耕层变薄、犁底层增厚和土壤粘重板结,影响油菜根系生长等问题,提出了适应油菜生长的“深翻埋茬,上松下紧”种床合理耕层方式;结合油菜种床合理耕层构建及水旱轮作耕整作业要求,设计了一种主动对置式犁耕与旋耕碎土相结合的联合耕整作业方案,设计了具有切翻埋茬(草)、旋耕碎土、平整开畦沟等功能的驱动型犁旋联合耕整机,确定了驱动型圆盘犁的结构布局和旋耕刀的类型及排布,并设计了中间开畦沟的仿靴形锐角开沟器。田间试验表明,驱动型犁旋耕整机耕作深度为150~230 mm,耕深稳定性系数为90.4%,仿靴形锐角开沟器在中间开畦沟区域能开出满足要求的梯形沟,沟宽为200~400 mm,沟深为205.6~250.0 mm。整机作业后厢面平整度为15.25~18.60 mm,碎土率为80.52%~88.43%,植被埋覆率为92.3%,厢面单幅宽度为852~956 mm。各项性能指标均满足油菜种床合理耕层构建及水旱轮作耕整要求。

关键词：油菜种床合理耕层驱动型犁旋联合耕整机

新疆河谷平原雨养旱地栗钙土合理耕层创建技术规程

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农村科技 2018年第1期 8-10页

作者：赛力汗.赛唐琳王仙雷钧杰薛丽华张永强吴伟段永辉曾宏寿吴高明余红梅阿依丁库力.沙黑多拉古丽米拉.木哈太陈兴武新疆农业科学院粮食作物研究所乌鲁木齐830091 新疆维吾尔自治区质量技术监督局乌鲁木齐830004 新源县农业技术推广站新源835800 昭苏县农业技术推广站昭苏835600 巩留县农业技术推广站巩留835400 裕民县农业技术推广站裕民834800 托里县农业技术推广站托里834500

针对新疆雨养旱地栗钙土区存在缺乏旱地合理耕层评价指标、合理耕层构建技术指标等问题,利用深耕改土、间隔耕作、增施有机肥、保水保肥等技术研究成果,合理土壤耕作制度与农艺农机相结合的综合技术措施,有针对性地形成"新疆河谷平原雨... 详细信息

针对新疆雨养旱地栗钙土区存在缺乏旱地合理耕层评价指标、合理耕层构建技术指标等问题,利用深耕改土、间隔耕作、增施有机肥、保水保肥等技术研究成果,合理土壤耕作制度与农艺农机相结合的综合技术措施,有针对性地形成"新疆河谷平原雨养旱地栗钙土合理耕层创建技术规程",为我区雨养旱地作物高产稳产与资源高效合理耕层构建技术模式提供依据和技术支撑。

关键词：旱地栗钙土合理耕层技术规程

东北棕壤区春玉米农田合理耕层指标体系确定及评价研究

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东北棕壤区春玉米农田合理耕层指标体系确定及评价研究

第十九届中国作物学会学术年会

作者：廉宏利田平王峥宇马梓淇姜英齐华沈阳农业大学农学院

【研究背景】试验田位于辽宁北部铁岭县,地势平坦,气候及水文条件良好,光照充足,土壤类型为棕壤。由于辽北区长期进行浅旋耕作业,作物秸秆被大量遗弃或焚烧,且重施化肥,导致耕地质量下降,有机质含量降低,风蚀水蚀严重,引发一系列耕层功... 详细信息

【研究背景】试验田位于辽宁北部铁岭县,地势平坦,气候及水文条件良好,光照充足,土壤类型为棕壤。由于辽北区长期进行浅旋耕作业,作物秸秆被大量遗弃或焚烧,且重施化肥,导致耕地质量下降,有机质含量降低,风蚀水蚀严重,引发一系列耕层功能性障碍(耕层浅耕性差、紧实度增加、犁底层上移等),加剧辽北旱作农田水肥气热矛盾。亟需开展旱地合理耕层指标体系构建与作物产量关系研究。【材料与方法】本研究于2018—2019年选取67个典型棕壤田,挖0～50 cm剖面,人为划分耕作层、犁底层、心土层,分析土壤物理指标(耕层厚度、土壤紧实度、田间持水量、土壤容重、总孔隙度、>0.25 mm团聚体)及化学指标(土壤碱解氮、有机质、全氮、全磷、全钾、有效磷、有效钾、pH),对理化指标进行相关性及主成分分析并筛选出合理的耕层指标,运用Nemerow指数、模糊综合评价法对耕层综合质量指数与玉米产量进行相关分析,最终确立合理耕层指标体系及评价方法。【结果与分析】总结耕层物理指标,发现耕作层的厚度、总孔隙度、>0.25 mm团聚体数值最大,容重、紧实度值最小;犁底层的容重、紧实度值最大,厚度、总孔隙度、田间持水量值最小;心土层的田间持水量值最大,>0.25 mm团聚体值最小。耕层化学指标表明,随土层深度增加,土壤养分含量逐渐减小;土壤pH逐渐增大。对土壤理化指标进行主成分分析,其结果为,耕作层指标包括:田间持水量、容重、紧实度、TK、碱解氮、有机质。犁底层指标包括:土层厚度、>0.25 mm团聚体、容重、紧实度、TK、PH、有机质。心土层指标包括:>0.25 mm团聚体、容重、AK、TK、TN、PH、碱解氮。基于模糊综合评价法,其综合质量指数与产量拟合曲线的R值为0.7847、0.6392、0.7252、0.6717、0.6037、0.7314。Nemerow指数与产量拟合曲线的R值为0.7595、0.6472、0.7443、0.6523、0.6199、0.6581。通过比较决定系数,综合质量指数均与玉米产量呈极显著正相关。【结论】综上所述,模糊综合评价法为辽北区合理耕层指标体系的最适评价方法。应进一步改善土壤理化性质,构建合理的耕层环境,实现玉米高产稳产。

关键词：棕壤犁底层合理耕层 Nemerow指数模糊综合评价法

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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浅谈合理耕层构建理论与技术

农业与技术 2018年第23期38卷 16-18页

作者：孙盼盼张艳辉岳杨马艺文李岩孟令斌康恒董本春通化市农业科学研究院吉林梅河口135007

本文综述了目前农田土壤耕层所面临的问题、合理耕层评价及构建技术,以期为今后合理耕层研究提供理论依据。

关键词：合理耕层评价耕作制度

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辽宁中部稻区水田合理耕层构建技术规程

粮食科技与经济 2020年第1期45卷 92-94页

作者：代贵金于广星刘宪平陈盈宫殿凯王之旭王彦荣辽宁省水稻研究所辽宁沈阳110101

辽宁中部稻区主要包括沈阳市、辽阳市等地,属于北方一季粳稻区,气候适宜,温光条件好,土地平坦,稻田土层深厚,有机质、氮、磷、钾等较为丰富,非常适合水稻生产。但是,由于耕作水平不高、灌溉技术水平较低,且长期单一地使用化肥进行掠夺... 详细信息

辽宁中部稻区主要包括沈阳市、辽阳市等地,属于北方一季粳稻区,气候适宜,温光条件好,土地平坦,稻田土层深厚,有机质、氮、磷、钾等较为丰富,非常适合水稻生产。但是,由于耕作水平不高、灌溉技术水平较低,且长期单一地使用化肥进行掠夺式生产,导致地力下降、土壤结构不良、耕性变差、耕层变浅、养分失衡、保水保肥和抗旱减灾能力下降,严重影响了水稻生产。为了很好地解决这些问题,辽宁省水稻研究所开展了针对性的研究,制定了辽宁中部稻区水田合理耕层构建技术规程,从机械耕整地、施肥管理、水分管理、秸秆还田四个方面,提出了辽宁中部棕壤型稻区水田合理耕层构建的技术措施,以期能够促进辽宁水稻可持续发展,实现水稻高产稳产。

关键词：水田合理耕层技术规程

土壤侵蚀对坡耕地耕层质量退化作用及其评价趋势展望

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农业工程学报 2019年第18期35卷 118-126页

作者：史东梅金慧芳蒋光毅西南大学资源环境学院重庆400715 重庆市水土保持生态环境监测总站重庆401147

土壤侵蚀是导致坡耕地耕层质量退化和土壤生产力不稳定的关键驱动因素。该文从水蚀区坡耕地侵蚀控制和生产功能角度,在解析地块尺度土壤侵蚀、水土保持、农业活动对坡耕地耕层生态过程作用特征的基础上,系统分析了土壤侵蚀对坡耕地耕层... 详细信息

土壤侵蚀是导致坡耕地耕层质量退化和土壤生产力不稳定的关键驱动因素。该文从水蚀区坡耕地侵蚀控制和生产功能角度,在解析地块尺度土壤侵蚀、水土保持、农业活动对坡耕地耕层生态过程作用特征的基础上,系统分析了土壤侵蚀对坡耕地耕层质量退化作用、影响效应及作用途径。认为:1)坡耕地耕层质量变化由降雨侵蚀、耕作活动交互作用的生态过程决定,2种作用的时间、空间尺度不同;耕层土壤参数在坡耕地农业生产中作用分为保水、保土、保肥和增产潜力,由地块尺度农作物-耕层耦合效应决定土壤生产能力、坡耕地水土流失特征及耕层侵蚀性退化方向及程度。2)土壤侵蚀对坡耕地耕层质量退化作用表现为土壤性质恶化、土壤质量劣化、土地生产力衰退3个方面,耕层土壤物理性质变异程度大于化学性质变异,径流作用导致的土地生产力衰退大于土壤流失作用。3)坡耕地耕层质量评价指标体系应兼顾侵蚀下降、产量提升2个目标,地块尺度诊断指标有效土层厚度、耕层厚度、土壤容重、土壤抗剪强度、土壤有机质、土壤渗透性可作为合理耕层评价最小数据集;坡耕地合理耕层适宜性分为5级,其诊断指标分级标准宜与土壤侵蚀分级和耕地地力分级衔接。4)坡耕地合理耕层评价未来应密切关注耕层质量诊断指标最小数据集、坡耕地合理耕层阈值/适宜值分级标准、坡耕地水土流失阻控标准拟定3个主要方向。研究可为深入认识坡耕地侵蚀性退化机制,辨识坡耕地合理耕层调控途径以及坡耕地合理耕层构建技术参数提供依据。

关键词：土壤侵蚀有机质坡耕地耕层质量退化作用合理耕层诊断指标

基于聚类及PCA分析的红壤坡耕地耕层土壤质量评价指标

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农业工程学报 2018年第7期34卷 155-164页

作者：金慧芳史东梅陈正发刘益军娄义宝杨旭西南大学资源环境学院重庆400715 中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司昆明650051

为准确评价红壤坡耕地耕层土壤质量特征,该文采用聚类分析法(CA)和主成分分析法(PCA)分别建立了南方红壤丘陵区坡耕地耕层质量诊断最小数据集(minimum data set,MDS),并利用最小数据集土壤质量指数(soil quality index-CA,SQI-CA和soil ... 详细信息

为准确评价红壤坡耕地耕层土壤质量特征,该文采用聚类分析法(CA)和主成分分析法(PCA)分别建立了南方红壤丘陵区坡耕地耕层质量诊断最小数据集(minimum data set,MDS),并利用最小数据集土壤质量指数(soil quality index-CA,SQI-CA和soil quality index-PCA,SQI-PCA)和全量数据集土壤质量指数(soil quality index-total,SQI-T)对坡耕地耕层特征进行分析。结果表明:1)红壤坡耕地耕层土壤质量变化特征差异明显,其中耕层平均厚度(19.93±4.9)cm,接近作物生长适宜水平;土壤有机质、全氮平均含量分别为(17.43±8.71)和(0.97±0.42)g/kg,处于中度贫瘠化水平;土壤有效磷和速效钾含量丰富,平均含量分别为(26.1±22.22)和(155.46±88.35)mg/kg;p H均值为(5.34±0.77),土壤呈弱酸性。2)红壤坡耕地耕层土壤质量评价最小数据集由耕层厚度、土壤容重、土壤贯入阻力、土壤有机质、p H值和有效磷组成。基于不同数据集的耕层土壤质量评价结果差异明显,土壤质量指数变化范围、均值表现为SQI-T>SQI-CA>SQI-PCA,变异系数表现为SQI-T耕层土壤质量进行评价。3)从保水、保土、保肥及增产潜力角度看,红壤坡耕地合理耕层诊断指标适宜性阈值为耕层厚度≥20.39 cm,土壤容重0.92~1.21 g/cm3,土壤贯入阻力≤1.21 kg/cm3,土壤有机质含量≥18.82 g/kg,p H值5.04~5.38,有效磷≥28.83 mg/kg。合理深松是构建合理耕层的有效措施之一。该研究结果可为南方红壤丘陵区坡耕地耕层质量恢复、农作物生产适宜性调控和坡耕地水土流失阻控提供参考,有利于红壤丘陵区坡耕地资源持续利用。

关键词：土壤聚类分析主成分分析最小数据集红壤坡耕地合理耕层土壤质量