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研究揭示土壤压实影响大豆根系性状选育过程

农业科技与信息 2024年第3期 54-54页

近日,中国农业科学院农业资源与农业区划研究所耕地质量保育团队揭示了在土壤压实环境下,大豆高产品种的培育选择了根系性状能力更强的品种,提升了地下根系对土壤压实的抵抗力和恢复力,相关研究成果发表在《土壤与耕作研究(Soil and Til... 详细信息

近日,中国农业科学院农业资源与农业区划研究所耕地质量保育团队揭示了在土壤压实环境下,大豆高产品种的培育选择了根系性状能力更强的品种,提升了地下根系对土壤压实的抵抗力和恢复力,相关研究成果发表在《土壤与耕作研究(Soil and Tillage Research)》。

关键词：土壤压实中国农业科学院耕地质量农业区划研究所大豆高产恢复力地下根系

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不同农用轮胎对东北黑土区土壤压实的影响

农业机械学报 2023年第6期54卷 85-93页

作者：杨敏丽彭健金剑杨晓宋正河李栋中国农业大学工学院北京100083 中国农业大学中国农业机械化发展研究中心北京100083 米其林(中国)投资有限公司上海200335

为探究不同农用轮胎对东北黑土区土壤压实的影响,探索减少土壤压实、改善农田生态、保护黑土地的有效路径,本文以东北地区典型黑土耕地为对象,在玉米播种环节开展基于不同农用轮胎的田间作业对比试验。试验设置超低压子午线和普通子午... 详细信息

为探究不同农用轮胎对东北黑土区土壤压实的影响,探索减少土壤压实、改善农田生态、保护黑土地的有效路径,本文以东北地区典型黑土耕地为对象,在玉米播种环节开展基于不同农用轮胎的田间作业对比试验。试验设置超低压子午线和普通子午线轮胎2种农用轮胎类型,采用科学取样法统计土壤紧实度、土壤含水率、土壤容重及土壤孔隙度4个关键土壤物性参数。在此基础上,基于CRITIC-熵权法构建土壤压实综合评价模型,并对普通子午线轮胎(CK)、超低压子午线轮胎(VF)在深度5、10、15、20 cm处的土壤压实状况进行统计学评价。试验结果表明,在土壤深度0~20 cm内,相对于普通子午线轮胎,超低压子午线轮胎使土壤紧实度降低11.38%、7.97%、5.36%、4.55%,土壤含水率提高11.06%、10.07%、7.37%、5.95%,土壤容重降低3.71%、3.81%、3.12%、2.73%,土壤孔隙度提高11.13%、12.25%、8.92%、5.86%。不同处理的土壤综合评价得分由大到小排序为VF5、VF10、CK5、VF15、CK10、VF20、CK15、CK20,说明在同等条件下,相对普通子午线轮胎,超低压子午线轮胎压实后土壤综合状况更好。说明超低压子午线轮胎对于降低黑土压实、维护土壤物理环境具有积极作用,有助于保护黑土地、保障国家粮食安全。

关键词：农用轮胎土壤压实土壤物理特性 CRITIC-熵权法压实模型

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冻融循环恢复土壤压实过程中大孔隙作用研究

农业机械学报 2023年第10期54卷 340-347页

作者：贺亭峰张慧清张冬梅刘化涛孔猛丁启朔山西农业大学山西有机旱作农业研究院太原030031 农业农村部有机旱作农业重点实验室(省部共建) 太原030031 泰国经贸大学管理学院巴吞他尼12160 有机旱作山西省重点实验室太原030031 南京农业大学工学院南京210031

农机压实土壤的问题很难避免,而农田压实土壤的结构恢复至关重要,冻融循环是恢复压实土壤的有效方法。为了研究冻融循环+大孔隙对恢复压实土壤的作用,通过室内试验重塑压实土壤及人工孔隙措施模拟大孔隙,在不同土壤含水率条件下设计不... 详细信息

农机压实土壤的问题很难避免,而农田压实土壤的结构恢复至关重要,冻融循环是恢复压实土壤的有效方法。为了研究冻融循环+大孔隙对恢复压实土壤的作用,通过室内试验重塑压实土壤及人工孔隙措施模拟大孔隙,在不同土壤含水率条件下设计不同的冻融循环次数,利用温度传感器监测土壤温度波动,同时对比冻融循环前后压实土壤孔隙与团聚体参数的变化。结果表明,冻融循环过程中,有人工孔隙压实土壤在高、低两种含水率条件下,分别在第3次和第2次冻融循环时开始大幅温度波动,相同含水率条件下无人工孔隙的压实土壤温度大幅波动则出现在第7次和第4次冻融循环,经历多次冻融循环后,有人工孔隙压实土壤的团聚体平均尺度、结构系数等参数均优于无人工孔隙的压实土壤。人工孔隙可通过调节土壤温度波动改变冻融循环在土壤中的作用强度,加速压实土壤结构恢复进程,冻融循环+大孔隙策略是改善土壤孔隙及团聚体结构的有效措施。

关键词：土壤压实结构恢复冻融循环人工孔隙土壤温度

基于CT扫描技术预测露天煤矿区不同压实土壤水分特征曲线

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煤炭学报 2022年第3期47卷 1296-1305页

作者：王金满张丽娜冯宇荆肇睿中国地质大学(北京)土地科学技术学院北京100083 自然资源部土地整治重点实验室北京100035

随着机械化程度的快速增加,露天煤矿区反复机械作业和废料堆积压实会引起土地资源破坏,造成土壤退化和生态失衡。厘清压实对土壤水力特性的影响,对土地复垦和水肥管理具有重要实际意义。本研究采集山西平朔矿区安太堡露天煤矿排土场的... 详细信息

随着机械化程度的快速增加,露天煤矿区反复机械作业和废料堆积压实会引起土地资源破坏,造成土壤退化和生态失衡。厘清压实对土壤水力特性的影响,对土地复垦和水肥管理具有重要实际意义。本研究采集山西平朔矿区安太堡露天煤矿排土场的表层土壤,在实验室分别制备了2组实验土壤样品,密度范围为1.3~1.8 g/cm^(3),密度间隔为0.1 g/cm^(3)。其中一组样品用于实验室离心法测定水分特征曲线,另一组基于CT扫描技术结合土壤大孔隙的三维重构技术,预测设定压实范围内的水分特征曲线。通过统计方法对比预测值和实测值的差异验证物理经验模型的预测性能,分析压实作用对土壤水分特征曲线的影响机理。结果显示,CT扫描技术快速便捷获取了土壤大孔隙的分布特征,且随着压实程度增加,土壤大孔隙数量和大孔隙度显著减少,有效降低土壤孔隙间的连接度。对于土壤水分特征曲线的预测值发现,在可预测的密度范围内,土壤含水量随着压实程度增加而迅速降低,这主要是由于压实作用改变了土壤大孔隙的分布特征,土壤内部紧缩,储水效果降低造成的,且预测值和实测值随密度的变化规律相同,模型的预测精度较高。

关键词： CT扫描土壤压实土壤大孔隙特征三维重构水分特征曲线

冻融循环+大孔隙策略对恢复农田压实土壤的作用研究

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农业机械学报 2023年

作者：贺亭峰张慧清张冬梅刘化涛孔猛丁启朔泰国经贸大学管理学院农业农村部有机旱作农业重点实验室(省部共建) 山西农业大学山西有机旱作农业研究院南京农业大学工学院有机旱作山西省重点实验室

农机压实土壤的问题很难避免，而农田压实土壤的结构恢复至关重要，冻融循环是恢复压实土壤的有效方法。为了研究冻融循环+大孔隙对恢复压实土壤的作用，通过室内试验重塑压实土壤及人工孔隙措施模拟大孔隙，在不同土壤含水率条件下设... 详细信息

农机压实土壤的问题很难避免，而农田压实土壤的结构恢复至关重要，冻融循环是恢复压实土壤的有效方法。为了研究冻融循环+大孔隙对恢复压实土壤的作用，通过室内试验重塑压实土壤及人工孔隙措施模拟大孔隙，在不同土壤含水率条件下设计不同的冻融循环次数，利用温度传感器监测土壤温度波动，同时对比冻融循环前后压实土壤孔隙与团聚体参数的变化。结果表明，冻融循环过程中，有人工孔隙压实土壤在高、低两种含水率条件下，分别在第3次和第2次循环时开始大幅温度波动，相同含水率条件下无人工孔隙的压实土壤温度大幅波动则出现在第7次和第4次循环，经历多次冻融循环后，有人工孔隙压实土壤的团聚体平均尺度、结构系数等参数均要优于无人工孔隙的压实土壤。人工孔隙可通过调节土壤温度波动改变冻融循环在土壤中的作用强度，加速压实土壤结构恢复进程，冻融循环+大孔隙策略是改善土壤孔隙及团聚体结构的有效措施。

关键词：土壤压实结构恢复冻融循环人工孔隙土壤温度

基于Stacking集成学习的土壤压实对大豆产量影响研究

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基于Stacking集成学习的土壤压实对大豆产量影响研究

作者：张萍萍东北农业大学

学位级别：硕士

土壤是人类赖以生存的物质基础,对农业可持续发展至关重要。近年来,随着农业现代化推进以及一系列农机购置补贴政策的颁布与实施,我国农业机械化程度得到了空前发展。大规模农业机械作业在提高生产效率的同时,对于土壤的压实风险也不断... 详细信息

土壤是人类赖以生存的物质基础,对农业可持续发展至关重要。近年来,随着农业现代化推进以及一系列农机购置补贴政策的颁布与实施,我国农业机械化程度得到了空前发展。大规模农业机械作业在提高生产效率的同时,对于土壤的压实风险也不断上升。机械过度压实会导致土壤物理性质发生改变,使得土壤坚实度增大、孔隙度降低、水渗透能力减弱、作物根系生长受阻,进而造成作物减产。依据黑龙江地区大豆机械化生产实际,设计基于不同类型拖拉机、不同压实次数的土壤压实试验,使用改进Stacking集成学习方法实现土壤压实对大豆产量影响预测,包括三个方面:(1)梯度压实试验设计。结合黑龙江大豆生产机械化实际,设计了不同梯度的土壤压实试验,采用大、中、小三种类型的拖拉机分别进行2、4、6、8、10、12次压实作业处理以模拟不同机械化程度下农业机械作业对土壤及作物的影响,采集不同深度的土壤坚实度数据及大豆产量数据。(2)土壤压实对大豆产量影响预测模型的构建与性能评估。提出基于改进Stacking集成学习的土壤坚实度对大豆产量预测方法,以不同深度层次的土壤坚实度为输入变量,压实试验组同对照组大豆产量变化率作为输出,实现土壤压实对大豆产量影响预测。在Stacking结构设计中,以Lasso回归、随机森林、XGBoost、支持向量回归、K近邻算法作为基学习器候选集;引入贝叶斯优化方法对模型超参数进行调优,通过Spearman相关系数对基学习器性能相关性进行计算,筛选差异度大的模型作为基学习器,以充分利用不同模型优势,提升模型预测精度。将改进后的Stacking集成学习模型性能与基学习器性能进行对比验证得出,改进后Stacking集成模型在土壤压实对大豆产量影响状况预测上具有更好的鲁棒性,有效解决由于地块差异影响以及变量耦合导致的预测精度低、泛化性不强的问题。(3)基于多模型融合的特征重要性评估方案。提出基于Lasso回归、随机森林、XGBoost的多模型融合特征重要性评估方法,对输入特征重要性进行评估。结果表明,在大豆生长过程中,表层(0～30cm)的土壤坚实度对大豆产量影响最大。结合双因素方差分析与Spearman相关系数对影响表层土壤坚实度的因素分析得知,农业机械是造成表层土壤坚实度变化的最主要因素,在实际生产作业中应合理利用机械设备,减少农机非必要进地次数,做好表层土壤疏松工作,以改善耕层结构,减轻土壤压实对作物生长的影响,提高经济效益与农业生产质量。综上,研究结果可为农业机械田间作业提供理论技术支撑,对提高大豆品质,保护土壤资源,促进质量效益型农业发展有重要意义。

关键词：土壤压实土壤坚实度大豆产量机器学习 Stacking集成学习

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土壤压实对农作物影响概述

农业机械学报 2005年第10期36卷 161-164页

作者：张兴义隋跃宇中国科学院东北地理与农业生态研究所

回顾了近几十年来国内外尤其是欧美等机械化发达国家在土壤机械压实危害方面的研究成果。土壤机械压实危害主要表现在土壤容积质量和机械阻力增加,大孔隙减少,土壤物理、化学、生物性状恶化,进而影响作物的生长发育,土壤结构发生退化,... 详细信息

回顾了近几十年来国内外尤其是欧美等机械化发达国家在土壤机械压实危害方面的研究成果。土壤机械压实危害主要表现在土壤容积质量和机械阻力增加,大孔隙减少,土壤物理、化学、生物性状恶化,进而影响作物的生长发育,土壤结构发生退化,已成为当前制约农业可持续发展的障碍因素之一。

关键词：机械土壤压实作物影响

含秸土壤压实特性及其对玉米根系特性影响研究

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含秸土壤压实特性及其对玉米根系特性影响研究

作者：曹宇鹤安徽农业大学

学位级别：硕士

随着农业机械化率的不断提高,农机具所造成的土壤压实问题越来越严重。土壤压实直接导致土壤渗透性降低、容重增大、体积密度、压实度、孔隙度的增加、植物根系渗透的阻力和土壤强度也相应增加,造成土壤退化和耕作地质量下降。因此,土... 详细信息

随着农业机械化率的不断提高,农机具所造成的土壤压实问题越来越严重。土壤压实直接导致土壤渗透性降低、容重增大、体积密度、压实度、孔隙度的增加、植物根系渗透的阻力和土壤强度也相应增加,造成土壤退化和耕作地质量下降。因此,土壤压实是土壤物理性状退化的重要因素。本文通过搭建土壤应力检测系统,进行室内土壤与秸秆混合和覆盖两种情况的压实试验,通过土压力传感器和富士感压纸两种方式,监测压实过程中应力变化,最后通过土壤应力检测系统,进行盆栽试验研究不同压实程度下玉米的生长情况。本文主要研究内容如下:(1)建立土壤应力检测系统,满足土壤压实过程中应力的监测的功能,揭示了土壤压实的过程机理。为下文中黏壤土与小麦秸秆压实试验和盆栽试验建立试验平台。本文对压实检测系统中各板块进行分块设计,如土壤压实机械部件、土壤应力检测模块。通过Lab VIEW软件采集程序和NI c DAQ-9174数据采集系统对土压力传感器进行控制,实现平台对土壤压实过程中应力-应变关系动态监测。通过Syntron软件对位移传感器进行控制,以满足土壤压实过程中以一个恒定的压力下压。(2)以黏壤土和小麦秸秆为研究对象,通过土壤应力测试平台进行土壤压实试验,以纯黏壤土为对照组研究小麦秸秆与黏壤土比例混合不同时,小麦秸秆含量对土壤承载能力和特性参数的影响。试验结果各层感压纸平均数纯土壤时上层S1应力最大,为0.61MPa,秸秆和土壤混合比15%时,为0.48;混合比30%时,为0.38;混合比45%时,为0.3;混合比60%时,为0.27MPa。秸秆和土壤覆盖比15%时,为0.45;覆盖比30%时,为0.38;覆盖比45%时,为0.37;覆盖比60%时,为0.36MPa这表明土壤中麦秸含量不同时土壤应力值随土壤深度增加而减少,相同土壤深度时土壤应力随含秸比增大而减少。(3)通过盆栽实验,以土壤下限量作为衡量土壤压实程度的标准,分析在不同压实程度下玉米植株的生长,和根系在不同压实下的构型情况。本章采集种植在不同土壤压实度下玉米根系,对比根系的干重、主根和须根的发达程度,试验结果表明T2处理下根系生长最发达,最适合玉米生长。

关键词：土壤压实玉米根系土壤应力富士感压纸秸秆

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压实对农田土壤特性的影响及应对措施

土壤通报 2023年第6期54卷 1457-1469页

作者：赵月鲍雪莲梁超王钢解宏图中国科学院沈阳应用生态研究所辽宁沈阳110016 中国科学院大学北京100049 中国农业大学北京100091

由于人口的高速增长和饮食结构改变所带来的粮食需求增加正引发日益严峻的全球粮食安全问题。在世界各地,随着农业机械化程度的提高,面临土壤压实和土壤肥力持续恶化的问题。虽然集约化的耕作模式和规模化种植制度提升了粮食产量,在一... 详细信息

由于人口的高速增长和饮食结构改变所带来的粮食需求增加正引发日益严峻的全球粮食安全问题。在世界各地,随着农业机械化程度的提高,面临土壤压实和土壤肥力持续恶化的问题。虽然集约化的耕作模式和规模化种植制度提升了粮食产量,在一定程度上缓解全球粮食安全,但这种相对单一的耕作模式显著增加了土壤的压力。土壤压实通过增加土壤容重和土壤强度降低土壤孔隙度和土壤水分入渗及持水能力等,对土壤物理特性,特别是水分和养分的存储和供应产生不利影响,严重危害土壤健康。因此土壤压实将逐渐成为限制粮食产量的关键因素之一。本文基于国内外有关土壤压实的研究,综合分析了土壤压实对土壤物理、化学和生物特性的影响和潜在作用机制,并剖析了影响土壤压实的关键因素以及有效解决土壤压实的潜在应对措施。由于影响因素众多且相互制约,致使人们对土壤压实的发生机制尚不清楚。未来对土壤压实的研究仍需不断深入,包括压实对微生物群落结构的影响以及田间试验和室内培养试验方法的优化等,为更积极有效地预防土壤压实、防治土壤退化提供技术支撑。

关键词：土壤压实农业机械耕作模式保护性耕作植物根系