油菜机械移栽稻田土壤特性试验

王苏飞++吴崇友

摘要：为了研究水稻收获期间稻油轮作区稻田土壤含水率和力学性质的变化规律及稻油轮作对旋耕碎土效果的影响，在水稻收获前1 d至收获后2 d的时间段内测量土壤的含水率及贯入阻力；在不同的土壤含水率下旋耕碎土，并测量耕后土壤细碎度与流动性。结果表明，收割前后一段时间内，稻田表层土壤的含水率在无降水时随时间没有明显变化，但在降水后明显升高；测量时间和测点空间位置2个因素及两者的交互作用均对测得的地表土壤含水率有极显著影响；割后到降水前这段时间内土壤含水率的空间分布与收割前及降水后相比不均匀；土壤平均贯入阻力与平均含水率的变化规律基本一致；地表土壤平均含水率及测点空间分布2个因素均对测得的土壤平均贯入阻力有极显著影响；土壤含水率高时旋耕，会使大直径土块所占比例提高，小直径土块所占比例降低，而堆积休止角没有明显变化。

关键词：稻田土壤；含水率；贯入阻力；细碎度；流动性

中图分类号： S220.1文献标志码： A文章编号：1002-1302（2017）06-0222-03

我国长江流域多为一年两熟或三熟稻油（麦）轮作制。由于生长期限制，油菜生产多采用育苗移栽的方式[1]。目前油菜与其他旱地移栽作物的机械化移栽方式基本相同，即在耕整后用移栽机开沟并将作物秧苗送入沟中，通过土壤的回流固定秧苗位置和姿态。耕整后的土壤是否细碎疏松并具有良好的流动性，对移栽机开沟效果及移栽后能否回流固苗有显著影响。由于稻田土壤本身黏性较强，且移栽前耕整时通常含水率较高，处于塑性结持状态，难以打碎，不仅影响开沟质量，而且流动性差，难以回流固苗[2-5]。这直接导致现有油菜移栽机在稻茬田上作业质量无法保证，不利于油菜移栽作业机械化[6-8]。研究表明，同种土壤的结持状态及力学性能取决于含水率，而国内关于含水率与土壤力学性能之间关系的研究多集中在干旱地区，针对稻田黏重土壤的研究较少[9-11]。因此，研究稻田土壤在水稻收获期间含水率及力学性质的变化及二者对旋耕碎土效果的影响，有助于确定最优的耕整时机和方法，并能为油菜移栽机的设计改进提供理论支持。

1材料与方法

采用TSZ型土壤水分计测量表层土壤的含水率（体积分数，下同），量程0%～100%，精度±2%。

采用TYD-2型土壤硬度计测量土壤贯入阻力，量程0～1 000 N，精度±0.5%，测量深度0～400 mm，测杆直径 16 mm。

试验于2014年11月3日至11月10日在江苏省江都市小纪镇宗村进行。所选试验田块连续进行稻麦或稻油轮作均达5年以上。

1.1土壤含水率与贯入阻力试验

试验田块略呈扇形，按“L”形分布在田间均匀取3块样方，每块样方按5点取样法均匀取5个采样点，共计15个采样点。

试验时间从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这2个时间段内分别在上述15个采样点测量0～100 mm深度范围内土壤含水率和 0～160 mm深度范围内土壤贯入阻力。含水率在各点小范围内重复测量5次，求平均值作为该点的含水率读数，贯入阻力则每隔 20 mm 深度读出1个阻力值，每个点共8个阻力值。用Excel 2010进行方差分析。

1.2耕作条件与耕后土壤细碎度及流动性试验

选取2块试验田块，分别在2014年11月8日（雨后）、10日（晴天）上午旋耕，耕前测量含水率与贯入阻力，耕后测量细碎度与流动性。从旋耕后的表土层中取10 kg土样，用25、10 mm方眼筛分层筛分，并称量筛下物的质量，以衡量细碎度。用编织袋卷成漏斗，将所取土样流下堆积成圆锥体，测量该圆锥体的高度和底面周长以计算休止角，以该休止角衡量流动性。

2结果与分析

2.1土壤含水率与贯入阻力试验的数据处理与结果

2.1.1土壤平均含水率随时间推移的变化平均含水率随时间变化规律见图1。总平均含水率为26.0%，最低平均含水率为23.8%，最高平均含水率為29.2%，极差为5.4%，标准差为1.7%，变异系数为0.065。可以看出从收割前到收割后含水率从23.8%略微上升至26.0%左右，收割后含水率变化不大，基本稳定在26.0%，而降水后含水率明显上升，接近30%（图1）。

2.1.2土壤含水率数据的方差分析为了研究测量时间及测点空间分布2个因素对测得的含水率的影响，对含水率数

据进行方差分析。

由表1可见，在显著水平α=0.01下，测量时间、测点空间分布2个因素和两者的交互作用对试验指标的影响均显著（P<0.01）。前者表明蒸发、降水等环境因素对地表含水率有极显著影响；后者表明同一块田中含水率分布并不均匀，而是随空间位置变化有一定的波动。另外，两者的交互作用也极显著，表明同一块田中不同位置的土壤对环境因素的响应并不相同，有可能与地表秸秆覆盖或土壤压实程度不均匀有关。

2.1.3土壤含水率空间变异性随时间推移的变化为了考察土壤含水率在各个测点分布的不均匀性随测量时间的变

化，计算每次测量得到的15个测点含水率的变异系数。变异系数的变化情况见图2，可见从收割后到降水前这段时间内含水率变异系数较大，且大体上呈上升趋势；收割前及降水后的含水率变异系数均较小。对这2种情况下的变异系数进行方差分析，由表2可见，在显著水平α=0.05下，这2种情况下的含水率变异系数差异显著。

2.1.4土壤平均贯入阻力随时间推移的变化对每个测点每次测量得出的20～160 mm深度范围内贯入阻力值求算术平均值F值，作为该测点该次测量的贯入阻力值。平均贯入阻力随时间变化规律见图3，与平均含水率的变化规律基本一致；总平均贯入阻力为162 N，最低平均贯入阻力为139 N，

最高平均贯入阻力为199 N，极差为60 N，标准差为21 N，变异系数为 0.127。

2.1.5土壤贯入阻力数据的方差分析运用方差分析法研究平均含水率及测点空间分布2个因素对测得的平均贯入阻力的影响。

由表3可见，在显著水平α=0.01下，平均含水率及测点空间分布2个因素对平均贯入阻力的影响均显著。该结果表明，土壤含水率对其机械性有极显著影响，且同一块田中土壤平均贯入阻力分布不均匀，有一定的波动。

2.1.6平均贯入阻力与土壤含水率关系的回归分析用Excel 2010软件计算得出20～160 mm深度范围内的平均贯入阻力Fθ与含水率θv的回归方程为Fθ=11.292θv-131.89，r2=0.863 4。查相关系数临界值表得r0.01（5）=

0.874 5<0.863 4，所以认为回归方程在α=0.01水平下显著，平均贯入阻力与含水率之间存在线性回归关系，大致随着土壤含水率的提高而增大。含水率从约24%增大到约29%时，贯入阻力从约140 N增大到约200 N（图4）。

2.1.7土壤贯入阻力与贯入深度的回归分析用Excel 2010计算得出20～160 mm深度范围内各个试验深度下的平均贯入阻力Fh与贯入深度h的回归方程为Fh=0.022 3h2-1.768 2h+93.466，r2=0.992 6。查相关系数临界值表得r0.01（5）=0.950 7<0.992 6，所以认为回归方程在α=0.01水平下显著，贯入阻力与贯入深度之间存在二次回归关系，大致随着贯入深度的增大而增大。贯入深度达到160 mm时，贯入阻力可以达到约400 N；但20 mm深度的平均贯入阻力大于40 mm深度的平均贯入阻力（图5）。

2.2耕作条件与耕后土壤细碎度与流动性试验数据处理

用每次测得的所有含水率值的算术平均数作为该次测量的含水率θv，用每次测得的所有贯入阻力值的算术平均数作为该次测量的平均贯入阻力F。用测得的堆积体高度和底面周长计算得出堆积休止角。表4表明，土壤含水率高时旋耕会使大直径土块所占比例由11%增加至35%，小直径土块所占比例由60%减少至27%；而堆积休止角没有明显变化。

3结论与讨论

（1）水稻收割前后一段时间内，稻田表层土壤的含水率在不降水情况下维持在26%左右，而降水后提升较明显，可达30%左右。（2）贯入阻力与贯入深度之间存在二次回归关系，回归方程为Fh=0.022 3h2-1.768 2h+93.466，大致随着贯入深度的增大而增大。贯入深度达到160 mm时，贯入阻力可以达到约400 N。平均贯入阻力与含水率之间存在线性回归关系，回归方程为Fθ=11.292θv-131.89，大致随着土壤含水率的增大而增大。含水率从24%增大到29%时，平均贯入阻力从140 N增大到约200 N。（3）同一块田中土壤含水率和贯入阻力分布不均匀，而是随着空间位置的变化有明显的波动，且两者存在关联性。这一现象不利于通过选择合适的耕整时机改善耕作碎土效果。（4）土壤含水率对耕后土壤细碎度有影响。土壤含水率高时旋耕，会使大直径土块所占比例由11%增加至35%，小直径土块所占比例由60%减少至27%；而流动性受含水率影响不明显。由于试验条件的限制，对这方面的研究还不充分。

综上所述，在稻田黏重土壤条件下，土壤含水率对土壤力学性能及耕作碎土效果有明显影响。但含水率变化规律较复杂，不易预测；含水率、力学性能的空间分布也不均匀。因此，通过选择合适的耕整时机达到理想的耕作碎土效果较为困难。开发受土壤条件影响较小的新型移栽方式，如苗带少耕移栽等，可能成为解决稻田黏重土壤油菜机械移栽难题的重要途径。

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doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2017.06.059