基于土壤压实对水稻收割时机的制约因素与方法研究

摘 要：现如今农业机械造成的土壤压实逐渐成为一个世界性问题。本项目旨在主要通过模拟大型机械对土壤的不同程度压实，来计算水稻不同收割时的机产率，从而总结出土壤压实对水稻最佳收割时机的影响及选择方法。同时通过选择收割时间来减少土壤压实对土壤和水稻产量的不利影响。相较其他物理方法和化学方法更加环保更加具有可行性，避免了繁琐的工序步骤和其对土壤和水稻种植产生未知的潜在影响。通过该研究有效地将土壤压实对土壤的不利影响控制到最低，来间接的提高水稻的产量和质量。

关键词：土壤压实；水稻收割；制约因素；方法研究

1 研究意义及现状分析

土地是人类赖以生存和发展的物质基础，正如印第安人说过的“这里的每一寸土地，对我的人民来说都是神圣的。哪怕是一根发亮的松针，一块海滩的砂砾，一片林中的云雾，一颗清晨的露珠，还是一只鸣唱的小虫，所有这一切，在我们人民的记忆和现实中都是神圣的。”但是，工业化的迅速发展，使地表环境遭到破坏，面对这一问题，土地复垦是当前增加耕地面积缓解人地矛盾的有效方法之一。在这个过程中，机械对土地的反复碾压势必破坏土壤结构，改变土壤容量和质地，影响土壤含水量，通气性。在这个过程中，土壤压实已经成为最主要的障碍。

土壤压实是指家畜或碾压机器的重量压在土壤上，导致土壤失去其内部的空隙。土壤压实，也可能会导致土壤中缺水。因为土壤变得不那么能够吸收雨水，从而增加了地表溢流和土壤侵蚀的可能性。矿物颗粒同时加压使得植物难以生存，压实的土壤使土壤几乎不留有储存空气和水的空间，而水与空气对植物的根的生长来说是必要的。经过压实的土壤对掘穴动物来说也是一个不好的环境，因为土壤密度的增加使其更难以穿透。

在2000年欧洲环境局出版的土壤压实其一般环境在字典中定义为：“由于负载，振动或压力的应用引起的土壤密度（每单位体积的质量）增大和减小土壤孔隙率，越固体越压实土壤能够支持更大的承载能力；当使用农业机械领域的管理操作，轮胎和设备，用于土壤压实作用时，产生表面土壤压实向下，造成增加堆积密度，增加硬度，称为土壤压实”。

一旦过度土壤压实，如果没有基本的物理干扰的实施，也难以返回到初始状态。国内对于土壤压实的研究较晚，而往往是很难植被生长以后彻底的物理修复，依靠植物和土壤压实动物修复是一个很漫长的过程。

农业土壤压实受到许多农业土壤科学家和农民的关注，因为土壤压实可能减少植物的生长。大型拖拉机在田间作业的同时对土壤进行了碾压，造成土壤密度增加，土壤孔隙率降低，水渗透能力降低，从而导致土壤侵蚀加重，机耕阻力增加，作物根系生长受阻，进而导致作物产量降低、投入加大，土壤环境受到破坏，形成土壤机械压实。这个话题是复杂的，因为它关系到植物对土壤结构的反应和水的供应。因此，这需要了解土壤下面应用层的重力分布，以及土壤毁坏和变形的结果。

我国是世界上最早种植水稻的国家。在我国，水稻种植面积约3000万hm2，约占世界水稻种植面积的21%，年产量近1.6亿t，占世界总产量的34%。河姆渡原始居民在距今约七千年前就开始种植水稻。水稻是我国种植最悠久的粮食作物，是我国人民的重要食物。水稻栽种孕育了精耕细作的中国传统农业。栽种水稻也培育了勤劳吃苦的民族精神。水稻在我国粮食生产中具有不可替代的作用。加快推进水稻生产机械化，水稻生产的发展，降低劳动强度，降低生产成本，提高生产效率是提高水稻生产能力的一个战略措施，以保障我国粮食安全，推进现代农业和社会主义新农村建设具有重要意义。

2 制约因素

土壤压实对土壤的危害主要分为以下几个方面：（1）增加土壤

容积质量，降低土壤渗透率，增加土壤水土流失。（2）土壤结构变劣，土壤发生退化。（3）土壤机械阻力增加，作物生长受到影响。（4）化学方面对土壤的污染：土壤污染是指土壤中积累有毒、有害物质，引起对植物生长的危害，或者残留在农作物中进入食物链而危害人体健康。人从自然界取得资源和能源，经过加工、调酸和消费，最终以废弃物撒向土壤，或通过大气、水体和生的向土壤中排放转化。当输入的污染物数量超过土壤的容量和自净能力时，必然引起土壤情况的恶化，发生土壤污染。污染的土壤对农作物生长不利。施用化肥是农业增产的重要措施，但不合理的使用，也会引起土壤污染。长期大量使用氮肥，会破坏土壤结构，造成土壤压实，生物学性质恶化，影响农作物的产量和质量。

3 研究方法

通过使用一种高效准确的土壤压实模拟系统对土壤进行模拟压实并通过土壤检测传感器采集数据（温度，湿度，降水量），从而模拟在各种不同土壤压力下的水稻收割，通过该研究来计算出最合理的水稻收割时间，有效的将土壤压实对土壤的不利影响控制到最低，来间接的提高水稻的产量和质量，总结出在现有技术手段下水稻的最佳生产收割方式。同时通过控制收割时间来减少土壤压实对土壤和水稻根系的不利影响相较其他物理方法和化学方法更加环保更加具有可行性，避免了繁琐的工序步骤和其对土壤和水稻根系产生未知的潜在影响。

实验方案：（1）采用时间间隔取样的方式，在实验田进行最后一次的排水后，每隔两周使用一定规格的样筒对试验田中的土壤进行一次取样，并记录取样时的具体时间，天气状况（包括降水量，湿度，温度）和土壤在试验田中的位置。（2）分为室内模拟和田间实验两组进行实验。选择在室内对样本进行研究。将一次的田间取样的样本平均分成11组，每组3份。对每组样本在室内进行单轴压缩实验，从第1组到第11组分别施加0、30、70、110、150、190、230、270、310、350、400Kpa的压力，根据不同载荷条件下土壤的物理性状差异，获取外载荷-土壤的物理关系。田间实验：室外加载。并进行室外试验数据收集，与室内试验数据进行对比。（3）根据实验获得的各项信息，运用MATLAB等软件，建立一个数学模型，将根据实时监测的土壤基础参数，推断在该条件下进行收割作业会产生的破坏效应。

通过完成田间实验，做好数据的处理分析，可以初步建立可行数学模型，根据实时监测的土壤基础参数推断在该条件下进行收割作业会产生的破坏效应，并建立土壤力传递模型，并找到影响力在土壤中传递的各项因素，从而制定相应模型来预测水稻收割的最佳时机。

参考文献

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