资源描述
免耕播种机的新型双翼型开沟器对玉米种区土壤物理特性和根系固定的影响：和双圆盘开沟器相比较 摘要 使用这种新型双翼型开沟器的免耕播种机可以改善各种土壤的物理特性以及土壤的气候条件，因此，间接的影响了作物的幼苗出土和早期生长。 播种机的技术改进是在作物耕作过程中进行的，并且近年来改进的步伐逐渐加大，但是一些新技术的革新仍需进行单独的试验。在意大利的实验田里，通过2002 2003 年对四块不同土壤的试验田的评估得出：和被广泛使用的双圆盘开沟器相比较，新型双翼型开沟器影响了玉米种区土壤物理特性和根系的固定。 对 于双圆盘开沟器和双翼型开沟器，它们导致更了高的土壤残留物，使土壤覆盖指数在不过量情况下明显下降，各自下降 双翼型开沟器使种区上层 5厘米处的土壤容重和土壤渗透阻力变得更低，然而在玉米生长到 3个叶的时候并没有发现更大的根系密度，这可能是由于双翼型开沟器旁铲播种深度的不平导致的。在某些情况下，幼苗出土延期可能也与双翼型开沟器有关，它使种子和土壤的接触深度增加。 关键词：玉米；免耕；开沟器类型；根系生长；种区物理特性； 缩写： 盖指数 种几天后 圆盘开沟器 沟平度标准偏差 透阻力 系容积密度 壤有机碳 翼型开沟器 在过去几年内 ,由于传统的耕作经济和环境的影响，譬如侵蚀 ,击实和倒置土壤层数 ,导致意大利不得不重新考虑免耕播种。 尤其在土壤难耕的意大利，深层犁田旨在增加土壤孔隙，至少暂时能为种子发芽、根系生长创造适当的条件。 杂草的简单化管理和夏季的谷物更高出产量都与免耕播种有关 ,少数有用的数据被意大利作为文献资料的证据。 免耕播种机的性能取决于与实地情况有关的几个因素，包括类型和土壤表面相当数 量的残留物、开沟器的设计 (002)、被播种作物等。使用这些播种机的必须有很高的灵活性 ,以便各种各样的庄稼可能被用正确的方法播种在不同条件的区域内。在免耕播种的实践中，种子沟的特征起了重要的作用， 许多专家都指出 ,最重要的因素是调节发芽 ,如土壤基质潜力气温 (1976年 ,施耐德 )、播种深度 (阿莱西、 1971 马赫迪等 )等受土壤 /开沟器接触的影响。 特别是 ,为了保持固定的播种深度 ,在过去几十年期间，人们提出拉应力各种各样的类型拉杆来联结在开沟器和播种机具的建议。 例如 ,结合春天的播种体制， 最古老而简单的解决方法是不用总要保证播种深度一致 ,尤其是泥泞的土地里。 以平行拉杆来联结开沟器和播种机具是使上述要求得到巨大改善 , 因为它允许开沟器准确地跟随土壤表面外形前行。 许多免耕播种的种子区域的特征取决于类播种机上开沟器的类型和两种类型的中耕铲和圆盘铲的不同，中耕铲开沟器对土壤的破碎效果和减震器在土壤表面的效果大致相同 若播种后雨水较少 ,土壤干燥将会加速。在相似的情况 ,圆盘开沟器造成的在种子层之上的水分流失比中耕开沟器更为严重，虽然在湿粘土沟这种弊端很明显 . 人们普遍 认识到 ,对作物残留 (前作物 )的管理是世界上最重要的制约免耕播种的素， (卡特 ,1994 年 )样可能堵塞播种机，但是圆盘开沟器也许会导致 由此破坏不好的土壤 /可能和有毒的种子产生种苗效应 (000)它们的存在对土壤表面的些负面效应有限制作用象侵蚀和水土流失等 . 关于土壤和气侯条件 ,开沟器应达到这样几个目标 ,象播种均匀、隔和深度 - 适当的播种数量以保证土壤 /种子的良好接触，减少水分流失， 避免种子和肥料或废弃物接触和土壤压实，所有这些可能将阻碍作物根系生长。中耕开沟器对作物的幼苗出土和根系固定的影响尤其明显，特别是在地壳形成的土壤里，但这要比使用双圆盘开沟器的效果好的多。 免耕技术的改善是直接在作物耕地里实施的，并且逐步在各个行业里实现，但仍有大量的改进要进行单独的测试和仔细的评估。此外，很多这方面的资料指向开沟器 /土壤的相互作用，而不分析作物生长的影响。和土壤条件和技术参数对沟型及性质的影响要我们广泛的学习不同类型的开沟器，如深度和播种速度。然而，只有少数研究针对作物参数，他们普遍对秋季谷 物播种的研究，例如，乔德里和贝克 (1988)发现各种不同类型的开沟器导致大麦幼苗生长情况不同，即当大麦芽和根系重量因使用 (或锄头 (U 型槽 )和以前的开沟器不同而不同。 在这种思想框架内，这个研究的创新性评价表现在宽箭型开沟器由一个双挂钩机构连接在机架上，它对播种区域的土壤特性，作物幼苗出土和根系的早期生长起作用，这在意大利是很普遍的。 2. 材料和方法 设备描述 圆盘开沟器相比较，气动播种机上一种良好性能的新型宽箭型开沟器已经试制成功，并被马克思第 2代免耕播种机所使用。如图 1所示。 图 1 (a) 前凿刀 ; (b) 旁铲刀 (c) 端铲刀 ; (d) 多行分种器 ; (e)平行连接支架 . 双翼型开沟器有一个竖直的轴线，前面有凿刀，后面有两个宽 18 厘米的铲，前面的在工作方向有轻微的角度，端铲垂直（ 90度）向上，高 25毫米。前铲削去的土壤比后面的铲刀深 25子通过一个气动管道从中央容器运送给每一个播种机构，（让播种机承担一定的种子），虽然各种行距能够确定，在我们的试验田里 玉米的行距为 ，这是实验常用的行距。 双 翼型开沟器有一个刚性机架和一个可折叠的机构，刚性机架支撑前支架是播种机与拖拉机连接，后面两个低压轮子作为运输，折叠机构旨在尽可能的确保开沟器沿土壤断面行走。因为这个原因，它有 3个部分组成，每部分 弹性关节和刚性机架相连接，每个关节有 5 个开沟器，共 15 个排种器，它们用3个和平行连杆连动以确保它的稳定性，另外每个关节有前轮和后轮压紧。后者是工作时的重要组成部分，在这种播种机上，每节 10 个轮子，有 3 图 2 使用双翼型开沟 器的免耕播种机 (上 ) 和 使用双圆盘开沟器的免耕播种机（下） 使用双圆盘开沟器的播种机配备有 8组免耕设备，使用气动输种，工作宽度 6 米，这里使用的双圆盘开沟器有一个槽，圆刃铲刀，双圆盘组成，并与两个辊和后面的 开沟器要求将不同播种机的差异降到最小，虽然这并不完全可行，特别是当开沟器的设计很大不同时，尽管如此 ,以下这些参数 ,结果只集中区的种子工作 ,主要是受、轮子等机械部件的限制而非其他机械零件。 地实验 在意大利等 4 个初始条件不同领域的 (表 1)私人农场进行为期 2 年(2002 5513 10e,晚间 8 时 )的测试。开沟器的作用影响了种子区些土壤物理性质，表层土壤的形态和作物幼苗的出土及根系的早期生长。如表1所示。 表 1：在 2 年的试验四个领域的最初的情况和土壤特征在 (大利 ). 年 2002 2003 试验田 A 试验田 B 试验田 C 试验田 D 以前作物 . . 覆盖作物 . . . . . . . . . . 壤分类标准 构 (0 10 cm 沙土地 沙土地 黏土地 淤泥地 沙子 (%)1 19 22 9 泥沙 (%) 21 20 53 55 土 (%) 58 61 25 36 土壤有机碳 2002年，黏质试验田 含有不同数量的有机碳，分别为： 在 2003 年，两块不同土壤结构的试验田，一块为沙质土壤（试验田 C）和一块沙质覆盖的黏质土壤（试验田 D），它们的有机碳的值比 2002 年更接近。根据 有土地按真空量分类。 观测 2002年 4 月 26日和 2003年 4月 15日种植并使用除草剂的玉米，双翼型开沟器和双圆盘开沟器的种植密度分别为 整不同播种机调整机构，可以将开沟器的种子密度降到最小，在一般情况下，至少在这项研究中，开沟器间的不同种植间距并不影响研究参数。 在本地的测试中， 1961 1990 年间的年平均降雨量为 1200 4 月份和 8月份下降了 6807%),年平均气温为 氏度， 8 月份最高气温为 24 摄氏度， 11 月份最低气温为 氏度。在 2003 年的作物循环周期，（ 4 月 到 8月）平均气温较 2002 年高，和过去三十年相比降雨量低，而在 2002 年，情况恰恰相反，事实上 2002 年的降雨量为 1410作物生长期下降了（ 46%） 650003年的降雨量为 966作物生长期下降了（ 37%） 3623气温和降雨量一类的数据，由本地部门和环境保护协会提供。 对土壤物理性能和根系密度的观测实验实在玉米播种后 25 天且没有降雨的情况下进行的，这些数据由播种机的测量孔测得，和播种机构相比土壤参数受开沟器和镇压轮的影响。 种深度 在 2002和 2003年 ,分别出现向前四和二 排放置的五个播种排 ,每排一个苗木。因此 ,总数为 20和 10个植物，这些能完全地从土壤中生长出来吗？允许无叶绿素的长度量过。当深度的系数变化 ,也就是，尺寸被认为是种子沉淀的深度，那么播种深度是有计划的 ,在标准的偏离和理论上的深度之间的比是 3，但在地势比较高的地方这个参数的数值时能降低的。 苗出土 幼苗出芽率的计算是看在播种后的一段不同的时间内在一个 3 平方米的区域内 5 行种子的发芽率（ 2002 年和 2003 年分别重复 5）， 2002 年的计算是在播种后的 8、 10、 12、 14、 21、和 25 天内进行计算的， 2003 年的计算是在播种后 6、 8、 14、 19 和 25天内进行的。幼苗出芽率的百分比用来确定种子的最终出芽率， 出的时间和发芽率的方程式如下： Y=c 回归系数 C、 B、 M 和它们确定的曲线被列在表 2。图中表明系数最大值 Y（三）和时间 0米时的值（二）。 表 2. 回归系数 ( 描述的治疗过程中出现各种情况 实验田 开沟器 回归系数 R2 c b m A 双翼 型开沟器 双圆盘开沟器 双翼型开沟器 双圆盘开沟器 双翼型开沟器 双圆盘开沟器 双翼型开沟器 双圆盘开沟器 床不平 开沟器对土壤的破碎是通过对播种行的（ 2年内的重复 5次）种床不平度测量得到的。土壤断面的轮廓用黑色描绘在白色的 21厘米 *米）纸上，长的一边固定在土壤里由同样尺寸的镀锌金属支撑， 根据桑德拉的解释（ 1998年），土壤的覆盖指数是根据种沟平度标准偏差估计的。例如：从薄片底部到黑色最低点的外形在播种作物行间隔 20 厘米宽的断面的标准偏差的测量值在 0 5厘米。 盖指数 覆盖指数 (是由数码照片检测到的作物残留物来确定的，该数码照片由奥林巴斯 2000摄象机在土壤表面（ 两年重复 4次）一点围绕播种行固定区域 ( )内拍到的，播种行距可以随意设定。也可以在播种之前重复相同的次数。对作物残留值 (的估计被用来区分播种前后的土壤覆盖指数。 在把图像传送给电脑后 , 是一个虚拟的 25点珊格被下载到图象上， 因此能手动计算每一个节点是否有作物残留，相交点作物残留量用来确定土壤覆盖指数，根据 1988年的资料。 壤水分和土壤容重 在深 6厘米直径 8厘米中未被破碎的土核，在烤干至 105度且恒重后来确定土壤水分含量和土壤容重 003年是在播种 6和 8天内来提取样本 来确定土壤水分和土壤容重。 壤渗透阻力 在两年内，用一个平伸的管状透度针来测试种沟的土壤渗透阻力，测试是在双圆盘开沟器和双翼型开沟器形成的种沟一侧每 1 5 厘米深的断面内重复测量3次，断面位置在靠近种行 1厘米处，在这两年内，三次测量得到的数据被作为以后播种的参考（图 3）。 图 3 双翼型开沟器种沟形状 (上左 ) 和双圆盘 (上右 ) 开沟器 和 草图表示 (下 ) 3：结果和讨论 种深度和幼苗移植 双翼型开沟器和双圆盘开沟 器在不同条件的土壤中的播种深度几乎相同，过去平均两年的播种深度分别为 别并不明显，除了在干燥的试验田 C 中，覆盖土明显比双圆盘开沟器要浅，（ 开沟器间的播种深度的标准偏差差别并不明显， 此，深度均值接近，尽管比中耕铲开沟器和凿型开沟器的期望值低些。在传统文献的报道中，虽然情况如此。但在我们看来，双翼型开沟器完整的覆土系统的播种深度的深度值是可以精确提高的。 关于幼苗移植，双翼型开沟器比双圆盘开沟 器的推迟期明显可见，尤其在2002年，相差一天 试验田 A 验田 B 了观测 50%的幼苗出土情况。（图 4） 图 4 玉米发芽在四块不同土壤的时间进程 当移植延期明显时，也许部分原因就是由于过低的土壤容重和渗透阻力的下降，通过观察上面的用双圆盘开沟器播的种子，都使土壤直接接触种子。这是对以前作物研究结果的进一步支持，随没有推迟幼苗移植期但却降低了作物产量和在干旱土壤中播种机的压力轮得不到利用。 壤形态学的影响 表层的土壤破碎因 开沟器的不同和不同土壤的物理性能不同而有着明显的差别（表 3）。四块试验田的中，使用 双翼型开沟器的试验田的粗糙程度要比使用双圆盘开沟器的更高些，分别为 作为高于种沟平度偏差的证据。这种结果在所有的试验田里明显可见，它是由于两种开沟器的不同作业系统导致的。双翼型开沟器的前凿刀和端犁刀更大、更长，破碎和混合土壤的效果要比双圆盘开沟器好。 表 3不同开沟器对不同领域土壤的破碎效果的影响 试验田 双翼型开沟器 双圆盘开沟器 %) %) I (%) %) 种前 播种后 播种前 播种后 A 69 a 37 b 32 a a 75 a 68 a 7 a a B 79 a 54 b 25 b b 83 a 78 a 5 a a C 67 a 44 b 23 b b 81 a 77 a 4 a b D 67 a 41 b 26 b a 88 a 79 a 9 a a 1 a 44 b 27 A 82 a 76 a 6 B 双圆盘开沟器的土壤断面呈典型的 种结果导致的土壤不平在各个试验田中是很相似的，除试验田 C，试验田 C 有较低的种沟不平标准偏差， 由于圆盘盘的有限的冲击使的土壤水分很低（表 3）。虽然使用 双翼型开沟器的表面并非完全对称，表面的高低观察较为明显（图 5）。 图 5种沟的宽度和高度 然而 ,我们测量了在土壤坎坷上有些变化用不同的情况 ,低种沟不平标准偏差降低了土壤水分（试验田 C）（两种开沟器）和有机碳的高含量（试验田 B）（仅 双翼型开沟器 ）（表 3），主要原因是由于 表土聚集体面积的大小。 两 个开沟器的不同作业体制对土壤覆盖指数还有些影响（表 3），双圆盘开沟器并没有改变土壤表面所有作物残留物的数量，因此作物残留物仍然包含在土壤里面，播种前后的土壤覆盖指数分别是 85%和 76%。 前排凿刀导致作物残留物仍然残留在土壤中（ 7%），土壤覆盖指数从 71%下降到 41%，有一种要超出种沟不平度标准偏差的趋势。 壤的物理特性和对根系生长的影响 不同的开沟器对不同土壤的破碎程度不同，并且希望上层 5 厘米处为湿度不同的土壤。尽管如此，两种开沟器在播种前后几小时内的测量值几乎相同。在2003 年，在播种后 8 天内且降雨稀少的情况下，对试验田 C 和试验田 D 的土壤湿度的检测并不明显，尽管不能排除 0 5 厘米的土壤断面的差别，这表明作物残留物可用来保护土壤的水分流失，即使双翼型开沟器和双圆盘开沟器的土壤覆盖指数比较低。 开沟器的类型以不同的方式影响土壤容重，双翼型开沟器几乎使所有类型的土壤容重下降，试验田 7%，试验田 B 下降 20%，试验田 4%。（图6）在试验田 重并不确定， 双圆盘开沟器对这种土壤特性的影响较小，是土壤破碎小 图 6 一般而言，两种开沟器都降低了种区的渗透阻力，但在土壤的类型上有一定的差别。在 2002 年，两种试验田中有机碳的含量不同 即使它们有相同的黏质土质结构，在播种前不仅受土壤指数的影响而且受开沟器的影响。两种开沟器导致有机碳的含量明显不同（试验田 A 和试验田 B），例如，播种前渗透阻力和深度有关（ 232均 0 5厘米），但播种后变化相当明显，两种开沟器有明显的不同，尤其在 0 3厘米处（图 7） 图 7 两种开沟器在 4 块土壤上层 5 厘米处的土壤渗透阻力 在平均 0 5 厘米处。使用双翼型开沟器渗透阻力下降 64%；而使用双圆盘开沟器仅下降 23%，并且使容重更低。在试验田 种前渗透阻力比试验田 A 降低了 ，开沟器的影响更低了，尤其是双圆盘开沟器。在 2003 年，在试验田 C 和试验田 D，和 2002 年相比，使用双翼型开沟器明显降低了渗透阻力（图） 鉴于使用双圆盘开沟器使土壤断面的特性曲线和播种前比较仅有一点变化。当渗透阻力的标准值较播种前有很明显的变化时，使用双翼型开沟器得到的特性曲线和所有试验田 3厘米初的渗透阻力相比下降明显，而在 2厘米处增加相当明显，它们的标准值变成 1。（图 8） 图 8 使用两种开沟器的四块试验田在播种前的土壤渗透阻力 这些情况表明：不同程度的平整性对播种深度的影响由端铲控制。根据土壤类型和水分湿度，双圆盘开沟器对渗透阻力的影响较标准值更不明显，有一种随深度增加其值降低的趋势。 图 9 使用两种开沟器的四块试验田的根系土壤容重 尽管双翼型开沟器使土壤渗透阻力在前 3厘米内下降，在几乎所有的试验田根系生长的长度和深度没有明显增长的信息被透露，这两种根系特征明显和两种确定的高度系数有关（ 2002年： R2=在 2003年： R2=出乎意料，在使用双圆盘开沟器的试验田 A 低于根系容积系数的值在顶层 5 厘米处被发现。（图 9）也许因为平整度的影响，它使一些根斜向生长，至少在初始阶段有一部分钻出了土壤容积。开沟器在 5厘米以下的深度对根系生长的影响并不明显，即使在其它两种土壤内，也要比正常深度减少，试验田 对于根系的直径，两种开沟器对在不同测试地和不同深度影响并不明显，尽管这种根系的特征受土壤物理特性的影响。例如：渗透阻力随开沟器的不同而不同。尽管如此， 在这项研究中也要求渗透阻力的值不能太高，不能超过 400验田 C，深度： 5厘米 )。 4结论 在意大利，对低环境影响和低成本的土壤耕作制的关注，使他们注重新型机器的设计，在这一项研究中，一种新型双翼型开沟器对土壤特性的影响和双圆盘开沟器对土壤特性的影响相比有明显不同。双翼型开沟器由一个平行连杆体系连接，在统一播种深度和清除作物残留物的土壤耕作中达到了较高的程度，它还影响渗透阻力和容重，虽然这些参数有所降低，但是仍然超过了双圆盘开沟器。它的平整性明显影响了播种深度，稍微降低了根系的生长及其生长方向，但 对直径并无影响，在玉米生长 3个月的时候，在顶层 5厘米的黏土地中有少许的有机碳。各种沟的特性表现在两种开沟器在不同土壤中的稳定性，在某些情况下，由于某些特性的初始条件（例如水分减少、土壤容重等）的变化是明显的，尤其是双圆盘开沟器。 这些发现是一个少有的综合运用力学，物理学和土壤根系生态学的例子，它表示为了更好的了解农业机械的运作，应当考虑几个紧密结合的研究课题。 鸣谢 我们感谢克劳德在工业制图方面的帮助和加布里埃尔对英文所做的修改。 of a on in L.): A to of in to of of in to be In a of a of in of on in on of in a 220022003), in to in to of 27 6%, in of no in at to by at A in in be to in 1. n of as to of in of at at in to of of to as by in of on to of at to be of so be in In of an in as by In in to of a is to of in to of of in on of to to an in a of a in an be if a as is In in in a is It is of is of in of in of a on in at is in on As of of a of to of of or of of to in of in of be In of on to on of on by in to as or a of 1988) of to of of or of In of an to by a on in of in a 2E of a is 2. of he of a of a by ( SO a a 8of 90) in 25 mm (1). 530 mm to is a to a of of be in as of in m a in 1. (a) (b) (c) of (d) (e) of of SO is by a to to at be by as as it .5 m to a 5 on a In is by a a 2). is an in it is 0 .9 2. a DO is an m in a 6 m DO is of a a 2). of to be to a is as in on of by of by a 20022003) at a 4555N, 1310E, 8 m in Tab
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