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施水播种灌水入渗和土壤松耕方法的研究

作　者: 杨有刚
导　师: 郭康权；薛少平
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 施水播种浅松方法水入渗深度
分类号: S233.1
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

免耕地施水播种是春旱严重时夏粮抢种保苗的重要手段,对西部旱区农业增产具有积极作用。但是,传统的施水播种灌水后,土壤湿润区的水平方向尺寸是垂直方向的1.5～2.5倍。提高灌水下渗深度,减少水分蒸发,是施水播种技术进一步节水增效的新途径。在保护性耕作条件下,本文首先对施(坐)水播种灌水下渗的影响因素进行了分析,研究了能加速灌水下渗的两种土壤状态,以及切块式和铲式两种土壤松耕方法。然后,探讨了切块式浅松法有利于灌水下渗的土壤结构体形状和大小,在陕西杨凌试验地(塿土)试验分析了切块式和铲式浅松法的松土灌水入渗效果,并与旋耕和免耕土壤施水效果进行了比较;建立了切块式浅松条件下的土壤湿润区数学模型。设计了具有切块式浅松功能、模拟人工挖穴作业的施水播种机,并对其稳定性进行了分析。最后,对结构更简单紧凑,具有铲式浅松和铲式开沟施水功能的施水播种联合作业机进行了田间试验。取得的主要结论如下:1、土壤中孔隙率的增加,是提高施水播种灌水下渗速度和深度的有效途径。因此,首先提出并研究了一种切块式浅松法,该方法产生的土壤结构体互相支撑,形成了有利于灌水下渗的大孔隙,并可以人为控制所切土块的大小,松土效果好,但刀具运动较复杂。其次,根据免耕地土壤较密实的特点,只在玉米种床部位灌水下渗的路径上铲式浅松土壤,增加土壤中的微孔隙,这种方法对应的施水播种联合作业机,结构简单紧凑,在目前的研究水平上,更具应用前景。2、当切块式浅松法产生的土壤结构体,最大尺寸范围为10～40mm时,灌水湿润峰下移速率大,遇水即散,含水率高,干容重小。使用的“Y”型刀具,自洁性好,切下的土块均匀度高,并分布于土层中上部,而碎土则基本位于土层中下部,灌水下渗快,无积水现象,土壤湿润区总体位置比免耕地和旋耕地对应的湿润区位置低13mm,总的水入渗深度比免耕地对应值提高约19.6mm,比旋松土壤对应值提高约24.6mm,灌水水平方向和垂直方向入渗深度的比值由1.27降低到0.8。合适的切土距离为10～30mm。3、针对切块式浅松法,建立了一种求解方便,由代数方程表示的灌水入渗数学模型,通过理论计算结果与试验结果的比较可知,两者湿润区剖面面积的重合度达90%。松耕作业形成的土壤结构体尺寸,种穴或种沟深度等参数,对土壤湿润区宽度的减少,深度的增加有很大影响。4、针对铲式和切块式浅松法,建立并验证了施水播种穴施水量和开沟间歇施水每次施水量的理论计算模型。5、通过对种床下铲式浅松,开沟间歇施水播种机进行的田间试验表明:铲式浅松法松土施水后,水入渗平均深度为76.1mm,比免耕地对应值大4.8mm,比旋松土壤对应值大5.2mm,在地表下50mm处土壤含水率由施水前的6.5%,提高到施水作业后的15.7%,玉米出苗率和苗高等相关指标均合格。机具其他性能参数如:点播距合格率94.7%,变异率4.6%,重播指数1.82%,漏播指数2.19%,种子离水湿润中心距的合格率96%,种水同穴率99.7%等,均满足农艺要求。研究的创新之处:1、提出了通过合理的松耕方法,增加土壤的孔隙率,增加施(坐)水播种灌水下渗速度和深度的方法。2、提出了一种能在土壤中形成大孔隙的切块式浅松法,该松耕方法形成的土壤结构体集中于松土层上部,有利于灌水下渗。3、提出了两侧土壤保持免耕状态下的带状铲式浅松法,增加灌水下渗路径上土壤的微孔隙率,提高灌水下渗速度和深度的方法。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-14
第1章文献综述  14-26
  1.1 保护性耕作及其土壤松耕技术  14-17
    1.1.1 保护性耕作的意义  14
    1.1.2 保护性耕作的土壤松耕技术  14-17
  1.2 保护性耕作条件下的施水播种技术  17-23
    1.2.1 施水播种的背景  17-18
    1.2.2 施水播种技术研究现状  18-22
    1.2.3 保护性耕作与施水播种技术的集成  22-23
  1.3 选题的目的和意义  23
  1.4 主要研究内容  23-25
    1.4.1 影响灌水下渗的因素分析和土壤结构体的水入渗试验  24
    1.4.2 切块式和铲式浅松方法的松土效果  24
    1.4.3 切块式和铲式浅松土壤的田间灌水入渗试验  24
    1.4.4 切块式浅松条件下土壤湿润区数学模型的建立  24
    1.4.5 具有切块式浅松功能的坐水播种机设计和机组稳定性分析  24
    1.4.6 铲式浅松开沟施水播种机的田间试验  24-25
  1.5 研究方法与技术路线  25-26
第2章影响灌水下渗的因素分析和适宜的土壤松耕方法  26-31
  2.1 灌水下渗深度的影响因素分析  26-27
    2.1.1 回土量的影响  26
    2.1.2 施水量的影响  26-27
    2.1.3 种穴直径或种沟宽度的影响  27
    2.1.4 土壤初始含水率的影响  27
    2.1.5 种床下土壤孔隙率的影响  27
  2.2 增加灌水下渗速率和深度的土壤状态  27-29
  2.3 土壤松耕方式的适应性分析  29-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章切块后土壤结构体的容重和灌水入渗结果  31-48
  3.1 试验材料和方法  31-36
    3.1.1 试验材料  31-33
    3.1.2 试验装置  33
    3.1.3 试验方法  33-36
  3.2 试验结果与分析  36-47
    3.2.1 灌水湿润峰在结构体中的移动速率  36-42
    3.2.2 结构体孔隙率与湿润峰下移速率的关系  42-44
    3.2.3 结构体水入渗后的含水率  44-45
    3.2.4 土块容重的试验与分析  45-47
  3.3 本章小结  47-48
第4章切块式和铲式浅松方法的松土效果  48-58
  4.1 试验机具和方法  48-51
    4.1.1 松土刀具  48-50
    4.1.2 试验方法  50-51
  4.2 试验结果与分析  51-57
    4.2.1 切块式浅松法试验结果  51-56
    4.2.2 铲式浅松法试验结果  56-57
  4.3 小结  57-58
第5章切块式和铲式浅松土壤的田间灌水入渗试验  58-77
  5.1 试验机具与方法  58-59
    5.1.1 试验机具  58
    5.1.2 试验方法  58-59
  5.2 试验结果与分析  59-76
    5.2.1 铲式浅松、免耕和旋耕土壤的开沟间歇施水深度  59-60
    5.2.2 切块式浅松、免耕和旋耕土壤的穴灌水试验  60-76
  5.3 本章小结  76-77
第6章切块式浅松条件下土壤湿润区数学模型的建立  77-87
  6.1 土壤湿润区的形成过程和特点  77-78
    6.1.1 土壤湿润区的形成过程  77-78
    6.1.2 土壤湿润区的深度分析  78
  6.2 土壤水分入渗的数学模型和湿润区尺寸计算  78-83
    6.2.1 数学模型的建立  79-81
    6.2.2 灌水累积入渗量的变化规律  81-82
    6.2.3 湿润区的尺寸计算  82-83
  6.3 土壤湿润区常规方程数学模型的建立和尺寸计算  83-85
  6.4 影响土壤湿润区形状和尺寸的因数分析  85-86
  6.5 本章小结  86-87
第7章切块式浅松施水播种机的设计  87-101
  7.1 播种机组总体设计  87-90
    7.1.1 国内外穴播机械特点  87-88
    7.1.2 整机设计原则  88
    7.1.3 整机设计思路  88
    7.1.4 玉米穴播穴灌播种机的总体结构设计  88-90
  7.2 浅松作业工艺和浅松运动的机构实现方法  90-94
    7.2.1 浅松作业工艺特点  90
    7.2.2 浅松机构设计要求  90
    7.2.3 浅松机构的工作原理  90-91
    7.2.4 浅松机构主要技术参数的研究  91-94
  7.3 挖穴铲部件设计  94-96
    7.3.1 挖穴铲部件总成  94-95
    7.3.2 挖穴铲主要工作参数  95-96
    7.3.3 挖穴铲工作过程  96
  7.4 施水播种穴灌水量的确定  96-99
    7.4.1 穴施水量的一般数学模型  97-99
    7.4.2 灌水量的确定  99
  7.5 本章小结  99-101
第8章铲式浅松开沟施水播种机的特点和田间试验  101-109
  8.1 表土作业工艺和浅松机构的设计要求  101
    8.1.1 播种前表土铲式浅松作业工艺特点  101
    8.1.2 浅松机构设计要求  101
  8.2 2BSSF-3 型浅松开沟间歇施水播种机的参数分析和特点  101-104
    8.2.1 施水播种灌水量的确定  101-102
    8.2.2 播种机的功率确定  102-103
    8.2.3 播种机的结构特点与工作过程  103-104
  8.3 2BSSF-3 型浅松间歇施水播种机的田间试验  104-108
    8.3.1 试验材料、机具与方法  104-106
    8.3.2 试验结果与分析  106-108
  8.4 本章小结  108-109
第9章结论与建议  109-112
  9.1 结论  109-111
  9.2 建议  111-112
参考文献  112-119
致谢  119-120
作者简介  120

施水播种灌水入渗和土壤松耕方法的研究

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