杭程光，黃玉祥,2，李 偉，朱瑞祥,2

(1 西北農(nóng)林科技大學(xué) 機(jī)械與電子工程學(xué)院，陜西 楊凌712100；2 陜西省農(nóng)業(yè)裝備工程研究中心，陜西 楊凌 712100)

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深松耕作阻力的影響因素分析與減阻策略

杭程光1，黃玉祥1,2，李 偉1，朱瑞祥1,2

(1 西北農(nóng)林科技大學(xué) 機(jī)械與電子工程學(xué)院，陜西 楊凌712100；2 陜西省農(nóng)業(yè)裝備工程研究中心，陜西 楊凌 712100)

【目的】 識(shí)別深松耕作阻力的關(guān)鍵因素及其影響程度，為深松減阻技術(shù)與裝備研究奠定基礎(chǔ)?！痉椒ā?采用7因素3水平正交試驗(yàn)和單因變量方差分析方法，研究深松機(jī)鏟形(箭形、鑿形)、鏟距(300，400，500 mm)、入土角(18°，23°，28°)、土壤含水率(10%，15%，20%)、土壤堅(jiān)實(shí)度(1 000，1 500，2 000 kPa)、耕深(250，300，350 mm)及牽引速度(2，3，4 km/h)對(duì)深松耕作阻力的影響。【結(jié)果】 鏟形、鏟距、入土角、土壤含水率、土壤堅(jiān)實(shí)度、耕深、牽引速度的檢驗(yàn)概率依次為0.613，0.057，0.056，0.495，0.013，0.001和0.797；不同因素對(duì)耕作阻力影響程度的排序?yàn)楦?土壤堅(jiān)實(shí)度>入土角>鏟距>土壤含水率>鏟形>牽引速度，且耕深、土壤堅(jiān)實(shí)度、入土角、鏟距對(duì)深松耕作阻力變化影響顯著?！窘Y(jié)論】 為減小深松耕作阻力、提高耕作質(zhì)量，建議在滿足農(nóng)藝要求的前提下，深松深度的確定應(yīng)以“耕作層+犁底層”的厚度為主要依據(jù)；深松作業(yè)間隔年限的確定應(yīng)將土壤堅(jiān)實(shí)度作為重要評(píng)價(jià)指標(biāo)；合理配置深松鏟的入土角和鏟距有助于減小深松作業(yè)阻力和提高作業(yè)質(zhì)量。

深松；保護(hù)性耕作；耕作阻力；減阻策略

深松作業(yè)作為保護(hù)性耕作的主要技術(shù)之一，具有改善耕層土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤蓄水保墑能力等作用，能夠有效地保護(hù)耕地質(zhì)量，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[1-5]。2010年，中央1號(hào)文件要求“大力推廣深松整地”作業(yè)，并出臺(tái)了深松整地補(bǔ)貼政策，2015年全國(guó)全年深松整地面積達(dá)到1 350萬(wàn)hm2。由于深松機(jī)具的配套動(dòng)力較大，作業(yè)功率消耗一般為收獲機(jī)械的3～5倍[6]。隨著全國(guó)深松作業(yè)面積的不斷擴(kuò)大，如何減少耕作阻力，降低能源消耗是深松技術(shù)與裝備研究面臨的突出問(wèn)題。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞深松耕作阻力的影響因素開(kāi)展了大量研究，主要集中于深松機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)、土壤物理特性參數(shù)、深松作業(yè)條件參數(shù)等方面[7-11]。例如，Mouazen等[12-14]研究了深松鏟入土角對(duì)耕作阻力的影響，并確定了4種深松鏟鏟柄傾角與鏟尖傾角的最優(yōu)組合；Shahgoli等[15-16]研究表明，在3 km/h的牽引速度下，入土角為22.5°的深松鏟節(jié)能減阻效果最佳；Awad-Allah等[17]研究了牽引機(jī)具速度以及深松鏟入土角對(duì)耕作阻力的影響；Camacho-Tamayo等[18]研究了土壤含水率及作業(yè)速度對(duì)耕作阻力的影響；Li等[19]采用離散元方法研究了耕深、速度等因素對(duì)耕作阻力的影響；齊關(guān)宇等[20]研究了鏟形及鏟尖與土壤接觸面積對(duì)耕作阻力的影響，表明耕作阻力隨鏟尖與土壤接觸面積的增加顯著增大。但現(xiàn)有研究側(cè)重于分析某一個(gè)或某幾個(gè)因素對(duì)耕作阻力的影響，且以單因素試驗(yàn)為主。然而，深松耕作阻力受多種因素的協(xié)同影響，單因素研究具有較大的局限性，不足以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)不同因素對(duì)耕作阻力的影響程度。為此，本研究試圖通過(guò)多因素試驗(yàn)，確定影響深松耕作阻力的主要因素及其影響程度，旨在為降低深松耕作阻力，及確定深松減阻方案提供決策依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)因素及水平的選取

合理選取各因素的水平是保證研究有效性的前提。在分析國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上[7-11]，結(jié)合田間土壤物理特性參數(shù)試驗(yàn)、深松機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JB/T 9788-1999)及已有研究成果[7,17,21-22]，確定鏟距、鏟形、入土角、土壤含水率、土壤堅(jiān)實(shí)度、耕深、牽引速度等參數(shù)為試驗(yàn)因素。

(1)鏟形(s)與鏟距(d)。目前，通用深松鏟鏟形主要包括鑿形、箭形和翼形。其中，鑿形、箭形鏟鏟間距的調(diào)整范圍一般為300～500 mm，例如高茂盛等[23]研究的手扶拖拉機(jī)專用深松機(jī)，深松行距為400～500 mm；翼形鏟的鏟距一般為600～800 mm。由于翼形鏟與鑿形、箭形鏟鏟距的合理選取范圍存在較大差異，為保證因素水平選取的合理性和可比性，鏟型選取1種鑿形鏟及2種不同的箭形鏟，鏟距分別選取300，400 和500 mm 3個(gè)水平。鏟尖形狀如圖1所示。

圖 1 試驗(yàn)用深松鏟鏟尖的形狀

(2)入土角(α)。入土角是深松鏟的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)之一，其對(duì)深松鏟作業(yè)性能具有重要影響。從現(xiàn)有研究及實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，入土角的選取范圍一般為18°～28°[12-16,24]。本研究選取18°，23°，28°作為入土角的3個(gè)水平。

(3)土壤含水率(sm)和土壤堅(jiān)實(shí)度(sh)。為確保土槽土壤制備的合理性，試驗(yàn)前對(duì)楊凌地區(qū)的農(nóng)田土壤含水率及土壤堅(jiān)實(shí)度分布狀況進(jìn)行了測(cè)量，不同時(shí)間段該區(qū)土壤含水率為10%～20%(不含雨后)，平均土壤堅(jiān)實(shí)度小于2 000 kPa，測(cè)量過(guò)程如圖2所示。根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果，選取土壤含水率(耕層)的3個(gè)水平為10%，15%和20%；平均土壤堅(jiān)實(shí)度的3個(gè)水平為1 000，1 500 和2 000 kPa。

(4)耕深(h)。深松深度主要依據(jù)農(nóng)藝要求確定，目前深松深度一般為250～400 mm；同時(shí)，不同區(qū)域土壤結(jié)構(gòu)存在一定差異，“耕作層+犁底層”的深度通常為250～350 mm。因此，選取250，300 和350 mm為耕深的3個(gè)水平。

(5)牽引速度(v)。拖拉機(jī)牽引速度主要依據(jù)深松機(jī)作業(yè)的穩(wěn)定性和作業(yè)效率確定。目前，深松作業(yè)速度一般小于5 km/h，在綜合考慮深松機(jī)作業(yè)性能及試驗(yàn)平臺(tái)性能的條件下，選取牽引速度的3個(gè)水平分別為2，3和4 km/h。

圖 2 田間土壤含水率及土壤堅(jiān)實(shí)度的測(cè)量

在確定試驗(yàn)因素及水平的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)L27(37)正交試驗(yàn)進(jìn)行分析，正交試驗(yàn)的因素和水平見(jiàn)表1，試驗(yàn)共進(jìn)行27組。

表 1 耕作阻力影響因素正交試驗(yàn)的因素與水平

1.2 試驗(yàn)方案

深松過(guò)程中，由于田間土壤環(huán)境較為復(fù)雜，秸稈殘茬及土壤雜物等因素均會(huì)對(duì)耕作阻力產(chǎn)生較大影響，從而造成試驗(yàn)誤差。為準(zhǔn)確控制試驗(yàn)變量，避免不確定因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成影響，試驗(yàn)在西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院數(shù)字化土槽內(nèi)展開(kāi)，試驗(yàn)動(dòng)力由TCC-2.1電力驅(qū)動(dòng)車提供。試驗(yàn)土壤為塿土，重壤質(zhì)，屬于黃土母質(zhì)上發(fā)育的農(nóng)業(yè)土壤，耕層土壤干密度為1.346 g/cm3[22,25]。

在測(cè)定田間土壤物理特性參數(shù)的基礎(chǔ)上，采用分層方法制備土槽土壤。首先，取出距土槽表面200 mm的土層，使用1GQN-125型旋耕機(jī)將剩余土壤旋耕松碎，并用鎮(zhèn)壓輥?zhàn)訅簩?shí)；其次，在壓實(shí)的土層表面潑灑定量(土壤實(shí)際含水率與設(shè)定含水率差值的1/2)的自來(lái)水，隨后均勻回填挖出的部分土壤(約100 mm)，滲透2 d后用旋耕機(jī)將表面土壤松碎、打勻，并用輥?zhàn)訅簩?shí)；最后，對(duì)處理后的土層再噴灑定量(土壤初步處理后的實(shí)際含水率與設(shè)定含水率之間的差值)自來(lái)水，均勻回填剩余土壤，并用輥?zhàn)訅簩?shí)。土壤制備過(guò)程中，自來(lái)水的噴灑量通過(guò)未加水前實(shí)際的土壤含水量與理論含水量之間的差值進(jìn)行確定；通過(guò)土壤硬度計(jì)對(duì)土壤堅(jiān)實(shí)度進(jìn)行測(cè)量，并通過(guò)打夯次數(shù)以及輥?zhàn)渔?zhèn)壓次數(shù)控制0～150 mm土層土壤堅(jiān)實(shí)度小于1 000 kPa，150～300 mm土層土壤堅(jiān)實(shí)度為1 000～2 000 kPa，使土壤堅(jiān)實(shí)度分布呈上虛下實(shí)狀態(tài)，并控制其平均土壤堅(jiān)實(shí)度在試驗(yàn)設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)。試驗(yàn)過(guò)程中，為保證試驗(yàn)條件的一致性，取前3 m為土槽車加速區(qū)，后3 m為土槽車減速區(qū)，中間20 m為有效試驗(yàn)距離。土槽土壤制備及含水率測(cè)量過(guò)程如圖3所示。

圖 3 土壤制備及含水率測(cè)量

土槽土壤制備過(guò)程中，土壤堅(jiān)實(shí)度及含水率無(wú)法精確控制，因此采用土壤堅(jiān)實(shí)度及含水率的實(shí)測(cè)值替換設(shè)置的試驗(yàn)水平進(jìn)行分析。試驗(yàn)測(cè)得土壤堅(jiān)實(shí)度的3個(gè)實(shí)際水平分別為968.55，1 437.65和1 929.95 kPa；土壤含水率的3個(gè)實(shí)際水平分別為11.17%，14.56%和19.75%。

1.3 單因變量方差分析

單因變量多因素方差分析主要用于研究多因素試驗(yàn)中不同水平以及各因素間相互作用對(duì)因變量的影響。在采用SPSS進(jìn)行方差分析時(shí)，離差平方和(Sum of Squares of Deviations，SS)共有4種，其中Type Ⅰ SS和Type Ⅱ SS適用于均衡數(shù)據(jù)、無(wú)交互效應(yīng)的模型；Type Ⅲ SS和Type Ⅳ SS適用于非均衡數(shù)據(jù)、有交互效應(yīng)的模型。當(dāng)被分析數(shù)據(jù)無(wú)缺失值時(shí)，一般選取TypeⅠSS和Type Ⅲ SS對(duì)方差分析結(jié)果進(jìn)行輸出，若自變量中不存在交互效應(yīng)時(shí)，TypeⅠSS和Type Ⅲ SS的輸出結(jié)果是完全一致的，反之則自變量中存在交互作用。

本研究擬通過(guò)7因素3水平正交試驗(yàn)，研究不同因素對(duì)耕作阻力的影響程度，屬單因變量多因素試驗(yàn)。因此，選用SPSS軟件的單因變量方差分析模塊，設(shè)定主效應(yīng)模型，以耕作阻力為因變量，鏟距、鏟形、入土角、土壤含水率、土壤堅(jiān)實(shí)度、耕深、牽引速度為自變量，分別采用TypeⅠSS及Type Ⅲ SS對(duì)方差分析結(jié)果進(jìn)行輸出，獲取各因素與耕作阻力之間的檢驗(yàn)概率，旨在確定不同因素之間是否存在交互作用以及各因素對(duì)耕作阻力的影響程度。

2 結(jié)果與分析

L27(37)試驗(yàn)共獲取27組有效的耕作阻力數(shù)據(jù)，結(jié)果如表2所示。

表 2 耕作阻力影響因素的正交試驗(yàn)結(jié)果

為確定不同因素對(duì)耕作阻力的影響程度及試驗(yàn)因素之間是否存在交互作用，以耕作阻力為因變量，鏟距、鏟形、入土角、土壤含水率、土壤堅(jiān)實(shí)度、耕深、牽引速度等因素為固定因子，在主效應(yīng)模型下，分別采用TypeⅠSS和Type Ⅲ SS輸出分析結(jié)果，單因變量方差分析的復(fù)相關(guān)系數(shù)為0.998，決定系數(shù)為0.996，調(diào)整后的決定系數(shù)為0.992(由軟件分析過(guò)程直接獲取)，決定系數(shù)高，即分析結(jié)果準(zhǔn)確性較好。分析結(jié)果如表3所示。由表3可知，采用TypeⅠSS輸出結(jié)果時(shí)，鏟形、鏟距、入土角、土壤含水率、土壤堅(jiān)實(shí)度、耕深、牽引速度的檢驗(yàn)概率依次為0.000，0.049，0.019，0.206，0.010，0.001和0.797，鏟形、耕深在1%水平影響顯著，土壤堅(jiān)實(shí)度、入土角、鏟距在5%水平影響顯著；采用Type Ⅲ SS輸出結(jié)果時(shí)，鏟形、鏟距、入土角、土壤含水率、土壤堅(jiān)實(shí)度、耕深、牽引速度的檢驗(yàn)概率依次為0.613，0.057，0.056，0.495，0.013，0.001和0.797，耕深在1%水平影響顯著，土壤堅(jiān)實(shí)度在5%水平影響顯著，鏟距、入土角在10%水平影響顯著。采用不同離差平方和輸出方差分析結(jié)果時(shí)，鏟距、入土角的顯著性水平存在較大差異，即說(shuō)明不同變量之間存在交互效應(yīng)。由于Type Ⅲ SS主要用于存在交互效應(yīng)、無(wú)缺失的數(shù)據(jù)分析中，因此采用Type Ⅲ SS輸出的方差分析結(jié)果更加準(zhǔn)確。

由Type Ⅲ SS輸出結(jié)果可知，耕深、土壤堅(jiān)實(shí)度、入土角、鏟距對(duì)深松耕作阻力變化有顯著影響，不同因素對(duì)耕作阻力的影響程度排序?yàn)椋焊?土壤堅(jiān)實(shí)度>入土角>鏟距>土壤含水率>鏟形>牽引速度。

表 3 耕作阻力影響因素的單因變量方差分析結(jié)果

注:“*”、“**”、“***”分別表示10%,5%及1%水平上的顯著性影響。

Note:“*”,“**” and “***” refer to significant difference at 10%,5% and 1%,respectively.

3 討論與結(jié)論

1)耕深是影響深松耕作阻力的最主要因素?，F(xiàn)有研究表明，農(nóng)田土壤結(jié)構(gòu)主要包括耕作層、犁底層、心土層，且各土層厚度受土壤類型、種植結(jié)構(gòu)、淺層耕作時(shí)間及土壤壓實(shí)程度等因素的影響，不同區(qū)域土層結(jié)構(gòu)分布存在較大差異，“耕作層+犁底層”的厚度一般為250～350 mm[26-27]。當(dāng)深松深度過(guò)大時(shí)，深松鏟在打破犁底層的同時(shí)將擾動(dòng)心土層土壤，從而降低土壤的蓄水保墑能力，不利于土壤結(jié)構(gòu)的保護(hù)及農(nóng)作物的生長(zhǎng)。因此，合理選擇耕深對(duì)保護(hù)耕層土壤結(jié)構(gòu)及減少耕作阻力均具有重要意義。

目前，我國(guó)深松作業(yè)深度一般為250～400 mm，但實(shí)際深松過(guò)程中，部分用戶追求土壤的被疏松效果，選擇較大的耕深進(jìn)行深松，這不僅增大了耕作阻力及能耗，同時(shí)也增加了破壞土層結(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)。因此，在滿足農(nóng)藝要求的基礎(chǔ)上，對(duì)小區(qū)域內(nèi)的土層結(jié)構(gòu)分布狀況進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)“耕作層+犁底層”的實(shí)際厚度確定深松深度，可以達(dá)到保護(hù)農(nóng)田土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤蓄水保墑能力的作用，同時(shí)也有助于降低深松耕作阻力。

2)土壤堅(jiān)實(shí)度對(duì)深松耕作阻力影響顯著。土壤堅(jiān)實(shí)度可以反映土壤抵抗外力壓實(shí)或破碎的能力，其對(duì)深松耕作阻力具有顯著影響。土壤在外加壓力下受到剪切、擠壓等作用，導(dǎo)致土壤內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形與失效，土壤由整體狀態(tài)分離為細(xì)小的土塊[28-29]，而外加壓力是機(jī)具牽引阻力的重要組成部分。深松過(guò)程中，深松鏟鏟尖及鏟柄圓弧段刃口對(duì)土壤的切削作用是造成土壤破碎的主要原因。當(dāng)土壤堅(jiān)實(shí)度較小時(shí)，土壤抵抗外力破碎的能力較弱，土壤破碎所需的外力較小，耕作阻力也較??；反之，當(dāng)土壤堅(jiān)實(shí)度較大時(shí)，耕作阻力也較大。因此，選擇合理的土壤堅(jiān)實(shí)度條件進(jìn)行深松，對(duì)降低耕作阻力具有重要作用。

目前，在我國(guó)適宜深松的地區(qū)，深松間隔年限一般為2～4年，主要根據(jù)免耕、深松和翻耕等耕作方法及其輪耕體系對(duì)作物產(chǎn)量、土壤蓄水性能的影響進(jìn)行確定[30]，并未充分考慮土壤堅(jiān)實(shí)度狀況。土壤堅(jiān)實(shí)度對(duì)土壤的物理、化學(xué)、生物性狀均具有顯著影響，較大的堅(jiān)實(shí)度將會(huì)導(dǎo)致土壤的透氣性、透水性變化，不利于農(nóng)作物的生長(zhǎng)。研究表明，土壤含水率及機(jī)械壓實(shí)對(duì)土壤堅(jiān)實(shí)度具有重要影響[8,10]。因此，土壤堅(jiān)實(shí)度可以作為深松間隔時(shí)間確定的依據(jù)，適墑條件下，在土壤堅(jiān)實(shí)度尚未對(duì)土壤理化性狀及作物生長(zhǎng)產(chǎn)生危害之前進(jìn)行深松，不僅能夠減少消除機(jī)械壓實(shí)造成的功率消耗、降低深松耕作阻力，同時(shí)也有助于保護(hù)土壤的理化性狀。

3)合理配置入土角是減小耕作阻力的重要途徑。入土角是深松鏟設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)之一，其對(duì)深松耕作阻力會(huì)產(chǎn)生重要影響。深松作業(yè)時(shí)，深松鏟-土壤系統(tǒng)之間的相互作用引起土壤之間產(chǎn)生擠壓、剪切、拉伸等效應(yīng)是造成土壤結(jié)構(gòu)失效、破碎的重要因素，而入土角的變化對(duì)深松鏟-土壤系統(tǒng)的相互作用過(guò)程有重要影響。McKyes[31]指出，深松部件與土壤相互作用過(guò)程中，深松鏟的推土作用隨入土角的增大而增加，抬土作用隨入土角的增大而減小，當(dāng)入土角較大時(shí)，深松鏟在前進(jìn)方向上受到土壤的阻礙作用較大，從而引起耕作阻力增大。在靠近深松鏟位置，過(guò)大或過(guò)小的入土角將會(huì)導(dǎo)致土壤錐體及土壤背棱的產(chǎn)生，土壤錐體及土壤背棱均會(huì)削弱深松鏟對(duì)土壤的切削作用，增加深松鏟切削土壤所需的外加壓力，導(dǎo)致耕作阻力增大。同時(shí)，深松過(guò)程中，受土壤條件、耕深穩(wěn)定程度及彈性元件變形的影響，深松鏟的入土角會(huì)在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，從而引起作業(yè)效果及耕作阻力發(fā)生較大變化。綜上可知，深松鏟入土角的配置應(yīng)該限定在一定范圍內(nèi)，較小的入土角能夠降低深松作業(yè)的耕作阻力。

4)鏟距對(duì)深松耕作阻力產(chǎn)生重要影響。鏟距是深松機(jī)布局的重要參數(shù)，對(duì)深松耕作阻力及耕作效果的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：第一，多鏟的協(xié)同作用是影響土壤之間相互擾動(dòng)的重要因素，而這種擾動(dòng)主要受鏟距變化的影響。當(dāng)鏟距較小時(shí)，鏟與鏟之間的協(xié)同作用較強(qiáng)，鏟尖斜面及鏟柄切土刃口之間的協(xié)同作用能夠有效地增大土壤之間的相互擾動(dòng)，降低土壤破碎所需的外加壓力，從而降低耕作阻力；第二，間隔深松的主要目的是形成“虛實(shí)并存”的“W”型土壤結(jié)構(gòu)，在耕層內(nèi)形成“富水區(qū)”與“貧水區(qū)”，提高土壤的蓄水保墑能力，從而促進(jìn)農(nóng)作物的生長(zhǎng)。當(dāng)鏟距過(guò)小時(shí)，雙鏟之間的土壤將完全被擾動(dòng)，土壤結(jié)構(gòu)將呈現(xiàn)“U”型，并不能使土壤水分呈貧富相間分布。綜上可知，合理配置深松鏟間距對(duì)耕作阻力及耕作效果均具有重要意義，鏟距的選取應(yīng)該在合理的范圍內(nèi)，不宜過(guò)大，也不宜過(guò)小。

實(shí)際深松過(guò)程中，鏟距的選擇多依靠經(jīng)驗(yàn)，且鑿形、箭形、翼形深松鏟間距的選取存在較大差異，并無(wú)配置標(biāo)準(zhǔn)。因此，針對(duì)不同鏟形，在充分考慮耕作質(zhì)量、作業(yè)效果及作業(yè)效率的前提下，確定深松鏟間距的合理配置方案，是降低耕作阻力，優(yōu)化深松機(jī)布局方式，提高作業(yè)質(zhì)量的重要途徑。

5)為確定不同因素對(duì)深松耕作阻力的影響程度，本研究選取鏟距、鏟形、入土角、土壤含水率、土壤堅(jiān)實(shí)度、耕深、牽引速度等影響耕作阻力的通用因素，進(jìn)行了27組正交試驗(yàn)，采用SPSS軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果表明：耕深、土壤堅(jiān)實(shí)度、入土角、鏟距對(duì)耕作阻力的變化影響顯著，不同因素對(duì)耕作阻力影響程度的排序依次為：耕深>土壤堅(jiān)實(shí)度>入土角>鏟距>土壤含水率>鏟形>牽引速度。

為減小深松耕作阻力、提高耕作質(zhì)量，對(duì)影響深松耕作阻力的主要因素進(jìn)行了綜合分析，可以得到以下結(jié)論：第一，在滿足農(nóng)藝技術(shù)對(duì)深松深度要求的前提下，耕深主要依據(jù)“耕作層+犁底層”的厚度確定；第二，深松作業(yè)間隔年限的確定應(yīng)將土壤堅(jiān)實(shí)度作為重要評(píng)價(jià)指標(biāo)；第三，合理配置深松鏟的入土角和鏟距是降低深松作業(yè)阻力、提高作業(yè)質(zhì)量的重要途徑。

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Influencing factors and reduction strategies of subsoiling tillage resistance

HANG Chengguang1,HUANG Yuxiang1,2,LI Wei1,ZHU Ruixiang1,2

(1CollegeofMechanicalandElectricEngineering,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100，China; 2ShaanxiEngineeringResearchCenterforAgriculturalEquipment,Yangling,Shaanxi712100，China)

【Objective】 This study analyzed key factors and influences on subsoiling tillage resistance to provide basis for subsoiling resistance reduction technology and equipment.【Method】 The influences of tine shape (arrow tine and chisel tine),tool spacing (300,400,and 500 mm),rake angle(18°,23°,and 28°),soil moisture content (10%,15%,and 20%),soil hardness (1 000,1 500,and 2 000 kPa),tillage depth (250,300,and 350 mm) and speed (2,3,and 4 km/h) on subsoiling tillage resistance were analyzed by L27(37) orthogonal experiment method and analysis of variance for single dependent variable.【Result】 The test probabilities of tine shape,tool spacing,rake angle,soil moisture content,soil hardness,tillage depth and speed were 0.613,0.057,0.056,0.495,0.013,0.001 and 0.797,respectively.Effects of different factors were in a decreasing order of tillage depth>soil hardness>rake angle>tool spacing>soil moisture content>tine shape>speed.The effects of tillage depth,soil hardness,rake angle,and tool spacing were significant.【Conclusion】 To reduce tillage resistance and increase tillage quality,with the premise of agronomic requirement,reasonable tillage depth should be determined by the depth of ‘plough layer+plow pan’.Soil hardness should be regarded as an important evaluation index to decide interval time of subsoiling operation.Rational allocation of rake angle and tool spacing of subsoiler contributed to reducing tillage resistance and improved tillage quality.

subsoiling;conservation tillage;tillage resistance;reduction strategy

時(shí)間:2016-10-09 10:08

10.13207/j.cnki.jnwafu.2016.11.029

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20161009.1008.058.html

2016-04-01

陜西省科技攻關(guān)項(xiàng)目(2013K02-11)；楊凌示范區(qū)科技計(jì)劃項(xiàng)目(2014NY-29)；西北農(nóng)林科技大學(xué)重點(diǎn)項(xiàng)目(Z101021501)

杭程光(1992-)，男，陜西西安人，在讀碩士，主要從事土壤-機(jī)器系統(tǒng)研究。E-mail:hcg@nwsuaf.edu.cn

黃玉祥(1980-)，男，寧夏中寧人，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事土壤-機(jī)器系統(tǒng)研究。 E-mail:hyx@nwsuaf.edu.cn

S220.2

A

1671-9387(2016)11-0202-07