楊敏麗 彭 健 金 劍 楊 曉 宋正河 李 棟

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院, 北京 100083; 2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展研究中心, 北京 100083;3.米其林(中國(guó))投資有限公司, 上海 200335)

0 引言

東北黑土地是我國(guó)珍貴的土壤資源和不可再生的自然資源,是肥力最高、最適宜耕作和最具生產(chǎn)力的土壤。近年來(lái),黑土地保護(hù)問(wèn)題備受關(guān)注[1-3]。農(nóng)業(yè)機(jī)械化在提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力、提高作業(yè)質(zhì)量、促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收同時(shí),東北地區(qū)大型農(nóng)業(yè)機(jī)械在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用越來(lái)越多,由于大型農(nóng)機(jī)作業(yè)時(shí)牽引力大,一定程度上將會(huì)造成農(nóng)田土壤壓實(shí),導(dǎo)致土壤孔隙度降低、土壤顆粒排列緊密、土壤緊實(shí)度升高[4]。

目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于輪胎壓實(shí)的研究主要集中于輪胎壓實(shí)次數(shù)[5-6]、不同耕作方式[7-10]、輪胎載荷[11-14]對(duì)于土壤物理特性的影響。SMITH等[15]研究表明,輪胎承載重量不同對(duì)土壤壓實(shí)的影響不一致,地面壓力的增加會(huì)顯著增加土壤表面附近的容重,但在較大深度時(shí)影響較小。TOBIAS等[16]提出一種田間實(shí)地監(jiān)測(cè)土壤垂直運(yùn)動(dòng)的方法,研究表明采用大型機(jī)械作業(yè),會(huì)造成土壤緊實(shí)度明顯增大,并且履帶載荷和輪載荷所引起的壓實(shí)程度不同,輪載荷會(huì)使得深度60～70 cm的土層產(chǎn)生形變。SHAHGHOLI等[17]利用應(yīng)變傳感器測(cè)量輪胎壓實(shí)后的土壤密實(shí)度,得到在未到達(dá)土壤的臨界水分前,土壤壓實(shí)度隨著土壤含水率的增加呈線性增加。張興義等[18]研究表明,隨著碾壓次數(shù)的增加,壓實(shí)較前一次略有加劇,同時(shí)被壓實(shí)深度有所增加,但增加幅度都變小。喬金友等[19]采用大、中、小3種型號(hào)拖拉機(jī)開(kāi)展試驗(yàn),得出各機(jī)型壓實(shí)后土壤堅(jiān)實(shí)度均隨壓實(shí)次數(shù)增加遞增,在深度0～30 cm土層出現(xiàn)明顯壓實(shí)核,壓實(shí)核內(nèi)土壤堅(jiān)實(shí)度隨壓實(shí)次數(shù)增加逐漸增大。

綜上所述,輪胎壓實(shí)對(duì)土壤物理特性的改變有較為顯著的影響,已有較多與輪胎壓實(shí)相關(guān)的研究,但不同農(nóng)用輪胎對(duì)土壤物理特性影響的對(duì)比研究未見(jiàn)報(bào)道。農(nóng)業(yè)子午線輪胎的胎體簾線呈0°角排列,胎側(cè)和胎面相對(duì)獨(dú)立結(jié)構(gòu),在滾動(dòng)過(guò)程中,胎側(cè)曲繞、胎面接地面積可始終保持穩(wěn)定[20]。超低壓子午線輪胎的胎面采用獨(dú)特的胎面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和橡膠配方,使其能以極低的氣壓承擔(dān)更高的負(fù)載。因此,在相同載荷下,超低壓子午線輪胎可以降低其胎壓來(lái)獲得更大的接地面積。本文基于超低壓子午線輪胎的技術(shù)特點(diǎn),從輪胎技術(shù)改進(jìn)的角度入手,開(kāi)展不同輪胎的田間對(duì)比試驗(yàn),通過(guò)測(cè)量土壤緊實(shí)度和土壤含水率來(lái)研究大型拖拉機(jī)輪胎技術(shù)對(duì)土壤物理特性的影響。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2021年4—5月在黑龍江省嫩江市尖山農(nóng)場(chǎng)第三管理區(qū)(125°26′ E,48°52′ N)進(jìn)行,試驗(yàn)地屬于寒帶大陸性氣候,年平均氣溫-0.1～0.5℃,活動(dòng)積溫2 000～2 200℃,無(wú)霜期110～120 d。年降水量500 mm左右,年日照2 550～2 750 h,土壤類型以黑土為主。試驗(yàn)地以壟作為主,種植制度為玉米-大豆輪作,一年一熟。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)采取對(duì)比試驗(yàn)的方法,設(shè)置試驗(yàn)區(qū)和對(duì)照區(qū),試驗(yàn)區(qū)由配置超低壓子午線輪胎(VF)的拖拉機(jī)作業(yè),對(duì)照區(qū)由配置普通子午線輪胎(CK)的拖拉機(jī)作業(yè)。

試驗(yàn)地長(zhǎng)為1 450 m,寬475 m,沿東西方向共分為4個(gè)測(cè)試小區(qū),自西向東依次為CK1、VF1、CK2、VF2。每個(gè)測(cè)試小區(qū)長(zhǎng)為1 450 m,寬為118.75 m。為減小土壤空間變異性及其他因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的干擾,試驗(yàn)中對(duì)地勢(shì)起伏或由于其他因素影響破壞的輪轍進(jìn)行剔除,采用等距取樣法進(jìn)行取樣。測(cè)試各個(gè)樣點(diǎn)土壤緊實(shí)度、土壤含水率、土壤容重、土壤孔隙度?？紤]到土壤環(huán)境較為復(fù)雜,為增強(qiáng)測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,每個(gè)樣點(diǎn)取3次測(cè)試的平均值作為該點(diǎn)的數(shù)值。測(cè)試時(shí),均選擇在輪胎碾壓過(guò)的中心位置,避免輪胎中心與兩側(cè)位置受力不同對(duì)結(jié)果產(chǎn)生干擾。試驗(yàn)分區(qū)如圖1所示。

圖1 田間試驗(yàn)分區(qū)示意圖Fig.1 Schematic of field trial zoning

試驗(yàn)選擇JD7830型拖拉機(jī)為試驗(yàn)機(jī)型,拖拉機(jī)功率為155.78 kW,播種環(huán)節(jié)掛接1006NT型免耕播種機(jī)進(jìn)行作業(yè),使用相同機(jī)型的拖拉機(jī)分別配置超低壓子午線輪胎和普通子午線輪胎進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),圖2為拖拉機(jī)實(shí)際作業(yè)圖。根據(jù)實(shí)際作業(yè)的負(fù)載需求及拖拉機(jī)機(jī)型的適配性選擇試驗(yàn)用輪胎規(guī)格,輪胎參數(shù)如表1所示。

表1 試驗(yàn)用農(nóng)用輪胎主要參數(shù)Tab.1 Comparison of parameters of agricultural tires with different technologies

圖2 田間對(duì)比試驗(yàn)拖拉機(jī)作業(yè)圖Fig.2 Field comparison test tractor operation diagram

1.3 數(shù)據(jù)采集方法

1.3.1土壤緊實(shí)度和土壤含水率

播種作業(yè)后,采集試驗(yàn)區(qū)和對(duì)照區(qū)各測(cè)試小區(qū)土壤緊實(shí)度和土壤含水率(圖3a、3b)。使用手持GPS定位測(cè)量樣點(diǎn),記錄測(cè)試位置,使用SYS-TJS100S型土壤緊實(shí)度測(cè)定儀(精度0.1 kPa)測(cè)量土壤緊實(shí)度。使用SK-100型便攜式土壤水分測(cè)定儀(精度0.01%)測(cè)量土壤含水率,將土壤水分測(cè)定儀垂直插入指定深度后,靜置5～10 s待儀器示數(shù)穩(wěn)定后,記錄該樣點(diǎn)數(shù)據(jù)。土壤深度選擇為5、10、15、20 cm。

圖3 土壤物理性質(zhì)測(cè)試過(guò)程Fig.3 Testing procedures for soil physical properties

1.3.2土壤容重和土壤孔隙度

使用AKR-J600型土壤密度計(jì)測(cè)量土壤容重和土壤孔隙度,取土深度為0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm和15～20 cm(圖3c)。安裝好測(cè)試儀后,首先利用砝碼進(jìn)行校正。將土壤樣品按照順序放在測(cè)量臺(tái)上進(jìn)行稱量并存儲(chǔ),先后稱量3次,儀器可以計(jì)算并顯示出土壤容重、土壤孔隙度、樣品體積等。

1.4 評(píng)價(jià)方法

為了衡量不同輪胎技術(shù)對(duì)土壤壓實(shí)的影響,構(gòu)建土壤壓實(shí)綜合評(píng)價(jià)模型。以土壤緊實(shí)度、土壤含水率、土壤容重、土壤孔隙度作為指標(biāo),對(duì)使用不同輪胎技術(shù)造成的土壤壓實(shí)狀況進(jìn)行綜合分析評(píng)價(jià)。其中,土壤緊實(shí)度、土壤容重為負(fù)向指標(biāo),土壤含水率、土壤孔隙度為正向指標(biāo)。

針對(duì)土壤性質(zhì)時(shí)空變化較大的特點(diǎn),本文采取CRITIC法和熵權(quán)法綜合評(píng)價(jià)的方法對(duì)土壤壓實(shí)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。CRITIC法是通過(guò)綜合衡量評(píng)價(jià)指標(biāo)間的沖突性,以及指標(biāo)本身對(duì)比強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)客觀賦權(quán)的一種方法,而熵權(quán)法是依據(jù)評(píng)價(jià)信息中的不確定性進(jìn)而實(shí)現(xiàn)指標(biāo)屬性賦權(quán)的一種方法[21]。在土壤壓實(shí)的過(guò)程中,各指標(biāo)之間的沖突性會(huì)隨著壓實(shí)程度而發(fā)生變化,且與土壤狀況聯(lián)系更加緊密的指標(biāo)會(huì)發(fā)生更大程度的影響。但是單一的CRITIC賦權(quán)法未能考慮到指標(biāo)之間的離散性,熵權(quán)法則可有效彌補(bǔ)這一不足[22]。因此,本文將兩種賦權(quán)相融合,構(gòu)建基于CRITIC法和熵權(quán)法的組合賦權(quán)模型。

對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的重要數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,以消除各指標(biāo)之間含義、量綱的差別。

對(duì)于正向指標(biāo),標(biāo)準(zhǔn)化公式為

(1)

對(duì)于負(fù)向指標(biāo),標(biāo)準(zhǔn)化公式為

(2)

使用CRITIC賦權(quán)法,計(jì)算各指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重Wj1,計(jì)算公式為

(3)

式中σj——第j項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差

rij——第i項(xiàng)與第j項(xiàng)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)

根據(jù)熵權(quán)法原理,計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的信息熵Ej,計(jì)算公式為

(4)

其中

計(jì)算各指標(biāo)對(duì)應(yīng)的熵權(quán)法權(quán)重Wj2,計(jì)算公式為

(5)

在充分考慮指標(biāo)對(duì)比強(qiáng)度及數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)性,同時(shí)從離散程度間接反映指標(biāo)重要性兩個(gè)方面,使用乘法合成歸一法確定綜合指標(biāo)權(quán)重Wj,計(jì)算公式為

(6)

基于指標(biāo)選擇和權(quán)重分配,構(gòu)建基于CRITIC和熵權(quán)法的土壤壓實(shí)綜合評(píng)價(jià)模型,對(duì)不同壓實(shí)后的土壤進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)得分計(jì)算公式為

(7)

1.5 數(shù)據(jù)處理

將試驗(yàn)采集的原始數(shù)據(jù)按照測(cè)試時(shí)間、輪胎類型等因素分別歸類整理數(shù)據(jù)。為了消除試驗(yàn)數(shù)據(jù)的隨機(jī)誤差及由于人為因素影響造成的誤差,提高數(shù)據(jù)可靠性,根據(jù)正態(tài)分布的3σ原則剔除異常數(shù)據(jù)。使用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn),利用Origin 2019軟件擬合模型曲線并繪制變化趨勢(shì)圖。通過(guò)Matlab 2016編程計(jì)算土壤壓實(shí)綜合評(píng)價(jià)模型中各指標(biāo)對(duì)應(yīng)權(quán)重及最終得分。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤緊實(shí)度

土壤緊實(shí)度為測(cè)度土壤壓實(shí)重要指標(biāo),能夠反映作物根系穿透土壤阻力[23]。按照前述試驗(yàn)方案及測(cè)試方法測(cè)試各小區(qū)土壤緊實(shí)度,使用Origin 2019軟件繪制不同分區(qū)測(cè)試的土壤緊實(shí)度等值線圖(圖4),通過(guò)等值線圖分析不同農(nóng)用輪胎的使用對(duì)土壤緊實(shí)度影響規(guī)律。

圖4 不同分區(qū)土壤緊實(shí)度等值線圖Fig.4 Contour maps of soil compactness in different zones

由圖4可知,對(duì)照區(qū)和試驗(yàn)區(qū)在同一深度處的顏色分布差異較為顯著。隨著測(cè)試深度的增加,對(duì)照區(qū)土壤緊實(shí)度整體高于試驗(yàn)區(qū)。深度5 cm時(shí),CK區(qū)土壤緊實(shí)度集中于1 200～1 600 kPa,VF區(qū)土壤緊實(shí)度集中于800～1 200 kPa,相較于CK區(qū)減小400 kPa左右;深度10 cm時(shí),CK區(qū)土壤緊實(shí)度集中于2 200～2 600 kPa,VF區(qū)土壤緊實(shí)度集中于1 600～2 200 kPa,相較于CK區(qū)減小400～600 kPa;深度 15 cm時(shí),CK區(qū)土壤緊實(shí)度集中于3 000～3 600 kPa,VF區(qū)土壤緊實(shí)度集中于2 800～3 200 kPa,相較于CK區(qū)減小200～400 kPa;深度20 cm時(shí),CK區(qū)土壤緊實(shí)度集中于4 300～4 600 kPa,VF區(qū)土壤緊實(shí)度集中于4 000～4 400 kPa,相較于CK區(qū)減小200～300 kPa。因此,試驗(yàn)區(qū)各深度處土壤緊實(shí)度均小于對(duì)照區(qū),隨著深度增加,試驗(yàn)區(qū)與對(duì)照區(qū)間的土壤緊實(shí)度差異逐漸減小。輪胎壓實(shí)后,土壤緊實(shí)度變化主要受不同輪胎與土壤接地面積的影響。大型拖拉機(jī)配置不同輪胎進(jìn)行播種作業(yè)之后,超低壓子午線輪胎和普通子午線輪胎壓實(shí)后的土壤緊實(shí)度差異明顯。

采用SPSS 23.0軟件進(jìn)行各測(cè)試分區(qū)的方差分析與多重性比較,不同輪胎壓實(shí)處理下土壤緊實(shí)度的顯著性分析結(jié)果如表2所示。

表2 不同測(cè)試分區(qū)平均土壤緊實(shí)度Tab.2 Average soil compactness in different test subdivisions kPa

由表2可知,使用超低壓子午線輪胎和普通子午線輪胎進(jìn)行作業(yè),輪胎壓實(shí)對(duì)土壤緊實(shí)度變化的影響有較大差異。隨著土壤深度的不斷增加,各個(gè)測(cè)試分區(qū)土壤緊實(shí)度總體均呈上升趨勢(shì)。深度0～20 cm處,試驗(yàn)區(qū)VF1、VF2土壤緊實(shí)度平均值均小于對(duì)照區(qū)CK1、CK2,且隨著深度的增加,試驗(yàn)區(qū)土壤緊實(shí)度降低的幅度逐漸減小。測(cè)試深度為5、10、15、20 cm時(shí),試驗(yàn)區(qū)平均土壤緊實(shí)度比對(duì)照區(qū)分別減小11.38%、7.97%、5.36%、4.55%。試驗(yàn)區(qū)拖拉機(jī)配置超低壓子午線輪胎進(jìn)行作業(yè),相比于普通子午線輪胎,超低壓子午線輪胎可獲得更大的接地面積。在相同負(fù)載條件下,超低壓子午線輪胎傳遞到土壤的壓應(yīng)力相對(duì)更小,從而導(dǎo)致壓實(shí)后土壤緊實(shí)度升高的幅度會(huì)相應(yīng)減小。隨著土壤深度的增加,由輪胎傳遞到土壤接觸面的應(yīng)力在土壤內(nèi)部的傳遞過(guò)程中,會(huì)隨著土壤顆粒運(yùn)動(dòng)逐漸消耗,更深層的土壤受到的應(yīng)力會(huì)更小,土壤緊實(shí)度受到的影響也減小。由此說(shuō)明在同種工作環(huán)境下,超低壓子午線輪胎比普通子午線輪胎造成的土壤緊實(shí)度更低,超低壓技術(shù)應(yīng)用可以降低土壤的壓實(shí)效果。

2.2 土壤含水率

土壤含水率是影響土壤壓實(shí)的重要因素之一[24]。按照前述試驗(yàn)方案及測(cè)試方法測(cè)試各試驗(yàn)小區(qū)土壤含水率,圖5為不同測(cè)試分區(qū)的土壤含水率變化曲線。由圖5可知,隨著測(cè)試深度的增加,土壤含水率總體呈上升趨勢(shì),0～10 cm處土壤含水率隨著深度增加而提高的幅度較大,10～20 cm處土壤含水率隨深度的增加而提高的幅度較小。測(cè)試深度0～20 cm處,試驗(yàn)區(qū)VF1、VF2平均土壤含水率均大于對(duì)照區(qū)的CK1、CK2平均土壤含水率。測(cè)試深度為5、10、15、20 cm時(shí),試驗(yàn)區(qū)平均土壤含水率比對(duì)照區(qū)分別提高11.06%、10.07%、7.37%、5.95%。表明在同種工作環(huán)境下,相比于普通子午線輪胎,超低壓子午線輪胎壓實(shí)之后土壤含水率相對(duì)更高,有助于實(shí)現(xiàn)蓄水保墑。

圖5 不同測(cè)試分區(qū)土壤含水率變化曲線Fig.5 Diagram of variation of soil moisture content in different test plots

2.3 土壤容重和土壤孔隙度

土壤容重和土壤孔隙度是土壤的重要物理性質(zhì),與土壤的結(jié)構(gòu)及土壤松緊狀況有關(guān),同時(shí)也影響著土壤中水、肥、氣、熱等因素的變化與供應(yīng)狀況[25-26]。圖6、7分別為試驗(yàn)區(qū)(VF)、對(duì)照區(qū)(CK)的土壤容重與土壤孔隙度分布情況。由圖6可以看出,深度0～20 cm VF區(qū)土壤容重均低于CK區(qū),分別低3.71%、3.81%、3.12%、2.73%;由圖7得出,深度0～20 cm VF區(qū)土壤孔隙度均高于CK區(qū),分別高0.697、0.773、0.798、0.562個(gè)百分點(diǎn),可相對(duì)提高11.13%、12.25%、8.92%、5.86%。由此可表明,超低壓子午線輪胎相對(duì)可降低土壤容重、提高土壤孔隙度。

圖6 不同處理下土壤容重變化Fig.6 Changes of soil bulk density under different treatments

圖7 不同處理下土壤孔隙度變化Fig.7 Changes of soil porosity under different treatments

2.4 土壤壓實(shí)綜合評(píng)價(jià)

基于前述評(píng)價(jià)方法,以土壤緊實(shí)度、含水率、容重、孔隙度為指標(biāo),構(gòu)建土壤壓實(shí)綜合評(píng)價(jià)模型。利用CRITIC法和熵權(quán)法來(lái)確定指標(biāo)權(quán)重,通過(guò)Matlab編程計(jì)算CRITIC法和熵權(quán)法對(duì)應(yīng)的權(quán)重及綜合權(quán)重。結(jié)果如表3所示。

表3 不同方法計(jì)算的權(quán)重Tab.3 Weight results calculated by different methods

根據(jù)綜合賦權(quán)法確立的各指標(biāo)權(quán)重,對(duì)超低壓子午線輪胎和普通子午線輪胎壓實(shí)后各深度處的土壤狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。按照土壤深度和農(nóng)用輪胎種類,一共分為8組。評(píng)價(jià)結(jié)果如表4所示。結(jié)果表明,綜合得分由大到小為:VF5、VF10、CK5、VF15、CK10、VF20、CK15、CK20。輪胎壓實(shí)之后,超低壓子午線輪胎壓實(shí)區(qū)深度5 cm處的土壤狀況最優(yōu),普通子午線輪胎壓實(shí)區(qū)深度20 cm處的土壤狀況最差。同等深度處,超低壓子午線輪胎作業(yè)區(qū)得分均高于普通子午線輪胎,說(shuō)明在同等條件下,超低壓子午線輪胎壓實(shí)后的土壤狀況整體相對(duì)較好。同種農(nóng)業(yè)輪胎作業(yè)后,隨著深度的增加,土壤壓實(shí)綜合得分越低,土壤狀況越差。

表4 不同輪胎壓實(shí)后土壤綜合得分Tab.4 Comprehensive soil scores after different tires compacted

3 討論

3.1 輪胎技術(shù)對(duì)土壤緊實(shí)度和土壤容重的影響

土壤的壓實(shí)破壞程度取決于由輪胎與土壤接觸面?zhèn)鬟f到土壤內(nèi)部壓實(shí)應(yīng)力[27]。相對(duì)于普通子午線輪胎,超低壓子午線輪胎依靠胎面接地壓力均衡設(shè)計(jì)及獨(dú)特的人字花紋深度、角度設(shè)計(jì),進(jìn)一步保證輪胎滾動(dòng)過(guò)程中胎面的穩(wěn)定,增大接地面積[28]。在實(shí)際農(nóng)田作業(yè)中,農(nóng)用輪胎氣壓需要根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行設(shè)定。胎壓設(shè)定過(guò)高會(huì)降低輪胎的接地面積、增加輪胎中心線區(qū)域的快速磨損,進(jìn)而降低輪胎的使用壽命;胎壓設(shè)定過(guò)低會(huì)造成胎面磨損嚴(yán)重、難以承受負(fù)載[29]。超低壓子午線輪胎采用特殊的橡膠配方,提高胎面強(qiáng)度,同時(shí)優(yōu)化了胎體內(nèi)部結(jié)構(gòu),提高胎側(cè)耐曲繞能力。在受到相同負(fù)載時(shí),超低壓子午線輪胎可以通過(guò)大幅降低胎壓來(lái)獲得更大的接地面積。當(dāng)負(fù)載一定時(shí),接地面積更大,輪胎與土壤接觸面的垂直應(yīng)力會(huì)減小。當(dāng)土壤應(yīng)力過(guò)大時(shí),土壤緊實(shí)度、土壤容重會(huì)急劇升高。因此,超低壓子午線輪胎可相對(duì)降低土壤的壓實(shí)破壞程度。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,輪胎壓實(shí)會(huì)導(dǎo)致土壤緊實(shí)度升高,不同輪胎壓實(shí)后導(dǎo)致土壤緊實(shí)度升高的變化不同。超低壓子午線輪胎使土壤緊實(shí)度降低11.38%、7.97%、5.36%、4.55%,土壤容重降低3.71%、3.81%、3.12%、2.73%。在土壤深度0～20 cm內(nèi),超低壓子午線輪胎相對(duì)可降低土壤緊實(shí)度、土壤容重。隨著深度的增加,不同農(nóng)用輪胎壓實(shí)對(duì)土壤緊實(shí)度和土壤容重影響的差距逐漸減小。

3.2 輪胎技術(shù)對(duì)土壤含水率和土壤孔隙度的影響

在自然條件下,表層土壤水分蒸發(fā)作用較強(qiáng),水分因蒸發(fā)而損失,同時(shí)表層土壤中作物根系更加發(fā)達(dá),根系對(duì)土壤水分的吸收更多。因此,隨著深度增加土壤體積含水率出現(xiàn)明顯回升的趨勢(shì)。但壓實(shí)降低了土壤入滲和持水能力,尤其影響土壤水分、養(yǎng)分儲(chǔ)存和供應(yīng)[30]。土壤孔隙度是土壤結(jié)構(gòu)的反映[31],良好的土壤孔隙有助于調(diào)節(jié)土壤中水分和養(yǎng)分的分布,促進(jìn)作物根系的良好生長(zhǎng)。試驗(yàn)表明,在深度0～20 cm范圍內(nèi),超低壓子午線輪胎壓實(shí)后土壤孔隙度可相對(duì)提高11.13%、12.25%、8.92%、5.86%,平均土壤含水率分別提高11.06%、10.07%、7.37%、5.95%。土壤孔隙度提高使得土壤蓄水能力得到提升,從而使得土壤含水率提高,這與現(xiàn)有研究結(jié)果一致。王浩[32]研究發(fā)現(xiàn)壓實(shí)會(huì)導(dǎo)致土壤總孔隙度降低,在土壤深度10～15 cm處土壤孔隙度會(huì)降低7.76%,土壤含水率降低5.52%。壓實(shí)使土壤變得更加緊密,土壤水分難以下滲,蓄水保墑能力下降。因此,在保護(hù)土壤墑情、維持土壤水分能力方面,超低壓子午線輪胎明顯優(yōu)于普通子午線輪胎。在深度0～10 cm處,超低壓子午線輪胎對(duì)土壤含水率的影響程度隨深度增加而緩慢降低,在深度10～20 cm處,超低壓子午線輪胎對(duì)土壤含水率的影響程度逐漸降低。因此,超低壓子午線技術(shù)的應(yīng)用可提高土壤含水率和土壤孔隙度,增強(qiáng)土壤的蓄水保墑能力,維持土壤環(huán)境。

3.3 土壤壓實(shí)綜合評(píng)價(jià)模型分析

基于試驗(yàn)測(cè)得的4個(gè)土壤物理性質(zhì),構(gòu)建土壤壓實(shí)狀況綜合評(píng)價(jià)模型,利用CRITIC和熵權(quán)法組合賦權(quán)方法確定指標(biāo)權(quán)重,綜合評(píng)價(jià)兩種技術(shù)的輪胎壓實(shí)后土壤的狀況。通過(guò)得分結(jié)果較為直觀地發(fā)現(xiàn),超低壓子午線輪胎壓實(shí)后土壤狀況相對(duì)更優(yōu),且隨著深度的增加,土壤的狀況越差。

土壤內(nèi)部環(huán)境是一個(gè)較為復(fù)雜的系統(tǒng),而且同一類型的土壤也會(huì)受到地域、地形等影響,因此難以用一個(gè)統(tǒng)一的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿ズ饬?。本文通過(guò)篩選指標(biāo)構(gòu)建評(píng)價(jià)模型的方法來(lái)對(duì)土壤壓實(shí)的狀況進(jìn)行評(píng)價(jià),對(duì)后續(xù)研究有一定啟發(fā)性。考慮到影響土壤的指標(biāo)眾多,僅考慮土壤緊實(shí)度、土壤含水率、土壤容重、土壤孔隙度4個(gè)指標(biāo)具有一定的局限性?？赏貙捦寥佬再|(zhì)指標(biāo),構(gòu)建更加全面、綜合的體系。

4 結(jié)論

(1)通過(guò)超低壓子午線輪胎技術(shù)與普通子午線輪胎技術(shù)的田間對(duì)比試驗(yàn),采集了土壤緊實(shí)度、土壤含水率、土壤容重、土壤孔隙度,發(fā)現(xiàn)不同輪胎技術(shù)對(duì)土壤緊實(shí)度和土壤含水率的影響差異顯著。在深度0～20 cm范圍內(nèi),超低壓子午線輪胎技術(shù)可相對(duì)降低土壤緊實(shí)度和土壤容重、提高土壤含水率和土壤孔隙度。且隨著土壤深度的增加,超低壓子午線輪胎技術(shù)降低土壤壓實(shí)影響的效果逐漸減弱。

(2)基于CRITIC-熵權(quán)法,以土壤緊實(shí)度、土壤含水率、土壤容重、土壤孔隙度為指標(biāo),構(gòu)建了土壤壓實(shí)綜合評(píng)價(jià)模型。經(jīng)過(guò)模型測(cè)算,各深度處超低壓子午線輪胎壓實(shí)后的土壤狀況均優(yōu)于普通子午線輪胎,且同種農(nóng)用輪胎技術(shù)下,表層土壤壓實(shí)狀況優(yōu)于下層土壤。