农机作业对耕地土壤压实的影响及有效解决措施

2024-04-08 08:09赵丽华李庆慧
农民致富之友 2024年7期
关键词:农业机械农作物耕地

赵丽华 李庆慧

耕地土壤是由有机物、土壤颗粒和空气等组成,在常规耕地中,土壤蓬松度可以提高一倍。但由于当下农业生产中广泛使用农业机械来进行耕种,在农业机械反复作业下,不断压实土壤,导致土壤之间的颗粒排列越发紧密,使空气和水无法正常进入土壤,导致农作物在生长过程中,无法获得足够的养分,从而对农业生产力产生了比较严重的影响。在农业生产过程中,广泛使用农业机械来进行耕种与收割作业,土壤压实问题不可避免,因此,如何将此问题进行有效解决、提高土壤活性、尽可能降低广大农户的经济损失,是当前农业生产的首要任务。

一、土壤压实的原因

造成土壤压实的原因主要有两种,一是土壤自然产生的厚实;二是机械化作业导致的压实,这两种情况主要体现在以下几个方面:第一,在农业生产过程中,应用轮式农业机械,这种机械的轮胎与地面有着非常小的接触面积,会使局部土壤出现压实问题,这种类型的压实一般只在有限的深度发生。第二,由于应用农业机械作业时,对机械进行超负载行驶,或因一些大型农机的运用,轮胎会对土壤造成很大影响,会压实深层的土壤。第三,采取农业机械进行耕种或收割过程中,需要其反复进行作业,多次对土壤表面进行碾压,土壤不断承受载荷,产生了二次压实,在压力的不断传递作用下,土壤压实也由普通程度向更深层次发展。第四,不采用农机作业,土壤在自然条件下也有可能会产生压实问题,多是由黏土层自然压实所造成的,或是土壤层内部结构不稳定所致,造成土壤下沉,从而引发压实问题。

二、土壤压实所受应力特征

土壤压实通常是指机械压实,机械压实会对土壤造成应力影响,这种影响大体可分为3个阶段。一是农机作用过程中对土壤进行碾压,土壤表面受应力影响;二是应力从土壤表面作用到土壤内部;三是应力最终导致土壤发生形变,最终形成耕地土壤压实。机械压实对土壤产生的3个阶段的应力影响常常同时发生,而且相互联系。

机械类型、机械的行驶速度、其压实的次数以及土壤质地等,均与土壤所受应力相关。例如,双轮拖拉机及履带式拖拉机对土壤产生的应力,要小于单轮拖拉机,这因为履带拖拉机与轮胎式拖拉机相比,其接地面积更大,在很大程度上减小了车辆对耕地土壤的垂直应力。两种拖拉机与土壤接触时的负重点存在一定的差异,轮胎式拖拉机的主要负重点在其接地轮胎上,呈现出比较均匀的应力分布,而履带式拖拉机与轮胎式不同,其负重点主要在各负重轮的下方位置,负重轮的下方应力分布最大,边缘较小。

农机的行驶速度也会直接影响土壤所受应力,随着机械行驶速度的增加,土壤浅层也随之增加了所受应力,但>0.35 m 深度的土壤所受应力减小,这是因为土壤表层拥有较大的含水量,所造成的形变土壤孔隙内增加了水压力,而深层土壤由于农机不断增加速度,反而轮胎对土壤的作用时间减小了,同时对土壤的应力作用也随之减小。土壤质地也与机械对土壤造成的应力大小有关,比如在砂土中,农机对土壤的应力会沿垂直方向传播,但在粘质土壤中,农机对土壤的应力则呈现出多向传播的态势,这源于砂土中大孔隙含量要高于黏土中的大孔隙含量,與砂土相比,土壤中黏粒含量较多,会对应力在垂直方向传播形成限制,从而对表层土壤造成了更为严重的影响。除此之外,含水量高、有机质低的土壤环境,会使土壤的承载力大幅下降,导致应力在土层沿着垂直方向传播也更深。

土壤强度,即土壤能够抵抗各种应力的能力。土壤强度的大小与容重、含水量和机械组成有着密切的联系。其容重越大,土壤的含水量就越低,而土壤中的黏粒成分越少,其强度就越高,也能够增强抵抗外部应力的能力。此外土壤强度也与压实次数相关,在对土壤进行重复压实,第二次压实的土壤表面更坚硬,土壤强度也更大。

三、土壤压实对耕地造成的危害

1、水分吸收慢,严重流失养分

土壤主要由水、空气和有机物,其中还包括各种矿物质等基本成分组成,基本成分中矿物质含量占48%、空气占14%、水分占36%、有机质占4%,这些数据属于正常土壤中,各种成分的占比数据。一旦出现土壤压实的现象,其基本成分的比例会变得严重失调,当受到一定程度的压缩后,土壤颗粒之间的空隙会大幅缩减,土壤颗粒占用了原本水分和有机质的空间,降低了原本土壤中的氧气含量,会造成大量的营养成分流失。并且,土壤的密实度不断增加之后,土壤颗粒大幅度降低了吸附水分的能力,这就导致地表水以及外部降水无法渗透到含有有机质的土层当中,致使土壤内部水分缺失严重,在农作物的生长过程中,需要大量的水分和养分,如果因土壤压实,导致水分和养分的供应严重不足,不但会使农作物生长缓慢,而且状况严重时会导致农作物大面积死亡。

2、根系生长受限,影响作物高度

土壤被压实之后,增加了土壤颗粒之间的密实度,如果在农业生产作业过程中,使用了荷载量较大的农业机具,并且反复进行碾压,不断增加土壤密度,严重影响了农作物对水分和其他养分的吸收。农作物在生长过程中,必须供应充足的水分和营养,否则,其根系、茎叶和果穗会发生营养失衡,生长极为缓慢。

此外,通常情况下,在生产作业时使用农业机具,往往造成耕地的表层土壤被压实,而底部土壤的蓬松度无太多明显的变化,这会造成在表层被压实的土壤中,农作物根系逐渐变粗,而在土壤中纵向生长的根系则越来越细小纤弱,整个植株难以均衡地吸收水分和营养,对农作物的生长高度形成了阻碍,与此同时,也会影响作物果穗的饱满度。

3、土壤菌群失衡,妨碍寄居物生长

在土壤中含有大量的微生物和寄居生物,它们经常在土壤中活动,使土壤变得蓬松,为土壤带来水分和空气,非常有利于农作物的生长,其存活条件需要大量吸收土壤中的水分和氧气,以及一些有机质,但是,当土壤出现压实之后,逐渐减少了土层之间的空隙,一些土壤中的寄居生物被破坏了赖以生存的环境,如蚯蚓等。土壤如果一直处于密实度峰值,会导致寄居生物大量死亡,并且土壤中的一些活性物质,和其他的有益微生物菌群,将难以生存,对农作物的健康生长造成了严重的影响。

四、土壤蓬松的方法及优势和弊端

1、机械蓬松

土壤蓬松比较直接的方式便是机械蓬松,在农田中应用机械用具进行松土,可以使土壤恢复原来的状态,当土壤处于蓬松状态时,由于能够吸收充足的水分,会使生态系统维持在一个比较稳定的水平,利用机械用具,可以向土壤更底层挖掘,深层土壤更有利于农作物的生长,但是,从事农业生产,往往更注重对成本的控制,采用机械用具来蓬松土壤,会大幅度增加成本。

2、有机蓬松

这种方法是向土壤中撒入一些农作物秸秆或有机肥料,使土壤得到自然蓬松。不但可以科学利用农作物的秸秆,还能够为土壤增肥,但此种方法对有机物有着较大的需求。

3、其它蓬松

除了使用机械蓬松和有机蓬松之外,还可以应用其他蓬松方法。比如在传统农业中,会采用锄头或耕犁等方式,对土壤进行畜力蓬松,也能起到很好的效果。这种传统土壤蓬松的方式,比较消耗人力和畜力,不会消耗其他方面的资源。

五、解决土壤压实的技术措施

1、合理选择耕种方法

从当前农业生产的实际情况来看,广泛实行机械化耕作,这是农业发展的必然趋势,现阶段,土壤压实的问题很难彻底解决,但从我国地域特点来看,从事农业生产也具有各种形态和特征,可以针对这些形态和特征作具体分析。比如,在我国东北和华东一带,平原面积较大,土地比较开阔,在进行农耕作业时,可以使用大型农业机械,这会提高作业效率,对于使用大型农业机械所造成的土壤压实问题,可使用农业机械对土壤进行疏松。在我国西南与华南一带,分布了大面积的山地和丘陵,耕地也较为分散,这种情况就不能使用大型农机进行作业,否则,会对耕地造成严重的土壤压实,因为当地耕地的面积比较狭窄,若想农机作业覆盖全部区域,需要重复行驶农机才可以做到,因此,在这种耕地形态下,不能够盲目应用大型农机作业,可尝试使用小型农机,或者继续使用人力耕种或畜力耕种,以防土壤的压实。

2、土壤压实的预防

为了防止土壤压实,可以做好相应的预防工作,尝试从以下几方面入手:首先,可设计重量比较小的农机,很明显,农机重量越小,碾压土壤的力就越小,缓解土壤压实问题;其次,要充分考虑农机与地面接触面积的宽窄问题,将农机的轮胎进行加宽设计,可以分散农机的压力,在很大程度上减少农机对土壤的压实,如果对农机的轮胎进行更窄的设计,虽然会对土壤形成较大的压力,但是会减少其压力面积。因此,要根据实际情况,来设计轮胎的宽窄,针对不同地域的不同土壤,以土壤的坚实程度为基础,来进行科学的设计,前提是不能影响农机原本的工作效率。最后,科学规划农机的行进路线,大幅度减少土壤压实面积,若条件允许,可以设置农机固定的行进路线,并采用混凝土进行硬化,路面硬化会造成耕地面积减少,但可以提高农机作业的效率,可尝试对耕地的田埂实施硬化,便于应用大型农机作业。

3、减少机械用具进地次数

目前来看,对于解决土壤压实问题,有一种方法比较有效,利用机械设备浅松耕地表层土壤,这种作业主要通过圆盘耙等用具,浅翻或浅松土壤表层,一方面能够使表层土壤的性状得到改善,另一方面也可以平整耕地、使耕种范围内的杂草大面积减少。现阶段,国家对机械化深松作业大力推行,这种作业方法,可以有效解决土壤密实度高的现象,有效恢复土壤的吸水保墒能力。但是,不论是对土壤表层进行浅松还是深松,都需要使用大型农业机械,如果作业较为频繁,会导致耕地土壤发生二次压实问题,所以,为了尽量避免出现这种情况,农民在对土壤进行疏松的过程中,应严格把控大型机械的进地次数,并且要对机械疏松土壤的频率做到严格控制。

4、使用新型农机进行作业

从当前农业生产的实际情况来看,我国大部分地区在进行农耕作业活动时,仍采用前驱农业机械来完成,这就导致机械后轮集中了70%的荷载量,作业中的机械一直处于重量失衡状态,不断增加土壤的压实度。基于此种情况,在选择农业机械时,广大农户要尽量选择那些四驱农机,这种机械会由前后轮共同分摊荷载量,对土壤所造成的压力也会均匀分布,在很大程度上降低了对土壤的压实度。此外,为了对单一类型机械的进地次数进行控制,使土壤的压力能够得到缓解,广大农户在进行农业生产过程中,可使用农机多功能联合作业的方式,使大型机械对土壤形成的荷载量能够均匀传递,与此同时,还可以将一机多用的实效性发挥出来,多种农机同时作业的方式将被联合农业机械所取代。例如,常见的联合农机包括免耕播种机、联合整地机和联合收割机等,对这些多功能联合机械进行大规模推广和使用,能够有效减少农机的进地次数,可以从源头上将土壤压实的问题解决掉。

5、优化耕种模式和作业流程

由于频繁使用农业机械化作业,会导致耕地土壤压实,对土壤中的团粒结构造成了很大影响,使其结构比例失调,土壤的透气性和保水性在无形之中被破坏,导致土壤结构中的水分和养分大量流失,阻碍了农作物的健康生长。为了避免发生这种情况,在从事农业生产过程中,应积极调整耕种模式,尽量采取少耕的方式,有效减少大型农机的进地次数,保护土壤中的团粒结构,使其免遭破坏。并且,土壤表面的农作物残茬也能够保护土壤中团粒结构,不但使土壤增加了保水与蓄水的能力,而且还避免了土壤中水分和养分的流失。除此之外,在进行农机作业时,广大农户应对土壤中的含水率进行准确判断,如果土壤中的含水率比较高,采用农机作业,会升高土壤的压实度。若因节气的影响,一定要进行耕种作业,农户可将轮胎与地面接触的面积扩大,使农机对土壤的压力得以有效缓解。

6、农艺优化土壤结构

采用农艺的方法来对土壤结构进行优化,可以有效缓解大型农业机械对土壤的压实问题。农艺能够增加土壤中的有机质含量,可以修复土壤压实。土壤中的有机物质容重低、孔隙度较低,向土壤中适当施加绿肥、有机肥,可以提高土壤中的孔隙度。此外,也可以将牲畜粪便施在土壤中,这种方式能够修复大型农机对土壤造成的少量碾压,在土壤中施用绿肥,可降低土壤容重和土壤硬度,有效缓解表层土壤的压实问题。在土壤中混合有机物质,能够提高土壤蓬松度,并增加其中的营养成分,可以有效缓解土壤压实现象。与此同时,土壤的蓬松度高,也为蚯蚓等一些有益微生物提供了适宜的生存环境,在土壤深处,这些有益微生物所进行的活动,会使土壤产生很多孔隙,对土壤起到活化作用,有效改善土壤内部结构,有效改善土壤的压实程度。

7、設计农机专用路线

合理整合人工与农业机械的应用,设计出农机行驶的专用路线,将机械行走线路通过人工的方式对其做硬化处理,尽量避免农业机械在农作物的生长区进行行走碾压,这种将大型机械的行走路线固化的方式,与传统行走路线相比,不但能够降低作业成本,还能减少农业机械对土壤压实的影响。科学的人工与机械作业组合,制定农业机械行进专用路线,不但能够有效缓解土壤压实,而且还可以提高农户的生产效率。

总之,由于当前农业机械已被广泛应用于农业生产之中,其导致的土壤压实问题不可避免,给农业增产带来了较大的阻力。因此,针对农机作业对土壤压实产生的影响,要采取有效的解决措施,不断发挥农业机械在农业生产中的优势,如合理选择耕种方式,使用新型农机,减少机械的进地次数,优化耕种模式和作业流程,设计农机专用路线等,使农机对土壤的压实问题得以有效解决,促进农户实现增产增收。

(作者单位:250200山东省济南市章丘区农业农村局)

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