GPS土壤紧实度测定仪对丘陵区土壤紧实度特征研究

GPS土壤紧实度测定仪对丘陵区土壤紧实度特征研究 摘要：以山东新泰市天宝镇土地整理项目区为研究地．采用浙江托普仪器的TJSD-750-II型GPS土壤紧实度测定仪对丘陵区土地整理施工土壤紧实特征进行测量分析。通过测定在施工过程中机械碾压后土壤紧实数据发现．土壤紧实深度与压强关系曲线符合三次多项式；束压实地块随深度的增加土壤紧实度逐渐增大；机械压宴对地块垄上的影响较大；压实地块土壤紧实度变化幅度大于未压实地块。

关键词：土壤紧实；土地整理；施工；丘陵区；GPS土壤紧实度测定仪

我国土地整理项目的土地平整工程中施工常用大型铲运机、挖掘机、推土机、装载机、平地机、自卸汽车等机械．土壤压实已成为一种比较普遍的现象。2000年．欧洲环境署在其出版的普通环境词典中将土壤紧实定义为．由于施加载重、振动或压力而导致土壤密度f每单位体积质量)增加和土壤孔隙率降低。压实严重的土壤对土壤水分和养分的运移、土壤的通气性、作物根系的伸展发育等都有很大的影响．严重降低了农作物生产力。

土壤紧实特征分析是解决土地整理施工过程中的土壤压实问题的基础和前提。目前，土壤紧实度的大部分研究都集中在矿区复垦的土地．相关研究也对土地整理后的土壤压实给予极大的关注。针对丘陵区地形破碎、表土层浅薄和表土稀缺等问题，分析土地整理施工过程中土壤紧实特性可为施工后土壤改良提供依据。本研究结合山东省新泰市天宝镇等土地整理项目区．对丘陵区土地整理施工土壤紧实特征进行了研究．以期为进一步解决丘陵区土壤质量差及土地整理施工后造成的土壤压实问题提供参考。

1材料与方法

1．1研究区概况

新泰市地处鲁中腹地。北纬35037 7～36007’、东经117016’～1180之间．属温带半湿润大陆性季风气候区．年平均气温13℃，7月份气温最高、平均26．4℃。1月份最低、平均一2．6℃，年平均降水量697 mill。新泰市天宝镇北倚国家森林公园徂徕山，南临黄河支流柴汶河．北部山区风光秀丽．南部平原土质肥沃，素有“小泰山”之称．跨越了山区、丘陵和平原3个地带．土地整理项目区主要位于丘陵区。天宝镇总面积158 km2．耕地面积5 800 hra2。

1．2试验方法

1．2．1土地整理方式项目区土地整理项目施工包括土地平整工程、农田水利工程、田间道路工程以及其他工程．其中土地平整工程是重点之一。丘陵区土地平整工程施工，首先是对地块自然坡度或台面坡度较大的旱坡地进行降坡处理，设计为坡式梯土：其次是地块小并大．将小地块整理为大田块，以便于机械化耕作。

1．2．2数据采集 试验仪器采用浙江托普仪器产的GPS土壤紧实度测定仪。为保证样品数据的代表性．根据土地利用方式和种植制度，分别在压实和未压实区选择有代表性的土壤进行数据采集。考虑土壤紧实特征在同一地块的内部差异，数据采集还考虑了垄上(种植作物的部分)和垄沟(两垄之间的部分)的情况。每个测区以施工机械作业区域为中心，在10 m半径内按„S’形随机布设10个样点．遵循数据采集流程，同时用GPS(Garmin72)记录样点的位置。详细记录每个采样点的具体情况。每个测区采集10组数据，每组测点按0～10、10～20、20—30、30～40、40～50 cm等5个土壤层次采集数据。常规数据整理采用Excel 2007．土壤紧实特征的深度与压强关系曲线数据拟合采用SPSSl8．0软件处理。

1.2.3 GPS土壤紧实度测定仪

GPS土壤紧实度测定仪也被称作土壤坚实度和硬度测量仪，该仪器由托普仪器研制而成，主要型号为TJSD-750和TJSD-750-II型两种。它内置GPS定位深度测量系统，可同时显示土壤紧实度，测量深度及地理位置，与计算机相连后可自动生成每个测量点的土壤紧实度曲线。目前该仪器可用于野外测量土壤的紧实度。紧实的土壤可阻止水份的渗入，降低化肥的利用率，影响植物根系生长，导致作物的减产。因此得知土壤的紧实度显得尤为重要，此仪器可以更好的指导农业生产和公路建设。

功能特点

1. 大屏幕中文液晶显示，薄膜式键盘。

2.可同时按次自动记录最大值和最终测定点的数值并存储到主机内。

3.可同时显示kg和kpa两个单位。

4.全不锈钢测量杆，并在杆上有不同深度的刻度标识。

5.便携式，无需外部供电，4节5号电池即可，特别适用于野外测量。

6.TJSD-750-II型可以实时显示测量点的位置信息（经纬度） 。

技术参数

1、测量深度：0-450mm。

2、测量范围：0-100kg；0-7000kpa(0-1000psi)。

3、测量精度：以公斤为单位：0.05kg。

4、压强为单位：5k。

5、储数量：1000个6、温度：-10℃-60℃。

7、供电：4节5号电池。

2结果与分析

2．1 未压实地块土壤紧实特性

在未压实的同一土地利用类型地块上种植不同的作物(玉米和花生)，分析不同深度的土壤紧实度(图I一图4)。在实际农业生产中，种植玉米地块内部的垄上和垄沟有近10 cm的高差。由图l和图2可知．种植玉米地块表层0～10 cm土壤层垄上和垄沟压强分别为70．3、81．6 kpa．土壤紧实度较小；0—30 cm土壤层曲线的斜率大．土壤紧实幅度变大。由图3和图4可知．种植花生地块在10～20c,m土壤层垄上和垄沟压强分90为92．2、106．3 kpa．土壤紧实度变大；加～40 cm土壤层压强变化趋缓：40 cm土壤层以下压强变大，随深度的增加压强逐渐增大。在同一土地利用类型下，种植花生和玉米在表层土壤表现出差异的土壤紧实特性，这主要是由于花生植株小，表土直接暴露在外，受自然因素和人为踩踏等影响较大．种植花生地块表层土壤容易板结：玉米植株高大，表层土壤水分不易蒸发．

保持土壤湿度。因此．建议在改良农地表层土壤压实度

时。最好种植植株高大且根系发达的的作物。

2．2压实地块的土壤紧实特性

由图5、图6可知．压实1次的玉米地的深度与压强拟合曲线中压实地块土壤紧实度大于未压实地块。且变化幅度较大。压实地块表层0—10 cm土壤层垄上和垄沟压强分别达到141、152．8 kpa．0—20 cm土壤层压强变化幅度大．20 till土壤层垄上和垄沟压强分别达到170、178．3 kPa。未压实地块30 cm土壤层

达到180 kPa以上30 cm以下土壤层随深度的增加。压强逐渐增大。

3结语

(1)在同一土地利用类型下，种植不同的作物对土壤的压实度有一定的影响，尤其是对表层的土壤；在改善土壤紧实度方面。种植玉米比种植花生效果明显。

这主要是由于花生植株小．种植花生地块表层土壤易板结。玉米植株高大，表层土壤水分不易蒸发，保持土壤湿度。因此，建议在改良农地表层土壤压实度时．最好种植植株高大且根系发达的作物。

(2)未压实地块垄上土壤紧实度总体呈现随着深度增加压强逐渐增大趋势．地块垄沟受外界非机械碾压导致压强偏大。从压实与未压实的地块对比看出。机械压实对垄上的影响较大。

(3)未压宴地块土壤随深度的增加压强逐渐增大。压实地块土壤紧实度变化幅度大于未压实地块。压实1次地块的土壤表层0～10 cm土壤层及20 CITI土壤层压强明显大于其他层次。说明压实1次只造成表层土壤的压强增大。土壤紧实性增加；30 em土壤层压强偏小是由于碾压造成应力的重分布．使表层压实后土壤孔隙度减小．下部土壤含水量增加。土壤紧实度减小．但随深度的增加压强恢复正常且逐渐增大。

参考文越：

【1】张兴义，隋跃宇．农田土壤机械压实研究进展U】．农业机械学报，2005，36(6)：122—125．

【2】壬煜琴，李新举，胡振琪．等煤矿区复垦土壤压实时空变异特征叨农业工程学报．2009．25(5)：223—227．

【3】张兴义，隋跃字，孟凯．农田黑土机械压实及其对作物产量的影响Ln．农机化研究，2002，4：64—67．

【4】Maeder V．weisskopf P，Gysi．ela1．Pressure distributionunderneath tires of culturalvehicles U]．American Societyof cultural Engineers．2001,44(6)：1385—1389．

【5】迟仁立，左淑珍，夏平，等．不同程度压实对土壤理化性状及作物生育产量的影响【J1．农业工程学报．2001．17(6)：39-43

【6】王恩嬗．柴亚凡．陈祥伟．大机械作业对照土区耕地土壤结构性特征的影响咖．应用生态学报，2008，19(2)．351-356

【7】盂会生．王静．郭建奎，等．黄土区土地整理压实土壤物理性状的韧步研究U】．中国农学通报，2009，25(24)：549—552．