论文摘要
苜蓿作为世界上栽培历史最悠久、种植面积最大、利用价值最高的优质牧草,其生产规模不断扩大。苜蓿收获的割、搂、捆、运等环节逐步实现机械化,割草机、打捆机和运输车在整个种植期6～8年内,将进地54～72次,且整个种植期内土壤不再耕作,不断加剧了苜蓿地的土壤压实。割草机是苜蓿机械化收获中最主要的机械。收割时,割草机首先进地作业,对土壤施压,加之轮胎接地压力较大,整个收获期内碾压轨迹重复率高,因此,割草机对土壤的压实作用较其它后续作业机械更为凸现。为此,本研究选择具有代表性的割草机对苜蓿地进行土壤压实试验,研究其对土壤物理性状和苜蓿生育产量的影响;探究土壤压实与苜蓿生物量变化的相关性及土壤压实与农业土壤应力状态的关系;建立适合于我国苜蓿地土壤压实的预测模型;为机械化苜蓿收获工艺的合理运行和苜蓿机械化生产的可持续发展提供可借之鉴。采用纽荷兰HW320自走式割草压扁机压地110遍,依次测定不同深度上的土壤体积密度、硬度、孔隙度、三相比、透水性等指标的变化及其每次压实后苜蓿产量的变化;研究了土壤压实和苜蓿产量之间的关系,验证了Emmanuel C模型对土壤压实预测效果和精度;引用压实系数的概念,给出了土壤体积密度与土壤压实系数的关系;利用有限元法计算了土壤压实对农业土壤应力状态的影响。结果表明:1.割草机压实使:①体积密度表土增加了17.29%,30cm处土层增加了4.16%,30cm以下土层基本不增加。②孔隙度表层降低了14%,底层降低了11%。③10cm以上的土层硬度受压实影响大,表土硬度增至碾压前的3.7倍,碾压使上层土壤硬度逐渐接近或超过犁底层硬度。④固相率表土增加了29%,底层增加了0.47%,气相率1020cm土层降幅为55.7%,其它土层降幅在17.6%27.7%之间。⑤液相率1020cm土层增加17.6%,其它土层增加不明显。⑥透水性对压实影响反映最为敏感,压实后透水性骤降。2.10次压实使每公顷苜蓿年损失干草4464kg。压实层的土壤体积密度、硬度与苜蓿产量成负相关,可用二次方程表达。3. Emmanuel C土壤压实模型对试验土壤（中壤土）苜蓿地020cm土壤压实的预测效果较好。压实系数可将土壤压实与苜蓿产量有机地结合,较好地反映了土壤压实对苜蓿产量的影响。4.第1次压实对土壤应力和位移影响最大,土壤应力最大部位出现在表层下58cm处,30cm以下土壤应力变化不明显,1次压实和7次压实后030cm土壤轴向压缩量分别为10次压实后的72.8%和95.2%,9次压缩后试验土壤压缩失效;压实后各部位应力分布不平衡,轮辙中线以下应力大于边缘应力,沿地表土-机接触面向下,压实对土壤应力影响范围逐渐扩大;接地压力越小,达到同样压实效果所需要的压实次数越多,0～30cm土壤压缩量与接地压力成抛物线关系,与压实次数N的对数lgN成正比。