14.土壤耕作和管理.ppt

2002 1 15晚 心灵交流中的礼貌 言行礼貌虽重要 心灵礼貌更不可缺少 诚实可谓礼貌的心灵 没有它礼貌只能披上言行的外衣 诚实和勤奋是我的两大法宝 我想没有人不喜欢这对孪生姐妹 虽然它们长得并不俊俏 但心灵的美丽足以迷倒上帝 站在天地之间的是人 我是那人群中的一人 什么我都不如别人 惟一骄傲的是诚实做人 土壤学原理和方法 土壤耕作和管理 侯彦林中国科学院研究生院2009年秋季学期 土壤耕作和管理 土壤耕作是土壤管理的主要技术措施之一 它与灌溉排水技术 施肥技术 间套轮作技术等 共同构成土壤管理技术体系 我国现在土壤管理的中心任务 就是要在高度集约化的农业生产过程中 保持和提高土壤肥力 土壤耕作的目的 就是通过调节和改良土壤的力学性质 以利于作物根系的生长 促进土壤肥力恢复和提高 第一节土壤耕作的概念及其基本操作一 耕作的概念耕作 在种植前和期间为改善作物的生长条件而进行的机械或人工操作 传统的耕作分两部 用犁翻转土壤 然后破碎土块 以形成松散而平整的土层 耕作的基本目的 改良土壤结构 把作物残茬和有机肥料掩埋并掺和到土壤中去 控制杂草或其他不需要的植株 耕作方法要因地制宜 西北地区 等高种植 雨季前多次翻耕防止土壤侵蚀和保持水土 北方 早春土温低且风蚀严重地区 多采用镇压 南方水稻土地区 水田旱耕和水旱轮作 二 耕作的基本作业 一 犁耕 基本耕作或初次耕作 平翻 有壁复式犁 前犁翻0 10cm 主犁 缺点 全层翻动土量大 消耗能量多 耕层偏松 下层常有暗坷垃架空 有机质消耗强烈 对植物补充水分的能力较差 耕翻过程中损失的水分较多 作业次数多和成本高 还需耙 耱 压 可形成新的犁底层 在风蚀严重的地区会加剧土壤侵蚀 图12 1 无壁犁 全面 和松土铲 局部 只松土 不翻土 30 40cm 土层不乱 损失水分较少 碎土效果好 没有暗坷垃架空现象 图12 2如果用松土铲进行深松土 铲间有一定距离 深松后便出现虚实并存现象 虚处可蓄水 实处可提墒 虚实结合减少风蚀 深松后大土块较少 可减少耙 压次数 降低生产成本 深松最好在秋季 缺点 掩埋肥料 杂草和残茬能力差 深松和平翻相结合效果最好 二 整地 耙地 耙地 破碎表土的土块 平整地面 破除板结 已耕过的土地 疏松表土 地平土碎 耕层上部稍趋密实 注意 耙齿形成细沟 需要耱地图12 3 三 中耕中耕 作物生长期间疏松表土的作业 作用是破除板结 增加水的入渗率 改善土壤通气性 清除杂草 调节土温和减少蒸发等 可人工和机械作业 中耕对水分保持的利弊 自学水分多时 失水多 因增加大孔隙水分少时 抑制蒸发 因增加大孔隙 减少毛管水运动通道图12 4 四 其他耕作作业镇压 压碎压实表层土壤 增加毛管作用 具有保持土表湿润的作用 镇压必须在土表较干燥时进行 比宜耕期含水量稍低时进行 否则土壤会板结 播前镇压 土壤过于疏松或有坷垃架空而作物种子较小时 播后镇压 种子大出苗容易的 有利于接触土壤吸水发芽 水田 湿耙方法碎土平田 湿耕湿耙图12 5耖 CHAO4 农具 田 把耙过的土块弄碎 整平田间田角 利于灌溉 水田中耕 耘地耕耘 第二节土壤力学性质 机械物理性质 包括 土壤结持特性 粘结性 粘着性 塑性胀缩性 压板和阻力 穿透阻力和牵引阻力 一 土壤粘结性粘结性 土粒通过各种引力而粘结起来 粘接物质 水膜 细土粒 胶结剂单位 单位面积上粘结力 g cm2 土壤粘结力包括 物理引力 范德华力 库仑力以及水膜的表面张力氢键和化学键能的参与 如腐殖质 粘结性的影响因素 土壤活性表面大小 粘土 2 1型矿物含量高 代换性钠多 粘结性增强 团粒结构的土壤粘结力弱 腐殖质改良粘土和砂土的粘结性的机理 腐殖质的粘结力比粘粒小 当其包被粘粒时便改变了接触面的性质而使粘粒的粘结力减弱 同时有促进团粒结构的形成的作用 腐殖质的粘结力比砂粒大 故可增加砂土的粘结性 结论 有理的总是腐殖质 含水量 干缩 粘土 砂壤土 二 土壤粘着性土壤粘着性 土粒粘附在外物 农具 上的性质 即 土粒 水 外物 其他特性同粘结性 出现粘着性的含水量比粘结性的含水量大 因水分子除为土粒吸引外 多余的 才能为各种物质所吸引 此时的含水量为粘着点 当水分增加到使粘着性消失时的含水量 为脱粘点 两个农民和马车的故事 刚下雨 可行车 没有达到粘着点 中雨 不可 粘着点附近 大雨 可 脱粘点以上的含水量 侦探的故事 三 土壤塑性土壤塑性 指土壤在外力的作用下变形 当外力撤消后仍能保持这样变形的特性 我国的泥塑艺术工艺 利用粘土这一性质 四川收租院 泥人张 土壤表现塑性的含水量范围是土粒间的水膜已经厚到允许土粒滑动变形 但又没有丧失其粘结性的范围 否则在所施压力解除或干燥后就不能维持变形后的形状 砂土湿时可塑 但干燥后散碎 所以不算具有塑性 粘土或粘粒湿时可塑 干后不散 塑性强 塑性产生的条件 一定的粘结性和水分 凡是影响粘结性的因素都影响塑性 塑性产生 片状粘粒的杂乱排列 揉捏 平行排列 塑性 2 1型蒙脱类矿物的塑性强 土壤塑性只在适当含水量范围内才出现 它有上塑限 流限 失去塑性开始成流动时的土壤含水量 呈现塑性的最大含水量 下塑限 塑限 土壤出现塑性的最小含水量 之分 上塑限和下塑限之差值 塑性值或塑性指数 都用含水量 表示 都随含水量增加而增加 在道路建筑中 土壤按塑性值分类如下 强塑性土 粘土 17塑性土 壤土 7 17弱塑性土 砂土 7无塑性土 砂土 0 有机质 提高土壤上 下塑限 有机质先吸收水分 但几乎不改变其塑性值 因为有机质本身的塑性弱而吸水性强 塑性范围内的土壤不适合耕作 土壤结持性参数 阿德堡极限 描述土壤结持性状态的各项参数 包括上塑限 下塑限 塑性值 粘着点和脱粘点 四 土壤胀缩性胀缩性只在塑性土壤中出现 干时收缩 湿时膨胀 胀缩是由于粘粒水化及其周围的扩散层增加之故 当土壤胶体被强烈解离的阳离子 如钠 饱和时 胀缩性最强 各种阳离子对胀缩的作用次序为 Na K Ca2 Mg2 H 土壤质地越粘重 2 1膨胀性矿物越多 胀缩越强 胀缩性强的土壤 影响根系生长和土基不牢 五 土壤耕作阻力土壤的抗压性 抗楔性和抗位移性等力学特性 是构成土壤耕作阻力的主要原因 一 土壤抗压性和抗楔入性土壤抗压和抗楔入的能力以土壤的硬度或坚实度表示 土壤硬度 指外物楔入 或切入 挤压时与垂直应力相应的土壤阻力 可用楔入阻力 采土时 或抗压强度表示 前者是指柱塞 锥形或圆柱形 插入土壤中一定深度所需的力 kg cm2 后者是指原状土块或调制成一定形状的土坯抵抗外力使其破碎的阻力 土壤坚实度 抗缩阻力 指土壤对挤压力的反应 其定量用压缩每单位容积土壤所需的力 kg cm3 表示 也可用孔度变化表示 二 土壤的位移阻力土壤的位移阻力 常用土壤的抗剪强度表示 土豆片 滑坡 犁耕引起土筏破碎主要是剪力的作用 但是如果在塑性范围内耕作 土筏在犁壁的压缩和剪力的作用下会发生有害的粘团现象 灌溉后踏上一脚 孔隙容积减少 外表上土筏有明亮的光泽 当拖拉机在潮湿的土地上耕作时 除轮子压缩土壤外 也有剪力波的作用造成土壤粘团 回填土振动压实过程 震动羊角碾 带刺的 第三节土壤耕性和耕作管理一 土壤力学性质与适耕期的关系 一 关于提高耕作质量问题 二 关于耕翻后是否需要耙地问题 三 关于坷垃形成问题二 土壤压板问题 一 土壤压板过程和影响因素 二 土壤压板的防止三 水田土壤的粘闭及其防止 一 土壤粘闭 二 水田的干耕燥整四 轮作与培肥 一 轮作对改良耕层构造的意义 二 绿肥轮作 三 增施有机肥料和土杂粪 土壤耕性 是指耕作所表现出来的土壤物理性质 包括 耕作时土壤对农具操作的机械阻力 即耕作的难易问题 耕作后与植物生长有关的土壤物理性状 即耕作质量问题 对土壤耕性的要求 耕作阻力尽可能小 以便于作业和节约能源 耕作质量好 耕翻的土壤要松碎 便于根的穿孔和有利于保温 保墒 通气和养分转化 宜耕期尽可能长 一 土壤力学性质与宜耕期的关系改良土壤耕性有2条途径 改良耕作方法和调节土壤力学性质 调节土壤力学性质最现实的办法就是调节土壤湿度 因为所有力学性质都与土壤含水量有关 宜耕期 是指土壤含水量适宜进行耕作的时段范围 这时耕作耗能少 团粒化效果好 在合适的土壤含水量范围进行耕作 土壤的粘结性 粘着性和塑性均较弱或无 耕作省力 不致破坏土壤结构 耕作后任其自然风干和收缩 就会膨散为适当的土块和土团 土壤结持性分为几个阶段 反映在不同含水量条件下是否宜于耕作的情况 适宜耕作的土壤含水量范围 以 下塑限 以下的酥软结持状态为好 粘质土壤宜耕范围小 一般为饱和持水量的50 60 宜耕期短 砂质土壤的粘结性和粘着性都较弱 塑性无或小 宜耕范围大 为饱和含水量的30 70 宜耕期鉴别标准 表土呈细裂 土块外干内湿 取一把土捏紧后放开土就松散开 酥软状态 一般以土块被耕犁抛散而不粘农具为宜 二 土壤压板问题土壤压板问题 机械行走等对土壤有压实作用 一 土壤压板过程和影响因素当土壤承受较重荷载时 受到压缩 表现为孔度减少 孔径缩小 主要是通气孔隙减少 土壤的紧实度和容重增大等 较干燥的土壤上承受荷栽时 主要是垂直方向上的正应力 压力 使孔隙减少 在水分含量较高时 如塑性范围内 除正应力作用外 还产生切应力 剪力 土壤颗粒趋向极紧密排列 通气透水性强烈减弱甚至消失 土壤粘闭 在塑性范围内 拖拉机通过潮湿土壤时 在轮子的挤压下 土壤发生塑流而使轮子下陷 并有压紧土壤的作用 在拖拉机等荷载的作用下 土壤表层的团聚体可能被压碎 因为土粒和水是相对不可压缩的 土壤的压缩主要是通过土壤的移动和土粒的重新排列实现的 土粒的重新排列 随水膜的湿滑作用而增强 与土壤含水量有密切关系 土壤在塑性范围内最容易被压缩 土壤的压缩性与含水量的增加呈抛物线关系 土壤含水量与干密度曲线 压缩 黑板上具体画出压实曲线并说明土木工程上的意义 说明 在水很少的情况下 土粒之间的粘结力和内摩擦力都很强 土壤不容易被压缩 随含水的增多 粘粒周围的水膜增厚 湿滑作用增强 在压力的作用下粘粒极易变成紧密的定向排列 土壤容重显著增高 含水量进一步增加时 因土粒之间的距离增加 加上水对压力的支撑作用 土壤容重又趋降低 土壤难以压缩了 影响因素 水 如上 有机质 有弹性和促进团粒结构的形成作用 难压缩 二 土壤压板的防止主要影响因素 机具防止措施 增加轮胎的宽度和链轨的长 宽等 发展旋转式和振动式农具 压实作用小 并有碎土作用 切土部分需锋利 以减少对土壤的压实作用 减少曳 拽 引阻力 避免土壤过湿时耕作 选定耕作路线 选择适度的耕作速度 以减少压板 但速度过大 曳引阻力增加 耗能增加 因地制宜推广少耕法和免耕法 实现合理轮作 三 水田土壤的粘闭及其防止 一 土壤粘闭在湿耕湿耙条件下 虽然会减少犁的阻力 但会破坏团聚化程度 严重时土壤转变为单粒状的均质土体 土壤粘闭 对水田可防止渗漏 但对旱地不利 二 水田的干耕燥整干耕燥整 晚稻收割前及时进行搁田 使土壤含水量降低至没有显著的粘着性时进行翻耕 则土筏容易散开 整地 耙地时土块容易碎 能创造良好的耕地构造 既利于作物生长 又能改良土壤结构 以利来年水稻生长 四 轮作与培肥 一 轮作对改良耕层构造的意义不同作物的根系在土壤中所起的作用不同 根系大小及其空间分布 根系分泌物等不同 草田轮作制 水旱轮作制 二 绿肥轮作绿肥提供团粒形成的胶结剂和氮 三 增施有机肥料和土杂粪 第四节几种主要耕作方法一 传统耕作方法 一 关于提高耕作质量问题 二 关于耕翻后是否需要耙地问题 三 关于坷垃形成问题二 深松耕作法 一 创造适宜的土壤紧实度 二 提高土壤水分的保蓄量 三 促进根系发育 四 深松后效和功率消耗三 免耕和少耕法四 深耕施肥改土耕作法 一 传统耕作方法耕作方法是否合理 与土壤类型 作物种类 环境条件直接相关 传统耕作方法 可用机械 畜力或人力进行土壤耕作处理 创造有一定深度的疏松的耕层 并与靶 压 耱等表土耕作措施相结合 协调耕层 有时包括底土 三相比的关系 一 关于提高耕作质量问题耕作的目的 疏松耕层 翻埋作物残茬 消灭杂草 改善耕层物理条件等 为作物播种 出苗以及后期生育 提供一个良好的环境条件 衡量耕作质量指标 深 要有一定的耕作深度 18 20cm 细 完整 不能漏耕 透 犁体各犁铧要在一个水平上 保持耕深一致 耕后犁底层要平 平 机体行走速度一致 翻上来的伐面平整 严 耕后地表严实 无残茬和杂草外露 上述质量要求 在干旱和半干旱地区更为重要 二 关于耕翻后是否需要耙地问题一种观点 秋耕后不耙 晒筏过冬 可以风化土壤 增加土壤有效养分 冻死害虫等 另一种观点 冬春缺少雪的地方 旱地秋耕后及时耙耱 对保证耕地质量 保证墒情足 苗全苗壮非常好 因为土筏经过冻融发生自然分解的作用非常微弱 耕后造成的坷垃第2年春天影响出苗 三 关于坷垃形成问题多数 秋耕时土壤水分过大 耕后全部筏片有明条 耕后不耙 经过秋冬晒干形成大坷垃 春耙难碎 一般改秋耕为春耕 另外 秋耕时土壤较干 或耕地时有冻以及漏耕 漏耙等 一般地 较粘重的土壤 如果耕后水分适宜 应及时耙耱 上午翻 中午耙耱 下午耕翻晚上前要耙完 风大时随耕随耙 二 深松耕作法深松耕作法 是在不翻动土层的情况下 用深松机具对犁底层和心土层进行深松 调整耕层以下的土壤构造状况 为作物生长创造比较适宜的土壤条件 特点 地面平整细碎无坷垃 坷垃指数比传统法低32 深层蓄水 但表土略低 一 创造适宜的土壤紧实度 二 提高土壤水分的保蓄量 0 20cm 20 40cm 三 促进根系发育 实践问题 在半湿润和半干旱地区 在比较肥沃的土壤上 不施肥有时比施肥产量高 原因是 蹲苗 春天时根系下扎 利于后期吸收下层的水分和养分 四 深松后效试验 第2年增产6 16 第3年差异不显著 结论 每2年深耕1次 是 投资少见效快的增产技术措施 三 免耕和少耕法免耕和少耕法 使用高效除草剂和免耕播种机减少田间耕作次数的耕作方法 美国1983年统计 免耕 少耕 传统 1 9 16免耕