气爆压力对深耕深松效果的影响

涂杰 张建军 岁立云

摘 要：简述了我国耕地深耕深松的常见方式，分析了各种方式的利弊。为消除常规深耕深松方式的弊端，提出了气流爆喷式深耕深松新方式，并对气爆压力的效果进行了试验。结果显示，气流爆喷式深耕深松方式能够降低耕地土壤的容重，有效打破犁底层，且100MPa 的气爆压力深耕效果优于80MPa 。

关键词：气爆;深耕深松;容重;气爆中心线

中图分类号：S-3

文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190630014

土壤是种植业赖以生存的基础，土壤耕作技术及模式的优劣在很大程度上影响着种植业的发展[1]。长期以来，农业生产中采用传统翻耕、裸露土壤的耕作方式，随着土地的连续利用时间增长和土壤熟化、化肥的大量施用及耕作方式的不合理，导致土壤的团粒结构遭到了严重的破坏，容重增大，土壤板结，保墒能力下降，地表径流、水土流失较为严重，耕作层变浅和犁底层上移，水分和养分渗透较差，从而使农田肥力变得日趋衰竭，进而影响着作物根系的生长发育和农产品产量的稳定和质量的提升[2]。

为此，国家出台了多项措施以鼓励开展少耕、免耕和地表生物覆盖等保护性耕作[3]。如：国务院《关于加强耕地保护和改进占补平衡的意见》中提出“因地制宜实行免耕少耕、深松浅翻、深施肥料……的保护性耕作制度……多措并举保护提升耕地产能”;在《全国农业现代化规划（2016—2020年）》中提出“尽快突破丘陵山区机械化制约瓶颈。推进农机深耕深松作业……”;在农业部《全国农业可持续发展规划（2015—2030年）》中提出要“采取深耕深松、保护性耕作……等土壤改良方式”。

但是，现有的深耕深松主要以机械式耕地为主，如凿式铲类深松机、振动深松机、偏柱犁机具等[4]。这种方式不同程度地存在着深松效果不理想、需破坏地表及植被、作业影响范围小、程度不均匀、作业阻力大、器具磨损大、能耗较高，作业成本较高和效益较低等问题，特别是在丘陵山坡地区、零散地块农田和耕作层浅薄的农田、大棚等设施农业土壤、果园等多年生经济作物以及已栽培作物的田地适用性较差。同时，这使得现有传统的施肥方式，存在施肥不到位、利用效率较低，土壤养分失衡、根系密集层养分贫瘠，表面和浅层施肥易分解流失、且肥多烧苗、肥少早衰，底层追肥操作不便、分布不均、利用效果不佳等弊病[5-6]。这些问题的解决关系着深松深施技术和保护性耕作模式的进一步运用与普及。

近年来，国内外兴起利用气压劈裂原理造成岩土裂隙，增加流體的流动通道，提高土体渗透系数的研究及应用，取得了良好的效果[7]。因此，考虑将该方式应用在农业土壤处理工程中，系统深入研究基于气体脉冲/喷爆方式进行深耕深松等改变传统农业耕作方式的创新型免耕技术模式，以对土壤结构改良、提升保墒能力。为验证气体脉冲/喷爆方式进行深耕深松的可行性，作者研究了气爆压力对深耕深松效果的影响。

1 试验设备

气爆深耕机由成都天本加沃机械设备有限公司生产制造。

2 试验设计

实验田地的犁底层在18～25cm之间，为实现消除犁底层的深松效果，实验时，气爆通气枪插入田地土壤的深度为25cm，气爆压力为80Mpa和100Mpa。气爆后5min内完成土壤取样。取样点为气爆中心、据气爆中心线半径为10cm、20cm、30cm、40cm、50cm的圆上，气爆中心线上每个深度取样1次，圆上每个深度取样4次。取样土层深度分别为5cm、15cm、25cm，然后测土壤样品的容重和总孔隙度，4次取样的土壤样品先混合后检测。

3 试验结果及分析

3.1 深度25cm平面

为打破犁底层，实现农作物根系的健康生长、抗倒伏，实现耕地保水保墒，将气爆通气枪插入田地土壤犁底层以下，插入深度为40cm。设置空气压缩机出口压力为80Mpa和100Mpa，然后对气爆枪输入高压空气，实现土壤的气爆深松。由图1可知，气爆压力为100MPa时，所有取样点土壤的容重均小于80MPa的气爆压力，实验土地深度25cm的土壤容重平均为1.798，当气爆压力为80MPa时，气爆的有效作用范围是气爆中心线为中心，半径40cm的圆面积范围，距离气爆中心50cm处的土样容重与对照土样的容重没有显著差异（P>0.05）。当气爆压力为100MPa时，气爆的有效作用范围是气爆中心线为中心，半径50cm的圆面积范围，距离气爆中心50cm处的土样容重显著低于对照土样的容重没有显著差异（P<0.05），说明在犁底层以下深度气爆深松时，100MPa的气爆压力效果优于80MPa。

3.2 深度15cm平面

由图2可知，在地面以下25cm深度平面，气爆压力为100MPa时，距气爆中心线30cm圆周上，所有取样点土壤的容重均小于80MPa的气爆压力。试验范围内，距气爆中心线半径超过30cm时，100MPa的气爆压力和80Mpa相比，土样的容重没有显著差异（P<0.05）。

3.3 深度5cm平面

由图3可知，在地面以下5cm深度平面，气爆压力为100MPa时，距气爆中心线30cm圆周上，所有取样点土壤的容重均小于80MPa的气爆压力。试验范围内，距气爆中心线半径超过30cm时，100MPa的气爆压力和80Mpa相比，土样的容重没有显著差异（P<0.05），该试验结果与深度15cm平面土样类似，但因为远离犁底层，土壤容重更小，该深度对照组的土壤总重为1.41g/cm3，大于实验组的土壤容重，说明气爆深松在距气爆中心线50cm半径范围内都有作用。

4 结论

土壤容积比重可用来计算一定面积耕层土壤的重量和土壤孔隙度;也可作为土壤熟化程度指标之一，熟化程度较高的土壤，容积比重常较小[8]。由试验结果和分析可知，经高压气爆深松的土壤容重远小于对照容重，说明高压气爆能够实现土壤深松的目的，且高压设备出口压力为100MPa时的效果更好。因设备压力值有限，测试的最高压力仅为100MPa，后期将会采购新的气爆设备进行试验，以确定高于100MPa的气爆压力是否能够取得更好的深松效果。

参考文献

[1] 王中林. 土壤退化修复与生态保育技术[J]. 科学种养， 2017（12）：57-58.

[2] 杜国明， 刘彦随， 于凤荣，等. 耕地质量观的演变与再认识[J]. 农业工程学报， 2016， 32（14）：243-249.

[3] 詹卉. 提高耕地质量和土壤肥力的政策思考[J]. 中国农业信息， 2015（10）：3-4.

[4] 杨晶， 卢昕， 王殿有. 机械化深耕深松技术应用及机具类型[J]. 2012（3）：221，244.

[5] 彭志祥. 机械深耕技术要求与益处分析[J]. 农业开发与装备， 2016（8）：103.

[6] 左胜甲. 气压深松特性及技术的试验研究[D]. 东北农业大学， 2016.

[7] 左胜甲， 孔德刚， 刘立意，等. 基于气压劈裂原理的气压深松效果试验[J]. 农业工程学报， 2016， 32（1）：54-61.

[8] 柳燕兰， 郭贤仕， 姜小风，等. 不同配方土壤熟化调理剂对新修梯田土壤改良效果的影响[J]. 干旱地区农业研究， 2016， 34（4）：139-145.

作者简介：

涂杰（1970-），博士，高级工程师，研究方向：现代农业，农产品加工。