對各種施工機械復(fù)墾土壤顆粒的構(gòu)成進行分析,農(nóng)業(yè)工程論文不同的土壤因顆粒的組成、構(gòu)造和孔隙狀況不同，持水與持肥特征也不一樣匕1」。土壤粒徑分布強烈地影響著土壤的水力特性、土壤肥力狀況以及土壤侵蝕等，是重要的土壤物理特性之一。由于不同粒徑的土粒其理化性質(zhì)有所不同，因而土壤的粒徑分布在某種程度上決定了土壤的構(gòu)造和性質(zhì)，這在農(nóng)業(yè)利用中具有極其重要的意義團。國外很多研究表示清楚:當代復(fù)墾技術(shù)研究的重點應(yīng)是土壤因素的重構(gòu)，而不僅僅僅是作物因素的建立，為使復(fù)墾土壤到達最優(yōu)的生產(chǎn)力，構(gòu)造一個最優(yōu)的土壤條件是最基本的。在采煤塌陷地區(qū)進行土地復(fù)墾，大型機械的使用必然會擾動土壤，使復(fù)墾土壤的物理、化學(xué)和生物特性發(fā)生宏大的變化，造成復(fù)墾土壤嚴重壓實，導(dǎo)致土壤容重增加、構(gòu)造毀壞、質(zhì)地粘重、透氣性差、土壤團圓體構(gòu)造及數(shù)量發(fā)生變化，因而土壤環(huán)境發(fā)生了較大變化，嚴重影響土壤微生物量和活性，影響土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和存在方式，進而影響農(nóng)作物的正常生長，減少農(nóng)作物的產(chǎn)量。國外研究主要集中在土壤壓實后對土壤特性影響的方面:M.A.Hamza和W.K.Anderson進行土壤壓實對土壤有機質(zhì)和土壤微生物活性的影響研究，M.Pagliai等研究了不同的壓實程度對土壤孔隙度、透氣性、透水性的影響。國內(nèi)很多學(xué)者也對復(fù)墾土壤的理化性狀進行了大量研究，但在土壤壓實機理、不同施工機械壓實經(jīng)過對土壤顆粒的影響等方面研究較少。因而，本研究在大田條件下建造試驗區(qū)，對不同施工機械復(fù)墾土壤顆粒的組成進行分析，討論對應(yīng)土壤顆粒組成規(guī)律，探究出不同的施工機械臨界碾壓次數(shù)，對實際復(fù)墾工作的機械使用提供一定的參考。1試驗設(shè)計及樣品處理1.1試驗區(qū)自然條件試驗區(qū)設(shè)在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)南校區(qū)試驗田內(nèi)，地理位置是東經(jīng)117.080，北緯36.200。本地區(qū)屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候。四季分明，春季十燥多風(fēng)，夏季高溫多雨，秋季天高氣爽，冬季嚴寒少雪。多年平均氣溫13.2C，多年平均降水量803.7mm。1.2試驗設(shè)計試驗以國家自然科學(xué)基金為依托建立模擬試驗區(qū)，2018年7月在試驗區(qū)內(nèi)對煤礦區(qū)土地復(fù)墾的主要類型進行施工模擬。分別以建筑垃圾、粉煤灰、煤研石為填允材料，選擇2種復(fù)墾機械，分別為型號NT855-B280的履帶式推土機和東風(fēng)EQ3060型自卸汽車，模擬5次碾壓(1,3,5,7,9次)，以允填土壤灌水自然沉實作為對照，總計31塊樣地，試驗詳細設(shè)計如此圖1所示。1.3樣品處理采用winner2000激光顆粒儀對土壤樣品進行土壤顆粒組成分析。由于復(fù)墾表土為粉砂質(zhì)壤土，為了大范圍地把握試驗樣區(qū)的土壤顆粒組成狀況，量程設(shè)計為0^300pm。在土壤樣品進行上機測試之前，首先要過1mm篩，然后稱取0.3g放入20ml容量瓶中，參加0.25mol/I二草酸鈉5ml，參加蒸餾水定容到20ml。將容量瓶內(nèi)的全部溶液參加winner2000激光顆粒儀的加樣槽內(nèi)進行土壤顆粒粒徑的分析。2結(jié)果與分析2.1不同施工機械復(fù)墾土壤粒徑組成的變化土壤肥力水平的高低，除取決于大、小粒級微團圓體的本身作用外，它們的數(shù)量比也是一個非常重要的因素，由于在存在適當比例的大、小粒級微團圓體的情況下，持水與釋水、保蓄養(yǎng)分與釋供養(yǎng)分之問才能得到很好的協(xié)調(diào)。將不同復(fù)墾機械壓實的3種復(fù)墾材料的土壤顆粒組成進行統(tǒng)計分析，根據(jù)我們國家土壤質(zhì)地分類標準，2種施工機械下復(fù)墾土壤的顆粒組成變化如表1所示。由表1可知:對照耕地中粉粒(粒徑0.002-0.05mm)與砂粒(粒徑0.05一1mm)含量基本為1，且粉粒(粒徑0.002^0.05mm)含量中粗粉粒(粒徑0.O1-0.05mm)的含量比例較高，占粉粒(粒徑0.002-0.05mm)含量的3/5還多，細粉粒(粒徑0.002^0.005mm)與中粉粒(粒徑0.005^-0.O1mm)的含量則差不多，為標準的粉砂質(zhì)壤土。從表1中能夠明顯看出，隨著碾壓次數(shù)的改變，復(fù)墾土壤粒徑出現(xiàn)了明顯的變化特征，且出現(xiàn)一定的規(guī)律。總體來看，通過復(fù)墾碾壓土壤中砂粒含量減少，粉粒含量增加，粘粒含量始終為0。這是由于在碾壓的經(jīng)過中，由于受壓力的作用，土壤組成顆粒遭機械毀壞，砂粒被碾碎分裂為粉粒。采用不同的機械復(fù)墾，要接近天然正常的土壤粒徑組成，壓實次數(shù)是不同的。在自卸汽車復(fù)墾碾壓經(jīng)過中，砂粒含量先增加后減少，而其他顆粒則變化相對平穩(wěn)，究其原因可能是受壓力變化作用，土壤顆粒粘結(jié)后分裂。通過表2的類似度分析，在碾壓3次時土壤顆粒組成與對照耕地的類似度最高，到達U.9537,碾壓5次時的相關(guān)系數(shù)為U.9223，也相對較高，碾壓9次時土壤顆粒組成的相關(guān)性最低，為U.699U，故自卸汽車復(fù)墾碾壓3一5次時最接近正常土壤中各粒徑土壤含量比例，在碾壓次數(shù)超過5次后，砂粒含量急劇降低，影響土壤的透氣透水性能。在履帶式推土機復(fù)墾碾壓經(jīng)過中，細粉粒與中粉粒含量隨著碾壓次數(shù)的增加呈增長趨勢，而砂粒含量則逐步降低。通過表2的類似度分析，在碾壓5次時土壤顆粒組成與對照耕地的類似度最高，到達U.9945,碾壓7次時土壤顆粒組成的相關(guān)性最低，為U.6892，故自卸汽車復(fù)墾碾壓5次時最接近正常土壤中各粒徑土壤含量比例。2.2土壤顆粒均勻度變化分析土壤均勻指數(shù)是累計分數(shù)60%的顆粒所對應(yīng)的顆粒直徑和10%的顆粒所對應(yīng)的顆粒直徑的比值，常用來描繪敘述土壤質(zhì)地均-程度，即土壤是由截然不同的顆粒組成的，還是由比擬單一的，或由連續(xù)的、均勻的各種粒徑顆粒組成，假如完全由同樣大小的顆粒組成的土壤存在的話，其均勻指數(shù)是1。一般的，均勻指數(shù)越小，質(zhì)地越均一，分級良好的土壤的均勻指數(shù)也越大。綜合統(tǒng)計煤研石、粉煤灰、建筑垃圾3種不同填允材料的2種復(fù)墾機械壓實下的土壤均勻指數(shù)變化關(guān)系如此圖3所示。自卸汽車壓實復(fù)墾下，隨著壓實次數(shù)的增加，土壤顆粒均勻指數(shù)呈現(xiàn)W形變化。在壓實1次和壓實9次時的土壤顆粒均勻指數(shù)最高10.24)，即在這2個壓實次數(shù)的壓強范圍下土壤粒徑變化比擬大;在復(fù)墾壓實7次時土壤顆粒均勻指數(shù)最低為4.71，即在壓實7次時土壤顆粒均勻度比擬高，土壤組成顆粒比擬均一。究其原因，不難發(fā)現(xiàn)，固然壓實1次與9次的土壤顆粒均勻指數(shù)一樣，但原因是不同的。在復(fù)墾壓實1次的情況下，砂粒含量比擬高而細粉粒含量較低，高含量的砂粒起了決定作用，土壤質(zhì)地差異不同較大，故土壤均勻指數(shù)比擬大;在復(fù)墾壓實9次的時候，固然總體土壤質(zhì)地較均勻，細粉粒含量百分比升高，但是由于在粗粉粒粒徑范圍內(nèi)小粒徑顆粒含量較低，大粒徑顆粒含量高，所以造成了土壤均勻指數(shù)也比擬高;在復(fù)墾壓實7次時，細粉粒與中粉粒含量百分比相差不大，粗粉粒含量比擬高，砂粒含量明顯降低，土壤粒徑基本在粉粒粒徑范圍內(nèi)波動，故土壤質(zhì)地比擬均一，土壤顆粒均勻指數(shù)低。履帶式推土機壓實復(fù)墾下，隨著壓實次數(shù)的增加，土壤顆粒均勻指數(shù)呈現(xiàn)倒v形變化，即隨著壓實次數(shù)的增加，土壤顆粒均勻指數(shù)先增加后減少。在壓實5次的時候土壤顆粒均勻指數(shù)是最高的，指數(shù)值與自卸汽車復(fù)墾1次，9次壓實下的土壤顆粒均勻指數(shù)是基本一樣的;在壓實9次時，均勻指數(shù)4.71，為最低。這是由于，隨著壓實次數(shù)的增加，在到達臨界5次時細粉粒含量一直是增加的，使到達10%的顆粒所對應(yīng)的顆粒直徑值減小，而累計分數(shù)60%的顆粒所對應(yīng)的顆粒直徑變化又很小，故土壤顆粒均勻指數(shù)一直增加;而復(fù)墾壓實5次以后細顆粒含量增加明顯，大顆粒含量減少，土壤質(zhì)地越來越均一，故土壤顆粒均勻指數(shù)又逐步降低。2.3復(fù)墾土壤物理性粘粒分析，在實際應(yīng)用時，常將1-0.O1mm的顆粒稱為物理性砂粒，把0.O1mm的顆粒稱為物理性粘粒。物理性砂粒一般無可塑性和脹縮性，物理性粘粒則有明顯的可塑性和脹縮性，但無透水性，吸濕力、保肥力和粘結(jié)力等都有突躍性增加.呂〕。試驗中十分對不同復(fù)墾機械的土壤顆粒在物理性粘粒的百分含量做了重點分析。2.3.1自卻汽車復(fù)墾土壤物理性粘粒分析如此圖4所示，自卸汽車復(fù)墾的土壤，土壤顆粒組成呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，固然填允材料不同，但是總體變化趨勢是一樣的。隨著碾壓次數(shù)的增加，土壤顆粒物理性粘粒含量總體上與碾壓次數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，且隨著土壤顆粒粒徑的增加，各土壤粒徑百分含量先增后減。3種填允復(fù)墾形式下，粒徑都是在5.86pm處為波峰，是物理性粘粒中含量的最高值，含量百分比在3.080^-10.89%之問，在以煤研石作為填允材料的復(fù)墾方式下碾壓9次時到達最高值10.890。在粒徑4.83^-7.11m之問，土壤各粒徑土粒受碾壓次數(shù)的影響較大，同時在這里粒徑范圍內(nèi)，土壤顆粒含量也是最高的。在粒徑3.28pm和粒徑8.64pm的范圍內(nèi)，土壤顆粒組成比擬穩(wěn)定，土壤質(zhì)地受碾壓次數(shù)的影響較小，在煤研石作為填允材料的復(fù)墾方式下，即便碾壓9次，其顆粒組成差值最大才不過相差2.3400。并且由圖4能夠看出，機械碾壓對土壤物理性粘粒的影響主要集中在4.83^-7.11m范圍內(nèi)。通過圖4不難發(fā)現(xiàn)，不管是哪種復(fù)墾方式，在物理性粘粒范圍內(nèi)粒徑組成碾壓3次與對照耕地最為接近，即碾壓3次到達對照耕地的物理性粘粒水平。碾壓3次后增加碾壓次數(shù)可能會導(dǎo)致土壤壓實度過高，影響作物生長。因而采用自卸汽車復(fù)墾碾壓次數(shù)最好控制在3次以內(nèi)。2.3.2履帶式推土機復(fù)墾土壤物理性粘粒分析以煤研石作為允填材料的復(fù)墾方式下的土壤質(zhì)地變化曲線與其他2種復(fù)墾方式的變化趨勢是不同的，進行1次碾壓土壤物理性粘粒的含量百分比大于對照耕地，且在5.86pm粒徑的波峰處土壤顆粒含量為6.5800。究其原因，可能是由于履帶式推土機與地面的接觸面積較大，同時由于機械較沉產(chǎn)生壓強差大，加之復(fù)墾土壤底部填允的是煤研石，質(zhì)地較硬，1次碾壓造成土壤中物理性粘粒的百分含量增加。其他2種復(fù)墾方式下，隨著碾壓次數(shù)的增加，土壤顆粒物理性粘粒含量總體上是與碾壓次數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系的，且變化規(guī)律與自卸汽車碾壓下的變化規(guī)律一樣，即各土壤粒徑百分含量先增后減，在物理性粘粒范圍內(nèi)粒徑組成碾壓5次與對照耕地最為接近，即碾壓5次到達對照耕地的物理性粘粒水平。3種填允復(fù)墾形式下，粒徑都是在5.86pm處為波峰，是物理性粘粒中含量的最高值，含量在2.09%一12.20%之問，在以煤研石作為填允材料的復(fù)墾方式下碾壓9次時到達最高值12.200。比照自卸汽車碾壓復(fù)墾下，機械碾壓對土壤物理性粘粒的影響范圍要大，尤其是以粉煤灰作為填允材料的復(fù)墾方式下的變化趨勢表現(xiàn)更為明顯，履帶式推土機碾壓影響范圍集中在3.98^8.64pm范圍內(nèi)。3結(jié)論(1)復(fù)墾中通過1,3,5,7,9次機械碾壓，不同的復(fù)墾機械作用下，土壤各粒徑中砂粒(粒徑0.05^-1mm)含量減少，粉粒(粒徑0.002^0.05mm)含量增加，顆粒組成有細化現(xiàn)象。(2)通過土壤組成顆粒類似度分析，自卸汽車復(fù)墾碾壓3次時土壤中各粒徑的含量比例與對照耕地的類似度最高，在碾壓次數(shù)超過3次后，砂粒含量急劇降低，影響土壤的透氣透水性能。履帶式推土機復(fù)墾碾壓5次時土壤中各粒徑土壤的比例與對照耕地的類似度最高。(3)自卸汽車復(fù)墾，隨著壓實次數(shù)的增加，土壤顆粒均勻指數(shù)呈現(xiàn)W形變化。碾壓1次和碾壓9次土壤顆粒均勻指數(shù)最高為10.240履帶式推土機復(fù)墾，隨著壓實次數(shù)的增加，土壤顆粒均勻指數(shù)呈現(xiàn)倒V形變化，均勻指數(shù)最低為4.710。4)2種機械復(fù)墾的土壤物理性粘