基于田間攝像的多參數(shù)水稻土深松擾動行為與效應(yīng)研究
摘要：耕作機具的土壤擾動行為密切聯(lián)系土壤失效機理與耕作效應(yīng),是優(yōu)化耕作系統(tǒng)的重要依據(jù)。本研究通過土壤耕作原位綜合測試平臺開展單鏟深松試驗,從5個方位錄制深松視頻,同時配合使用微地貌測試、耕作阻力測試、EDEM仿真、深松擾動剖面土壤緊實度測試和深松理論檢驗,探究深松鏟入土角α和耕深D對水稻土深松擾動過程、土壤失效機理及深松效應(yīng)的影響。結(jié)果表明,攝像法提取的縱向碎土距離R、擾動寬度W及抬土高度H與α和D顯著相關(guān),可用于水稻土深松擾動行為的定量表述。攝像法顯示水稻土難以脆性斷裂,鏟兩側(cè)發(fā)生非對稱性土壤剪切失效。土壤沿曲柄攀升,抬土高度H隨α增大,隨D減小,表明深松鏟的設(shè)計參數(shù)和作業(yè)參數(shù)同時影響抬土能力。R隨對應(yīng)耕深范圍內(nèi)鏟的縱向水平長度L線性增加,W隨α線性增加。地表平整度S和擾動寬度W均在耕深20 cm時最大。深松土壤擾動行為的EDEM仿真從微觀層面再現(xiàn)了攝像法記錄的非對稱性失效、側(cè)向擠壓失效和深松新月形失效現(xiàn)象,表明該離散元模型用于解析水稻土深松力學(xué)的科學(xué)性。EDEM仿真進一步顯示出應(yīng)力集中區(qū)沿鏟尖與鏟柄破土刃周期性上下移動,同時也對鏟下方底層土造成擠壓。深松擾動剖面土壤緊實度等值線圖驗證了仿真過程中鏟尖下方形成的土壤壓實帶,并直觀展示出耕深30 cm時,犁底層土壤因側(cè)向擠壓流變形成的溝槽狀緊實壁面。本文結(jié)合田間原位攝像法的多參數(shù)測試研究可為深松鏟和耕作系統(tǒng)的優(yōu)化提供依據(jù)。
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