水稻土深松阻力与土壤扰动效果研究

丁启朔 葛双洋 任 骏 李毅念 何瑞银

(南京农业大学工学院， 南京 210031)

水稻土深松阻力与土壤扰动效果研究

丁启朔 葛双洋 任 骏 李毅念 何瑞银

(南京农业大学工学院， 南京 210031)

为探讨机械深松过程的水稻土扰动、土壤结构及能量的效应，利用原位土壤耕作综合测试平台进行精准控制条件的深松试验，采用凿形铲，设置5种耕作深度(10、15、20、25、30 cm)，从耕作阻力及比阻、土壤宏观扰动轮廓、土壤破碎体尺度分布指标综合评价水稻土深松作业的效果。结果表明，深松耕作阻力与耕作深度符合二阶函数拟合的递增关系。耕深20 cm时，深松铲对土壤扰动程度最大，地表隆起、开裂和纵向起伏程度最强，此时土壤隆起高度、隆起宽度、横剖面扰动面积、平均土块径均达到最大值，分别为16.3 cm、42.2 cm、0.030 5 m2、28.77 cm，耕作比阻则相对较低，为62 kN/m2；然而在耕深超过20 cm之后，深松铲的土壤扰动效果显著降低，地表隆起、开裂和纵向起伏程度减弱，土壤隆起高度、隆起宽度、横剖面扰动面积、平均土块径数值均明显减小，耕深30 cm时分别降至10.3 cm、31.2 cm、0.026 8 m2、19.12 cm，相比耕深20 cm降幅分别为36.8%、26.1%、12.1%和33.54%，而此时耕作比阻急剧增大至195 kN/m2，相比耕深20 cm增幅高达214.5%。因此，在水稻土条件下，耕作深度20 cm时能够获得最佳的土壤扰动、土壤结构及耕作能量的综合效应。

水稻土； 深松； 土壤扰动； 耕作阻力

引言

合理的耕作系统能够改善耕层土壤结构、调节土壤三相比例、协调土壤的水肥气热关系并为作物生长发育创造良好的环境和条件[1-7]。机械耕作引起的土壤物理状态变化及其效应的定量是耕作系统机理研究的重要内容[8]，也是优化耕作部件设计、选择最佳耕作方式、指导田间耕作管理的重要理论依据[9-10]。

机械化深松是目前广泛应用的保护性耕作方式，该耕作系统利用深松铲疏松土壤、加深耕层而不翻转土壤、降低土壤容重、提高蓄水能力，促进作物的根系生长并提高作物产量[11-12]。深松铲与土壤的作用机理属于窄齿类触土部件的力学范畴，近年来围绕深松铲的几何设计、仿生设计研究形成了大量的成果[13-18]。在深松作业的机理研究方面多使用2类评价指标：深松部件的阻力特性和耕后土壤结构(包括宏观松土结构和土壤松碎状况)[19-21]，分别涉及深松作业的不同方面，如土壤的宏观扰动轮廓和阻力的关系[22]、铲宽及作业参数(速度、耕深等)对耕作阻力的影响[23]、基于土壤扰动质量的深松机具评价指标(土壤硬度变化系数、土壤体积膨松系数、单位松土带宽度耕作阻力系数和土壤相互扰动系数等)[24]、振动型深松机的扰动剖面特征[15]、以土壤隆起及开裂等指标进行的不同铲型深松机碎土质量评价[20]等。

然而，不同的土壤条件引起的深松铲受力及耕后土壤扰动状态完全不同[21,25]，进而决定了某一个土壤条件的研究成果并不能普遍应用于其他土壤条件。另外，多数研究工作是在室内土槽的重塑土条件下完成的[22-24]，测试过程无法体现田间真实土壤的结构性及特有的约束条件。因此，针对具体的土壤类型及轮作制度的深松研究是完善保护性农业理论和实践的一个重要方面。

稻麦轮作制是广泛分布于长江中下游的高产种植制度，覆盖面积高达1 300万hm2[26]，周年理论产量高达21 t/hm2[27]。然而该轮作制的周年干湿交替、水旱轮替耕作、稻麦根系的低效穿插及不良水肥运筹等导致水稻土特殊的结构状态和耕作力学属性。研究发现长期以旋耕代替深耕造成水稻土耕层变浅、土壤硬化严重、孔隙率低、机械阻力增大等问题[7,28-33]，虽然水稻土的机械深松能够有效提升土壤物理质量，但湿粘型水稻土的深松作业十分困难[34]，这也是南方水田制度难于开展深松推广的根本原因之一。

目前针对水稻土的机械化深松研究已开始探讨水稻土的机械深松作业的适应性等问题[35]。然而水稻土的机械化深松过程的土壤结构变化、耕层构造及扰动剖面响应状况、深松的能效、适宜深松深度、最佳深松作业参数等指标都缺乏相应的理论依据。因此，本文拟利用最新研发的土壤耕作原位综合测试平台[36]对水稻土的机械化深松进行精准控制试验，探讨水稻土在机械深松过程的土壤扰动、土壤结构及能效特征，为水稻土条件的合理深松机械设计及耕作技术提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

田间试验于2015年12月水稻收获后进行，试验地点位于南京市六合区八百桥试验田(118°59′E，31°98′N)，地势平坦，土壤类型为壤质粘土，该地区常年稻麦轮作。土壤pH值7.6，土壤砂粒、壤粒、黏粒、有机物质量分数分别为24.06%、40.39%、35.55%和2.27%，液限41.94%，塑限25.18%。0～50 cm土层土壤容重、含水率、总孔隙度见表1。试验前进行人工地表清茬。

表1 0～50 cm土层基础物理参数
Tab.1 Basic physical properties in 0～50 cm soil layer

土层深度/cm容重/(g·cm-3)含水率/%总孔隙度/%0～51.2535.6952.665～101.2634.8552.4110～151.3233.4050.1115～201.5325.4342.3420～251.5623.6841.1125～301.5624.8941.2430～351.5624.4541.0735～401.5624.1341.0040～451.5924.0440.1145～501.6423.3138.16

1.2 试验方法

所用深松铲类型为凿形深松铲，采用单因素试验方法，设置5种耕作深度：10、15、20、25、30 cm，牵引速度均控制在0.1 m/s，使用单铲进行耕作试验。

图1 土壤耕作原位综合测试平台结构图Fig.1 Schematic of in-situ experimental platform1.牵引电动机 2.控制柜 3.链条 4.信号拖链 5.台车机构6.升降电动机 7.台车导轨 8.电源拖链 9.信号终端计算机10.移动导轨

为保证田间试验的可靠性，在最新设计的土壤耕作原位综合测试平台[36](图1)上进行深松耕作试验。试验台架基本参数为：长度8 m，宽度1.8 m。耕作时由功率为4 kW牵引电动机提供动力，牵引测试台车(图2)整体向前、向后移动。控制柜可调节牵引电动机转速和转向，从而调节台车移动速度和移动方向。深松铲悬挂于台车下方的升降悬架上，升降悬架与升降丝杆连接，由升降电动机带动丝杆上下移动，从而达到精准调节耕深的目的。台车前、后各装2个拉压力传感器，工作时，数据采集卡采集传感器信号，通过信号线传输至终端计算机内，可实时动态监测并记录耕作阻力数据。台架4个柱脚下方铺设导轨，4个0.75 kW的升降电动机控制柱脚内部万向轮伸出或收起，从而实现台架在田间横向和纵向移动。

图2 台车结构图Fig.2 Schematic of moving car1.升降丝杆 2.升降电动机 3.移动悬架 4.深松铲 5.升降悬架 6.拉力传感器 7.信号采集柜 8.导向柱

每次测试的有效深松行程为5 m，去除前后各1 m的非稳定工作区，取中间3 m为试验数据采集和土壤扰动质量测试区。每次深松后试验台横向移动2 m再进行下一次深松作业，以防止扰动区域相交或试验台不良扰动对下一次测试的破坏。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 耕作阻力及比阻

试验台内部台车前、后各安装2个LKL-101/1T型拉压力传感器，分别编号：前1(f1)、前2(f2)、后1(r1)、后2(r2)，耕作阻力F=Ff1+Ff2-(Fr1+Fr2)，利用Excel 2010软件进行信号处理，得出原始耕作阻力波动曲线(图3a)，对原始数据进行滤波处理后(图3b)，截取波动稳定段并求其平均值，作为相应耕作深度下的耕作阻力，并由此计算耕作比阻(耕作阻力与扰动截面积比值)[37]。

图3 耕作阻力波动曲线Fig.3 Wave curves of tillage iraction

1.3.2 土壤宏观扰动轮廓

根据田间试验观测到的具体情况，并参考前人研究方法[20,22-23,38]，将深松后土壤宏观扰动轮廓分为：横剖面、俯视平面、纵向地表起伏，绘制简易轮廓图(图4a、图5)，并规定适当的几何参数，以此来反映不同耕作深度下的土壤宏观扰动轮廓变化规律。

图4 横剖面扰动轮廓Fig.4 Disturbed profile of cross-section

图5 俯视平面扰动轮廓Fig.5 Disturbed profile from plan view

图6 土壤轮廓测量仪结构图Fig.6 Schematic of soil profile meter1.底架 2.水平移动架 3.读数面板 4.测量钢纤 5.抬针栅条

图7 纵向地表起伏测量Fig.7 Test of earth’s surface smooth in lengthways direction

利用卷尺和自制的土壤轮廓测量仪(图6)测量土壤宏观扰动轮廓。土壤轮廓测量仪主要参数为：长3 m，宽1.2 m，钢钎间隔10 mm，钢钎总数100个，测量高度范围为-450～400 mm。深松耕作后，土壤轮廓测量仪钢钎沿深松沟横向放置(图4b)，测量土壤隆起轮廓和对应的扰动边界轮廓，两者合并组成土壤剖面扰动轮廓；利用卷尺手工测量俯视平面的地表裂纹以及扰动土垡取出后的俯视剖面轮廓参数，每项参数取5次重复；土壤轮廓测量仪钢钎纵向放置(图7)，测量纵向地表起伏情况，为防止钢钎全部落入隆起裂缝中，钢钎排列向深松沟两侧偏离5～10 cm，总测量长度2 m。

1.3.3 土壤破碎体尺度分布

每次5 m深松行程完成后，取数据测量区域内的2 m进行土壤取样。沿着裂纹方向用双手缓慢取出大尺度土垡，平放于海绵垫上，利用卷尺测量土垡直径。然后收集深松沟内的小尺度土壤破碎体，进行筛分，筛孔直径分别为64、32、16、8 mm。对留在64 mm孔筛内的土块再次手工测量土块直径，其他孔筛内土壤以孔筛分级区间上、下限的算术平均值作为其土块直径[39]，依次为48、24、12 mm，0～8 mm土壤粒径默认为4 mm。所有土块自然风干3 d后称量，计算平均土块径[40]和质量分形维数[41]，公式为

(1)

式中D——平均土块径di——土块粒径mi——对应粒径的土块质量

(2)

式中dj——筛分孔径dmax——最大土块粒径M(δ

2 结果与分析

2.1 耕作阻力及比阻

耕作阻力在一定程度上反映了实际耕作中的拖拉机功率消耗情况[42]。图8a展示了耕作阻力与耕作深度的拟合关系曲线，回归函数与试验数据拟合的决定系数R2=0.991 8，拟合可靠。耕作阻力y与耕作深度x满足二阶函数拟合关系：y=0.009 4x2-0.16x+1.503 9。从图中可以看出，耕作阻力随着耕作深度增大而增大，并且耕作深度越大，增长速度越快，这与IBRAHMI等[43]、齐关宇等[44]的研究结果相一致。以上结果与水稻土土层性质变化有关(表1)，即随着耕作深度的增加，土壤容重逐渐增大，孔隙度逐渐减小，土壤愈加紧实，且土壤扰动量增加，从而工作阻力迅速增大[44-45]。

对于耕作系统的优化来说，仅知道耕作阻力是一方面，更重要的是耕作比阻信息(耕作阻力与扰动面积比值)[37]，耕作比阻能更全面地反映机具耕作效率[9]。图8b展示了耕作比阻随着耕作深度的变化趋势。从图中可以看出，耕作比阻随着耕作深度变化缺乏规律性，当耕深为10、15、20 cm时，耕作比阻呈平缓的线性增长趋势，比阻在50 kN/m2水平。然而当耕深增大到25、30 cm时，耕作比阻急剧增大，分别达192、195 kN/m2，相比耕深20 cm增幅依次为209.7%和214.5%。水稻土条件下深松耕作比阻呈现这一变化特征的原因是，当耕深不超过20 cm时，土壤容重较低、孔隙度较大、土壤较为松散、易于松动，耕作阻力随耕深增长的同时土壤扰动面积S也成比例增长(表2)，因此耕作比阻稳定在相对较低水平；但当耕深超过20 cm后，土壤容重增大、孔隙度减小、土壤变得紧实、不易于松动，耕作阻力随耕深大幅增长，但土壤扰动面积S却没有相应比例地增长，甚至会出现下降现象，因此造成耕作比阻急剧增大，耕作能效显著降低，无法保证深松作业的经济性。因此，在只考虑能量投入和土壤扰动程度的情况下，本文水稻土条件下的深松耕作深度应该控制在20 cm左右。

图8 不同耕深下耕作阻力和耕作比阻的变化曲线Fig.8 Changing curves of tillage traction and specific traction at different tillage depths

耕作深度H/cm垄起宽度W/cm裂缝宽度W1/cm扰动宽度W2/cm沟槽宽度W3/cm垄起高度H1/cm临界深度H2/cm扰动面积S/m21026.49.026.311.70.01681535.013.232.715.30.02722042.221.929.12.616.315.20.03052537.410.122.92.511.314.80.01753031.213.724.12.510.314.80.0268

2.2 土壤宏观扰动轮廓

2.2.1 横剖面扰动轮廓

以往研究表明，深松铲耕作时存在扰动临界深度[46]，当耕深小于临界深度时，土壤向前、向上、向两侧移动，形成新月形破坏区；当耕深超过临界深度时，临界深度下方土壤只向前、向两侧移动，由新月形破坏区转变为侧向破坏区，此深度下方发生更多的是铲具对土壤的挤压，而不是有效松土(图9)[45, 47-49]。本文研究也同样发现这一规律，由图10所示的不同耕作深度下的土壤横剖面扰动轮廓可知，耕深为20、25、30 cm时，横剖面扰动轮廓存在扰动临界深度，大致位于15 cm深度处。深松铲耕作过程中，临界深度以上土壤被扰动且向两侧抬起，中间形成裂缝，地表以上呈“山峰状”的隆起形态，扰动边界呈“上宽下窄”的扇形；而临界深度下方土壤则受深松铲侧向挤压作用，形成宽度与铲宽大致相等的矩形沟槽。因此当耕深小于或接近临界深度时，扰动边界轮廓整体呈“扇形”状；当耕深大于临界深度时，扰动边界轮廓则整体呈“漏斗”状。

图9 深松土壤扰动示意图Fig.9 Schematic of soil failure produced by subsoiler tines

图10 不同耕深下土壤横剖面扰动轮廓Fig.10 Profiles cross-sections of soil at different tillage depths

深松铲入土深度的变化造成了整体剖面轮廓形态的变化，同时也造成了隆起参数和扰动边界参数的变化。表2展示了深松后横剖面扰动轮廓各项参数情况，从表中数据可以看出，地表以上的垄起高度H1、垄起宽度W、裂缝宽度W1均随着耕深的增大整体呈“先增大后减小”的趋势，均在耕深20 cm时达最大值；地表处的扰动宽度W2于耕深15 cm时最大，耕深20 cm次之，但差别不大；地表下方的土壤扰动面积S随着耕深增大同样呈现“先增大后减小”的趋势，于耕深20 cm时达最大值0.030 5 m2，耕深25 cm时扰动截面积相比耕深20 cm不升反降，只有0.017 5 m2。

以上分析表明，水稻土条件下深松耕作深度对深松铲的松土、抬土能力有着较大影响。当耕深超过临界深度(15 cm左右)时，土壤破坏失效模式发生改变，由临界深度上方的新月形破坏失效转变成临界深度下方的侧向破坏失效。这一临界深度位置可能与水稻土犁底层的位置有关。由表1数据可知，犁底层同样处于15 cm左右深度处，此深度附近土壤物理性质发生剧烈变化，15～20 cm土层相比10～15 cm土层容重增加15.9%、孔隙度降低15.5%、含水率降低23.9%，犁底层下方土壤相比上方耕层土壤更加紧实，难以被松动、抬升，只能受到深松铲的侧向挤压破坏。总体上，深松铲的整体土壤扰动能力在耕深20 cm时达到最大，此时地表隆起程度和土壤扰动量均达到最大值。但耕深超过20 cm后，深松铲更多部分处于临界深度下方，形成对土壤侧向挤压而不是有效松土，整体土壤扰动能力减弱，地表隆起程度下降，土壤扰动量减少。因此在本文水稻土条件下，为获得最大土壤扰动效果，深松铲耕作深度应在20 cm左右。

2.2.2 俯视平面裂纹及剖面扰动轮廓

深松耕作后，地表形成裂纹，沿前进方向左右交替分布(图5a)，这与GODWIN等[50]研究结果相一致。将扰动土垡取出后，俯视剖面两侧的扰动边界呈平行的曲线波动形态(图5b)。而在LISOWSKI等[51]的土槽试验中，扰动土壤取出后深松铲两侧的扰动边界呈平行的直线形态。因此，在高含水率的水稻土条件下，土壤团粒间粘性较大，深松铲对两侧的土壤难以进行同步的扰动破坏，而是沿前进方向左右交替依次进行，沿前进方向形成独特的曲线波动的扰动边界形态。

表3展示了俯视平面裂纹及剖面扰动轮廓参数。裂纹长度a和裂纹宽度b反映了深松铲前进过程中的表层土壤破裂程度，裂纹间隔c和波峰间隔d反映了深松铲完成一次左右交替扰动的间隔长度。从表中数据可以看出，深松铲入土深度对地表破裂程度和扰动间隔均存在影响。随着耕作深度的增大，裂纹长度a和裂纹宽度b均呈现“先增大后减小”的趋势，均于耕深20 cm时达到最大值，耕深15 cm次之，耕深超过20 cm后均大幅下降；裂纹间隔c和波峰间隔d均在耕深15 cm时达最大值，耕深20 cm次之，且耕深超过20 cm后同样出现大幅下降现象。

表3 俯视平面裂纹及剖面轮廓参数Tab.3 Properties of cracks and profiles from plan view cm

以上分析表明，当耕深不超过20 cm时，深松铲对土壤的扰动能力随入土深度增大而逐渐增大，左右交替扰动间隔长，地表破裂程度大，扰动充分。然而，当耕深超过20 cm后，深松铲对土壤的扰动能力大幅下降，左右交替扰动间隔缩短，地表破裂程度下降，扰动不充分。

2.2.3 纵向地表起伏

由前文得知，深松后地表土壤隆起，且在前进方向上深松铲对土壤的扰动是左右交替依次进行，因此纵向的土垡垄起排列呈现一定的起伏波动状态(图11)。从图中可以看出，耕深15、20 cm时，地表高低起伏剧烈，波动间隔大。但耕深达到25、30 cm时，地表高低起伏程度急剧减弱，波动间隔有所减小。总体上，随着耕作深度的增加，地表起伏剧烈性也大致呈“先增大后减小”趋势，耕深20 cm时达最大程度，耕深超过20 cm后则急剧下降。

以上结果与横剖面扰动轮廓、俯视平面裂纹及剖面扰动轮廓的研究结果相吻合。在土层20 cm深度内，土壤容重相对较低，孔隙度较大，含水率较高，土壤松散且易于松动、抬升，深松铲入土深度的增加导致土壤扰动量的增加，地表破裂程度加剧，土壤隆起增高，深松铲对土壤扰动能力增强，从而导致纵向地表起伏剧烈性增大。然而，当耕作深度超过20 cm后，深松铲更多部分处于临界深度下方紧实且不易于松动、抬升的土壤中，深松铲对土壤扰动能力有所减弱，土壤扰动量减少，地表破裂程度减弱，土壤隆起降低，从而导致纵向地表起伏程度较小。

图11 不同耕深下纵向地表起伏情况Fig.11 Earth’s surface smooth of different tillage depth in lengthways direction

2.3 土壤破碎体尺度分布

对土壤破碎体(或土块)进行尺度分析，是土壤宏观力学结构研究的基本内容之一[52]。平均土块径从整体上反映了耕作后的土块大小[40]，质量分形维数则是对土壤破碎体的定量描述[53]。机械耕作后，质量分形维数越大，土壤破碎程度就越高，平均土块径越小；质量分形维数越小，土壤破碎程度就越低，平均土块径越大[54]。本文水稻土深松耕作后，土壤破碎体粒径主要分布在10～40 cm区间(质量分数大于50%)(图12)。随着耕作深度的增加，粒径大于20 cm的土壤破碎体质量分数先增大后减小，耕深20 cm时达最大值78.37%，耕深30 cm时最小，为38.80%；平均土块径先增大后减小(表4)，耕深20 cm时达最大值28.77 cm，耕深30 cm时达最小值19.12 cm，降低33.54%；质量分形维数于耕深20 cm时达最小值1.75，耕深10 cm时达最大值1.97。

图12 土壤破碎体径级分布Fig.12 Relative size distribution of soil clods by weight

以上结果表明，在土层20 cm深度内，随着耕作深度的增加，深松扰动后大尺度土壤破碎体比例上升，平均土块径增大，质量分形维数降低，整体破碎程度下降；但耕深超过20 cm后，大尺度土壤破碎体比例下降，平均土块径减小，质量分形维数增大，整体破碎程度升高。这是因为，在水稻土土层20 cm深度内，耕作深度的增加导致了土壤扰动量的增加，更多土壤被松动、抬升，但由于水稻土的湿粘性，被扰动土壤不易破碎，仍能保持较大的土垡结构，因此深松后的土壤破碎体尺度逐渐增大，整体破碎程度下降；当耕深超过20 cm后，深松铲更多部分处于临界深度(15 cm左右)下方，形成对土壤侧向挤压而不是有效松土，土壤扰动量减少，被松动、抬升起的土壤也相应减少，土垡结构尺度下降，因此深松后形成的土壤破碎体尺度较小，整体破碎程度较高。

表4 不同耕深下的平均土块径和分形维数
Tab.4 Mean diameters of soilDand mass fractal dimensionDm

耕作深度H/cm1015202530平均土块径D/cm20.9528.2228.7719.3219.12质量分形维数Dm1.971.841.751.911.79

3 结论

使用土壤耕作原位综合测试平台针对南方稻麦轮作制开展机械深松的定量化研究表明，水稻土条件的深松作业对土壤扰动、土壤结构及耕作用能的影响特征如下：

(1)深松耕作阻力随耕作深度的增大而增大，且两者呈二阶函数拟合关系：y=0.009 4x2-0.16x+1.503 9，决定系数R2=0.991 8，拟合关系可靠。

(2) 深松铲对土壤的扰动程度随着耕作深度的变化而变化，整体呈“先增大后减小”的趋势。在土层深度20 cm内，随着耕作深度的增加，土壤扰动量逐渐增加，破碎体尺度增大，地表隆起、开裂以及纵向起伏程度加剧，整体扰动程度增大；当耕深超过20 cm后，深松铲更多部分处于临界深度(15 cm左右深度处)下方，土壤扰动量变少，破碎体尺度减小，地表隆起、开裂以及纵向起伏程度减弱，整体扰动程度下降。

(3) 耕深20 cm时，土壤扰动量最大，耕作比阻处于相对较低水平。但当耕深超过20 cm后，土壤扰动量减少，但耕作阻力仍大幅增长，耕作比阻急剧增大，能效大大降低。因此，在仅考虑耕作能效和土壤扰动程度的前提下，水稻土条件下深松最佳耕作深度在20 cm左右，但此时土壤结构尺度大，破碎程度低，地表平整性较差，因此后期应配合旋耕或耙地等整地措施，以便于后期作物播种。

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Characteristics of Subsoiler Traction and Soil Disturbance in Paddy Soil

DING Qishuo GE Shuangyang REN Jun LI Yinian HE Ruiyin

(CollegeofEngineering,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210031,China)

Optimization of tillage system for paddy soil requires a precise quantification of soil disturbance, soil structure and tillage energy efficiency. An in-situ tillage test plateform was applied for precise control on the working parameters of a subsoiler, which was a chisel design and was evaluated in five depths (i.e., 10 cm, 15 cm, 20 cm, 25 cm and 30 cm). Traction, specific resistance, disturbed soil profile and soil fragment distribution were measured to evaluate the performance of the subsoiler. Results showed an increased traction with respect to the engaging depth, which satisfied a second-order equation. In the 20 cm tilling depth the degree of soil disturbance, soil surface humping, soil cracking and longitudinal humping were found the maximum. The bumping height, width, disturbed area of soil profile, mean weight diameter were 16.3 cm, 42.2 cm, 0.030 5 m2and 28.77 cm, respectively. Specific resistance in this depth was the minimum, i.e. 62 kN/m2. When surpassing 20 cm depth, the bumping height, width, disturbed soil profile area, mean weight diameter were significantly decreased, which were 10.3 cm, 31.2 cm, 0.026 8 m2and 19.12 cm, respectively, for the 30 cm depth. Compared with the 20 cm depth, these parameters were decreased by 36.8%,26.1%,12.1% and 33.54%, respectively. Meanwhile, the specific resistance was 195 kN/m2for the 30 cm depth which was increased by 214.5% compared with 20 cm depth. In considerating the overall effect of tillage-induced soil struction,soil tilth quality and energy use efficiency, tilling the paddy soil into 20 cm provided the best results.

paddy soil; subsoiler; soil disturbance; tillage traction

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.01.007

2016-06-01

2016-06-25

国家重点研发计划项目(2016YFD0300900)和江苏省农机基金项目(201-051028)

丁启朔(1968—)，男，教授，博士生导师，主要从事土壤耕作力学研究，E-mail: qsding@njau.edu.cn

S222

A

1000-1298(2017)01-0047-10