一种利用紧实度判断土壤耕层质量及其优化方法

摘要

本发明公开了一种利用紧实度判断土壤耕层质量及其优化方法，包括步骤一，获取土壤紧实度数据；步骤二，数据处理得到土壤耕层深度：步骤三，判断土壤耕层质量；步骤四，优化土壤耕层质量。本发明中利用土壤紧实度进行阶段式线性回归，做出耕层紧实度曲线，找到土壤紧实度拐点，根据曲线特征判断土壤质地，由厚度和质地判断耕层质量；本发明方法在实际的生产中操作简便，可操作性强，具有可重复性，速度快；本发明能够对土壤耕层位置进行客观的判断，并根据土壤耕层质量的判断结果，可对土壤耕层质量进行优化，土壤耕层质量优化主要为肥力和耕作频度，为农作物的种植提供科学指导。

说明书

技术领域

本发明属于农业技术领域，涉及一种利用紧实度判断土壤耕层质量及其优化方法。

背景技术

耕层是人类利用工具栽培作物，对土壤进行扰动的深度层，是能协调水、肥、气、热，满足作物生长发育需求的土层；土壤耕层一方面富集了土壤主要的肥力，另一方面也是土壤根系的主要集中部分；把土表面0～20cm这个垂直厚度作为土壤的耕层厚度；具体研究时可以根据实际情况确定土壤的耕层厚度。

目前关于土壤耕层厚度没有明显划分规则，专家认为区分土壤耕层主要有两个出发点：一是土壤肥力，二是土壤的根系长度；而与这两个出发点紧密相关的测定参数为土壤紧实度，土壤紧实度的大小可影响作物根系的穿孔和生长，是一个重要的土壤物理特性指标，用于评价土壤耕性。

土壤紧实度又叫土壤硬度或土壤坚实度或土壤穿透阻力；一般用金属柱塞或探针压入土壤时的阻力表示(单位为Pa)；紧实的土壤可阻止水分的入渗，降低化肥的利用率，影响植物根系生长，导致作物减产，而松散的土壤利于水分渗入，提高化肥的利用率，利于植物根系生长，因此土壤紧实度可预测土壤承载量、耕性和根系伸展的阻力。

土壤紧实度是土壤物理质量最基础、最重要的指标，受到人们长期广泛的关注，目前土壤紧实度等物理指标常用来判断土壤压实程度以及压实层的位置，但没有量化判断耕层的位置的具体方法；而研究表明耕层对于作物的生长、产量具有重要意义；因此，构建合理、简单的利用土壤紧实度直接判断土壤耕层的方法对我国农业的发展具有重要意义。

发明内容

本发明解决的技术问题为土壤紧实度等物理指标常用来判断土壤压实程度以及压实层的位置，而利用土壤紧实度判断耕层位置的研究甚少，本发明目的在于构建一种快速、便捷、直接量化判断土壤耕层所在位置的方式方法，分析并优化土壤耕层质量，为作物栽培提供理论依据和基础。

本发明采用的技术方案如下：

一种利用紧实度判断土壤耕层质量及其优化方法，具体步骤如下：

步骤一，获取土壤紧实度数据：

利用美国SPECTRUM 6120土壤紧实度仪在耕地田间采集0-45cm深度的土壤紧实度，土壤紧实度仪自动记录土壤深度以及土壤紧实度数据，每间隔2.5cm读取1个数值；并在这块耕地重复多次测试，记录数值绘制成表格；

步骤二，数据处理得到土壤耕层深度：

将步骤一所得表格数据通过计算机软件Excel 2010进行数据分析，并制得离散图，得到两段式线性方程如下所示：

y

y

其中，X轴表示土壤紧实度，Y轴表示土壤深度，m

C点以上即为耕层，地面距离C点高度就是耕层厚度；当C点高于突变点20kg/cm

步骤三，判断土壤耕层质量：

根据步骤二所得离散图的曲线运行轨迹和拐点弯曲程度，判断土壤质地、土壤均匀程度、犁底层厚度和犁底层的紧实度；

步骤四，优化土壤耕层质量：

计算施肥量并对于施肥量进行建议；以适宜作物根系生长的深度对于耕作频度进行建议。

步骤二中，当紧实度值低于突变点数值20kg/cm

步骤三中判断土壤耕层质量具体方法是，紧实度值小，且拐点曲线平滑，则耕层质地均匀，这类土壤疏松透气，适耕性好，作物根系发育快，根系多，有利于作物高产，是高质量耕地；坚实度大且曲线弯曲大拐点锐度大，则耕层土壤粘重致密，不利于根系下扎和发育，需要多次耕作改良。

步骤四中对于耕作频度的具体建议是，耕层深度大，说明熟化程度高，耕作频繁，建议少耕，耕层深度小，说明土壤熟化程度小，深耕次数少，建议多耕。

步骤四中，适宜作物根系生长的深度为20cm。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明中利用土壤紧实度进行阶段式线性回归，做出耕层紧实度曲线，找到土壤紧实度拐点，根据曲线特征判断土壤质地，由厚度和质地判断耕层质量；本发明方法在实际的生产中操作简便，可操作性强，具有可重复性，速度快；本发明能够对土壤耕层位置进行客观的判断，并根据土壤耕层质量的判断结果，可对土壤耕层质量进行优化，土壤耕层质量优化主要为肥力和耕作频度，为农作物的种植提供科学指导。

附图说明

图1为实施例1中不同深度紧实度测定值的离散图；

图2为实施例2中不同深度紧实度测定值的离散图；

图3为实施例3中不同深度紧实度测定值的离散图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。

一种利用紧实度判断土壤耕层质量及其优化方法，具体步骤如下：

步骤一，获取土壤紧实度数据。

利用美国SPECTRUM 6120土壤紧实度仪在耕地田间采集0-45cm深度的土壤紧实度，土壤紧实度仪自动记录土壤深度以及土壤紧实度数据，每间隔2.5cm读取1个数值；并在这块耕地重复多次测试，记录数值绘制成表格。

步骤二，数据处理得到土壤耕层深度。

将步骤一所得表格数据通过计算机软件Excel 2010进行数据分析，并制得离散图；当紧实度值低于突变点(20kg/cm

y

y

其中，m

C点以上即为耕层，地面距离C点高度就是耕层厚度，当C点紧实度高于突变点(20kg/cm

步骤三，判断土壤耕层质量。

根据国家耕地质量等级标准GB/T33469-2016，要求13个基础性耕地指标，其中耕层质地和耕层厚度是判断土壤质量的重要指标，其中耕层厚度包括耕层深度和犁底层厚度，具体判断方法如下。

根据步骤二所得离散图的曲线运行轨迹和拐点弯曲程度，可以判断土壤质地、土壤均匀程度、犁底层厚度和犁底层的紧实度；其中H1代表犁底层厚度，拐点突出尖锐，代表犁底层致密；拐点缓和平滑，代表犁底层厚不太致密。

步骤四，优化土壤耕层质量。

优化土壤耕层质量分别从施肥量和耕作频度进行建议。

对于施肥量的建议：通过步骤三所得的耕层深度，测得的土壤容重，测得的土壤矿物Nmin含量，以及设定的农作物产量，计算施肥量。

对于耕作频度的建议：耕层是土壤表层经过长时间耕作、种植和熟化形成的疏松土层，以适宜作物根系生长的深度的20厘米为基准进行判断，耕层深度大，说明熟化程度高，耕作频繁，建议少耕，耕层深度小，说明土壤熟化程度小，深耕次数少，建议多耕。

本发明技术和方法为农业生产中耕层位置的判断提供了方法，为耕地精准施肥提供预测的方法，为农业种植提供理论依据；同时本发明具有实际可操作性和可复制性，便于专利技术的推广应用。

实施例1

利用总述的一种利用紧实度判断土壤耕层质量及其优化方法对国家土壤质量新乡观测站进行土壤耕层质量的判断和优化，具体步骤如下：

步骤一，获取土壤紧实度数据。

利用美国SPECTRUM 6120土壤紧实度仪在国家土壤质量新乡观测站的田地测试0-45cm深度的土壤紧实度，该土壤类型为壤质潮土，土壤紧实度仪自动记录土壤深度以及土壤紧实度数据，每间隔2.5cm读取1个数值；并在这块田地3个位置重复进行测试，记录的数值如下表所示。

步骤二，数据处理得到土壤耕层深度。

将步骤一所得数据表格通过计算机软件Excel 2010进行数据分析，制得如图1所示的离散图，并得到两段式线性方程，如下所示：

Y

Y

令X

步骤三，判断土壤耕层质量。

根据国家耕地质量等级标准GB/T33469-2016，要求13个基础性耕地指标，其中耕层质地和耕层厚度是判断土壤质量的重要指标，耕层厚度包括耕层深度和犁底层厚度，具体判断如下。

根据图1可见，H代表耕层深度，其数值为18.55cm，H1代表犁底层厚度，观测其数值为7cm；并且本实施例中土壤紧实度数值小，图中拐点处曲线平滑，则表示耕层质地疏松均匀，这类土壤疏松透气，适耕性好；并且犁底层在5-7cm的正常范围内，作物根系发育快，根系多，有利于作物高产，是高质量耕地指标。

步骤四，优化土壤耕层质量。

优化土壤耕层质量从施肥量和耕作频度进行建议。

对于施肥量的建议：通过步骤二确定的耕层深度为18.55cm，测得土壤容重为1.35g/cm

对于耕作频度的建议：犁底层厚度H1为7cm，说明熟化程度高，耕作频繁；耕层深度为18.5cm小于适宜作物根系生长深度20厘米，属耕层一般的程度，建议三年深耕一次，深耕厚度在25cm。

实施例2

利用总述的一种利用紧实度判断土壤耕层质量及其优化方法对商丘市夏邑县罗庄进行土壤耕层质量的判断和优化，具体步骤如下。

步骤一，获取土壤紧实度数据。

利用美国SPECTRUM 6120土壤紧实度仪在国家土壤质量新乡观测站的田地测试0-45cm深度的土壤紧实度，该土壤类型为壤质潮土，土壤紧实度仪自动记录土壤深度以及土壤紧实度数据，每间隔2.5cm读取1个数值；并在这块田地3个位置重复进行测试，记录的数值如下表所示。

步骤二，数据处理得到土壤耕层深度。

将步骤一所得数据表格通过计算机软件Excel 2010进行数据分析，制得如图2所示的离散图，并得到两段式线性方程，如下所示：

Y

Y

令X

步骤三，判断土壤耕层质量。

根据国家耕地质量等级标准GB/T33469-2016，要求13个基础性耕地指标，其中耕层质地和耕层厚度是判断土壤质量的重要指标，耕层厚度包括耕层深度和犁底层厚度，具体判断如下：

根据图2可见，H代表耕层深度，其数值为21.51cm，H1代表犁底层厚度，观测其数值为10cm；该实施例中的土壤紧实度小，拐点曲线平滑，表示该地块耕层质地均匀，这类土壤疏松透气，适耕性好，作物根系发育快，根系多，有利于作物高产，是高质量耕地指标，犁底层紧实度适中，属于良好耕层。

步骤四，优化土壤耕层质量。

优化土壤耕层质量从施肥量和耕作频度进行建议。

对于施肥量的建议：通过上述方法确定的耕层深度为21.51cm，测得土壤容重为1.4g/cm

对于耕作频度的建议：耕层深度为21.51cm，其接近适宜作物根系生长深度20厘米，属于耕层深厚，土质良好，建议5年一次深耕。

实施例3

利用总述的一种利用紧实度判断土壤耕层质量及其优化方法对原阳小赵庄进行土壤耕层质量的判断和优化。

步骤一，获取土壤紧实度数据。

利用美国SPECTRUM 6120土壤紧实度仪在国家土壤质量新乡观测站的田地测试0-45cm深度的土壤紧实度，该土壤类型为壤质潮土，土壤紧实度仪自动记录土壤深度以及土壤紧实度数据，每间隔2.5cm读取1个数值；并在这块田地3个位置重复进行测试，记录的数值如下表所示。

步骤二，数据处理得到土壤耕层深度。

将步骤一所得数据表格通过计算机软件Excel 2010进行数据分析，制得如图3所示的离散图，并得到两段式线性方程，如下所示：

Y

Y

令X

步骤三，判断土壤耕层质量。

根据国家耕地质量等级标准GB/T33469-2016，要求13个基础性耕地指标，其中耕层质地和耕层厚度是判断土壤质量的重要指标，耕层厚度包括耕层深度和犁底层厚度，具体判断如下：

根据图3可见，H代表耕层深度，其数值为14.51cm，H1代表犁底层厚度，观测其数值为5cm；并且土壤紧实度值大，且曲线变化速度快，拐点尖锐，则耕层上层疏松下层紧实，犁底层更紧实且薄；由此可以判断该土壤质地粘重，通气性差，适耕性差，作物根系分布浅，根系集中在15厘米土层较大，小麦、玉米等农作物成熟期倒伏风险较大，该类耕层属于中等质量，需要进一步优化和改良。

步骤四，优化土壤耕层质量。

优化土壤耕层质量主要包括两个方面，分别是施肥量的建议，以及耕作频度的建议。

对于施肥量的建议：根据步骤二所得耕层深度14.51cm，测得土壤容重1.45kg/升，则一亩地耕层土壤重量＝667*0.1451*1.45＝140吨，设定小麦目标产量600kg/亩，需要氮肥17kg，而测得的土壤矿物Nmin含量为24mg/kg，耕层供应的氮3.4kg/亩，氮肥用量＝17-3.4＝13.6kg。

对于耕作频度的建议：本实施例的耕层深度小，不足15cm，犁地层致密，说明该地块长期旋耕，深耕次数少；耕层深度小于适宜作物根系生长深度的20厘米，属于耕层较薄，限制根系发育，建议每年小麦种植前深耕25cm，连续3年；进而增加耕层厚度，打破犁底层。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。