農(nóng)田土壤壓實過程的應(yīng)力表現(xiàn)與監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用.pdf

1、在最近的幾十年里，隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的不斷普及和發(fā)展，土壤機(jī)械壓實已成為一個不可回避的問題。土壤壓實的直接后果是由于緊實度增加、孔隙度降低、容重增大，由此帶來土壤透氣性、水分滲透性及飽和導(dǎo)水率減小、土壤強(qiáng)度相應(yīng)增加，從而導(dǎo)致植物根系的穿透阻力增大。同時土壤壓實是表征土壤物理性狀退化的最重要因素，所以只有首先弄清壓實的形成過程及壓實的評價指標(biāo)，才能為避免或減輕土壤機(jī)械壓實提供依據(jù)，避免土壤資源被破壞，使現(xiàn)代農(nóng)業(yè)走可持續(xù)發(fā)展的道路。
　　

2、 土壤壓實所帶來的嚴(yán)重后果已經(jīng)逐漸被科學(xué)工作者所認(rèn)識。雖然不少研究學(xué)者對土壤壓實狀況進(jìn)行了監(jiān)測及研究，但大多是采用土壤容重、孔隙度、堅實度等物理性質(zhì)來描述，再結(jié)合作物的長勢、產(chǎn)量來分析，也就是說只是對土壤壓實后的一種測量和評價，沒有對土壤壓實過程進(jìn)行動態(tài)的監(jiān)測，從而未能更好的發(fā)現(xiàn)和研究土壤的壓實機(jī)理及過程，因此研究土壤壓實的應(yīng)力變化對研究土壤壓實問題具有重要意義。
　　 本研究利用由自行研制的土壓力傳感器和信號放大器組成的應(yīng)力

3、監(jiān)測系統(tǒng)，首先采用室內(nèi)模擬試驗進(jìn)行土中應(yīng)力分布傳遞過程的模擬，從而對土中應(yīng)力分布傳遞規(guī)律進(jìn)行認(rèn)識，為后續(xù)的研究提供理論支持及測試方法，然后進(jìn)行大田試驗。室內(nèi)試驗選擇含水量和密度作為主要控制因素來進(jìn)行試驗研究.選取含水量與密度作為主控因素，一是因為含水量與密度變化可以反映土體內(nèi)所發(fā)生的物理化學(xué)相互作用達(dá)到某一平衡狀態(tài)時“土體結(jié)構(gòu)”情況下的應(yīng)力變化的環(huán)境狀態(tài)，二是含水量與密度變化對土中應(yīng)力的變化有較好的適應(yīng)性，此外試驗條件易于控制且簡單易行

4、.通過室內(nèi)模擬試驗可以得出土體中應(yīng)力與壓實度的變化關(guān)系，為大田試驗提供參考和依據(jù)。大田試驗利用原位壓實應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)來監(jiān)測土壤壓實狀況，從而揭示了農(nóng)業(yè)機(jī)械作用下土壤內(nèi)部應(yīng)力的傳遞過程。本研究還進(jìn)行了先期固結(jié)壓力的監(jiān)測，建立了先期固結(jié)壓力和壓實程度之間的關(guān)系，為進(jìn)一步評價土壤壓實提供參考。
　　 主要結(jié)論及成果如下：
　　 1.通過參考購買的土壓力傳感器來研制更加適合于農(nóng)地土壤應(yīng)力監(jiān)測的傳感器，經(jīng)過不斷研究及改進(jìn)，制作出了外

5、形尺寸為φ18×6mm的土壓力傳感器，并對其進(jìn)行了標(biāo)定。從標(biāo)定的結(jié)果來看，自制傳感器具有良好的線性關(guān)系，且比購買的傳感器具有更小的回程誤差，這也說明了傳感器的外形尺寸會造成測量誤差。將傳感器的砂標(biāo)和油標(biāo)實驗的反映系數(shù)K進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)廠家對土壓力傳感器只進(jìn)行油標(biāo)試驗會給實際測量造成誤差.
　　 2.設(shè)計了室內(nèi)壓實模型試驗裝置，包括靜壓試驗臺、加載設(shè)備、樣桶等，并通過改變土壤基本物理參數(shù)（含水率和密度）來完成土壤室內(nèi)模擬壓實。試驗結(jié)果

6、驗證了現(xiàn)有土力學(xué)理論附加應(yīng)力分布傳遞規(guī)律，并且發(fā)現(xiàn)了土體性質(zhì)變化對土中應(yīng)力分布傳遞存在影響，以及不同因素變化對土中應(yīng)力分布傳遞的影響規(guī)律。
　　 3.構(gòu)建了適合于應(yīng)力原位監(jiān)測的系統(tǒng).在紐荷蘭拖拉機(jī)SNH550碾壓下，用該測試系統(tǒng)對農(nóng)田土壤壓實過程進(jìn)行了應(yīng)力監(jiān)測.試驗通過改變碾壓遍數(shù)和傳感器的空間埋設(shè)位置來完成對農(nóng)地土壓實的應(yīng)力傳遞規(guī)律的研究。
　　 4.針對傳統(tǒng)測量先期固結(jié)壓力耗時長，從而影響對土壤性質(zhì)實時監(jiān)測的缺點，本