亚洲黏性水耕人为土压实条件下土壤破碎特性及其结构承载能力研究

【编辑推荐】针对稻田土壤压实威胁稻麦轮作可持续性问题，来自亚洲的研究团队通过原位沉陷试验台模拟车轮碾压（50-300 kPa应力，1-12次循环），结合落锤破碎试验发现：随压实应力与次数增加，0-200 mm土层平均重量直径(MWD)上升，比表面积(SSA)和分形维数(MFD)下降，首次提出"土壤破碎曲线"概念并证实结构预压应力稳定性（变异系数<5.64%），为黏性水耕人为土压实风险预警提供新方法。

　　

田间机械碾压导致的黏性水耕人为土（稻田土）压实问题，正严重威胁着稻麦轮作系统的可持续性。科研人员设计了一套原位土壤沉陷试验装置，精准模拟五种轮压应力（50、100、150、200和300 kPa）与四种碾压次数（1、3、6和12次）组合工况。通过采集0-100 mm和100-200 mm深度的原状土柱（直径×高度=100 mm×100 mm）进行落锤破碎试验，首次系统量化了平均重量直径(MWD)、比表面积(SSA)和分形维数(MFD)三大破碎指标的变化规律。

有趣的是，就像被反复揉捏的面团，黏性水耕人为土在机械碾压下展现出明显的"硬化"特征：随着碾压"力度"（应力）和"次数"（循环）增加，土壤碎块平均尺寸(MWD)像吹气球般逐渐膨大，而表征微观结构的SSA和MFD却像泄气的皮球持续萎缩。受土壤压缩曲线启发，研究者创新性提出"土壤破碎曲线"概念，并发现土壤结构存在神奇的"记忆阈值"——预压应力值（约150 kPa），当机械压力低于该值时，土壤破碎特性基本保持稳定。

更令人振奋的是，不同深度土层的预压应力变异系数均小于6%，这种堪比"分子指纹"的稳定性，使得该参数成为预测稻田土压实风险的可靠指标。研究还揭示了一个农业生产的"能量陷阱"现象：压实土壤需要消耗更多耕作能量，这为优化农机作业参数提供了关键数据支撑。