土壤孔隙度对团聚体水稳定性的影响：有机甜菜生产中机械与机器人除草技术的比较研究

为解决传统机械除草（CMM）对土壤物理属性的负面影响问题，研究人员对比研究了常规机械与自主农业机器人（AAR）除草技术对有机甜菜生产土壤的影响。结果表明，AAR显著降低土壤穿透阻力（SPR）、维持孔隙度和水分稳定性，为可持续农业土壤管理提供了新方案。

　　

在应对全球环境挑战和粮食需求增长的背景下，可持续农业实践成为关键。传统农业依赖重型机械和化学投入，导致土壤退化、生物多样性丧失等问题。有机农业虽环保，但面临除草效率低、土壤压实等挑战。甜菜作为重要经济作物，对杂草竞争极为敏感，传统机械除草（Conventional Mechanical Machine, CMM）虽有效，却会显著增加土壤穿透阻力（Soil Penetration Resistance, SPR），降低孔隙度，影响根系发育。

为解决这一问题，立陶宛Panev??ys地区的研究人员开展了一项为期三年（2021–2023）的对比研究，比较CMM与自主农业机器人（Autonomous Agricultural Robot, AAR）对有机甜菜田土壤物理属性的影响。研究聚焦SPR、体积含水量（θ）、容重（ρ_b）及孔隙度（总孔隙度P_b和通气孔隙度P_aer）等指标，旨在评估两种技术的土壤友好性。

关键技术方法包括：使用电子穿透仪（Penetrologger）动态测量SPR；通过不锈钢环采样测定容重和孔隙度；真空空气比重计分析土壤固相密度；气象数据整合分析环境因素的影响。

研究结果
3.1 土壤穿透阻力
CMM使0–10 cm土层SPR增加3.5倍（2022年），而AAR仅轻微影响（增幅<6%）。深层土壤（10–20 cm）中，CMM导致SPR上升64%，AAR无显著变化。

3.2 土壤容重
CMM显著提高容重（0–10 cm层增加16.5%），AAR仅在表层轻微影响（2021年增幅11.6%）。

3.3 孔隙度
CMM降低总孔隙度达10%（2022年），通气孔隙度减少20%；AAR则保持孔隙结构稳定。

3.4 体积含水量
CMM在湿润年份使θ值升高57%，AAR仅在小范围内波动（<15%），表明后者更利于水分均衡。

结论与意义
研究表明，AAR通过轻量化设计（1050 kg）和精准作业，显著减少土壤压实，维持孔隙结构和水分动态，优于传统机械（7500 kg）。这一发现为有机农业提供了可持续除草方案，契合减少环境影响的全球目标。未来研究可优化机器人集群作业与能源效率，进一步推动精准农业发展。论文发表于《Solid Earth Sciences》，为土壤健康管理提供了实证依据。