一种土壤条件改良装置 |
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| 申请号 | CN201310720059.3 | 申请日 | 2013-12-23 | 公开(公告)号 | CN103733756A | 公开(公告)日 | 2014-04-23 |
| 申请人 | 杭州市农业科学研究院; 卡尔·查尔斯·斯蒂芬; | 发明人 | 陈文岳; 卡尔·查尔斯·斯蒂芬; 李凡; 李春楠; 宋亮; 石江; 许亚俊; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 土壤 条件改良装置，包括中空环形体，绕所述中空环形体的外周设有若干个凸脊元件；每个凸脊元件向 外延 伸有多个间隔设置的凸峰，其可在凸脊元件于土壤表面上形成凹坑的同时伸入该凹坑内进一步形成小凹孔，该小凹孔可使土壤表面不 压实 ，更有利于保持土壤对 水 的渗透性。土壤条件改良装置滚过土壤表面时，凸脊元件在土壤表面形成一系列加固的船体形凹坑，而凸峰会在凹坑的底部进一步下压形成一系列锥形小凹孔，避免凸脊元件外缘表面压实土壤。通过该装置可加固土壤却不会压实土壤，在有效防止水土流失的 基础 上，还可增加土壤表面积，提高土壤 温度 ，增加土壤渗透性，提高水分利用率，促进作物生长量，提高生产收益。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种土壤条件改良装置，包括中空环形体（1），所述中空环形体（1）的外周设有若干个凸脊元件（2）；其特征在于，每个凸脊元件（2）向外延伸有多个间隔设置的凸峰（3）。 |
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| 说明书全文 | 一种土壤条件改良装置技术领域背景技术[0002] 在传统的耕作方式中，通过翻耕、播种、施肥和收获等生产过程，土壤通常处于疏松状态，如此，极易产生土壤水分蒸发并加剧水土流失。因此，有必要通过某一方式以提高土壤的渗透性能和贮水能力，从而有效地减少水土流失。同时，如果能一次性解决保水保温、播种生产及减少水土流失等问题，将会事半功倍。 [0003] 通常，人们通过压实土壤、筑埂囤水或用蓄水翻耕的方法来解决土壤侵蚀及地表水的利用问题，包括利用机械压实土壤成坑，如挖掘（或铲挖）法、盖印（或压印）法；利用设备在土壤表面建立灌水坑或蓄水池，如沟灌法、筑埂法。然而，这些方法只是暂时地将水分贮留在土壤表面，并没有真正提高土壤的渗透性能，因此，不可能有效地利用地表水分，也不可能切实地减少水土流失。同时，虽然，有部分机械装置能够完成单一的保水保土的任务，但至今却未曾有一种装置能同时完成减少地表径流和水土流失，提高土壤温度和湿度，增加作物产量和生产收益等全部功能。 [0004] 例如，压碾滚轮装置，利用驱动机械，通过线性移动，凭借自身重量（或装载负荷）在土壤表面产生一系列的凹坑，以此来贮存地表水分，减少水土流失，虽然有一定的贮留效果，但由于压实了土壤，密封了土表，不但提高了土壤的固结度，而且降低了土壤的渗透性，因此，不仅不能切实地防止水土流失，而且会减少作物根部的水分供应，影响作物的健康成长。近来，尽管人们减轻压了压碾装置的重量，但是仍然会影响土壤的吸水性能。 [0005] 又如，筑埂囤水的方法和装置，通过铲土、挖土或耙土来完成筑堤，培堆表层土壤以形成贮水坑或蓄水槽，此类方法虽然不会对土壤表面产生压实，并试图利用表土的疏松状态促进土壤渗透性能的提高，然而，事实上，当流水注入到松软的土壤时，易造成堤埂侧壁及土层表面的土壤微粒被冲刷而沉积在坑底，随后这些土粒将会密封坑的底部，从而影响土壤的渗透性，同时，在雨天情形下，松土更易被雨水所冲蚀，产生水土流失。 [0006] 再如，免耕法，（也称保护性耕作法，定义是：“用大量秸秆残茬覆盖地表，将耕作减少到只要能保证种子发芽即可，主要用农药来控制杂草和病虫害的耕作技术。”）是相对于传统播耕的一种新型耕作技术。此法虽然保护了土壤表面，但是也增加了杂草防治的难度，通常需要使用大量的除草剂，不仅增加成本，而且污染环境。同时，由于土壤表面留有作物的残茬残枝，因此，一方面，会影响土壤的加热和干燥过程，另一方面，会影响种子萌发和幼苗生长。最为关键的是，由于翻耕不够充分，所以，此法会影响土壤的渗透性，阻碍水分渗流到深层土壤及蓄水层，从而不能有效地防止水土流失。 [0008] 蓄水耕作系统（美国专利US5628372A），为一种农业机械，其具一系列多面周边凸脊元件，转动中由于凸脊元件在土壤表面的垂直冲击使土壤压实而形成凹坑，从而起到保持水土的作用。然而，一方面，凸脊元件的外缘呈削平状，易压实滚轮底部土壤，影响土壤的渗透性能；另一方面，扁平状的外缘易粘带碎土，当碎土落下时，可能会使细小颗粒填充凹坑，密封坑底，从而进一步影响土壤的吸水性能。 [0009] 土壤调节装置（美国专利US7478684B2），为一种农业机械，其具有一系列船头形周边凸脊元件，当装置滚过土壤表面时，会产生一系列加固的船头形凹坑及任选的堰结构，从而增加土壤的渗透性并减少水土流失。虽然，此专利技术改进了滚轮装置的质材（选用重量轻、硬度高、韧性好的材料）和凸脊元件的形状（前、后船头形），以此来减少对土壤表面产生的垂直压力，并试图当土壤流过并围绕各个元件的表面时，被提升揉捏、引导加固，以此来增加土壤的表面积，提高土壤的渗透率。然而，一方面，船头形的凸脊元件外缘还是会对土壤表面产生垂直压力，同时，由于着地面积较小，因此，相对压强较大，凹坑底部土壤被压缩程度较高，从而影响其孔隙度和渗水率；另一方面，土壤表面形成的船头形坑过多过密，导致部分坑壁厚度不足，容易坍塌，尤其在砂质土壤中，更为明显，不能持久保持邻接堰的形状，从而影响装置功能的发挥。 发明内容[0010] 本发明提供了一种土壤条件改良装置，通过该装置可加固土壤却不会压实土壤，在有效防止水土流失的基础上，还可增加土壤表面积，提高土壤温度；增加土壤渗透性，提高水分利用率；促进作物生长量，提高生产收益。 [0011] 一种土壤条件改良装置，包括中空环形体，绕所述中空环形体的外周设有若干个凸脊元件；每个凸脊元件向外延伸有多个间隔设置的凸峰。 [0012] 土壤条件改良装置的凸脊元件自所述中空环形体的外周径向向外厚度逐渐减小。相对于中空环形体的中心，凸脊元件越向外延伸越薄，能在滚压土壤表面时，在局部提供更大的压强，使该改良装置更容易在土壤表面形成凹坑，避免在某些硬质土壤表面无法滚动或下压的情况。 [0013] 本发明在凸脊元件外还设置有多个凸峰，土壤条件改良装置滚过土壤表面时，凸脊元件在土壤表面形成一系列加固的船体形凹坑，而凸峰会在凹坑的底部进一步下压形成一系列锥形小凹孔，避免凸脊元件外缘表面压实土壤。当该装置滚过土壤表面时，通过沿基本水平方向的压力作用于土壤表面，使位于凸脊元件间的土壤轻轻地加固或粘连，通过沿基本垂直方向的压力作用于凹坑底部，压扎成圆锥形凹孔，如此，经过该装置的揉捏、引导及冲压过程，形成一系列规则排列又加固的“堰孔”结构，既增加土壤的表面积，又减缓水流速度；既提高土壤的渗透性，又减少地表径流；既促进种子的萌发力，又防止水土流失。 [0014] 土壤条件改良装置滚过土壤表面可用机械、人力、畜力装置来实施。土壤条件改良装置可以用作牵引装置设备的轮、或被动地由设备拖拉着。优选地，诸如拖拉机之类的牵引装置拉动其上装有多个土壤条件改良装置的圆筒型滚动工具。土壤条件改良装置的主要目的是，增加土壤的渗透率和保水性，当雨天时，可贮留住雨水，并因此减少地表径流及土壤侵蚀，以及提供多任务化功能。 [0015] 所述中空环形体可套在轮、鼓、盘上，方便土壤条件改良装置滚压土壤表面。所述多个土壤条件改良装置可被轴向地对齐并保持，形成一个圆柱形滚动工具。 [0016] 土壤条件改良装置可由比较轻质的材料加工而成，包括木材类、塑料类、橡胶类及上述材料的组合。优选地，土壤条件改良装置由塑料，聚合材料（如高密度聚乙烯、聚氯乙烯、乙烯等），或其它这类模制塑料材料制成。其中，高密度聚乙烯，由于具有重量轻、硬度大、韧性高等优点，是目前首选的加工材料。任选地，可在装置表面加涂耐磨防粘的纳米复合材料，以提高装置在滚动作业过程中的自我清洁性能。 [0017] 作为优选，所述中空环形体轴向的一侧环布有多根种子输送管。 [0018] 本发明的土壤条件改良装置在对土壤条件进行改良的情况下，能同时将种子从种子输送管中输送至土壤表面，实现了土壤条件改善和播种两种功能集于一体的效果。更进一步，每根种子输送管沿该中空环形体径向方向的长度不大于所述凸脊元件沿该中空环形体径向方向的宽度。 [0019] 种子输送管长度的限定是为了当种子输送管随着土壤条件改良装置滚动时，其能不断地将管内的种子播种到土壤中，省却了改良土壤条件后再进行播种工作的繁琐。种子输送管过长会与地面发生擦碰造成种子输送管的折弯或损坏。 [0020] 更进一步，所有的种子输送管绕所述中空环形体的轴线均匀排布。即，所述种子输送管等间距排列，该间距可依据具体作物的播种间距而定。通过本土壤条件改良装置播种，能使播撒在土壤表面上的种子排列整齐，且种子都是按照种植所要求的间距排列。 [0021] 更进一步，所述种子输送管包括第一开口和第二开口，该第一开口朝向该中空环形体的轴线，第二开口远离并背向该中空环形体。所述种子输送管的第二开口在该中空环形体的径向平面上的投影相对该中空环形体轴心的距离，比其第一开口在该中空环形体的径向平面上的投影相对该中空环形体轴心的距离大。 [0022] 第一开口可以与种子供应机械相配合，当某根种子输送管转动到适宜位置时，通过种子供应机械将种子输送进入第一开口，并通过第二开口下落至地面。 [0023] 更进一步，所述种子输送管与所述中空环形体的径向平面形成的夹角≥0度且＜90度。这样便可以保证种子输送管能准确地将管内的种子播撒在土壤表面。 [0024] 更进一步，所述种子输送管与所述中空环形体的轴线垂直。 [0025] 所述凸峰呈锥形，锥头朝外。锥形的凸头不仅方便土壤条件改良装置的滚动，而且其更有利于该凸峰在土壤表面形成的小凹孔对水的保持，不破坏土壤的渗透性。 [0026] 所述凸脊元件为间隔布置的三个； [0027] 各凸脊元件贴近该中空环形体的部位连成一体，远离该中空环形体的部位构成间隔分布的脊状结构；该脊状结构为船体形，其外表面带有防滑花纹。在土壤上滚动一圈后，该土壤条件改良装置在土壤上形成三个船形凹坑。且设置了防滑花纹后，土壤条件改良装置在滚动的过程中不容易打滑，增加两者的摩擦力。 [0028] 每个凸脊元件上设有2～10个凸峰。 [0029] 位于同一个凸脊元件上的所有凸峰等间距间隔。所述凸峰等间距间隔，当土壤条件改良装置滚压土壤时，凸峰可插入土壤中等间距形成小凹孔，以便于保持土壤对水的渗透率。 [0030] 所述凸峰的位置不限于在凸脊元件上沿同一弧形排布，凸峰也可以在凸脊元件上相互交错排布，且所述凸峰在每一个凸脊元件上的排布不限于单排。 [0031] 本发明的有益效果： [0032] （1）本发明在凸脊元件上设置了凸峰后，其可在凸脊元件于土壤表面上形成凹坑的同时伸入该凹坑内进一步形成小凹孔，该小凹孔可使土壤表面不压实，通过该装置可加固土壤却不会压实土壤，在有效防止水土流失的基础上，还可增加土壤表面积，提高土壤温度；增加土壤渗透性，提高水分利用率；促进作物生长量，提高生产收益。 [0033] （2）本发明环布中空环形体设置有种子输送管，能配合种子供应机械，按照种植要求，完成播种任务；其可在翻耕土壤的同时进行播种，将翻耕和播种两项工作结合在一起，更有利于提高工作效率，节省生产成本。附图说明 [0034] 图1为本发明的结构示意图。 [0035] 图2为本发明滚压土壤时在土壤表面形成的堰孔结构图。 [0036] 其中：1、中空环形体；2、凸脊元件；21、亚凸脊元件；3、凸峰；4、种子输送管；41、第一开口；42、第二开口；5、脊状结构；6、小凹孔；7、痕线；8、船形凹坑。 具体实施方式[0037] 如图1所示，一种土壤条件改良装置包括中空环形体1，绕中空环形体1的外周设有3个凸脊元件2，每个凸脊元件2具有船头形的前表面和后表面，在前表面和后表面之间的间隔是一个亚凸脊元件21，每个凸脊元件2具有一个钝圆形表面和两个朝着中空环形体倾斜的侧壁，使每个凸脊元件2自中空环形体1的外周径向向外厚度逐渐减小，以在土壤表面形成船体形凹坑。两个侧壁之间有一个夹角，夹角的范围为约40°至80°。 [0038] 凸脊元件2的高度h2比亚凸脊元件21的高度h1大，且凸脊元件2围绕中空环形体1的外周的连续延伸的弧长L约30cm，高度h2超出高度h1约8cm [0039] 凸脊元件2可由比较轻质的材料加工而成，包括木材类、塑料类、橡胶类及上述材料的组合。优选地，土壤条件改良装置由塑料，聚合材料（如高密度聚乙烯、聚氯乙烯、乙烯等），或其它这类模制塑料材料制成。其中，高密度聚乙烯，由于具有重量轻、硬度大、韧性高等优点，是目前首选的加工材料。任选地，可在装置表面加涂耐磨防粘的纳米复合材料，以提高装置在滚动作业过程中的自我清洁性能。 [0040] 每个凸脊元件2向外延伸有多个间隔设置的凸峰3，图上显示为4个，所有的凸峰3等间距间隔且凸峰3呈锥形，锥头朝外。虽然图上显示凸峰3为锥形，但应知道，锥形只是凸峰3的最佳外形，其还可以是各种带有尖头的结构，即，凸峰3远离凸脊元件2的端部的宽度或直径小于凸峰3紧邻凸脊元件2的端部的宽度或直径。 [0041] 中空环形体1轴向的一侧环布有多根种子输送管4，每根种子输送管4沿中空环形体1径向方向的长度不大于凸脊元件2沿中空环形体1径向方向的宽度，种子输送管4绕中空环形体1的轴线均匀排布，各种子输送管4间的间距根据播种作物的要求而设定。 [0042] 种子输送管4包括第一开口42和第二开口41，第一开口42朝向中空环形体1的轴线，第二开口41远离并背向中空环形体1；第二开口41在中空环形体1的径向平面上的投影相对中空环形体1轴心的距离，比第一开口42在中空环形体1的径向平面上的投影相对中空环形体1轴心的距离大。第一开口42可以与种子供应机构相配合，当某根种子输送管转动到适宜位置时，通过种子供应机构将种子输送进入第一开口42，并通过第二开口41下落至地面。另外，种子输送管4与中空环形体1的径向平面形成的夹角≥0度且＜90度，这样便可以保证种子输送管4能准确地将管内的种子播撒在土壤表面。虽然只要种子输送管4与中空环形体1的径向平面能形成0-90度间的夹角便能实现种子从输送管4播撒到土壤上，但种子输送管4最适宜与中空环形体1的轴线垂直，这种布置方式最有利于播种。另外，种子输送管4的形状不受限于图上所示，只要能满足上述要求，那么各种形状的管路皆可。 [0043] 凸脊元件2为间隔布置的三个；凸脊元件2自中空环形体1的外周径向向外厚度逐渐减小，各凸脊元件2贴近中空环形体1的部位连成一体，远离中空环形体1的部位构成间隔分布的脊状结构5，脊状结构5为或船体形，其外表面带有防滑花纹（图上未示出）。凸脊元件2的侧面为沿中空环形体1轴向方向的两个侧面，凸脊元件2的顶面为脊状结构5的表面，由于凸脊元件2自中空环形体1的外周径向向外厚度逐渐减小，故其两个侧面沿中心环形体1径向向外逐渐收拢，以在接触土壤表面时更容易地对土壤表面进行翻耕。 [0044] 如图2所示，图2是采用图1的装置在土壤上滚动一圈后在土壤表面留下的堰孔结构。本发明的土壤条件改良装置在土壤表面滚动后，形成了3个船形凹坑8，在船形凹坑8内还有4个小凹孔6，这4个小凹孔6是凸脊元件2上的凸峰3在土壤表面留下的印记。 另外，图2上还示出了很多痕线7，以此可证明在脊状结构5的外表面带有防滑花纹。 [0045] 应用例 [0046] 以下通过在不同土壤类型、多种作物生产中的试验应用来对比本实施例与美国专利US7478684B2中的土壤调节装置的不同，以体现该土壤条件改良装置具有良好的保水保温和增加产量的效果。 [0047] 一、促进作物生长的试验 [0048] 设计不同作物的栽培对比试验，处理区为：田块翻耕做畦后，先用本实施例土壤条件改良装置对田块进行压实操作，然后进行农作物的直播或移栽；对照区为：田块翻耕做畦后直接进行农作物的直播或移栽；其它生产操作和田间管理均一致。结果发现，成效良好。 [0050] 2012年4月20日，设计开展的玉米直播栽培对比试验，通过对试验区土壤状况的检测，及对生长玉米植株的考察，并经统计分析，结果表明：无论是6cm深度土壤，还是12cm深度土壤，也不管是土壤温度指标，还是土壤湿度指标，均呈显著差异(P﹤0.05)；同时，发现：处理区种植的玉米幼苗主根粗壮、毛细须根发达。此外，通过对成熟期玉米植株的考种发现：处理区种植的玉米在植株高度、单穗鲜重、每穗粒数等指标上均优于对照，并呈显著差异(P﹤0.05)，表明：本装置对玉米直播栽培具有良好的促进生长和增加产量的效果。 [0051] 2012年8月16日设计开展的大豆移栽对比试验，通过生长情况及农艺性状的对比考查，发现：处理区种植的大豆株高、根瘤菌数及单株产量等指标均优于对照，并呈显著差异(P﹤0.05)，表明：本装置对大豆移植栽培具有良好的促进生长和增加产量的效果。 [0052] 二、防止水土流失的试验 [0053] 2013年9月24日，设计开展了水土流失对比试验，处理区为：田块翻耕做畦后，用本实施例土壤条件改良装置对畦面进行滚压操作；对照区为：田块翻耕做畦后，用另一土壤调节装置（美国专利US7478684B2）对畦面进行滚压操作；并在每个田块的低凹处，挖坑放置一塑料箱作为流失水土的收集器。并在当天，用皮管向田块上方撒水，模拟降雨过程，1小时后，去除塑料箱内的水体，收集并称量土沙；同时，15天后（10月11日），再次收集并称量土沙。数据比较，第一次的沙子收集量分别为4.53克/平方米、5.15克/平方米；第二次的沙子收集量分别为5.47克/平方米、11.85克/平方米，结果表明，在模拟降雨试验中，处理区和对照区的泥沙流失量差异不是非常明显；但在自然降水试验中，处理区的泥沙流失量还不到对照区的二分之一；由此可证明，该土壤条件改良装置的水土保持效果明显强于另一土壤调节装置（美国专利US7478684B2）。 |
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