林德志++胡志超++于昭洋等

摘要：概述了免耕播種機(jī)秸稈處理裝置的目的及意義，總結(jié)了現(xiàn)行免耕播種機(jī)秸稈處理裝置的種類，分析各種類的特點(diǎn)以及處理秸稈的原理，并總結(jié)概括了現(xiàn)行免耕播種機(jī)秸稈處理裝置存在的問(wèn)題和不足。簡(jiǎn)要分析了全秸稈覆蓋免耕播種機(jī)秸稈處理裝置的特點(diǎn)、工作原理，并通過(guò)田間試驗(yàn)指出其存在的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：秸稈；秸稈處理裝置；應(yīng)用現(xiàn)狀；全秸稈覆蓋免耕播種機(jī)

中圖分類號(hào)： S223.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2015）11-013-04

收稿日期：2014-12-12

基金項(xiàng)目：國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（編號(hào)：CARS-14-08B）；中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院科技創(chuàng)新工程。

作者簡(jiǎn)介：林德志（1989—），男，安徽六安人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)楦N機(jī)械。E-mail：961369927@qq.com。

通信作者：吳努，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)、紡織機(jī)械。E-mail： 653534738@qq.com。當(dāng)前，我國(guó)的空氣污染問(wèn)題日益突出，每逢秋末冬初，持續(xù)的霧霾天氣籠罩著全國(guó)多個(gè)省份，給人們的生產(chǎn)生活和身體健康造成了極大的危害。造成空氣污染的主要原因之一就是農(nóng)村的農(nóng)作物秸稈焚燒，收獲后的農(nóng)作物秸稈廢棄在田間，基本無(wú)利用價(jià)值且不易清理，就地焚燒成了農(nóng)民“最省事”的辦法。破解秸稈焚燒最有效的解決辦法就是采取保護(hù)性耕作，對(duì)農(nóng)田實(shí)行免耕、少耕，讓作物秸稈、殘茬覆蓋地表，這樣既可以提高土壤肥力、抑制沙塵暴，又能夠避免秸稈焚燒[1]。而免耕播種機(jī)又是機(jī)械化保護(hù)耕作的核心。在免耕播種機(jī)作業(yè)播種的過(guò)程中，殘茬秸稈的處理是一個(gè)非常重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，無(wú)論是播種種子還是播種后的施肥環(huán)節(jié)，作為免耕播種機(jī)作業(yè)的第一步，就是對(duì)殘茬秸稈的處理，將殘茬秸稈清理干凈，以利于后續(xù)免耕播種機(jī)的播種和施肥等作業(yè)，從而能夠保證作業(yè)的順暢性、高效率；如果殘茬秸稈清理不當(dāng)，就會(huì)造成機(jī)具堵塞卡滯，架種、晾種等問(wèn)題，不僅影響作業(yè)順暢性，而且影響播種質(zhì)量[2]。因此，秸稈處理裝置的研究對(duì)提高免耕播種機(jī)作業(yè)的順暢性和勞動(dòng)生產(chǎn)率有著重要的意義。

1國(guó)外免耕播種機(jī)秸稈處理裝置

國(guó)外目前免耕播種機(jī)上采用的秸稈處理裝置常見(jiàn)的有2種，即圓盤刀式秸稈處理裝置和尖鏟式秸稈處理裝置[3]。

1.1 圓盤刀式秸稈處理裝置

圓盤刀主要有3種形式：光盤圓盤刀、波紋圓盤刀和缺口圓盤刀。圓盤刀式秸稈處理裝置多數(shù)使用滾動(dòng)圓盤切刀來(lái)破土切茬，其類型主要有平圓盤切刀、偏置鋸齒型圓盤切刀、偏置波紋型圓盤切刀、缺口圓盤切刀、帶限深輪緣的圓盤切刀和殘茬處理雙圓盤刀等類型。其工作原理是圓盤刀隨機(jī)架滾動(dòng)，靠重力切茬，也可以靠液壓予以施加垂直向下的力增加圓盤刀的切茬效果。如果土壤表面比較硬，圓盤切刀可以將殘茬切斷，而當(dāng)在松過(guò)或耕過(guò)的田地里工作時(shí)，它們會(huì)將殘茬壓進(jìn)松軟的土壤里。從而播種機(jī)能夠順利地完成作業(yè)，播下的種子和施下的肥料不會(huì)裸露在秸稈上。直徑大的圓盤切刀相比直徑小的圓盤切刀切茬要容易，但其需要的垂直壓力也相對(duì)較大。動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的圓盤切刀切茬效果較好，能使免耕播種機(jī)在殘茬覆蓋地順暢地播種而不發(fā)生堵塞現(xiàn)象，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。帶限深輪緣的圓盤切刀和殘茬處理雙圓盤刀切割殘茬要比普通圓盤切刀容易。國(guó)外的免耕播種機(jī)大多數(shù)采用圓盤刀式秸稈處理裝置，但是每個(gè)圓盤刀需要增加配重，結(jié)構(gòu)龐大笨重，耗用鋼材多，制造成本高[3-4]。

美國(guó)Great Plains公司生產(chǎn)的3P605NT型免耕播種機(jī)（圖1）和巴西Baldan公司生產(chǎn)的SPD5000型小麥免耕播種機(jī)（圖2）都采用圓盤刀式秸稈處理裝置。3P605NT型免耕播種機(jī)采用大波紋圓盤破茬、松土，在地表可以開(kāi)出10～20 mm寬的溝，其后用單體仿形的雙圓盤開(kāi)溝器播種施肥，種、肥混施。作業(yè)時(shí)，重心位置在大波紋圓盤上，切茬能力較強(qiáng)，該機(jī)為懸掛式，質(zhì)量為1 034 kg，工作幅寬為1.83 m，播種行距19.05 cm、行數(shù)9行[5]。SPD5000型小麥免耕播種機(jī)，同型號(hào)的還有SPD3000和SPD4000型，整機(jī)質(zhì)量分別達(dá)到4 223、3 812、3 401 kg，牽引式，配套動(dòng)力分別為85、70、55 kW以上拖拉機(jī)[3，6-7]。

1.2尖鏟式秸稈處理裝置

尖鏟式秸稈處理裝置的特點(diǎn)是質(zhì)量輕而入土能力強(qiáng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易制造和成本低等優(yōu)點(diǎn)。其工作原理是靠自身和附加的重力，在牽引力作用下，它的前棱和兩側(cè)對(duì)稱曲面使土壤沿曲面上升側(cè)滑， 并將殘茬、表層干土塊、雜草等向兩側(cè)

拋出。對(duì)播前整地要求不高，可在壟作留茬地上開(kāi)溝，有利于清除壟上殘茬和雜草。但作業(yè)時(shí)，下層濕土有上翻趨向，保墑性能較差，開(kāi)溝阻力較大[3-4]。

加拿大Flexi-Coil公司生產(chǎn)的5000型免耕播種機(jī)采用非動(dòng)力驅(qū)動(dòng)鏟式開(kāi)溝器破茬松土（圖3），鎮(zhèn)壓輪為多排結(jié)構(gòu)且距開(kāi)溝器有一定的距離，可以有效防止機(jī)具掛草。該機(jī)整機(jī)長(zhǎng)為17.4 m，種行寬度可調(diào)，有18.3、22.9、30.5、36.6 cm 4種規(guī)格，播種方式為氣力式排種，壓縮空氣與種子箱系統(tǒng)在最后方，其重量由自身的輪子支撐以保證開(kāi)溝器對(duì)土壤的壓力的穩(wěn)定性，確保精確的開(kāi)溝深度[4-5，8]。同樣采用非動(dòng)力驅(qū)動(dòng)鏟式開(kāi)溝器破茬松土的還有澳大利亞John Shearer公司生產(chǎn)的4 Bin Direct Drills免耕條播種機(jī)（圖4），該機(jī)具有4個(gè)種箱，可以在1個(gè)工作行程播種4種作物，整機(jī)上可以裝4～6個(gè)開(kāi)溝器，且每2個(gè)開(kāi)溝器之間的間隔較大，可以很好地防止堵塞，增加作業(yè)的順暢性[3，6，8]。

國(guó)外對(duì)免耕播種機(jī)具的研究已取得較大成就，且其秸稈處理裝置的研究也相當(dāng)成熟，能夠較順暢完成作業(yè)，但是當(dāng)在秸稈量大或種植窄行作物時(shí)存在機(jī)具堵塞、秸稈覆蓋種行、種子可能播在秸稈上等問(wèn)題且歐美發(fā)達(dá)國(guó)家多為單熟制、休耕制，田塊大、機(jī)具多以重型、大型設(shè)備為主，我國(guó)直接借鑒和應(yīng)用可能性不大。

2國(guó)內(nèi)免耕播種機(jī)秸稈處理裝置

國(guó)內(nèi)目前免耕播種機(jī)上采用的秸稈處理裝置常見(jiàn)的有3種[3]：一是圓盤刀式秸稈處理裝置；二是尖鏟式秸稈處理裝置；三是帶狀旋割秸稈處理裝置。

2.1圓盤刀式秸稈處理裝置

國(guó)內(nèi)免耕播種機(jī)上圓盤刀式秸稈處理裝置和國(guó)外的基本相同，但是由于我國(guó)的地塊小、經(jīng)濟(jì)條件差，所以免耕播種機(jī)的質(zhì)量相對(duì)較小，需通過(guò)液壓系統(tǒng)對(duì)其施以向下的垂直分力，以增加圓盤刀的切割能力。

中機(jī)美諾生產(chǎn)的6115型免耕播種機(jī)采用波紋圓盤刀破茬松土，切茬效果較強(qiáng)（圖5）[9]。該機(jī)整機(jī)質(zhì)量為1 973 kg，配套動(dòng)力55 kW，播種行數(shù)為15行、行距為19 cm，工作寬幅2.85 m，工作效率為2.28 hm2/h，能播種小麥、大豆、牧草、油菜等中、小粒種子作物，可一次完成破茬、開(kāi)溝、播種、施肥、覆土、鎮(zhèn)壓作業(yè)[6，9]。另外，由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)參與的國(guó)家“十五”科技攻關(guān)課題組研制的斜置驅(qū)動(dòng)缺口圓盤免耕播種機(jī)（圖6）[10]，該機(jī)采用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)式圓盤破茬裝置，即在開(kāi)溝器前裝有斜置缺口圓盤刀，利用圓盤刀在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中切斷殘茬并將土壤向后拋灑。在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，由于軸端附近的圓盤刀與免耕播種機(jī)的側(cè)板距離較小，容易發(fā)生秸稈堵塞[6]。

2.2尖鏟式秸稈處理裝置

國(guó)內(nèi)的尖鏟式秸稈處理裝置同國(guó)外的相仿，同樣由于我國(guó)的基本國(guó)情，其機(jī)具質(zhì)量相對(duì)較小，需通過(guò)液壓系統(tǒng)增加其向下的垂直分力，以增加尖鏟的入土能力。

大連農(nóng)牧機(jī)械制造廠生產(chǎn)的 2BQM-6A型免耕播種機(jī)（圖7）[11] 與河北農(nóng)哈哈機(jī)械有限公司生產(chǎn)的農(nóng)哈哈2BYF-4型玉米施肥播種機(jī)（圖8）都采用尖鏟式破茬松土裝置，能有效減小作業(yè)阻力，提高作業(yè)效率。2BQM-6A型免耕播種機(jī)在小麥秸稈量為965 kg/hm2、秸稈含水率為64.3%的地中播種，通過(guò)系數(shù)可達(dá)0.97，通過(guò)性較好[4-5]。2BYF-4型玉米施肥播種機(jī)整機(jī)質(zhì)量為190 kg，配套動(dòng)力11～13.2 kW，播種行距500～640 mm，播種行數(shù)3行[7]。

2.3帶狀旋割秸稈處理裝置

帶狀旋割秸稈處理裝置是在開(kāi)溝器前設(shè)置有旋轉(zhuǎn)刀具，其工作原理是作業(yè)時(shí)，旋轉(zhuǎn)刀具將作物的秸稈、根茬打碎或打走，在播行形成種床，適用于直立玉米秸桿或秸桿還田地播種小麥，也可用于播種玉米[3]。河北省農(nóng)機(jī)局組織河北農(nóng)哈哈機(jī)械有限公司生產(chǎn)的2BMFS-5/10 型帶狀淺旋小麥覆蓋施肥播種機(jī)見(jiàn)圖9[12]。該機(jī)采用帶狀淺旋刀破茬松土裝置，可以將開(kāi)溝器前的秸稈旋耕粉碎并與土壤混合，可在大量的玉米秸稈覆蓋地上作業(yè)，整機(jī)質(zhì)量為600 kg，配套動(dòng)力36.8～47.8 kW拖拉機(jī)，工作幅寬1 900 mm，播種行距范圍：玉米380 mm，小麥寬行260 mm、窄行120 mm[6，8]。農(nóng)業(yè)部保護(hù)性耕作研究中心研制的2BMD-12 小麥對(duì)行免耕播種機(jī)見(jiàn)圖10[13]。其同樣采用帶狀旋耕刀破茬松土裝置，能夠用于玉米收獲后，在秸稈直立狀態(tài)下下地作業(yè)。該機(jī)配套動(dòng)力為43 kW以上拖拉機(jī)，播種幅寬 2 800 mm，播種平均行距200～233 mm[8]。

我國(guó)對(duì)免耕播種機(jī)的研究起步較晚，主要是對(duì)國(guó)外免耕播種機(jī)的消化和吸收，研究適合我國(guó)國(guó)情的免耕播種機(jī)，并取得了不小的成就，但是當(dāng)秸稈覆蓋量大、留茬較高時(shí)，易堵塞卡滯，影響作業(yè)質(zhì)量。

3全秸稈覆蓋免耕播種機(jī)的秸稈處理裝置

針對(duì)現(xiàn)有的免耕播種機(jī)存在當(dāng)?shù)乇斫斩捔看蠡蛄舨绺邥r(shí)極易造成機(jī)具入土部件掛草、壅堵和架種、晾種等問(wèn)題，農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所創(chuàng)新性研制出了全秸稈覆蓋免耕播

種機(jī)（正處在試驗(yàn)階段），該機(jī)可一次性完成碎秸、清秸、播種、施肥、播種后覆秸等作業(yè)工序。其作業(yè)過(guò)程為：首先利用秸稈處理裝置將待播區(qū)內(nèi)的秸稈撿拾、粉碎，通過(guò)橫向推送及風(fēng)力提升后向后拋撒，在秸稈未落下、地表無(wú)秸稈的空檔處播種施肥，粉碎后的秸稈再由拋灑裝置均勻地覆蓋于播種后的地面上。該機(jī)具不僅能夠解決現(xiàn)有免耕播種機(jī)的技術(shù)難題，而且覆蓋后的秸稈能夠起到很好的肥效以及達(dá)到“準(zhǔn)地膜”的覆蓋效果；且通過(guò)更換部分作業(yè)部件，可播種不同的作物。

3.1工作原理

秸稈處理裝置是全秸稈覆蓋免耕播種機(jī)的核心，其主要作用是將待播區(qū)域內(nèi)的秸稈清理干凈，為后續(xù)的播種、施肥等工作部件營(yíng)造“潔凈”的工作環(huán)境，從而解決開(kāi)溝器壅堵、架種、晾種等問(wèn)題。其具體結(jié)構(gòu)如圖11所示[14]。

全秸稈覆蓋免耕播種機(jī)的秸稈處理裝置是利用拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸輸出動(dòng)力，經(jīng)萬(wàn)向節(jié)帶動(dòng)變速齒輪旋轉(zhuǎn)，通過(guò)變速齒輪加速后帶動(dòng)三角帶傳動(dòng)，從而帶動(dòng)秸稈粉碎刀軸以及攪龍、風(fēng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)。且在秸稈粉碎刀軸上裝有Y型甩刀，工作時(shí)甩刀離地有5 cm的高度，高速旋轉(zhuǎn)的的甩刀可以將直立或者倒伏的秸稈打成多段，同時(shí)由于甩刀的高速旋轉(zhuǎn)，在秸稈處理裝置入口處形成負(fù)壓區(qū)，斷秸以及未被打斷的秸稈被吸入機(jī)體內(nèi)，與機(jī)體內(nèi)安裝的定齒相遇，從而被剪切粉碎。粉碎后的秸稈被氣流送至粉碎刀軸后方設(shè)置的橫向輸送攪龍， 碎秸通

過(guò)旋轉(zhuǎn)的螺旋輸送攪龍推送至離心風(fēng)機(jī)，并在風(fēng)機(jī)葉片高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力以及獲得能量的氣流聯(lián)合作用下，從設(shè)有秸稈拋灑機(jī)構(gòu)的輸送管道出口拋出，越過(guò)種箱、肥箱，均勻地覆蓋于播后地表。

3.2田間試驗(yàn)

該機(jī)于2014年11月4—13日（其間7、8日2 d下雨），在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地（位于南京市六合區(qū)竹鎮(zhèn)）分別做了玉米茬小麥免耕播種與水稻茬小麥免耕播種的試驗(yàn)。其中前茬作物為玉米的田地1.387 hm2，玉米茬秸稈高度 1 736 mm，株距345 mm，秸稈直徑從稈頂?shù)?.3 mm到稈底的20.6 mm逐漸增大；前茬作物為水稻的田地0.96 hm2，先前收獲水稻時(shí)采用的是全喂入聯(lián)合收獲機(jī)，留茬高度400 mm，株距200 mm。試驗(yàn)期間田間秸稈覆蓋效果如圖12、圖13所示，2幅圖都是左邊的是待播區(qū)域，右邊是已播區(qū)域。

3.3存在的問(wèn)題

（1）當(dāng)遇到田間不平整處，尤其是兩邊低中間高的地方，甩刀會(huì)將大量凸起的土壤甩至攪龍，并輸送到離心風(fēng)機(jī)處，造成風(fēng)機(jī)的堵塞卡滯。

（2）當(dāng)秸稈的直徑較小，如水稻茬、小麥茬，且其含水量過(guò)高時(shí)，粉碎后的秸稈容易堆積成團(tuán)狀，會(huì)造成風(fēng)機(jī)出口段的管道堵塞卡滯。

（3）管道出口處的秸稈會(huì)纏繞在拋灑機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)纏繞的量過(guò)多時(shí)，會(huì)造成拋灑機(jī)構(gòu)由于摩擦阻力過(guò)大而旋轉(zhuǎn)速度變慢乃至停滯，從而影響秸稈的覆蓋均勻性。

4結(jié)語(yǔ)

隨著焚燒農(nóng)作物秸稈造成的空氣污染、交通堵塞等問(wèn)題日漸突出，對(duì)免耕播種機(jī)秸稈處理裝置的理論研究與創(chuàng)新顯得尤為重要；因此，需要重視對(duì)免耕播種機(jī)秸稈處理裝置的理論研究與創(chuàng)新。我國(guó)在總結(jié)吸收國(guó)外免耕播種機(jī)秸稈處理裝置的基礎(chǔ)上，研制出了許多適合我國(guó)國(guó)情的免耕播種機(jī)秸稈處理裝置，但是也存在不少問(wèn)題，所以要對(duì)現(xiàn)有秸稈處理裝置進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步改進(jìn)和完善現(xiàn)有裝置，提高免耕播種的質(zhì)量。同時(shí)，根據(jù)不同地區(qū)特點(diǎn)及廣大人民的需求，發(fā)展有利于免耕播種機(jī)播種的秸稈處理裝置，從而提高農(nóng)民的積極性、減少乃至杜絕焚燒秸稈，進(jìn)而能真正解決焚燒秸稈帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題以及為全面實(shí)施保護(hù)性耕作提供有效的技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]王幸，王宗標(biāo)，齊玉軍，等. 保護(hù)性耕作研究與應(yīng)用進(jìn)展[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（5）：3-7.

[2]胡志超. 我國(guó)免耕播種技術(shù)研發(fā)取得突破性進(jìn)展——南京農(nóng)機(jī)化所破解全秸稈覆蓋早地機(jī)械化夏直播技術(shù)難題[J]. 農(nóng)機(jī)科技推廣，2013（7）：10.

[3]李衛(wèi). 驅(qū)動(dòng)圓盤破茬式玉米免耕播種機(jī)試驗(yàn)研究[D]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.

[4]廖慶喜，高煥文，舒彩霞. 免耕播種機(jī)防堵技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2004，20（1）：108-112.

[5]姜鐵軍. 免耕播種機(jī)輪齒式破茬機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[D]. 長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2013.

[6]王漢羊.2BMFJ-3型麥茬地免耕播種覆秸大豆精密播種機(jī)的研究[D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

[7]何磊. 茬地免耕精量播種機(jī)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)與研究[D]. 石河子：石河子大學(xué)，2011.

[8]牛博英.小麥免耕播種機(jī)雙向螺旋刀防堵裝置的研究[D]. 保定：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2009.

[9]趙明，賈晶霞，沈永寧，等. 6115Z型免耕施肥播種機(jī)的研制[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械，2008（19）：61-62.

[10]馬洪亮，高煥文，李洪文，等. 斜置驅(qū)動(dòng)圓盤免耕播種機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2006，37（5）：45-47， 66.

[11]胡鴻烈，丁加明，曾愛(ài)軍，等. 2BQM-6A型免耕播種機(jī)的研制[J]. 北京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1993，19（2）：41-47.

[12]張鋒偉，趙武云，吳建民. 2BMFS-5/10型多功能免耕覆蓋施肥播種機(jī)的研制[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械，2007（20）：69-71.

[13]姚宗路，王曉燕，李洪文，等. 2BMD-12型小麥對(duì)行免耕施肥播種機(jī)改進(jìn)與試驗(yàn)研究[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2005，23（5）：46-51.

[14]陳有慶，吳峰，顧峰瑋，等. 麥茬全秸稈覆蓋地花生免耕播種機(jī)試驗(yàn)研究[J]. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2014，35（2）：132-135.李劭彤， 李朝陽(yáng)，李巧玲 ，等. 甲氰菊酯微生物降解的研究進(jìn)展[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（11）：17-20.