林 靜，李 凱，李宏哲，馬 鐵，李寶筏，陸澤城

(1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院，沈陽 110866；2.鐵嶺縣農(nóng)機化技術(shù)推廣服務(wù)站，遼寧 鐵嶺 112600)

東北平原棕壤土區(qū)合理耕層耕作模式與配套機具研究

林 靜1，李 凱1，李宏哲2，馬 鐵1，李寶筏1，陸澤城1

(1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院，沈陽 110866；2.鐵嶺縣農(nóng)機化技術(shù)推廣服務(wù)站，遼寧 鐵嶺 112600)

目前，土地沙漠化面積增大，傳統(tǒng)耕作機械田間作業(yè)頻繁，增加了土壤堅實度，使土壤容重增加，造成了土壤的板結(jié)，犁底層加厚上移，影響作物產(chǎn)量、制約了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。針對東北平原棕壤土區(qū)遼寧省鐵嶺縣的實際情況，結(jié)合聯(lián)合整地、深松、深松聯(lián)合整地及免耕播種4種耕作模式，與當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物種植合作社合作，對4種模式的土壤理化性質(zhì)進行測試。在距地表5、10、15cm土壤深度時，深松模式土壤溫度高于聯(lián)合耕整地模式1.6、1.5、1.1℃；免耕播種比聯(lián)合耕整地模式的土壤溫度分別高了2.8、2.2、1.9℃。土壤含水率方面，免耕播種含水率最高，在壟臺、向陽面、向陰面分別比聯(lián)合耕整地模式高6.9%、12.2%、15.2%；在土壤容重與土壤緊實度方面，深松模式在深度10～30cm范圍內(nèi)土壤容重低于未深松模式0.3g/cm3。根據(jù)土壤理化特性，運用線性規(guī)劃方法對現(xiàn)有配套機具進行優(yōu)化配備，并對配備后進行效益分析，得出深松覆蓋模式的收益最高，達到1.29萬元/hm2；其次是免耕播種模式，達到1.25萬元/hm2；深松聯(lián)合整地模式與聯(lián)合整地模式分別為0.90萬元/hm2和0.74萬元/hm2。同時，提出了一種適合當(dāng)?shù)赝寥佬再|(zhì)的耕作模式與合理配套機具。

合理耕層；理化性質(zhì)；免耕播種機；深松機；秸稈還田機；配套機具

0 引言

玉米是世界上重要的糧食作物之一，種植面積和產(chǎn)量僅次于小麥和水稻。其生長發(fā)育和產(chǎn)量受到品種、氣候、栽培管理和耕作措施等多種因素的影響，其中耕作措施是重要因素之一。自實施家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制以來，由于土地的分散經(jīng)營，大型動力及機具在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用急劇下降，小型機具在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)主導(dǎo)地位，深翻、深松等作業(yè)面積越來越少，使土壤耕層變淺、犁底層加厚并上移，耕層有效土壤數(shù)量明顯減少，直接導(dǎo)致土壤的理化性狀趨于惡化，土壤緩沖能力下降，玉米生產(chǎn)受到嚴(yán)重影響。合理的土壤耕層的結(jié)構(gòu)對于土壤、水、肥、氣、熱的調(diào)節(jié)具有直接作用，不同的耕層結(jié)構(gòu)導(dǎo)致耕層土壤生態(tài)環(huán)境具有明顯差異，從而影響作物的生長發(fā)育[1-12]。韓曉增等[13]耕作的目的在于創(chuàng)造一個適宜作物生長的土壤層，通過耕作所建立的耕作層主要功能是協(xié)調(diào)水、肥、氣和熱，使其能夠滿足作物生長發(fā)育的需要。裴澤蓮等[14]詳細(xì)介紹了土壤的物質(zhì)組成及作用，農(nóng)作物賴以生存的土壤是由固體、液體和氣體三類物質(zhì)組成的。固體物質(zhì)包括土壤礦物質(zhì)、有機質(zhì)和微生物等；液體物質(zhì)主要指土壤水分；氣體是指存在于土壤孔隙中的空氣。土壤中這三類物質(zhì)構(gòu)成一個矛盾的統(tǒng)一體，互相聯(lián)系，互相制約，為作物提供必需的生存條件，是土壤肥力的物質(zhì)基礎(chǔ)。聶影[15]針對耕地存在的耕層變淺、有效耕層土壤量減少、土壤容重偏高問題，提出研制全方位耕層復(fù)式作業(yè)配套機具及土壤合理分層施肥、種植配套機具的建議。

合理耕層構(gòu)建技術(shù)是我國目前高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)和中低產(chǎn)田開發(fā)研究的共性問題，對大幅度提升耕地質(zhì)量及綜合生產(chǎn)能力具有重要意義。本研究在遼寧鐵嶺縣蔡牛鎮(zhèn)張莊合作社和阿吉鎮(zhèn)古城村曲洪堯合作社進行合理耕層構(gòu)建試驗。鐵嶺縣位于遼寧省北部，南依沈陽，東鄰撫順，西接鐵法礦區(qū)，中環(huán)鐵嶺市區(qū)，縣域地處東經(jīng)123°28′～124°33′，北緯41°59′～42°33′；下轄15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)(場)，216個行政村。鐵嶺縣境內(nèi)地勢呈東高西低：東部為低山丘陵，屬吉林哈達嶺的延續(xù)部分，海拔平均在200～300m；西部為遼河沖積平原。鐵嶺縣處于中溫帶亞濕潤區(qū)季風(fēng)型大陸性氣候，熱量充足，年平均光照2 600h左右，四季分明，氣候溫和。全縣農(nóng)作物播種面積7.9萬hm2，玉米種植面積4.7萬hm2。為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械化作業(yè)，鐵嶺縣開始嘗試集中經(jīng)營土地，扶持農(nóng)機合作社的成立。農(nóng)機合作社的成立，加快了土地的流轉(zhuǎn)和經(jīng)營，有利于農(nóng)機行業(yè)各種服務(wù)資源的整合，農(nóng)民的組織化程度得到提高。鐵嶺地區(qū)的農(nóng)機總值、農(nóng)機總動力及各種類型的農(nóng)業(yè)機械基本上都呈逐年增加的趨勢。2015年，全縣農(nóng)機合作社農(nóng)機作業(yè)面積達8.4萬hm2，服務(wù)農(nóng)戶5萬戶，服務(wù)總收入達4 190萬元，農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)水平達到84%，比增長4%，大中型拖拉機擁有量增加到8.24萬臺，小型拖拉機5.1萬臺，配套農(nóng)機具15萬余臺，符合機具配套試驗要求。

1 4種耕作模式對比分析

以遼寧省鐵嶺縣棕壤土區(qū)為例，根據(jù)本地區(qū)的氣候田間、土壤類型、裝備水平、種植制度等對玉米機械化生產(chǎn)制定4種耕作模式，如圖1所示。

(a) 聯(lián)合整地模式

(b) 深松覆蓋模式

(c) 免耕播種模式

(d) 深松聯(lián)合整地模式

1.1 聯(lián)合整地的模式

玉米整稈覆蓋模式的操作流程是：秋季機械收獲→聯(lián)合整地機進行表土作業(yè)→播種機播種施肥→機械打藥。主要使用玉米收割機收割摘穗，留秸稈平鋪在地面過冬。春天在播種前用聯(lián)合耕整地機械對土表進行秸稈處理，淺旋滅茬起壟一次性完成。對聯(lián)合整地機耕整過的土地進行常規(guī)播種，用普通播種機播種。雜草防治主要采用化學(xué)除草，采取播前封閉噴施和苗期滅草。播前封閉噴施在播種前10天用草甘膦對深松過的留茬地進行。苗期滅草在作物3～4葉期進行，玉米田使用2,4-D丁酯針對闊葉雜草。聯(lián)合整地機械采用的是1GZM-300型聯(lián)合整地機，配套動力66.1～99kW，工作幅寬290～300cm，工作期間旋耕刀轉(zhuǎn)速226～265r/min，滅茬刀轉(zhuǎn)速可達到480～570r/min，能很好地完成旋耕、滅茬的作用。其可以一次性完成旋耕、滅茬、起壟、鎮(zhèn)壓等工作，具有很好的工作穩(wěn)定性，可以高效地完成土表作業(yè)項目，降低成本，人工與燃料費為195元/hm2。播種機械采用的2BYF-4玉米播種機，因為在經(jīng)濟旋耕起壟過后的土地環(huán)境下進行播種，所以不需要免耕播種機，減少了機器的購進成本。2BYF-4玉米播種機主要性能參數(shù)為：行距55～60mm，工作幅寬180cm，生產(chǎn)率0.47～0.60hm2/h，播種深度3～5cm，施肥深度6～8cm；可以完成開溝、施肥、播種及覆土等工作，減少了人員的投入量，作業(yè)效率0.8hm2/h，且油耗低。精良播種也降低了種子的成本，不用間苗，省時省力。與免耕播種機種子投放量一致，可保證效益計算時的平等性。玉米收獲機型號為谷神CA50(4YZ-5A)，適應(yīng)行距550mm，工作幅寬2 750mm，籽粒損失率≤1.5%，果穗損失率≤3.0%，苞葉剝凈率≥85%，總損失率≤4.0%。該機器可以適應(yīng)不同壟距的玉米收獲，對壟上作物有良好的收割效果。其割臺可調(diào)節(jié)，保證了離地間距的可調(diào)性，使機器更好地在壟上進行玉米收割；全液壓的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，操控輕便靈敏，農(nóng)業(yè)機械人員可以簡單上手。

1.2 深松覆蓋模式

深松覆蓋模式的操作流程為秋季機械收獲→秸稈粉碎還田→用深松機對土壤進行深松作業(yè)→機械免耕播種施肥→機械打藥。玉米使用聯(lián)合收割機收割，將秸稈粉碎(小于10cm)后均勻拋撒地面，秸稈還田量約4 500～6 000kg/hm2；收獲之后，用深松整地聯(lián)合作業(yè)機對土地進行深松作業(yè)(深度25～30cm)，達到打破犁底層的目的，并且在深松之后進行碎土。春天對深松之后的土地采用機械免耕播種施肥機完成免耕播種同時施肥作業(yè)，可降低機具的投入，達到省時、省力的目的。播后3～5天采用機械噴藥作業(yè)，封閉滅草。

1.3 免耕播種模式

免耕播種模式的操作流程：秋季機械收獲→秸稈粉碎還田→機械免耕播種施肥→機械打藥。玉米使用聯(lián)合收割機收割,將秸稈粉碎(小于10cm)后均勻拋撒地面，秸稈還田量稈約6 000～9 000kg/hm2。機具的選配是康達2BMZL-2型免耕播種機，其破茬高度、壟寬等方面都適合遼寧省土地播種，可以一次性地完成破茬、開溝、施肥、播種、覆土、施肥及鎮(zhèn)壓等一系列工作，減少了拖拉機及農(nóng)具的作業(yè)次數(shù)，降低了成本、減少了對土地的壓實。其主要性能參數(shù)為行距60～70cm，株距10～33cm。報警裝置KDL6型單壟漏播報警和計數(shù)，每公頃地需要種子55 500粒左右，約19.5kg。其作業(yè)速度可達到12～13km/h，油耗約為17.5L/hm2。從田間作業(yè)可得出，該播種機效率高、投入少、收益高。

1.4 深松聯(lián)合整地模式

深松耕整地模式的工藝流程：秋天機械對玉米進行摘穗收割→對土地進行深松處理→春季進行旋耕滅茬起壟一次性處理→普通播種機播種→機械打藥。使用玉米收割機收割摘穗,留秸稈平鋪在地面過冬。收獲之后用深松機對土地進行深松作業(yè)(深度30cm左右)，達到打破犁底層的目的。春天在播種前用聯(lián)合耕整地機械對土表進行秸稈處理，淺旋滅茬起壟機一次性完成。對聯(lián)合整地機更正過的土地進行常規(guī)播種，用普通播種機播種。雜草防治主要采用化學(xué)除草，采取播前封閉噴施和苗期滅草，播前封閉噴施在播種前10天用草甘膦對深松過的留茬地進行。苗期滅草在作物3～4葉期進行，玉米田使用2,4-D丁酯針對闊葉雜草。機具選配的是康達1SZL-260型深松機，配套的動力為雷沃1354，主要性能指標(biāo)為深松寬度260cm，深松深度30～40cm，能有效打破犁底層，保證玉米根系的良好延伸。同時，深松機后面帶有一個鎮(zhèn)壓輪滾，在深松之后，可以對少量的硬土及碎秸稈進行撫平、鎮(zhèn)壓，以保證土壤的透氣能力。

2 不同耕作模式對土壤理化性質(zhì)影響

2.1 不同耕作模式對土壤溫度的影響

土壤溫度是土壤熱狀況的綜合表征指標(biāo)，受到天氣原因、土壤水分含量及太陽輻射等因素的影響。土壤溫度影響著作物生產(chǎn)長的各項指標(biāo)，適宜的溫度適合作物根系生長和光合作用的發(fā)生。在耕作前1個星期用曲管低溫機對幾種耕作模式的土壤溫度的影響進行了測量試驗，試驗結(jié)果如表1所示。

表1 不同耕作模式下不同深度的土壤溫度

通過對土壤不同時期不同深度的測試試驗，發(fā)現(xiàn)土壤溫度隨著日期的增加， 大致呈現(xiàn)增加趨勢， 且保 護性耕作土壤溫度明顯高于傳統(tǒng)耕作情況下的土壤溫度，具體變化情況如圖2～圖4所示。

圖2 不同耕作方式5cm深度土壤溫度的比較

圖3 不同耕作方式10cm深度土壤溫度的比較

圖4 不同耕作方式15cm深度土壤溫度的比較

由圖2～圖4可知：在播種時期隨著土壤深度的增加，溫度都在逐步的降低，且隨著土壤深度的加深，4種耕作方式的溫差也在逐漸減少。3種深度的土壤溫度都是保護性耕作高于傳統(tǒng)耕作，其順序依次為免耕播種>深松覆蓋>深松聯(lián)合耕整地>聯(lián)合耕整地。在5、10、15cm深度層時，免耕播種比聯(lián)合耕整地模式的土壤溫度分別高了2.8、2.2、1.9℃；深松覆蓋模式比聯(lián)合耕整地模式土壤溫度分別高了1.6、1.5、1.1℃；深松聯(lián)合耕整地覆蓋模式比聯(lián)合耕整地模式土壤溫度分別高了0.7、0.5、0.3℃。這些數(shù)據(jù)證明了保護性耕作對土壤溫度的保護有著積極作用，在北方這種偏冷的旱地耕作區(qū)考慮土壤溫度情況下，可以采用保護性耕作措施，有利于作物的正常生長。

2.2 不同耕作模式對土壤含水率的影響

土壤的含水量對植物生長發(fā)育有重要的作用。土壤的含水率是對各種保護性耕作模式的優(yōu)劣評價指標(biāo)之一。土壤表層的含水量主要受降雨的影響，其次還受到地表蒸發(fā)、植株蒸騰、入滲和地表徑流的影響。在降雨量一定的情況下，秸稈還田可減少地表水分蒸發(fā)，利用土壤含水率測試儀對不同耕種方式下的土壤含水量進行測量，結(jié)果如表2所示。由表2可知：向陰面壟側(cè)含水量明顯高于向陽面壟側(cè)和壟臺。

由圖5可以得出：在土壤含水量方面免耕播種的方式明顯優(yōu)于其他耕作方式。這說明免耕播種對蓄水保墑有顯著效果。其中，深松聯(lián)合耕整地模式的土壤含水量略低于聯(lián)合耕整地模式的土壤含水率，是因為在秋季進行深松之后地表裸露，導(dǎo)致土壤水分減少。所以，秸稈還田對于土壤水分保持有良好作用。

表2 不同耕作模式下不同位置的土壤含水率

圖5 不同耕作模式下不同位置土壤含水量比較

2.3 不同耕作模式對土壤堅實度的影響

土壤緊實度影響著植物根系的生長，在土壤緊實度低的情況下，有利于植物根系的發(fā)育，保證了對土壤養(yǎng)分的吸收。針對4種耕作模式用SC-900土壤緊實度儀進行了不同深度的土壤緊實度試驗，結(jié)果如表3所示。

表3 不同土層深度的土壤緊實度

由表3可知：在土壤表層部分常規(guī)耕作土壤緊實度最低；但根據(jù)測得土壤水分發(fā)現(xiàn)，常規(guī)耕作土壤水分含量低，不利于種子的出芽；20cm之后深松的效果得以體現(xiàn)，降低了土壤緊實度，有利于玉米根系的生長，且平均水分高于常規(guī)耕作。研究中發(fā)現(xiàn)了一些問題：免耕播種模式使土壤緊實度在各個深度層次都高于其他3種模式，主要原因在于之前常規(guī)耕作造成了土地壓實，播種時盲目進行免耕播種，沒有提前進行深松，造成了脆性耕作。研究結(jié)果表明：在免耕之前應(yīng)該對土壤進行深松處理，之后進行免耕。

2.4 不同耕作模式對土壤容重的影響

土壤容重與土壤緊實度類似，土壤容重越大，表明土壤與外界水分、溫度交換能力越差。采用環(huán)刀法對土壤容重進行測量土壤容重，結(jié)果如表4所示。

表4 不同耕作模式下不同深度土壤容重

由圖6可以得出：土壤緊實度與土壤容重反應(yīng)的情況基本一致，所以從土壤容重方面看，免耕播種應(yīng)該與少耕結(jié)合，在免耕前進行土壤的深松處理。

圖6 不同模式下不同土層深度下的土壤容重

2.5 不同耕作模式對土壤有機質(zhì)與pH的影響

通過鐵嶺市農(nóng)業(yè)委員會合作測得的2015年數(shù)據(jù)與2016年的土壤有機質(zhì)與pH數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 不同耕作模式下土壤有機質(zhì)及pH值

由表5可以得出：保護性耕作土壤養(yǎng)分及pH高于常規(guī)耕作，且以深松覆蓋模式最好。

3 機組適宜規(guī)模模型分析

3.1 建立約束方程

作業(yè)量約束方程組是根據(jù)進行某項作業(yè)的各機組完成工作量之和應(yīng)大于或等于該項作業(yè)規(guī)定作業(yè)量這個條件確定的，其公式為

(1)

式中k—作業(yè)序號，k=1,2,3,4,5；

S(k)—與第k項作業(yè)有關(guān)的作業(yè)機組變量號；

Ak—第k項作業(yè)的規(guī)定作業(yè)量(hm2)；

X—第S(k)作業(yè)機組的臺班變量；

WS(k)—第S(k)作業(yè)機組的班生產(chǎn)率(hm2/班)。

拖拉機配備量約束方程分機型、分作業(yè)階段編寫。作業(yè)階段劃分方式為：在一個作業(yè)階段內(nèi)拖拉機各項作業(yè)相互交叉，不同作業(yè)階段的作業(yè)相互獨立。則

(2)

式中i—拖拉機變量號；

XS(i)—某階段使用i型拖拉機的作業(yè)機組變量號；

Xi—第i型拖拉機配備量，該模式有X1，X2，X3，X4；

M—第i型拖拉機能提供進行某項作業(yè)或作業(yè)組合的最大班次數(shù)。

拖拉機作業(yè)量約束方程數(shù)，視采用分段作業(yè)法或流水作業(yè)法而定。對分段作業(yè)法，每一作業(yè)階段的拖拉機配備約束方程數(shù)CF等于作業(yè)項數(shù)n；而對流水作業(yè)法，每一作業(yè)階段的拖拉機配備約束方程數(shù)CL等于作業(yè)項數(shù)n的排列組合為CL=2n-1。

3.2 目標(biāo)函數(shù)方程

農(nóng)業(yè)機器作業(yè)一般的目標(biāo)為：功率消耗最低、耗油最低、費用最小或機械作業(yè)成本最低，本模式以機械作業(yè)成本費用最低(收益最大)為目標(biāo)。因此，應(yīng)用線性規(guī)劃由求收益最大問題轉(zhuǎn)化為求費用最小問題。目標(biāo)函數(shù)方程：

最小作業(yè)成本Smin=C農(nóng)藝成本+C機械作業(yè)成本

最大收益Smax=C作物產(chǎn)值-C農(nóng)藝成本-C機械作業(yè)成本

3.3 合理耕層配套機具模式

3.3.1 深松覆蓋模式

深松耕整地模式，在秋季收獲之后，打碎的秸稈都在農(nóng)田中覆蓋，起到還田作用。工藝流程：秋季收獲機秸稈粉碎還田→深松機對土壤進行深松→春天免耕播種施肥→機械打藥→收獲機秸稈粉碎還田。深松機配套康達1SZL-260型，動力為雷沃1354，外形尺寸274cm×236cm×133cm，深松寬度260cm，深松度30～40cm。其可以打破犁底層，保證玉米根系的良好延伸，且深松機后面帶有一個鎮(zhèn)壓輪滾，在深松之后，可對少量的硬土及碎秸稈進行撫平，鎮(zhèn)壓?？颠_ISZL-260的工作性能穩(wěn)定，可保證土壤的透氣能力。玉米收獲機選用的是中農(nóng)博遠(yuǎn)4YZB-4自走式玉米收獲機，配套動力104kW，整車外形尺寸6 970mm×2 320 mm×3 400mm，割臺作業(yè)幅寬2 320mm，適應(yīng)行距500～600mm，籽粒損失率≤1%，果穗損失率≤3%，籽粒破碎率≤1%；作業(yè)效率可以達到0.55～0.88hm2/h，可大量的節(jié)約勞動力，提高作業(yè)效率，保證農(nóng)忙時可以達到要求的工作量。深松覆蓋模式的田間作業(yè)機器配備的依據(jù)是該合作社全年的機器田間作業(yè)任務(wù)，該合作社對深松聯(lián)合整地模式的田間機械化工藝方案如表6所示。

表6 深松覆蓋模式田間作業(yè)機械化工藝方案

LINGO(Linear Interactive and General Optimizer)，即“交互式的線性和通用優(yōu)化求解器”，是一種專門用于求解數(shù)學(xué)規(guī)劃問題的軟件包。LINGO主要用于求解線性規(guī)劃、二次規(guī)劃、非線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃和動態(tài)規(guī)劃等問題，也可用于求解一些線性和非線性方程組及代數(shù)方程求根等。將變量代入約束方程、目標(biāo)函數(shù)輸入到LINGO中進行運算，得出表7優(yōu)化后配備機具數(shù)量。根據(jù)產(chǎn)值和總的費用得出每公頃收益為1.29萬元。

表7 優(yōu)化后機具數(shù)量

3.3.2 免耕播種模式

工藝流程：秋季收獲機秸稈粉碎還田→春天免耕播種施肥→機械打藥→收獲機秸稈粉碎還田。免耕播種機選配的是康達2BMZL-2型免耕指夾式精確施肥播種機,在破茬高度、壟寬等方面都適合遼寧省土地播種，可一次性的完成破茬、開溝、施肥、播種、覆土、施肥及鎮(zhèn)壓等一系列工作。由于采用機器精量播種，每公頃地需要種子55 500粒左右，約19.5kg。作業(yè)速度可達到12～13km/h，油耗約為17.5L/hm2。打藥機配套3W-500噴霧劑，配套動力50～55kW，藥箱容量500L，幅寬10m，噴頭數(shù)20個。該機具有幅寬寬、容量大，一次加水持續(xù)作業(yè)可達1hm2左右，高效而且方便，噴頭作業(yè)高度可在0.5～1.0m之間進行調(diào)整，保證不同時期的作業(yè)需求，還可進行折疊存放。深松覆蓋模式的田間作業(yè)機器配備的依據(jù)是該合作社全年的機器田間作業(yè)任務(wù)，該合作社對深松聯(lián)合整地模式的田間機械化工藝方案如表8所示。

表8 免耕播種模式田間作業(yè)機械化工藝方案

將變量代入約束方程、目標(biāo)函數(shù)輸入到LINGO中進行運算，得出表9優(yōu)化后機具數(shù)量。根據(jù)產(chǎn)值和總的費用得出每公頃收益為1.25萬元。

表9 優(yōu)化后機具數(shù)量

3.3.3 深松聯(lián)合整地模式

秋天深松，選配的是1SF-130型偏柱式深松作業(yè)機，配套動力50～60kW，深松寬度130cm，深松度30～40cm。該機具進行兩行作業(yè)，機具質(zhì)量較小，且具有獨特的偏柱式深松結(jié)構(gòu)，犁底層帶動寬，耕層破壞少，作業(yè)阻力小，可以達到40cm的深松深度水分入滲效果好，土壤通透性強。播種機械采用的2BYF-4玉米播種機，配套動力18.4～25.7kW，外形尺寸1 550mm×2 200mm×980mm，行距55～60mm，工作幅寬180cm，生產(chǎn)率0.47～0.60hm2/h，播種深度3～5cm，施肥深度6～8cm。因為在經(jīng)濟旋耕起壟過后的土地環(huán)境下進行播種，所以不需要免耕播種機，減少了機器的購進成本。2BYF-4玉米播種機可以完成開溝、施肥、播種、覆土等工作，減少了人員的投入，作業(yè)效率0.8hm2/h，且油耗低。精良播種也降低了種子的成本，在間苗期不用間苗，省時省力。與免耕播種機的種子投放量一致，可以保證效益計算時的平等性。玉米收獲機型號為谷神CA50(4YZ-5A)，配套動力104kW，整車外形尺寸9 300mm×3 050mm×3 800mm，適應(yīng)行距550mm，工作幅寬2 750mm，籽粒損失率≤1.5%，果穗損失率≤3.0%，苞葉剝凈率≥85%，總損失率≤4.0%。該機可適應(yīng)不同壟距的玉米收獲，對壟上作物有良好的收割效果，割臺可調(diào)節(jié)，使機器更好地在壟上進行玉米收割；全液壓的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，操控輕便靈敏。深松聯(lián)合整地模式的田間作業(yè)機器配備的依據(jù)是該合作社全年的機器田間作業(yè)任務(wù)，該合作社對深松聯(lián)合整地模式的田間機械化工藝方案如表10所示。

表10 深松聯(lián)合整地模式田間作業(yè)機械化工藝方案

將變量代入約束方程、目標(biāo)函數(shù)輸入到LINGO中進行運算，得出表11優(yōu)化后機具數(shù)量。對計算結(jié)果進行圓整，根據(jù)產(chǎn)值和總的費用得出每公頃收益為0.90萬元。

表11 優(yōu)化配備后機具臺數(shù)

3.3.4 聯(lián)合耕整地模式

聯(lián)合耕整地模式作為對照組試驗，在農(nóng)業(yè)機具方面的應(yīng)用于深松聯(lián)合耕整地模式相同，不同點在于減少了秋季深松環(huán)節(jié)，在春季播種之前的一段時間對土表進行聯(lián)合耕整地處理。春天聯(lián)合整地機械采用的是1GZM-300型聯(lián)合整地機，配套動力66.1～99kW，外形尺寸3 180mm×1 900mm×1 100mm，工作幅寬290～300cm，工作期間旋耕刀轉(zhuǎn)速226～265r/min、滅茬刀轉(zhuǎn)速可達到480～570r/min，滅茬深度8～12cm，旋耕深度8～16cm，旋耕刀輥轉(zhuǎn)226～265r/min，滅茬刀輥轉(zhuǎn)速480～570r/min，作業(yè)速度2～7km/h，能很好地完成旋耕、滅茬作業(yè)。其可以一次性的完成，旋耕、滅茬、起壟及鎮(zhèn)壓等工作，保持土壤的松軟、平整程度，達到精量播種機的播種要求，保證出苗率；具有很好的工作穩(wěn)定性，可以高效完成土表作業(yè)項目，降低了成本，人工與燃料費總需13元/年。聯(lián)合整地模式的田間作業(yè)機器配備的依據(jù)是該合作社全年的機器田間作業(yè)任務(wù)，該合作社的聯(lián)合整地模式中，拖拉機及其農(nóng)具全年共有5項作業(yè)，3個作業(yè)階段，即秋收、秋整地階段和春播階段，各階段作業(yè)日期、作業(yè)班次田間機械化工藝方案如表12所示。

表12 聯(lián)合整地模式田間作業(yè)機械化工藝方案

將變量代入約束方程、目標(biāo)函數(shù)輸入到LINGO中進行運算，得出表13優(yōu)化后機具數(shù)量。根據(jù)產(chǎn)值和總的費用得出每公頃收益為0.74萬元。

表13 優(yōu)化后機具數(shù)量

4 結(jié)論

1)通過田間試驗，對土壤的理化性質(zhì)有了細(xì)致了解，4種耕作模式下對土壤有不同的改變。土壤溫度方面，免耕播種模式與深松覆蓋模式的土壤溫度均高于其他兩種耕作模式，在距地表5、10、15cm時，免耕播種比聯(lián)合耕整地模式的土壤溫度分別高了2.8、2.2、1.9℃；深松覆蓋模式比聯(lián)合耕整地模式土壤溫度分別高了1.6、1.5、1.1℃；深松聯(lián)合耕整地覆蓋模式比聯(lián)合耕整地模式土壤溫度分別高0.7、0.5、0.3℃。

2)通過對4種模式土壤含水量的測試，得出在壟的向陽面、壟臺與陰面3個位置，免耕播種比聯(lián)合耕整地模式的土壤含水量分別高了12.2%、6.9%、15.2%；深松覆蓋模式比聯(lián)合耕整地模式土壤含水量分別高0.3%、0.1%、4.6%；深松聯(lián)合耕整地模式比聯(lián)合耕整地模式低1.3%、1.5%、1.2%，造成這種狀況的原因是聯(lián)合整地后土表水分徑流；土壤有機質(zhì)與pH值免耕播種模式與深松覆蓋模式明顯高于其他兩種模式。所以，從土壤理化性質(zhì)方面，免耕播種模式與深松覆蓋模式能有效改良土壤。

3)通過線性規(guī)劃的方法，對4種耕作模式的農(nóng)用機械進行優(yōu)化配備，并進行效益計算，得出深松覆蓋模式的經(jīng)收益最高，達到1.29萬元/hm2。其次，免耕播種模式達到1.25萬元/hm2，深松聯(lián)合整地模式與聯(lián)合整地模式分別為0.90萬元/hm2和0.74萬元/hm2。從環(huán)境效益與經(jīng)濟效益綜合分析，得出免耕播種的同時，隔2～3年進行1次深松作業(yè)，在保證土壤容重降低的情況下實行保護性耕作，有利于改良土壤結(jié)構(gòu)。

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Research on Tillage Mode and Matching Machine of Optimum Tillage Layer of Brown Soil Zone in Northeast Plain

Lin Jing1, Li Kai1, Li Hongzhe2, Ma Tie1, Li Baofa1, Lu Zecheng1

(1.College of Engineering, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China；2.Agricultural Mechinery Extended Station of Tieling County,Tieling 112600, China)

Faced with the problem of land desertification area increases, traditional farming machinery work in the field frequently, this increased firmness and volume weight of soil, meanwhile. It caused the soil harden as well as thicken and move up the plow pan. All these above influenced the output of crops and restricted the sustainable development of agricultural production. According to the actual situation of Tieling county of Liaoning province which located in brown soil zone of northeast plain. Combined with four tillage mode: combined cultivating, deep scarification, deep loosing combined cultivating and no-tillage planting, proceed field test of Soil Physicochemical Properties of four field by cooperated with local Crop planting cooperatives. when the soil depth is 5 ～ 20cm，the soil temperature of deep scarification mode respectively are 1.6 ℃,1.5 ℃ and 1.5 ℃ higher than combined cultivating; No-tillage planting is the highest in the aspect of soil moisture content ，there respectively are 6.9%, 12.2%, 15.2% higher than deep loosing combined cultivating at the ridges, sunny slope and shaded slope；In the aspect of volume weight and firmness of soil，when the soil depth is 10 ～ 30 cm，the volume weight of soil of deep scarification mode is 0.3g/cm3lower than no deep scarification mode. According to soil physicochemical properties, optimizing the existing matching machinery by linear programming. Analyzing the benefits of optimized and reassembly matching machinery, concluded that the deep scarification cover mode has the highest benefit, which reached 12911 Yuan/hm2, followed by no-tillage seeding mode, which reached 12509 Yuan / hm2, deep loosing combined cultivating and combined cultivating respectively are 9014 Yuan/hm2and 7395 Yuan / hm2. Proposed a farming mode that suit to local soil properties, this mode has certain reference value to sustainable development of agriculture, income growth of peasants and efficiency growth of agriculture.

optimum tillage layer ；conservation tillage； no-tillage planter；deep scarification machine；matching machine

2016-09-01

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201503116-09);國家自然科學(xué)基金項目(51275318)

林 靜(1967-)，女，遼寧鐵嶺人，教授，博士生導(dǎo)師，(E-mail)synydxlj69@163.com。

S233.1

A

1003-188X(2017)11-0007-10