國內典型秸稈還田機技術及機具的比較與分析

陳佳琪

2015年7月20日 14:10

國內典型秸稈還田技術及機具的比較與分析

丁艷1，彭卓敏1，夏建林2

（1.農業部南京農業機械化研究所，南京市，210014；

2.江蘇悅達黃海手扶拖拉機有限公司，江蘇鹽城，224002）

摘要：本文著重論述了目前我國秸稈還田技術及機具的發展與研究現狀，對聯合收割機秸稈切碎技術及裝置、玉米秸稈還田技術及機具、雙軸滅茬技術及機具、秸稈和根茬粉碎還田技術及聯合機具、棉稈粉碎收獲技術及機具、秸稈切碎滅茬還田技術及機具、反轉滅茬技術及機具和水旱兩用埋茬耕整技術及機具等國內幾種典型的秸稈還田機具的結構特點、適用范圍、使用優缺點等進行了分析比較，并對秸稈還田技術及機具的發展趨勢進行了初步探討。

關鍵詞：秸稈還田技術；機具；比較；分析

Domestic Comparison and Analysis of a typical straw machinery

DING Yan, PENG Zhuo-min, XIA Jian-lin

(Nanjing Research Institute Agricultural Mechanization Ministry, Nanjing, 210014,China)

Abstract: This paper focuses on China's current straw technology and equipment development and research status,analyzing and comparing of advantages and disadvantages with the combine harvester stalk shredding technology and devices, corn straw technology and equipment, technology and equipment biaxial stubble, straw and stubble smashing technology and jointing equipment, cotton stalk crushing harvesting techniques and equipment, shredding straw stubble to field techniques and equipment, inversion techniques and equipment, and stubble buried in floods, droughts and crop Tillage technology and dual-using equipment and other domestic typical straw in structural characteristics, scope, use the advantages and disadvantages. The development tendency of straw technology and equipment is initial attempt to discuss.

Key words: Straw technology; machine; comparison; analysis

0 引言

我國每年的糧食產量5億噸左右，棉花、油料等作物產量約為3000萬噸，這些作物的秸稈產量保守估算也在6億噸以上，是農業生產中最大的可再生資源。作物秸稈包括水稻、小麥、玉米、薯類、油料、棉花、甘蔗、藺草、桑樹和其他經濟類農作物秸稈。作物秸稈是一項重要的農業資源。作為農業生產的副產品，具有產量大、分布廣、供應穩定的特點，應合理利用。歷史上，我國有利用秸稈的優良傳統，農民用秸稈建房蔽日遮雨；用秸稈燒火做飯取暖；用秸稈養畜積肥還田，合理利用秸稈是我國傳統農業的精華之一。我國用作肥料和飼料的秸稈總量不足3億噸，大量秸稈沒有被充分利用，成為污染環境的一大隱患。近年來，由于各地政府為解決焚燒秸稈而造成的環境污染問題，十分關心農作物秸稈的綜合利用。近年的實踐表明，秸稈切碎直接還田，已成為解決農作物秸稈出路的主要技術措施和手段。農作物秸稈直接粉碎還田是增加土壤有機質，培肥地力，改善土壤結構，提高地溫，增強蓄水保質能力，實現農業生產節本增效的一項重要措施，同時也是保護環境，發展生態農業，實現農業可持續發展的重要手段。

1 秸稈還田機具的發展現狀

秸稈還田機具有提高勞動效率減輕農民勞動強度，節約工時投入，增加土壤有機質含量，減少水土流失，增加蓄水納墑能力，消滅病蟲害，提高糧食產量等優點。但必須依照一定的工藝流程作業，才能達到預期的目的。否則，可能出現相反的結果。

秸稈還田就是將摘穗后直立的作物秸稈，用于大中型拖拉機配套的秸稈還田機具直接粉碎、拋灑于地表，隨即耕翻入土，使之腐爛分解作底肥。與較傳統的種植方式相比，省去了砍、捆、運、鍘、漚、翻、送、撒等多道工序。它是施肥方式的一次重大改革。農作物秸稈直接粉碎還田，是農作物秸稈利用中最直接、最方便、使用最廣泛的一種方法，是一項一舉多得的農機化新技術，經濟效益和社會效益十分顯著。

國內秸稈粉碎還田技術始于九十年代初，在消化吸收國外同類機具的基礎上，首先研發了玉米秸稈粉碎還田技術和機具。經過十多年的改進完善，已經形成以玉米秸稈為處理對象的秸稈粉碎還田技術及系列機具，配套動力37.5kW～60kW(50HP～80HP)，工作部件為甩刀、錘爪、還有少部分為彎刀。目前國內雖有秸稈和根茬粉碎還田機具的報導和專利，也曾有單位研究過單軸式的玉米秸稈和根茬粉碎還田的機具，但由于粉碎效果難以達到農藝要求，作業效率低，一直未見到有成熟的秸稈和根茬同時粉碎還田的技術及機具推廣。

玉米、棉花、油菜等高稈硬秸稈還田主要是通過機械粉碎裝置將秸稈切碎或粉碎后覆蓋在未耕地上，或者連同根茬一起粉碎后埋入土里，其作用為：

1）減少地表徑流，增加雨水入滲，抑制水份蒸發，抗旱保墑；

2）調節地溫，利于微生物的繁殖和活動，促進土壤水分轉化與分解；

3）保護土壤表層，防止水土流失，抑制雜草生長；

4）秸稈腐爛后，增加有機質和腐殖質，培肥地力，緩解氮、磷、鉀肥比例失調的矛盾，增加作物產量；

5）改善土壤物理性狀，增加團粒結構，增加孔隙率，降低土壤耕層容重，優化農田生態環境。

九十年代中期開始，國內相繼研究開發了聯合收割機玉米、稻麥秸稈切碎技術擴裝置、雙軸滅茬技術及機具、玉米秸稈和根茬粉碎還田技術及機具、反轉滅茬技術及機具，2004年又開始研究開發了水旱兩用埋茬耕整技術及機具，對解決稻、麥秸稈還田問題起到了很大作用。

2 秸稈還田技術及機具的結構特點、適用范圍及優缺點

2.1 聯合收割機秸稈切碎技術及裝置

在聯合收割機后部增加了玉米秸稈切碎裝置或稻麥秸稈切碎裝置，組成了聯合收割秸稈切碎聯合機，將進入聯合收割機的玉米秸稈或稻麥秸稈切碎后撒散在地面，實現了秸稈切碎和拋散作業。秸稈的切碎裝置由一組切刀和喂入輪組成，或由旋轉滾筒加定刀片組成。工作時，秸稈被強制喂入，靠喂入輪和刀片的轉速不同來切碎秸稈；按其特性可分為“甩刀式”和“定直徑滾刀式”。為了防止秸稈阻塞，可在秸稈切碎裝置處，加裝秸稈堵塞報警裝置，一旦發生堵塞，可隨時發現及時排除故障，避免零件損壞。秸稈切碎裝置的拋撒裝置由排草風扇、扇形導流板及動力傳遞機構等組成，使秸稈切碎并均勻拋撒。秸稈切碎裝置一般把秸稈切斷成長度小于10cm,其切碎和拋撒性能均達到農藝要求，有利于后續旋耕作業和秧苗的栽培，并可根據需要，裝上或卸下切碎裝置。

這種切碎裝置主要用于玉米、油菜和稻麥秸稈切碎，優點是方便、經濟、省工省時；存在的問題是只能將秸稈切碎，不能將秸稈理入土壤，并受聯合收割機的功率影響、切碎效果差、留茬高，對秸稈量大的玉米地適用性差。

2.2 玉米秸稈還田技術及機具

玉米秸稈還田機由輪式拖拉機驅動，三點懸掛牽引，作業幅寬主要為150cm～200cm，配套動力37.5kW～60kW。通常為單軸臥式，主要由齒輪箱、傳動軸、皮帶傳動組件、刀軸組件、機罩、定刀及限位輥等組成。刀軸組件上裝有切削刀具，切削刀具通常有三種：錘爪、彎刀和直刀，每種刀軸上配有相同的切削刀具，通常為對稱排列，在同一刀軸上的切削刀具型式不能互換。在粉碎室罩殼上裝有2～3排定刀，與切削刀具組合成粉碎室。工作時，刀軸以1800r/min～2000r/min高速旋轉，高速運動的切削刀具對地面上的秸稈進行砍切作業，每次砍切都會切去一部份秸稈，并以高速砍、切、撞、搓、撕的方式將玉米秸稈直接粉碎，或者在高速旋轉的粉碎部件帶動下，將砍切下的玉米秸稈高速卷入粉碎室，又受到罩殼上定刀的進一步砍切、打擊、撕裂、揉搓，經過反復的砍切、打擊，秸稈成碎段或纖維狀，均勻地拋撒在地面。粉碎后玉米秸稈的留茬高度受秸稈還田機限位輥的控制，調節限位輥的角度，可改變玉米秸稈的留茬高度。該機具的切碎方式屬于無或單支承切割，為提高粉碎效果，切削刀具刀端的切割線速度要求較高，因此消耗的功率較大。為防止切削刀具入土，一般留茬高度為4cm～5cm。存在的主要問題是茬留高，不能解決根茬的粉碎還田，嚴重影響了下茬作業，在田塊不平的地方切削刀具易入土，易造成刀具磨損、甚至損壞機具。

2.3 雙軸滅茬技術及機具

雙軸滅茬機又稱雙軸滅茬旋耕機，由輪式拖拉機驅動，三點懸掛牽引，雙軸型式，作業幅寬主要為140cm～250cm。主要結構有齒輪箱、傳動軸、側傳動箱、前后刀軸、機架、機罩蓋等組成。前刀軸為滅茬軸，在每個刀盤上裝有4把或6把L型滅茬刀，螺旋排列，刀軸轉速410r/min～500r/min，滅茬深度5cm～8cm，耕深可達16cm，在幅寬210cm以下通常為側面齒輪傳動、通軸結構，在幅寬210cm以上通常為中間齒輪傳動。后刀軸為旋耕軸，裝有普通旋耕刀，螺旋排列，刀軸轉速220r/min～240r/min，通常為中間齒輪傳動，雙軸共用一個機蓋罩。工作時，前軸對秸稈進行滅茬，并對地下根茬進行切碎，后軸進行旋耕，將秸稈旋入土中，作業效果符合旱作秸稈還田的作業質量要求。

該機具優點是復式作業，可減少一道農田耕作作業，方便、高效，粉碎后的秸稈和根茬大都入土，有利于秸稈腐爛和后續農田作業；存在的問題是機具結構較復雜，整機較重，只適用于壟作玉米、大豆等30cm以下的低秸稈和根茬粉碎還田，應用范圍較窄。

2.4 秸稈和根茬粉碎還田技術及聯合機具

該種機械又稱為玉米秸稈和根茬粉碎（破碎）還田機或秸稈粉碎滅茬還田機，是在單軸式玉米秸稈還田機的基礎上增加根茬旋耕切碎刀軸，為雙軸式。配套動力45kW～63.75kW，作業幅寬140cm～180cm，粉碎刀具數量：錘爪10個～15個，彎刀35把～45把。滅茬刀具數量48把～64把，滅茬深度5cm～8cm。主要由齒輪箱、傳動軸、側傳動箱、前后刀軸、機架、工作箱罩和限位輥等組成。前軸為粉碎軸，進行地面秸稈粉碎，采用玉米秸稈還田機的型式，切削刀具為高速旋轉的錘爪或彎刀，對稱排列。后軸為滅茬軸，進行根茬切碎及旋耕，采用雙軸滅茬旋耕機的滅茬刀軸型式和L型滅茬刀，螺旋排列，刀軸轉速400r/min～450r/min。雙軸共用一個工作箱罩。工作時可將玉米秸稈及根茬全量粉碎或切碎后旋耕還田。

該種機具由農業部南京農業機械化研究所從2005年開始研發，現已處于試驗推廣階段，有待進一步試驗和改進。其優點是復式作業，可減少一道農田耕作作業，可用于玉米秸稈、棉花秸稈、油菜秸稈等高稈硬秸稈和根茬的粉碎還田，方便、高效，在秸稈還田的同時進行根茬處理和秸稈掩埋，有利于秸稈腐爛和后續農田作業；存在的問題是機具結構較復雜，作業功耗較大，切削刀具不可更換，機組調整困難。

2.5 棉稈粉碎收獲技術及機具

棉稈粉碎收獲機是一種將地面上棉稈撿拾、粉碎、收集的裝置，由輪式拖拉機驅動，三點懸掛牽引，作業幅寬有4行、8行和12行三種，主要由機殼、甩刀轉子總成、分禾器、導流槽等部件組成，甩刀轉子總成由轉子軸和若干組甩刀片組成，甩刀片通過銷軸與刀座鉸接，刀座焊接在轉子軸上。棉稈粉碎收獲機采用無支承甩刀回轉式切割器，甩刀圓周速度較大。工作時，將拖拉機動力輸出軸輸出的動力通過傳動系統傳遞給甩刀轉子，使甩刀高速旋轉。甩刀的運動由機組的前進運動和甩刀繞轉子軸的旋轉運動復合而成，刀片尖端的運動軌跡為余擺線。機組前進時，棉稈被喂入到收獲機工作區，高速旋轉的弧形甩刀將棉稈分段切碎，切碎后的棉稈在甩刀高速旋轉產生的慣性和氣流作用下沿導流槽拋到牽引拖車上，從而完成棉稈的粉碎收獲作業。粉碎收獲后的棉稈可用于漚制肥料、基材、飼料或工業化利用。

該機的優點是結構簡單、緊湊，每組收獲裝置獨立，可在機架上掛接二組或多組，以實現不同的作業幅寬需求，粉碎收獲適應性好，收獲行距可根據棉稈行距調整。若不需要回收棉稈時，可將棉稈粉碎后拋送田間，實現秸稈還田。存在的問題是棉花根茬不能切碎，造成了大量的根茬留在田里，嚴重影響了下茬作業，在田塊不平的地方甩刀易入土，易造成刀具磨損、機具損壞。

2.6 秸稈切碎滅茬還田技術及機具

秸稈切碎還田機主要由機架、動力傳動機構、秸稈削斷（喂入）機構、秸稈輸送機構、秸稈切碎機構、滅茬機構和滅茬深度調整機構組成。配套動力37.5kW，作業幅寬110cm，滅茬深度2cm～5cm。切碎機構裝有動刀14片，定刀2片，秸稈切碎長度＜9cm。工作時，被拖拉機推到的秸稈經過旋轉刀削斷，秸稈在5個喂入輥的共同作用下，輸送到秸稈切碎機構，在切碎旋轉刀和定刀的共同作用下，完成秸稈的切碎過程，完成滅茬覆土保墑作業。

該機優點是結構緊湊，重量輕，采用鍘切粉碎，作業質量好，動力消耗少，作業效率特高。存在的問題是滅茬深度淺，秸稈覆土差，其結構復雜，維修調整較多，對作業地塊平整度和秸稈含水率要求較高，玉米秸稈含水率一般應為20%～30%。

2.7 立式棉花莖稈粉碎還田技術及機具

立式棉花莖稈粉碎還田機屬于地面莖稈粉碎還田式機械，三點懸掛，工作幅寬150cm～300cm。主要由變速箱、鏈傳動或皮帶傳動機構、立式刀軸組件和機架等組成。立式刀軸上安置了3層刀盤，每個刀盤上水平固定了2把刀片。作業時經由變速箱輸出的動力通過鏈傳動或皮帶傳動，帶動5個立式刀軸轉動，每個刀盤上的刀片水平旋轉，將棉花秸稈分層切碎成5cm～10cm的秸稈，拋撒于田間，實現棉花莖稈粉碎還田。

該機優點是粉碎效率高、拋撒均勻。存在的問題棉花根茬不能切碎，其是切刀組不可調，對棉行的適應性差，功率消耗大，機具仿形性差，易出現切刀切土現象，造成機械零件損壞，甚至損壞機組。

2.8 反轉滅茬技術及機具

反轉滅茬機結構與一般系列旋耕機的結構基本相同，幅寬160～180cm，配套動力40.5kW～48kW。反轉滅茬機正轉用于旋耕作業，反轉用于秸稈還田作業。反轉滅茬機由傳動部件、刀軸、機架和輔助部件組成。刀軸由刀管軸、刀片、刀座和軸頭等組成，刀片為普通旋耕刀。傳動部件由萬向節、中間傳動齒輪箱或傳動齒輪箱等組成。輔助部件由懸掛架、側板、擋土罩和平土拖板等組成。滅茬作業時，刀軸采用反向旋轉，即刀軸的旋轉方向與作業機行走輪旋轉方向相反。旋耕刀從土壤底部開始向土壤表面逆向切土，將秸稈翻入土中，一次可完成滅茬、秸稈還田、埋青、旋耕碎土、掩埋以及覆蓋等作業，作業后地表平整，碎土率高，可滿足農藝要求。使用時，應保證擋土罩與旋耕機的正確位置，利用擋土罩將散土引導向后。

該機的優點是一機多用，可作滅茬用，也可作旋耕用，無漏耕現象，適用于稻麥秸稈的滅茬還田作業。存在的的問題是滅茬作業時易擁土，機組功耗較大，效率低，在秸稈量大時滅茬效果較差。

2.9 水旱兩用埋茬耕整技術及機具

水旱兩用埋茬耕整機是近年來在原有旋耕機結構的基礎上改進后出現的一種新型機具。為了適應水耕埋茬，將旋耕機一節擋泥板改進為兩節彈性平土板，以增加平田功能。在旋耕機刀軸上加裝了橫向壓草板，加強了埋草功能，提高了埋草率。旋耕刀片為S195普通旋耕刀，也有的為廠方自行設計改進的小型刀，刀片數量比旋耕機增加20%～40%，刀庫的排列有的為全螺旋排列，有的為兩兩螺旋排列。水耕時可留全量麥秸稈埋茬，做到水耕、起漿、埋茬、平整一條龍作業。旱耕作業時，可拆除壓草板，更換稍大的旋耕刀，滿足旱田旋耕要求。

該機幅寬160cm～230cm，配套動力33kW～47.8kW，水耕深度達16cm，旱耕深度達12cm，植被覆蓋率≥80％，水耕后的田塊符合插秧的要求。適用于麥秸稈水田埋茬耕整，稻秸稈旱田滅茬還田（稻秸稈需切碎）。該機優點是結構簡單、成本較低，一機多用，功耗小，效率高。缺點是在麥田的墑溝處或田塊不平時水耕整地效果不理想，需反復兩三遍作業才可達到效果，麥茬過多時易纏草。

3. 秸稈還田技術及機具的發展方向和趨勢

總之，由于我國幅員廣闊，南北差異較大，各地區的種植結構，耕作制度的農藝要求不同。并且不同作物秸稈的物理性能和機械性能差異也很大，這就決定了我國機械化秸稈技術及配套機具的多樣性。

1) 隨著國產100馬力拖拉機的開發應用及進口大馬力拖拉機數量的增加，應研制開發與之配套的作業幅寬在2.5m～3.5m的秸稈切碎還田機。

2) 解決麥稻兩熟地區聯合收獲機收后的高割茬麥稻秸稈給耕整地和后續作業帶來的難題，研制高密度排列直刀型多支承切碎還田機還有待進一步開發研究。

3) 研究開發能夠達到商品化的一次完成玉米秸稈的切碎和根莖的切碎并使切碎秸稈與土壤混合的復合作業機具是開發方向之一。

4) 在北方，小麥、玉米兩熟地區研制機收后麥稻粉碎還田的同時，完成玉米免耕播種的復式作業機具也具有發展前景。

5) 北方地區小麥聯合收割機秋季配套玉米秸稈還田機，可提高聯合收割機的使用效率，并且機動靈活，也是一個發展方向。

6) 研制新式甩刀和改變甩刀排列方式，以適應粉碎豆類、菠蘿葉、甘蔗葉和壟作作物秸稈的特殊要求。

參考文獻

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