南方水田秸稈還田起漿機(jī)的試驗(yàn)研究

王康軍,謝 晟,潘 松,陳 盾,楊偉光,賀 捷,周 明

(江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)工程研究所,江西 南昌 330200)

0 引言

隨著國(guó)家加大對(duì)農(nóng)村的政策扶持,農(nóng)民的生活水平越來(lái)越高,經(jīng)濟(jì)意識(shí)也逐步增加,傳統(tǒng)的水稻秸稈主要用作柴火和喂養(yǎng)牲畜,利用效益低,收集費(fèi)工費(fèi)時(shí),且勞動(dòng)強(qiáng)度大[1-2],而秸稈現(xiàn)代化利用缺乏適用的機(jī)械化產(chǎn)品,造成在部分地區(qū),尤其是遠(yuǎn)離城市地區(qū)的水稻秸稈被大量無(wú)效焚燒,秸稈中大量氮磷鉀有機(jī)成分丟失,使農(nóng)田土壤肥力逐年下降[3-5]。為保證水稻產(chǎn)量而增加化肥使用量,使農(nóng)業(yè)生態(tài)平衡遭受破壞,且秸稈焚燒產(chǎn)生大量粉塵和煙霧,嚴(yán)重污染空氣,對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響[6-9]。針對(duì)以上問(wèn)題,通過(guò)對(duì)現(xiàn)有旋耕機(jī)的刀具排布及刀型的解析,依據(jù)秸稈還田機(jī)對(duì)還田效果的要求,改進(jìn)研制出適用于南方雙季稻區(qū)的秸稈還田起漿機(jī),并建立了示范基地,對(duì)技術(shù)進(jìn)行示范應(yīng)用,構(gòu)建機(jī)械化的水稻秸稈還田利用模式,為形成江西特色的主要農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用技術(shù)體系提供裝備和技術(shù)支撐。

1 主要結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 主要結(jié)構(gòu)及工作原理

南方水田稻草還田起漿機(jī)主要由機(jī)架、動(dòng)力系統(tǒng)、側(cè)邊傳動(dòng)系統(tǒng)、擋泥板和刀軸部件組成,如圖1所示。該機(jī)型動(dòng)力傳動(dòng)采用側(cè)邊傳動(dòng),防止由中間傳動(dòng)引起的機(jī)具作業(yè)中間較深,使田面不平整。同時(shí),對(duì)刀輥刀具進(jìn)行改進(jìn),采用起漿刀,作業(yè)時(shí)將水稻秸稈翻埋,并在其上形成厚厚的泥漿,待泥漿沉淀后獲得較厚的覆蓋層,從而使作業(yè)的田面平整度較高,滿足后續(xù)插秧作業(yè)要求。

1.機(jī)架 2.動(dòng)力系統(tǒng) 3.側(cè)邊傳動(dòng)系統(tǒng) 4.擋泥板 5.刀軸部件圖1 水稻秸稈還田起漿機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of rice straw returning machine

1.2 主要技術(shù)參數(shù)

主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main technical parameters

2 水稻秸稈還田起漿機(jī)整機(jī)田間試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)地點(diǎn)為江西撫州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)田,采用南方水田稻草還田起漿機(jī)和常規(guī)旋耕機(jī)進(jìn)行田間作業(yè)對(duì)比,相同的動(dòng)力,作業(yè)幅寬也相同;選用基本相似的田塊2塊,每塊田面積至少0.2hm2。測(cè)試的前茬作物為水稻,平均高度為30cm,作業(yè)前灌水浸泡田塊3～5天,灌水深度5cm,如圖2所示。

圖2 作業(yè)前Fig.2 Before work

2.2 試驗(yàn)測(cè)定主要性能指標(biāo)

不同機(jī)型進(jìn)行水稻秸稈還田旋耕作業(yè)時(shí),主要測(cè)試作業(yè)深度、地面平整度、壓茬深度及植被覆蓋合格率等性能指標(biāo)。試驗(yàn)過(guò)程中,由于目前國(guó)家還沒(méi)有針對(duì)南方水田秸稈還田起漿機(jī)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),參考中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《旋耕機(jī)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.3.1 作業(yè)深度的測(cè)定

作業(yè)深度采用直尺進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定時(shí),沿機(jī)組前進(jìn)方向在已作業(yè)范圍內(nèi)測(cè)定,每隔2m測(cè)一點(diǎn),測(cè)定兩壟,每壟各測(cè)11點(diǎn),并計(jì)算平均值,測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 不同機(jī)型作業(yè)深度測(cè)量值Table 2 Depth of operation for different models mm

2.3.2 地面平整度的測(cè)定

作業(yè)后,在作業(yè)區(qū)內(nèi)測(cè)定兩個(gè)行程,每一行程測(cè)定11個(gè)點(diǎn),測(cè)量作業(yè)后的地表與水平基準(zhǔn)面的垂直距離,測(cè)量結(jié)果如表3所示。

表3 不同機(jī)型地面平整度測(cè)量值Table 3 Flatness of the ground for different models mm

2.3.3 壓茬深度的測(cè)定

作業(yè)后,在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)測(cè)定兩個(gè)行程,每個(gè)行程測(cè)11個(gè)點(diǎn),測(cè)量泥漿表面與壓入泥漿中留茬(壓入泥漿的留茬不少于全長(zhǎng)2/3)的垂直距離,即為壓茬深度,測(cè)量結(jié)果如表4所示。

表4 不同機(jī)型壓茬深度測(cè)量值Table 4 Depth of pressure for different models mm

計(jì)算壓茬深度平均值,水稻秸稈還田起漿機(jī)和常規(guī)旋耕機(jī)的壓茬深度分別為50.14mm和32.95mm。

2.3.4 植被覆蓋合格率的測(cè)定

機(jī)型旋耕作業(yè)兩遍后,在作業(yè)區(qū)范圍內(nèi)隨機(jī)選取7個(gè)測(cè)試點(diǎn),每個(gè)測(cè)試點(diǎn)取1m2的面積,對(duì)地表以上的水稻秸稈、根茬和植被質(zhì)量,以及地表以下作業(yè)深度范圍內(nèi)秸稈、根茬和植被質(zhì)量分別進(jìn)行測(cè)定,測(cè)量結(jié)果如表5所示。

表5 不同機(jī)型植被覆蓋合格率測(cè)量值Table 5 Vegetation coverage rate of different models

植被覆蓋合格率為

式中Fb—植被覆蓋合格率(%);

Wq—地表以下作業(yè)深度范圍內(nèi)秸稈、根茬和植被質(zhì)量(g);

Wh—地表以上作業(yè)深度范圍內(nèi)秸稈、根茬和植被質(zhì)量(g)。

結(jié)果顯示：水稻秸稈還田起漿機(jī)和常規(guī)旋耕機(jī)的植被覆蓋合格率分別為82.23%和58.90%。作業(yè)兩遍之后的效果如圖3所示。

起漿機(jī)作業(yè)效果

2.3.5 試驗(yàn)分析

試驗(yàn)結(jié)果表明：南方水稻秸稈還田起漿機(jī)的地面平整度、壓茬深度、植被覆蓋合格率等都優(yōu)于常規(guī)旋耕機(jī),性能穩(wěn)定,各項(xiàng)指標(biāo)都能滿足后續(xù)機(jī)械化插秧的技術(shù)要求。其作業(yè)深度為150～192mm>120mm,作業(yè)深度穩(wěn)定性系數(shù)為93.43%>85%;地面平整度為23.17mm<30mm;壓茬深度為50.14mm>50mm;植被覆蓋合格率為82.23%>80%。以上各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)都能符合本機(jī)的技術(shù)參數(shù)和農(nóng)藝要求,能夠?qū)⑺窘斩掃M(jìn)行深埋腐爛,同時(shí)不影響后續(xù)機(jī)插秧。常規(guī)旋耕機(jī)的地面平整度、壓茬深度和植被覆蓋率都不符合標(biāo)準(zhǔn),需進(jìn)行二次田間作業(yè)才能滿足機(jī)插秧對(duì)田面質(zhì)量要求。

2.4 效益分析

應(yīng)用水田秸稈還田起漿機(jī)進(jìn)行秸稈還田作業(yè),作業(yè)兩遍即可滿足插秧要求;而常規(guī)旋耕機(jī)先作業(yè)兩遍翻埋,過(guò)1～2天二次下田再作業(yè)1～2遍,總共作業(yè)3～4遍才能滿足插秧要求,同時(shí)對(duì)水田耕作層進(jìn)行了二次破壞,加大了水田泥腳深度,給后續(xù)插秧機(jī)作業(yè)增加困難。

該機(jī)進(jìn)行水稻秸稈全量還田,符合國(guó)家農(nóng)業(yè)發(fā)展的綠色農(nóng)業(yè)的需要,不僅有效地解決秸稈焚燒問(wèn)題,且使水稻秸稈全部利用,能夠增加土壤中有機(jī)質(zhì)的含量,進(jìn)而改善土壤肥力狀況,減少化肥使用的增加,對(duì)提高農(nóng)田生態(tài)環(huán)境質(zhì)量具有十分重要的意義。

3 結(jié)論

1)水稻秸稈還田起漿機(jī)能夠一次進(jìn)行旋耕、覆蓋和整地等多道工序作業(yè),且作業(yè)兩遍即可滿足插秧要求,各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于常規(guī)旋耕機(jī),能夠減少機(jī)具進(jìn)地次數(shù),減少對(duì)耕作層的破壞,提高機(jī)具作業(yè)效率,降低作業(yè)成本。

2)水稻秸稈還田起漿機(jī)工作過(guò)程中,性能穩(wěn)定,其作業(yè)深度、作業(yè)深度穩(wěn)定性、地面平整度、壓茬深度、植被覆蓋合格率等均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),滿足后續(xù)插秧作業(yè)要求。