農(nóng)業(yè)深松機械的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

曲小明，于洪雷

(東豐縣三合滿族朝鮮族鄉(xiāng)綜合服務(wù)中心，吉林 東豐 136316)

0 引言

隨著人口的不斷增長及農(nóng)業(yè)耕地面積的不斷減少，對糧食產(chǎn)量的要求越來越高，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為了取得較高的單位面積糧食產(chǎn)量，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益，投入大量化肥與農(nóng)藥，農(nóng)業(yè)機械的大量使用與翻耕，均造成了土壤理化結(jié)構(gòu)改變，土壤團聚體結(jié)構(gòu)遭到破壞，蓄水保墑能力下降，土壤板結(jié)與硬化也造成了土壤透氣性與透水性降低，嚴重影響了土壤環(huán)境與作物生長，一度導(dǎo)致作物產(chǎn)量逐年下降[1]。

保護性耕作技術(shù)的推廣與應(yīng)用提高了土壤質(zhì)量，土壤的自我修復(fù)能力逐漸提高，對于作物生長起到了良好的推動作用；在土壤保護層面，改善了土壤理化結(jié)構(gòu)，降低了土壤表層的水土流失，減少農(nóng)業(yè)機械的使用[2]，在實現(xiàn)資源循環(huán)利用的同時提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)收益，是目前農(nóng)業(yè)綠色、高效、可持續(xù)發(fā)展的主要技術(shù)之一。

機械深松技術(shù)是指利用深松鏟或者鑿形犁等進行土壤深層疏松而不翻動土壤的一種作業(yè)方式，是保護性耕作技術(shù)的重要環(huán)節(jié)，對土壤進行疏松，打破由于農(nóng)業(yè)機械反復(fù)碾壓形成的犁底層，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤透氣性，減少地表水分徑流，增強土壤深層蓄水保墑能力，為作物生長提供一個良好的土壤環(huán)境[3]。隨著農(nóng)業(yè)深松技術(shù)及其機械的逐漸發(fā)展，目前市面上的農(nóng)業(yè)深松機類型繁雜，在生產(chǎn)方式及作業(yè)效率方面存在很大差異。

1 農(nóng)業(yè)深松機研究現(xiàn)狀

1.1 農(nóng)業(yè)深松技術(shù)及優(yōu)勢

保護性耕作技術(shù)是指通過少耕、免耕、地表秸稈覆蓋等技術(shù)，結(jié)合配套農(nóng)業(yè)設(shè)備，減少農(nóng)田土壤的侵蝕與水土流失，從而獲得更高的生態(tài)效益、經(jīng)濟效益與社會效益的農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展技術(shù)[4]，主要作業(yè)工序與流程如圖1所示。核心技術(shù)為免耕播種技術(shù)，但是由于不進行土壤翻耕，會造成土壤板結(jié)、硬塊、透氣性下降等問題，因此，需要對土壤進行深松，保證土壤可以維持一個良好的理化結(jié)構(gòu)，保證土壤的透氣性與透水性，因此，農(nóng)業(yè)深松機應(yīng)運而生。

圖1 保護性耕作技術(shù)作業(yè)內(nèi)容及流程示意圖

對土壤進行深松作業(yè)的主要優(yōu)勢可以總結(jié)為以下3個方面[5]。1)改善土壤理化結(jié)構(gòu)。深松機械可以打破由于機械重復(fù)碾壓造成的土壤板結(jié)與堅硬的犁底層，也可以改善黏性土壤通氣性較差的問題。2)提高水肥利用效率。深松機械在打破土壤犁底層后提高土壤通氣性，提高土壤與大氣之間的氣體交換，土壤中植株根系的呼吸速率增強，進而影響到了植株根系對水分與肥料的吸收效率，可以有效促進農(nóng)作物植株的生長，農(nóng)作物達到豐產(chǎn)增收，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量有所提升。3)提高土壤養(yǎng)分含量。土壤通氣性增強，土壤中的微生物含量、微生物活性及土壤酶活性都會提升，增強土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化與吸收，進而提高土壤有機質(zhì)含量及養(yǎng)分含量。

1.2 國外研究現(xiàn)狀

國外農(nóng)業(yè)機械技術(shù)研究起步較早，在蘇聯(lián)馬爾采夫耕作法中，采用無壁犁進行土壤深松，這項技術(shù)屬于農(nóng)用深松機作業(yè)的雛形。從20世紀30年代開始[6]，美國及部分歐洲國家開始對農(nóng)業(yè)深松機進行全面研制，其深松設(shè)備相對來說較為完善，目前主要以機械式深松機和振動式深松機為主，由于國外農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式主要以大型農(nóng)場為主，因此相關(guān)農(nóng)業(yè)深松機功率較大，需要與大功率拖拉機進行配套使用，國外常見的農(nóng)業(yè)深松機類型及技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 國外農(nóng)用深松機主要型號及技術(shù)特征

1.3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國對農(nóng)業(yè)深松機技術(shù)的研究起步較晚，開始于20世紀60年代，在引進國外機械的基礎(chǔ)上，針對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特征進行關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，并對農(nóng)用深松機的深松鏟外形及組合方式進行了多項研究。我國由于農(nóng)業(yè)種植模式不統(tǒng)一，因此農(nóng)業(yè)深松機類型較多，目前國內(nèi)深松機分類如表2所示，主要深松機結(jié)構(gòu)特征及技術(shù)參數(shù)如表3所示。

表2 我國深松機分類

2 農(nóng)業(yè)深松機及其配套技術(shù)的選擇

2.1 配套拖拉機的選型及配置

拖拉機是農(nóng)業(yè)深松機的配套機械之一，選擇適合的拖拉機是作業(yè)高效、低耗的重要基礎(chǔ)條件，只有選擇適合的農(nóng)業(yè)拖拉機才可以發(fā)揮各自的優(yōu)勢性能，達到理想的作業(yè)效果。拖拉機的選型應(yīng)該根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)小區(qū)、作業(yè)模式、耕種制度、土壤類型、地塊面積及作業(yè)項目等進行選擇，著重考慮拖拉機的發(fā)動機性能及功率，另一方面要考慮拖拉機的相關(guān)配置，如拖拉機的軸距、前后輪胎規(guī)格的選定、液壓組數(shù)的確定及駕駛室的類型及相關(guān)配置。

2.2 農(nóng)具的配重與選型

為了合理控制農(nóng)業(yè)深松機的作業(yè)速度，提高作業(yè)效率，應(yīng)該選擇適當(dāng)?shù)呐渲?，低速農(nóng)業(yè)深松作業(yè)模式應(yīng)該選擇負荷配重大的，高速作業(yè)應(yīng)該選擇負荷配重小的，注意在實際生產(chǎn)中，在滿足作業(yè)速度的前提下應(yīng)該盡量減小配重。根據(jù)懸掛農(nóng)機具確定前輪配重，在進行兩輪驅(qū)動拖拉機懸掛農(nóng)機具時，前后輪配重分配為35%與65%。在作業(yè)過程中，應(yīng)該適當(dāng)降低拖拉機輪胎氣壓(標準氣壓為140～160 kPa)，提高拖拉機的附著性能。田間作業(yè)時應(yīng)選擇合理的牽引效率，當(dāng)拖拉機整機負荷較大時，應(yīng)該增加牽引力，降低作業(yè)速度，但是不能低于7 km·h-1，根據(jù)實際情況進行選擇，一般在7～9 km·h-1最為適宜。

2.3 農(nóng)業(yè)深松機田間作業(yè)要求

深松機在進行田間作業(yè)前，深松鏟提升不宜過高，深松鏟距離地面20 cm左右最為適宜，在提升過程中觀察深松機各個零部件有無異?，F(xiàn)象，然后將深松機逐漸入土，直到達到預(yù)期作業(yè)深度，注意不可將深松鏟猛降入土，防止深松鏟尖的損壞或傳動軸扭斷。

深松機械在田間作業(yè)進行轉(zhuǎn)彎時，一定要提升深松鏟距離地面20 cm左右后進行轉(zhuǎn)彎，防止零部件與地面摩擦損壞，如果需要進行長途運輸時應(yīng)該切斷動力輸出提升深松鏟后進行運輸。深松機作業(yè)速度一般選擇4～10 km·h-1最為適宜，在田間行駛應(yīng)該保持勻速行駛。

3 農(nóng)業(yè)深松機未來發(fā)展趨勢

隨著計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)及人工智能技術(shù)的不斷推進，農(nóng)業(yè)機械正在向自動化、智能化方向發(fā)展，未來應(yīng)該提高農(nóng)業(yè)深松機的田間自動化及智能化程度，在提高工作效率的同時提高作業(yè)質(zhì)量。未來可以將機器視覺技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)深松機的研制中，結(jié)合GPS導(dǎo)航技術(shù)、傳感器技術(shù)、視覺識別技術(shù)等對深松機械進行行駛路徑設(shè)定，依靠機器視覺技術(shù)通過高速攝像機及圖像采集技術(shù)對試驗區(qū)域周圍環(huán)境進行分析，采用視覺識別技術(shù)可以提高傳統(tǒng)GPS導(dǎo)航技術(shù)定位缺陷，提高田間運行的精準度和時效性，提高農(nóng)業(yè)深松機的工作效率。

4 結(jié)論

農(nóng)業(yè)深松機在改善土壤環(huán)境、提高作物產(chǎn)量方面具有重要作用與良好的發(fā)展前景，是保護性耕作技術(shù)中的重要組成部分之一，隨著深松技術(shù)及相關(guān)農(nóng)業(yè)機械的不斷發(fā)展，目前市面上深松機械型號種類較多，農(nóng)戶在實際生產(chǎn)與使用中問題較多，因此，本研究針對目前深松機在國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀進行闡述，分析目前深松機在生產(chǎn)應(yīng)用中存在的問題，提出相關(guān)的解決措施與途徑，并隨著農(nóng)業(yè)機械智能化的推進，未來應(yīng)該將計算機技術(shù)及視覺識別技術(shù)應(yīng)用到深松機的生產(chǎn)與應(yīng)用中，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化水平。