錦州地區(qū)秸稈綜合利用技術(shù)及裝備應(yīng)用

馬 競

(錦州市農(nóng)業(yè)農(nóng)村綜合服務(wù)中心,遼寧 錦州 121000)

0 引言

我國是農(nóng)業(yè)大國,有著豐富的農(nóng)作物秸稈資源,每年大量的農(nóng)作物秸稈被廢棄田間,農(nóng)民為下年播種,經(jīng)常直接在田間焚燒秸稈。既浪費(fèi)了大量的生物能源,又嚴(yán)重地污染了空氣質(zhì)量。國外對(duì)農(nóng)作物秸稈的合理利用已成為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化中的一個(gè)重要組成部分。據(jù)統(tǒng)計(jì),目前遼寧省玉米秸稈及根茬用作農(nóng)村燃料、秸稈還田、飼料及工業(yè)、副業(yè)生產(chǎn)原料不足50%,大部分秸稈未被利用,甚至被露天焚燒[1]。焚燒秸稈不僅污染環(huán)境,浪費(fèi)資源,還影響交通安全、社會(huì)生產(chǎn)和人民生活,甚至引發(fā)火災(zāi),已成為當(dāng)前嚴(yán)重的社會(huì)焦點(diǎn)問題。我國非常重視該問題,生物發(fā)電、清潔燃料、畜牧飼料、造紙?jiān)系确矫娴难芯砍晒?都為農(nóng)作物秸稈的合理利用提供出路[2]。由此形成牧草、稻草、麥稈、玉米秸稈等再生資源的利用產(chǎn)業(yè)將成為集生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和人類健康于一體的新型綜合性產(chǎn)業(yè)。

錦州市是農(nóng)業(yè)大市,農(nóng)作物播種面積為47萬hm2,以玉米、花生、瓜果蔬菜等農(nóng)作物為主。2020年產(chǎn)秸稈216.7萬t,可收集秸稈193.7萬t,秸稈綜合利用176.7萬t,秸稈綜合利用率91.25%。經(jīng)過多年的研究與實(shí)踐,在融合省內(nèi)外及專家團(tuán)隊(duì)的先進(jìn)技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)和思路的基礎(chǔ)上,融會(huì)貫通,創(chuàng)新思維,先后提出“點(diǎn)線面”發(fā)展思路、“四加一”的管理模式、“小規(guī)模、網(wǎng)格化、可復(fù)制、菜單式”的企業(yè)運(yùn)作模式等做法,錦州市黑山縣2017年被遼寧省列為秸稈綜合利用試點(diǎn)縣,抓住此次契機(jī)總結(jié)出“政府推動(dòng)、企業(yè)與農(nóng)戶互動(dòng),統(tǒng)一收儲(chǔ)、多元化利用”的秸稈綜合利用模式。結(jié)合錦州市實(shí)際情況總結(jié)出一套可復(fù)制、可推廣的秸稈綜合利用模式,使錦州市秸稈綜合化利用技術(shù)得到有效推廣,秸稈“五化”利用取得成效,秸稈焚燒污染不斷減少,農(nóng)村空氣質(zhì)量不斷提升,耕地質(zhì)量得到改善。

1 秸稈綜合利用的技術(shù)路線

1.1 秸稈還田的肥料化

秸稈還田的肥料化技術(shù)路線,即“秸稈全量化機(jī)械粉碎還田→深耕(翻)→起壟→免耕播種”配套技術(shù)。傳統(tǒng)秸稈還田存在秸稈粉碎不均勻、腐解度不高、秸稈翻出較多的缺點(diǎn),秸稈綜合利用技術(shù)路徑是將機(jī)收后的玉米秸稈粉碎,隨后利用機(jī)械設(shè)備翻埋入土還田,并一次起壟成型待來年免耕播種。推廣使用的高速秸稈撿拾旋耕粉碎還田一體機(jī)作業(yè)性能穩(wěn)定,作業(yè)后土地平整,一次可完成滅茬、秸稈還田、旋耕碎土、掩埋、覆蓋、起壟等作業(yè),直接進(jìn)入待耕狀態(tài),農(nóng)民容易接受。較以往傳統(tǒng)秸稈還田進(jìn)步明顯。

1.2 秸稈固化成型的燃料化

秸稈固化成型的能源利用技術(shù)路線,即秸稈從田間收集→干燥→粉碎→成型→取暖、發(fā)電。燃料化利用技術(shù)路線通過機(jī)械設(shè)備在田間收集秸稈,然后晾干、粉碎,再通過固化成型設(shè)備擠壓成質(zhì)地致密、形狀規(guī)則的棒狀、塊狀或顆粒等成型燃料。成型燃料主要用于廚房炊事、鄉(xiāng)鎮(zhèn)學(xué)校、敬老院等取暖用能,并且成為生物質(zhì)電廠發(fā)電的原料,替代不可再生資源。

1.3 秸稈粉碎的飼料化

秸稈粉碎的飼料化利用技術(shù)路線,即“秸稈收集打包→運(yùn)輸→合作社收儲(chǔ)→合作社(農(nóng)戶)飼料喂養(yǎng)”的秸稈飼料化技術(shù)模式。充分利用秸稈是牛羊粗飼料主要來源的特點(diǎn),通過機(jī)械設(shè)備在田間將秸稈直接粉碎成10 cm左右小段,并20 kg打包一次成型,運(yùn)輸?shù)胶献魃绾笤俜咒N到各養(yǎng)殖戶飼喂牛羊。

2 秸稈綜合利用裝備研究與應(yīng)用

2.1 動(dòng)力裝備的研究與應(yīng)用

根據(jù)錦州地區(qū)耕地特點(diǎn),該項(xiàng)目采用遼寧現(xiàn)代大馬力拖拉機(jī)及系列配套機(jī)具,其配套動(dòng)力采用濰柴生產(chǎn)的YC4DK90-T302、YC4A110-T310、WP6G160E330、WP6G180E330、WP6G220E330、WP6G240E301系列柴油機(jī)。變速箱采用4×(2+1)×2組成式,換擋方式為嚙合套換擋,中央傳動(dòng)采用螺旋錐齒輪副結(jié)構(gòu),變速箱運(yùn)行工作可靠,離合器型式為雙作用、單片、干式,具有制造成本低、變速靈活等優(yōu)點(diǎn)。一般用于農(nóng)業(yè)輪式拖拉機(jī),四輪驅(qū)動(dòng),主要用于旱地作業(yè),可與多種農(nóng)機(jī)具配套,進(jìn)行土地深松、旋耕,作物播種、中耕施肥植保、牧草機(jī)械化和物資運(yùn)輸?shù)?可與復(fù)式機(jī)具配套一次完成多道工序的作業(yè),減少機(jī)組下地次數(shù)以防壓實(shí)土壤形成犁底層,提高生產(chǎn)效率。

2.2 耕整地裝備的研究與應(yīng)用

該項(xiàng)目在秸稈還田肥料化技術(shù)環(huán)節(jié)中,采用由黑山傳旗農(nóng)機(jī)有限公司、遼寧現(xiàn)代農(nóng)機(jī)裝備有限公司研制的1GKM系列多功能高效聯(lián)合整地機(jī)(圖1)、1SZL系列深松聯(lián)合整地機(jī)、1LF-350型液壓翻轉(zhuǎn)犁(圖2)、1LFT-550型調(diào)幅液壓翻轉(zhuǎn)犁等機(jī)具。

1GKM系列多功能高效聯(lián)合整地機(jī)在我國土壤耕作與中低產(chǎn)田改造中,具有效率高、油耗少、滅茬率高、碎土率高,等優(yōu)勢(shì)通過與拖拉機(jī)三點(diǎn)懸掛,拖拉機(jī)的動(dòng)力通過傳動(dòng)軸輸入到整地機(jī),機(jī)具上的刀軸帶動(dòng)刀片旋轉(zhuǎn)并向前移動(dòng)與土壤產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)作物根茬被滅茬刀高速粉碎、土壤被旋耕刀疏松,然后進(jìn)行起壟、鎮(zhèn)壓等聯(lián)合作業(yè),從而一次完成種床要求,具有廣泛的適用性與良好的應(yīng)用前景。該機(jī)具主要用于旱作土地打破犁底層、加深耕作層、提高蓄水保墑能力;用于灌溉地節(jié)約灌溉用水、改善土壤理化性質(zhì);用于緩坡地防止水土流失;用于鹽堿地改良;用于草原更新;用于播種前的種床作業(yè)。

圖2 1LF-350型液壓翻轉(zhuǎn)犁

1SZL系列深松聯(lián)合整地機(jī)主要由深松機(jī)總成、調(diào)節(jié)拉桿總成、萬向節(jié)傳動(dòng)軸總成、仿形力臂、整地機(jī)總成部分構(gòu)成。通過拖拉機(jī)三點(diǎn)懸掛,由拖拉機(jī)動(dòng)力帶動(dòng)深松聯(lián)合整地機(jī)向前行走,使深松鏟深入土壤中,并由傳動(dòng)軸將動(dòng)力傳遞給整地機(jī)。機(jī)具通過隨行前進(jìn),深松鏟對(duì)土壤進(jìn)行擠壓、剪切和拉伸,從而實(shí)現(xiàn)土壤全方位深松,深松后地表平整,保持植被的完整性,經(jīng)過旋耕碎土作業(yè)和重型鎮(zhèn)壓輪鎮(zhèn)壓,具有保墑效果并起到限位作用,可最大限度減少土壤失墑[3]。

2.3 免耕播種機(jī)的研究與應(yīng)用

免耕播種技術(shù)實(shí)現(xiàn)了播種、施肥、覆土等作業(yè)在無秸稈障礙區(qū)域內(nèi)一并完成,傳統(tǒng)作業(yè)中全量秸稈地分別完成秸稈粉碎、犁翻、旋耕、播種的常規(guī)機(jī)播作業(yè)方式,減少機(jī)械下田3～4次,降低作業(yè)成本50%以上。并且根據(jù)不同作物播種需求實(shí)現(xiàn)快速更換便捷組配,實(shí)現(xiàn)前茬小麥或玉米全量秸稈地免耕播種玉米或花生,以及前茬玉米或水稻全量秸稈地免耕播種小麥,生產(chǎn)率可達(dá)0.47～0.67 hm2·h-1,架種率和晾種率為0,平均出苗率94%以上,正常年份產(chǎn)量與常規(guī)機(jī)播相當(dāng),在干旱年份不同作物產(chǎn)量較常規(guī)機(jī)播可提高5%～10%。

免耕播種技術(shù)適宜前茬小麥、玉米、水稻收獲后秸稈粉碎拋撒覆蓋、粉碎成條鋪放、整稈放倒、整稈直立等各種全量秸稈地作業(yè)工況,適應(yīng)性強(qiáng);可實(shí)現(xiàn)一臺(tái)設(shè)備一次性完成多道工序、作業(yè)集成度高、成本低,有效保障農(nóng)時(shí)、提高復(fù)種指數(shù);可用于小麥、玉米、花生等旱地作物播種,適播品種多;無架種和晾種現(xiàn)象、播種質(zhì)量高;播后秸稈可實(shí)現(xiàn)均勻按需覆蓋或成條規(guī)整鋪放后全量還田,保溫保墑、提高肥效、封閉雜草。其增產(chǎn)增效綜合效益明顯高于常規(guī)機(jī)播技術(shù)與傳統(tǒng)免耕播種技術(shù)[4]。

2.4 打捆機(jī)的研究與應(yīng)用

該項(xiàng)目在秸稈固化成型燃料化利用及秸稈粉碎飼料化利用技術(shù)環(huán)節(jié)中,根據(jù)需要采用了包括秸稈熟化、秸稈制粒及秸稈打捆機(jī)等一系列成熟產(chǎn)品來保障項(xiàng)目的實(shí)施。主要采用9YG、9YGA、9YQ系列圓草捆打捆機(jī)。系列圓草捆打捆機(jī)主要由牽引裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、撿拾器、整體式喂入轉(zhuǎn)子、切割系統(tǒng)、纏網(wǎng)機(jī)構(gòu)、成型室、卸捆器、液壓系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等組成。

圓草捆打捆機(jī)由拖拉機(jī)牽引,動(dòng)力通過傳動(dòng)軸、變速箱和鏈條傳動(dòng)裝置傳遞到各工作部件。在田間作業(yè)過程中,隨著機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn),撿拾器彈齒將地面草條進(jìn)行撿拾,并提升到輸送喂入平臺(tái)。在撿拾器后方由螺旋推送器和若干組旋轉(zhuǎn)疊片組成的整體式喂入轉(zhuǎn)子,首先物料由左右對(duì)稱布置的螺旋輸送器自平臺(tái)兩側(cè)推送到中間位置,然后由若干組旋轉(zhuǎn)疊片將物料由前向后推進(jìn)。如果用于將秸稈切碎,可在定刀架上安裝定刀,工作時(shí)通過液壓控制將刀架升起,定刀從旋轉(zhuǎn)疊片組中間的間隙通過,從而實(shí)現(xiàn)交錯(cuò)互切將秸稈切斷。經(jīng)切碎和喂入物料被送到成型室,牧草在成型室內(nèi)在旋轉(zhuǎn)鋼輥?zhàn)饔孟陆?jīng)擠壓旋轉(zhuǎn)逐漸形成圓草捆,當(dāng)控制系統(tǒng)檢測到草捆達(dá)到設(shè)定壓力時(shí),自動(dòng)啟動(dòng)纏網(wǎng)機(jī)構(gòu)在圓草捆外圓上包絡(luò)上預(yù)先設(shè)置的捆網(wǎng)層數(shù)。通過卸捆器將草捆從成型室卸出,完成一個(gè)工作循環(huán)。

3 結(jié)論

目前,雖然錦州市在秸稈處理工作取得了一定的成果,但在工作推進(jìn)過程中也存在一些問題。例如,由于秸稈轉(zhuǎn)化企業(yè)自身投入不足,產(chǎn)品利潤低、產(chǎn)品銷售難,導(dǎo)致固化企業(yè)少,秸稈轉(zhuǎn)化數(shù)量少,秸稈的原料化和基料化利用率低等。在下一步工作中,錦州市農(nóng)業(yè)農(nóng)村綜合服務(wù)中心將進(jìn)一步加大秸稈綜合利用技術(shù)推廣力度,培育秸稈轉(zhuǎn)化企業(yè)發(fā)展壯大,不斷補(bǔ)齊原料化、基料化利用的短板和空白,通過深入探索和創(chuàng)新,確保高質(zhì)量推進(jìn)秸稈處理行動(dòng),為農(nóng)作物秸稈綜合利用作出貢獻(xiàn)。