鏵式犁和液壓調幅翻轉犁還田秸稈空間分布特征

劉方明 孫云云 高玉山 竇金剛 侯中華 萬成山 劉慧濤 王立春

摘要：分析了秸稈切碎機對秸稈長度、拋撒不均勻度的影響，比較了4種機械組合處理還田秸稈在不同土壤深度的垂直分布特征。結果表明，秸稈切碎機處理秸稈水平分布較均勻;采用液壓調幅翻轉犁配合秸稈切碎機進行翻埋，秸稈集中分布在10～30 cm土層，以20～30 cm土層最多，混土效果較好。

關鍵詞：秸稈還田機械;不均勻度;垂直分布;空間分布特征;混土效果

中圖分類號：X712? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）23-0057-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.23.014? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Spatial distribution characteristics of returning straw for mouldboard plow and hydraulic amplitude modulated reversible plow

LIU Fang-ming，SUN Yun-yun，GAO Yu-shan，DOU Jin-gang，HOU Zhong-hua，

WAN Cheng-shan，LIU Hui-tao，WANG Li-chun

（Institute of Agricultural Environment and Resources Research，Jilin Academy of Agricultural Sciences，Changchun 130033，China）

Abstract： The effects of straw chopper on the straw length and inhomogeneity were studied. The vertical distribution characteristics of returning straw among four kinds of mechanical combination treatments were compared. The results showed that the horizontal distribution of straw was more uniform in treatment of the straw chopper. Straw mostly distributed in soil layer of 10 cm to 30 cm， espectivelly 20 cm to 30 cm layer in treatment of hydraulic amplitude modulated reversible plow added straw chopper， the effect of mixing soil was better than others.

Key words： mechines for straw returning to the field; inhomogeneity; vertical distribution; spatial distribution characteristics; effect of mixing soil

秸稈拋撒不均勻度是評價秸稈粉碎機還田作業質量的重要指標。目前，中國推廣使用的秸稈切碎還田機械主要依靠秸稈粉碎錘爪和滅茬旋耕刀進行秸稈粉碎[1]。國家標準《秸稈還田機作業質量》和《保護性耕作機械 秸稈粉碎還田機》提出測量秸稈拋撒不均勻度方法[2，3]，孫麗娟等[4]于2016年在此基礎上提出了新方法。

秸稈翻轉犁的作業質量直接影響到秸稈還田混土效果。美國、德國等西方國家在翻轉犁領域技術領先，美國凱斯、約翰迪爾和德國雷肯等品牌實踐應用效果較好[5]，帶耕深松機和帶耕播種機不能將秸稈混埋還田，旋轉鍬式翻青機雖然能進行帶狀還田，但不能將秸稈與土壤充分混合。中國對翻轉犁的研究起步較晚，國內一些產品存在適用性較差、效率較低和設計精度不高等問題，影響了秸稈翻埋效果。1996年，毛罕平等[6]研究的秸稈粉碎掩埋復式作業機需要開溝的犁輔助作業。2015年，陳青春等[7]采用三維數字化儀配合虛擬造型技術比較正、反轉旋耕作業的秸稈混埋效果，反映出混埋后秸稈在土壤空間的分布狀態。目前，對秸稈翻埋還田混土效果的研究較少。

本研究分析秸稈切碎機對秸稈拋撒不均勻度的影響，比較分析鏵式犁、液壓調幅翻轉犁、秸稈切碎機+鏵式犁和秸稈切碎機+液壓調幅翻轉犁翻埋秸稈在不同深度的垂直分布，從秸稈空間分布角度分析還田機械的混土效果，以期為選擇適宜的秸稈還田技術機械、提高還田作業質量提供基礎數據。

1? 材料與方法

1.1? 試驗區概況

吉林省松原市乾安縣（東經123°21′16″—124°22′50″，北緯44°37′47″—45°18′08″）位于吉林省西北部松原市西部。乾安縣屬于溫帶大陸性季風氣候天氣，年平均氣溫5.6 ℃，日照時間2 866.6 h，≥10 ℃積溫2 884.5 ℃，平均無霜期146 d，氣候特點是干旱多風。降水420 mm左右，降雨主要集中在7—8月。土壤類型為黑鈣土。

1.2? 試驗設計

試驗于2018年5—10月在乾安縣贊字鄉父字村吉林省農業科學院基地進行。試驗地長300 m，寬24.7 m，面積7 410 m2。

2018年5月12日播種，玉米供試品種吉單96。采用免耕機播種，播種密度為7.8萬穴/hm2。玉米產量為10 650～11 650 kg/hm2，秸稈量約14 000 kg/hm2，秋收后進行秸稈還田試驗。

秸稈還田機械：天人-TR9988聯合收割機（石家莊天人農機裝備技術有限公司）;1JHY-230秸稈切碎機（河北春翔機械有限公司）;鏵式犁（當地普通農戶常用類型）;1LYFT-450液壓調幅翻轉犁（松原市雙子農業機械裝備有限公司）。

秸稈水平分布均勻性研究采用大區試驗，每個處理長300 m，寬10.4 m，面積3 120 m2。設2個處理，分別為聯合收割機（A）、聯合收割機+秸稈切碎機（B）。

秸稈垂直分布特征試驗在秸稈水平分布均勻性試驗基礎上進行，每個處理長300 m，寬10.4 m，面積3 120 m2。設4個處理，分別為鏵式犁（A1）、液壓調幅翻轉犁（A2）、秸稈切碎機+鏵式犁（B1）、秸稈切碎機+液壓調幅翻轉犁（B2）。

1.3? 測定指標及方法

試驗前采用烘干法測定秸稈含水量為10.90%。

1）秸稈長度。在處理A和處理B的秸稈中各取代表性的30段秸稈，分3組，每組10段，測定秸稈長度。

2）試驗地秸稈水平分布均勻性測定。測定處理A和處理B秸稈表層分布均勻度。避開切碎機作業區的邊緣，在作業區內取樣。按秸稈切碎機作業的正向和逆向分別取3次重復，按“S”形五點取樣法，樣方為0.25 m2（50 cm×50 cm）。挑揀出表層秸稈裝入網袋，分別稱重并記錄。

3）秸稈垂直分布特征測定。處理A1、處理A2、處理B1和處理B2的取樣面積均為0.25 m2（50 cm×50 cm），分0～10 cm（表層）、10～20 cm（中層）、20～30 cm（深層）3個深度分別取土壤-秸稈混合物，用10目網篩篩去土壤，挑揀出各土層秸稈碎片，洗凈風干后稱重并記錄，計算出質量比例。3次重復。

4）水平分布均勻性。計算公式：

M=;

F=×100。

式中，n為測試小區數量，n=5;Mi為第i點秸稈質量，g;M為測試區內各點秸稈平均質量，g;F為秸稈拋撒不均勻度，%。同一工況下2個行程的拋撒不均勻度取平均值，即為該試驗工況下的秸稈拋撒不均勻度。

1.4? 數據分析

采用 Microsoft Excel 2007和SSPS 13.0軟件進行數據統計分析。

2? 結果與分析

2.1? 秸稈切碎機對秸稈長度的影響

秸稈長度比較結果（表1）表明，采用秸稈切碎機處理，秸稈長度極顯著變短（P<0.01）。秸稈未切碎處理秸稈長度為30.70～38.45 cm，平均為34.57 cm，聯合收割機+秸稈切碎機處理秸稈長度為8.59～11.56 cm，平均為10.06 cm。這說明秸稈切碎機切碎效果較好，秸稈長度變化明顯。

2.2? 秸稈拋撒的水平分布均勻性

秸稈不均勻度處理間差異極顯著（P<0.01）。由表2和表3可知，聯合收割機處理拋撒不均勻度為37.3%～38.7%，平均為38.1%;聯合收割機+秸稈切碎機處理拋撒不均勻度為26.1%～27.5%，平均為26.4%。這說明秸稈切碎提高了秸稈水平分布均勻性，有利于秸稈進一步混土深翻。

2.3? 秸稈質量在不同土壤深度的垂直分布特征

4種機械進行秸稈還田后，不同土壤深度的秸稈質量比例差異極顯著（P<0.01）（表4）。

鏵式犁還田處理的秸稈在土壤中層分布最多，質量占比為45.3%;其次為土壤表層，質量占比為34.2%;土壤深層秸稈較少，僅占20.5%。液壓調幅翻轉犁還田處理的秸稈在土壤中層分布最多，質量占比為49.4%;其次為土壤表層，質量占比為36.7%;土壤深層秸稈較少，僅占13.9%。秸稈切碎機+鏵式犁還田處理的秸稈大部分集中于土壤表層，質量占比為49.7%;土壤中層和深層的秸稈占比相當，分別為25.7%和24.6%，翻埋深度較淺。秸稈切碎機+液壓調幅翻轉犁還田處理的秸稈在土壤深層分布最多，質量占比為51.2%;其次為土壤中層，質量占比為39.3%;土壤表層秸稈較少，質量僅占9.5%。

以上結果說明，鏵式犁和秸稈切碎機+鏵式犁作業的翻埋深度較淺，作業質量較差，影響到玉米出苗率。液壓調幅翻轉犁還田秸稈集中分布在0～20 cm;而液壓調幅翻轉犁與秸稈切碎機配套使用后增加了秸稈的翻埋深度，大部分秸稈集中于中層和深層，可以減少秸稈“托堆”和“跑風”現象，有利于種子出苗。

3? 小結與討論

本研究發現，秸稈切碎機作業可以明顯提高秸稈粉碎質量，提高秸稈拋撒的水平分布均勻度，提高還田效果。也有研究采用秸稈整株集中深還技術，采用深開溝-覆土-合壟翻轉犁開溝，將玉米整秸稈還田，后用翻轉犁覆土合壟，可以降低土壤容重，提高土壤蓄水量及水分利用效率，提高土壤有機碳、有機質和氮素含量，促進作物生長[8，9]。

本研究初步分析了4種機械秸稈還田的秸稈空間分布特征，結果表明，秸稈切碎機與液壓調幅翻轉犁配套使用的混土效果較好，秸稈翻埋較深。采用微地貌測試儀研究地表質量狀況，借助秸稈空間坐標數字化儀分析秸稈空間分布的立體構型，可以構造出秸稈混合的土體造型。陳青春等[7]研究提出，反轉旋耕秸稈混埋作業的秸稈沿土壤深度分布的均勻性優于正轉旋耕，且秸稈與土壤混合效果更好。目前對秸稈還田后秸稈空間分布特征的深入研究較少。

秸稈粉碎后深翻還田可以促進作物根系生長發育，有利于作物生長發育[10]。秸稈深翻結合鎮壓、水肥管理等其他措施，可以形成適宜不同地區的秸稈還田技術體系。吉林省雨養區和灌溉區秸稈還田技術研究中，蔡紅光等[11]提出玉米秸稈全量深翻還田耕種技術體系能提高肥料利用率和玉米產量;王立春等[12]提出秸稈還田全量秸稈帶狀深還、錯位播種技術，構建良好耕層，可以改善土壤質量，提高農民經濟效益。今后應深入研究秸稈還田后的空間分布特征，結合土壤團聚體結構、孔隙度及水分等指標的動態變化，分析秸稈空間分布對玉米出苗及生長發育的影響。

選用適宜的還田機械可以提高秸稈還田作業質量，但是大型農業還田機械的成本較高，機械化秸稈還田技術的推廣應用存在一定難度。為了促進秸稈機械化還田技術的推廣，可以采用增加補貼范圍和額度，進行技術培訓和監督評價等[13]多種措施，提高秸稈還田服務效率和作業質量。

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[13] 曹光喬，周? 力，毛? 慧.農業技術補貼對服務效率和作業質量的影響——以秸稈機械化還田技術補貼為例[J].華中農業大學學報（社會科學版），2019（2）：55-62.