南方水田秸稈還田起漿機的試驗研究

王康軍,謝 晟,潘 松,陳 盾,楊偉光,賀 捷,周 明

(江西省農業科學院 農業工程研究所,江西 南昌 330200)

0 引言

隨著國家加大對農村的政策扶持,農民的生活水平越來越高,經濟意識也逐步增加,傳統的水稻秸稈主要用作柴火和喂養牲畜,利用效益低,收集費工費時,且勞動強度大[1-2],而秸稈現代化利用缺乏適用的機械化產品,造成在部分地區,尤其是遠離城市地區的水稻秸稈被大量無效焚燒,秸稈中大量氮磷鉀有機成分丟失,使農田土壤肥力逐年下降[3-5]。為保證水稻產量而增加化肥使用量,使農業生態平衡遭受破壞,且秸稈焚燒產生大量粉塵和煙霧,嚴重污染空氣,對農業生態環境造成嚴重影響[6-9]。針對以上問題,通過對現有旋耕機的刀具排布及刀型的解析,依據秸稈還田機對還田效果的要求,改進研制出適用于南方雙季稻區的秸稈還田起漿機,并建立了示范基地,對技術進行示范應用,構建機械化的水稻秸稈還田利用模式,為形成江西特色的主要農業廢棄物綜合利用技術體系提供裝備和技術支撐。

1 主要結構及工作原理

1.1 主要結構及工作原理

南方水田稻草還田起漿機主要由機架、動力系統、側邊傳動系統、擋泥板和刀軸部件組成,如圖1所示。該機型動力傳動采用側邊傳動,防止由中間傳動引起的機具作業中間較深,使田面不平整。同時,對刀輥刀具進行改進,采用起漿刀,作業時將水稻秸稈翻埋,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,從而使作業的田面平整度較高,滿足后續插秧作業要求。

1.機架 2.動力系統 3.側邊傳動系統 4.擋泥板 5.刀軸部件圖1 水稻秸稈還田起漿機整機結構圖Fig.1 Structure of rice straw returning machine

1.2 主要技術參數

主要技術參數如表1所示。

表1 主要技術參數Table 1 Main technical parameters

2 水稻秸稈還田起漿機整機田間試驗

2.1 試驗條件

試驗地點為江西撫州市農業科學研究所試驗田,采用南方水田稻草還田起漿機和常規旋耕機進行田間作業對比,相同的動力,作業幅寬也相同;選用基本相似的田塊2塊,每塊田面積至少0.2hm2。測試的前茬作物為水稻,平均高度為30cm,作業前灌水浸泡田塊3～5天,灌水深度5cm,如圖2所示。

圖2 作業前Fig.2 Before work

2.2 試驗測定主要性能指標

不同機型進行水稻秸稈還田旋耕作業時,主要測試作業深度、地面平整度、壓茬深度及植被覆蓋合格率等性能指標。試驗過程中,由于目前國家還沒有針對南方水田秸稈還田起漿機的相關標準,參考中華人民共和國機械行業標準《旋耕機》國家標準進行各項指標的測定。

2.3 試驗結果與分析

2.3.1 作業深度的測定

作業深度采用直尺進行測定。測定時,沿機組前進方向在已作業范圍內測定,每隔2m測一點,測定兩壟,每壟各測11點,并計算平均值,測試結果如表2所示。

表2 不同機型作業深度測量值Table 2 Depth of operation for different models mm

2.3.2 地面平整度的測定

作業后,在作業區內測定兩個行程,每一行程測定11個點,測量作業后的地表與水平基準面的垂直距離,測量結果如表3所示。

表3 不同機型地面平整度測量值Table 3 Flatness of the ground for different models mm

2.3.3 壓茬深度的測定

作業后,在測區范圍內測定兩個行程,每個行程測11個點,測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2/3)的垂直距離,即為壓茬深度,測量結果如表4所示。

表4 不同機型壓茬深度測量值Table 4 Depth of pressure for different models mm

計算壓茬深度平均值,水稻秸稈還田起漿機和常規旋耕機的壓茬深度分別為50.14mm和32.95mm。

2.3.4 植被覆蓋合格率的測定

機型旋耕作業兩遍后,在作業區范圍內隨機選取7個測試點,每個測試點取1m2的面積,對地表以上的水稻秸稈、根茬和植被質量,以及地表以下作業深度范圍內秸稈、根茬和植被質量分別進行測定,測量結果如表5所示。

表5 不同機型植被覆蓋合格率測量值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—地表以下作業深度范圍內秸稈、根茬和植被質量(g);

Wh—地表以上作業深度范圍內秸稈、根茬和植被質量(g)。

結果顯示：水稻秸稈還田起漿機和常規旋耕機的植被覆蓋合格率分別為82.23%和58.90%。作業兩遍之后的效果如圖3所示。

起漿機作業效果

2.3.5 試驗分析

試驗結果表明：南方水稻秸稈還田起漿機的地面平整度、壓茬深度、植被覆蓋合格率等都優于常規旋耕機,性能穩定,各項指標都能滿足后續機械化插秧的技術要求。其作業深度為150～192mm>120mm,作業深度穩定性系數為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%。以上各項標準都能符合本機的技術參數和農藝要求,能夠將水稻秸稈進行深埋腐爛,同時不影響后續機插秧。常規旋耕機的地面平整度、壓茬深度和植被覆蓋率都不符合標準,需進行二次田間作業才能滿足機插秧對田面質量要求。

2.4 效益分析

應用水田秸稈還田起漿機進行秸稈還田作業,作業兩遍即可滿足插秧要求;而常規旋耕機先作業兩遍翻埋,過1～2天二次下田再作業1～2遍,總共作業3～4遍才能滿足插秧要求,同時對水田耕作層進行了二次破壞,加大了水田泥腳深度,給后續插秧機作業增加困難。

該機進行水稻秸稈全量還田,符合國家農業發展的綠色農業的需要,不僅有效地解決秸稈焚燒問題,且使水稻秸稈全部利用,能夠增加土壤中有機質的含量,進而改善土壤肥力狀況,減少化肥使用的增加,對提高農田生態環境質量具有十分重要的意義。

3 結論

1)水稻秸稈還田起漿機能夠一次進行旋耕、覆蓋和整地等多道工序作業,且作業兩遍即可滿足插秧要求,各項指標均優于常規旋耕機,能夠減少機具進地次數,減少對耕作層的破壞,提高機具作業效率,降低作業成本。

2)水稻秸稈還田起漿機工作過程中,性能穩定,其作業深度、作業深度穩定性、地面平整度、壓茬深度、植被覆蓋合格率等均符合相關標準,滿足后續插秧作業要求。