錦州地區秸稈綜合利用技術及裝備應用

馬 競

(錦州市農業農村綜合服務中心,遼寧 錦州 121000)

0 引言

我國是農業大國,有著豐富的農作物秸稈資源,每年大量的農作物秸稈被廢棄田間,農民為下年播種,經常直接在田間焚燒秸稈。既浪費了大量的生物能源,又嚴重地污染了空氣質量。國外對農作物秸稈的合理利用已成為農業產業化中的一個重要組成部分。據統計,目前遼寧省玉米秸稈及根茬用作農村燃料、秸稈還田、飼料及工業、副業生產原料不足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境,浪費資源,還影響交通安全、社會生產和人民生活,甚至引發火災,已成為當前嚴重的社會焦點問題。我國非常重視該問題,生物發電、清潔燃料、畜牧飼料、造紙原料等方面的研究成果,都為農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業將成為集生態效益、經濟效益、社會效益和人類健康于一體的新型綜合性產業。

錦州市是農業大市,農作物播種面積為47萬hm2,以玉米、花生、瓜果蔬菜等農作物為主。2020年產秸稈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%。經過多年的研究與實踐,在融合省內外及專家團隊的先進技術、經驗和思路的基礎上,融會貫通,創新思維,先后提出“點線面”發展思路、“四加一”的管理模式、“小規模、網格化、可復制、菜單式”的企業運作模式等做法,錦州市黑山縣2017年被遼寧省列為秸稈綜合利用試點縣,抓住此次契機總結出“政府推動、企業與農戶互動,統一收儲、多元化利用”的秸稈綜合利用模式。結合錦州市實際情況總結出一套可復制、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,農村空氣質量不斷提升,耕地質量得到改善。

1 秸稈綜合利用的技術路線

1.1 秸稈還田的肥料化

秸稈還田的肥料化技術路線,即“秸稈全量化機械粉碎還田→深耕(翻)→起壟→免耕播種”配套技術。傳統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,秸稈綜合利用技術路徑是將機收后的玉米秸稈粉碎,隨后利用機械設備翻埋入土還田,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作業性能穩定,作業后土地平整,一次可完成滅茬、秸稈還田、旋耕碎土、掩埋、覆蓋、起壟等作業,直接進入待耕狀態,農民容易接受。較以往傳統秸稈還田進步明顯。

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路線,即秸稈從田間收集→干燥→粉碎→成型→取暖、發電。燃料化利用技術路線通過機械設備在田間收集秸稈,然后晾干、粉碎,再通過固化成型設備擠壓成質地致密、形狀規則的棒狀、塊狀或顆粒等成型燃料。成型燃料主要用于廚房炊事、鄉鎮學校、敬老院等取暖用能,并且成為生物質電廠發電的原料,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路線,即“秸稈收集打包→運輸→合作社收儲→合作社(農戶)飼料喂養”的秸稈飼料化技術模式。充分利用秸稈是牛羊粗飼料主要來源的特點,通過機械設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,運輸到合作社后再分銷到各養殖戶飼喂牛羊。

2 秸稈綜合利用裝備研究與應用

2.1 動力裝備的研究與應用

根據錦州地區耕地特點,該項目采用遼寧現代大馬力拖拉機及系列配套機具,其配套動力采用濰柴生產的YC4DK90-T302、YC4A110-T310、WP6G160E330、WP6G180E330、WP6G220E330、WP6G240E301系列柴油機。變速箱采用4×(2+1)×2組成式,換擋方式為嚙合套換擋,中央傳動采用螺旋錐齒輪副結構,變速箱運行工作可靠,離合器型式為雙作用、單片、干式,具有制造成本低、變速靈活等優點。一般用于農業輪式拖拉機,四輪驅動,主要用于旱地作業,可與多種農機具配套,進行土地深松、旋耕,作物播種、中耕施肥植保、牧草機械化和物資運輸等,可與復式機具配套一次完成多道工序的作業,減少機組下地次數以防壓實土壤形成犁底層,提高生產效率。

2.2 耕整地裝備的研究與應用

該項目在秸稈還田肥料化技術環節中,采用由黑山傳旗農機有限公司、遼寧現代農機裝備有限公司研制的1GKM系列多功能高效聯合整地機(圖1)、1SZL系列深松聯合整地機、1LF-350型液壓翻轉犁(圖2)、1LFT-550型調幅液壓翻轉犁等機具。

1GKM系列多功能高效聯合整地機在我國土壤耕作與中低產田改造中,具有效率高、油耗少、滅茬率高、碎土率高,等優勢通過與拖拉機三點懸掛,拖拉機的動力通過傳動軸輸入到整地機,機具上的刀軸帶動刀片旋轉并向前移動與土壤產生相對運動,實現作物根茬被滅茬刀高速粉碎、土壤被旋耕刀疏松,然后進行起壟、鎮壓等聯合作業,從而一次完成種床要求,具有廣泛的適用性與良好的應用前景。該機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;用于灌溉地節約灌溉用水、改善土壤理化性質;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。

圖2 1LF-350型液壓翻轉犁

1SZL系列深松聯合整地機主要由深松機總成、調節拉桿總成、萬向節傳動軸總成、仿形力臂、整地機總成部分構成。通過拖拉機三點懸掛,由拖拉機動力帶動深松聯合整地機向前行走,使深松鏟深入土壤中,并由傳動軸將動力傳遞給整地機。機具通過隨行前進,深松鏟對土壤進行擠壓、剪切和拉伸,從而實現土壤全方位深松,深松后地表平整,保持植被的完整性,經過旋耕碎土作業和重型鎮壓輪鎮壓,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 免耕播種機的研究與應用

免耕播種技術實現了播種、施肥、覆土等作業在無秸稈障礙區域內一并完成,傳統作業中全量秸稈地分別完成秸稈粉碎、犁翻、旋耕、播種的常規機播作業方式,減少機械下田3～4次,降低作業成本50%以上。并且根據不同作物播種需求實現快速更換便捷組配,實現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,生產率可達0.47～0.67 hm2·h-1,架種率和晾種率為0,平均出苗率94%以上,正常年份產量與常規機播相當,在干旱年份不同作物產量較常規機播可提高5%～10%。

免耕播種技術適宜前茬小麥、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工況,適應性強;可實現一臺設備一次性完成多道工序、作業集成度高、成本低,有效保障農時、提高復種指數;可用于小麥、玉米、花生等旱地作物播種,適播品種多;無架種和晾種現象、播種質量高;播后秸稈可實現均勻按需覆蓋或成條規整鋪放后全量還田,保溫保墑、提高肥效、封閉雜草。其增產增效綜合效益明顯高于常規機播技術與傳統免耕播種技術[4]。

2.4 打捆機的研究與應用

該項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環節中,根據需要采用了包括秸稈熟化、秸稈制粒及秸稈打捆機等一系列成熟產品來保障項目的實施。主要采用9YG、9YGA、9YQ系列圓草捆打捆機。系列圓草捆打捆機主要由牽引裝置、傳動系統、撿拾器、整體式喂入轉子、切割系統、纏網機構、成型室、卸捆器、液壓系統、自動控制系統等組成。

圓草捆打捆機由拖拉機牽引,動力通過傳動軸、變速箱和鏈條傳動裝置傳遞到各工作部件。在田間作業過程中,隨著機械運轉,撿拾器彈齒將地面草條進行撿拾,并提升到輸送喂入平臺。在撿拾器后方由螺旋推送器和若干組旋轉疊片組成的整體式喂入轉子,首先物料由左右對稱布置的螺旋輸送器自平臺兩側推送到中間位置,然后由若干組旋轉疊片將物料由前向后推進。如果用于將秸稈切碎,可在定刀架上安裝定刀,工作時通過液壓控制將刀架升起,定刀從旋轉疊片組中間的間隙通過,從而實現交錯互切將秸稈切斷。經切碎和喂入物料被送到成型室,牧草在成型室內在旋轉鋼輥作用下經擠壓旋轉逐漸形成圓草捆,當控制系統檢測到草捆達到設定壓力時,自動啟動纏網機構在圓草捆外圓上包絡上預先設置的捆網層數。通過卸捆器將草捆從成型室卸出,完成一個工作循環。

3 結論

目前,雖然錦州市在秸稈處理工作取得了一定的成果,但在工作推進過程中也存在一些問題。例如,由于秸稈轉化企業自身投入不足,產品利潤低、產品銷售難,導致固化企業少,秸稈轉化數量少,秸稈的原料化和基料化利用率低等。在下一步工作中,錦州市農業農村綜合服務中心將進一步加大秸稈綜合利用技術推廣力度,培育秸稈轉化企業發展壯大,不斷補齊原料化、基料化利用的短板和空白,通過深入探索和創新,確保高質量推進秸稈處理行動,為農作物秸稈綜合利用作出貢獻。