保護性耕作苗帶清秸裝備研究現狀與展望

摘要：免（少）耕播種是黑土地保護性耕作的重要環節之一，苗帶秸稈清理可為免（少）耕播種提供良好的作業環境保障。綜述現有保護性耕作苗帶秸稈清理裝備研究現狀，對比分析被動式和主動式兩種型式、免耕和少耕兩種要求的苗帶清秸裝置的特點，并提出未來的發展方向，以期為苗帶秸稈清理裝備的進一步研究提供參考。

關鍵詞：黑土地保護； 保護性耕作； 免（少）耕播種； 秸稈清理裝備

中圖分類號：S223.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2024）05-0065-03

保護性耕作是指以農作物秸稈覆蓋還田、免（少）耕播種為主要內容的現代耕作技術。保護性耕作應在地表有一定量秸稈或根茬覆蓋，且進行免（少）耕播種作業。免耕播種是指前茬作物收獲后，在未經耕整的作物殘茬覆蓋的土地上，不實行任何土壤耕作，直接進行播種施肥作業。少耕播種是指前茬作物收獲后，在未經耕整的作物殘茬覆蓋的土地上，直接進行少量旋耕作業同時進行播種施肥作業，耕作動土量不大于40%[1-3]。

苗帶秸稈清理是黑土地保護性耕作免（少）耕播種的重要環節之一。在秸稈大量覆蓋還田條件下，苗帶秸稈清理效果對免（少）耕播種質量影響較大。苗帶秸稈清理裝備可分為被動式和主動式兩種。分析苗帶秸稈清理裝備的研究現狀和未來發展方向，對于免（少）耕播種技術及裝備的進一步研究具有重要意義，可以為黑土地保護性耕作玉米免（少）耕播種技術實施提供裝備保障。

1被動式苗帶秸稈清理裝備研究進展

被動式苗帶秸稈清理裝備通常利用地表或秸稈的摩擦力進行轉動，將秸稈切開或直接清理到種床兩側，從而形成較為清潔的種床。根據是否動土，其可分為被動式免耕清秸裝置和被動式條耕機。

1.1被動式免耕清秸裝置

被動式免耕清秸裝置包括秸稈歸行機和免耕播種機用清秸裝置。秸稈歸行機清理苗帶幅寬較大，適用于寬窄行種植或二比空種植模式；免耕播種機用清秸裝置清理苗帶寬度為20～30 cm，適用于均勻行、寬窄行等多種種植模式。

1.1.1秸稈歸行機 秸稈歸行機根據安裝位置可分為前置式和后置式兩種。其應用技術模式為秋季機械收獲同時進行秸稈粉碎還田作業，春季播種前通過秸稈歸行機進行秸稈歸行作業[4]。其工作原理是通過液壓油缸或仿形彈簧使摟草指盤穿過秸稈層接觸地面，作業過程中摟草指盤在地表及秸稈摩擦力的作用下被動旋轉，實現地表秸稈的清理。秸稈歸行機具有結構簡單、功率消耗小、清秸效果顯著等優點。

1.1.2免耕播種機用清秸裝置 免耕播種機用清秸裝置主要由清秸輪、滾筒式導草輥、分草板等組成，安裝在播種單體前方。清秸輪是清秸裝置的核心工作部件，清秸輪與圓盤刀配合使用，由圓盤刀對秸稈根茬進行切斷后，再通過清秸輪等將苗帶上的秸稈根茬撥到苗帶兩側，形成一定寬度的清潔苗帶。

國外對清秸輪的研究較多，設計了弧面圓盤、平面彈齒式清秸輪、平面尖齒式清秸輪、平面切刃式清秸盤等多種型式的清秸輪，并研究了對置清秸盤間隙參數、作業速度對清秸率及清秸寬度的影響等[5-6]。我國也對清秸裝置進行了一定的研究。范旭輝等[7]設計出仿形爪式防堵機構，并對其運動偏角、裝置直徑等參數進行了理論分析；賈洪雷等[8-9]研制了星齒凹面盤式和凹面爪式清茬機構，并進行了仿真分析和試驗驗證；林靜等[10]設計了阿基米德螺線型鋸齒圓盤犁刀和星型清壟防堵裝置，可以有效清理壟上秸稈和根茬，提供良好的播種環境；曹鑫鵬等[11]設計了一種基于側置切刀切斷秸稈、撥茬齒盤清秸覆土的組合式清茬裝置，利用表土將秸稈掩埋，可以防止秸稈回壟；吉林康達2BMZF-4B免耕指夾式精確施肥播種機采用輪齒式破茬撥草盤清理秸稈；河北農哈哈2BYFSF-4C免耕播種機和2BMF-4免耕播種機分別采用滾筒式導草輥和分草板將秸稈導流至開溝器兩側，可以防止播種單體堵塞。

1.2被動式條耕機

被動式條耕機是播種前復式整地作業機具，可以一次性完成切茬、清秸、深松施肥、碎土鎮壓等條帶耕整作業工序，為播種作業提供良好的作業條件。

美國海內克6000ST型條帶耕作機的切茬部件為平面圓盤刀，清秸部件為切刃弧面清秸盤，碎土鎮壓部分為凹面碎土鎮壓輪[12]，各工作部件均安裝有安全回位彈簧，能夠根據預緊壓力和作業要求進行單獨調節，仿形效果好。中國農業大學研發的2FQ-2984-4條耕整地施肥一體機可以在不擾動其他土壤的條件下，完成對條帶的施肥整地作業[13]。

2主動式苗帶秸稈清理裝備研究進展

主動式苗帶秸稈清理裝備分為主動式免耕清秸裝置、主動式少耕清秸裝置和下壓力主動控制清秸裝置。主動式免（少）耕清秸裝置利用電機、液壓馬達等動力源驅動清秸裝置高速轉動，實現苗帶秸稈的高效清理；下壓力主動控制清秸裝置通過液壓缸或氣囊等實現清秸裝置對地壓力的主動控制，保證清秸裝置作業寬度，降低滑移率，從而提高清秸效果。

2.1主動式免耕清秸裝置

主動式免耕清秸裝置是在被動式免耕清秸裝置的基礎上增加驅動系統，驅動方式包括電機驅動、液壓馬達驅動等。

曹鑫鵬等[14]設計了一種電驅旋轉集行式清秸裝置，作業過程中彈齒電驅旋轉將秸稈側拋，但秸稈側拋距離仍需安裝擋簾控制；尤曉東等[15]設計了一種彈齒式清秸裝置，通過液壓驅動控制系統，實現彈齒清秸裝置轉速與機具前進速度的匹配。李鑫[16]基于主動驅動與交錯傳動方案，設計了一種單驅雙動式清秸防堵裝置，由電機驅動主動側清秸盤轉動，主動側清秸盤通過盤齒嚙合帶動被動側清秸盤轉動，實現單驅雙動。

2.2主動式少耕清秸裝置

主動式少耕清秸裝置主要包括主動式條耕機和條帶旋耕播種機等。

2.2.1主動式條耕機 主動式條耕機是在傳統旋耕整地機的基礎上，根據玉米播種行距等農藝要求，優化刀座排布，減少旋耕整地寬度，降低土壤擾動。其工作原理與旋耕機類似，通過合理布置刀具可以適應不同條帶寬度要求，此外在單體后方通常配有碎土鎮壓裝置，可以實現土壤的二次破碎。

美國Northwest Tillers公司生產的條帶耕整機采用條帶旋耕后碎土鎮壓的作業方式，通過調整旋耕刀排布可以適應不同作物的耕作要求。賈洪雷等[17]設計的1GH-3型行間耕整機，通過改變刀片排列，可以實現行間淺旋、壟臺碎茬及全幅旋耕3 種作業模式。李向軍等[18]設計了一種壟上滅茬、壟中帶狀旋耕、耕后回土鎮壓的組合式滅茬、苗帶旋耕整地機，可以一次性完成滅茬、旋耕、碎土、埋茬、鎮壓等多項作業，在減少苗帶秸稈覆蓋的同時可以疏松苗帶土壤。

2.2.2 條帶旋耕播種機 條帶旋耕播種機是在免耕播種機的前方配套安裝條帶旋耕機，僅對播種苗帶進行耕作，耕作寬度不超過播種行距的1/3。

劉俊孝等[19]設計了一種能夠實現苗帶滅茬、秸稈清理及防纏繞的玉米少免耕播種機，為播種單體提供適宜播種的清潔苗帶。李向軍[20]設計了一種玉米少耕播種機，可以一次性完成壟上秸稈清理、條帶旋耕、播種、施肥、鎮壓等作業。洛陽鑫樂2BMQF系列條帶旋耕播種機采用圓盤鋸齒刀式種床整備裝置，通過高速旋轉的鋸齒刀將秸稈及根茬進行砍斷，同時向播種帶兩側進行拋送，在完成秸稈根茬粉碎拋灑的同時將秸稈、根茬清理到非播種帶，可以減少秸稈與播種帶土壤的混埋。

2.3下壓力主動控制清秸裝置

下壓力主動控制清秸裝置包括主動仿形式條耕機和主動仿形式清秸裝置。下壓力控制系統包括液壓驅動、氣壓驅動、電動推桿等類型。

美國Dawn公司生產的Pluribus型條帶耕整機配備了氣動調控系統，切茬和松土部件為波紋圓盤刀，清秸部件為尖齒輪式清秸盤，作業前可以根據作業要求調節空氣彈簧的壓力，從而降低清秸輪滑移率，作業性能穩定。王奇等[21]基于被動式星齒凹面盤式條帶清秸裝置設計了幅寬自動控制系統，利用壓力傳感器監測壓力，通過電動推桿調節星齒凹面盤入土深度，可以提高條耕機的清茬性能。李名偉等[22]基于仿生鼴鼠前爪撥茬裝置設計了自適應撥茬控制系統，實現了撥茬機構對地壓力的監測和撥茬機構工作幅寬的氣動調節，提高了苗帶秸稈清理效果。

3苗帶秸稈清理裝備研究展望

高質量的苗帶秸稈清理裝備是黑土地保護性耕作玉米免（少）耕播種的重要保障。目前，國內外應用于條耕機和免耕播種機上的清秸裝置多為安裝在播種單體前的被動式清秸輪，研究內容多集中于清秸輪型式和作業參數等方面，主動式清秸裝置存在動力消耗大、動土量大等問題，部分關鍵技術與部件仍存在短板，清秸裝備智能化方面仍有較大提升空間。與歐美等國家相比，我國的保護性耕作苗帶秸稈清理裝備相對落后，但具有較大的發展空間。改進清秸裝置型式和作業參數、改善關鍵部件材料性能、發展自動化智能化清秸裝置等是未來我國免（少）耕播種清秸裝備的主要研究方向。