国内典型秸秆还田机技术及机具的比较与分析

陈佳琪 2015年7月20日浏览：10885

国内典型秸秆还田技术及机具的比较与分析

丁艳1，彭卓敏1，夏建林2

（1.农业部南京农业机械化研究所，南京市，210014；

2.江苏悦达黄海手扶拖拉机有限公司，江苏盐城，224002）

摘要：本文着重论述了目前我国秸秆还田技术及机具的发展与研究现状，对联合收割机秸秆切碎技术及装置、玉米秸秆还田技术及机具、双轴灭茬技术及机具、秸秆和根茬粉碎还田技术及联合机具、棉秆粉碎收获技术及机具、秸秆切碎灭茬还田技术及机具、反转灭茬技术及机具和水旱两用埋茬耕整技术及机具等国内几种典型的秸秆还田机具的结构特点、适用范围、使用优缺点等进行了分析比较，并对秸秆还田技术及机具的发展趋势进行了初步探讨。

关键词：秸秆还田技术；机具；比较；分析

Domestic Comparison and Analysis of a typical straw machinery

DING Yan, PENG Zhuo-min, XIA Jian-lin

(Nanjing Research Institute Agricultural Mechanization Ministry, Nanjing, 210014,China)

Abstract: This paper focuses on China's current straw technology and equipment development and research status,analyzing and comparing of advantages and disadvantages with the combine harvester stalk shredding technology and devices, corn straw technology and equipment, technology and equipment biaxial stubble, straw and stubble smashing technology and jointing equipment, cotton stalk crushing harvesting techniques and equipment, shredding straw stubble to field techniques and equipment, inversion techniques and equipment, and stubble buried in floods, droughts and crop Tillage technology and dual-using equipment and other domestic typical straw in structural characteristics, scope, use the advantages and disadvantages. The development tendency of straw technology and equipment is initial attempt to discuss.

Key words: Straw technology; machine; comparison; analysis

0 引言

我国每年的粮食产量5亿吨左右，棉花、油料等作物产量约为3000万吨，这些作物的秸秆产量保守估算也在6亿吨以上，是农业生产中最大的可再生资源。作物秸秆包括水稻、小麦、玉米、薯类、油料、棉花、甘蔗、蔺草、桑树和其他经济类农作物秸秆。作物秸秆是一项重要的农业资源。作为农业生产的副产品，具有产量大、分布广、供应稳定的特点，应合理利用。历史上，我国有利用秸秆的优良传统，农民用秸秆建房蔽日遮雨；用秸秆烧火做饭取暖；用秸秆养畜积肥还田，合理利用秸秆是我国传统农业的精华之一。我国用作肥料和饲料的秸秆总量不足3亿吨，大量秸秆没有被充分利用，成为污染环境的一大隐患。近年来，由于各地政府为解决焚烧秸秆而造成的环境污染问题，十分关心农作物秸秆的综合利用。近年的实践表明，秸秆切碎直接还田，已成为解决农作物秸秆出路的主要技术措施和手段。农作物秸秆直接粉碎还田是增加土壤有机质，培肥地力，改善土壤结构，提高地温，增强蓄水保质能力，实现农业生产节本增效的一项重要措施，同时也是保护环境，发展生态农业，实现农业可持续发展的重要手段。

1 秸秆还田机具的发展现状

秸秆还田机具有提高劳动效率减轻农民劳动强度，节约工时投入，增加土壤有机质含量，减少水土流失，增加蓄水纳墒能力，消灭病虫害，提高粮食产量等优点。但必须依照一定的工艺流程作业，才能达到预期的目的。否则，可能出现相反的结果。

秸秆还田就是将摘穗后直立的作物秸秆，用于大中型拖拉机配套的秸秆还田机具直接粉碎、抛洒于地表，随即耕翻入土，使之腐烂分解作底肥。与较传统的种植方式相比，省去了砍、捆、运、铡、沤、翻、送、撒等多道工序。它是施肥方式的一次重大改革。农作物秸秆直接粉碎还田，是农作物秸秆利用中最直接、最方便、使用最广泛的一种方法，是一项一举多得的农机化新技术，经济效益和社会效益十分显著。

国内秸秆粉碎还田技术始于九十年代初，在消化吸收国外同类机具的基础上，首先研发了玉米秸秆粉碎还田技术和机具。经过十多年的改进完善，已经形成以玉米秸秆为处理对象的秸秆粉碎还田技术及系列机具，配套动力37.5kW～60kW(50HP～80HP)，工作部件为甩刀、锤爪、还有少部分为弯刀。目前国内虽有秸秆和根茬粉碎还田机具的报导和专利，也曾有单位研究过单轴式的玉米秸秆和根茬粉碎还田的机具，但由于粉碎效果难以达到农艺要求，作业效率低，一直未见到有成熟的秸秆和根茬同时粉碎还田的技术及机具推广。

玉米、棉花、油菜等高秆硬秸秆还田主要是通过机械粉碎装置将秸秆切碎或粉碎后覆盖在未耕地上，或者连同根茬一起粉碎后埋入土里，其作用为：

1）减少地表径流，增加雨水入渗，抑制水份蒸发，抗旱保墒；

2）调节地温，利于微生物的繁殖和活动，促进土壤水分转化与分解；

3）保护土壤表层，防止水土流失，抑制杂草生长；

4）秸秆腐烂后，增加有机质和腐殖质，培肥地力，缓解氮、磷、钾肥比例失调的矛盾，增加作物产量；

5）改善土壤物理性状，增加团粒结构，增加孔隙率，降低土壤耕层容重，优化农田生态环境。

九十年代中期开始，国内相继研究开发了联合收割机玉米、稻麦秸秆切碎技术扩装置、双轴灭茬技术及机具、玉米秸秆和根茬粉碎还田技术及机具、反转灭茬技术及机具，2004年又开始研究开发了水旱两用埋茬耕整技术及机具，对解决稻、麦秸秆还田问题起到了很大作用。

2 秸秆还田技术及机具的结构特点、适用范围及优缺点

2.1 联合收割机秸秆切碎技术及装置

在联合收割机后部增加了玉米秸秆切碎装置或稻麦秸秆切碎装置，组成了联合收割秸秆切碎联合机，将进入联合收割机的玉米秸秆或稻麦秸秆切碎后撒散在地面，实现了秸秆切碎和抛散作业。秸秆的切碎装置由一组切刀和喂入轮组成，或由旋转滚筒加定刀片组成。工作时，秸秆被强制喂入，靠喂入轮和刀片的转速不同来切碎秸秆；按其特性可分为“甩刀式”和“定直径滚刀式”。为了防止秸秆阻塞，可在秸秆切碎装置处，加装秸秆堵塞报警装置，一旦发生堵塞，可随时发现及时排除故障，避免零件损坏。秸秆切碎装置的抛撒装置由排草风扇、扇形导流板及动力传递机构等组成，使秸秆切碎并均匀抛撒。秸秆切碎装置一般把秸秆切断成长度小于10cm,其切碎和抛撒性能均达到农艺要求，有利于后续旋耕作业和秧苗的栽培，并可根据需要，装上或卸下切碎装置。

这种切碎装置主要用于玉米、油菜和稻麦秸秆切碎，优点是方便、经济、省工省时；存在的问题是只能将秸秆切碎，不能将秸秆理入土壤，并受联合收割机的功率影响、切碎效果差、留茬高，对秸秆量大的玉米地适用性差。

2.2 玉米秸秆还田技术及机具

玉米秸秆还田机由轮式拖拉机驱动，三点悬挂牵引，作业幅宽主要为150cm～200cm，配套动力37.5kW～60kW。通常为单轴卧式，主要由齿轮箱、传动轴、皮带传动组件、刀轴组件、机罩、定刀及限位辊等组成。刀轴组件上装有切削刀具，切削刀具通常有三种：锤爪、弯刀和直刀，每种刀轴上配有相同的切削刀具，通常为对称排列，在同一刀轴上的切削刀具型式不能互换。在粉碎室罩壳上装有2～3排定刀，与切削刀具组合成粉碎室。工作时，刀轴以1800r/min～2000r/min高速旋转，高速运动的切削刀具对地面上的秸秆进行砍切作业，每次砍切都会切去一部份秸秆，并以高速砍、切、撞、搓、撕的方式将玉米秸秆直接粉碎，或者在高速旋转的粉碎部件带动下，将砍切下的玉米秸秆高速卷入粉碎室，又受到罩壳上定刀的进一步砍切、打击、撕裂、揉搓，经过反复的砍切、打击，秸秆成碎段或纤维状，均匀地抛撒在地面。粉碎后玉米秸秆的留茬高度受秸秆还田机限位辊的控制，调节限位辊的角度，可改变玉米秸秆的留茬高度。该机具的切碎方式属于无或单支承切割，为提高粉碎效果，切削刀具刀端的切割线速度要求较高，因此消耗的功率较大。为防止切削刀具入土，一般留茬高度为4cm～5cm。存在的主要问题是茬留高，不能解决根茬的粉碎还田，严重影响了下茬作业，在田块不平的地方切削刀具易入土，易造成刀具磨损、甚至损坏机具。

2.3 双轴灭茬技术及机具

双轴灭茬机又称双轴灭茬旋耕机，由轮式拖拉机驱动，三点悬挂牵引，双轴型式，作业幅宽主要为140cm～250cm。主要结构有齿轮箱、传动轴、侧传动箱、前后刀轴、机架、机罩盖等组成。前刀轴为灭茬轴，在每个刀盘上装有4把或6把L型灭茬刀，螺旋排列，刀轴转速410r/min～500r/min，灭茬深度5cm～8cm，耕深可达16cm，在幅宽210cm以下通常为侧面齿轮传动、通轴结构，在幅宽210cm以上通常为中间齿轮传动。后刀轴为旋耕轴，装有普通旋耕刀，螺旋排列，刀轴转速220r/min～240r/min，通常为中间齿轮传动，双轴共用一个机盖罩。工作时，前轴对秸秆进行灭茬，并对地下根茬进行切碎，后轴进行旋耕，将秸秆旋入土中，作业效果符合旱作秸秆还田的作业质量要求。

该机具优点是复式作业，可减少一道农田耕作作业，方便、高效，粉碎后的秸秆和根茬大都入土，有利于秸秆腐烂和后续农田作业；存在的问题是机具结构较复杂，整机较重，只适用于垄作玉米、大豆等30cm以下的低秸秆和根茬粉碎还田，应用范围较窄。

2.4 秸秆和根茬粉碎还田技术及联合机具

该种机械又称为玉米秸秆和根茬粉碎（破碎）还田机或秸秆粉碎灭茬还田机，是在单轴式玉米秸秆还田机的基础上增加根茬旋耕切碎刀轴，为双轴式。配套动力45kW～63.75kW，作业幅宽140cm～180cm，粉碎刀具数量：锤爪10个～15个，弯刀35把～45把。灭茬刀具数量48把～64把，灭茬深度5cm～8cm。主要由齿轮箱、传动轴、侧传动箱、前后刀轴、机架、工作箱罩和限位辊等组成。前轴为粉碎轴，进行地面秸秆粉碎，采用玉米秸秆还田机的型式，切削刀具为高速旋转的锤爪或弯刀，对称排列。后轴为灭茬轴，进行根茬切碎及旋耕，采用双轴灭茬旋耕机的灭茬刀轴型式和L型灭茬刀，螺旋排列，刀轴转速400r/min～450r/min。双轴共用一个工作箱罩。工作时可将玉米秸秆及根茬全量粉碎或切碎后旋耕还田。

该种机具由农业部南京农业机械化研究所从2005年开始研发，现已处于试验推广阶段，有待进一步试验和改进。其优点是复式作业，可减少一道农田耕作作业，可用于玉米秸秆、棉花秸秆、油菜秸秆等高秆硬秸秆和根茬的粉碎还田，方便、高效，在秸秆还田的同时进行根茬处理和秸秆掩埋，有利于秸秆腐烂和后续农田作业；存在的问题是机具结构较复杂，作业功耗较大，切削刀具不可更换，机组调整困难。

2.5 棉秆粉碎收获技术及机具

棉秆粉碎收获机是一种将地面上棉秆捡拾、粉碎、收集的装置，由轮式拖拉机驱动，三点悬挂牵引，作业幅宽有4行、8行和12行三种，主要由机壳、甩刀转子总成、分禾器、导流槽等部件组成，甩刀转子总成由转子轴和若干组甩刀片组成，甩刀片通过销轴与刀座铰接，刀座焊接在转子轴上。棉秆粉碎收获机采用无支承甩刀回转式切割器，甩刀圆周速度较大。工作时，将拖拉机动力输出轴输出的动力通过传动系统传递给甩刀转子，使甩刀高速旋转。甩刀的运动由机组的前进运动和甩刀绕转子轴的旋转运动复合而成，刀片尖端的运动轨迹为余摆线。机组前进时，棉秆被喂入到收获机工作区，高速旋转的弧形甩刀将棉秆分段切碎，切碎后的棉秆在甩刀高速旋转产生的惯性和气流作用下沿导流槽抛到牵引拖车上，从而完成棉秆的粉碎收获作业。粉碎收获后的棉秆可用于沤制肥料、基材、饲料或工业化利用。

该机的优点是结构简单、紧凑，每组收获装置独立，可在机架上挂接二组或多组，以实现不同的作业幅宽需求，粉碎收获适应性好，收获行距可根据棉秆行距调整。若不需要回收棉秆时，可将棉秆粉碎后抛送田间，实现秸秆还田。存在的问题是棉花根茬不能切碎，造成了大量的根茬留在田里，严重影响了下茬作业，在田块不平的地方甩刀易入土，易造成刀具磨损、机具损坏。

2.6 秸秆切碎灭茬还田技术及机具

秸秆切碎还田机主要由机架、动力传动机构、秸秆削断（喂入）机构、秸秆输送机构、秸秆切碎机构、灭茬机构和灭茬深度调整机构组成。配套动力37.5kW，作业幅宽110cm，灭茬深度2cm～5cm。切碎机构装有动刀14片，定刀2片，秸秆切碎长度＜9cm。工作时，被拖拉机推到的秸秆经过旋转刀削断，秸秆在5个喂入辊的共同作用下，输送到秸秆切碎机构，在切碎旋转刀和定刀的共同作用下，完成秸秆的切碎过程，完成灭茬覆土保墒作业。

该机优点是结构紧凑，重量轻，采用铡切粉碎，作业质量好，动力消耗少，作业效率特高。存在的问题是灭茬深度浅，秸秆覆土差，其结构复杂，维修调整较多，对作业地块平整度和秸秆含水率要求较高，玉米秸秆含水率一般应为20%～30%。

2.7 立式棉花茎秆粉碎还田技术及机具

立式棉花茎秆粉碎还田机属于地面茎秆粉碎还田式机械，三点悬挂，工作幅宽150cm～300cm。主要由变速箱、链传动或皮带传动机构、立式刀轴组件和机架等组成。立式刀轴上安置了3层刀盘，每个刀盘上水平固定了2把刀片。作业时经由变速箱输出的动力通过链传动或皮带传动，带动5个立式刀轴转动，每个刀盘上的刀片水平旋转，将棉花秸秆分层切碎成5cm～10cm的秸秆，抛撒于田间，实现棉花茎秆粉碎还田。

该机优点是粉碎效率高、抛撒均匀。存在的问题棉花根茬不能切碎，其是切刀组不可调，对棉行的适应性差，功率消耗大，机具仿形性差，易出现切刀切土现象，造成机械零件损坏，甚至损坏机组。

2.8 反转灭茬技术及机具

反转灭茬机结构与一般系列旋耕机的结构基本相同，幅宽160～180cm，配套动力40.5kW～48kW。反转灭茬机正转用于旋耕作业，反转用于秸秆还田作业。反转灭茬机由传动部件、刀轴、机架和辅助部件组成。刀轴由刀管轴、刀片、刀座和轴头等组成，刀片为普通旋耕刀。传动部件由万向节、中间传动齿轮箱或传动齿轮箱等组成。辅助部件由悬挂架、侧板、挡土罩和平土拖板等组成。灭茬作业时，刀轴采用反向旋转，即刀轴的旋转方向与作业机行走轮旋转方向相反。旋耕刀从土壤底部开始向土壤表面逆向切土，将秸秆翻入土中，一次可完成灭茬、秸秆还田、埋青、旋耕碎土、掩埋以及覆盖等作业，作业后地表平整，碎土率高，可满足农艺要求。使用时，应保证挡土罩与旋耕机的正确位置，利用挡土罩将散土引导向后。

该机的优点是一机多用，可作灭茬用，也可作旋耕用，无漏耕现象，适用于稻麦秸秆的灭茬还田作业。存在的的问题是灭茬作业时易拥土，机组功耗较大，效率低，在秸秆量大时灭茬效果较差。

2.9 水旱两用埋茬耕整技术及机具

水旱两用埋茬耕整机是近年来在原有旋耕机结构的基础上改进后出现的一种新型机具。为了适应水耕埋茬，将旋耕机一节挡泥板改进为两节弹性平土板，以增加平田功能。在旋耕机刀轴上加装了横向压草板，加强了埋草功能，提高了埋草率。旋耕刀片为S195普通旋耕刀，也有的为厂方自行设计改进的小型刀，刀片数量比旋耕机增加20%～40%，刀库的排列有的为全螺旋排列，有的为两两螺旋排列。水耕时可留全量麦秸秆埋茬，做到水耕、起浆、埋茬、平整一条龙作业。旱耕作业时，可拆除压草板，更换稍大的旋耕刀，满足旱田旋耕要求。

该机幅宽160cm～230cm，配套动力33kW～47.8kW，水耕深度达16cm，旱耕深度达12cm，植被覆盖率≥80％，水耕后的田块符合插秧的要求。适用于麦秸秆水田埋茬耕整，稻秸秆旱田灭茬还田（稻秸秆需切碎）。该机优点是结构简单、成本较低，一机多用，功耗小，效率高。缺点是在麦田的墒沟处或田块不平时水耕整地效果不理想，需反复两三遍作业才可达到效果，麦茬过多时易缠草。

3. 秸秆还田技术及机具的发展方向和趋势

总之，由于我国幅员广阔，南北差异较大，各地区的种植结构，耕作制度的农艺要求不同。并且不同作物秸秆的物理性能和机械性能差异也很大，这就决定了我国机械化秸秆技术及配套机具的多样性。

1) 随着国产100马力拖拉机的开发应用及进口大马力拖拉机数量的增加，应研制开发与之配套的作业幅宽在2.5m～3.5m的秸秆切碎还田机。

2) 解决麦稻两熟地区联合收获机收后的高割茬麦稻秸秆给耕整地和后续作业带来的难题，研制高密度排列直刀型多支承切碎还田机还有待进一步开发研究。

3) 研究开发能够达到商品化的一次完成玉米秸秆的切碎和根茎的切碎并使切碎秸秆与土壤混合的复合作业机具是开发方向之一。

4) 在北方，小麦、玉米两熟地区研制机收后麦稻粉碎还田的同时，完成玉米免耕播种的复式作业机具也具有发展前景。

5) 北方地区小麦联合收割机秋季配套玉米秸秆还田机，可提高联合收割机的使用效率，并且机动灵活，也是一个发展方向。

6) 研制新式甩刀和改变甩刀排列方式，以适应粉碎豆类、菠萝叶、甘蔗叶和垄作作物秸秆的特殊要求。

参考文献

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[2] 陈新.江苏省农业机械技术推广站.秸秆还田机具考察报告.2007,3.

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