鏵式犁和液壓調(diào)幅翻轉(zhuǎn)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(wàn)成山 劉慧濤 王立春

摘要：分析了秸稈切碎機(jī)對(duì)秸稈長(zhǎng)度、拋撒不均勻度的影響，比較了4種機(jī)械組合處理還田秸稈在不同土壤深度的垂直分布特征。結(jié)果表明，秸稈切碎機(jī)處理秸稈水平分布較均勻;采用液壓調(diào)幅翻轉(zhuǎn)犁配合秸稈切碎機(jī)進(jìn)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(guān)鍵詞：秸稈還田機(jī)械;不均勻度;垂直分布;空間分布特征;混土效果

中圖分類號(hào)：X712? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2019）23-0057-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.23.014? ? ? ? ? ?開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)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(píng)價(jià)秸稈粉碎機(jī)還田作業(yè)質(zhì)量的重要指標(biāo)。目前，中國(guó)推廣使用的秸稈切碎還田機(jī)械主要依靠秸稈粉碎錘爪和滅茬旋耕刀進(jìn)行秸稈粉碎[1]。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《秸稈還田機(jī)作業(yè)質(zhì)量》和《保護(hù)性耕作機(jī)械 秸稈粉碎還田機(jī)》提出測(cè)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(chǔ)上提出了新方法。

秸稈翻轉(zhuǎn)犁的作業(yè)質(zhì)量直接影響到秸稈還田混土效果。美國(guó)、德國(guó)等西方國(guó)家在翻轉(zhuǎn)犁領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)先，美國(guó)凱斯、約翰迪爾和德國(guó)雷肯等品牌實(shí)踐應(yīng)用效果較好[5]，帶耕深松機(jī)和帶耕播種機(jī)不能將秸稈混埋還田，旋轉(zhuǎn)鍬式翻青機(jī)雖然能進(jìn)行帶狀還田，但不能將秸稈與土壤充分混合。中國(guó)對(duì)翻轉(zhuǎn)犁的研究起步較晚，國(guó)內(nèi)一些產(chǎn)品存在適用性較差、效率較低和設(shè)計(jì)精度不高等問(wèn)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(fù)式作業(yè)機(jī)需要開(kāi)溝的犁輔助作業(yè)。2015年，陳青春等[7]采用三維數(shù)字化儀配合虛擬造型技術(shù)比較正、反轉(zhuǎn)旋耕作業(yè)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(tài)。目前，對(duì)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(jī)對(duì)秸稈拋撒不均勻度的影響，比較分析鏵式犁、液壓調(diào)幅翻轉(zhuǎn)犁、秸稈切碎機(jī)+鏵式犁和秸稈切碎機(jī)+液壓調(diào)幅翻轉(zhuǎn)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(jī)械的混土效果，以期為選擇適宜的秸稈還田技術(shù)機(jī)械、提高還田作業(yè)質(zhì)量提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1? 材料與方法

1.1? 試驗(yàn)區(qū)概況

吉林省松原市乾安縣（東經(jīng)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(fēng)氣候天氣，年平均氣溫5.6 ℃，日照時(shí)間2 866.6 h，≥10 ℃積溫2 884.5 ℃，平均無(wú)霜期146 d，氣候特點(diǎn)是干旱多風(fēng)。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(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年5—10月在乾安縣贊字鄉(xiāng)父字村吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院基地進(jìn)行。試驗(yàn)地長(zhǎng)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(jī)播種，播種密度為7.8萬(wàn)穴/hm2。玉米產(chǎn)量為10 650～11 650 kg/hm2，秸稈量約14 000 kg/hm2，秋收后進(jìn)行秸稈還田試驗(yàn)。

秸稈還田機(jī)械：天人-TR9988聯(lián)合收割機(jī)（石家莊天人農(nóng)機(jī)裝備技術(shù)有限公司）;1JHY-230秸稈切碎機(jī)（河北春翔機(jī)械有限公司）;鏵式犁（當(dāng)?shù)仄胀ㄞr(nóng)戶常用類型）;1LYFT-450液壓調(diào)幅翻轉(zhuǎn)犁（松原市雙子農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備有限公司）。

秸稈水平分布均勻性研究采用大區(qū)試驗(yàn)，每個(gè)處理長(zhǎng)300 m，寬10.4 m，面積3 120 m2。設(shè)2個(gè)處理，分別為聯(lián)合收割機(jī)（A）、聯(lián)合收割機(jī)+秸稈切碎機(jī)（B）。

秸稈垂直分布特征試驗(yàn)在秸稈水平分布均勻性試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行，每個(gè)處理長(zhǎng)300 m，寬10.4 m，面積3 120 m2。設(shè)4個(gè)處理，分別為鏵式犁（A1）、液壓調(diào)幅翻轉(zhuǎn)犁（A2）、秸稈切碎機(jī)+鏵式犁（B1）、秸稈切碎機(jī)+液壓調(diào)幅翻轉(zhuǎn)犁（B2）。

1.3? 測(cè)定指標(biāo)及方法

試驗(yàn)前采用烘干法測(cè)定秸稈含水量為10.90%。

1）秸稈長(zhǎng)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(cè)定秸稈長(zhǎng)度。

2）試驗(yàn)地秸稈水平分布均勻性測(cè)定。測(cè)定處理A和處理B秸稈表層分布均勻度。避開(kāi)切碎機(jī)作業(yè)區(qū)的邊緣，在作業(yè)區(qū)內(nèi)取樣。按秸稈切碎機(jī)作業(yè)的正向和逆向分別取3次重復(fù)，按“S”形五點(diǎn)取樣法，樣方為0.25 m2（50 cm×50 cm）。挑揀出表層秸稈裝入網(wǎng)袋，分別稱重并記錄。

3）秸稈垂直分布特征測(cè)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(gè)深度分別取土壤-秸稈混合物，用10目網(wǎng)篩篩去土壤，挑揀出各土層秸稈碎片，洗凈風(fēng)干后稱重并記錄，計(jì)算出質(zhì)量比例。3次重復(fù)。

4）水平分布均勻性。計(jì)算公式：

M=;

F=×100。

式中，n為測(cè)試小區(qū)數(shù)量，n=5;Mi為第i點(diǎn)秸稈質(zhì)量，g;M為測(cè)試區(qū)內(nèi)各點(diǎn)秸稈平均質(zhì)量，g;F為秸稈拋撒不均勻度，%。同一工況下2個(gè)行程的拋撒不均勻度取平均值，即為該試驗(yàn)工況下的秸稈拋撒不均勻度。

1.4? 數(shù)據(jù)分析

采用 Microsoft Excel 2007和SSPS 13.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 秸稈切碎機(jī)對(duì)秸稈長(zhǎng)度的影響

秸稈長(zhǎng)度比較結(jié)果（表1）表明，采用秸稈切碎機(jī)處理，秸稈長(zhǎng)度極顯著變短（P<0.01）。秸稈未切碎處理秸稈長(zhǎng)度為30.70～38.45 cm，平均為34.57 cm，聯(lián)合收割機(jī)+秸稈切碎機(jī)處理秸稈長(zhǎng)度為8.59～11.56 cm，平均為10.06 cm。這說(shuō)明秸稈切碎機(jī)切碎效果較好，秸稈長(zhǎng)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(lián)合收割機(jī)處理拋撒不均勻度為37.3%～38.7%，平均為38.1%;聯(lián)合收割機(jī)+秸稈切碎機(jī)處理拋撒不均勻度為26.1%～27.5%，平均為26.4%。這說(shuō)明秸稈切碎提高了秸稈水平分布均勻性，有利于秸稈進(jìn)一步混土深翻。

2.3? 秸稈質(zhì)量在不同土壤深度的垂直分布特征

4種機(jī)械進(jìn)行秸稈還田后，不同土壤深度的秸稈質(zhì)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(zhì)量占比為45.3%;其次為土壤表層，質(zhì)量占比為34.2%;土壤深層秸稈較少，僅占20.5%。液壓調(diào)幅翻轉(zhuǎn)犁還田處理的秸稈在土壤中層分布最多，質(zhì)量占比為49.4%;其次為土壤表層，質(zhì)量占比為36.7%;土壤深層秸稈較少，僅占13.9%。秸稈切碎機(jī)+鏵式犁還田處理的秸稈大部分集中于土壤表層，質(zhì)量占比為49.7%;土壤中層和深層的秸稈占比相當(dāng)，分別為25.7%和24.6%，翻埋深度較淺。秸稈切碎機(jī)+液壓調(diào)幅翻轉(zhuǎn)犁還田處理的秸稈在土壤深層分布最多，質(zhì)量占比為51.2%;其次為土壤中層，質(zhì)量占比為39.3%;土壤表層秸稈較少，質(zhì)量?jī)H占9.5%。

以上結(jié)果說(shuō)明，鏵式犁和秸稈切碎機(jī)+鏵式犁作業(yè)的翻埋深度較淺，作業(yè)質(zhì)量較差，影響到玉米出苗率。液壓調(diào)幅翻轉(zhuǎn)犁還田秸稈集中分布在0～20 cm;而液壓調(diào)幅翻轉(zhuǎn)犁與秸稈切碎機(jī)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(fēng)”現(xiàn)象，有利于種子出苗。

3? 小結(jié)與討論

本研究發(fā)現(xiàn)，秸稈切碎機(jī)作業(yè)可以明顯提高秸稈粉碎質(zhì)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(shù)，采用深開(kāi)溝-覆土-合壟翻轉(zhuǎn)犁開(kāi)溝，將玉米整秸稈還田，后用翻轉(zhuǎn)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(jī)碳、有機(jī)質(zhì)和氮素含量，促進(jìn)作物生長(zhǎng)[8，9]。

本研究初步分析了4種機(jī)械秸稈還田的秸稈空間分布特征，結(jié)果表明，秸稈切碎機(jī)與液壓調(diào)幅翻轉(zhuǎn)犁配套使用的混土效果較好，秸稈翻埋較深。采用微地貌測(cè)試儀研究地表質(zhì)量狀況，借助秸稈空間坐標(biāo)數(shù)字化儀分析秸稈空間分布的立體構(gòu)型，可以構(gòu)造出秸稈混合的土體造型。陳青春等[7]研究提出，反轉(zhuǎn)旋耕秸稈混埋作業(yè)的秸稈沿土壤深度分布的均勻性優(yōu)于正轉(zhuǎn)旋耕，且秸稈與土壤混合效果更好。目前對(duì)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(jìn)作物根系生長(zhǎng)發(fā)育，有利于作物生長(zhǎng)發(fā)育[10]。秸稈深翻結(jié)合鎮(zhèn)壓、水肥管理等其他措施，可以形成適宜不同地區(qū)的秸稈還田技術(shù)體系。吉林省雨養(yǎng)區(qū)和灌溉區(qū)秸稈還田技術(shù)研究中，蔡紅光等[11]提出玉米秸稈全量深翻還田耕種技術(shù)體系能提高肥料利用率和玉米產(chǎn)量;王立春等[12]提出秸稈還田全量秸稈帶狀深還、錯(cuò)位播種技術(shù)，構(gòu)建良好耕層，可以改善土壤質(zhì)量，提高農(nóng)民經(jīng)濟(jì)效益。今后應(yīng)深入研究秸稈還田后的空間分布特征，結(jié)合土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)、孔隙度及水分等指標(biāo)的動(dòng)態(tài)變化，分析秸稈空間分布對(duì)玉米出苗及生長(zhǎng)發(fā)育的影響。

選用適宜的還田機(jī)械可以提高秸稈還田作業(yè)質(zhì)量，但是大型農(nóng)業(yè)還田機(jī)械的成本較高，機(jī)械化秸稈還田技術(shù)的推廣應(yīng)用存在一定難度。為了促進(jìn)秸稈機(jī)械化還田技術(shù)的推廣，可以采用增加補(bǔ)貼范圍和額度，進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)和監(jiān)督評(píng)價(jià)等[13]多種措施，提高秸稈還田服務(wù)效率和作業(yè)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 林? 靜，齊? 林，薄鴻明，等.條帶深松清壟秸稈混埋聯(lián)合作業(yè)機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2019（1）：77-84.

[2] NYT 500-2002，秸稈還田機(jī)作業(yè)質(zhì)量[S].

[3] GB/T 24675.6-2009，保護(hù)性耕作機(jī)械 秸稈粉碎還田機(jī)[S].

[4] 孫麗娟，馮? 健.秸稈粉碎還田機(jī)秸稈拋撒不均勻度測(cè)試方法探討[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2016，37（6）：35-38.

[5] 李德鑫，于文昌，蘆? 磊.我國(guó)翻轉(zhuǎn)犁的應(yīng)用與發(fā)展研究[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2017（4）：71-72.

[6] 毛罕平，陳翠英.秸稈粉碎掩埋復(fù)式作業(yè)機(jī)的試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，1996，27（3）：42-46.

[7] 陳青春，石? 勇，丁啟朔，等.正反轉(zhuǎn)旋耕作業(yè)的秸稈混埋效果比較[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31（9）：13-18.

[8] 王勝楠，鄒洪濤，張玉龍，等.秸稈集中深還田兩年后對(duì)土壤主要性狀及玉米根系的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2015，33（3）：68-71，78.

[9] 王勝楠，鄒洪濤，張玉龍，等.秸稈集中深還田對(duì)土壤水分特性及有機(jī)碳組分的影響[J].水土保持學(xué)報(bào)，2015，29（1）：154-158.

[10] 陳? 龍，谷? 巖，田文博，等.秸稈深翻還田對(duì)玉米根系相關(guān)特性影響[J/OL].分子植物育種，http：//kns.cnki.net/kcms/detail/46.1068.

S.20181219.1527.007.html.

[11] 蔡紅光，梁? 堯，劉慧濤，等.東北地區(qū)玉米秸稈全量深翻還田耕種技術(shù)研究[J/OL].玉米科學(xué)，http：//kns.cnki.net/kcms/detail/22.1201.S.20181024.1510.046.html.

[12] 王立春，王永軍，邊少鋒，等.吉林省玉米高產(chǎn)高效綠色發(fā)展的理論與實(shí)踐[J].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，40（4）：383-392.

[13] 曹光喬，周? 力，毛? 慧.農(nóng)業(yè)技術(shù)補(bǔ)貼對(duì)服務(wù)效率和作業(yè)質(zhì)量的影響——以秸稈機(jī)械化還田技術(shù)補(bǔ)貼為例[J].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2019（2）：55-62.