免耕機(jī)播技術(shù)研發(fā)進(jìn)展

羅偉文 胡志超 顧峰瑋 吳峰 徐弘博 姬廣碩

摘要：由于秸稈禁燒和秸稈飼料化、燃料化需求減少，而新的經(jīng)濟(jì)有效秸稈資源化利用模式還依然缺乏，我國(guó)每年田間農(nóng)作物秸稈堆積量呈持續(xù)增加趨勢(shì)，而免耕機(jī)播設(shè)備在秸稈量較大的田間作業(yè)時(shí)，普遍存在架種、晾種和作業(yè)部件掛秸擁堵問(wèn)題。為此，對(duì)國(guó)內(nèi)外免耕機(jī)播技術(shù)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，闡明免耕機(jī)播的幾種主要技術(shù)原理及特點(diǎn)，提出我國(guó)免耕機(jī)播技術(shù)的難點(diǎn)及發(fā)展方向，以期為免耕機(jī)播技術(shù)研究提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)工程;保護(hù)性耕作;免耕機(jī)播;全量秸稈地

中圖分類號(hào)：S345;S233.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2019）23-0073-05

保護(hù)性耕作起源于美國(guó)，是目前應(yīng)用最廣的一項(xiàng)先進(jìn)旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)，已推廣超過(guò)80個(gè)國(guó)家，可以達(dá)到減少作物秸稈焚燒、農(nóng)機(jī)尾氣排放以及增加耕地肥力、蓄水保熵的效果[1-4]。保護(hù)性耕作的核心為免耕機(jī)播技術(shù)，即在有一定量的地表秸稈和地下殘茬的田間順利進(jìn)行少耕、免耕機(jī)播，因此秸稈覆蓋量是影響免耕機(jī)播設(shè)備作業(yè)質(zhì)量的一項(xiàng)重要因素[5]。我國(guó)每年產(chǎn)生的農(nóng)作物秸稈量約10億t，占全球總量的近20%，在全面禁止秸稈焚燒的情況下，田間秸稈未能被及時(shí)全部移出處理，導(dǎo)致田間秸稈堆積，且堆積量呈持續(xù)增加趨勢(shì)[6]。利用免耕機(jī)播技術(shù)直接在未做任何處理的秸稈地進(jìn)行播種，并用農(nóng)作物秸稈及殘茬覆蓋播后地表，能有效解決我國(guó)田間秸稈大量堆積問(wèn)題;但隨著田間秸稈量的持續(xù)增加，傳統(tǒng)免耕機(jī)播設(shè)備更易產(chǎn)生推草、掛草、晾種、架種等問(wèn)題，因此對(duì)免耕機(jī)播技術(shù)提出了更高的要求[7-9]。

分析國(guó)內(nèi)外免耕機(jī)播技術(shù)的研究進(jìn)展，闡明國(guó)內(nèi)外主要免耕機(jī)播技術(shù)原理，歸納各類型機(jī)具的主要特點(diǎn)，及時(shí)把握其發(fā)展動(dòng)態(tài)，對(duì)推動(dòng)我國(guó)免耕機(jī)播技術(shù)進(jìn)步和升級(jí)，實(shí)現(xiàn)全量秸稈地保護(hù)性耕作，保護(hù)生態(tài)環(huán)境和促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展具有重要意義。

1 國(guó)內(nèi)外免耕機(jī)播技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外免耕機(jī)播技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

20世紀(jì)40年代，美國(guó)率先實(shí)行保護(hù)性耕作制度，現(xiàn)階段美國(guó)、加拿大、巴西、阿根廷、澳大利亞等國(guó)免耕機(jī)播面積較大[10]。這些國(guó)家在耕作過(guò)程中通常只使用少量化肥，秸稈覆蓋率較低，實(shí)行種養(yǎng)一體化，將秸稈從田間移出，主要通過(guò)大功率拖拉機(jī)牽引高機(jī)架的聯(lián)合作業(yè)免耕機(jī)播設(shè)備，一次性完成破茬開(kāi)溝、種肥同施、覆土鎮(zhèn)壓等多項(xiàng)作業(yè)，具有播種效率高等特點(diǎn)[11]。

John Shearer公司生產(chǎn)的2 Bin氣力式免耕播種機(jī)，采用分開(kāi)秸稈的原理進(jìn)行清秸（圖1）。機(jī)具的鋤鏟式開(kāi)溝器分置在多梁結(jié)構(gòu)上，能同時(shí)完成破茬和開(kāi)溝工作。工作時(shí)，底部土壤受到開(kāi)溝器的擠壓向兩側(cè)分開(kāi)，形成種溝;同時(shí)，開(kāi)溝器的懸臂設(shè)計(jì)和緩沖裝置，能使其有效避開(kāi)障礙物，當(dāng)開(kāi)溝器遇到障礙物時(shí)，緩沖裝置壓力增大，懸臂梁發(fā)生形變，帶動(dòng)開(kāi)溝器發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而避開(kāi)障礙物，因此，該機(jī)具具有較好的通過(guò)性。該機(jī)具可同時(shí)對(duì)幾種不同的作物進(jìn)行播種，根據(jù)不同作物的播種深度需求，調(diào)節(jié)機(jī)具的液壓系統(tǒng)，改變開(kāi)溝器的入土角度和入土深度，從而一次性開(kāi)出具有不同深度要求的種溝;將不同作物種子分別放置于不同種箱內(nèi)，通過(guò)氣力系統(tǒng)分別對(duì)不同種箱的種子進(jìn)行二次分配，實(shí)現(xiàn)一次作業(yè)同時(shí)精確播種幾種作物的目的[12-13]。

美國(guó)John Deere公司生產(chǎn)的John Deere 1820型氣力式免耕播種機(jī)，是切斷秸稈型免耕播種機(jī)的典型代表（圖2）。該類型免耕播種機(jī)較大的機(jī)身重力和液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的下壓力同時(shí)作用于波紋圓盤(pán)破茬器，產(chǎn)生較大的可調(diào)開(kāi)溝正壓力，能對(duì)不同土質(zhì)的土壤進(jìn)行良好作業(yè)，播種行距為19、25、38、50 cm可調(diào)，破茬性能強(qiáng);采用單組傳動(dòng)，每節(jié)機(jī)架能單獨(dú)機(jī)械式控制播種深度，其撓性機(jī)架設(shè)計(jì)使該機(jī)與地表的仿形大大增強(qiáng)，機(jī)架與地面間隙為73 cm，在高茬地高速作業(yè)時(shí)具有良好通過(guò)性，播種效率為200～240 hm2/d;采用衛(wèi)星定位系統(tǒng)取代劃行器，能自動(dòng)對(duì)行、糾偏，減少漏播、重播現(xiàn)象，與1910型種肥車配合使用，能夜間播種、變量施肥播種，駕駛室裝有電子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可觀測(cè)各種作業(yè)數(shù)據(jù)[14]。

AMAZONE（阿瑪松）公司生產(chǎn)的DMC免耕播種機(jī)，采用粉碎秸稈原理進(jìn)行清秸，該機(jī)型配置動(dòng)力驅(qū)動(dòng)耙、盤(pán)式梨刀、楔環(huán)滾輪，可進(jìn)行滅茬性免耕播種，也可與其他主動(dòng)性土壤耕作工具組配進(jìn)行傳統(tǒng)播種（圖3）。工作原理為動(dòng)力耙疏松重質(zhì)堅(jiān)實(shí)土壤，并保證一定的作業(yè)深度，耙齒間有較大間隙，秸稈與土壤混合物可無(wú)阻擋通過(guò)耙齒間隙和齒載體上方，從而實(shí)現(xiàn)與土壤混合，隨后控制型盤(pán)式犁刀在壓實(shí)的條帶中刻劃出一條犁溝，種子被精確播撒至犁溝底部，楔環(huán)型橡皮滾輪將種子上方土壤壓攏，并使1/3土壤被壓實(shí)，2/3土壤保持疏松，為種子發(fā)芽提供良好的種床環(huán)境（圖4）[15-16]。

1.2 國(guó)內(nèi)免耕機(jī)播技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

我國(guó)免耕機(jī)播技術(shù)發(fā)展比國(guó)外晚，20世紀(jì)60年代開(kāi)始試驗(yàn)保護(hù)性耕作;1999年，農(nóng)業(yè)部正式成立保護(hù)性耕作研究中心，全國(guó)性開(kāi)展免耕機(jī)播技術(shù)研究，在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，我國(guó)在免耕機(jī)播技術(shù)方面展開(kāi)了較多研究;2016年，我國(guó)實(shí)行保護(hù)性耕地輪作休耕制度試點(diǎn)，進(jìn)一步刺激免耕機(jī)播技術(shù)的發(fā)展[17]。

中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)的2BQM-6D型多梁高地隙免耕覆蓋播種機(jī)，采用分開(kāi)秸稈原理，能夠有效地進(jìn)行免耕作業(yè)，在秸稈覆蓋量較低的條件下，機(jī)具通過(guò)系數(shù)可達(dá)0.9（圖5）。該機(jī)整機(jī)質(zhì)量為900 kg，配套動(dòng)力為40 kW，生產(chǎn)效率為 0.93～1.20 hm2/h，采用鑿鏟式開(kāi)溝器將秸稈分開(kāi)，開(kāi)溝器上加裝平行四桿仿形機(jī)構(gòu)，對(duì)地面具有良好的仿形作用，能夠在地勢(shì)不平坦地區(qū)順利完成施肥播種作業(yè)，且可保證深度一致;其鑿鏟式開(kāi)溝器前后分錯(cuò)布置在離地間隙較高的多梁結(jié)構(gòu)上，有利于增強(qiáng)秸稈的流動(dòng)性，入土性能較好，但對(duì)土壤的破壞比較嚴(yán)重，不利于田間土壤保水保墑[18]。

中機(jī)美諾生產(chǎn)的6119型免耕播種機(jī)采用切斷秸稈的清秸方式進(jìn)行清秸，配套動(dòng)力為60 kW，整機(jī)質(zhì)量在2 000 kg左右，作業(yè)幅寬為2.8 m（圖6）。工作時(shí)，波紋圓盤(pán)依靠重力和附加彈簧壓力產(chǎn)生擠切作用，形成較寬的松土帶，具有較強(qiáng)破茬能力，通過(guò)調(diào)節(jié)破茬器后的雙圓盤(pán)開(kāi)溝器可滿足不同的播深要求;采用零壓橡膠空心鎮(zhèn)壓輪進(jìn)行覆土鎮(zhèn)壓作業(yè)，在保證良好覆土鎮(zhèn)壓效果的同時(shí)不易黏土;另外，調(diào)節(jié)排種器，可以使其適用于小麥、豆類、菜籽等作物播種，最大播種效率為287 hm2/h[19]。

農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研發(fā)的2BHQM-4型全量秸稈覆蓋地免耕播種機(jī)，采用粉碎清秸、破茬淺旋、潔區(qū)播種、均勻拋撒的技術(shù)思路，創(chuàng)造了全量秸稈覆蓋地免耕播種新途徑，整體技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平，連續(xù)3年被列為農(nóng)業(yè)部主推技術(shù)（圖7）[8]。工作原理為秸稈粉碎刀軸上的Y型甩刀反轉(zhuǎn)淺旋，將秸稈拾起、粉碎，粉碎后的秸稈被拋送到后方橫向輸送器中，橫向輸送器推送碎秸到其端部的離心風(fēng)機(jī)中，高速旋轉(zhuǎn)的離心風(fēng)機(jī)將碎秸沿著風(fēng)機(jī)輸送管道拋出，碎秸跨越種箱、肥箱，在碎秸未落下的空擋形成無(wú)秸稈障礙的播種區(qū)，完成破茬破土、苗床整理、施肥播種作業(yè)，最后跨越種肥箱的碎秸均勻覆蓋在播種后的種帶上[20]。該機(jī)通過(guò)碎秸均勻拋撒與分流調(diào)控技術(shù)將碎秸分為2部分，一部分與土壤混合增加土壤肥力，另一部分均勻拋灑在播后種帶上，代替地膜;其秸稈拾輸自動(dòng)監(jiān)控和防堵滯技術(shù)，能有效解決秸稈卡滯與機(jī)具側(cè)邊掛草問(wèn)題。該機(jī)相關(guān)產(chǎn)品在蘇、遼、豫、冀、魯、皖、黑、鄂、津等地被推廣應(yīng)用，且取得了良好生態(tài)效益、社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益，表明該技術(shù)能在完全未經(jīng)處理的殘茬和秸稈覆蓋田上進(jìn)行良好作業(yè)。該機(jī)配套動(dòng)力為75 kW，機(jī)具作業(yè)后碎秸長(zhǎng)度為115 mm左右，碎秸田間覆蓋均勻，播種合格率高[21]。

另外，針對(duì)秸稈量大、韌性強(qiáng)的稻茬田全量秸稈地，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所對(duì)該機(jī)型進(jìn)行改進(jìn)，創(chuàng)制出一種秸稈粉碎行間集覆免耕播種機(jī)，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖8，該設(shè)備可一次下田即完成秸稈粉碎、種帶清秸、行間覆秸、施肥播種、覆土鎮(zhèn)壓作業(yè)，可在整體粉碎作業(yè)幅寬內(nèi)秸稈的同時(shí)，利用碎秸噴射與導(dǎo)流器的滑切耦合作用，將碎秸有序規(guī)整鋪放于播種帶之間的覆秸帶上，形成無(wú)秸稈障礙的播種帶，既可為全量秸稈地實(shí)現(xiàn)清秸功能，又可同時(shí)實(shí)現(xiàn)秸稈覆蓋地表，保溫保墑、封閉雜草。該機(jī)作業(yè)集成度高，組配精簡(jiǎn)、能耗低，可有效解決一年兩熟地區(qū)秸稈覆蓋量過(guò)大導(dǎo)致的播種機(jī)通過(guò)困難、埋混在種床內(nèi)的秸稈吸水較多，秸稈覆蓋地表后會(huì)降低地溫等問(wèn)題[22]。

2 免耕機(jī)播技術(shù)主要類型及特點(diǎn)

免耕機(jī)播易產(chǎn)生機(jī)架主梁推草、機(jī)具入土部件掛草、種子播在秸稈上造成架種、秸稈阻擋覆土造成晾種等問(wèn)題，因此對(duì)秸稈的有效處理是進(jìn)行免耕機(jī)播的最關(guān)鍵技術(shù)[23]。按照處理后秸稈長(zhǎng)度的不同，免耕機(jī)播技術(shù)主要有分開(kāi)、切斷、粉碎秸稈3種形式。

2.1 分開(kāi)秸稈型

分開(kāi)秸稈型免耕播種機(jī)通過(guò)在多梁機(jī)架上安裝多個(gè)開(kāi)溝器或在開(kāi)溝器前端增設(shè)清秸防堵裝置，使播種條帶上的秸稈繞流或被掃撥開(kāi)[24]。開(kāi)溝器分置于多道梁上，多梁機(jī)架可加大相鄰開(kāi)溝器的間距，當(dāng)秸稈纏繞在開(kāi)溝器上時(shí)，會(huì)在機(jī)具前進(jìn)過(guò)程中由于受力不均而脫落。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，入土容易，但機(jī)具縱向距離長(zhǎng)，播種過(guò)程中容易掛草，適用于秸稈量不大且休閑期長(zhǎng)的地區(qū)。常見(jiàn)的開(kāi)溝器形式有鋤鏟式、鑿鏟式、尖角式等;常見(jiàn)的前端分流裝置有分草圓盤(pán)、耙齒、撥草輪、撥草彈齒等。近年來(lái)，研究人員在此理論基礎(chǔ)上作了相關(guān)研究，王慶杰等設(shè)計(jì)了一種楔刀型開(kāi)溝器，能減少對(duì)表層土壤的擾動(dòng)[25];姚宗路對(duì)尖角開(kāi)溝器進(jìn)行了阻力試驗(yàn)分析，得出有較小的入土角、入土隙角和鋒利前刀的開(kāi)溝器，前進(jìn)阻力較低的結(jié)論[26];陳海濤等設(shè)計(jì)了一種免耕播種機(jī)清秸裝置，在機(jī)具前進(jìn)過(guò)程中，螺旋刀齒將田間秸稈和地下根茬粉碎、清除并拋向機(jī)具的側(cè)邊[27]。

2.2 切斷秸稈型

在切斷秸稈型播種機(jī)機(jī)具自身和加力裝置對(duì)破茬圓盤(pán)產(chǎn)生較大的正壓力下，破茬圓盤(pán)對(duì)秸稈、根茬和土壤進(jìn)行切割，實(shí)現(xiàn)苗床整理。其特點(diǎn)是防堵性和通過(guò)性好，但種肥分施能力差，且圓盤(pán)破茬器入土角為鈍角，需要較大正壓力，才能保證破茬器的切斷性能，因此整機(jī)質(zhì)量較大，需大功率拖拉機(jī)牽引作業(yè)。根據(jù)破茬圓盤(pán)形狀的不同，常用的圓盤(pán)破茬器有缺口圓盤(pán)、波紋圓盤(pán)、平面圓盤(pán)、凹面圓盤(pán)、渦輪圓盤(pán)等。我國(guó)該類型機(jī)具與國(guó)外基本相似，但我國(guó)多為中小功率拖拉機(jī)，因此相應(yīng)的機(jī)具質(zhì)量比國(guó)外小，該類型的免耕播種機(jī)性能不如國(guó)外。國(guó)內(nèi)外對(duì)圓盤(pán)破茬器有較多研究，F(xiàn)allahi等研究了圓盤(pán)破茬器工作性能的穩(wěn)定性和作業(yè)質(zhì)量的均勻性[28];Huijsmans等進(jìn)行了土壤對(duì)圓盤(pán)破茬器的阻尼問(wèn)題研究[29];施森寶等在我國(guó)提出的圓盤(pán)切茬、分草板分茬免耕播種技術(shù)模式，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)[30];張?jiān)莆难兄屏艘环N帶動(dòng)力的圓盤(pán)式破茬器，該破茬器秸稈切斷效果好，但在較小空間內(nèi)設(shè)置多組傳動(dòng)部件，影響通過(guò)性，且圓盤(pán)破茬器易磨損[31];朱瑞祥等對(duì)不同類型被動(dòng)式圓盤(pán)破茬器的作業(yè)性能進(jìn)行分析，建立了不同破茬器的破茬率與作業(yè)阻力間的數(shù)學(xué)模型，得出波紋圓盤(pán)在前進(jìn)速度為5 km/h、偏角為5°、傾角為2°時(shí)作業(yè)效果最好的結(jié)論[32]。

2.3 粉碎秸稈型

粉碎秸稈型免耕播種機(jī)通過(guò)拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸帶動(dòng)粉碎刀高速旋轉(zhuǎn)將秸稈拾起、粉碎，并將碎秸與土壤混合或沿著導(dǎo)草裝置定向拋撒，從而實(shí)現(xiàn)清秸功能。其特點(diǎn)是粉碎效果好，清秸能力強(qiáng)，但造價(jià)高，刀片磨損快，動(dòng)力消耗大，作業(yè)噪聲大，主要適用于我國(guó)秸稈量大、搶農(nóng)時(shí)的一年兩熟、三熟等地區(qū)。其刀端線速度一般為37～56 m/s，根據(jù)刀片形狀的不同，常用的粉碎刀有直刀、Y型刀、錘爪等，其中直刀的粉碎效果最好，動(dòng)力消耗小，但秸稈撿拾效果差，通常與定刀配套使用;Y型刀撿拾效果好，但刀片強(qiáng)度不高，使用壽命短;錘爪打擊粉碎效果好，刀片強(qiáng)度高，但動(dòng)力消耗大。我國(guó)在粉碎秸稈防堵方面的研究較多，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所提出“反旋粉碎、拾起輸送、均勻拋灑”的技術(shù)思路，能有效解決推草掛草和架種晾種問(wèn)題;胡紅等提出，僅粉碎種肥床上秸稈的帶狀旋耕粉碎技術(shù)能順利在稻茬田進(jìn)行小麥播種[33];趙佳樂(lè)設(shè)計(jì)了一種有支撐的滾動(dòng)式粉碎秸稈裝置，能有效提高秸稈粉碎水平并節(jié)約能耗[34];李永磊等設(shè)計(jì)了一種雙輥秸稈粉碎裝置，采用前輥正轉(zhuǎn)碎秸清茬，后輥反轉(zhuǎn)碎土混秸，能有效提高秸稈與土壤的混合程度[35]。

國(guó)外免耕播種技術(shù)發(fā)展較早，種植模式成熟，已研發(fā)出各類型的免耕播種機(jī)及配套機(jī)具，其農(nóng)業(yè)人口比例小，農(nóng)場(chǎng)面積大，以大規(guī)模的成片種植方式為主;同時(shí)國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)，農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平先進(jìn)，免耕播種機(jī)具性能優(yōu)良，可靠性高;隨著傳感器、微電子和計(jì)算機(jī)等技術(shù)的迅速發(fā)展，其免耕播種機(jī)具正朝著集成化、自動(dòng)化、智能化和人性化方向發(fā)展。我國(guó)保護(hù)性耕作技術(shù)發(fā)展較晚，經(jīng)過(guò)幾十年的試驗(yàn)、示范和推廣，篩選出了一批適合我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況的技術(shù)模式，形成了東北、西北、華北、南方地區(qū)4個(gè)保護(hù)性耕作區(qū)。由于我國(guó)不同地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件存在很大差異，秸稈產(chǎn)量差異較大，對(duì)免耕播種機(jī)具多樣性和適應(yīng)性要求較高，以采用中小功率的拖拉機(jī)牽引輕型免耕播種機(jī)作業(yè)為主要作業(yè)形式。目前，在我國(guó)免耕機(jī)播設(shè)備中，中低端、仿制、小型機(jī)具偏多，高端、自主研發(fā)、大型機(jī)具偏少;5 000元以下的低端機(jī)具約占市場(chǎng)總銷量的65%，5 000～20 000元的中端機(jī)具約占市場(chǎng)總銷量的30%，20 000元以上的高端機(jī)具約占市場(chǎng)總銷量的5%[36]。

3 免耕機(jī)播技術(shù)存在的問(wèn)題

3.1 機(jī)具適應(yīng)性差

傳統(tǒng)免耕機(jī)播設(shè)備在田間秸稈量少時(shí)可流暢作業(yè)，但隨著田間秸稈量的增加，不能適應(yīng)全量秸稈地作業(yè)，作業(yè)時(shí)易雍草推草、架種晾種;同時(shí)，我國(guó)幅域遼闊，一年一熟、多熟種植情況并存，目前的免耕機(jī)播設(shè)備在一年一熟地區(qū)作業(yè)性能較好，但不能適應(yīng)一年多熟地區(qū)作業(yè)，在一年一熟地區(qū)，作物收獲后有一定時(shí)間進(jìn)行秸稈自然降解，免耕機(jī)播設(shè)備較成熟，作業(yè)較順暢，推廣面積較大，但在一年多熟地區(qū)，由于作物秸稈自然降解時(shí)間短，秸稈總量大、流動(dòng)性差，機(jī)具在全量秸稈地作業(yè)時(shí)易堵塞，配套機(jī)具類型少，推廣面積小[37];我國(guó)作物種類多，不同區(qū)域種植模式差別大，免耕機(jī)播設(shè)備無(wú)法適應(yīng)不同的種植環(huán)境，如玉米播種機(jī)不能通過(guò)靈活組配對(duì)小麥進(jìn)行免耕條播，大部分免耕機(jī)播設(shè)備為專機(jī)專用，對(duì)不同種植模式、不同作物的適應(yīng)性差，機(jī)具利用率低。

3.2 機(jī)具可靠性差

在秸稈覆蓋量大的田間作業(yè)時(shí)，由于工況復(fù)雜，傳統(tǒng)的免耕機(jī)播設(shè)備作業(yè)效率低，可靠性不高。如分開(kāi)秸稈型免耕播種機(jī)成本較低，但對(duì)秸稈覆蓋量適應(yīng)性很差，只適應(yīng)于秸稈量少且腐爛度高或經(jīng)過(guò)粉碎的農(nóng)田，且易出現(xiàn)掛草雍草現(xiàn)象;切斷秸稈型免耕播種機(jī)需很大的機(jī)具重量，且不能很好地切斷秸稈，切草效果差，在全量秸稈地連續(xù)作業(yè)仍然會(huì)發(fā)生堵塞現(xiàn)象;粉碎秸稈型免耕播種機(jī)轉(zhuǎn)速高，功率消耗大，刀片磨損快，振動(dòng)噪聲大。目前，我國(guó)免耕機(jī)播設(shè)備主要是中低端機(jī)具，對(duì)機(jī)電液一體化自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用較少，如在粉碎拋撒、播種覆土等關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)無(wú)法做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、變量調(diào)控作業(yè)，因此在節(jié)約能耗，機(jī)具穩(wěn)定性、可靠性等方面無(wú)法保證。同時(shí)，由于材料選用、加工工藝等因素，通常存在機(jī)具故障率高、使用壽命短等缺陷，如開(kāi)溝滅茬裝置由于與根茬、土壤相互摩擦容易磨損;滅茬刀磨損過(guò)快;刀軸、彈齒容易因受到?jīng)_擊載荷而變形;機(jī)架焊接強(qiáng)度不夠易拉散。

4 我國(guó)免耕機(jī)播技術(shù)發(fā)展對(duì)策

4.1 結(jié)合農(nóng)藝，開(kāi)發(fā)符合我國(guó)國(guó)情的機(jī)具

我國(guó)免耕機(jī)播技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年發(fā)展，形成了較為完整的機(jī)械裝備體系，在典型保護(hù)性耕作農(nóng)業(yè)區(qū)取得較大成效，但目前僅在一年一熟地區(qū)對(duì)小麥、玉米進(jìn)行免耕機(jī)播的技術(shù)較成熟，適合我國(guó)其他種植區(qū)域的免耕機(jī)播技術(shù)亟待開(kāi)發(fā)和完善，如針對(duì)一年兩熟地區(qū)夏玉米、黃淮海地區(qū)夏花生、南方稻茬田等的免耕機(jī)播技術(shù)有待完善。我國(guó)不同地區(qū)地理環(huán)境、氣候條件、農(nóng)作制度存在很大差異，因此，必須結(jié)合種植區(qū)域的農(nóng)藝特色，推廣與當(dāng)?shù)氐湫妥鳂I(yè)模式相配套的免耕機(jī)播作業(yè)技術(shù)模式，對(duì)秸稈處理、種床整理等裝置進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化設(shè)計(jì)，充分進(jìn)行適應(yīng)性試驗(yàn)，研制出符合區(qū)域種植要求的免耕機(jī)播設(shè)備[4]。在田間秸稈量日益增加、種植模式不斷改進(jìn)的情況下，我國(guó)在免耕機(jī)播設(shè)備的自主創(chuàng)新方面還應(yīng)加強(qiáng)，農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝還有待進(jìn)一步融合，促進(jìn)農(nóng)機(jī)、農(nóng)藝相互適應(yīng)，協(xié)調(diào)發(fā)展，大力自主創(chuàng)新，研發(fā)符合區(qū)域特色的免耕機(jī)播技術(shù)，是提高全量秸稈地免耕機(jī)播產(chǎn)量和土壤肥力的有效方法[7]。

4.2 優(yōu)化機(jī)具，提升機(jī)具自動(dòng)化、智能化水平

優(yōu)化機(jī)具關(guān)鍵部件，集成裝備制造領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)，如耐磨材料堆焊、材料表層處理、材料熱處理等先進(jìn)技術(shù)，有助于提高機(jī)具質(zhì)量。傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)在某些功能實(shí)現(xiàn)方面存在一定局限性，如機(jī)械式自動(dòng)限深技術(shù)存在仿形能力差，精度不高，響應(yīng)遲滯等問(wèn)題[38];農(nóng)業(yè)裝備的自動(dòng)化和智能化應(yīng)用是農(nóng)機(jī)技術(shù)先進(jìn)性的體現(xiàn)，在免耕機(jī)播過(guò)程中，運(yùn)用檢測(cè)傳感器、機(jī)電液一體化自動(dòng)控制、無(wú)線通信等技術(shù)，對(duì)自動(dòng)限深、機(jī)具堵塞、施肥播種等關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)警和調(diào)控，是機(jī)具進(jìn)行精確變量作業(yè)、節(jié)能減排以及提高機(jī)具作業(yè)性能穩(wěn)定性、可靠性的有效途徑[39]。另外，結(jié)合車載智能終端設(shè)備、云服務(wù)平臺(tái)和圖像處理、衛(wèi)星導(dǎo)航等技術(shù)，利用農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)，提升農(nóng)業(yè)信息利用的智能化水平，是提高機(jī)具作業(yè)質(zhì)量的重要發(fā)展方向[40]。

4.3 加強(qiáng)全量秸稈地免耕機(jī)播技術(shù)研發(fā)

由于全面禁止秸稈焚燒和以農(nóng)戶為主的秸稈飼料化、燃料化傳統(tǒng)主體需求銳減，且新的經(jīng)濟(jì)有效的秸稈資源化利用產(chǎn)業(yè)化模式還依然缺乏，農(nóng)作物收獲后秸稈不做任何收集移出處理的全量秸稈地已成為我國(guó)耕種新常態(tài)。目前我國(guó)免耕機(jī)播設(shè)備主要針對(duì)秸稈量較少的田塊作業(yè)，無(wú)法適應(yīng)全量秸稈地的復(fù)雜工況。加強(qiáng)全量秸稈地機(jī)播技術(shù)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)下茬作物在全量秸稈地高質(zhì)順暢免耕機(jī)播，既是搶農(nóng)時(shí)、節(jié)約成本、提高復(fù)種指數(shù)的有效方法，又是耕地提質(zhì)保育、秸稈禁燒、保護(hù)生態(tài)的重要基礎(chǔ)[41]。

5 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)在吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，自主創(chuàng)新研發(fā)出一系列有我國(guó)區(qū)域特色的免耕播種機(jī)具，但秸稈全面禁燒后，對(duì)免耕播種技術(shù)提出了更高的要求，尤其是在免耕播種機(jī)對(duì)秸稈處理方面的研究應(yīng)予以加強(qiáng)。免耕播種技術(shù)是保護(hù)性耕作關(guān)鍵技術(shù)，關(guān)乎我國(guó)生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展[42-43]，提升免耕播種技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)力，促進(jìn)免耕播種技術(shù)與種植區(qū)域農(nóng)藝的融合，是實(shí)現(xiàn)可靠、高效免耕播種的必然選擇。

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收稿日期：2018-08-16

基金項(xiàng)目：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程土下果實(shí)收獲機(jī)械創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目;江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金[編號(hào)：CX（17）1002]。

作者簡(jiǎn)介：羅偉文（1994—），男，四川資陽(yáng)人，碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究。E-mail：1554617435@qq.com。

通信作者：胡志超，博士，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事農(nóng)作物收獲及產(chǎn)后加工技術(shù)裝備研究。E-mail：zchu369@163.com。