丘陵山地耕作裝備發(fā)展現(xiàn)狀及展望

王元俊， 李明生， 謝守勇， 劉凡一， 孫玉華， 劉 軍

（1.西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，重慶 400715； 2.丘陵山區(qū)農(nóng)業(yè)裝備重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400715）

0 引言

在我國，主要地形有山地、丘陵、平原、高原和盆地，分別占國土面積的33%、10%、12%、26%和19%，其中丘陵山地的面積占國土面積的69%，其耕地面積、農(nóng)作物播種面積均占全國的1/3，涉及農(nóng)業(yè)人口近3 億人。丘陵山地農(nóng)業(yè)的發(fā)展對保障全國糧食安全具有重要意義。耕作作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的首要環(huán)節(jié)，其耕作質(zhì)量的好壞直接影響后續(xù)播種質(zhì)量和作物產(chǎn)量[1]。

目前，丘陵山地的農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平較平原地區(qū)嚴(yán)重滯后，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部數(shù)據(jù)顯示，2021 年，丘陵山地農(nóng)作物耕種收綜合機(jī)械化率不足50%，遠(yuǎn)低于全國農(nóng)作物綜合機(jī)械率的72.03%[2]。2022 和2023 年中央1 號文件都對加強(qiáng)丘陵山區(qū)農(nóng)機(jī)裝備研制作出部署安排[3-4]。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部印發(fā)的《“十四五”全國農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展規(guī)劃》中也明確指出，加快補(bǔ)上農(nóng)業(yè)機(jī)械研發(fā)制造短板、糧食等重要農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)全程機(jī)械化短板和丘陵山區(qū)機(jī)械化發(fā)展短板。丘陵山地由于地塊小且分散、地形起伏大、沒有專門的機(jī)耕道等因素的影響，使大中型耕作機(jī)械存在下地難、不易轉(zhuǎn)彎、作業(yè)難度大和作業(yè)質(zhì)量差等問題，嚴(yán)重限制了丘陵山區(qū)耕作機(jī)械化的發(fā)展[5]。

本研究對國外實(shí)現(xiàn)耕作機(jī)械化所采取的措施進(jìn)行歸納，為我國丘陵山地實(shí)現(xiàn)耕作機(jī)械化提供參考，對丘陵山地主要的耕作裝備旋耕機(jī)、微耕機(jī)、深耕機(jī)和深松機(jī)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行梳理總結(jié)，分析存在的問題，并對其發(fā)展提出建議和展望。

1 耕作裝備和耕作方式

耕作裝備具有恢復(fù)土壤結(jié)構(gòu)、改善土壤蓄水保墑能力、打破犁底層、細(xì)碎土壤和減少病蟲害，為下一步播種創(chuàng)造良好條件的功能[6]。從原始社會開始人們就對耕作裝備進(jìn)行研究，我國最原始的耕作裝備是耒耜，耒耜經(jīng)過改進(jìn)形成了犁，公元前8 世紀(jì)到公元前3 世紀(jì)春秋戰(zhàn)國時期，我國已經(jīng)擁有了耕地、整地系列鐵、木制農(nóng)具，主要以畜力和人力為主的牽引農(nóng)具[7]。發(fā)展至今，我國耕地、整地裝備多為拖拉機(jī)牽引，大部分地區(qū)實(shí)現(xiàn)了耕作機(jī)械化作業(yè)，但在丘陵山地耕作水平還比較低，仍有部分采用畜力牽引。耕地機(jī)械是播種前的機(jī)械，在翻耕、疏松和深松土壤等方面表現(xiàn)突出的優(yōu)勢，主要機(jī)具有鏵式犁、圓盤犁、耕耙犁、旋耕機(jī)、深耕機(jī)具和深松機(jī)具；整地機(jī)械是指對犁耕、深松等作業(yè)后的土壤進(jìn)行平整、細(xì)碎疏松和壓實(shí)的機(jī)械，主要機(jī)具有圓盤耙、水田耙和秸稈粉碎還田機(jī)。

耕作方式主要分為傳統(tǒng)耕作、旋耕、深松和免耕覆蓋4 類[8]。①傳統(tǒng)耕作是指在春秋耕地過程中，土壤表層全部被攪動，一般翻耕15 cm 左右的農(nóng)作方式，翻耕能實(shí)現(xiàn)表層土壤和下層土壤的交換，使原來緊實(shí)的耕層變得松散，增加土壤耕層厚度、提高土壤的透氣性。同時，翻耕也有翻埋作物根系、雜草及防除病蟲害的作用[9]。傳統(tǒng)耕作雖然具有上述優(yōu)點(diǎn)，但也存在幾方面的問題：一是翻耕使得地下濕土暴露，加快土壤水分的蒸發(fā)，不利于土壤蓄水保墑，并且其田間管理粗放，水土流失嚴(yán)重；二是傳統(tǒng)耕作需要機(jī)械多次進(jìn)地，土壤被機(jī)械壓實(shí)，容易形成“晴天硬邦邦，雨天不滲湯”，造成土壤板結(jié)；三是傳統(tǒng)耕作的土壤利用強(qiáng)度較大，導(dǎo)致可耕種物種多樣性的喪失[10-12]。②旋耕是指利用旋耕機(jī)進(jìn)行作業(yè)的耕作方式，旋耕作業(yè)后的土壤細(xì)碎，一次作業(yè)就能達(dá)到播種要求，可以減少成本；同時，旋耕作業(yè)的適用性廣泛，水田和旱地都可選用旋耕作業(yè)，尤其適合土壤含水量高的田地。但旋耕作業(yè)的耕層較淺，影響作物生長，長期旋耕會導(dǎo)致活土層變薄，底層土壤形成堅(jiān)硬的犁底層[13]。③深松作業(yè)是指在不翻轉(zhuǎn)土壤的情況下，用深松機(jī)具對土壤進(jìn)行疏松的耕作方式，深松作業(yè)能夠打破犁底層，顯著提高土壤的蓄水保墑能力、增加土壤的透氣性，降低土壤密度，為根系比較發(fā)達(dá)的作物提供生長條件；同時，選擇深松作業(yè)也能降低生產(chǎn)成本，深松一般3～4 年進(jìn)行一次，減少了能源的消耗。深松作業(yè)也有不利的地方，由于深松作業(yè)只對土壤進(jìn)行松動而不翻動，導(dǎo)致土壤里面的雜草和害蟲不能被有效消除，深松作業(yè)對技術(shù)要求較高，深松機(jī)具需要專業(yè)人員進(jìn)行操作，否則容易出現(xiàn)深松深度不夠、土地不平整等現(xiàn)象[14-15]。④免耕覆蓋是不對土壤翻耕，將收獲后的秸稈粉碎后直接覆蓋在地表，保持土壤原有的良好結(jié)構(gòu)，增加土壤有機(jī)碳含量和蓄水量，提高作物產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)土壤固碳保墑和作物增產(chǎn)的協(xié)同增效。研究人員比較干旱和施肥條件下，常規(guī)耕作與免耕覆蓋對作物產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，免耕覆蓋優(yōu)于常規(guī)耕作；但免耕由于沒有犁地，通常會導(dǎo)致地表被壓實(shí)，土壤空氣容量下降，在處理雜草和病蟲害方面有待加強(qiáng)[16-18]。

2 國內(nèi)外丘陵山地耕作裝備發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀

國外耕作技術(shù)先進(jìn)的國家有美國、加拿大、英國和法國等。20 世紀(jì)40—50 年代基本實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化，90 年代進(jìn)入高度機(jī)械化。目前，國外對耕作機(jī)械及其部件的研究已經(jīng)形成了較完善的體系。國外丘陵山地占國土面積較大的國家有德國、日本、韓國等。

德國農(nóng)業(yè)用地大多位于山地和高原，農(nóng)業(yè)可利用的土地資源有限，為了解決農(nóng)業(yè)資源的限制，德國提出了農(nóng)業(yè)4.0，是以先進(jìn)技術(shù)為支撐和手段的一種高度智能、高度協(xié)同和高度精準(zhǔn)的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)形態(tài)[19]。隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，德國農(nóng)場土地向大規(guī)模集約化發(fā)展，普遍實(shí)現(xiàn)了耕作機(jī)械化[20]。日本丘陵山地占國土面積的4/5 左右，20 世紀(jì)50 年代中期開始實(shí)施土地改良計劃，將丘陵山地不適宜大中型機(jī)械作業(yè)的土地改良為標(biāo)準(zhǔn)地塊，發(fā)展至今，大中型農(nóng)機(jī)已經(jīng)可以大范圍作業(yè)，推進(jìn)了日本農(nóng)業(yè)的發(fā)展[21]。韓國丘陵山地占國土面積的比例和我國差不多，為2/3 左右，于20 世紀(jì)60 年代初期開始推行“土地改良法”，對丘陵山地地塊進(jìn)行規(guī)?；恚瑸檗r(nóng)業(yè)機(jī)械化提供了必要的作業(yè)條件，現(xiàn)在丘陵山地耕作機(jī)械化水平接近100%[22]。

國外在對丘陵山地土地資源進(jìn)行改造的同時也開始研究適合丘陵耕作的機(jī)械。SAHAY C S 等[23]研究了一種用于旱地耕作微耕機(jī)的振蕩裝置，可以增加耕作深度，并使土壤更加細(xì)碎。LOPES A G C 等[24]對拖拉機(jī)在深松作業(yè)中不同胎壓對深松的影響進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，胎壓過高會增加打滑現(xiàn)象的發(fā)生，也增加了能量的消耗，深松作業(yè)效率降低。HILAL Y Y 等[25]以拖拉機(jī)駕駛員座椅的振動、滑移、臨界深度和深度穩(wěn)定性為研究對象，研究了深耕機(jī)振動翼和非振動翼在相同前行速度下，振動和非振動在拖拉機(jī)駕駛員座椅的振動、滑移、臨界深度和深度穩(wěn)定性方面的表現(xiàn)，結(jié)果表明，振動優(yōu)于非振動。ASKARI M 等[26]對深松翼鏟進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計了一種彎曲角度10°的深松翼，相較于傳統(tǒng)深松翼（彎曲角度0°）深松效果更優(yōu)。POCHI D 等[27]研究了一種根據(jù)坡度、振動及顛簸程度自動調(diào)節(jié)駕駛座椅的系統(tǒng)，能有效地提高駕駛員的舒適度。

由上述可知，國外主要通過對丘陵山地土地進(jìn)行整合，以地適機(jī)，為大中型機(jī)械作業(yè)創(chuàng)造條件；同時對耕作機(jī)械關(guān)鍵部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計?？梢钥闯?，國外丘陵山地耕作裝備朝大型化、智能化方向發(fā)展。

2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)丘陵山地耕作裝備發(fā)展至今大致經(jīng)歷了3 個階段。第1 階段是20 世紀(jì)80 年代以前，耕作主要由人力和畜力完成，當(dāng)時我國已經(jīng)開始對旋耕機(jī)展開研究，但當(dāng)時的旋耕機(jī)由于轉(zhuǎn)運(yùn)困難、需要配合手扶拖拉機(jī)使用、功能比較單一及不能同時適應(yīng)水田和旱地等問題沒有得到推廣[28]。第2 階段是20 世紀(jì)80—90年代中期，國內(nèi)開始研制適合丘陵山地的微耕機(jī)。研制早期由于沒有適合的材料和制造工藝達(dá)不到要求等原因，導(dǎo)致研制出來的微耕機(jī)存在質(zhì)量不好和使用時間不長等問題，隨著后續(xù)相關(guān)材料的研發(fā)和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，微耕機(jī)整機(jī)質(zhì)量、穩(wěn)定作業(yè)時間、安全性等都得到了大幅度提高，微耕機(jī)耕作時代由此開啟[29-30]。第3 階段是20 世紀(jì)90 年代至今，微耕機(jī)雖然解放了人力和畜力，但長時間使用微耕機(jī)也帶來一些新的問題，微耕機(jī)由于耕深較淺容易造成底層土壤板結(jié)，形成犁底層，使得土壤蓄水保墑能力下降，不利于作物生長，同時，使用微耕機(jī)時產(chǎn)生的振動會對使用者造成傷害，因此，丘陵山地開始了對深耕、深松機(jī)械的研究。本研究就丘陵山區(qū)的主要耕作機(jī)械旋耕機(jī)、微耕機(jī)、深耕機(jī)和深松機(jī)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行歸納。

2.2.1 旋耕機(jī)

20 世紀(jì)50 年代后期，國內(nèi)開始了旋耕機(jī)的研究，旋耕機(jī)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最常用的耕作機(jī)械之一，耕作后的土壤細(xì)碎、地表平坦，一次作業(yè)可達(dá)到播種要求，在農(nóng)業(yè)中被廣泛應(yīng)用[31]。適用于丘陵山地的旋耕機(jī)主要以小型旋耕機(jī)為主，在使用過程中還存在一些問題，如使用過程能耗高、故障率高和適用性不強(qiáng)等問題，因此，研究人員開始對丘陵山地小型旋耕機(jī)進(jìn)行設(shè)計和優(yōu)化。

在丘陵山地的旱地和果園等地方，由于土壤板結(jié)嚴(yán)重，造成通用微耕機(jī)難以耕作，林宇鋼等[32]設(shè)計了一種小型雙軸旋耕機(jī)，前軸安裝鑿切刀盤，后軸安裝深耕鋤刀盤，前后刀盤交錯布置。作業(yè)時前軸反旋，入土性能好、破土能力強(qiáng)，后軸正旋，對破裂的硬土進(jìn)行粉碎作業(yè)，雙軸作業(yè)可以提高機(jī)具切土能力，同時提高碎土率。小型旋耕機(jī)的擋泥板多為整體式固定結(jié)構(gòu)，在南方丘陵山地使用時，由于土壤黏度較大，機(jī)具運(yùn)行一段時間后會出現(xiàn)堵泥現(xiàn)象，增加能耗，清理堵泥時需要停機(jī)將整塊擋泥板拆掉，費(fèi)時費(fèi)力。針對上述情況，姚祖玉[33]設(shè)計了一種便攜可拆式小型旋耕機(jī)擋泥板結(jié)構(gòu)，將之前的固定式擋泥板改為可拆式，堵泥時能夠快速拆卸擋泥板并清理堵泥，提高整機(jī)的工作性能，可廣泛應(yīng)用于南方丘陵山地黏性土地。高健博[34]對小型旋耕機(jī)遙控執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計，實(shí)現(xiàn)操作人員在遠(yuǎn)端通過遙控裝置控制旋耕機(jī)的作業(yè)，整機(jī)的通過性良好，可在丘陵山地不規(guī)則大棚、果園等狹小空間作業(yè)。

2.2.2 微耕機(jī)

微耕機(jī)由于價格低、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，深受丘陵山區(qū)農(nóng)民的青睞，重慶鑫之源動力設(shè)備有限公司研發(fā)了幾款適合丘陵山地耕作的微耕機(jī)，分別是鑫源SRIZ135 型、鑫源SRIZ105 型和鑫源SRIZ-95 型微耕機(jī)[35]。但使用微耕機(jī)時強(qiáng)烈的振動會對人體帶來巨大的傷害[36]。針對微耕機(jī)工作時的振動對操作者具有危害，方晶晶等[37]對微耕機(jī)振動特性進(jìn)行研究，通過數(shù)學(xué)建模和軟件仿真的方法，提出了一種“微耕機(jī)-土壤”系統(tǒng)，為減小微耕機(jī)工作時的振動提供了參考。路世青等[38]對微耕機(jī)的振源進(jìn)行分析，設(shè)計了減振裝置，為新一代農(nóng)機(jī)減振提供了參考。針對微耕機(jī)作業(yè)主要由操作人員操控，操作人員要隨著機(jī)器走動，造成操作人員體力消耗大、容易造成疲勞及引起操作失誤的問題，馮建等[39]設(shè)計了一款基于視覺檢測的智能微耕機(jī)，實(shí)現(xiàn)耕作過程自動化。黃偉玲等[40]研究了一種適合贛南山區(qū)的電動微耕機(jī)，采用電池控制變頻電機(jī)，解決了微耕機(jī)啟動困難、調(diào)速不平緩的問題，為贛南山區(qū)研制專用微耕機(jī)提供了參考。藥林桃等[41]設(shè)計了一種基于RTK-GPS 的智能微耕機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)耕作路線的智能規(guī)劃，并通過實(shí)時接收作業(yè)數(shù)據(jù)對機(jī)具耕作偏差進(jìn)行校正。鄧海靜等[42]以TRIZ（發(fā)明問題解決理論）為指導(dǎo)，對微耕機(jī)原型產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，將手拉式啟動改進(jìn)為手搖式啟動，使原來的直線運(yùn)動變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動；對振動、阻力控制及能力損耗方面也進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計。付雅軍等[43]針對微耕機(jī)通常選用汽油機(jī)或柴油機(jī)作動力，存在整機(jī)偏重、轉(zhuǎn)運(yùn)困難等問題，設(shè)計研究出了用輪轂電機(jī)作為微耕機(jī)的驅(qū)動裝置，使微耕機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡單。

2.2.3 深耕機(jī)

土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，其好壞直接決定農(nóng)作物質(zhì)量，因此保持良好的土壤環(huán)境對保持我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)長遠(yuǎn)發(fā)展具有重要意義[44]。傳統(tǒng)的耕作方式，只對淺層土壤進(jìn)行耕作，深層土壤由于常年不進(jìn)行耕作，會逐漸形成堅(jiān)硬的犁底層，土壤的蓄水保墑能力隨之降低，不利于土壤的長久利用[45]。近年來，隨著農(nóng)業(yè)科技的不斷發(fā)展，機(jī)械化深耕成為改變土壤質(zhì)量的科技化手段，機(jī)械化深耕具有以下優(yōu)勢：一是可以有效打破犁底層，提高土壤蓄水保墑能力；二是可以為大部分農(nóng)作物的根系生長提供足夠的空間，機(jī)械化深耕深度可達(dá)40 cm，滿足90%的作物根系生長要求；三是可以有效改善土壤的疏松度，增強(qiáng)通風(fēng)透氣性；四是能夠有效降低土壤病蟲害的發(fā)生概率，土壤的質(zhì)量得到顯著提高[46]。在我國平原地區(qū)采用大中型拖拉機(jī)懸掛鏵式犁進(jìn)行耕作，但大中型深耕機(jī)由于機(jī)組體積大、質(zhì)量大等原因，在丘陵山地使用存在轉(zhuǎn)運(yùn)困難、作業(yè)時容易下陷等問題，農(nóng)機(jī)企業(yè)和研究者開始嘗試研發(fā)適合丘陵山地耕作的深耕機(jī)。

衛(wèi)韋等[47]設(shè)計了一種適合南方丘陵山區(qū)使用的小型履帶式鏈?zhǔn)缴罡麢C(jī)，通過在驅(qū)動齒輪前后增加張緊輪，在張緊輪之間加裝支撐輪，整機(jī)的接近角增大，越野能力和轉(zhuǎn)彎性能得以提升。深耕裝置部分，主動輪采用帶齒的齒輪，使鏈刀沿著既定路線繞行，不會拖鏈，而從動輪為了減輕伸進(jìn)土壤進(jìn)行工作時土壤阻力，設(shè)計成不帶齒的光輪，設(shè)計出的深耕機(jī)耕深可達(dá)25 cm，耕深穩(wěn)定性可達(dá)94%。針對重慶市煙草種植區(qū)無適合的深耕機(jī)進(jìn)行深耕，影響煙草種植質(zhì)量的問題，王耀文等[48]結(jié)合重慶市煙草種植區(qū)地形地貌、土壤特性等因素，研制出了適合重慶市煙草種植區(qū)的小型深耕機(jī)。張富貴等[49]結(jié)合丘陵山地的地形設(shè)計了一款小型自走式螺旋深耕機(jī)，耕深可達(dá)30 cm，行走裝置采用履帶，有效地解決了丘陵山地地形復(fù)雜導(dǎo)致大型機(jī)械難以進(jìn)入的問題，動力由8.8 kW 風(fēng)冷柴油機(jī)和液壓系統(tǒng)提供。孫效荷[50]針對微耕機(jī)作業(yè)深耕不均勻、耕深不理想等問題，研制出適合丘陵山地使用的自走式螺旋深耕機(jī)，耕深可達(dá)30 cm，幅寬可達(dá)50 cm。許蓬勃等[51]結(jié)合云南地區(qū)非標(biāo)準(zhǔn)大棚的空間結(jié)構(gòu)和大棚內(nèi)蔬菜種植的農(nóng)藝要求，設(shè)計研發(fā)了一種小型折腰式四驅(qū)多功能深耕機(jī)，該機(jī)爬坡能力、越埂能力、轉(zhuǎn)向能力強(qiáng)，最大爬坡角度可達(dá)58°，最大越埂高度可達(dá)92 mm，最小轉(zhuǎn)彎半徑1.2 m。

2.2.4 深松機(jī)

為了進(jìn)一步提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平，國內(nèi)開始引進(jìn)深松整地技術(shù)，并開始研發(fā)深松機(jī)械。丘陵山地對機(jī)械化深松整地技術(shù)的引進(jìn)時間不長，2015 年，重慶市、新疆維吾爾自治區(qū)木壘縣等丘陵山區(qū)開始引進(jìn)機(jī)械化深松整地技術(shù)和相關(guān)機(jī)械，引進(jìn)的機(jī)械大多都體積和質(zhì)量較大，不能適應(yīng)丘陵山地的地形，存在作業(yè)阻力大、深松達(dá)不到要求等問題。針對這一系列問題，相關(guān)研究人員和高校開始研制適合丘陵山地深松的深松機(jī)[52-54]。

易文裕等[55]對輕簡型茶園深松耕作機(jī)相關(guān)部件進(jìn)行了優(yōu)化升級，解決了當(dāng)時丘陵山地茶園缺乏深松耕作機(jī)的現(xiàn)狀。林雪等[56]基于南方丘陵山地多為黏性土壤、耕作多為小塊田地等現(xiàn)狀，設(shè)計了一種螺旋深松機(jī)，深松作業(yè)深度可達(dá)40 cm；運(yùn)用Ansys LS-DYNA（顯式有限元分析工具）對螺旋式深松組件切削土壤的過程進(jìn)行仿真，得出降低螺旋式深松組件的轉(zhuǎn)速可以有效減小切削土壤的阻力。針對強(qiáng)迫振動式深松機(jī)作業(yè)時通常會造成整機(jī)振動，能耗較大，自激式振動深松機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，西南大學(xué)[57-58]發(fā)明了一種翼板振動式振動深松機(jī)，通過振動拉桿帶動翼板實(shí)現(xiàn)機(jī)具在作業(yè)時整機(jī)不進(jìn)行振動，降低了能量消耗，整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，工作強(qiáng)度高。針對深松機(jī)在丘陵山區(qū)作業(yè)時能耗較大，陳同浩等[59]基于振動減阻原理，設(shè)計了一種適合丘陵作業(yè)的小型自激振動裝置，自激振動裝置采用雙彈簧振動，并通過Ansys LS-DYNA 對自激振動裝置進(jìn)行仿真，得出設(shè)計的自激振動裝置在振動時能夠有效降低切削阻力，達(dá)到降低深松機(jī)作業(yè)時功率的要求。LIN Y 等[60]提出了一種研究深松過程的模擬方法，通過模擬與試驗(yàn)結(jié)果的比較，誤差在理想范圍內(nèi)，證明了模擬方法的可行性。

3 存在問題及影響因素

經(jīng)過多年的發(fā)展，丘陵山地耕作裝備取得了一定發(fā)展，但相對于平原地區(qū)還存在較大差距，也存在一系列問題。丘陵山地農(nóng)田土層薄、地下石塊多，當(dāng)前的耕作裝備難以對地下障礙物進(jìn)行識別及規(guī)避。受耕作裝備對地形適應(yīng)性不足、容易發(fā)生側(cè)翻、作業(yè)地形多變的影響，耕深一致性難以保證。南方丘陵山地土壤黏度大、耕作阻力大，小型耕作裝備的動力不足。丘陵山地地塊小、機(jī)耕道窄，導(dǎo)致現(xiàn)有中大功率拖拉機(jī)轉(zhuǎn)彎半徑過大、轉(zhuǎn)場困難?，F(xiàn)有作業(yè)裝備智能化程度低、操作難度大、費(fèi)時費(fèi)力。長時間淺耕、旋耕作業(yè)造成土壤壓實(shí)，形成堅(jiān)硬的犁底層。機(jī)械化深松耕作方式推廣不足，耕作裝備價格太高，農(nóng)民不能負(fù)擔(dān)過高的生產(chǎn)成本。

3.1 自然條件

自然條件是影響丘陵山地耕作裝備發(fā)展的主要因素，丘陵山地地形復(fù)雜、地面起伏大、地塊小及沒有專門的機(jī)耕道，導(dǎo)致大中型耕作機(jī)械進(jìn)地難、轉(zhuǎn)向難和轉(zhuǎn)運(yùn)難；地下石塊較多，容易對耕作機(jī)械前進(jìn)造成阻擋，遇到大石塊有可能造成耕作部件損壞；南方丘陵山地的土壤多為黏性土壤，農(nóng)機(jī)作業(yè)時容易陷入土壤中，對作業(yè)造成嚴(yán)重影響，極端情況下甚至?xí)p壞農(nóng)機(jī)。因此，現(xiàn)有的耕作機(jī)械多以小型農(nóng)機(jī)為主，而且使用范圍不大。

3.2 農(nóng)民投入成本太高

由于農(nóng)民生活水平和經(jīng)濟(jì)水平較低，不能負(fù)擔(dān)起過高的生產(chǎn)成本，因此對于購買耕作機(jī)械的熱情不高；而政府對于農(nóng)業(yè)機(jī)械的補(bǔ)貼和政策主要集中在大中型農(nóng)機(jī)上，對于適合丘陵山地耕作的小型農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼相對較低，給耕作裝備在丘陵山地的推廣帶來了困難，嚴(yán)重阻礙了丘陵山地耕作裝備的發(fā)展。

3.3 新產(chǎn)品研發(fā)投入不足

丘陵山地較平原地區(qū)而言，對耕作裝備的性能要求更高，現(xiàn)有的農(nóng)機(jī)多為引進(jìn)或者在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，適用性不強(qiáng)，丘陵山地迫切需要適合丘陵地區(qū)的新農(nóng)機(jī)，但新農(nóng)機(jī)的研發(fā)前期投入成本太高，也需要花費(fèi)時間來試驗(yàn)，并且回報率低，造成農(nóng)機(jī)企業(yè)對新產(chǎn)品的研發(fā)積極性不高。這樣將導(dǎo)致丘陵山地耕作裝備發(fā)展緩慢，相較于平原地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展差距進(jìn)一步拉大。

3.4 缺少必要的科學(xué)指導(dǎo)和安全監(jiān)理

農(nóng)機(jī)操作不當(dāng)，不僅會造成作業(yè)質(zhì)量達(dá)不到要求，而且可能會出現(xiàn)機(jī)器傷人的情況，農(nóng)民一般購買農(nóng)機(jī)都是為了減少勞動量，對于操作只是簡單地閱讀說明書，只要機(jī)器能運(yùn)轉(zhuǎn)就行。沒有參加過農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)安全教育，也缺乏安全意識，這不僅為操作人員留下了安全隱患，更為其他在農(nóng)機(jī)周邊的人員留下了安全隱患。同時，當(dāng)前農(nóng)機(jī)安全監(jiān)理工作沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用。安全監(jiān)管應(yīng)對農(nóng)機(jī)的生產(chǎn)、銷售、操作和維修等方面進(jìn)行監(jiān)管，使農(nóng)機(jī)在正常的狀態(tài)下有效地進(jìn)行作業(yè)，不僅保證作業(yè)質(zhì)量，而且減少安全事故的發(fā)生。

4 發(fā)展趨勢與建議

4.1 發(fā)展趨勢與技術(shù)展望

國內(nèi)現(xiàn)有的丘陵山地耕作裝備多為小型機(jī)械，如旋耕機(jī)、微耕機(jī)、深耕機(jī)和深松機(jī)，存在適用機(jī)型少、作業(yè)效率低和工作穩(wěn)定性差等問題。目前丘陵山地使用的微耕機(jī)多以內(nèi)燃機(jī)作為動力裝置，工作時不僅會污染環(huán)境，還伴隨著振動和噪聲，將動力裝置換為電動機(jī)可以有效地解決這些問題，未來電動微耕機(jī)的研發(fā)將是一大趨勢。微耕機(jī)要能在丘陵山地作業(yè)首先要解決進(jìn)地難的問題，所以微耕機(jī)在丘陵山區(qū)會繼續(xù)向小型、微型化發(fā)展。為減少操作人員的勞動強(qiáng)度，要進(jìn)一步發(fā)展智能化微耕機(jī)。隨著計算機(jī)、傳感器和人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，我國農(nóng)業(yè)機(jī)械正在向自動化、智能化方向發(fā)展，未來應(yīng)該提高丘陵山地耕作裝備的自動化及智能化程度，不僅解放操作者的雙手，而且提高作業(yè)質(zhì)量。未來可以將GPS 導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用到耕作機(jī)械中，對耕作機(jī)械的行駛路線進(jìn)行設(shè)定，提高農(nóng)機(jī)田間運(yùn)行的準(zhǔn)確性和工作效率。

丘陵山地地形較平原復(fù)雜，多為坡地且地塊小，需要高動力性、高通過性、高穩(wěn)定性、高制動性、高靈活轉(zhuǎn)向、輕量化及綠色化的耕作裝備。技術(shù)方面，坡道抗傾斜技術(shù)、姿態(tài)調(diào)控技術(shù)、液壓制動防抱死技術(shù)和折腰扭腰轉(zhuǎn)向技術(shù)等都是丘陵山地耕作裝備需要完善的技術(shù)。

4.2 發(fā)展建議

以我國丘陵山地耕作裝備現(xiàn)狀分析為基礎(chǔ)，結(jié)合當(dāng)前丘陵山地農(nóng)業(yè)機(jī)械化現(xiàn)狀，對我國丘陵山地耕作機(jī)械化提出幾點(diǎn)發(fā)展建議。

4.2.1 土地宜機(jī)化改造

土地宜機(jī)化改造是丘陵山地實(shí)現(xiàn)耕作機(jī)械化的必經(jīng)之路。國外丘陵山地占比較大的國家，如日本在20世紀(jì)50 年代開始對土地進(jìn)行大規(guī)模宜機(jī)化改造后，于20 世紀(jì)70 年代后期基本實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化，日本目前還在深化土地改革。韓國以“新村運(yùn)動”為契機(jī)，開始對農(nóng)田進(jìn)行宜機(jī)化改革，使得農(nóng)業(yè)機(jī)械化快速發(fā)展。

在國內(nèi)，重慶市于2014 年開始土地宜機(jī)化改造工作，土地經(jīng)過宜機(jī)化改造后，已經(jīng)由以前的小塊分散變?yōu)楝F(xiàn)在的大塊連續(xù)，為大中型耕作裝備提供了作業(yè)空間，耕作機(jī)械化水平得到大幅提高。丘陵山地要繼續(xù)推進(jìn)土地宜機(jī)化改造，發(fā)揮耕作機(jī)械最大效率、自動化和智能化的優(yōu)勢。

4.2.2 加強(qiáng)基礎(chǔ)配套設(shè)施建設(shè)

考慮到丘陵山地耕作的特殊性，要建設(shè)專門的機(jī)耕道、衛(wèi)星定位基站等，滿足先進(jìn)農(nóng)機(jī)技術(shù)所需的基礎(chǔ)條件，同時，為了規(guī)范作業(yè)，要加強(qiáng)對耕地資源的統(tǒng)籌規(guī)劃。為了方便農(nóng)民能及時地對受損農(nóng)機(jī)進(jìn)行維修，不耽誤農(nóng)時，要建立專門的農(nóng)機(jī)維修點(diǎn)，還要與農(nóng)機(jī)銷售企業(yè)和農(nóng)機(jī)生產(chǎn)商協(xié)商，建立農(nóng)機(jī)維修售后服務(wù)點(diǎn)，解決農(nóng)民擔(dān)心購買農(nóng)機(jī)后不能正確使用及遇到故障時不知道怎么維修的問題。

4.2.3 加深耕作方式與農(nóng)藝融合

丘陵山地土壤黏度大、石塊多，不同作物所需的生長環(huán)境不同，需要采用不同的耕作方式，選擇適合的耕作機(jī)械。如對花生播種前的土壤采用旋耕和深耕兩種方式對比，試驗(yàn)得出，深耕對于花生的生長發(fā)育有促進(jìn)作用、產(chǎn)量有明顯提高；對玉米播種前的土壤采用深松、深耕、淺耕和旋耕4 種耕作方式，試驗(yàn)得出，玉米干物質(zhì)積累和產(chǎn)量由高到低依次是深松、深耕、淺翻和旋耕。通過上述試驗(yàn)可以看出，針對作物的生長特性選用適合的耕作方式可以提高作物產(chǎn)量。

4.2.4 加速智能化技術(shù)與農(nóng)機(jī)融合

將先進(jìn)的耕作技術(shù)與耕作機(jī)械融合，智能監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用于耕作機(jī)械上，可以實(shí)現(xiàn)對耕作狀況、耕作面積等實(shí)時監(jiān)控；將GPS、計算機(jī)視覺及相關(guān)控制等技術(shù)運(yùn)用于耕作機(jī)械上，可實(shí)現(xiàn)合理規(guī)劃耕作路線、自動避開障礙物、降低機(jī)械故障率。

5 結(jié)束語

提高丘陵山地耕作機(jī)械化水平，對提高丘陵山地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、保障國家糧食安全具有重要意義。丘陵山地耕作機(jī)械化距全國平均水平還有差距，雖然現(xiàn)在基本解決了“無機(jī)可用”的難題，但是適配丘陵山地耕作的農(nóng)機(jī)還是存在一定缺口。未來我國丘陵地區(qū)要繼續(xù)推進(jìn)土地宜機(jī)化改造、加強(qiáng)基礎(chǔ)配套設(shè)施建設(shè)、加速農(nóng)機(jī)與先進(jìn)技術(shù)的融合。