農業機械對環境的影響

龐書軍

（北海精彩貿易有限責任公司，廣西 北海536000）

我國是農業大國，對農業機械的依賴程度較高，常見農機設備基本上呈現出“高消耗、低效率”的工作狀態。農業機械市場上的產品存在著機械功率低、技術含量低、機械耗油量大等弊端，這與先進農業機械的環保、節能、高效的目標相差甚遠。農機設備零、部件切削加工中冷卻液和熱處理中有害氣體、液體的排放；內燃機驅動的農機作業過程中煙塵和各種有害廢氣的排放；液壓油、潤滑油等由于各種原因導致的泄漏，滲入地表和土壤，以及各種固體廢棄物的隨意丟棄、掩埋和焚燒，都將對空氣、土壤和水—人們賴以生存的生態環境帶來嚴重的污染。伴隨著農業機械化進程的不斷加快，農業機械的保有量和總功率已經越來越大，隨之引起的能源和環境問題，已經成為人們關注的熱點。

1 農業機械發展現狀

農業機械化是農業技術結構的重要組成部分。20世紀農業機械化對世界各國的農業和國民經濟的發展起了重大作用，2000年美國工程技術界評出了20世紀對人類社會生活影響最大的20項工程技術成就,其中第7項就是農業機械化。我國“十一五”和“十二五”規劃中均提出了環境保護目標，農業經濟發展方式也正發生著重大變化。“十二五”規劃要求“健全節能減排法律法規和標準，強化節能減排目標責任考核，把資源節約和環境保護貫穿于生產、流通、消費、建設各領域各環節，提升可持續發展能力”。如袁馳等闡述了農業機械綠色設計的概念分析了綠色設計在實現農業機械可持續發展、提高農機產品競爭力、保護環境和振興農機行業等方面的重大意義采用綠色設計后可使構成農機產品的零部件能夠方便地分類回收并再生循環或重新使用，使農機產品在整個生命周期中能耗最小，減輕甚至消除農機產品生命周期末端的壓力，使廢棄物、垃圾污染程度降到最低。

2 農業機械與生態環境

我國僅“3大類”農機的保有量已達4000萬臺，幾乎是汽車保有量的2倍。國家對汽車的排放已有非常嚴格的法規，而對農機設備的排放且尚未做出嚴格的規定。實際上現今的農機除了農田耕作外，許多是行駛在城鄉間，擔負著農副產品、農用物資的運輸和調度。隨著城鎮化建設步伐的加快，城鄉間已無明顯界域，這么多農機設備運行所導致的廢氣排放及各種污染，將隨著空氣流動而傳遞，受此影響的不僅是農村也有城市。以拖拉機在整個生命周期中直接和間接對環境影響為例，如圖1所示。

圖1 拖拉機全生命周期中對環境產生的各種影響

（1）農業機械與噪聲。拖拉機、低速貨車、三輪汽車作為農業機械產品中重要的組成部分，在農田作業、農村道路運輸領域發揮著重要作用。2013年全國僅中型拖拉機累計總產量521309臺，同比增長13.92%，大型拖拉機產量6.33萬臺，同比增長12.95%。

農業機械中的產品、設備，從材料獲取到制造、加工過程以及運轉中，始終都會產生振動和噪聲。農業機械在運作過程中同樣會產生噪聲，影響周邊居民的生產生活。如果噪聲過大，不但會削弱駕駛員的駕駛技術，而且噪聲還會降低車輛電子元件的工作能力，減少其使用壽命。噪聲指數已成為評價車輛人機狀態系統中的一個重要指標。目前拖拉機噪聲限值標準為GB6376-1995《拖拉機噪聲限值》，該標準對拖拉機的噪聲要求比國外一些國家（如歐共體77/311/EEC）要求低得多。

拖拉機噪聲主要有發動機噪聲、傳動系噪聲和覆蓋件噪聲。其中發動機噪聲占拖拉機整機噪聲的50%以上。排氣噪聲是拖拉機最大的噪聲源，距排氣口0.5m處噪聲可達115-128dB(A)。其頻譜從幾十至1萬Hz以上。非增壓柴油機安裝有空濾器時，進氣噪聲往往不是拖拉機的主要噪聲源。當柴油機采用增壓后進氣噪聲明顯增加，成為拖拉機的主要噪聲源。風扇的轉速對噪聲影響很大，轉速提高一倍時聲壓級增加11-17dB(A)。通常在低轉速時，風扇噪聲比發動機噪聲低得多。但在高轉速時往往成為主要甚至是最大噪聲源。

農業機械的振動即機械系統中的位移、速度和加速度的震蕩現象，對機械的損害程度非常嚴重，造成整臺機器在高頻率和高幅值的震蕩狀況下工作，也會產生噪音，影響工作環境。

（2）農業機械與土壤。機械工具在田間行走作業時輪胎及器械對土壤發生的碾壓作用，會造成土壤的機械壓實。土壤機械壓實導致土壤孔隙度降低、物理結構改變、土壤中的養分有效性降低、土壤退化。土壤機械壓實造成的全世界土地退化面積達6800萬hm2，其中非洲1800萬hm2，歐洲3300萬hm2，亞洲980萬hm2。隨著農業生產的發展，農機具質量不斷增加，土壤壓實逐漸成為一個世界性的問題。

研究發現一次輪式拖拉機作業后使土壤干容重增加了11.1%，5～10cm處含水量最大減小了16.8%，0～6cm處堅實度增加為原來的1.4倍，5次作業后土壤含水量最多減少了23.1%。土壤緊實度變化會影響植物生長必需的大量元素N、P、K在土壤中移動性。土壤緊實度直接影響植物的根系形態，根系伸長速率降低，主根伸長受到抑制，側根形成數量增加，根系變短變粗。土壤的緊實度還會影響根系的導水率，阻礙地上部水分和養分的攝取，限制地上部生長。

緊實土壤不僅影響作物生長，還對土壤中動物、微生物的生存產生影響。如蚯蚓—耕耘土壤的“大力士”，蚯蚓的活動能夠使土壤疏松，團粒結構增強，從而促進作物生長，而機械耕作導致土壤緊實度增加，不但破壞蚯蚓通道的結構，還會造成許多蚯蚓死亡。緊實土壤對于土壤微生物的影響主要是降低了土壤磷酸酶的活性。緊實土壤中微生物碳的數值為139μgC·g-1低于正常土壤160μgC·g-1。

土壤機械壓實也影響農田生態系統中的水環境。機械壓實后，土壤的入滲率降低，同時土壤的徑流量增加，在低洼處會形成積水，土壤中的有效養分會隨著徑流進入河流或湖泊，可能會造成富營養化，破壞水環境。Eradat等指出，機械壓實后，土壤結構遭到破壞，對土壤中農藥殘留物以及有機物的分解產物的過濾作用產生影響，危及地下水質量。

（3）農業機械與大氣。農業機械95%以上都是柴油發動機。柴油機工作時排放的主要污染物包括一氧化碳（CO），碳氫化合物（HC），氮氧化物（NOx）和顆粒物（PM）。與機動車相比，農業機械的尾氣排放相當嚴重。

為了分析實際工況下農業機械的排放特征，付明亮等利用車載排放測試系統對12輛農用拖拉機進行怠速、行走和耕作3種操作模式下的田間排放測試。結果發現：在旋耕模式下，CO、HC、NOx和PM單位時間的排放因子要高于怠速和行走模式，同時較高的油耗使得CO、HC、NOx基于油耗的排放因子小于怠速和行走模式。葛蘊珊等則是選取10臺典型的聯合收割機，在其實際工作狀態下進行了排放及燃油消耗特性的試驗研究。研究結果表明：谷物、玉米聯合收割機綜合燃油消耗分別為6.80和10.29L/h。基于燃油消耗率的CO、HC排放因子怠速工況下較高，而NOx排放因子在行走工況下較高，PM排放因子在作業工況下較高；谷物聯合收割機比玉米聯合收割機排放嚴重。2010年中國聯合收割機NOx和PM排放量分別為4.84和0.47萬t，分別占同時期機動車排放量的1.91%和1.94%。

機械壓實改變土壤緊實度間接對溫室氣體排放也有重要影響。研究發現如果施用NO3--N態肥，與正常土壤相比，緊實土壤中N2O的釋放量增加12倍。緊實土壤中反硝化作用更強，更容易產生大量N2O溫室氣體。緊實土壤對于N2O釋放的影響還與土壤充水孔隙（WFPS）有關，在WFPS≥70%時，反硝化作用在正常土壤和緊實土壤上都發生，并且以緊實土壤上N2O的釋放量最高。Eradat等算出在美國15000萬公頃的禾谷類作物面積上，如果表層土的容重增加0.3g·cm-3，CO2的釋放量每年會增加12.5Tg。CH4的溫室效應是CO2的20倍，土壤緊實會影響CH4的排放及其在大氣中的平衡，主要影響CH4在土壤中的氧化過程。

PM對人體健康和環境都會造成不良影響，而PM2.5污染加重，使得大范圍出現灰霾現象。二氧化碳使大氣環境產生溫室效應，一氧化碳會降低人和動物的血液輸氧能力。碳氫化合物是由許多化合物混合而成的毒性很強的化合物，會對人的健康造成危害。NOx導致區域臭氧，在地表上的臭氧以煙霧的形式出現，會導致人呼吸系統的疾病，抑制植物的生長和繁殖。碳煙顆粒物中含有許多致癌性的物質，會對人體健康產生長期的危害。

3 展望

目前中國正在大力推進農業機械化，在此過程中過度和不合理使用農業機械會對生態環境造成一定影響。因此研究和防治農業機械對生態環境造成的影響對于中國這個農業大國具有重要意義。加強技術創新，提高農機產品的技術含量，生產環保型農機產品，如以保護生態環境的觀點評價和選擇行走裝置的結構類型和參數，完善現有機器的行走裝置和設計新的行走系統；推廣使用清潔柴油，即含硫量低的柴油。據介紹，瑞典使用的清潔柴油與普通柴油相比，一氧化碳排放可減少54%，碳氫化合物和氮氧化物可減少10%，顆粒物可減少47%。政府方面加強對農機排氣污染的監管，籌建農業機械排氣污染物監測防治中心，制定、實施農業機械的使用報廢標準，定期檢查農業機械的技術狀況，對使用時間過長、技術落后、技術狀況差、油耗大、經濟效益差、排放污染嚴重的農業機械，要嚴格按報廢標準及時報廢，防止和減少農業機械污染。

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