麥田耕整不同作業方式對比試驗及探討

1、河北省農機修造服務總站 江光華 童紅欣 劉志剛 馮佐龍2、河北省保定市農機工作站 宋林平 3、河北省深州市農機局 魏學東

近30年來，河北省麥田旋耕一直占主導地位。旋耕作業的明顯缺點是耕深較淺。據調查，我省多數耕地耕層厚度為10～12cm，最小的只有8cm。常年單一旋耕作業，再加上聯合收獲機等大型機具的往復碾壓，造成犁底層加厚、上移，影響了土壤水肥氣熱的上下循環，不利于作物根系下扎與發育。

近幾年，我省大力推廣農機深松整地作業，但是相關應用研究不多。鏵式犁是最為傳統的耕地機具，具有覆蓋好、耕層深的優點，也有墑溝大、工作效率低的缺點。隨著土地流轉適度規模經營和大馬力拖拉機的出現，對土地產出率、農業節本增效、節能減排的要求越來越高，如何確定適宜的耕整方案，在土壤耕層不斷加厚同時，適當減少表層秸稈量，便于小麥出苗與鎮壓抗凍，顯得越來越重要。為此，我們選取我省耕地機械使用量較大的深松機、旋耕機、鏵式犁和驅動耙等不同耕整作業形式，開展主要技術經濟指標試驗對比，為機具選型、確定最佳耕整方案，促進耕作方式改革提供依據。

1 試驗方法與條件

1.1 試驗測試指標

測試分為臺架測試與田間測試兩個部分，主要有經濟指標，包括作業效率、畝耗油量；作業深度，細分為深松深度、旋耕深度、犁耕深度、旋耕整地深度等。

1.2 試驗方法

采用在同一地塊試驗對比的方法，并盡量與實際作業情況基本相同。

（1）地塊面積：每塊地分若干小區，每小區面積在3畝左右，與農戶實際地塊面積接近。

（2）作業時間：機組進入地塊作業開始計時，作業完成停止計時，其中包含純作業時間和地頭轉彎時間。

（3）油耗測量采用加油機加油法：機組進入地塊作業前先將油箱加滿，作業完成后再將油箱加滿，計算兩次加油差為耗油量。

1.3 試驗機具情況

試驗機具與配套動力等情況見表1。

表1 作業機具與測試指標

1.4 試驗地等情況

試驗地點在深州市西木左村，試驗地壤質為輕壤土，地勢平坦、地表無土塊秸稈堆積。

2 試驗結果

不同試驗作業模式與試驗結果見表2。

表2 作業情況匯總表

3 機具作業分析

3.1 深松機作業分析

單一功能深松機工作原理：利用鑿式深松鏟頭和翼鏟將其前部的土壤向前上方抬起，這些土壤在擠壓、扭轉、撕裂等力量的作用下發生塑性變形實現土壤的松動與破碎，在深松鏟通過以后被抬起的土壤又在重力的作用下向原處回落，使土壤得到進一步的細碎。這樣就達到了松動土壤但不打亂土壤耕層的目的。深松后一般需要旋耕整地，達到待播狀態，也可利用免耕播種機直接播種。

深松形成的深松溝是一個上大下小的近似梯形形狀。由于土壤自然撕裂的阻力會明顯大于金屬部件切削土壤的阻力，所以深松鏟在向前上方抬起土壤的過程中，工作阻力會大于旋耕刀和鏵式犁等工作部件，功率消耗就會較高；但是由于不翻土垡，其綜合工作阻力和功率消耗低于鏵式犁。

3.2 旋耕機作業分析

旋耕機的耕作部件旋耕刀，以螺旋線的形式安裝在刀軸上，工作時旋耕刀依次對土壤進行切削，每把刀切出的土壤是一個上大下小、帶有弧度的楔形垡片，垡片前面和一個側面由旋耕刀的彎刀與直刀面在未耕地上切出。由于土壤的塑性，垡片在切削過程中發生斷裂與破碎，垡片切削下后，在旋耕刀的帶動下繼續沿圓周運動及在離心力作用下，土垡之間、土垡與導流罩部件之間碰撞、破碎，形成細碎土壤。旋耕機作業的最大特點就是兼有耕翻和碎土的效果，并實現了上下土層的充分混合，得到一個等深的土壤耕作層，達到待播狀態。

旋耕作業時，土壤垡片被旋耕刀滑切下來，滑切阻力相對來說小于土壤撕裂阻力，是一種功率消耗較小的方式。但是由于旋耕刀的工作速度較快（ 250～400r/min），同等阻力下速度越快功耗越大，而且垡片向后運動時土壤細碎過程的功率消耗也要比鏵式犁和深松鏟工作時的土壤回落功率消耗大。綜合來看，由于旋耕要得到較好的耕后效果，其功率消耗并不會比深松降低太多。

當旋耕機作為整地機具工作時，其工作原理不變。在對深松作業后的地塊整地作業時，由于間隔深松已將部分土壤進行松動，旋耕刀部分在已耕地工作，部分在未耕地工作，工作阻力明顯小于在未耕地上的旋耕作業，使得整地深度有所加深。同樣由于間隔深松的原因，造成了旋耕作業中每把旋耕刀的工作阻力不同，破壞了工作阻力的均勻性，加大了沖擊阻力和脈動性。綜上分析，可以看出深松作業后地塊上的整地作業，與旋耕作業后的地塊整地或深松旋耕聯合作業后的地塊比較，功率消耗和耗油量都要高很多。

即未耕茬地首次旋耕阻力＞深松地首次旋耕阻力＞二次旋耕整地阻力。

3.3 鏵式犁作業分析

鏵式犁是最為傳統的耕作機具。其工作原理是以土垡翻轉扣垡為基礎，犁鏵工作時由鏵刃和脛刃卻出溝底和溝壁，形成一個長方形土垡，土垡在犁體曲面作用下向右翻轉扣垡，實現耕翻。鏵式犁的耕作特點：一是可以將表層的秸稈、雜草翻入耕層底部，優化了種床環境，利于小麥出苗與越冬，同時將土傳害蟲的蟲卵翻上地表，便于冬季凍死；二是容易實現較大耕深，有墑溝不利土地平整；三是容易形成較堅硬的犁底層。

鏵式犁的三個工作面均有刀刃切出，在土垡形成時，切土阻力較小，但在隨后的垡體抬起翻轉過程中，仍然需要消耗大量的動力。綜合來看，在相同耕作截面面積的情況下，鏵式犁切土阻力及其功率消耗是比較小的，但是由于其耕深較深，土垡翻轉扣垡阻力大、耕作截面面積（動土量）最大，所以其功率消耗最大，工作效率最低。

3.4 動力耙作業分析

動力耙的主要工作部件是一排立軸轉子，每個轉子裝有兩個直立耙刀（釘齒）。工作時轉子一邊轉動一邊前進，碰擊土塊，使耕層土壤松碎。動力耙主要用于為鏵式犁配套整地，由于動力耙是橫向攪動土壤，不打亂土壤上下層的結構，可以防止底層的秸稈雜草重新翻動到上層，影響播種質量。

3.5 深松旋耕聯合作業機

深松旋耕聯合作業機的工作過程是深松機和旋耕機整地的結合，不再贅述。需要說明的是，由于該機深松旋耕同時進行，在很大程度上減小了旋耕機整地過程中的沖擊阻力和脈動性，有利于功率消耗和耗油量的降低，機具作業較平順。

4 結論

4.1 機具耕作阻力和耗油量主要取決于耕作截面積（動土量）的大小

通過機具作業分析和試驗結果可以看出，耕地截面積（動土量）與油耗成正相關，深松、旋耕耕作的截面積相近，油耗也相近；鏵式犁作業的耕作截面積最大，油耗也最大。二次旋耕整地時油耗同樣也與耕作截面積成正比，但是這個截面積由未耕地與已耕地組成，未耕地的工作阻力要大于已耕地的工作阻力。

4.2 深松作業優勢明顯，適應當前生產力水平，應繼續給予支持與推廣

深松作業與旋耕相比，局部工作深度可以達到25cm，可有效打破犁底層，土壤改良效果非常明顯，但其耗油量與旋耕相比增加不多，而且深松作業還可以明顯增加旋耕整地的深度、增厚耕層，有利于農作物的生長。深松與犁耕相比，配套動力要求低，耗油量明顯較少、作業成本低，工作效率更高、農時消耗較少，農民易于接受。從機具作業費角度分析，我省旋耕兩遍需50～60元 /畝（ 旋耕一遍 30～35元 /畝），犁耕 35～40元/畝，與此對比深松適宜收費應在30～35元/畝左右。由于深松作業不是耕整地作業的必要環節，農民沒有應用習慣，為了繼續發揮其突出特點，應繼續實施作業補貼，使其逐步成為耕種作業中的習慣環節。

4.3 旋耕簡單實用，仍為主流；犁耕特色鮮明，視情選用

旋耕機和鏵式犁作業都具有非常明確的優缺點。在今后一段時間內，旋耕作業的簡單實用仍然不可替代，還會是主要的耕地方式；為了克服旋耕耕層淺的缺點，應每2-3年配合一次深松作業。犁耕作業的耕層厚、覆蓋好的特點無以可比，特別是在農作物產量高、秸稈量大的情況下，耕翻可以將秸稈翻壓到底層，利于提高播種質量；可以將土傳害蟲的蟲卵翻上地表，利于冬季凍死，為農作物提供良好環境，在家庭農場、種糧大戶、農業合作社等規模經營的的情形下，具有非常好的推廣前景。犁耕作業的整地與動力耙配合較好，這樣可以避免旋耕整地時將底部的秸稈再次攪動到頂層。

4.4 深松旋耕聯合作業綜合性能較好

在深松作業多種模式中，由于單一深松作業模式便于補貼操作，近年來應用面積不斷增加，并已成為我省的主要作業形式之一。如果在配套動力能夠充分保證的情況下，深松旋耕聯合作業模式雖然工作效率略低（對比旋耕和旋耕整地作業），但是其耗油量要明顯低于深松后再旋耕整地的分步作業模式，這主要有兩個原因，一是減少了作業中的沖擊阻力和脈動性，二是減少了機具多次作業中產生的空耗；另外，聯合作業減少一次機具進地作業，減少農時消耗，增加作物生長積溫。

4.5 鏵式犁、驅動耙耗油量可能比正常作業偏高，但其絕對耗油量較大的趨勢并未改變

本次試驗中，鏵式犁、驅動耙的配套動力較大，工作深度比其設計工作深度小，存在大馬拉小車的問題，使得兩種機具的耗油率可能比正常作業高，但是由于耕地和整地作業后的截面積明顯大于深松與旋耕作業的截面積，其工作阻力大、功率消耗高的事實是可以理解的。

4.6 鑿式深松鏟上翼鏟對功率消耗和作業效果影響明顯

在本次試驗的同時，對其它類型的深松機具進行了同步試驗。通過深松多層施肥播種機作業的試驗數據表明，在深松深度25cm、深松行距60cm、深松鏟（不帶翼鏟）寬度4cm的情況下，作業效率為20畝/小時左右，耗油量為0.7L/畝左右。由此對比試驗數據表明，帶翼鏟的深松機耗油量明顯增加。我省根據有關標準的規定，要求鑿式深松鏟型的深松機和深松旋耕聯合作業機必須帶有翼鏟，但并未對翼鏟的安裝高度提出明確要求。通過試驗發現，當翼鏟安裝高度（鑿式深松鏟頭部至翼鏟的垂直距離）在3cm以下時，翼鏟基本處于犁底層的下部，翼鏟寬度基本上就是深松溝底寬度，此時破除犁底層的效果最為理想；當翼鏟高度在7cm左右時，翼鏟處于犁底層中，深松溝為階梯形，打破犁底層效果有所減弱，但是功率消耗卻比沒有翼鏟時增加較多，此時翼鏟松動過的土壤大多數會被旋耕整地重復作業；當翼鏟安裝高度在10～12cm以上時，翼鏟就會處在犁底層以上工作，并且處于深松鏟頭部形成的深松溝內，基本不會增加深松溝的寬度，對于打破犁底層沒有增加效果，只是對深松溝上部的土壤進行了二次細碎而已。所以，建議將翼鏟的安裝高度規定在3～5cm范圍內，以提高深松效果。如果不便于規定翼鏟安裝高度，推薦采用箭形（鴨掌形）深松鏟和雙翼深松鏟，以增加深松溝底寬度，增強深松效果。

4.7 不同作業模式主要經濟指標比較

按單位耗油量對比：深松旋耕聯合作業（1.78 L/畝）＜旋耕作業兩遍（1.84 L/畝或2.79 L/畝）＜單一深松+旋耕整地（2.84 L/畝）＜鏵式犁翻耕+旋耕整地（3.61 L/畝）＜鏵式犁翻耕+動力耙整地（5.08 L/畝）。

按生產效率推算（參考）：單一深松+旋耕整地＞旋耕作業兩遍＞深松旋耕聯合作業。因鏵式犁翻耕、動力耙整地作業配套拖拉機為進口大馬力拖拉機，其生產率指標可比性較差。