適用于保護性耕作條件下的深松機械*

何興村，張魯云（新疆農墾科學院機械裝備研究所，新疆　石河子　832000）

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適用于保護性耕作條件下的深松機械*

何興村，張魯云*
（新疆農墾科學院機械裝備研究所，新疆石河子832000）

摘要：針對免耕作業方式所出現的問題，研制開發了翻轉雙向超深耕犁和彎曲式深松犁。配合免耕保護性耕作方式，充分發揮2種犁優良的深松性能，達到改善土壤物理結構和作物生長環境，高效利用自然資源，提高作物產量，增加經濟效益的最終目標。

關鍵詞：保護性耕作；翻轉雙向超深耕犁；彎曲式深松犁；深松作業

我國北方廣大農業耕作區自古以來耕種就一直采用鏵式犁翻耕、農閑時地表裸露的耕作方式。翻耕在改善作物生長環境、提高作物產量上曾一度發揮了較好的作用。但隨著翻耕作業區面積和農業機械化程度的不斷增加和提高，傳統農田翻耕方式的弊端也日益顯露出來。大面積的翻耕作業使得農閑時的農田土壤失去了地表植被的保護，導致水土流失加劇，成為引發沙塵暴的重要因素。同時，耕地資源與土壤肥力不斷退化，自然生態環境日趨惡化，這都嚴重制約了我國農業的可持續發展。

1　保護性耕作

保護性耕作是以大量作物秸稈殘茬覆蓋地面，盡量減少耕作次數，用除草劑清除雜草的新型旱地耕作技術。從一定意義上說，保護性耕作是一種回歸自然的大田作業方式。它放棄了傳統農業的翻耕模式，認為土地耕種就必須深翻的做法，更加充分、有效地利用大自然保護耕地、恢復地力。它通過少耕、免耕和地表生物質覆蓋，來增加土壤水分，從而有效減少農田水土流失，抑制沙塵暴，培育土壤的同時實現農作物的增產增收。目前在農業發達的國家，保護性耕種技術得到了大面積的推廣應用，并引領著傳統耕種技術新的發展方向。中國農業大學和澳大利亞昆士蘭大學共同進行的保護性耕作試驗表明，在中國北方，實施保護性耕作技術能提高作物產量10%左右[1]，降低作業成本20%左右，而且土壤含水率明顯增加。但是多年保護性耕作之后出現的一個問題就是土壤變硬，容量增大，嚴重影響了作物根系的發育和對水分及養料的吸收，造成產量下降。

2　根系發育與作物生長

根系是作物重要的吸收養料器官，發達的根系是作物健壯的重要標志[2]。這是因為根系通過根毛從土壤中吸收養料、水分，滿足作物生長的需要。此外根系還有合成營養物質和增強作物支持力的作用。因此，只有促進作物根系發育，擴大其在土壤中吸收水分、養料的范圍，才有利于農作物實現高產穩產。

各種研究證明，多年保護性耕作之后，必須通過深松作業才能疏松土壤，減小根系穿透阻力，擴大根系生長空間，改善根系自然生態條件。提高土壤蓄水保墑能力，增加土壤水庫容，提高自然降水的利用效率，增加作物產量。

3　國內外深松機械現狀

西方發達國家在20世紀30年代就已經開始對深松耕作法進行研究，對于深松機械，美國和西歐等發達國家曾做過大量的研究工作。如美國約翰·迪爾公司生產的擠壓松土式深松機，德國勞爾公司生產的懸掛式深松機，日本研制的多功能振動式深松機，前蘇聯研制的全方位深松機。目前這些國家的深松機具已經相當完善，并且已形成系列化。

我國研制的深松機主要類型有桿齒式、懸掛式、振動式和淺翻式等，目前生產上主要使用的深松機分為立柱式和倒梯形全方位深松機2種。近年來，雖然我國也研制出了一些與大馬力拖拉機相配套的深松機具，但大多生產效率低、功率輸出有限、作業速度慢，并且當深松速度達到一定數值后就很難再進行工作了，而且還有可能破壞深松機具，因此也影響了深松機具的作業質量。

表1　新疆及兵團歷年深松作業面積　　萬hm2

4　新疆生產建設兵團農田深松現狀

新疆位于歐亞大陸中部，遠離海洋，屬于典型的溫帶大陸性氣候[3]，冬季漫長而寒冷，夏季短促而炎熱。同時，新疆也是干旱半干旱地區，降雨稀少，年均降雨量不足150mm，而且分布極不均勻。農業為典型的綠洲灌溉類型農業，農業用水的80%以上靠灌溉完成。

新疆生產建設兵團是全國最大的農業墾區之一，由于兵團農業機械化程度較高，各種農業機械進地作業，土壤被車輪壓實，近年來實施免耕作業，加之化肥、廢舊地膜、滴管碎片污染，多數耕地有效耕層僅為20cm左右，20cm以下是一層厚度為10～12cm、容重超過1.5g/cm3、硬度為普通耕層3倍的堅實犁底層。堅硬的犁底層阻礙了作物的根系發育和灌溉水分的滲透，造成了水資源的浪費且不利于土壤的保墑、保溫。試驗研究表明，只有通過深松、深耕作業，才能徹底打破犁底層，疏松土壤，減小植株根系穿透阻力，提高水資源利用率，改善作物根系生態條件，增加作物產量。因此，新疆地方及兵團對農田深松作業極為重視，歷年來農田深松面積逐年增加（表1），對深松機具的需求量也隨之快速增加。

5　翻轉雙向超深耕犁的結構及特性

新疆農墾科學院機械裝備研究所根據我國北方的土壤結構特點和亟需的深松農業機械裝備，研制了與大、中馬力拖拉機相配套的翻轉雙向超深耕犁和彎曲式深松犁。這2種深松犁裝在固定犁架上與拖拉機為懸掛式連接，機車在牽引犁具前進的同時將牽引力通過懸掛裝置傳遞給犁具，在土壤阻力、重力和機車牽引力的共同作用下，機具入土后達到工作深度。通過深松犁體與土壤間的剪切和摩擦力，使之出現相對位移，從而達到粉碎和疏松土壤犁底層的作用。

新疆農墾科學院機械裝備研究所研制的新型翻轉雙向超深耕犁[4]，如圖1所示，主要由上、下牽引板、翻轉油缸、主、副犁體、犁柱、犁架大梁等部件組成。

圖1　翻轉雙向超深耕犁結構

進行深耕作業時[5]，上、下牽引板與拖拉機懸掛裝置用懸掛銷進行連接，由拖拉機牽引拖動（見圖2）。主犁體進行深耕作業，副犁體進行淺耕作業。到地頭轉向時，翻轉油缸對犁架進行180°轉向翻轉，主犁體對副犁體淺耕作業區進行深耕作業，減小了耕作阻力和拖拉機深耕作業工作量，提高了工作效率。

圖2　翻轉雙向超深耕犁深耕作業

新疆農墾科學院機械裝備研究所研制的新型翻轉雙向超深耕犁，可以較好的完成深耕作業。該型深耕犁設計思想前衛，結構合理，可進行調幅和入土角調整。通過田間試驗，樣機犁的耕深、耕寬穩定性、翻垡效果、殘茬覆蓋率、作業效果均滿足設計要求，最大耕深可達90cm。采用附帶小副犁的設計能有效減小主犁體的耕作阻力，提高耕深及拖拉機行走穩定性。

6　彎曲式深松犁的結構及特性

新疆農墾科學院機械裝備研究所研制的另一種新型彎曲式深松犁，該型犁具有獨特的外形和犁體曲面（見圖3），較傳統的鏵式犁具有牽引阻力小，加深耕層而不翻轉土壤，不破壞地表植被，徹底打破犁底層和提高土壤蓄水保墑、保溫的能力。

圖3　彎曲式深松犁

通過田間實地測試，證明該型深松犁徹底打破了犁底層，耕后土層斷面形成“上虛下實，左右虛實相間，底部有鼠道”的良好土體結構（見圖4）。改善了土壤的物理環境，使土壤中的水、肥、氣、熱得到合理的調整。現場測量表明，該深松犁最大耕深已達到48cm，美國約翰·迪爾公司的900V型機械式深松犁和德國勞爾公司生產的懸掛式深松犁，最大耕深一般50cm左右。因此，該型深松犁處于國內領先水平，以后通過大面積推廣使用，對我國農業的發展有著積極的推動和促進作用。

圖4　挖掘測量現場

7　結論

深松作業是保護性耕作技術之一。當犁耕深度達到30cm以上時，犁底層被徹底打破，土壤得到疏松，降低了土壤容重，提高了雨水、灌溉水入滲量，擴大了土壤水庫容。因新疆屬于典型的溫帶大陸性干旱氣候，降雨量稀少，由此可將作物生長期內寶貴的降水最大限度地蓄積在土壤中，變不均勻的降水為自然穩定的土壤供水。深松作業打破了犁底層，作物根系穿透阻力下降，易于下扎。主根系深度的增加，不但可以從土壤中吸取更多的水分，還可以獲得較多的養料，從而促進作物地表部分的生長發育，增加產量。

試驗統計數據表明，在保護性耕作條件下，深松作業雖然能解決由于連年免耕出現的土壤變硬等一系列問題，但深松作業屬于重負荷作業，也增加了農業生產成本，降低了農戶經濟效益。在中國北方實施保護性耕作時，每4年免耕加上1年深松的耕作方式不但可以有效疏松土壤、降低容重，而且能夠解決因深松作業所出現的動土量大、拖拉機功率消耗增加等問題，增加農戶收入25%左右，是中國北方保護性耕作發展的一種新型耕作方式。

新疆農墾科學院機械裝備研究所研制的翻轉雙向超深耕犁和彎曲式深松犁，與免耕技術相配套，能較好地適用于我國北方的保護性耕作方式。經田間實地測試，這2種深松犁犁架堅固、犁體輕便、牽引阻力小，耕深完全達到設計要求，是性能優良的深松機具。隨著我國保護性耕作和免耕技術的推廣應用，這2種深松犁也將會擁有巨大的市場需求，創造出良好的經濟效益。

參考文獻

[1]王曉燕，高煥文，杜兵，等.保護性耕作的不同因素對降雨入滲的影響[J].中國農業大學學報，2001，6（6）：42-47.

[2]朱仰輝.簡述小麥根系生長影響因素及深耕整地技術[J].農業機械，2014（6）：103.

[3]王魯敬，李俊華.兵團第八師有機肥施用現狀調查及影響因素分析[J].新疆農墾科技，2014（4）：33-36.

[4]李志紅，楊良玖，全臘珍.我國耕整機械現狀及發展對策研究[J].農機化研究，2005（3）：46-48.

[5]魯力群，李其昀，趙靜.深松旋耕溝播聯合作業機深松技術[J].山東理工大學學報：自然科學版，2003，17（6）：72-75.

收稿日期：2016—03—29

*基金項目：新疆農墾科學院引導計劃項目，項目編號：79YYD201504。

*通訊作者：張魯云（1972-），碩士，主要從事農業機械設計理論與技術。E-mail：zhangluyun1972@163.com。