冬耕曬垡裝備選型分析與試驗研究

程玉龍，張文斌，張龍全，黃裕飛，嚴宇

（215128 江蘇省 蘇州市 蘇州市農業機械技術推廣站）

0 引言

農耕制度是人類對農業生產規律的認識與應用，與農業生產力發展水平、人地關系相適應[1]。探索實行耕地輪作休耕制度試點是黨中央、國務院著眼于我國農業發展突出矛盾和國內外糧食市場供求變化作出的重大戰略部署[2]。冬耕曬垡是“藏糧于地、藏糧于技”戰略的一種特殊的輪作休耕模式。蘇南地區開展冬耕曬垡作業是將原有的稻麥（稻油）輪作模式改為按一定周期實行麥（油）季休種，并采用翻耕機具將地表植被和秸稈翻至耕作底層，將多年淺耕作業造成的犁底板結層翻至地表，經受太陽暴曬和雨水沖蝕，起到加深耕層、改善土壤通透性、培肥地力和保水保肥的作用[3-6]。冬耕曬垡田塊較板田過冬田塊在土壤的水熱狀況、耕性、土壤微生物活動及土壤養分含量等方面都有很大改善[7]。

1 裝備選型分析

犁耕深翻能夠通過增大土壤耕層深度促進作物根系生長，但過深的耕層及底層犁溝也會對次年機插秧作業造成一定影響，適宜的冬耕曬垡裝備有助于提高生產作業效率、提升耕地作業質量。冬耕曬垡裝備選型應充分考慮當地實際情況，包括現有配套動力、田塊尺寸、種植作物、土壤條件、氣候變化等因素。

1.1 鏵式犁

鏵式犁是我國應用歷史極為悠久的一種耕作機械，技術發展較為成熟，應用范圍十分廣泛。鏵式犁采用順序切土方式，翻土效果較好，易于達到深耕目的。當前，較多廠家生產的鏵式犁一般均可選裝配置覆茬器，在土垡被犁體耕起前，覆茬器能夠將地表殘茬及淺層的土壤耕起并翻入犁溝內，隨后由主犁體耕翻的土垡將其覆蓋，從而可使表層雜草大部分埋在下層土壤內，增強埋茬效果。柵條狀犁鏵在重粘性土壤或濕度較大的田塊作業時，能夠減少土壤在犁壁上的粘結，從而減小土垡的翻轉阻力。

北京德邦大為科技股份有限公司生產的水田滅茬犁，依靠液壓油缸控制地輪升降，最大升降距離14 cm，實現耕深快速調整。加長犁壁能夠改善翻土效果，提高殘茬覆蓋率。根據作業田塊及配套動力選擇合適數量的鏵式犁機組，58.8～73.5 kW 拖拉機可配套4-5 鏵的鏵式犁機組，單鏵犁耕作幅寬25～45 cm、耕作深度20～25 cm。

1.2 翻轉犁

翻轉犁也稱雙向犁，在犁架上安裝2 組左右翻垡的犁體，通過翻轉機構的轉向使2 組犁體在往返作業行程中交替工作，從而使土垡均向一側翻轉，減少拖拉機的空跑行程，提高生產效率。翻轉犁的類型較多，按與拖拉機掛接方式的不同可分為懸掛式翻轉犁、半懸掛式翻轉犁和牽引式翻轉犁；按犁架翻轉的驅動方式和翻轉機構的不同可分為機械（重力）式翻轉犁、氣動式翻轉犁和液壓式翻轉犁。懸掛式液壓翻轉犁的耕作適應性強、耕后地表平整、碎土和殘茬覆蓋性好，是一種應用較為廣泛、技術較為先進的翻轉犁類型。

液壓翻轉犁隨犁體增多，機組重量增大較快，機動性也相應變差。從犁組機動性、土壤適應性等方面考慮，58.8～73.5 kW 拖拉機可選擇3 鏵可調幅的液壓翻轉犁，作業時視土壤條件調整耕作幅寬和耕深，耕作幅寬一般為105～150 cm，耕作深度一般為22～28 cm。

1.3 圓盤犁

圓盤犁以球面圓盤作為工作部件，工作時，刀盤在牽引力和土壤反作用力的作用下繞刀軸回轉，土壤被切割和移動，沿盤面升起，并在刮土板的輔助作用下完成翻垡，能夠有效越過或避開較硬的異物，防止犁體損壞，相比鏵式犁具有不易纏草、通過性好、牽引阻力小等優勢，適用于稻草還田的重粘性土壤及綠肥種植田塊。

驅動圓盤犁是利用拖拉輸出動力帶動圓盤刀軸轉動，從而驅動圓盤犁體轉動，增強了圓盤切割稻草和土壤的能力，可以大幅提高生產效率，減小行進阻力。常州漢森機械有限公司生產了1LYQ-1030 型驅動圓盤犁以左右對稱式結構布置犁體，牽引線易于調整，可有效減小犁耕阻力，并可根據地塊條件進行折疊，實現不同的翻垡、埋茬效果。58.8～73.5 kW 拖拉機可配套使用8～10 盤的驅動圓盤犁，單鏵犁耕作幅寬一般為20～25 cm，耕作深度一般為20～25 cm。

1.4 犁旋一體機

犁旋一體機是為減少作業工序、縮短作業時長而將鏵式犁機組和旋耕機進行組合設計，能夠有效減少拖拉機下地次數、搶抓農時[8]。因結構較為復雜，犁旋一體機一般平衡性較差、調整困難、動力消耗大，且對于休耕曬垡的田塊耕翻后直接曬垡，短期內無須進行碎土作業，故此類型裝備建議有特殊需要情況下選配使用。

商丘市黃河機械制造有限公司生產的1LBG-620 型耕耙犁是一種較為新型的犁旋一體機，不同于傳統的鏵式犁組和旋耕機的直接組合，它是在每個鏵式犁的側后方布置一立式旋耕刀軸，根據不同的耕深要求，每個旋耕刀軸上安裝6～8 把旋耕刀，并通過與犁梁平行布置的動力傳動箱帶動旋耕刀快速旋轉，將鏵式犁耕起的土垡切碎。58.8～73.5 kW 馬力拖拉機可配套使用5-7 鏵的耕耙犁，單鏵犁耕作幅寬一般為20 cm，耕作深度一般為20～25 cm。

2 試驗研究

2.1 材料與方法

2.1.1 試驗概況

試 驗 于2019 年11 月18 日 至2019 年12 月10 日期間先后在吳江區同里鎮國家現代農業示范區（A 地）、吳中區臨湖鎮湖橋村（B 地）、相城區望亭鎮御亭現代農業產業園（C 地）三地進行。試驗地前茬作物均為水稻、土壤質地均為中黏土，地表除殘茬及秸稈外，無雜草等植被覆蓋，秸稈粉碎長度為10 cm，A，C 兩地留茬高度15 cm，B 地留茬高度40 cm。土壤含水率及堅實度情況如表1所示,其中B地試驗前1天下過小雨，故地表土壤含水率較高，但土壤依然較為堅實。

表1 試驗地土壤含水率及堅實度測定情況Tab.1 Determination of soil water content and compactness in experimental field

2.1.2 試驗設計

試驗機型除三地流動作業的德邦大為4440W型水田滅茬犁、漢美1LYQ-1030 分體對稱式驅動圓盤犁、魯耕1LFT-3A 型液壓翻轉犁外，還有在A 地固定作業的福萊德力1LY-425 型圓盤犁及旋威1LS525 型鏵式犁、在B 地固定作業的旋旺1LQY-925 型驅動圓盤犁，在C 地固定作業的普通四鏵犁（型號廠家不明），配套動力為M954KQ 拖拉機或5E-954 拖拉機。

2.1.3 試驗實施

試驗實施過程測定機具耕深、耕寬、翻垡率、埋茬率(數叢法)、生產作業效率，觀察并評價埋草效果、殘耕地高度、作業田塊適應性等情況。

2.2 結果與分析

2.2.1 耕深及耕寬

由表2 可知，4 款鏵犁中以1LFT-3A 型液壓翻轉犁的耕深最大、耕寬最小，其余3 款鏵犁耕深及耕寬均較為接近，而穩定性則以4440W 型水田滅茬犁為最佳。

表2 耕深及耕寬測定情況Tab.2 Determination of soil tillage depth and width

圓盤犁中則以1LYQ-1030 型驅動圓盤犁耕寬最大、最為穩定，耕深則均未達至15 cm，這是由于圓盤犁沒有垂直間隙，其耕深受土壤阻力影響有減小趨勢，在土壤含水率較小的田塊，僅依靠機組對土壤的壓力難以保證圓盤犁耕深穩定在合理范圍。

2.2.2 翻垡率、埋茬率

因耕深較淺緣故，兩款驅動圓盤犁耕后土壤不成條垡形狀，稻草及殘茬多覆于地表，無明顯的埋茬埋草效果，故未進行翻垡率和埋茬率測定。其余5 款機具作業后的翻垡率及埋茬率測定情況如表3 所示。除1LY-425 型圓盤犁的埋茬率低于75%外，四款鏵犁的埋茬率均在75%以上、翻垡率均在90%以上。

表3 翻垡率、埋茬率測定情況Tab.3 Determination of burying stubble rate and turning furrow slice rate

2.2.3 生產作業效率

由圖1 可知，因機組縱向長度小、機動性好、作業幅寬大等原因，驅動圓盤犁的生產作業效率明顯高于鏵式犁的生產作業效率。4 款鏵犁中，以4440W 型水田滅茬犁的生產作業效率最高，1LFT-3A 型液壓翻轉犁、1LS525 型鏵式犁及四鏵犁的班次小時生產率較為相近，其中，1LS525型鏵式犁耕寬較大而作業效率較低，是由于機手在駕駛機組作業時增加了臨接行的寬度，但因為駕駛路線規劃不盡合理，作業至田塊兩側最后一行程時往往會有較多的重耕等原因造成。

圖1 不同型號機具生產作業效率Fig.1 Production efficiency of different tillage equipment

2.2.4 適應性評價與分析

液壓翻轉犁的設計和引進是為了在往返作業行程中交替使用不同犁組，從而始終朝一側翻垡，以實現減少機具空跑行程的目的，然而，受田塊尺寸限制及農機手向田塊中央翻垡習慣的影響，機組調頭回至原位及上下翻轉犁體所耗費時間相對較長，作業效率難以充分發揮，且因其身重量較大，在含水率較高時容易引起機組下陷，耕深過大而行駛困難。圓盤犁雖具有防纏草和防壅土等優點，但受其自身結構限制，在土壤含水率較低的田塊作業時，其耕作深度難以保證，翻垡、埋茬效果受到影響，同時，耕后在溝底留有一定的凸起高度，對后續機插秧作業存在一定不利影響。犁選一體機可在特定情況選用，耕耙犁可在農作物秸稈機械化犁耕深翻還田試點工作進行試驗示范與推廣應用，可縮短作業流程，提高生產效率。鏵式犁易于實現深耕，翻垡及埋茬效果較好，但普通鏵式犁作業過程容易出現纏草或壅土等現象，影響生產作業效率；水田滅茬犁相比普通鏵式犁，除在耕深、耕寬、翻垡率、埋茬率、生產作業效率等方面具有一定優勢外，其耕后犁底較為平坦，不易因深耕等原因對后續機插秧作業造成不利影響。

3 結論與討論

犁耕作業質量關系到曬垡期雜草長勢、土壤有機質分布、后續作物長勢及產量等，為保障耕作深度及翻垡埋茬效果，冬耕曬垡應以鏵式犁作業為主，而在土壤含水率較大的田塊或復墾田塊，宜選用驅動圓盤犁進行作業。冬耕曬垡作業宜早不宜晚，在水稻收割完成后及土壤適耕條件下，即可開始犁耕作業，使翻起的土垡能夠有較長時間經受太陽暴曬和雨水沖蝕、底部架空層得到壓實、秸稈早腐爛、養分早還田。

冬耕曬垡是一項時間跨度大、影響因素多的系統工程，除配套成熟的冬耕曬垡裝備外，還應就曬垡期雜草處理、插秧前耕整地等方面，積極開展相關試驗研究，探索形成與當地生產條件相適應的冬耕曬垡技術模式。