秸稈機械化粉碎技術特征與專用機具研究進展

王雅明，袁國倫

(雅安職業技術學院，四川 雅安 625100)

0 引言

農作物秸稈的高效利用對于實現生態環境保護與農業資源的循環發展具有重要意義。在傳統農作物秸稈處理中，大多數地區仍然以秸稈焚燒為主要的處理方式。秸稈焚燒，不僅會造成大氣環境的污染，還會對土壤中的微生物及土壤動物帶來一定的傷害[1]，造成土壤板結、土壤肥力下降等，不僅造成了環境壓力，還會削減農作物秸稈的價值。

隨著我國保護性耕作技術及相關農業保護措施的大力推進，目前秸稈主要利用方式為秸稈粉碎后還田，通過秸稈在土壤中的發酵腐解，秸稈釋放養分，達到提高土壤有機質與養分含量的目的，還可以改善土壤理化結構、提高土壤通氣性，為作物生長提供一個良好的土壤環境，實現作物的提質增產。秸稈機械化技術是提高秸稈綜合利用效率的重要途徑之一，秸稈機械化粉碎還田可以提高田間工作效率，為秸稈還田技術的高效應用提供技術支撐。

通過分析秸稈機械化粉碎技術的研究意義，對目前秸稈機械化粉碎技術及相關農機具的研究現狀進行闡述，提出未來秸稈機械化粉碎及農機具的發展趨勢與重點，旨在為提高秸稈機械化粉碎效率提供技術參考，對于推動農業資源綠色循環發展提供理論基礎。

1 秸稈機械化粉碎技術及機具的意義

我國農作物種類豐富，秸稈來源較多(圖1)，因此，加快秸稈綜合利用技術應用對于提高我國農業綜合實力、緩解巨量秸稈帶來的環境壓力具有積極意義。秸稈還田已經成為我國沃土工程及豐收計劃的重要內容之一，成為一種農業增產增收的重要技術措施，能促進農業資源實現優化配置與高效利用，提高耕地肥力，增強農業持續穩產高產。

圖1 我國主要秸稈類型及占比示意圖

秸稈利用方式主要包括基料化、原料化、堆肥發酵處理、燃料化、飼料化及秸稈直接還田，從圖2可以看出，秸稈直接還田是目前應用最為廣泛、也是處理最為簡單的一種秸稈還田方式。秸稈機械化還田是采用機械將收獲后的農作物秸稈粉碎翻壓入土或直接均勻的拋灑在土壤表面，使秸稈在土壤中發酵腐爛，可改善土壤團聚體結構，具有保水、保肥、保溫、提高土壤通氣性的目的，土壤有機質含量升高，土壤微生物菌群及土壤酶活性得到有效提升，機械化還田與人工處理秸稈相比，工作效率提高了35～120倍。在農業生產時，可以進行秸稈的有效處理，減少生態環境污染。增強土壤肥力，達到作物提質增產，提高農戶收入的目的，具有良好的生態效益、經濟效益與社會效益[2]。

圖2 我國農作物秸稈綜合利用情況統計圖

由于秸稈數量巨大，用途較為廣泛，秸稈是未來再生能源的一個重要組成部分，隨著世界能源的逐漸消耗與匱乏，秸稈作為一種可再生資源在未來能源市場上占據重要的地位，除了上述的直接還田方式外，還可以將田間秸稈收獲、儲存、運輸后進行深加工，主要加工流程如圖3所示。將玉米秸稈、小麥秸稈、棉花稈、花生殼、玉米芯、牧草、麥秸等秸稈制作為“生物質炭”，可以代替傳統的木材、煤炭、液化氣等廣泛用于生火取暖、城市供熱等。成型后的秸稈煤炭具有體積小、比重大、耐燃燒、便于運輸和儲存等特點。使用秸稈煤炭燃燒后可以實現CO零排放，NO微量排放(約214 mg·m-3)，SO排放約246 mg·m-3，遠低于國家標準要求，減少環境壓力。秸稈煤炭燃燒后的灰分還可以回收作為鉀肥實現資源的高效循環。目前，還可以利用相關裝置將秸稈進行烘干、碳化、氣化和煙氣過濾等作業工序，制備成為木蠟油與木焦油，用于制備各種生物質能源，代替傳統機油與化學藥劑，實現農業資源高效利用的同時減輕傳統工業造成的資源消耗與環境污染，實現農業綠色可持續發展[3]。

圖3 秸稈深加工技術模式示意圖

2 秸稈機械化粉碎技術及專用機具結構特點

秸稈機械化處理相關農機具主要包括秸稈粉碎還田機、秸稈滅茬機、秸稈打捆機，秸稈粉碎還田機主要是進行田間秸稈直接粉碎還田，秸稈打捆機主要是在田間作物完成收獲后，對田間作物秸稈進行撿拾、粉碎、揉搓、除塵、打包，為后續秸稈收儲運及運輸加工提供基礎。

2.1 秸稈粉碎還田機

該機型是目前秸稈最直接的處理機具。可以與大型聯合收獲機配合使用，也可以將秸稈收獲后單獨進行秸稈粉碎。秸稈粉碎還田機主要包括秸稈的喂入機構、拋送機構、傳動機構、行走機構及防護裝置。可以將秸稈粉碎后直接拋灑在土壤地表或者配合深松機或旋耕機將地表秸稈翻至土壤下方，更好地保證秸稈在土壤中的發酵腐解[4]。

2.2 秸稈滅茬機

隨著保護性耕作技術的逐步推進及大力發展，土壤長時間不進行旋耕整地，加之大量秸稈覆蓋在土壤地表，秸稈根茬不利于作物的出苗，為了在保護性耕作基礎上提高改善作物生長環境，秸稈滅茬機被廣泛應用。按照工作類型主要分為單軸滅茬機及雙軸滅茬機，由于單軸滅茬機在較大面積的耕地土壤環境中耕作質量較差，目前主要以雙軸滅茬機為主。

2.3 秸稈打捆機

秸稈打捆機關鍵零部件主要包括飛輪、撿拾機構、粉碎室、壓縮室、拔叉、喂料室等，在進行田間工作時，首先通過撿拾機構對田間秸稈撿拾并輸送至喂料室，隨著拔叉的運動逐漸將秸稈輸送至粉碎室與壓縮室之間，對作物秸稈進行壓縮、打捆，成型后的塊狀秸稈最后被輸送至田間，方便后續秸稈的深加工、運輸及儲存。

3 秸稈機械化粉碎技術及專用機具存在的問題

3.1 秸稈粉碎機械保養維修體系不健全

提高農業機械使用可靠性及使用壽命的重要措施之一是定期進行農業機械的保養與維護，可以減少農業機械在田間作業時的故障發生概率，但是由于農戶對于農業機械保養意識較為薄弱，導致農業機械使用后不能及時進行保養與維護檢查，對于老化、磨損的農機配件不能及時發現與更換，加劇了農業機械零部件的磨損程度。由于秸稈粉碎機械一年中使用周期短，使用后需要長時間的停放，因此，要定期對秸稈粉碎機械進行檢查，如電池電源、插座及插頭是否連接完好，零件之間連接是否牢固，保持機械表面干凈，防止零件發生銹蝕。

另一方面，應該加強農業機械操作人員的定期技術培訓與安全教育，防止農業機械事故的發生，例如，在田間進行秸稈粉碎時，如果遇到機械故障，一定要切斷電源后再進行檢查，未成年人、老年人、酒后等人員禁止進行秸稈粉碎機械的操作與使用，長頭發女性在操作機械時，應該佩戴安全帽。

3.2 機械配套性及通用性較差

由于我國農作物種類豐富，作物種植面積廣泛，東北、南方、中部平原地區、西南及西北地區都有種植，但是由于氣候條件、作物種類、種植模式差異較大，造成秸稈機械化粉碎機具在不同地區使用時，田間工作性能與作業效率差異較大，同一種作物不同品種使用同一臺秸稈粉碎機工作性能發揮程度不相同，不同種植參數與地理環境都會對秸稈粉碎機作業參數提出不同的作業要求。因此，在進行秸稈粉碎機及配套農機具研制時，綜合考慮農藝技術會提高研制效率與工作可靠性，提高機械的配套性與通用性，可以降低生產成本，對于在不同地區推進秸稈粉碎技術及相關農機具具有重要意義。

3.3 秸稈粉碎程度低，田間腐熟困難

根據我國農業生產相關農藝要求規定，秸稈粉碎后長度≤10 cm[5]，但是由于秸稈粉碎機械工作效率及配套零部件功能較差等因素，導致在實際農業生產中很難達到該標準。秸稈較大，進入土壤后不能與土壤很好地融合進行發酵腐解，不僅不能起到培肥地力、提高土壤有機質及養分含量的作用，由于秸稈中的病菌及蟲卵不能被有效殺死，在土壤中大量滋生，在進行后期作物種植時，會加重病蟲害的發生概率與程度。針對以上問題，相關學者提出將秸稈進行碳化后還田，碳化后的秸稈不僅解決秸稈發酵腐解不完全的問題，還能使秸稈附著面積增大，更有利于養分進入土壤，提高土壤有機質含量。

4 秸稈機械化粉碎技術及專用機具的發展方向

目前，關于秸稈機械化粉碎技術及其加工技術理論體系與工藝研究較為完善，為了實現秸稈綜合利用技術的效率提升與大面積推廣使用，提高秸稈機械化粉碎機械的工作性能是提高田間作業效率的主要基礎條件。但是目前我國關于農業機械設備的自主研發能力較為薄弱，引進的國外樣機不適宜于我國種植模式的發展要求，大量借鑒國外技術導致我國自主研發水平缺乏創新性與市場競爭力，機械的關鍵零部件、電子元件及高精度技術研發能力不足。未來應該以我國實際生產模式為主要研究背景，以農機與農藝技術為發展前提，進行適宜我國生產模式的相關機械研制，提高整機品質與工作效率，提高秸稈機械化粉碎機具的田間工作效率，實現我國農作物秸稈的機械化利用與農業機械化整體裝備水平的提升[6]。

5 結語

秸稈粉碎機械化技術及其配套農機對于提高秸稈綜合利用水平具有重要意義，是提高農業生產效率、降低勞動強度、減少環境污染的重要基礎條件。本研究基于秸稈粉碎機械化技術及其配套農機具的發展現狀及應用情況進行論述，目前秸稈機械化粉碎技術存在工作效率低、秸稈粉碎程度達不到農藝要求、配套農機具的通用性及創新性較差問題。未來應該加強秸稈機械化粉碎技術及其配套農機具的研發力度，研究適應不同地區發展的秸稈粉碎機械，研究結果對于提高秸稈機械化粉碎效率、實現秸稈綜合利用、推動我國農業綠色可持續發展具有重要意義。