牧草耕種管收全過程主要農機技術應用與展望

李祈康 劉元義

(山東理工大學，山東 淄博 255022)

1 牧草主要機械化生產環(huán)節(jié)

牧草的機械化生產以全程機械化生產作業(yè)為基礎支撐，強調農機農藝技術融合、機械裝備配套、生產環(huán)節(jié)銜接，重點要保證在有效的時間內完成割草和捆草作業(yè)，使牧草的營養(yǎng)價值和商品性得到提高。

主要生產環(huán)節(jié)包括機械耕整地、機械播種、機械噴灌、機械植保(增施葉面肥)、機械割草、機械翻曬、機械捆草、機械運輸和入草棚集垛；機械配套要以保證作業(yè)質量和生產效率為前提，根據裝備水平和生產規(guī)模選擇大型機械進行合理組合。

2 各生產環(huán)節(jié)主要農機具研究現狀

2.1 種子收獲機械

谷粒收獲機通常是在常規(guī)谷粒收獲機的基礎上，對其進行改造或替換，并改變某些工作參數，從而實現谷粒的收獲。

改造后的谷粒聯合收獲機在保持原收獲機性能的基礎上，進一步提高了草種收獲的工藝水平。從20世紀80年代初期起，我國就開始采用改良后的聯合收割機來收割草種。通過生產實踐證明，該方法生產效率高，改造成本低，能及時收獲，基本上可以滿足農業(yè)生產對草種收獲的技術需求，在我國已得到了較為廣泛的應用。

目前常見的牧草種子收獲機械采用割前脫粒技術，機器在前進過程中通過轉刷接觸牧草，牧草的種穗被自上而下進行梳刷，在轉刷絲沖擊力作用下，牧草種子與莖稈分離完成脫粒過程。同時，高速旋轉的轉刷帶動空氣流動，在采集通道形成負壓區(qū)，對牧草種子進行吸附，加強了牧草種子收獲的采集效果。

21世紀初，中國農業(yè)機械化科學研究院呼和浩特分院研制出9ZQ-2.7型苜蓿種子收獲機，由梳刷采集系統、輸送系統、沉降系統、傳動系統和風機系統等部分組成，其主要技術參數如表1所示[5]。

表1 9ZQ-2.7型苜蓿種子收獲機工作主要參數

表2 牧草主要的干燥方式

2.2 耕整地機械

建立人工草地必須將原草地進行完全耕翻，進行碎土、整地，達到種植要求后進行牧草播種。其機械化作業(yè)主要包括耕、粑、播、施肥、鎮(zhèn)壓等環(huán)節(jié)。目前，我國人工草地機械化工藝主要有以下3種。

2.2.1 耕—粑—播(施肥、鎮(zhèn)壓)工藝

用鏵式型耕翻草地，以消除草根層及耕松土層，根據草地土壤及草皮板結狀況，耙地數次，使土塊細碎，地表平整，進行播種。也可將播種、施肥和鎮(zhèn)壓用同一機器完成，或粑后進行鎮(zhèn)壓，以利于保墑，然后進行播種。該工藝主要適合于新疆、內蒙古、東北等北方地區(qū)草皮板結不太嚴重的退化草地。

2.2.2 旋耕—播(施肥、鎮(zhèn)壓)工藝

通過驅動型旋耕機高速旋轉刀齒的作用，對堅韌的草根、土層進行切割、拋扔及碰撞等，達到碎土和整地的目的，進行播種。也可將播種、施肥和鎮(zhèn)壓用同一機器完成，或粑后進行鎮(zhèn)壓，以利于保墑，然后進行播種。該工藝主要適合于青海、甘肅、四川等亞高山或高山草甸。

2.2.3 耕-旋耕-播(施肥、鎮(zhèn)壓)工藝

該工藝采用耕、旋耕聯合作業(yè)。在草皮層較厚(20～30cm)而土壤堅實度較低(平均3139～4120kPa)的情況下，先用鏵式型耕翻，再用旋耕機旋耕，旋耕后其地表質量基本滿足牧草播種要求；在草皮層較薄(10～12cm)而土壤堅實度較大(3924～4415kPa)、土層較厚的情況下，先用旋耕機破碎草皮，再用耕粑犁深耕碎土，也可滿足牧草播種要求。

2.3 牧草種植機械

牧草的播種特點：一般牧草種子含雜率高，籽粒小而輕，形狀不規(guī)則，有的還有芒、絨毛等，流動性極差。由于牧草種子輕而小，單位面積播量小，實現播量準確、均勻比較困難；由于牧草種子流動性差，易在種箱內出現種子架空或堵塞排種器而出現斷條。

為防止或減輕這些問題，國內外常用的方法有2種：對種子進行去毛和丸化，以達到表面光潔，增加其流動性；使用專門用于飼草的播種器。

牧草耕播機是我國結合國內退化草地的實際研制的一種牧草專用播種機，既可用于天然退化草地的牧草補播，也可用于已耕整地的人工草地的播種。如，9BC-2.1型牧草耕播機，其工作幅寬為2.1m，行距為350mm，行數為6行，配套拖拉機動力在40kW以上，該機基本能滿足我國大多數優(yōu)良牧草的播種要求，特別是對帶芒、絨毛等流動性差的牧草種子適應性好，對不同播種量要求的牧草能實現按比例定量、分層混播。該機可一次完成松土、碎土、開溝、播種、覆土、鎮(zhèn)壓等作業(yè)。根據混播要求，將不同草種分別放入大、小種箱，按各自要求的播量調整好槽輪的工作長度或排種軸傳動比，即可進行混播作業(yè)[2]。

2.4 牧草場植保機械

水肥噴施機構可以分為3大類：移動式噴灌機組，固定管路式噴灌機組，大型自動式噴灌機組。

在我國，將毒餌撒施在草地表面的毒餌撒播機和將毒餌撒施在機器打出的洞內的草原滅鼠投餌機(基本上已經被市場淘汰)。用于草原滅蟲的機械是一種超低量噴霧機，是一種將殺蟲藥液以細霧狀噴灑在植物上的超低量噴霧機(只適用于中小規(guī)模的草原)。現在，針對牧草地的滅蟲或滅鼠，都是采用無人機或飛機來進行，其滅效比較高，可以達到80%。做好草原鼠害防治工作，是防止草原退化，保障草原可持續(xù)發(fā)展，推動草原畜牧業(yè)發(fā)展的關鍵。

2.5 牧草收獲及調制機械

割草機械按動力連接方式不同分為牽引式、懸掛式、半懸掛式和自走式。按切割原理不同可分為往復切割器式和旋轉切割器式2種。按用途不同分為普通割草機和割草調制集條機。

往復割草機是最早使用的。該技術適合于自然牧草的采收和放牧，割茬較低，草料損耗較小，易于調節(jié)和利用，其發(fā)展歷程是由畜力向機械牽引、由牽引到懸掛。其發(fā)展方向是提高產量、提高推進速率和增大切割幅度。增大切割幅度會增大金屬的消耗，從而使推進速度更具優(yōu)勢。但是，為了確保切削品質，需要在加工過程中增加刀具的速度。由于切削速度的提高，使割刀的往復慣性力大大增強，機械振動和機械零件的損傷，在切割高產或潮濕的牧草時，經常出現卡刀。盡管存在上述缺陷，但該割草機仍然被廣泛應用于國內外，并已批量生產，并在不斷改進。改進后的雙動往復式切割機既能有效地抵消振動，又能有效地減少橫向應力，又能極大地改善割草的平穩(wěn)性[1]。

圖1 單刀后懸掛式割草機

圖3 小型圓盤式割草機

圖4 旋轉式割草機構

1.撥禾輪；2.切割器；3.輸送器；4.壓扁器(壓輥)；5.發(fā)動機；6.膨松板圖5 John Deere自走式割草壓扁機原理圖

1.密度調節(jié)器；2.輸送喂入器；3.曲柄連桿機構；4.傳動機構；5.牽引裝置；6.壓捆室；7.撿拾器；8.撿拾器控制機構圖6 方捆撿拾壓捆機構造原理

圖7 圓草捆撿拾壓捆機工作流程圖

在工作時遵循無支撐切割的原理，在刀盤上安裝有旋轉切割器刀片，在割草時，刀盤旋轉帶動刀片旋轉進行割草。相對于往復式割草機，有著不需要慣性力平衡，工作時機器振動較小的優(yōu)點，并且結構比較緊湊，使用起來比較可靠，幾乎不存在堵刀的現象，機器隨拖拉機前進的工作速度也較高，可以達到10～18km·h-1。適用于收割高產、茂密、濕度較大的天然牧草和種植牧草，對倒伏嚴重的牧草也能夠進行很好的收獲。但是同樣相較往復式割草機而言，也存在著功率消耗大，割茬不整齊，碎草多等缺點[9]。

為了加速牧草干燥，通常在制下牧草后隨即進行壓扁、彎折，或沖擊和梳刷，以促進秤內部水分蒸發(fā)，使牧草干燥均勻迅速，減少收獲損失。這些調制機多與割草機配合使用。

目前使用的割草壓扁集條機的形式很多，主要有以下幾種類型。

自走式割草壓扁機。現以美國John Deere 自走式割草壓扁機為例進行說明。該機在割草時，利用壓扁器將牧草莖稈擠壓成波形，均勻鋪放在割茬上，形成蓬松草條，便于通風干燥。可與撿拾壓捆機或撿拾集朵機等牧草收獲機械配套使用。該機由收割臺(包括撥禾輪、切割器、輸送器)、壓扁器(壓輥)、發(fā)動機、膨松板等組成。工作時，牧草在撥禾輪引導、扶持下，被切割器切割，鋪放在割臺上，由輸送器將作物輸送到中間窗口，由窗口落下的牧草經壓輥撿拾碾折調制后均勻地條放在割茬上。

旋轉式割草壓扁機。收獲高產量牧草或者是在較小的牧草場進行作業(yè)時使用，牧草被切割器割倒，隨后由對輥式壓扁器壓扁和彎折，通過集條板形成較為均勻的草條，鋪放在割茬上。

兩次壓扁的切割壓扁機。將切割器割下的牧草，由2對不同的壓輥進行連續(xù)的壓扁以及彎折。第1對壓輥為帶槽的彎折輥，第2對為光滑壓輥，這種方式能夠提高干燥速度和牧草的消化率，但田間損失較大。

旋轉式割草調制機。為適應多雨、潮濕地區(qū)牧草調制的需要，于20世紀70年代中期西歐一些國家研制出了旋轉式割草調制機。其不是依靠壓輥強制壓扁基秤，而只是刮擦其表面的蠟質層，因此保持了其生物組織結構強度，基稈變形不大，所以損失較小。

2.6 干燥機械

將飼料的烘干過程劃分為不同的生理和生物化學階段。將牧草刈割后晾曬到含水率在40%左右的這個時期叫作生理學時期，在這個時期，損失的大部分是自由水，而牧草的水分則主要通過氣孔和維管系統流失，并且干燥速度很快。同時，因為細胞是活躍的，會持續(xù)地從牧草中吸收養(yǎng)分來維持其生理活動，所以，加速這一時期的水分散失，可以有效地降低養(yǎng)分的流失，縮短脫水時間。

第2個時期是生化時期，在這一時期，植株的生理功能基本喪失，而在這一時期，主要由蛋白酶進行生物化學過程。隨著時間的增長，可溶性蛋白質、細胞內纖維素、葉綠素、胡蘿卜素等可溶性營養(yǎng)素的含量迅速降低。所以，在生物化學時期，為了確保飼料的營養(yǎng)質量，應該加大降水量，減少日曬和雨水的沖刷。目前，天然干燥、熱風干燥、高溫熱風快速干燥和太陽能干燥等方法已被廣泛應用，但對其它方法(如紅外干燥)的干燥特性的研究還很少。

目前，國內外對飼草熱風干燥的研究多側重于對飼草干燥性能及質量的影響，對飼草干燥裝置的研究很少。近年草捆的熱風干燥以管式制干機為主。

20世紀80年代由荷蘭研制的AS-25型滾筒烘干機，是我國最早引入的一種烘干設備。目前，我國部分滾筒干燥裝置的研究與開發(fā)，均是借鑒其總體結構，并根據其工作原理，對滾筒干燥裝置進行了改進與優(yōu)化。現在的核心元件主要是單回程轉筒或三回程轉筒[7]。

貴州農學院于1989年成功開發(fā)出我國首套用于飼草的高溫、速干裝置：100型人工速干裝置。該裝置為單桶干燥機，干燥機產量僅100kg·h-1(初始含水量70%)，效率較低，無法滿足產品加工要求。

中國農大王光輝課題組自主研發(fā)了三回路轉鼓式牧草高溫快速干燥裝置，可使高稈牧草起始含水率達76%，終含水率低于17%，3～5min即可完成，產量達2.74t·h-1，可滿足高稈牧草高效、高效、低成本的要求。特點是生產率高，干燥行程長，能處理高水分含量的物質，但由于初期水分含量高，干燥費用高。采用預先干燥的方法，可以減少原料的初始水分含量，這對提高裝置的生產效率和減少能源消耗有很大的幫助。所以，對于不適合在野外晾曬的高含水量牧草來說，聯合干燥是一種行之有效的干燥方式[7]。

2.7 打捆機械

目前草場牧草收獲比較先進的方法中就包括成捆收獲。這不僅有利于減少牧草收獲后在加工和運輸中的損失，還能夠顯著提高牧草質量。因為牧草在打捆后的密度較大，大幅度縮小了收草體積，便于后續(xù)的運輸、貯存和飼喂，牧草的商品化可能性也得到提升。因此，牧草行業(yè)成捆收獲法發(fā)展很快。分類和特點如下。

按照牧草捆的打捆形狀可分為2種：圓捆打捆機和方捆打捆機。方捆牧草打捆機相較于圓捆牧草打捆機而言，其所打草捆體積較小，密度較大，方便運輸或者搬運，便于機械化裝車和卸載，對很多種類的牧草適應性都較強；圓捆牧草打捆機效率較高，結構比較簡單，在使用和調整時比較方便，并且所打出的牧草捆可進行長時間的露天存放，大多適用于勞動生產力較低，規(guī)模比較大且后續(xù)運輸距離較長的大型農牧場。

按作業(yè)方式其由撿拾器、輸送喂入器、壓捆室、密度調節(jié)器、打捆機構、打捆控制器、曲柄連桿機構、傳動機構和牽引裝置等組成。可分為固定式壓捆機和撿拾壓捆機。撿拾壓擱機又分為牽引式和自走式[6]。

工作時，從拖拉機動力輸出軸將動力傳至壓捆機，機器沿草條前進，由撿拾器彈齒將割茬上的牧草撿拾起來并連續(xù)地輸送到輸送喂入器內，輸送喂入器把牧草喂入壓捆室，被往復運動的活塞壓縮成形，當草捆達到預定長度時打捆機構開始工作，并將壓縮成形的牧草打成捆，捆好的草捆被后面陸續(xù)成捆的牧草不斷推向壓捆室出口，經放捆板落在地面上或經拋扔機構拋入拖車車廂內。

牧草撿拾圓捆機的成捆原理有2種：內纏繞式，其成捆原理的機種有長膠帶和鏈柵式。其草捆形成過程是形成草芯，長膠帶或鏈柵始終壓包著草捆，隨著不斷喂入草條如滾雪球似的逐漸卷成圓草捆。外纏繞式，其成捆原理的機種有短膠帶和滾子式。這2種圓捆機具有固定的成型空腔，草捆形成是開始喂入的牧草為膨松狀態(tài)，而后逐漸成圓草捆。但滾子式圓捆機碎草率高，適用范圍小[6]。

2.8 青貯飼草收獲機械

在許多牧草場上，進行摟草和撿拾壓捆的前提是使牧草的濕度降到15%及以下。為了和牧草含水率相匹配，目前市面上的壓捆機都是基于這個含水率的牧草所制作。

為了提升機具的應用效率和調制牧草的方法，可以采用人工干燥方法，如適時使用熱風式烘干機。在這種方法下，壓捆作業(yè)的時機就可以選取在草場上牧草濕度為40%～50%時，或者將濕度更高的牧草在壓捆后進一步進行青貯飼料的加工。如圖8為山東農業(yè)大學研制的一種青貯飼料聯合收獲機。

1.草捆；2.打捆裝置；3.開倉油缸；4.集草箱；5.拋送裝置；6.駕駛室；7.多功能監(jiān)控顯示器；8.一體式割臺；9.割臺懸掛裝置；10.操縱系統；11.駕駛臺；12.靜液壓驅動系統；13.液壓系統；14.發(fā)動機；15.底盤驅動系統；16.喂入裝置；17.懸掛裝置；18.卸捆導板圖8 青貯飼料聯合收獲機結構原理

青貯的優(yōu)點：通過對青貯的合理利用，不僅可以提升牲畜管理中的效益，還可以減少很多的營養(yǎng)投入成本等。牧草進行收獲后直接晾曬或者使用機器干燥，在干燥的過程中，大量的營養(yǎng)物質會經過機器的破壞，雨淋日曬等進行無意義的消耗。而消耗掉的大量粗蛋白、維生素、水分等對產乳牲畜而言是非常重要的，也是不可或缺的營養(yǎng)成分。而青貯飼料在制備后，粗蛋白損失較干燥時減少40%左右，維生素幾乎不會流失。因此使用青貯飼料作為產乳牲畜的主要飼料來源，對于增加產乳量效果十分明顯。通過青飼料聯合收獲進行牧草青貯省大量的資金投入，不受雨季的限制，可隨打隨貯，可以長期保存牧草，廣開飼料來源[3]。

3 結論與展望

本文總結了現階段牧草收獲全流程所用到的主要農業(yè)機具及其部分原理，對牧草全流程生產作業(yè)過程進行了概括，主要涉及牧草生產環(huán)節(jié)包括機械耕整地、機械播種、機械噴灌、機械植保(增施葉面肥)、機械割草、機械翻曬、機械捆草、機械青貯等。

對于我國牧草產業(yè)的發(fā)展，要努力做到將牧草產業(yè)轉變?yōu)檗r民主要收入來源的產業(yè)發(fā)展，使我國牧草機械化成為草業(yè)從業(yè)者脫貧的有效途徑；國家務必做到以機械基礎性研究為重心，以培養(yǎng)儲備人才、增強科研水平為動力，加快推動機械化發(fā)展，堅持引入國外先進牧草機械設備，堅持培養(yǎng)本國相關專業(yè)技術人員，不斷對自主創(chuàng)新能力和操作水平進行提升；快速將產生的牧草產業(yè)先進技術轉化為現有的生產力，對牧草產業(yè)機械進行大力宣傳和推廣；政府相關部門應給予政策和資金進行進一步的扶持，鼓勵相關機械企業(yè)不斷進行技術創(chuàng)新，只有研發(fā)出符合我國國情的草業(yè)機械設備，才能對我國草業(yè)機械化的快速發(fā)展起到促進作用。