麦田耕整不同作业方式对比试验及探讨

1、河北省农机修造服务总站 江光华 童红欣 刘志刚 冯佐龙2、河北省保定市农机工作站 宋林平 3、河北省深州市农机局 魏学东

近30年来，河北省麦田旋耕一直占主导地位。旋耕作业的明显缺点是耕深较浅。据调查，我省多数耕地耕层厚度为10～12cm，最小的只有8cm。常年单一旋耕作业，再加上联合收获机等大型机具的往复碾压，造成犁底层加厚、上移，影响了土壤水肥气热的上下循环，不利于作物根系下扎与发育。

近几年，我省大力推广农机深松整地作业，但是相关应用研究不多。铧式犁是最为传统的耕地机具，具有覆盖好、耕层深的优点，也有墒沟大、工作效率低的缺点。随着土地流转适度规模经营和大马力拖拉机的出现，对土地产出率、农业节本增效、节能减排的要求越来越高，如何确定适宜的耕整方案，在土壤耕层不断加厚同时，适当减少表层秸秆量，便于小麦出苗与镇压抗冻，显得越来越重要。为此，我们选取我省耕地机械使用量较大的深松机、旋耕机、铧式犁和驱动耙等不同耕整作业形式，开展主要技术经济指标试验对比，为机具选型、确定最佳耕整方案，促进耕作方式改革提供依据。

1 试验方法与条件

1.1 试验测试指标

测试分为台架测试与田间测试两个部分，主要有经济指标，包括作业效率、亩耗油量；作业深度，细分为深松深度、旋耕深度、犁耕深度、旋耕整地深度等。

1.2 试验方法

采用在同一地块试验对比的方法，并尽量与实际作业情况基本相同。

（1）地块面积：每块地分若干小区，每小区面积在3亩左右，与农户实际地块面积接近。

（2）作业时间：机组进入地块作业开始计时，作业完成停止计时，其中包含纯作业时间和地头转弯时间。

（3）油耗测量采用加油机加油法：机组进入地块作业前先将油箱加满，作业完成后再将油箱加满，计算两次加油差为耗油量。

1.3 试验机具情况

试验机具与配套动力等情况见表1。

表1 作业机具与测试指标

1.4 试验地等情况

试验地点在深州市西木左村，试验地壤质为轻壤土，地势平坦、地表无土块秸秆堆积。

2 试验结果

不同试验作业模式与试验结果见表2。

表2 作业情况汇总表

3 机具作业分析

3.1 深松机作业分析

单一功能深松机工作原理：利用凿式深松铲头和翼铲将其前部的土壤向前上方抬起，这些土壤在挤压、扭转、撕裂等力量的作用下发生塑性变形实现土壤的松动与破碎，在深松铲通过以后被抬起的土壤又在重力的作用下向原处回落，使土壤得到进一步的细碎。这样就达到了松动土壤但不打乱土壤耕层的目的。深松后一般需要旋耕整地，达到待播状态，也可利用免耕播种机直接播种。

深松形成的深松沟是一个上大下小的近似梯形形状。由于土壤自然撕裂的阻力会明显大于金属部件切削土壤的阻力，所以深松铲在向前上方抬起土壤的过程中，工作阻力会大于旋耕刀和铧式犁等工作部件，功率消耗就会较高；但是由于不翻土垡，其综合工作阻力和功率消耗低于铧式犁。

3.2 旋耕机作业分析

旋耕机的耕作部件旋耕刀，以螺旋线的形式安装在刀轴上，工作时旋耕刀依次对土壤进行切削，每把刀切出的土壤是一个上大下小、带有弧度的楔形垡片，垡片前面和一个侧面由旋耕刀的弯刀与直刀面在未耕地上切出。由于土壤的塑性，垡片在切削过程中发生断裂与破碎，垡片切削下后，在旋耕刀的带动下继续沿圆周运动及在离心力作用下，土垡之间、土垡与导流罩部件之间碰撞、破碎，形成细碎土壤。旋耕机作业的最大特点就是兼有耕翻和碎土的效果，并实现了上下土层的充分混合，得到一个等深的土壤耕作层，达到待播状态。

旋耕作业时，土壤垡片被旋耕刀滑切下来，滑切阻力相对来说小于土壤撕裂阻力，是一种功率消耗较小的方式。但是由于旋耕刀的工作速度较快（ 250～400r/min），同等阻力下速度越快功耗越大，而且垡片向后运动时土壤细碎过程的功率消耗也要比铧式犁和深松铲工作时的土壤回落功率消耗大。综合来看，由于旋耕要得到较好的耕后效果，其功率消耗并不会比深松降低太多。

当旋耕机作为整地机具工作时，其工作原理不变。在对深松作业后的地块整地作业时，由于间隔深松已将部分土壤进行松动，旋耕刀部分在已耕地工作，部分在未耕地工作，工作阻力明显小于在未耕地上的旋耕作业，使得整地深度有所加深。同样由于间隔深松的原因，造成了旋耕作业中每把旋耕刀的工作阻力不同，破坏了工作阻力的均匀性，加大了冲击阻力和脉动性。综上分析，可以看出深松作业后地块上的整地作业，与旋耕作业后的地块整地或深松旋耕联合作业后的地块比较，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 铧式犁作业分析

铧式犁是最为传统的耕作机具。其工作原理是以土垡翻转扣垡为基础，犁铧工作时由铧刃和胫刃却出沟底和沟壁，形成一个长方形土垡，土垡在犁体曲面作用下向右翻转扣垡，实现耕翻。铧式犁的耕作特点：一是可以将表层的秸秆、杂草翻入耕层底部，优化了种床环境，利于小麦出苗与越冬，同时将土传害虫的虫卵翻上地表，便于冬季冻死；二是容易实现较大耕深，有墒沟不利土地平整；三是容易形成较坚硬的犁底层。

铧式犁的三个工作面均有刀刃切出，在土垡形成时，切土阻力较小，但在随后的垡体抬起翻转过程中，仍然需要消耗大量的动力。综合来看，在相同耕作截面面积的情况下，铧式犁切土阻力及其功率消耗是比较小的，但是由于其耕深较深，土垡翻转扣垡阻力大、耕作截面面积（动土量）最大，所以其功率消耗最大，工作效率最低。

3.4 动力耙作业分析

动力耙的主要工作部件是一排立轴转子，每个转子装有两个直立耙刀（钉齿）。工作时转子一边转动一边前进，碰击土块，使耕层土壤松碎。动力耙主要用于为铧式犁配套整地，由于动力耙是横向搅动土壤，不打乱土壤上下层的结构，可以防止底层的秸秆杂草重新翻动到上层，影响播种质量。

3.5 深松旋耕联合作业机

深松旋耕联合作业机的工作过程是深松机和旋耕机整地的结合，不再赘述。需要说明的是，由于该机深松旋耕同时进行，在很大程度上减小了旋耕机整地过程中的冲击阻力和脉动性，有利于功率消耗和耗油量的降低，机具作业较平顺。

4 结论

4.1 机具耕作阻力和耗油量主要取决于耕作截面积（动土量）的大小

通过机具作业分析和试验结果可以看出，耕地截面积（动土量）与油耗成正相关，深松、旋耕耕作的截面积相近，油耗也相近；铧式犁作业的耕作截面积最大，油耗也最大。二次旋耕整地时油耗同样也与耕作截面积成正比，但是这个截面积由未耕地与已耕地组成，未耕地的工作阻力要大于已耕地的工作阻力。

4.2 深松作业优势明显，适应当前生产力水平，应继续给予支持与推广

深松作业与旋耕相比，局部工作深度可以达到25cm，可有效打破犁底层，土壤改良效果非常明显，但其耗油量与旋耕相比增加不多，而且深松作业还可以明显增加旋耕整地的深度、增厚耕层，有利于农作物的生长。深松与犁耕相比，配套动力要求低，耗油量明显较少、作业成本低，工作效率更高、农时消耗较少，农民易于接受。从机具作业费角度分析，我省旋耕两遍需50～60元 /亩（ 旋耕一遍 30～35元 /亩），犁耕 35～40元/亩，与此对比深松适宜收费应在30～35元/亩左右。由于深松作业不是耕整地作业的必要环节，农民没有应用习惯，为了继续发挥其突出特点，应继续实施作业补贴，使其逐步成为耕种作业中的习惯环节。

4.3 旋耕简单实用，仍为主流；犁耕特色鲜明，视情选用

旋耕机和铧式犁作业都具有非常明确的优缺点。在今后一段时间内，旋耕作业的简单实用仍然不可替代，还会是主要的耕地方式；为了克服旋耕耕层浅的缺点，应每2-3年配合一次深松作业。犁耕作业的耕层厚、覆盖好的特点无以可比，特别是在农作物产量高、秸秆量大的情况下，耕翻可以将秸秆翻压到底层，利于提高播种质量；可以将土传害虫的虫卵翻上地表，利于冬季冻死，为农作物提供良好环境，在家庭农场、种粮大户、农业合作社等规模经营的的情形下，具有非常好的推广前景。犁耕作业的整地与动力耙配合较好，这样可以避免旋耕整地时将底部的秸秆再次搅动到顶层。

4.4 深松旋耕联合作业综合性能较好

在深松作业多种模式中，由于单一深松作业模式便于补贴操作，近年来应用面积不断增加，并已成为我省的主要作业形式之一。如果在配套动力能够充分保证的情况下，深松旋耕联合作业模式虽然工作效率略低（对比旋耕和旋耕整地作业），但是其耗油量要明显低于深松后再旋耕整地的分步作业模式，这主要有两个原因，一是减少了作业中的冲击阻力和脉动性，二是减少了机具多次作业中产生的空耗；另外，联合作业减少一次机具进地作业，减少农时消耗，增加作物生长积温。

4.5 铧式犁、驱动耙耗油量可能比正常作业偏高，但其绝对耗油量较大的趋势并未改变

本次试验中，铧式犁、驱动耙的配套动力较大，工作深度比其设计工作深度小，存在大马拉小车的问题，使得两种机具的耗油率可能比正常作业高，但是由于耕地和整地作业后的截面积明显大于深松与旋耕作业的截面积，其工作阻力大、功率消耗高的事实是可以理解的。

4.6 凿式深松铲上翼铲对功率消耗和作业效果影响明显

在本次试验的同时，对其它类型的深松机具进行了同步试验。通过深松多层施肥播种机作业的试验数据表明，在深松深度25cm、深松行距60cm、深松铲（不带翼铲）宽度4cm的情况下，作业效率为20亩/小时左右，耗油量为0.7L/亩左右。由此对比试验数据表明，带翼铲的深松机耗油量明显增加。我省根据有关标准的规定，要求凿式深松铲型的深松机和深松旋耕联合作业机必须带有翼铲，但并未对翼铲的安装高度提出明确要求。通过试验发现，当翼铲安装高度（凿式深松铲头部至翼铲的垂直距离）在3cm以下时，翼铲基本处于犁底层的下部，翼铲宽度基本上就是深松沟底宽度，此时破除犁底层的效果最为理想；当翼铲高度在7cm左右时，翼铲处于犁底层中，深松沟为阶梯形，打破犁底层效果有所减弱，但是功率消耗却比没有翼铲时增加较多，此时翼铲松动过的土壤大多数会被旋耕整地重复作业；当翼铲安装高度在10～12cm以上时，翼铲就会处在犁底层以上工作，并且处于深松铲头部形成的深松沟内，基本不会增加深松沟的宽度，对于打破犁底层没有增加效果，只是对深松沟上部的土壤进行了二次细碎而已。所以，建议将翼铲的安装高度规定在3～5cm范围内，以提高深松效果。如果不便于规定翼铲安装高度，推荐采用箭形（鸭掌形）深松铲和双翼深松铲，以增加深松沟底宽度，增强深松效果。

4.7 不同作业模式主要经济指标比较

按单位耗油量对比：深松旋耕联合作业（1.78 L/亩）＜旋耕作业两遍（1.84 L/亩或2.79 L/亩）＜单一深松+旋耕整地（2.84 L/亩）＜铧式犁翻耕+旋耕整地（3.61 L/亩）＜铧式犁翻耕+动力耙整地（5.08 L/亩）。

按生产效率推算（参考）：单一深松+旋耕整地＞旋耕作业两遍＞深松旋耕联合作业。因铧式犁翻耕、动力耙整地作业配套拖拉机为进口大马力拖拉机，其生产率指标可比性较差。