适用于保护性耕作条件下的深松机械*

何兴村，张鲁云（新疆农垦科学院机械装备研究所，新疆　石河子　832000）



适用于保护性耕作条件下的深松机械*

何兴村，张鲁云*
（新疆农垦科学院机械装备研究所，新疆石河子832000）

摘要：针对免耕作业方式所出现的问题，研制开发了翻转双向超深耕犁和弯曲式深松犁。配合免耕保护性耕作方式，充分发挥2种犁优良的深松性能，达到改善土壤物理结构和作物生长环境，高效利用自然资源，提高作物产量，增加经济效益的最终目标。

关键词：保护性耕作；翻转双向超深耕犁；弯曲式深松犁；深松作业

我国北方广大农业耕作区自古以来耕种就一直采用铧式犁翻耕、农闲时地表裸露的耕作方式。翻耕在改善作物生长环境、提高作物产量上曾一度发挥了较好的作用。但随着翻耕作业区面积和农业机械化程度的不断增加和提高，传统农田翻耕方式的弊端也日益显露出来。大面积的翻耕作业使得农闲时的农田土壤失去了地表植被的保护，导致水土流失加剧，成为引发沙尘暴的重要因素。同时，耕地资源与土壤肥力不断退化，自然生态环境日趋恶化，这都严重制约了我国农业的可持续发展。

1　保护性耕作

保护性耕作是以大量作物秸秆残茬覆盖地面，尽量减少耕作次数，用除草剂清除杂草的新型旱地耕作技术。从一定意义上说，保护性耕作是一种回归自然的大田作业方式。它放弃了传统农业的翻耕模式，认为土地耕种就必须深翻的做法，更加充分、有效地利用大自然保护耕地、恢复地力。它通过少耕、免耕和地表生物质覆盖，来增加土壤水分，从而有效减少农田水土流失，抑制沙尘暴，培育土壤的同时实现农作物的增产增收。目前在农业发达的国家，保护性耕种技术得到了大面积的推广应用，并引领着传统耕种技术新的发展方向。中国农业大学和澳大利亚昆士兰大学共同进行的保护性耕作试验表明，在中国北方，实施保护性耕作技术能提高作物产量10%左右[1]，降低作业成本20%左右，而且土壤含水率明显增加。但是多年保护性耕作之后出现的一个问题就是土壤变硬，容量增大，严重影响了作物根系的发育和对水分及养料的吸收，造成产量下降。

2　根系发育与作物生长

根系是作物重要的吸收养料器官，发达的根系是作物健壮的重要标志[2]。这是因为根系通过根毛从土壤中吸收养料、水分，满足作物生长的需要。此外根系还有合成营养物质和增强作物支持力的作用。因此，只有促进作物根系发育，扩大其在土壤中吸收水分、养料的范围，才有利于农作物实现高产稳产。

各种研究证明，多年保护性耕作之后，必须通过深松作业才能疏松土壤，减小根系穿透阻力，扩大根系生长空间，改善根系自然生态条件。提高土壤蓄水保墒能力，增加土壤水库容，提高自然降水的利用效率，增加作物产量。

3　国内外深松机械现状

西方发达国家在20世纪30年代就已经开始对深松耕作法进行研究，对于深松机械，美国和西欧等发达国家曾做过大量的研究工作。如美国约翰·迪尔公司生产的挤压松土式深松机，德国劳尔公司生产的悬挂式深松机，日本研制的多功能振动式深松机，前苏联研制的全方位深松机。目前这些国家的深松机具已经相当完善，并且已形成系列化。

我国研制的深松机主要类型有杆齿式、悬挂式、振动式和浅翻式等，目前生产上主要使用的深松机分为立柱式和倒梯形全方位深松机2种。近年来，虽然我国也研制出了一些与大马力拖拉机相配套的深松机具，但大多生产效率低、功率输出有限、作业速度慢，并且当深松速度达到一定数值后就很难再进行工作了，而且还有可能破坏深松机具，因此也影响了深松机具的作业质量。

表1　新疆及兵团历年深松作业面积　　万hm2

4　新疆生产建设兵团农田深松现状

新疆位于欧亚大陆中部，远离海洋，属于典型的温带大陆性气候[3]，冬季漫长而寒冷，夏季短促而炎热。同时，新疆也是干旱半干旱地区，降雨稀少，年均降雨量不足150mm，而且分布极不均匀。农业为典型的绿洲灌溉类型农业，农业用水的80%以上靠灌溉完成。

新疆生产建设兵团是全国最大的农业垦区之一，由于兵团农业机械化程度较高，各种农业机械进地作业，土壤被车轮压实，近年来实施免耕作业，加之化肥、废旧地膜、滴管碎片污染，多数耕地有效耕层仅为20cm左右，20cm以下是一层厚度为10～12cm、容重超过1.5g/cm3、硬度为普通耕层3倍的坚实犁底层。坚硬的犁底层阻碍了作物的根系发育和灌溉水分的渗透，造成了水资源的浪费且不利于土壤的保墒、保温。试验研究表明，只有通过深松、深耕作业，才能彻底打破犁底层，疏松土壤，减小植株根系穿透阻力，提高水资源利用率，改善作物根系生态条件，增加作物产量。因此，新疆地方及兵团对农田深松作业极为重视，历年来农田深松面积逐年增加（表1），对深松机具的需求量也随之快速增加。

5　翻转双向超深耕犁的结构及特性

新疆农垦科学院机械装备研究所根据我国北方的土壤结构特点和亟需的深松农业机械装备，研制了与大、中马力拖拉机相配套的翻转双向超深耕犁和弯曲式深松犁。这2种深松犁装在固定犁架上与拖拉机为悬挂式连接，机车在牵引犁具前进的同时将牵引力通过悬挂装置传递给犁具，在土壤阻力、重力和机车牵引力的共同作用下，机具入土后达到工作深度。通过深松犁体与土壤间的剪切和摩擦力，使之出现相对位移，从而达到粉碎和疏松土壤犁底层的作用。

新疆农垦科学院机械装备研究所研制的新型翻转双向超深耕犁[4]，如图1所示，主要由上、下牵引板、翻转油缸、主、副犁体、犁柱、犁架大梁等部件组成。

图1　翻转双向超深耕犁结构

进行深耕作业时[5]，上、下牵引板与拖拉机悬挂装置用悬挂销进行连接，由拖拉机牵引拖动（见图2）。主犁体进行深耕作业，副犁体进行浅耕作业。到地头转向时，翻转油缸对犁架进行180°转向翻转，主犁体对副犁体浅耕作业区进行深耕作业，减小了耕作阻力和拖拉机深耕作业工作量，提高了工作效率。

图2　翻转双向超深耕犁深耕作业

新疆农垦科学院机械装备研究所研制的新型翻转双向超深耕犁，可以较好的完成深耕作业。该型深耕犁设计思想前卫，结构合理，可进行调幅和入土角调整。通过田间试验，样机犁的耕深、耕宽稳定性、翻垡效果、残茬覆盖率、作业效果均满足设计要求，最大耕深可达90cm。采用附带小副犁的设计能有效减小主犁体的耕作阻力，提高耕深及拖拉机行走稳定性。

6　弯曲式深松犁的结构及特性

新疆农垦科学院机械装备研究所研制的另一种新型弯曲式深松犁，该型犁具有独特的外形和犁体曲面（见图3），较传统的铧式犁具有牵引阻力小，加深耕层而不翻转土壤，不破坏地表植被，彻底打破犁底层和提高土壤蓄水保墒、保温的能力。

图3　弯曲式深松犁

通过田间实地测试，证明该型深松犁彻底打破了犁底层，耕后土层断面形成“上虚下实，左右虚实相间，底部有鼠道”的良好土体结构（见图4）。改善了土壤的物理环境，使土壤中的水、肥、气、热得到合理的调整。现场测量表明，该深松犁最大耕深已达到48cm，美国约翰·迪尔公司的900V型机械式深松犁和德国劳尔公司生产的悬挂式深松犁，最大耕深一般50cm左右。因此，该型深松犁处于国内领先水平，以后通过大面积推广使用，对我国农业的发展有着积极的推动和促进作用。

图4　挖掘测量现场

7　结论

深松作业是保护性耕作技术之一。当犁耕深度达到30cm以上时，犁底层被彻底打破，土壤得到疏松，降低了土壤容重，提高了雨水、灌溉水入渗量，扩大了土壤水库容。因新疆属于典型的温带大陆性干旱气候，降雨量稀少，由此可将作物生长期内宝贵的降水最大限度地蓄积在土壤中，变不均匀的降水为自然稳定的土壤供水。深松作业打破了犁底层，作物根系穿透阻力下降，易于下扎。主根系深度的增加，不但可以从土壤中吸取更多的水分，还可以获得较多的养料，从而促进作物地表部分的生长发育，增加产量。

试验统计数据表明，在保护性耕作条件下，深松作业虽然能解决由于连年免耕出现的土壤变硬等一系列问题，但深松作业属于重负荷作业，也增加了农业生产成本，降低了农户经济效益。在中国北方实施保护性耕作时，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，而且能够解决因深松作业所出现的动土量大、拖拉机功率消耗增加等问题，增加农户收入25%左右，是中国北方保护性耕作发展的一种新型耕作方式。

新疆农垦科学院机械装备研究所研制的翻转双向超深耕犁和弯曲式深松犁，与免耕技术相配套，能较好地适用于我国北方的保护性耕作方式。经田间实地测试，这2种深松犁犁架坚固、犁体轻便、牵引阻力小，耕深完全达到设计要求，是性能优良的深松机具。随着我国保护性耕作和免耕技术的推广应用，这2种深松犁也将会拥有巨大的市场需求，创造出良好的经济效益。

参考文献

[1]王晓燕，高焕文，杜兵，等.保护性耕作的不同因素对降雨入渗的影响[J].中国农业大学学报，2001，6（6）：42-47.

[2]朱仰辉.简述小麦根系生长影响因素及深耕整地技术[J].农业机械，2014（6）：103.

[3]王鲁敬，李俊华.兵团第八师有机肥施用现状调查及影响因素分析[J].新疆农垦科技，2014（4）：33-36.

[4]李志红，杨良玖，全腊珍.我国耕整机械现状及发展对策研究[J].农机化研究，2005（3）：46-48.

[5]鲁力群，李其昀，赵静.深松旋耕沟播联合作业机深松技术[J].山东理工大学学报：自然科学版，2003，17（6）：72-75.

收稿日期：2016—03—29

*基金项目：新疆农垦科学院引导计划项目，项目编号：79YYD201504。

*通讯作者：张鲁云（1972-），硕士，主要从事农业机械设计理论与技术。E-mail：zhangluyun1972@163.com。