锦州地区秸秆综合利用技术及装备应用

马 竞

(锦州市农业农村综合服务中心,辽宁 锦州 121000)

0 引言

我国是农业大国,有着丰富的农作物秸秆资源,每年大量的农作物秸秆被废弃田间,农民为下年播种,经常直接在田间焚烧秸秆。既浪费了大量的生物能源,又严重地污染了空气质量。国外对农作物秸秆的合理利用已成为农业产业化中的一个重要组成部分。据统计,目前辽宁省玉米秸秆及根茬用作农村燃料、秸秆还田、饲料及工业、副业生产原料不足50%,大部分秸秆未被利用,甚至被露天焚烧[1]。焚烧秸秆不仅污染环境,浪费资源,还影响交通安全、社会生产和人民生活,甚至引发火灾,已成为当前严重的社会焦点问题。我国非常重视该问题,生物发电、清洁燃料、畜牧饲料、造纸原料等方面的研究成果,都为农作物秸秆的合理利用提供出路[2]。由此形成牧草、稻草、麦秆、玉米秸秆等再生资源的利用产业将成为集生态效益、经济效益、社会效益和人类健康于一体的新型综合性产业。

锦州市是农业大市,农作物播种面积为47万hm2,以玉米、花生、瓜果蔬菜等农作物为主。2020年产秸秆216.7万t,可收集秸秆193.7万t,秸秆综合利用176.7万t,秸秆综合利用率91.25%。经过多年的研究与实践,在融合省内外及专家团队的先进技术、经验和思路的基础上,融会贯通,创新思维,先后提出“点线面”发展思路、“四加一”的管理模式、“小规模、网格化、可复制、菜单式”的企业运作模式等做法,锦州市黑山县2017年被辽宁省列为秸秆综合利用试点县,抓住此次契机总结出“政府推动、企业与农户互动,统一收储、多元化利用”的秸秆综合利用模式。结合锦州市实际情况总结出一套可复制、可推广的秸秆综合利用模式,使锦州市秸秆综合化利用技术得到有效推广,秸秆“五化”利用取得成效,秸秆焚烧污染不断减少,农村空气质量不断提升,耕地质量得到改善。

1 秸秆综合利用的技术路线

1.1 秸秆还田的肥料化

秸秆还田的肥料化技术路线,即“秸秆全量化机械粉碎还田→深耕(翻)→起垄→免耕播种”配套技术。传统秸秆还田存在秸秆粉碎不均匀、腐解度不高、秸秆翻出较多的缺点,秸秆综合利用技术路径是将机收后的玉米秸秆粉碎,随后利用机械设备翻埋入土还田,并一次起垄成型待来年免耕播种。推广使用的高速秸秆捡拾旋耕粉碎还田一体机作业性能稳定,作业后土地平整,一次可完成灭茬、秸秆还田、旋耕碎土、掩埋、覆盖、起垄等作业,直接进入待耕状态,农民容易接受。较以往传统秸秆还田进步明显。

1.2 秸秆固化成型的燃料化

秸秆固化成型的能源利用技术路线,即秸秆从田间收集→干燥→粉碎→成型→取暖、发电。燃料化利用技术路线通过机械设备在田间收集秸秆,然后晾干、粉碎,再通过固化成型设备挤压成质地致密、形状规则的棒状、块状或颗粒等成型燃料。成型燃料主要用于厨房炊事、乡镇学校、敬老院等取暖用能,并且成为生物质电厂发电的原料,替代不可再生资源。

1.3 秸秆粉碎的饲料化

秸秆粉碎的饲料化利用技术路线,即“秸秆收集打包→运输→合作社收储→合作社(农户)饲料喂养”的秸秆饲料化技术模式。充分利用秸秆是牛羊粗饲料主要来源的特点,通过机械设备在田间将秸秆直接粉碎成10 cm左右小段,并20 kg打包一次成型,运输到合作社后再分销到各养殖户饲喂牛羊。

2 秸秆综合利用装备研究与应用

2.1 动力装备的研究与应用

根据锦州地区耕地特点,该项目采用辽宁现代大马力拖拉机及系列配套机具,其配套动力采用潍柴生产的YC4DK90-T302、YC4A110-T310、WP6G160E330、WP6G180E330、WP6G220E330、WP6G240E301系列柴油机。变速箱采用4×(2+1)×2组成式,换挡方式为啮合套换挡,中央传动采用螺旋锥齿轮副结构,变速箱运行工作可靠,离合器型式为双作用、单片、干式,具有制造成本低、变速灵活等优点。一般用于农业轮式拖拉机,四轮驱动,主要用于旱地作业,可与多种农机具配套,进行土地深松、旋耕,作物播种、中耕施肥植保、牧草机械化和物资运输等,可与复式机具配套一次完成多道工序的作业,减少机组下地次数以防压实土壤形成犁底层,提高生产效率。

2.2 耕整地装备的研究与应用

该项目在秸秆还田肥料化技术环节中,采用由黑山传旗农机有限公司、辽宁现代农机装备有限公司研制的1GKM系列多功能高效联合整地机(图1)、1SZL系列深松联合整地机、1LF-350型液压翻转犁(图2)、1LFT-550型调幅液压翻转犁等机具。

1GKM系列多功能高效联合整地机在我国土壤耕作与中低产田改造中,具有效率高、油耗少、灭茬率高、碎土率高,等优势通过与拖拉机三点悬挂,拖拉机的动力通过传动轴输入到整地机,机具上的刀轴带动刀片旋转并向前移动与土壤产生相对运动,实现作物根茬被灭茬刀高速粉碎、土壤被旋耕刀疏松,然后进行起垄、镇压等联合作业,从而一次完成种床要求,具有广泛的适用性与良好的应用前景。该机具主要用于旱作土地打破犁底层、加深耕作层、提高蓄水保墒能力;用于灌溉地节约灌溉用水、改善土壤理化性质;用于缓坡地防止水土流失;用于盐碱地改良;用于草原更新;用于播种前的种床作业。

图2 1LF-350型液压翻转犁

1SZL系列深松联合整地机主要由深松机总成、调节拉杆总成、万向节传动轴总成、仿形力臂、整地机总成部分构成。通过拖拉机三点悬挂,由拖拉机动力带动深松联合整地机向前行走,使深松铲深入土壤中,并由传动轴将动力传递给整地机。机具通过随行前进,深松铲对土壤进行挤压、剪切和拉伸,从而实现土壤全方位深松,深松后地表平整,保持植被的完整性,经过旋耕碎土作业和重型镇压轮镇压,具有保墒效果并起到限位作用,可最大限度减少土壤失墒[3]。

2.3 免耕播种机的研究与应用

免耕播种技术实现了播种、施肥、覆土等作业在无秸秆障碍区域内一并完成,传统作业中全量秸秆地分别完成秸秆粉碎、犁翻、旋耕、播种的常规机播作业方式,减少机械下田3～4次,降低作业成本50%以上。并且根据不同作物播种需求实现快速更换便捷组配,实现前茬小麦或玉米全量秸秆地免耕播种玉米或花生,以及前茬玉米或水稻全量秸秆地免耕播种小麦,生产率可达0.47～0.67 hm2·h-1,架种率和晾种率为0,平均出苗率94%以上,正常年份产量与常规机播相当,在干旱年份不同作物产量较常规机播可提高5%～10%。

免耕播种技术适宜前茬小麦、玉米、水稻收获后秸秆粉碎抛撒覆盖、粉碎成条铺放、整秆放倒、整秆直立等各种全量秸秆地作业工况,适应性强;可实现一台设备一次性完成多道工序、作业集成度高、成本低,有效保障农时、提高复种指数;可用于小麦、玉米、花生等旱地作物播种,适播品种多;无架种和晾种现象、播种质量高;播后秸秆可实现均匀按需覆盖或成条规整铺放后全量还田,保温保墒、提高肥效、封闭杂草。其增产增效综合效益明显高于常规机播技术与传统免耕播种技术[4]。

2.4 打捆机的研究与应用

该项目在秸秆固化成型燃料化利用及秸秆粉碎饲料化利用技术环节中,根据需要采用了包括秸秆熟化、秸秆制粒及秸秆打捆机等一系列成熟产品来保障项目的实施。主要采用9YG、9YGA、9YQ系列圆草捆打捆机。系列圆草捆打捆机主要由牵引装置、传动系统、捡拾器、整体式喂入转子、切割系统、缠网机构、成型室、卸捆器、液压系统、自动控制系统等组成。

圆草捆打捆机由拖拉机牵引,动力通过传动轴、变速箱和链条传动装置传递到各工作部件。在田间作业过程中,随着机械运转,捡拾器弹齿将地面草条进行捡拾,并提升到输送喂入平台。在捡拾器后方由螺旋推送器和若干组旋转叠片组成的整体式喂入转子,首先物料由左右对称布置的螺旋输送器自平台两侧推送到中间位置,然后由若干组旋转叠片将物料由前向后推进。如果用于将秸秆切碎,可在定刀架上安装定刀,工作时通过液压控制将刀架升起,定刀从旋转叠片组中间的间隙通过,从而实现交错互切将秸秆切断。经切碎和喂入物料被送到成型室,牧草在成型室内在旋转钢辊作用下经挤压旋转逐渐形成圆草捆,当控制系统检测到草捆达到设定压力时,自动启动缠网机构在圆草捆外圆上包络上预先设置的捆网层数。通过卸捆器将草捆从成型室卸出,完成一个工作循环。

3 结论

目前,虽然锦州市在秸秆处理工作取得了一定的成果,但在工作推进过程中也存在一些问题。例如,由于秸秆转化企业自身投入不足,产品利润低、产品销售难,导致固化企业少,秸秆转化数量少,秸秆的原料化和基料化利用率低等。在下一步工作中,锦州市农业农村综合服务中心将进一步加大秸秆综合利用技术推广力度,培育秸秆转化企业发展壮大,不断补齐原料化、基料化利用的短板和空白,通过深入探索和创新,确保高质量推进秸秆处理行动,为农作物秸秆综合利用作出贡献。