秸秆还田深松施肥播种机的研制

吕兴华 赵 敏

1 概述

江苏省粮食生产以稻麦轮作为主，水稻和小麦常年种植面积分别在2200 khm2和2066.67 khm2左右。目前，水稻收获后小麦播种作业主要包括稻秸秆粉碎还田、旋耕、平整土地、播种、镇压等，除少数地区采用复式机具作业外，多数地区会使用4道以上作业工序，拖拉机需多次进地。这样的作业方式不仅加大了机具对土壤的压实，而且作业成本高、生产效率低，与节能减排、保护环境的基本国策背道而驰。另外，江苏省多数地区在秸秆还田环节都是采用传统的秸秆还田机械，旋耕作业深度一般为8～12 cm，秸秆和土壤拌和不充分。连年耕作导致土壤耕层变浅，板结严重，阻力不断增大，犁底层的土壤变得硬脆，阻碍土壤上下水气的贯通和天然降水的贮存，迫切需要通过深松作业打破犁底层，加厚耕作层，活化心土层，熟化土壤。

在调研现有深松机、旋耕机、施肥播种机等单式和复式作业机具的相关技术基础上，连云港耘之都旋耕机械研发有限公司于2013年开发了1GSFB-200稻秸秆还田深松施肥播种机。该机优化组合新型深松机、旋耕施肥播种机于一体，可一次完成土壤深松、旋耕、施肥播种、覆盖、镇压等多道作业工序，是一种新型的小麦复式播种作业机械。机具作业时，要求先将田块水稻秸秆切断成10 cm左右，均匀铺放在地面上。作业后约有三分之二的秸秆拌合在泥土中，麦季完成发酵腐烂；余下三分之一左右的秸秆留在地表，冬季保护麦苗免受冻害，抑制土壤水分蒸发，麦季中基本被风化。

2 主要研制内容

2.1 整体结构设计

IGSFB-200型稻秸秆还田深松施肥播种机主要由三大部分组成：

（1）深松机构：包括深松框架、深松铲、限深轮等；

（2）旋耕机构：包括旋耕箱体总成、刀轴总成、旋挂架等；

（3）施肥播种机构：包括施肥与播种箱、排肥排种机构、镇压轮及其传动机构等。

整体结构如图 1所示。

图1 IGSFB-200型稻秸秆还田深松施肥播种机结构示意图

整机采用模块化设计，前端深松，中间旋耕，后端施肥播种，悬挂架横跨在深松机和旋耕机的框架上。三个部分既可独立作业，又能组合在一起联合作业，以满足用户的不同需求。

2.2 深松机构的设计

深松机构为独立框架式,深松铲柄和深松铲按国家标准设计，深松框架左右两侧安置限深轮。根据江苏省农艺要求设计：深松深度在25 cm以上，深松铲相邻中心距离为40～45 cm，深松铲配有异型铲，展开铲尖至深松铲尖距离为9 cm，异形铲总宽15 cm。

2.3 旋耕机构的设计

IGSFB-200型稻秸秆还田深松施肥播种机的旋耕机构具有以下特点：

（1）采用防缠绕刀轴设计，使稻秸秆不会缠绕在刀轴上及刀轴与轴承座相结合的动静结合处；

（2）设计专用防勾草弯刀，弯刀回转半径为260 mm，通过增加刀尖至刀轴中心线间距，提高泥块和稻秸秆的通过性。

2.4 施肥和播种机构的设计

施肥和播种采用独立式框架，镇压轮安装在施肥播种装置的后下端，依靠镇压轮自转的动力，通过链条传动将动力传递到排肥轴和排种轴上。排肥靴和排种靴安装在框架上，经过设计和计算，确定两者最佳结合位置，防止施肥播种靴被稻秸秆缠绕。播种带宽为8～10 cm,作物光合作用好，分蘖多，产量高。

2.5 工作原理

IGSFB-200型稻秸秆还田深松施肥播种机通过标准三点悬挂与拖拉机进行联接。当拖拉机带动该机具牵引作业时，深松机构中的深松铲首先入土进行深松，它会打破土壤犁地层并形成封闭式鼠沟，在土壤表层形成15～20 cm深的海绵状波浪层；旋耕机构的刀轴总成对土壤表层进行旋耕碎土，并将土壤与切断的秸秆拌和后向后抛出（约有三分之二的秸秆混合在碎土中，有三分之一的秸秆落在碎土表面），其中约四分之三的碎土和秸秆落在施肥播种机构中的排种器前面，有四分之一的碎土和秸秆落在施肥播种机构中的排种器的后面；与此同时，镇压轮跟随机械自转，通过链转动带动施肥播种箱下的槽轮旋转，将种子（化肥）通过防缠草宽幅条播器撒到土壤表面，刀轴总成抛出约四分之一的碎土和秸秆覆盖在种子上面，随后镇压轮将碎土压实。至此，该机具的一遍作业即完成了深松、旋耕、秸秆还田、施肥播种、镇压等多道工序。

3 机具主要技术指标

配套动力：58.8～66.15 kW四轮驱动型拖拉机；

作业幅宽：2 m；

深松深度：≥25 cm；

深松生产相邻中心距：40～45 cm；

旋耕深度：8～12 cm；

碎土率：≥70%；

生产率：0.27～0.4 hm2/h；

施肥深度：6～10 cm；

播种深度：1～3 cm；

工作行数：10行（间距18～20 cm）。

4 机具使用效益

4.1 购机户的使用效益

IGSFB-200型稻秸秆还田深松施肥播种机作业效率为0.33 hm2/h，按每天工作10 h计算，一天可作业3.33 hm2。一般每年可作业15～20 d，按每公顷收费975元，每年作业10 d计算，一台机具每年最低毛收入为3.25万元。扣除油料费、折旧费、修理费及人工费270元/hm2（每年共需1.35万元），购机费1.3万元，购机户当年即可收回成本。投资回收期短，经济效益高。

4.2 种植户效益

（1）据农业部门测算，每667 m2(1亩)土地还田秸秆500 kg后，相当于施用土杂肥2500 kg、碳铵11.7 kg、过磷酸钙6.2 kg、硫酸钾4.75 kg，平均可减少化肥开支750元/hm2。一年后，土壤有机质含量相对提高0.05%～0.23%，全磷平均提高0.03%，速效钾增加31.2 mg/kg，土壤孔隙度提高1.75%～7%。连续多年秸秆还田的耕地，不仅可提高磷肥利用率，补充土壤钾素的不足，还可提高地力0.5～1个等级，能有效改善土壤结构，提高土壤肥力，有利于农作物的生长，平均增产幅度为5%～10%。

（2）采用秸秆深松施肥播种联合作业机作业，与传统的深松机、旋耕机、播种施肥机等多次进地的作业方式相比，可提高工效3倍，降低成本60%，大大提高了工作效率，节约农时，节省费用，并可减少拖拉机压地两次。

4.3 社会生态效益

（1）可改善土壤团粒结构。深层次疏松土壤，可增加空隙度，改善通透性，促进微生物活动和养分释放，使植物根系得到良好的发育；同时，条状深松带可以蓄水保湿，减少干旱对植物的影响，促进农业可持续发展。

（2）该机设计体现了新的秸秆还田理念。将一部分秸秆拌和在土里，另一部分秸秆盖在土壤的上面，避免了土壤中拌入过多秸秆影响作物生长。该机具的使用可有效避免秸秆焚烧造成的环境污染，具有良好的生态环境效益。