我国玉米秸秆收运机械化发展现状分析

孔凡克，刘曙光，纪中良，南松剑，董仁杰

(1.中国农业大学 烟台研究院，山东 烟台 264670；2.山东五征集团有限公司，山东 日照 262300；3.中国农业大学 工学院，北京 100083)

0 引言

我国是一个农业大国，玉米秸秆资源非常丰富，是具有多种用途的可再生资源。2016年，我国玉米种植面积为3 675.97万hm2，玉米总产量为21 955.4万t[1]，以玉米籽粒与玉米秸秆产量比1∶1.6进行计算，玉米秸秆产量约为35 128.6万t，居全国各类农作物秸秆产量之首。长期以来，我国人工玉米秸秆收运模式一直以秸秆燃料满足农村人们基本生活及秸秆饲料满足牲畜饲养为主，20世纪60年代后，我国从国外引进玉米收获机械，玉米机械收获开始不断融入人工玉米秸秆收运模式中，这期间玉米秸秆收运以玉米果穗收获机械作业间接体现，而秸秆还田成为主要秸秆处理形式，一般认为这一阶段秸秆综合化利用是次要、被动式地发展。2000年之后，我国玉米秸秆收集集成于玉米果穗收获过程中，并推广应用收集玉米秸秆的专用或兼用的收运核心机具。

1 我国玉米秸秆收运组合模式

根据我国玉米秸秆综合利用途径，目前我国玉米秸秆田间处理方式一般有3种：

1)田间直接秸秆粉碎还田；

2)田间秸秆粉碎收集运出田间；

3)田间秸秆打捆收集运出田间。

玉米秸秆收运主要包括秸秆的切割、切碎、揉搓、传输、捡拾、压缩打捆、装载及运输等工作过程[2-4]，根据玉米秸秆收运工作过程，目前我国存在的玉米秸秆收运组合模式如图1所示。

2 我国玉米秸秆收运环节机械发展现状

2.1 玉米秸秆割晒

玉米割晒机完成田间成熟的站立玉米茎秆的切割及铺放，一般与中小型拖拉机或手扶拖拉机配套。工作时，机组前进，每行玉米均匀稳定进入扶禾器(配备扶禾器机型)，并接触到割台的传输装置，同时玉米茎秆被机具下部的切割装置切断，传输装置将切断的茎秆按要求传输铺放。其收割行数一般为2～4行，应用于玉米分段收获模式中，茎秆切割后可以得到晾晒，使玉米籽粒更加饱满[2]。通过玉米茎秆的切割、铺放等过程，辅助随后人工完成玉米果穗的收获，秸秆处理是间接的。根据切割方式及铺放形式，不同的典型机型如表1所示。目前，各机型功能单一、结构简单、性能稳定，但人工摘穗劳动量较大，一般为小规模使用，应用量呈减少趋势。

图1 玉米秸秆收运组合模式

序号典型机型配套方式配套动力/kW收获行数割台形式切割装置形式刀轴数量夹持传输形式铺放形式14G-2.2C型前悬挂式18.4～25.74立式水平圆盘式51排,齿链+压簧弹指夹持传输后传放铺2GY-200型前悬挂式13.2～22.14立式水平3刀片组合式53排,上:齿带;中、下:齿链,拨禾传输侧向放铺34Y-2型前悬挂式8.8～13.22立式水平3刀片组合式2无夹持,相向旋转搅龙拨禾中间放铺44G-150型前悬挂式4.783立式往复式—双排,上、下:扶禾星轮+齿带夹持输送侧向放铺54YG-150B型前悬挂式13.2～16.24立式水平3刀片组合式33排,上、中、下:齿带,拨禾传输侧向放铺6XY-220型前悬挂式13.24立式往复式—3排,上、下:齿带;中:扶禾星轮+齿带侧向放铺

2.2 玉米秸秆切、碎一体

玉米秸秆切、碎一体指已摘穗的田间站立或铺放秸秆、腊熟期内带果穗的站立玉米植株切割及切碎同时进行。玉米秸秆切碎机主要实现茎秆切碎、抛送，一般与中小型拖拉机配套，机具多为后置牵引或悬挂式，结构主要包括切碎装置、螺旋输送装置及抛送装置3部分。其中，切碎装置一般为Y形甩刀切割器。工作时，切碎装置不断将秸秆切碎后，甩向后方的螺旋输送装置，螺旋输送装置不断将切碎秸秆输送至抛送装置内，经抛送装置(一些机型配风机)抛入散装运输挂车或秸秆切碎机配套料箱内。典型机具如4Q-220型后悬挂式后置抛送器玉米秸秆青贮收获机(配套动力66.2kW)、YY-200型后悬挂式侧置抛送器玉米秸秆青贮机(配套动力68-74kW)及ST-2000K型后悬挂式侧置抛送器玉米秸秆青贮机(配套动力96kW，配料箱)。该机型结构基本相同，功能单一、结构简单、价格便宜、性能稳定，秸秆处理成本低，应用较为广泛，一般用于玉米果穗摘取后的秸秆回收，也可用于玉米茎穗混收的青(黄)贮饲料收集，为散状收集。

2.3 玉米茎穗兼收

玉米茎穗兼收[5-8]一般指玉米秸秆收集与果穗收集同步分别进行。茎穗兼收玉米联合收获机(工作流程如图2所示)为联合作业模式，主要过程包括切割、切碎、抛送茎秆，摘、运穗，剥皮，装箱，卸粮等。穗茎兼收型玉米联合收获机与玉米联合收获机相比，机型以玉米联合收获机为载体，玉米摘穗结构为核心，玉米果穗收获过程原理相同，集成适合的玉米秸秆收获结构及玉米茎秆处理方式由茎秆收集代替秸秆直接还田。茎穗兼收玉米联合收获机是玉米秸秆收运机械中结构最复杂的一类，根据动力配套方式、摘穗形式及切碎装置类型及安装位置的差异，机型种类多样，典型机型如表2所示。采用立辊摘穗结构，玉米秸秆揉搓或切碎过程离地面较远，茎秆处理过程完全离地，杂质相对较少，比较适合于作为秸秆饲料使用；采用纵卧或板式摘穗结构，玉米秸秆揉搓或切碎过程靠近地面，容易接触地面造成“吃土”，含杂率相对较多。玉米秸秆切割或切碎装置前置集成在割台下方的茎穗兼收玉米联合收获机较中置或后置形式免受车轮碾压，与地面接触作业情况较小，收集率更高，含杂率更低。目前应用的茎穗兼收玉米联合收获机以切碎抛送为主，田间茎秆堆放式的茎穗兼收玉米联合收获机应用较少。自走式一般性能稳定，配套动力较背负式大，行进速度快，是目前及今后产品发展的主流。

图2 茎穗兼收玉米联合收获机工作流程

序号典型机型配套方式配套动力/kW摘穗形式收获行数切割、切碎、处理形式抛送形式14YZB-8型自走式130板式8后置甩刀式抛送器24YZ-3型自走式92卧辊式3中置甩刀式抛送器34YZQP-3型自走式103卧辊式3滚刀切割、前置甩刀式抛送器44QSJZ-4型自走式117卧辊式4往复切割、前置滚筒式抛送器54YQW-2B型背负式37立辊式2往复切割、前置滚筒式抛送器64YW-Q型背负式37卧辊式4后置甩刀式抛送器74Y-1A背负式7.4～14.8立辊式1双回转刀切割、成堆铺放式抛送器8民意农机制造有限公司生产自走式—立辊式2圆盘切割、成堆铺放式抛送器

2.4 玉米茎穗混收

玉米茎穗混收一般指玉米的茎秆与果穗同步一体混合收集，玉米青(黄)贮饲料收获机[1,9-10](工作流程如图3所示)切割、切碎不同时完成，可完成切割、输送、切碎及抛送茎秆等。

图3 玉米青(黄)饲料收获机工作流程

根据配套方式、割台类型(立式滚筒式，通用型卧式)、割台与作物行的关系及茎秆输送装置形状的不同，比较典型机型如4QZ-3型72.1kW履带自走式青(黄)饲料收获打捆机、4QZ-3000型175kW自走式青(黄)饲料收获机、4QZ-3000型192kW自走式青(黄)饲料收获机、4QZ-12型118kW背负式青(黄)饲料收获机、9Q-1.25型64kw前悬挂式青(黄)饲料收获机、4QX-2200后悬挂式(双向驾驶，后向行走)青(黄)饲料收获机等，均采用不对行收割，滚筒式切碎，抛送器抛送。目前，机型均以散状为主，滚筒式割台一般为双滚筒或单滚筒，4QZ-3型72.1kW履带自走式青(黄)饲料收获打捆机可将散状秸秆直接打成高密度圆捆。

2.5 玉米秸秆的压捆

玉米秸秆压捆机[11-15](工作流程如图4所示)主要有方捆压捆机、圆捆打捆机两种：方捆压捆机以牵引为主，一般可完成秸秆捡拾、揉切、输送、压缩、捆扎及卸捆等作业；圆捆打捆机[16-24]以牵引辊式为主，一般可完成秸秆捡拾、输送、滚卷、缠网及卸捆等作业，打捆是玉米秸秆便于运输、储存、加工采用的处理形式。在田间，玉米秸秆的打捆是针对完整的或被揉搓的铺放、堆放秸秆、站立秸秆及正在收获机内被揉搓或切碎秸秆进行的。玉米秸秆打捆机主要为捡拾打捆、配合收获机打捆、集成于收获机打捆3种形式。玉米秸秆粗壮、高大、节硬、表皮密实等特点与牧草、稻麦秸秆差异较大[17]，使玉米秸秆打捆作业比较困难。目前，玉米秸秆压捆机应用还比较少，主要以捡拾打捆为主，对于揉搓的玉米秸秆一般采用弹齿滚筒式捡拾器，其他形式的玉米秸秆一般设计为捡拾揉搓集成一体[12]或捡拾+揉搓组合捡拾处理器[15]。根据配套方式、捡拾类型、成捆形状尺寸的不同，典型机型如4KZ-275型自走式打捆机、9YDF-90型牵引式大方捆打捆机、9YFQ-1.9(2.2)正牵引式方捆打捆机、9YFQ-2.2G 型牵引式秸秆切割揉碎方捆压捆机、92YG-1.3型牵引式圆捆压捆机及9Y-1600型牵引式圆捆打捆机等，均为捡拾打捆机，收集过程中，秸秆着地，捡拾杂质较多；配合收获机打捆、集成于收获机打捆两种形式近几年开始发展，对动力、传动、配合等配置及生产技术要求较高，典型机型如4QZ-3型72.1kW履带自走式青饲料收获机配套圆捆打捆机、MR1000型牵引式圆捆打捆机。SL5080型牵引式玉米秸秆圆捆打捆机前摘穗后打捆、国丰新研制自走式玉米穗茎兼收秸秆打捆一体化收获机，秸秆收集作业离地，相对含杂率较低，是未来玉米秸秆压捆的重要发展方向。

图4 玉米秸秆压捆机工作流程

2.6 玉米秸秆装载、运输

散状玉米秸秆一般由收获机上的抛送器直接抛送到运输车上，无须装载环节，因此玉米秸秆装载主要指捆装秸秆由打捆机上或地上转移到运输车上的过程。目前，玉米秸秆装载可以使用方草捆、圆草捆捡拾装载机，以及捡拾装载、运输集成的方草捆捡拾集垛车、圆草捆捡拾装运车。方草捆捡拾集垛车、圆草捆捡拾装运车在捆装运输挂车的基础上，增加了草捆自动捡拾装置，典型机具如1037方草捆捡拾车(配套动力37kW)，7xc5t型圆草捆自动捡拾车(配套动力44kW)可实现无人装载，由拖拉机牵引，主要用于田间成捆秸秆收集，适用于短途运输。

玉米秸秆运输指对田间切碎秸秆、成捆秸秆进行田间运输及将其输送至储存、加工目的地的短、长途运输，主要包括散装运输挂车、捆装运输挂车两类，均为运输通用装备，田间及长短途运输均可应用。在田间，当收获机械上无临时收集箱时，散装运输挂车(配网式仓)以拖拉机牵引随玉米联合收获机、玉米青(黄)贮机及玉米切碎机等一起行进或直接以玉米联合收获机、玉米青(黄)贮机牵引挂在收获机后面；当收获机械上有临时收集箱时，散装运输挂车由拖拉机或汽车牵引，只待临时收集箱满后收获机停止前进将散装秸秆卸载于散装运输挂车内。捆装运输挂车如汽车仓栏半挂式、挂式车仓，拖拉机挂式车仓，在田间与叉装车，如TH4008伸缩臂叉装车，五征拖拉机与抱草夹TZ10配套使用。目前，我国运输通用机具应用普遍，机械化水平较高，以中小型运输规模为主，而在成捆玉米秸秆装载、装运环节上，仍以人力为主，机械化程度较低。

3 面临的困难

多年来，玉米秸秆综合利用率总体呈逐年增长趋势，应用领域向多元化发展，但仍以秸秆还田及秸秆燃料两种处理方式为主，秸秆饲料、原料、基料应用占比较小。秸秆还田肥料、秸秆燃料无直接经济效益，秸秆饲料、原料、基料的应用在近几年才渐渐推广，受政策、区域、经济因素的影响较大，目前处于起步阶段。玉米秸秆可以应用的领域有限，综合高效利用程度低，大规模持续、稳定需求玉米秸秆的领域不多，浪费现象严重，现阶段玉米秸秆总体仍呈现供大于求、综合化利用成本高的情况[25]，很多玉米秸秆可能高效应用的领域尚待进一步研究开发，导致单位秸秆利用价值很低，这是玉米秸秆收运机械化发展需要解决的首要问题。

我国玉米秸秆收运机械在生产与应用过程中存在诸多问题，如由于玉米秸秆粗壮，一些通用的收集机械效果不佳，改进或专用的玉米秸秆收集机械应用范围小，应用时间短，经济效益低；一些零部件、配件需进口，先进技术需引进，提高了制造成本；规模化收运机型价格普遍较高，超出了农户购买力；收运机械、机具种类少，运输机械装备不适应规模化营运；收运体系不完整等，严重制约了玉米秸秆收运机械化发展。

目前，我国玉米仍以家庭中小规模种植为主，人力作业现象普遍，不适用于规模化生产。对于小规模分散种植的农户及玉米秸秆收运环节经营者，玉米秸秆收运机械化很难产生经济效益，玉米摘穗后，农户往往选择秸秆直接还田或直接焚烧。如何实现玉米秸秆的规模化收运，降低收运成本是玉米秸秆收运机械化发展的关键。

4 发展建议

我国玉米秸秆收运机械化发展受玉米种植规模、玉米秸秆综合利用程度影响很大，规模化的种、收、运、用一体化协同发展是促进我国玉米秸秆收运机械化快速、健康、稳定、可持续健康发展的关键，是玉米秸秆综合利用产业化发展的客观要求。针对目前我国玉米秸秆收运机械化发展的现状及面临的困难，建议如下：

1)合理加大玉米秸秆综合利用的宣传及政策扶持力度，为玉米秸秆收运机械化发展提供了巨大的发展空间与良好的发展环境。

(1)加大玉米秸秆多元化、特色化综合利用优势的宣传力度，积极推广玉米秸秆综合利用新技术；

(2)在玉米主产区或玉米秸秆集中应用区设定玉米秸秆综合利用示范区，建立玉米秸秆的种植、收运、加工、综合利用一体化模式，以点带面，辐射玉米主产区；

(3)支持有实力的企业增加与玉米秸秆综合利用方面的新项目，设立玉米秸秆规模化综合循环利用项目补贴；

(4)设立研发课题，支持企业、科研院所、大学进行玉米秸秆高效综合利用领域、技术等方面的科学研究，奖励玉米秸秆综合利用技术方面有重大创新及创造突出经济效益的单位与个人；

(5)扩大与玉米秸秆收运相关机械国家补贴范围，适当增加其补贴资金，为玉米秸秆收运机械在玉米主产区的推广应用提供便利；

(6)设立专项支持，对秸秆饲料化等种养结合利用秸秆的经营组织，支持其搭建以饲料化为主的秸秆综合交易平台，建立饲料交易标准。

2)建立管理指挥、咨询指导、信息发布于一体的服务平台，为玉米秸秆收运机械化发展构建良好的供求新秩序，形成规模化经营与现代化管理模式。

(1)公布往年玉米生产相关信息，及时普查、汇总、公布本年全国各省、地区、镇、村玉米生产相关信息，并做出关键指标的科学预测，统筹规划玉米种植规模，指导农户及时调整种植结构，避免资源生产过剩，降低种植风险；

(2)玉米秸秆需求企业发布需求的详细信息；

(3)玉米收运合作社或组织、个人拥有的收运机械详细情况部分备案，通过二维码进行定位，通过政府调配或者农户通过手机查询规模化收运；

(4)得到政府认可的玉米秸秆收运机械生产企业发布产品信息，每台设置二维码，便于定位管理。

3)积极推动产学研结合模式发展，为玉米秸秆收运机械化健康、可持续发展提供新型机具、管理、应用人才及应用技术。

(1)生产企业不断引进、学习国外先进生产技术，或开展中外及国内企业之间的技术合作，完善产品种类，提高产品质量与企业信誉度；

(2)生产企业与科研单位共同研发新产品、新技术，解决实际应用中的技术难题，增加机械适应性、通用性、稳定性，进一步降低制造成本；

(3)科研部门、大学进一步发掘玉米秸秆综合利用潜在的应用领域；

(4)科研部门、大学研发适应玉米秸秆综合应用规模的新型收运机具，弥补目前玉米秸秆收运没有成形配套的机具无法实现全面机械化的现状，创造收运机械化发展前提条件；

(5)培训机构、大学对农户及生产经营者进行玉米秸秆综合化利用技术及收运机械操作、管理、维修技术的培训，建立完备的多样化的远程网络、学校课堂及作业现场培训服务机制；

(6)加快对秸秆综合利用机械的推广鉴定工作，促进行业整体水平提升。

5 结语

我国玉米秸秆资源丰富，可开发综合利用潜力巨大；而目前我国玉米秸秆收运机械化发展比较晚，机械化程度较低，收运体系不完善，玉米秸秆综合利用的经济效益不明显。随着人们对玉米秸秆应用认识的深入及玉米秸秆应用领域的进一步扩大，在政府政策扶持下，运用现代化的管理模式、规模化的经营形式，通过人才培养、技术创新，一定可以建立一种稳定、健康、可持续的玉米秸秆综合循环利用产业化发展新模式，解决不适应玉米秸秆收运机械化发展的问题，全面提高玉米秸秆收运机械化水平。