冬耕晒垡装备选型分析与试验研究

程玉龙，张文斌，张龙全，黄裕飞，严宇

（215128 江苏省 苏州市 苏州市农业机械技术推广站）

0 引言

农耕制度是人类对农业生产规律的认识与应用，与农业生产力发展水平、人地关系相适应[1]。探索实行耕地轮作休耕制度试点是党中央、国务院着眼于我国农业发展突出矛盾和国内外粮食市场供求变化作出的重大战略部署[2]。冬耕晒垡是“藏粮于地、藏粮于技”战略的一种特殊的轮作休耕模式。苏南地区开展冬耕晒垡作业是将原有的稻麦（稻油）轮作模式改为按一定周期实行麦（油）季休种，并采用翻耕机具将地表植被和秸秆翻至耕作底层，将多年浅耕作业造成的犁底板结层翻至地表，经受太阳暴晒和雨水冲蚀，起到加深耕层、改善土壤通透性、培肥地力和保水保肥的作用[3-6]。冬耕晒垡田块较板田过冬田块在土壤的水热状况、耕性、土壤微生物活动及土壤养分含量等方面都有很大改善[7]。

1 装备选型分析

犁耕深翻能够通过增大土壤耕层深度促进作物根系生长，但过深的耕层及底层犁沟也会对次年机插秧作业造成一定影响，适宜的冬耕晒垡装备有助于提高生产作业效率、提升耕地作业质量。冬耕晒垡装备选型应充分考虑当地实际情况，包括现有配套动力、田块尺寸、种植作物、土壤条件、气候变化等因素。

1.1 铧式犁

铧式犁是我国应用历史极为悠久的一种耕作机械，技术发展较为成熟，应用范围十分广泛。铧式犁采用顺序切土方式，翻土效果较好，易于达到深耕目的。当前，较多厂家生产的铧式犁一般均可选装配置覆茬器，在土垡被犁体耕起前，覆茬器能够将地表残茬及浅层的土壤耕起并翻入犁沟内，随后由主犁体耕翻的土垡将其覆盖，从而可使表层杂草大部分埋在下层土壤内，增强埋茬效果。栅条状犁铧在重粘性土壤或湿度较大的田块作业时，能够减少土壤在犁壁上的粘结，从而减小土垡的翻转阻力。

北京德邦大为科技股份有限公司生产的水田灭茬犁，依靠液压油缸控制地轮升降，最大升降距离14 cm，实现耕深快速调整。加长犁壁能够改善翻土效果，提高残茬覆盖率。根据作业田块及配套动力选择合适数量的铧式犁机组，58.8～73.5 kW 拖拉机可配套4-5 铧的铧式犁机组，单铧犁耕作幅宽25～45 cm、耕作深度20～25 cm。

1.2 翻转犁

翻转犁也称双向犁，在犁架上安装2 组左右翻垡的犁体，通过翻转机构的转向使2 组犁体在往返作业行程中交替工作，从而使土垡均向一侧翻转，减少拖拉机的空跑行程，提高生产效率。翻转犁的类型较多，按与拖拉机挂接方式的不同可分为悬挂式翻转犁、半悬挂式翻转犁和牵引式翻转犁；按犁架翻转的驱动方式和翻转机构的不同可分为机械（重力）式翻转犁、气动式翻转犁和液压式翻转犁。悬挂式液压翻转犁的耕作适应性强、耕后地表平整、碎土和残茬覆盖性好，是一种应用较为广泛、技术较为先进的翻转犁类型。

液压翻转犁随犁体增多，机组重量增大较快，机动性也相应变差。从犁组机动性、土壤适应性等方面考虑，58.8～73.5 kW 拖拉机可选择3 铧可调幅的液压翻转犁，作业时视土壤条件调整耕作幅宽和耕深，耕作幅宽一般为105～150 cm，耕作深度一般为22～28 cm。

1.3 圆盘犁

圆盘犁以球面圆盘作为工作部件，工作时，刀盘在牵引力和土壤反作用力的作用下绕刀轴回转，土壤被切割和移动，沿盘面升起，并在刮土板的辅助作用下完成翻垡，能够有效越过或避开较硬的异物，防止犁体损坏，相比铧式犁具有不易缠草、通过性好、牵引阻力小等优势，适用于稻草还田的重粘性土壤及绿肥种植田块。

驱动圆盘犁是利用拖拉输出动力带动圆盘刀轴转动，从而驱动圆盘犁体转动，增强了圆盘切割稻草和土壤的能力，可以大幅提高生产效率，减小行进阻力。常州汉森机械有限公司生产了1LYQ-1030 型驱动圆盘犁以左右对称式结构布置犁体，牵引线易于调整，可有效减小犁耕阻力，并可根据地块条件进行折叠，实现不同的翻垡、埋茬效果。58.8～73.5 kW 拖拉机可配套使用8～10 盘的驱动圆盘犁，单铧犁耕作幅宽一般为20～25 cm，耕作深度一般为20～25 cm。

1.4 犁旋一体机

犁旋一体机是为减少作业工序、缩短作业时长而将铧式犁机组和旋耕机进行组合设计，能够有效减少拖拉机下地次数、抢抓农时[8]。因结构较为复杂，犁旋一体机一般平衡性较差、调整困难、动力消耗大，且对于休耕晒垡的田块耕翻后直接晒垡，短期内无须进行碎土作业，故此类型装备建议有特殊需要情况下选配使用。

商丘市黄河机械制造有限公司生产的1LBG-620 型耕耙犁是一种较为新型的犁旋一体机，不同于传统的铧式犁组和旋耕机的直接组合，它是在每个铧式犁的侧后方布置一立式旋耕刀轴，根据不同的耕深要求，每个旋耕刀轴上安装6～8 把旋耕刀，并通过与犁梁平行布置的动力传动箱带动旋耕刀快速旋转，将铧式犁耕起的土垡切碎。58.8～73.5 kW 马力拖拉机可配套使用5-7 铧的耕耙犁，单铧犁耕作幅宽一般为20 cm，耕作深度一般为20～25 cm。

2 试验研究

2.1 材料与方法

2.1.1 试验概况

试 验 于2019 年11 月18 日 至2019 年12 月10 日期间先后在吴江区同里镇国家现代农业示范区（A 地）、吴中区临湖镇湖桥村（B 地）、相城区望亭镇御亭现代农业产业园（C 地）三地进行。试验地前茬作物均为水稻、土壤质地均为中黏土，地表除残茬及秸秆外，无杂草等植被覆盖，秸秆粉碎长度为10 cm，A，C 两地留茬高度15 cm，B 地留茬高度40 cm。土壤含水率及坚实度情况如表1所示,其中B地试验前1天下过小雨，故地表土壤含水率较高，但土壤依然较为坚实。

表1 试验地土壤含水率及坚实度测定情况Tab.1 Determination of soil water content and compactness in experimental field

2.1.2 试验设计

试验机型除三地流动作业的德邦大为4440W型水田灭茬犁、汉美1LYQ-1030 分体对称式驱动圆盘犁、鲁耕1LFT-3A 型液压翻转犁外，还有在A 地固定作业的福莱德力1LY-425 型圆盘犁及旋威1LS525 型铧式犁、在B 地固定作业的旋旺1LQY-925 型驱动圆盘犁，在C 地固定作业的普通四铧犁（型号厂家不明），配套动力为M954KQ 拖拉机或5E-954 拖拉机。

2.1.3 试验实施

试验实施过程测定机具耕深、耕宽、翻垡率、埋茬率(数丛法)、生产作业效率，观察并评价埋草效果、残耕地高度、作业田块适应性等情况。

2.2 结果与分析

2.2.1 耕深及耕宽

由表2 可知，4 款铧犁中以1LFT-3A 型液压翻转犁的耕深最大、耕宽最小，其余3 款铧犁耕深及耕宽均较为接近，而稳定性则以4440W 型水田灭茬犁为最佳。

表2 耕深及耕宽测定情况Tab.2 Determination of soil tillage depth and width

圆盘犁中则以1LYQ-1030 型驱动圆盘犁耕宽最大、最为稳定，耕深则均未达至15 cm，这是由于圆盘犁没有垂直间隙，其耕深受土壤阻力影响有减小趋势，在土壤含水率较小的田块，仅依靠机组对土壤的压力难以保证圆盘犁耕深稳定在合理范围。

2.2.2 翻垡率、埋茬率

因耕深较浅缘故，两款驱动圆盘犁耕后土壤不成条垡形状，稻草及残茬多覆于地表，无明显的埋茬埋草效果，故未进行翻垡率和埋茬率测定。其余5 款机具作业后的翻垡率及埋茬率测定情况如表3 所示。除1LY-425 型圆盘犁的埋茬率低于75%外，四款铧犁的埋茬率均在75%以上、翻垡率均在90%以上。

表3 翻垡率、埋茬率测定情况Tab.3 Determination of burying stubble rate and turning furrow slice rate

2.2.3 生产作业效率

由图1 可知，因机组纵向长度小、机动性好、作业幅宽大等原因，驱动圆盘犁的生产作业效率明显高于铧式犁的生产作业效率。4 款铧犁中，以4440W 型水田灭茬犁的生产作业效率最高，1LFT-3A 型液压翻转犁、1LS525 型铧式犁及四铧犁的班次小时生产率较为相近，其中，1LS525型铧式犁耕宽较大而作业效率较低，是由于机手在驾驶机组作业时增加了临接行的宽度，但因为驾驶路线规划不尽合理，作业至田块两侧最后一行程时往往会有较多的重耕等原因造成。

图1 不同型号机具生产作业效率Fig.1 Production efficiency of different tillage equipment

2.2.4 适应性评价与分析

液压翻转犁的设计和引进是为了在往返作业行程中交替使用不同犁组，从而始终朝一侧翻垡，以实现减少机具空跑行程的目的，然而，受田块尺寸限制及农机手向田块中央翻垡习惯的影响，机组调头回至原位及上下翻转犁体所耗费时间相对较长，作业效率难以充分发挥，且因其身重量较大，在含水率较高时容易引起机组下陷，耕深过大而行驶困难。圆盘犁虽具有防缠草和防壅土等优点，但受其自身结构限制，在土壤含水率较低的田块作业时，其耕作深度难以保证，翻垡、埋茬效果受到影响，同时，耕后在沟底留有一定的凸起高度，对后续机插秧作业存在一定不利影响。犁选一体机可在特定情况选用，耕耙犁可在农作物秸秆机械化犁耕深翻还田试点工作进行试验示范与推广应用，可缩短作业流程，提高生产效率。铧式犁易于实现深耕，翻垡及埋茬效果较好，但普通铧式犁作业过程容易出现缠草或壅土等现象，影响生产作业效率；水田灭茬犁相比普通铧式犁，除在耕深、耕宽、翻垡率、埋茬率、生产作业效率等方面具有一定优势外，其耕后犁底较为平坦，不易因深耕等原因对后续机插秧作业造成不利影响。

3 结论与讨论

犁耕作业质量关系到晒垡期杂草长势、土壤有机质分布、后续作物长势及产量等，为保障耕作深度及翻垡埋茬效果，冬耕晒垡应以铧式犁作业为主，而在土壤含水率较大的田块或复垦田块，宜选用驱动圆盘犁进行作业。冬耕晒垡作业宜早不宜晚，在水稻收割完成后及土壤适耕条件下，即可开始犁耕作业，使翻起的土垡能够有较长时间经受太阳暴晒和雨水冲蚀、底部架空层得到压实、秸秆早腐烂、养分早还田。

冬耕晒垡是一项时间跨度大、影响因素多的系统工程，除配套成熟的冬耕晒垡装备外，还应就晒垡期杂草处理、插秧前耕整地等方面，积极开展相关试验研究，探索形成与当地生产条件相适应的冬耕晒垡技术模式。