牧草耕种管收全过程主要农机技术应用与展望

李祈康 刘元义

(山东理工大学，山东 淄博 255022)

1 牧草主要机械化生产环节

牧草的机械化生产以全程机械化生产作业为基础支撑，强调农机农艺技术融合、机械装备配套、生产环节衔接，重点要保证在有效的时间内完成割草和捆草作业，使牧草的营养价值和商品性得到提高。

主要生产环节包括机械耕整地、机械播种、机械喷灌、机械植保(增施叶面肥)、机械割草、机械翻晒、机械捆草、机械运输和入草棚集垛；机械配套要以保证作业质量和生产效率为前提，根据装备水平和生产规模选择大型机械进行合理组合。

2 各生产环节主要农机具研究现状

2.1 种子收获机械

谷粒收获机通常是在常规谷粒收获机的基础上，对其进行改造或替换，并改变某些工作参数，从而实现谷粒的收获。

改造后的谷粒联合收获机在保持原收获机性能的基础上，进一步提高了草种收获的工艺水平。从20世纪80年代初期起，我国就开始采用改良后的联合收割机来收割草种。通过生产实践证明，该方法生产效率高，改造成本低，能及时收获，基本上可以满足农业生产对草种收获的技术需求，在我国已得到了较为广泛的应用。

目前常见的牧草种子收获机械采用割前脱粒技术，机器在前进过程中通过转刷接触牧草，牧草的种穗被自上而下进行梳刷，在转刷丝冲击力作用下，牧草种子与茎秆分离完成脱粒过程。同时，高速旋转的转刷带动空气流动，在采集通道形成负压区，对牧草种子进行吸附，加强了牧草种子收获的采集效果。

21世纪初，中国农业机械化科学研究院呼和浩特分院研制出9ZQ-2.7型苜蓿种子收获机，由梳刷采集系统、输送系统、沉降系统、传动系统和风机系统等部分组成，其主要技术参数如表1所示[5]。

表1 9ZQ-2.7型苜蓿种子收获机工作主要参数

表2 牧草主要的干燥方式

2.2 耕整地机械

建立人工草地必须将原草地进行完全耕翻，进行碎土、整地，达到种植要求后进行牧草播种。其机械化作业主要包括耕、粑、播、施肥、镇压等环节。目前，我国人工草地机械化工艺主要有以下3种。

2.2.1 耕—粑—播(施肥、镇压)工艺

用铧式型耕翻草地，以消除草根层及耕松土层，根据草地土壤及草皮板结状况，耙地数次，使土块细碎，地表平整，进行播种。也可将播种、施肥和镇压用同一机器完成，或粑后进行镇压，以利于保墒，然后进行播种。该工艺主要适合于新疆、内蒙古、东北等北方地区草皮板结不太严重的退化草地。

2.2.2 旋耕—播(施肥、镇压)工艺

通过驱动型旋耕机高速旋转刀齿的作用，对坚韧的草根、土层进行切割、抛扔及碰撞等，达到碎土和整地的目的，进行播种。也可将播种、施肥和镇压用同一机器完成，或粑后进行镇压，以利于保墒，然后进行播种。该工艺主要适合于青海、甘肃、四川等亚高山或高山草甸。

2.2.3 耕-旋耕-播(施肥、镇压)工艺

该工艺采用耕、旋耕联合作业。在草皮层较厚(20～30cm)而土壤坚实度较低(平均3139～4120kPa)的情况下，先用铧式型耕翻，再用旋耕机旋耕，旋耕后其地表质量基本满足牧草播种要求；在草皮层较薄(10～12cm)而土壤坚实度较大(3924～4415kPa)、土层较厚的情况下，先用旋耕机破碎草皮，再用耕粑犁深耕碎土，也可满足牧草播种要求。

2.3 牧草种植机械

牧草的播种特点：一般牧草种子含杂率高，籽粒小而轻，形状不规则，有的还有芒、绒毛等，流动性极差。由于牧草种子轻而小，单位面积播量小，实现播量准确、均匀比较困难；由于牧草种子流动性差，易在种箱内出现种子架空或堵塞排种器而出现断条。

为防止或减轻这些问题，国内外常用的方法有2种：对种子进行去毛和丸化，以达到表面光洁，增加其流动性；使用专门用于饲草的播种器。

牧草耕播机是我国结合国内退化草地的实际研制的一种牧草专用播种机，既可用于天然退化草地的牧草补播，也可用于已耕整地的人工草地的播种。如，9BC-2.1型牧草耕播机，其工作幅宽为2.1m，行距为350mm，行数为6行，配套拖拉机动力在40kW以上，该机基本能满足我国大多数优良牧草的播种要求，特别是对带芒、绒毛等流动性差的牧草种子适应性好，对不同播种量要求的牧草能实现按比例定量、分层混播。该机可一次完成松土、碎土、开沟、播种、覆土、镇压等作业。根据混播要求，将不同草种分别放入大、小种箱，按各自要求的播量调整好槽轮的工作长度或排种轴传动比，即可进行混播作业[2]。

2.4 牧草场植保机械

水肥喷施机构可以分为3大类：移动式喷灌机组，固定管路式喷灌机组，大型自动式喷灌机组。

在我国，将毒饵撒施在草地表面的毒饵撒播机和将毒饵撒施在机器打出的洞内的草原灭鼠投饵机(基本上已经被市场淘汰)。用于草原灭虫的机械是一种超低量喷雾机，是一种将杀虫药液以细雾状喷洒在植物上的超低量喷雾机(只适用于中小规模的草原)。现在，针对牧草地的灭虫或灭鼠，都是采用无人机或飞机来进行，其灭效比较高，可以达到80%。做好草原鼠害防治工作，是防止草原退化，保障草原可持续发展，推动草原畜牧业发展的关键。

2.5 牧草收获及调制机械

割草机械按动力连接方式不同分为牵引式、悬挂式、半悬挂式和自走式。按切割原理不同可分为往复切割器式和旋转切割器式2种。按用途不同分为普通割草机和割草调制集条机。

往复割草机是最早使用的。该技术适合于自然牧草的采收和放牧，割茬较低，草料损耗较小，易于调节和利用，其发展历程是由畜力向机械牵引、由牵引到悬挂。其发展方向是提高产量、提高推进速率和增大切割幅度。增大切割幅度会增大金属的消耗，从而使推进速度更具优势。但是，为了确保切削品质，需要在加工过程中增加刀具的速度。由于切削速度的提高，使割刀的往复惯性力大大增强，机械振动和机械零件的损伤，在切割高产或潮湿的牧草时，经常出现卡刀。尽管存在上述缺陷，但该割草机仍然被广泛应用于国内外，并已批量生产，并在不断改进。改进后的双动往复式切割机既能有效地抵消振动，又能有效地减少横向应力，又能极大地改善割草的平稳性[1]。

图1 单刀后悬挂式割草机

图3 小型圆盘式割草机

图4 旋转式割草机构

1.拨禾轮；2.切割器；3.输送器；4.压扁器(压辊)；5.发动机；6.膨松板图5 John Deere自走式割草压扁机原理图

1.密度调节器；2.输送喂入器；3.曲柄连杆机构；4.传动机构；5.牵引装置；6.压捆室；7.捡拾器；8.捡拾器控制机构图6 方捆捡拾压捆机构造原理

图7 圆草捆捡拾压捆机工作流程图

在工作时遵循无支撑切割的原理，在刀盘上安装有旋转切割器刀片，在割草时，刀盘旋转带动刀片旋转进行割草。相对于往复式割草机，有着不需要惯性力平衡，工作时机器振动较小的优点，并且结构比较紧凑，使用起来比较可靠，几乎不存在堵刀的现象，机器随拖拉机前进的工作速度也较高，可以达到10～18km·h-1。适用于收割高产、茂密、湿度较大的天然牧草和种植牧草，对倒伏严重的牧草也能够进行很好的收获。但是同样相较往复式割草机而言，也存在着功率消耗大，割茬不整齐，碎草多等缺点[9]。

为了加速牧草干燥，通常在制下牧草后随即进行压扁、弯折，或冲击和梳刷，以促进秤内部水分蒸发，使牧草干燥均匀迅速，减少收获损失。这些调制机多与割草机配合使用。

目前使用的割草压扁集条机的形式很多，主要有以下几种类型。

自走式割草压扁机。现以美国John Deere 自走式割草压扁机为例进行说明。该机在割草时，利用压扁器将牧草茎秆挤压成波形，均匀铺放在割茬上，形成蓬松草条，便于通风干燥。可与捡拾压捆机或捡拾集朵机等牧草收获机械配套使用。该机由收割台(包括拨禾轮、切割器、输送器)、压扁器(压辊)、发动机、膨松板等组成。工作时，牧草在拨禾轮引导、扶持下，被切割器切割，铺放在割台上，由输送器将作物输送到中间窗口，由窗口落下的牧草经压辊捡拾碾折调制后均匀地条放在割茬上。

旋转式割草压扁机。收获高产量牧草或者是在较小的牧草场进行作业时使用，牧草被切割器割倒，随后由对辊式压扁器压扁和弯折，通过集条板形成较为均匀的草条，铺放在割茬上。

两次压扁的切割压扁机。将切割器割下的牧草，由2对不同的压辊进行连续的压扁以及弯折。第1对压辊为带槽的弯折辊，第2对为光滑压辊，这种方式能够提高干燥速度和牧草的消化率，但田间损失较大。

旋转式割草调制机。为适应多雨、潮湿地区牧草调制的需要，于20世纪70年代中期西欧一些国家研制出了旋转式割草调制机。其不是依靠压辊强制压扁基秤，而只是刮擦其表面的蜡质层，因此保持了其生物组织结构强度，基秆变形不大，所以损失较小。

2.6 干燥机械

将饲料的烘干过程划分为不同的生理和生物化学阶段。将牧草刈割后晾晒到含水率在40%左右的这个时期叫作生理学时期，在这个时期，损失的大部分是自由水，而牧草的水分则主要通过气孔和维管系统流失，并且干燥速度很快。同时，因为细胞是活跃的，会持续地从牧草中吸收养分来维持其生理活动，所以，加速这一时期的水分散失，可以有效地降低养分的流失，缩短脱水时间。

第2个时期是生化时期，在这一时期，植株的生理功能基本丧失，而在这一时期，主要由蛋白酶进行生物化学过程。随着时间的增长，可溶性蛋白质、细胞内纤维素、叶绿素、胡萝卜素等可溶性营养素的含量迅速降低。所以，在生物化学时期，为了确保饲料的营养质量，应该加大降水量，减少日晒和雨水的冲刷。目前，天然干燥、热风干燥、高温热风快速干燥和太阳能干燥等方法已被广泛应用，但对其它方法(如红外干燥)的干燥特性的研究还很少。

目前，国内外对饲草热风干燥的研究多侧重于对饲草干燥性能及质量的影响，对饲草干燥装置的研究很少。近年草捆的热风干燥以管式制干机为主。

20世纪80年代由荷兰研制的AS-25型滚筒烘干机，是我国最早引入的一种烘干设备。目前，我国部分滚筒干燥装置的研究与开发，均是借鉴其总体结构，并根据其工作原理，对滚筒干燥装置进行了改进与优化。现在的核心元件主要是单回程转筒或三回程转筒[7]。

贵州农学院于1989年成功开发出我国首套用于饲草的高温、速干装置：100型人工速干装置。该装置为单桶干燥机，干燥机产量仅100kg·h-1(初始含水量70%)，效率较低，无法满足产品加工要求。

中国农大王光辉课题组自主研发了三回路转鼓式牧草高温快速干燥装置，可使高秆牧草起始含水率达76%，终含水率低于17%，3～5min即可完成，产量达2.74t·h-1，可满足高秆牧草高效、高效、低成本的要求。特点是生产率高，干燥行程长，能处理高水分含量的物质，但由于初期水分含量高，干燥费用高。采用预先干燥的方法，可以减少原料的初始水分含量，这对提高装置的生产效率和减少能源消耗有很大的帮助。所以，对于不适合在野外晾晒的高含水量牧草来说，联合干燥是一种行之有效的干燥方式[7]。

2.7 打捆机械

目前草场牧草收获比较先进的方法中就包括成捆收获。这不仅有利于减少牧草收获后在加工和运输中的损失，还能够显著提高牧草质量。因为牧草在打捆后的密度较大，大幅度缩小了收草体积，便于后续的运输、贮存和饲喂，牧草的商品化可能性也得到提升。因此，牧草行业成捆收获法发展很快。分类和特点如下。

按照牧草捆的打捆形状可分为2种：圆捆打捆机和方捆打捆机。方捆牧草打捆机相较于圆捆牧草打捆机而言，其所打草捆体积较小，密度较大，方便运输或者搬运，便于机械化装车和卸载，对很多种类的牧草适应性都较强；圆捆牧草打捆机效率较高，结构比较简单，在使用和调整时比较方便，并且所打出的牧草捆可进行长时间的露天存放，大多适用于劳动生产力较低，规模比较大且后续运输距离较长的大型农牧场。

按作业方式其由捡拾器、输送喂入器、压捆室、密度调节器、打捆机构、打捆控制器、曲柄连杆机构、传动机构和牵引装置等组成。可分为固定式压捆机和捡拾压捆机。捡拾压搁机又分为牵引式和自走式[6]。

工作时，从拖拉机动力输出轴将动力传至压捆机，机器沿草条前进，由捡拾器弹齿将割茬上的牧草捡拾起来并连续地输送到输送喂入器内，输送喂入器把牧草喂入压捆室，被往复运动的活塞压缩成形，当草捆达到预定长度时打捆机构开始工作，并将压缩成形的牧草打成捆，捆好的草捆被后面陆续成捆的牧草不断推向压捆室出口，经放捆板落在地面上或经抛扔机构抛入拖车车厢内。

牧草捡拾圆捆机的成捆原理有2种：内缠绕式，其成捆原理的机种有长胶带和链栅式。其草捆形成过程是形成草芯，长胶带或链栅始终压包着草捆，随着不断喂入草条如滚雪球似的逐渐卷成圆草捆。外缠绕式，其成捆原理的机种有短胶带和滚子式。这2种圆捆机具有固定的成型空腔，草捆形成是开始喂入的牧草为膨松状态，而后逐渐成圆草捆。但滚子式圆捆机碎草率高，适用范围小[6]。

2.8 青贮饲草收获机械

在许多牧草场上，进行搂草和捡拾压捆的前提是使牧草的湿度降到15%及以下。为了和牧草含水率相匹配，目前市面上的压捆机都是基于这个含水率的牧草所制作。

为了提升机具的应用效率和调制牧草的方法，可以采用人工干燥方法，如适时使用热风式烘干机。在这种方法下，压捆作业的时机就可以选取在草场上牧草湿度为40%～50%时，或者将湿度更高的牧草在压捆后进一步进行青贮饲料的加工。如图8为山东农业大学研制的一种青贮饲料联合收获机。

1.草捆；2.打捆装置；3.开仓油缸；4.集草箱；5.抛送装置；6.驾驶室；7.多功能监控显示器；8.一体式割台；9.割台悬挂装置；10.操纵系统；11.驾驶台；12.静液压驱动系统；13.液压系统；14.发动机；15.底盘驱动系统；16.喂入装置；17.悬挂装置；18.卸捆导板图8 青贮饲料联合收获机结构原理

青贮的优点：通过对青贮的合理利用，不仅可以提升牲畜管理中的效益，还可以减少很多的营养投入成本等。牧草进行收获后直接晾晒或者使用机器干燥，在干燥的过程中，大量的营养物质会经过机器的破坏，雨淋日晒等进行无意义的消耗。而消耗掉的大量粗蛋白、维生素、水分等对产乳牲畜而言是非常重要的，也是不可或缺的营养成分。而青贮饲料在制备后，粗蛋白损失较干燥时减少40%左右，维生素几乎不会流失。因此使用青贮饲料作为产乳牲畜的主要饲料来源，对于增加产乳量效果十分明显。通过青饲料联合收获进行牧草青贮省大量的资金投入，不受雨季的限制，可随打随贮，可以长期保存牧草，广开饲料来源[3]。

3 结论与展望

本文总结了现阶段牧草收获全流程所用到的主要农业机具及其部分原理，对牧草全流程生产作业过程进行了概括，主要涉及牧草生产环节包括机械耕整地、机械播种、机械喷灌、机械植保(增施叶面肥)、机械割草、机械翻晒、机械捆草、机械青贮等。

对于我国牧草产业的发展，要努力做到将牧草产业转变为农民主要收入来源的产业发展，使我国牧草机械化成为草业从业者脱贫的有效途径；国家务必做到以机械基础性研究为重心，以培养储备人才、增强科研水平为动力，加快推动机械化发展，坚持引入国外先进牧草机械设备，坚持培养本国相关专业技术人员，不断对自主创新能力和操作水平进行提升；快速将产生的牧草产业先进技术转化为现有的生产力，对牧草产业机械进行大力宣传和推广；政府相关部门应给予政策和资金进行进一步的扶持，鼓励相关机械企业不断进行技术创新，只有研发出符合我国国情的草业机械设备，才能对我国草业机械化的快速发展起到促进作用。