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免耕机播技术研发进展(3)

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2.2 切断秸秆型

在切断秸秆型播种机机具自身和加力装置对破茬圆盘产生较大的正压力下，破茬圆盘对秸秆、根茬和土壤进行切割，实现苗床整理。其特点是防堵性和通过性好，但种肥分施能力差，且圆盘破茬器入土角为钝角，需要较大正压力，才能保证破茬器的切断性能，因此整机质量较大，需大功率拖拉机牵引作业。根据破茬圆盘形状的不同，常用的圆盘破茬器有缺口圆盘、波纹圆盘、平面圆盘、凹面圆盘、涡轮圆盘等。我国该类型机具与国外基本相似，但我国多为中小功率拖拉机，因此相应的机具质量比国外小，该类型的免耕播种机性能不如国外。国内外对圆盘破茬器有较多研究，Fallahi等研究了圆盘破茬器工作性能的稳定性和作业质量的均匀性[28]；Huijsmans等进行了土壤对圆盘破茬器的阻尼问题研究[29]；施森宝等在我国提出的圆盘切茬、分草板分茬免耕播种技术模式，具有结构简单、成本低等优点[30]；张云文研制了一种带动力的圆盘式破茬器，该破茬器秸秆切断效果好，但在较小空间内设置多组传动部件，影响通过性，且圆盘破茬器易磨损[31]；朱瑞祥等对不同类型被动式圆盘破茬器的作业性能进行分析，建立了不同破茬器的破茬率与作业阻力间的数学模型，得出波纹圆盘在前进速度为5 km/h、偏角为5°、倾角为2°时作业效果最好的结论[32]。

2.3 粉碎秸秆型

粉碎秸秆型免耕播种机通过拖拉机动力输出轴带动粉碎刀高速旋转将秸秆拾起、粉碎，并将碎秸与土壤混合或沿着导草装置定向抛撒，从而实现清秸功能。其特点是粉碎效果好，清秸能力强，但造价高，刀片磨损快，动力消耗大，作业噪声大，主要适用于我国秸秆量大、抢农时的一年两熟、三熟等地区。其刀端线速度一般为37～56 m/s，根据刀片形状的不同，常用的粉碎刀有直刀、Y型刀、锤爪等，其中直刀的粉碎效果最好，动力消耗小，但秸秆捡拾效果差，通常与定刀配套使用；Y型刀捡拾效果好，但刀片强度不高，使用寿命短；锤爪打击粉碎效果好，刀片强度高，但动力消耗大。我国在粉碎秸秆防堵方面的研究较多，农业农村部南京农业机械化研究所提出“反旋粉碎、拾起输送、均匀抛洒”的技术思路，能有效解决推草挂草和架种晾种问题；胡红等提出，仅粉碎种肥床上秸秆的带状旋耕粉碎技术能顺利在稻茬田进行小麦播种[33]；赵佳乐设计了一种有支撑的滚动式粉碎秸秆装置，能有效提高秸秆粉碎水平并节约能耗[34]；李永磊等设计了一种双辊秸秆粉碎装置，采用前辊正转碎秸清茬，后辊反转碎土混秸，能有效提高秸秆与土壤的混合程度[35]。

国外免耕播种技术发展较早，种植模式成熟，已研发出各类型的免耕播种机及配套机具，其农业人口比例小，农场面积大，以大规模的成片种植方式为主；同时国外工业发达，农业机械化水平先进，免耕播种机具性能优良，可靠性高；随着传感器、微电子和计算机等技术的迅速发展，其免耕播种机具正朝着集成化、自动化、智能化和人性化方向发展。我国保护性耕作技术发展较晚，经过几十年的试验、示范和推广，筛选出了一批适合我国农业生产情况的技术模式，形成了东北、西北、华北、南方地区4个保护性耕作区。由于我国不同地区农业生产条件存在很大差异，秸秆产量差异较大，对免耕播种机具多样性和适应性要求较高，以采用中小功率的拖拉机牵引轻型免耕播种机作业为主要作业形式。目前，在我国免耕机播设备中，中低端、仿制、小型机具偏多，高端、自主研发、大型机具偏少；5 000元以下的低端机具约占市场总销量的65%，5 000～20 000元的中端机具约占市场总销量的30%，20 000元以上的高端机具约占市场总销量的5%[36]。

3免耕机播技术存在的问题

3.1 机具适应性差

传统免耕机播设备在田间秸秆量少时可流畅作业，但随着田间秸秆量的增加，不能适应全量秸秆地作业，作业时易雍草推草、架种晾种；同时，我国幅域辽阔，一年一熟、多熟种植情况并存，目前的免耕机播设备在一年一熟地区作业性能较好，但不能适应一年多熟地区作业，在一年一熟地区，作物收获后有一定时间进行秸秆自然降解，免耕机播设备较成熟，作业较顺畅，推广面积较大，但在一年多熟地区，由于作物秸秆自然降解时间短，秸秆总量大、流动性差，机具在全量秸秆地作业时易堵塞，配套机具类型少，推广面积小[37]；我国作物种类多，不同区域种植模式差别大，免耕机播设备无法适应不同的种植环境，如玉米播种机不能通过灵活组配对小麦进行免耕条播，大部分免耕机播设备为专机专用，对不同种植模式、不同作物的适应性差，机具利用率低。