龐書軍

（北海精彩貿(mào)易有限責任公司，廣西 北海536000）

我國是農(nóng)業(yè)大國，對農(nóng)業(yè)機械的依賴程度較高，常見農(nóng)機設備基本上呈現(xiàn)出“高消耗、低效率”的工作狀態(tài)。農(nóng)業(yè)機械市場上的產(chǎn)品存在著機械功率低、技術(shù)含量低、機械耗油量大等弊端，這與先進農(nóng)業(yè)機械的環(huán)保、節(jié)能、高效的目標相差甚遠。農(nóng)機設備零、部件切削加工中冷卻液和熱處理中有害氣體、液體的排放；內(nèi)燃機驅(qū)動的農(nóng)機作業(yè)過程中煙塵和各種有害廢氣的排放；液壓油、潤滑油等由于各種原因?qū)е碌男孤?，滲入地表和土壤，以及各種固體廢棄物的隨意丟棄、掩埋和焚燒，都將對空氣、土壤和水—人們賴以生存的生態(tài)環(huán)境帶來嚴重的污染。伴隨著農(nóng)業(yè)機械化進程的不斷加快，農(nóng)業(yè)機械的保有量和總功率已經(jīng)越來越大，隨之引起的能源和環(huán)境問題，已經(jīng)成為人們關(guān)注的熱點。

1 農(nóng)業(yè)機械發(fā)展現(xiàn)狀

農(nóng)業(yè)機械化是農(nóng)業(yè)技術(shù)結(jié)構(gòu)的重要組成部分。20世紀農(nóng)業(yè)機械化對世界各國的農(nóng)業(yè)和國民經(jīng)濟的發(fā)展起了重大作用，2000年美國工程技術(shù)界評出了20世紀對人類社會生活影響最大的20項工程技術(shù)成就,其中第7項就是農(nóng)業(yè)機械化。我國“十一五”和“十二五”規(guī)劃中均提出了環(huán)境保護目標，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展方式也正發(fā)生著重大變化?！笆濉币?guī)劃要求“健全節(jié)能減排法律法規(guī)和標準，強化節(jié)能減排目標責任考核，把資源節(jié)約和環(huán)境保護貫穿于生產(chǎn)、流通、消費、建設各領域各環(huán)節(jié)，提升可持續(xù)發(fā)展能力”。如袁馳等闡述了農(nóng)業(yè)機械綠色設計的概念分析了綠色設計在實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械可持續(xù)發(fā)展、提高農(nóng)機產(chǎn)品競爭力、保護環(huán)境和振興農(nóng)機行業(yè)等方面的重大意義采用綠色設計后可使構(gòu)成農(nóng)機產(chǎn)品的零部件能夠方便地分類回收并再生循環(huán)或重新使用，使農(nóng)機產(chǎn)品在整個生命周期中能耗最小，減輕甚至消除農(nóng)機產(chǎn)品生命周期末端的壓力，使廢棄物、垃圾污染程度降到最低。

2 農(nóng)業(yè)機械與生態(tài)環(huán)境

我國僅“3大類”農(nóng)機的保有量已達4000萬臺，幾乎是汽車保有量的2倍。國家對汽車的排放已有非常嚴格的法規(guī)，而對農(nóng)機設備的排放且尚未做出嚴格的規(guī)定。實際上現(xiàn)今的農(nóng)機除了農(nóng)田耕作外，許多是行駛在城鄉(xiāng)間，擔負著農(nóng)副產(chǎn)品、農(nóng)用物資的運輸和調(diào)度。隨著城鎮(zhèn)化建設步伐的加快，城鄉(xiāng)間已無明顯界域，這么多農(nóng)機設備運行所導致的廢氣排放及各種污染，將隨著空氣流動而傳遞，受此影響的不僅是農(nóng)村也有城市。以拖拉機在整個生命周期中直接和間接對環(huán)境影響為例，如圖1所示。

圖1 拖拉機全生命周期中對環(huán)境產(chǎn)生的各種影響

（1）農(nóng)業(yè)機械與噪聲。拖拉機、低速貨車、三輪汽車作為農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品中重要的組成部分，在農(nóng)田作業(yè)、農(nóng)村道路運輸領域發(fā)揮著重要作用。2013年全國僅中型拖拉機累計總產(chǎn)量521309臺，同比增長13.92%，大型拖拉機產(chǎn)量6.33萬臺，同比增長12.95%。

農(nóng)業(yè)機械中的產(chǎn)品、設備，從材料獲取到制造、加工過程以及運轉(zhuǎn)中，始終都會產(chǎn)生振動和噪聲。農(nóng)業(yè)機械在運作過程中同樣會產(chǎn)生噪聲，影響周邊居民的生產(chǎn)生活。如果噪聲過大，不但會削弱駕駛員的駕駛技術(shù)，而且噪聲還會降低車輛電子元件的工作能力，減少其使用壽命。噪聲指數(shù)已成為評價車輛人機狀態(tài)系統(tǒng)中的一個重要指標。目前拖拉機噪聲限值標準為GB6376-1995《拖拉機噪聲限值》，該標準對拖拉機的噪聲要求比國外一些國家（如歐共體77/311/EEC）要求低得多。

拖拉機噪聲主要有發(fā)動機噪聲、傳動系噪聲和覆蓋件噪聲。其中發(fā)動機噪聲占拖拉機整機噪聲的50%以上。排氣噪聲是拖拉機最大的噪聲源，距排氣口0.5m處噪聲可達115-128dB(A)。其頻譜從幾十至1萬Hz以上。非增壓柴油機安裝有空濾器時，進氣噪聲往往不是拖拉機的主要噪聲源。當柴油機采用增壓后進氣噪聲明顯增加，成為拖拉機的主要噪聲源。風扇的轉(zhuǎn)速對噪聲影響很大，轉(zhuǎn)速提高一倍時聲壓級增加11-17dB(A)。通常在低轉(zhuǎn)速時，風扇噪聲比發(fā)動機噪聲低得多。但在高轉(zhuǎn)速時往往成為主要甚至是最大噪聲源。

農(nóng)業(yè)機械的振動即機械系統(tǒng)中的位移、速度和加速度的震蕩現(xiàn)象，對機械的損害程度非常嚴重，造成整臺機器在高頻率和高幅值的震蕩狀況下工作，也會產(chǎn)生噪音，影響工作環(huán)境。

（2）農(nóng)業(yè)機械與土壤。機械工具在田間行走作業(yè)時輪胎及器械對土壤發(fā)生的碾壓作用，會造成土壤的機械壓實。土壤機械壓實導致土壤孔隙度降低、物理結(jié)構(gòu)改變、土壤中的養(yǎng)分有效性降低、土壤退化。土壤機械壓實造成的全世界土地退化面積達6800萬hm2，其中非洲1800萬hm2，歐洲3300萬hm2，亞洲980萬hm2。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，農(nóng)機具質(zhì)量不斷增加，土壤壓實逐漸成為一個世界性的問題。

研究發(fā)現(xiàn)一次輪式拖拉機作業(yè)后使土壤干容重增加了11.1%，5～10cm處含水量最大減小了16.8%，0～6cm處堅實度增加為原來的1.4倍，5次作業(yè)后土壤含水量最多減少了23.1%。土壤緊實度變化會影響植物生長必需的大量元素N、P、K在土壤中移動性。土壤緊實度直接影響植物的根系形態(tài)，根系伸長速率降低，主根伸長受到抑制，側(cè)根形成數(shù)量增加，根系變短變粗。土壤的緊實度還會影響根系的導水率，阻礙地上部水分和養(yǎng)分的攝取，限制地上部生長。

緊實土壤不僅影響作物生長，還對土壤中動物、微生物的生存產(chǎn)生影響。如蚯蚓—耕耘土壤的“大力士”，蚯蚓的活動能夠使土壤疏松，團粒結(jié)構(gòu)增強，從而促進作物生長，而機械耕作導致土壤緊實度增加，不但破壞蚯蚓通道的結(jié)構(gòu)，還會造成許多蚯蚓死亡。緊實土壤對于土壤微生物的影響主要是降低了土壤磷酸酶的活性。緊實土壤中微生物碳的數(shù)值為139μgC·g-1低于正常土壤160μgC·g-1。

土壤機械壓實也影響農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的水環(huán)境。機械壓實后，土壤的入滲率降低，同時土壤的徑流量增加，在低洼處會形成積水，土壤中的有效養(yǎng)分會隨著徑流進入河流或湖泊，可能會造成富營養(yǎng)化，破壞水環(huán)境。Eradat等指出，機械壓實后，土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞，對土壤中農(nóng)藥殘留物以及有機物的分解產(chǎn)物的過濾作用產(chǎn)生影響，危及地下水質(zhì)量。

（3）農(nóng)業(yè)機械與大氣。農(nóng)業(yè)機械95%以上都是柴油發(fā)動機。柴油機工作時排放的主要污染物包括一氧化碳（CO），碳氫化合物（HC），氮氧化物（NOx）和顆粒物（PM）。與機動車相比，農(nóng)業(yè)機械的尾氣排放相當嚴重。

為了分析實際工況下農(nóng)業(yè)機械的排放特征，付明亮等利用車載排放測試系統(tǒng)對12輛農(nóng)用拖拉機進行怠速、行走和耕作3種操作模式下的田間排放測試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在旋耕模式下，CO、HC、NOx和PM單位時間的排放因子要高于怠速和行走模式，同時較高的油耗使得CO、HC、NOx基于油耗的排放因子小于怠速和行走模式。葛蘊珊等則是選取10臺典型的聯(lián)合收割機，在其實際工作狀態(tài)下進行了排放及燃油消耗特性的試驗研究。研究結(jié)果表明：谷物、玉米聯(lián)合收割機綜合燃油消耗分別為6.80和10.29L/h?；谌加拖穆实腃O、HC排放因子怠速工況下較高，而NOx排放因子在行走工況下較高，PM排放因子在作業(yè)工況下較高；谷物聯(lián)合收割機比玉米聯(lián)合收割機排放嚴重。2010年中國聯(lián)合收割機NOx和PM排放量分別為4.84和0.47萬t，分別占同時期機動車排放量的1.91%和1.94%。

機械壓實改變土壤緊實度間接對溫室氣體排放也有重要影響。研究發(fā)現(xiàn)如果施用NO3--N態(tài)肥，與正常土壤相比，緊實土壤中N2O的釋放量增加12倍。緊實土壤中反硝化作用更強，更容易產(chǎn)生大量N2O溫室氣體。緊實土壤對于N2O釋放的影響還與土壤充水孔隙（WFPS）有關(guān)，在WFPS≥70%時，反硝化作用在正常土壤和緊實土壤上都發(fā)生，并且以緊實土壤上N2O的釋放量最高。Eradat等算出在美國15000萬公頃的禾谷類作物面積上，如果表層土的容重增加0.3g·cm-3，CO2的釋放量每年會增加12.5Tg。CH4的溫室效應是CO2的20倍，土壤緊實會影響CH4的排放及其在大氣中的平衡，主要影響CH4在土壤中的氧化過程。

PM對人體健康和環(huán)境都會造成不良影響，而PM2.5污染加重，使得大范圍出現(xiàn)灰霾現(xiàn)象。二氧化碳使大氣環(huán)境產(chǎn)生溫室效應，一氧化碳會降低人和動物的血液輸氧能力。碳氫化合物是由許多化合物混合而成的毒性很強的化合物，會對人的健康造成危害。NOx導致區(qū)域臭氧，在地表上的臭氧以煙霧的形式出現(xiàn)，會導致人呼吸系統(tǒng)的疾病，抑制植物的生長和繁殖。碳煙顆粒物中含有許多致癌性的物質(zhì)，會對人體健康產(chǎn)生長期的危害。

3 展望

目前中國正在大力推進農(nóng)業(yè)機械化，在此過程中過度和不合理使用農(nóng)業(yè)機械會對生態(tài)環(huán)境造成一定影響。因此研究和防治農(nóng)業(yè)機械對生態(tài)環(huán)境造成的影響對于中國這個農(nóng)業(yè)大國具有重要意義。加強技術(shù)創(chuàng)新，提高農(nóng)機產(chǎn)品的技術(shù)含量，生產(chǎn)環(huán)保型農(nóng)機產(chǎn)品，如以保護生態(tài)環(huán)境的觀點評價和選擇行走裝置的結(jié)構(gòu)類型和參數(shù)，完善現(xiàn)有機器的行走裝置和設計新的行走系統(tǒng)；推廣使用清潔柴油，即含硫量低的柴油。據(jù)介紹，瑞典使用的清潔柴油與普通柴油相比，一氧化碳排放可減少54%，碳氫化合物和氮氧化物可減少10%，顆粒物可減少47%。政府方面加強對農(nóng)機排氣污染的監(jiān)管，籌建農(nóng)業(yè)機械排氣污染物監(jiān)測防治中心，制定、實施農(nóng)業(yè)機械的使用報廢標準，定期檢查農(nóng)業(yè)機械的技術(shù)狀況，對使用時間過長、技術(shù)落后、技術(shù)狀況差、油耗大、經(jīng)濟效益差、排放污染嚴重的農(nóng)業(yè)機械，要嚴格按報廢標準及時報廢，防止和減少農(nóng)業(yè)機械污染。

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