吳 巖，王江濤，王劍文，秦心愛

(1.河南省農(nóng)業(yè)機械試驗鑒定站，河南 鄭州 450008； 2.河南農(nóng)有王農(nóng)業(yè)裝備科技股份有限公司，河南 駐馬店 463000)

0 引言

我國每年農(nóng)作物秸稈量約10億t，占全球總量近20%，如何實現(xiàn)秸稈經(jīng)濟有效資源化利用而不焚燒污染環(huán)境，是個尚未得到有效破解的大事、要事和難事。由于我國多為多熟制小田塊分散種植，種植標(biāo)準(zhǔn)化程度低，前茬作物收獲模式復(fù)雜多樣，因此，秸稈不收集移出、就地還田成為當(dāng)下中國廣大農(nóng)民普遍的選擇，前茬作物收獲后未做任何秸稈收集移出和耕整地處理的“全秸硬茬地”在當(dāng)下中國已成為耕種新常態(tài)[1]。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所、河南農(nóng)有王農(nóng)業(yè)裝備科技股份有限公司深度合作，針對農(nóng)作物秸稈缺乏有效出路，秸稈焚燒屢禁不止，創(chuàng)制出全秸硬茬地潔區(qū)播種機系列技術(shù)裝備，徹底破解了傳統(tǒng)機具掛秸壅堵、架種和晾種技術(shù)難題，實現(xiàn)全秸硬茬地高質(zhì)順暢機械化播種，并已在河南、安徽、江蘇、河北、山東、湖北、天津、遼寧和黑龍江等小麥、玉米、花生主產(chǎn)省市，連續(xù)多年進行了大面積試驗與示范，具有較好的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)效果，得到廣大農(nóng)戶的普遍認(rèn)可[2-3]。該技術(shù)成果整體處于國際領(lǐng)先水平，連續(xù)多年被農(nóng)業(yè)農(nóng)村部列為主推技術(shù)，榮獲2017年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部神農(nóng)中華農(nóng)業(yè)科技獎一等獎，為秸稈禁燒、就地還田肥料化利用提供了有力技術(shù)與裝備支撐。該系列產(chǎn)品屬于新技術(shù)、新裝備，而目前國內(nèi)外尚無合適的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作為產(chǎn)品推廣檢測依據(jù)，因此亟待申請起草相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，便于相關(guān)產(chǎn)品更好地得到推廣應(yīng)用。根據(jù)中國農(nóng)業(yè)機械化協(xié)會《關(guān)于下達2019年中國農(nóng)業(yè)機械化協(xié)會團體標(biāo)準(zhǔn)制定計劃的通知》，河南省農(nóng)業(yè)機械試驗鑒定站負(fù)責(zé)承擔(dān)《全秸硬茬地潔區(qū)播種機》團體標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，成立了以河南省農(nóng)業(yè)機械試驗鑒定站為牽頭單位，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所和河南農(nóng)有王農(nóng)業(yè)裝備科技股份有限公司為參與單位的標(biāo)準(zhǔn)起草項目組，并于2019年5月30日，通過了中國農(nóng)業(yè)機械化協(xié)會的團體標(biāo)準(zhǔn)立項。

1 全秸硬茬地潔區(qū)播種機概念

根據(jù)NY/T1640—2015《農(nóng)業(yè)機械分類》，播種機械分為條播機、穴播機、精量播種機、小粒種子播種機、根莖作物播種機、深松施肥播種機、免耕播種機、鋪膜播種機、整地施肥播種機和水稻直播機等，沒有全秸硬茬地潔區(qū)播種機的概念，所以要進行定義，以區(qū)別于現(xiàn)有的播種機[4]。全秸硬茬地潔區(qū)播種機是集秸稈撿拾粉碎、施肥、播種、秸稈均勻覆蓋或秸稈行間集覆等多種功能于一體的復(fù)合作業(yè)機具，它可以實現(xiàn)在前茬作物收獲后對秸稈沒有進行收集、移出和對土地沒有進行耕整的土地上進行播種作業(yè)。需要對“全秸硬茬地”“潔區(qū)”“全秸硬茬地潔區(qū)播種機”和“潔區(qū)潔凈度”進行定義[5]。

1.1 全秸硬茬地

為了體現(xiàn)全秸硬茬地潔區(qū)播種機是能夠在前茬作物收獲后，秸稈無論是處于直立狀態(tài)還是鋪放狀態(tài)，在沒有經(jīng)過耕整的土地上進行作業(yè)，要對“全秸硬茬地”進行定義。本標(biāo)準(zhǔn)給出的定義為“前茬作物收獲后未做任何秸稈收集移出和耕整地處理的土地”，突出表明了這種播種機可以在沒有進行秸稈處理和耕整的土地上直接進行播種作業(yè)。

1.2 潔區(qū)

我國現(xiàn)有的播種機作業(yè)模式主要有3大類：第1類是在經(jīng)過耕整的土地上進行的播種作業(yè)，包括條播機、穴播機、精量播種機和小粒種子播種機等；第2類是機具本身先進行耕整作業(yè)，然后再進行播種作業(yè)，包括旋耕播種機、整地播種機和深松播種機等；第3類是在未耕整或少量旋耕的土地上進行的播種作業(yè)，包括免(少)耕播種機等。全秸硬茬地潔區(qū)播種機最大的特色體現(xiàn)在通過機具本身先對秸稈進行粉碎處理和對土地進行耕整處理，然后通過撿拾輸送部件把秸稈向上向后整體均勻覆蓋在播后的地表或通過秸稈行間集覆部件把秸稈按種植農(nóng)藝需求有序規(guī)整成條鋪放于行間(播種帶之間的覆秸帶)，在“潔凈”的無秸稈障礙的種帶上完成播種作業(yè)。本標(biāo)準(zhǔn)給出的定義為“在全秸硬茬地上，經(jīng)機具工作形成的相對無秸稈的有效播種施肥作業(yè)區(qū)域”，體現(xiàn)出全秸硬茬地潔區(qū)播種機是在經(jīng)過撿拾輸送部件和行間集覆部件工作后形成的一個相對無秸稈的潔凈區(qū)域上進行播種作業(yè)。

1.3 全秸硬茬地潔區(qū)播種機

我國現(xiàn)有的播種機沒有全秸硬茬地潔區(qū)播種機的概念，所以要進行定義，以區(qū)別于現(xiàn)有的播種機，本標(biāo)準(zhǔn)給出的定義為“在全秸硬茬地潔區(qū)進行播種施肥作業(yè)的種植機械”，表明了這種播種機可以直接在全秸硬茬地上，在經(jīng)過機具相應(yīng)工作部件工作形成的潔區(qū)上進行播種作業(yè)。同時，本標(biāo)準(zhǔn)對全秸硬茬地潔區(qū)播種機的3種型式進行了具體的解釋。

第1種型式是全秸硬茬地旋耕潔區(qū)播種機，本標(biāo)準(zhǔn)給出的解釋為“集秸稈粉碎、撿拾輸送、旋耕、施肥、播種和秸稈整體均勻覆蓋或秸稈行間集覆等功能的播種機”，闡明了全秸硬茬地旋耕潔區(qū)播種機通過秸稈粉碎部件對前茬作物秸稈進行粉碎處理，然后撿拾輸送部件將秸稈收集后整體均勻覆蓋在播后的地表或通過秸稈行間集覆部件把秸稈按種植農(nóng)藝需求有序規(guī)整成條鋪放于行間，同時順序進行旋耕、施肥和播種作業(yè)。

第2種型式是全秸硬茬地免耕潔區(qū)播種機，本標(biāo)準(zhǔn)給出的解釋為“集秸稈粉碎、撿拾輸送、施肥、免耕播種和秸稈整體均勻覆蓋或秸稈行間集覆等功能的播種機”，闡明了全秸硬茬地免耕潔區(qū)播種機通過秸稈粉碎部件對前茬作物秸稈進行粉碎處理，然后撿拾輸送部件將秸稈收集后整體均勻覆蓋在播后的地表或通過秸稈行間集覆部件把秸稈按種植農(nóng)藝需求有序規(guī)整成條鋪放于行間，在不對土地進行耕整的情況下，順序進行施肥和播種作業(yè)。

第3種型式是全秸硬茬地起壟潔區(qū)播種機，本標(biāo)準(zhǔn)給出的解釋為“集秸稈粉碎、撿拾輸送、施肥、起壟、播種和秸稈均勻覆蓋等功能的播種機”，闡明了全秸硬茬地起壟潔區(qū)播種機通過秸稈粉碎部件對前茬作物秸稈進行粉碎處理，然后撿拾輸送部件將秸稈收集后整體均勻覆蓋在播后的地表或通過秸稈行間集覆部件把秸稈按種植農(nóng)藝需求有序規(guī)整成條鋪放于行間，順序進行施肥、起壟和播種作業(yè)。

1.4 潔區(qū)潔凈度

全秸硬茬地潔區(qū)播種機作業(yè)時，施肥、播種作業(yè)在相對無秸稈的“潔區(qū)”內(nèi)一次完成，是全秸硬茬地潔區(qū)播種機的最大突出特色，顛覆了傳統(tǒng)播種作業(yè)思路，對土地的清理程度是衡量全秸硬茬地潔區(qū)播種機作業(yè)性能的主要指標(biāo)。本標(biāo)準(zhǔn)給出的定義為“經(jīng)機具工作形成的相對無秸稈的有效播種施肥作業(yè)區(qū)域的潔凈程度”，是全秸硬茬地潔區(qū)播種機區(qū)別于其他播種機的特色。

2 技術(shù)指標(biāo)要求

全秸硬茬地潔區(qū)播種機主要由秸稈粉碎部件、撿拾輸送部件、旋耕部件、施肥播種部件、均勻拋撒部件和碎秸行間集覆部件等組成。秸稈粉碎部件先將田間秸稈進行粉碎，然后撿拾輸送部件將秸稈收集后整體均勻覆蓋在播后的地表或通過秸稈行間集覆部件把秸稈按種植農(nóng)藝需求有序規(guī)整成條鋪放于行間，給后續(xù)的施肥、播種作業(yè)創(chuàng)造無秸稈影響的工作環(huán)境，減少壅堵、架種問題，提高播種質(zhì)量，秸稈均勻拋撒于播后地表，起到保墑、增肥和抑制揚塵等作用。國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對秸稈粉碎、旋耕、免耕播種等有相應(yīng)的指標(biāo)要求，而對撿拾輸送均勻拋撒、碎秸行間集覆、潔區(qū)潔凈程度、晾籽和架種等沒有相應(yīng)的指標(biāo)要求[6-10]。為了體現(xiàn)全秸硬茬地潔區(qū)播種機的特色，本標(biāo)準(zhǔn)提出了播后秸稈拋撒(覆蓋)不均勻度、播后秸稈行間寬度變異系數(shù)、潔區(qū)潔凈度、晾籽率和架種率等新的性能指標(biāo)，以區(qū)別現(xiàn)有播種機的技術(shù)要求。

2.1 播后秸稈拋撒(覆蓋)不均勻度

全秸硬茬地潔區(qū)播種機進行播種作業(yè)時通過兩種方式對前茬秸稈進行處理后在相對潔凈的地表進行播種作業(yè)，其中一種方式就是經(jīng)過秸稈粉碎部件對前茬作物秸稈進行粉碎，然后通過撿拾輸送部件將秸稈收集后整體均勻覆蓋在播后的地表，播后秸稈拋撒(覆蓋)的均勻程度是考核機具性能的一個重要指標(biāo)。我國現(xiàn)有的播種機沒有這種類型的工作形式，缺乏相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)要求，需要制定相應(yīng)的技術(shù)要求，因此提出了“播后秸稈拋撒(覆蓋)不均勻度”的概念，以考察通過撿拾輸送部件將秸稈收集后整體均勻覆蓋在播后地表時的均勻程度，來判斷機具對秸稈拋撒(覆蓋)的均勻程度。

試驗樣機按使用說明書要求的作業(yè)速度進行一個往返行程，在播后的地表每個行程沿測區(qū)長度方向等間距測定3點，每點測定1 m2面積內(nèi)秸稈總質(zhì)量，按式(1)計算播后秸稈拋撒(覆蓋)不均勻度。

(1)

式中Fb——播后秸稈拋撒(覆蓋)不均勻度， %

Mzi——i測點秸稈總質(zhì)量，kg

通過計算播后地表的秸稈覆蓋量，來考核全秸硬茬地潔區(qū)播種機對前茬作物秸稈拋撒(覆蓋)的均勻程度。“播后秸稈拋撒(覆蓋)不均勻度”根據(jù)前茬作物的不同，確立了不同的性能要求，小麥等作物要求秸稈拋撒不均勻度≤20%，水稻、玉米和高粱等作物要求秸稈拋撒不均勻度≤30%。

2.2 播后秸稈行間寬度變異系數(shù)

全秸硬茬地潔區(qū)播種機進行播種作業(yè)時，通過另一種方式對前茬秸稈進行處理就是通過秸稈行間集覆部件把秸稈按種植農(nóng)藝需求有序規(guī)整成條鋪放于行間，給后續(xù)的施肥、播種作業(yè)創(chuàng)造無秸稈影響的工作環(huán)境，減少壅堵、架種問題，提高播種質(zhì)量。

為考核機具通過秸稈行間集覆部件把秸稈按種植農(nóng)藝需求有序規(guī)整成條鋪放于行間的均勻程度，提出了“播后秸稈行間寬度變異系數(shù)”的技術(shù)要求。

(2)

(3)

(4)

nix——第i行寬度，mm

ni——測定的行數(shù)

s——秸稈行間寬度的標(biāo)準(zhǔn)差，mm

α——秸稈行間寬度的變異系數(shù)， %

通過計算播后秸稈行間寬度，來考核全秸硬茬地潔區(qū)播種機對前茬作物秸稈鋪放的均勻程度?！安ズ蠼斩捫虚g寬度變異系數(shù)”性能要求≤15%。

2.3 潔區(qū)潔凈度

全秸硬茬地潔區(qū)播種機作業(yè)時施肥、播種作業(yè)在相對無秸稈的“潔區(qū)”內(nèi)一次完成，是全秸硬茬地潔區(qū)播種機的最大突出特色。為考核機具在施肥、播種作業(yè)時地表的秸稈處理程度，提出了“潔區(qū)潔凈度”的技術(shù)要求。

沿機器前進方向等間距測定5點，每點取寬度為1個工作幅寬，長度20 cm的面積，測定秸稈處理裝置對秸稈進行粉碎與移位處理連續(xù)形成的相對無秸稈的有效播種施肥作業(yè)區(qū)域以上的全部秸稈(不包括埋在土下面的根茬)質(zhì)量后求平均值，按式(5)～(6)計算潔區(qū)潔凈度。

(5)

(6)

式中Wh——測區(qū)清理后秸稈覆蓋量，kg/m2

Wg——每個測點清理后秸稈覆蓋量，kg/m2

Jd——潔區(qū)潔凈度， %

Wq——測區(qū)清理前秸稈覆蓋量，kg/m2

通過計算相對無秸稈的有效播種施肥作業(yè)區(qū)域以上的全部秸稈，來考核全秸硬茬地潔區(qū)播種機對前茬作物秸稈處理程度?！皾崊^(qū)潔凈度”性能要求≥85%。

2.4 晾籽率

為考核機具在播種作業(yè)時種子的覆土程度，提出了“晾籽率”的技術(shù)要求，“晾籽率”性能要求≤1.5%。

在1個往返行程內(nèi)，交叉選取3個測區(qū)，每個測區(qū)的長度為5 m，寬度為一個作業(yè)幅寬。測量每個測試小區(qū)的面積及晾籽質(zhì)量，按式(7)計算晾籽率，取平均值。

(7)

式中Pz——晾籽率， %

Pm——測試小區(qū)晾籽質(zhì)量，kg

Ms——單位面積播種量，kg/hm2

Si——測試小區(qū)面積，hm2

2.5 架種率

為體現(xiàn)機具在播種作業(yè)后被土壤覆蓋但著床在秸稈上的種子質(zhì)量占總播種質(zhì)量的百分率，提出了“架種率”的技術(shù)要求，性能要求≤1.5%。

在1個往返行程內(nèi)，交叉選取3個測區(qū)，每個測區(qū)的長度為5 m，寬度為一個作業(yè)幅寬。撥開種帶上覆蓋的土壤，查找著床在秸稈上的種子并稱量，測量每個測試小區(qū)的面積及架種質(zhì)量，按式(8)計算架種率，取平均值。

(8)

式中Pj——架種率， %

Pmj——測試小區(qū)架種質(zhì)量，kg

Ms——單位面積播種量，kg/hm2

Si——測試小區(qū)面積，hm2

3 主要工作形式

3.1 全秸硬茬地“碎秸跨越均覆”潔區(qū)播種機

全秸硬茬地“碎秸跨越均覆”潔區(qū)播種機典型機型如圖1所示。其具體技術(shù)原理：作業(yè)時將秸稈粉碎拾起、向上向后跨越播種施肥組件輸送拋至播后地表，為播種施肥作業(yè)形成了無秸稈障礙相對潔凈的區(qū)域，在“潔區(qū)”內(nèi)完成破茬淺旋、施肥播種后，再將粉碎后的秸稈均勻拋撒覆蓋于播后地表，所有工序由一臺機具一次完成。

圖1 全秸硬茬地“碎秸跨越均覆”潔區(qū)播種機典型機型Fig.1 Typical model of clean area seeder of“straw straddling and covering”in full amount of straw and root stubble cropland

3.2 全秸硬茬地“碎秸行間集覆”潔區(qū)播種機

全秸硬茬地“碎秸行間集覆”潔區(qū)播種機典型機型如圖2所示。其具體技術(shù)原理：在整體粉碎作業(yè)幅寬內(nèi)秸稈的同時，將種帶內(nèi)碎秸規(guī)整有序條覆于行 間，為播種施肥作業(yè)形成了寬幅條狀無秸稈障礙區(qū)域，在無秸稈阻滯阻隔障礙的寬幅條狀區(qū)域內(nèi)完成施肥播種，所有工序由一臺機具一次完成。

圖2 全秸硬茬地“碎秸行間集覆”潔區(qū)播種機典型機型Fig.2 Typical model of clean area seeder of“straw collection between rows and covering”in full amount of straw and root stubble cropland

4 結(jié)束語

《全秸硬茬地潔區(qū)播種機》團體標(biāo)準(zhǔn)于2019年8月12日通過了中國農(nóng)業(yè)機械化協(xié)會專家審定，2019年8月30日正式發(fā)布，2019年9月16日正式實施。

《全秸硬茬地潔區(qū)播種機》團體標(biāo)準(zhǔn)的制定，對全秸硬茬地潔區(qū)播種機的概念進行了術(shù)語定義，并對全秸硬茬地潔區(qū)播種機的技術(shù)指標(biāo)進行了要求，使生產(chǎn)企業(yè)和檢測機構(gòu)有了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面的依據(jù)，有利于新技術(shù)、新裝備的推廣和應(yīng)用。