王雅明，袁國(guó)倫

(雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 雅安 625100)

0 引言

農(nóng)作物秸稈的高效利用對(duì)于實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與農(nóng)業(yè)資源的循環(huán)發(fā)展具有重要意義。在傳統(tǒng)農(nóng)作物秸稈處理中，大多數(shù)地區(qū)仍然以秸稈焚燒為主要的處理方式。秸稈焚燒，不僅會(huì)造成大氣環(huán)境的污染，還會(huì)對(duì)土壤中的微生物及土壤動(dòng)物帶來一定的傷害[1]，造成土壤板結(jié)、土壤肥力下降等，不僅造成了環(huán)境壓力，還會(huì)削減農(nóng)作物秸稈的價(jià)值。

隨著我國(guó)保護(hù)性耕作技術(shù)及相關(guān)農(nóng)業(yè)保護(hù)措施的大力推進(jìn)，目前秸稈主要利用方式為秸稈粉碎后還田，通過秸稈在土壤中的發(fā)酵腐解，秸稈釋放養(yǎng)分，達(dá)到提高土壤有機(jī)質(zhì)與養(yǎng)分含量的目的，還可以改善土壤理化結(jié)構(gòu)、提高土壤通氣性，為作物生長(zhǎng)提供一個(gè)良好的土壤環(huán)境，實(shí)現(xiàn)作物的提質(zhì)增產(chǎn)。秸稈機(jī)械化技術(shù)是提高秸稈綜合利用效率的重要途徑之一，秸稈機(jī)械化粉碎還田可以提高田間工作效率，為秸稈還田技術(shù)的高效應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

通過分析秸稈機(jī)械化粉碎技術(shù)的研究意義，對(duì)目前秸稈機(jī)械化粉碎技術(shù)及相關(guān)農(nóng)機(jī)具的研究現(xiàn)狀進(jìn)行闡述，提出未來秸稈機(jī)械化粉碎及農(nóng)機(jī)具的發(fā)展趨勢(shì)與重點(diǎn)，旨在為提高秸稈機(jī)械化粉碎效率提供技術(shù)參考，對(duì)于推動(dòng)農(nóng)業(yè)資源綠色循環(huán)發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。

1 秸稈機(jī)械化粉碎技術(shù)及機(jī)具的意義

我國(guó)農(nóng)作物種類豐富，秸稈來源較多(圖1)，因此，加快秸稈綜合利用技術(shù)應(yīng)用對(duì)于提高我國(guó)農(nóng)業(yè)綜合實(shí)力、緩解巨量秸稈帶來的環(huán)境壓力具有積極意義。秸稈還田已經(jīng)成為我國(guó)沃土工程及豐收計(jì)劃的重要內(nèi)容之一，成為一種農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收的重要技術(shù)措施，能促進(jìn)農(nóng)業(yè)資源實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置與高效利用，提高耕地肥力，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。

圖1 我國(guó)主要秸稈類型及占比示意圖

秸稈利用方式主要包括基料化、原料化、堆肥發(fā)酵處理、燃料化、飼料化及秸稈直接還田，從圖2可以看出，秸稈直接還田是目前應(yīng)用最為廣泛、也是處理最為簡(jiǎn)單的一種秸稈還田方式。秸稈機(jī)械化還田是采用機(jī)械將收獲后的農(nóng)作物秸稈粉碎翻壓入土或直接均勻的拋灑在土壤表面，使秸稈在土壤中發(fā)酵腐爛，可改善土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，具有保水、保肥、保溫、提高土壤通氣性的目的，土壤有機(jī)質(zhì)含量升高，土壤微生物菌群及土壤酶活性得到有效提升，機(jī)械化還田與人工處理秸稈相比，工作效率提高了35～120倍。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時(shí)，可以進(jìn)行秸稈的有效處理，減少生態(tài)環(huán)境污染。增強(qiáng)土壤肥力，達(dá)到作物提質(zhì)增產(chǎn)，提高農(nóng)戶收入的目的，具有良好的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益[2]。

圖2 我國(guó)農(nóng)作物秸稈綜合利用情況統(tǒng)計(jì)圖

由于秸稈數(shù)量巨大，用途較為廣泛，秸稈是未來再生能源的一個(gè)重要組成部分，隨著世界能源的逐漸消耗與匱乏，秸稈作為一種可再生資源在未來能源市場(chǎng)上占據(jù)重要的地位，除了上述的直接還田方式外，還可以將田間秸稈收獲、儲(chǔ)存、運(yùn)輸后進(jìn)行深加工，主要加工流程如圖3所示。將玉米秸稈、小麥秸稈、棉花稈、花生殼、玉米芯、牧草、麥秸等秸稈制作為“生物質(zhì)炭”，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的木材、煤炭、液化氣等廣泛用于生火取暖、城市供熱等。成型后的秸稈煤炭具有體積小、比重大、耐燃燒、便于運(yùn)輸和儲(chǔ)存等特點(diǎn)。使用秸稈煤炭燃燒后可以實(shí)現(xiàn)CO零排放，NO微量排放(約214 mg·m-3)，SO排放約246 mg·m-3，遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，減少環(huán)境壓力。秸稈煤炭燃燒后的灰分還可以回收作為鉀肥實(shí)現(xiàn)資源的高效循環(huán)。目前，還可以利用相關(guān)裝置將秸稈進(jìn)行烘干、碳化、氣化和煙氣過濾等作業(yè)工序，制備成為木蠟油與木焦油，用于制備各種生物質(zhì)能源，代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)油與化學(xué)藥劑，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源高效利用的同時(shí)減輕傳統(tǒng)工業(yè)造成的資源消耗與環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展[3]。

圖3 秸稈深加工技術(shù)模式示意圖

2 秸稈機(jī)械化粉碎技術(shù)及專用機(jī)具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

秸稈機(jī)械化處理相關(guān)農(nóng)機(jī)具主要包括秸稈粉碎還田機(jī)、秸稈滅茬機(jī)、秸稈打捆機(jī)，秸稈粉碎還田機(jī)主要是進(jìn)行田間秸稈直接粉碎還田，秸稈打捆機(jī)主要是在田間作物完成收獲后，對(duì)田間作物秸稈進(jìn)行撿拾、粉碎、揉搓、除塵、打包，為后續(xù)秸稈收儲(chǔ)運(yùn)及運(yùn)輸加工提供基礎(chǔ)。

2.1 秸稈粉碎還田機(jī)

該機(jī)型是目前秸稈最直接的處理機(jī)具?？梢耘c大型聯(lián)合收獲機(jī)配合使用，也可以將秸稈收獲后單獨(dú)進(jìn)行秸稈粉碎。秸稈粉碎還田機(jī)主要包括秸稈的喂入機(jī)構(gòu)、拋送機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)及防護(hù)裝置。可以將秸稈粉碎后直接拋灑在土壤地表或者配合深松機(jī)或旋耕機(jī)將地表秸稈翻至土壤下方，更好地保證秸稈在土壤中的發(fā)酵腐解[4]。

2.2 秸稈滅茬機(jī)

隨著保護(hù)性耕作技術(shù)的逐步推進(jìn)及大力發(fā)展，土壤長(zhǎng)時(shí)間不進(jìn)行旋耕整地，加之大量秸稈覆蓋在土壤地表，秸稈根茬不利于作物的出苗，為了在保護(hù)性耕作基礎(chǔ)上提高改善作物生長(zhǎng)環(huán)境，秸稈滅茬機(jī)被廣泛應(yīng)用。按照工作類型主要分為單軸滅茬機(jī)及雙軸滅茬機(jī)，由于單軸滅茬機(jī)在較大面積的耕地土壤環(huán)境中耕作質(zhì)量較差，目前主要以雙軸滅茬機(jī)為主。

2.3 秸稈打捆機(jī)

秸稈打捆機(jī)關(guān)鍵零部件主要包括飛輪、撿拾機(jī)構(gòu)、粉碎室、壓縮室、拔叉、喂料室等，在進(jìn)行田間工作時(shí)，首先通過撿拾機(jī)構(gòu)對(duì)田間秸稈撿拾并輸送至喂料室，隨著拔叉的運(yùn)動(dòng)逐漸將秸稈輸送至粉碎室與壓縮室之間，對(duì)作物秸稈進(jìn)行壓縮、打捆，成型后的塊狀秸稈最后被輸送至田間，方便后續(xù)秸稈的深加工、運(yùn)輸及儲(chǔ)存。

3 秸稈機(jī)械化粉碎技術(shù)及專用機(jī)具存在的問題

3.1 秸稈粉碎機(jī)械保養(yǎng)維修體系不健全

提高農(nóng)業(yè)機(jī)械使用可靠性及使用壽命的重要措施之一是定期進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)械的保養(yǎng)與維護(hù)，可以減少農(nóng)業(yè)機(jī)械在田間作業(yè)時(shí)的故障發(fā)生概率，但是由于農(nóng)戶對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械保養(yǎng)意識(shí)較為薄弱，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)機(jī)械使用后不能及時(shí)進(jìn)行保養(yǎng)與維護(hù)檢查，對(duì)于老化、磨損的農(nóng)機(jī)配件不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)與更換，加劇了農(nóng)業(yè)機(jī)械零部件的磨損程度。由于秸稈粉碎機(jī)械一年中使用周期短，使用后需要長(zhǎng)時(shí)間的停放，因此，要定期對(duì)秸稈粉碎機(jī)械進(jìn)行檢查，如電池電源、插座及插頭是否連接完好，零件之間連接是否牢固，保持機(jī)械表面干凈，防止零件發(fā)生銹蝕。

另一方面，應(yīng)該加強(qiáng)農(nóng)業(yè)機(jī)械操作人員的定期技術(shù)培訓(xùn)與安全教育，防止農(nóng)業(yè)機(jī)械事故的發(fā)生，例如，在田間進(jìn)行秸稈粉碎時(shí)，如果遇到機(jī)械故障，一定要切斷電源后再進(jìn)行檢查，未成年人、老年人、酒后等人員禁止進(jìn)行秸稈粉碎機(jī)械的操作與使用，長(zhǎng)頭發(fā)女性在操作機(jī)械時(shí)，應(yīng)該佩戴安全帽。

3.2 機(jī)械配套性及通用性較差

由于我國(guó)農(nóng)作物種類豐富，作物種植面積廣泛，東北、南方、中部平原地區(qū)、西南及西北地區(qū)都有種植，但是由于氣候條件、作物種類、種植模式差異較大，造成秸稈機(jī)械化粉碎機(jī)具在不同地區(qū)使用時(shí)，田間工作性能與作業(yè)效率差異較大，同一種作物不同品種使用同一臺(tái)秸稈粉碎機(jī)工作性能發(fā)揮程度不相同，不同種植參數(shù)與地理環(huán)境都會(huì)對(duì)秸稈粉碎機(jī)作業(yè)參數(shù)提出不同的作業(yè)要求。因此，在進(jìn)行秸稈粉碎機(jī)及配套農(nóng)機(jī)具研制時(shí)，綜合考慮農(nóng)藝技術(shù)會(huì)提高研制效率與工作可靠性，提高機(jī)械的配套性與通用性，可以降低生產(chǎn)成本，對(duì)于在不同地區(qū)推進(jìn)秸稈粉碎技術(shù)及相關(guān)農(nóng)機(jī)具具有重要意義。

3.3 秸稈粉碎程度低，田間腐熟困難

根據(jù)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相關(guān)農(nóng)藝要求規(guī)定，秸稈粉碎后長(zhǎng)度≤10 cm[5]，但是由于秸稈粉碎機(jī)械工作效率及配套零部件功能較差等因素，導(dǎo)致在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中很難達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)。秸稈較大，進(jìn)入土壤后不能與土壤很好地融合進(jìn)行發(fā)酵腐解，不僅不能起到培肥地力、提高土壤有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分含量的作用，由于秸稈中的病菌及蟲卵不能被有效殺死，在土壤中大量滋生，在進(jìn)行后期作物種植時(shí)，會(huì)加重病蟲害的發(fā)生概率與程度。針對(duì)以上問題，相關(guān)學(xué)者提出將秸稈進(jìn)行碳化后還田，碳化后的秸稈不僅解決秸稈發(fā)酵腐解不完全的問題，還能使秸稈附著面積增大，更有利于養(yǎng)分進(jìn)入土壤，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。

4 秸稈機(jī)械化粉碎技術(shù)及專用機(jī)具的發(fā)展方向

目前，關(guān)于秸稈機(jī)械化粉碎技術(shù)及其加工技術(shù)理論體系與工藝研究較為完善，為了實(shí)現(xiàn)秸稈綜合利用技術(shù)的效率提升與大面積推廣使用，提高秸稈機(jī)械化粉碎機(jī)械的工作性能是提高田間作業(yè)效率的主要基礎(chǔ)條件。但是目前我國(guó)關(guān)于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的自主研發(fā)能力較為薄弱，引進(jìn)的國(guó)外樣機(jī)不適宜于我國(guó)種植模式的發(fā)展要求，大量借鑒國(guó)外技術(shù)導(dǎo)致我國(guó)自主研發(fā)水平缺乏創(chuàng)新性與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，機(jī)械的關(guān)鍵零部件、電子元件及高精度技術(shù)研發(fā)能力不足。未來應(yīng)該以我國(guó)實(shí)際生產(chǎn)模式為主要研究背景，以農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝技術(shù)為發(fā)展前提，進(jìn)行適宜我國(guó)生產(chǎn)模式的相關(guān)機(jī)械研制，提高整機(jī)品質(zhì)與工作效率，提高秸稈機(jī)械化粉碎機(jī)具的田間工作效率，實(shí)現(xiàn)我國(guó)農(nóng)作物秸稈的機(jī)械化利用與農(nóng)業(yè)機(jī)械化整體裝備水平的提升[6]。

5 結(jié)語

秸稈粉碎機(jī)械化技術(shù)及其配套農(nóng)機(jī)對(duì)于提高秸稈綜合利用水平具有重要意義，是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、減少環(huán)境污染的重要基礎(chǔ)條件。本研究基于秸稈粉碎機(jī)械化技術(shù)及其配套農(nóng)機(jī)具的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用情況進(jìn)行論述，目前秸稈機(jī)械化粉碎技術(shù)存在工作效率低、秸稈粉碎程度達(dá)不到農(nóng)藝要求、配套農(nóng)機(jī)具的通用性及創(chuàng)新性較差問題。未來應(yīng)該加強(qiáng)秸稈機(jī)械化粉碎技術(shù)及其配套農(nóng)機(jī)具的研發(fā)力度，研究適應(yīng)不同地區(qū)發(fā)展的秸稈粉碎機(jī)械，研究結(jié)果對(duì)于提高秸稈機(jī)械化粉碎效率、實(shí)現(xiàn)秸稈綜合利用、推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。