2.2　秸稈還田機械化技術

2.2.1　秸稈還田機械化技術簡介

2.2.1.1　技術簡介

秸稈還田機械化是利用農業機械將農作物秸稈作為有機肥料直接還田的一項實用技術，具有便捷、快速、成本低的優勢（圖2-1）。主要包括秸稈粉碎還田機械化技術、根茬粉碎直接還田技術、秸稈整稈還田技術等三種主要形式。秸稈機械化還田可使土壤有機質含量增加0.2%～0.4%，增產10%以上，作業成本僅為人工還田的1/4，提高功效40～120倍，具有非常顯著的社會效益和經濟效益。

采用秸稈機械還田可以實現多道工序一次性完成，具有快速、便捷、搶積溫、搶農時等優點，能夠實現大量秸稈及時就地還田、避免秸稈丟棄或焚燒造成的環境污染問題，以地養地，為土地的高產穩產奠定了堅實的基礎。目前，機械化還田因為高效、省時、省工等特點被大量農戶接受及推廣。但是，其存在兩大問題：一是能耗大、成本高；二是還田機械不適用于山區、丘陵以及小面積地塊[8]。

2.2.1.2　還田機械化技術要點

秸稈還田機械化作業工藝的每個環節都有具體的技術要求，在作業過程中應注意以下幾點。

（1）配合施用氮磷化肥

秸稈直接還田時，存在農作物與微生物爭奪速效養分的矛盾，尤其是爭氮現象，一般采用補充化肥的方式來解決。秸稈的碳氮比為（80～100）∶1，因此，應適當增施氮素化肥，若土壤缺磷，則應補充磷肥。據試驗，玉米秸稈腐解過程需要的碳、氮、磷比例一般為100∶4∶1左右，一般每畝還田秸稈500kg左右，需施加4.5kg純氮和1.5kg純磷（或施20～50kg速效氮或10～15kg尿素）。

（2）秸稈粉碎與翻埋方法

秸稈粉碎還田機作業時要注意選擇拖拉機作業擋次和調整留茬高度，粉碎長度不宜超過10cm，嚴防漏切。玉米秸稈不能撞倒后再粉碎，否則不能將大部分秸稈粉碎，還會因粉碎還田機的工作部件位置過低，刀片打擊地面而增加負荷，甚至使傳動部件損壞。工作部件的離地間隙宜控制在5cm以上。秸稈粉碎還田，加施化肥后要立即旋耕或耙地滅茬而后翻耕，翻壓后如土壤墑情不足，應結合灌水[9]。

若實施夏玉米免耕覆蓋精播機械化技術時，要求前茬小麥秸稈粉碎后覆蓋在地表，盡可能減少對土壤的翻動而直接播種，以保持土壤原有的結構、層次，同時維持和保養地力、墑情。但播種之后要及時噴灑化學藥劑，以消滅雜草及病蟲害。在作物生長期間，也不再進行其他耕作。

（3）翻埋時間

秸稈直接還田的時期，一般在作物收割后立即耕翻入土，避免水分損失導致不易腐解。玉米在不影響產量的情況下，應及時摘穗，趁秸稈青綠，保證含水率30%以上。此時秸稈含糖分、水分大，易被粉碎。對加快腐解、增加土壤養分大為有益。在翻埋時旱地土壤的水分含量掌握在田間持水量60%時為宜，如水分超過150%時，由于通氣不良，秸稈氮礦化后易引起反硝化作用而損失氮素。

（4）秸稈還田量

在薄地、化肥不足的情況下，秸稈還田離播期又較近時，秸稈的用量不宜過多；而在肥地、化肥較多、距播期較遠的情況下，則可加大用量或全田翻壓。注意應避免將有病害的秸稈直接還田。

2.2.1.3　秸稈粉碎機械

目前我國生產的秸稈粉碎機有多種型式，如聯合收割機安裝的秸稈切碎、拋撒裝置，“L”形甩刀式秸稈切碎機、錘爪式秸稈切碎機等。下面就這些秸稈粉碎機械的結構、工作原理及正確使用進行說明[10]。

（1）聯合收割機的秸稈切碎裝置（圖2-2）

1）一般構造　聯合收割機（如1065、1075、ESI4等）上的秸稈切碎裝置安裝在逐稿器的后下方，由滑草板、切碎滾筒、定刀以及擴散板等組成。切碎滾筒上銷接有動刀片，呈螺旋線排列。動刀片為長方形，兩邊都有刀口，磨鈍后可換著使用。定刀片固定在定刀座上。定刀座的固定位置有長槽可進行調整，以改變與動刀的重疊量。擴散板為左右對稱的曲面導流片，其導向角度可進行小量調整。切碎滾筒由聯合收割機的發動機皮帶傳動而旋轉，其轉動方向與聯合收割機的行走方向一致。

2）工作原理　被逐稿器拋出的秸稈經滑草板落在高速旋轉的切碎滾筒上。動刀片把秸稈帶至定刀片間隙處進行切割，將秸稈切成碎段。切碎后的秸稈在離心力的作用下沿擴散板拋出，均勻鋪撒在地面上。調整擴散板的角度可以改變鋪撒幅寬。調節動、定刀片的重疊量可調節切碎長度。

這種秸稈切碎裝置工作時為有支承切割，而且秸稈喂入均勻，因此，在秸稈含水量合適的條件下，切碎質量好，動力消耗也較小。

3）正確使用　切碎裝置的切碎質量和所需功率與小麥的產量、成熟程度以及秸稈中含雜草的多少等有關。當小麥的成熟度高、秸稈含水量低、又無雜草的情況下，功率消耗約為5kW，而且切得碎，鋪得勻。當雜草多、小麥成熟度差時，功率可達10kW以上，甚至更高，而且切碎質量大大惡化。因此，為了保證秸稈切碎和鋪撒的質量，提高聯合收割機的收獲效率，應盡量在小麥成熟度適宜時進行收割。使用中還應特別注意保持動、定刀片刃口的鋒利，否則也會降低切碎質量并增加動力消耗。

聯合收割機上的秸稈切碎、鋪撒裝置結構簡單，維修保養方便，功率消耗較低。與收獲后再次進地進行切碎作業相比，既可減少一道作業工序，又提高了工效，而且切碎質量好。

如秸稈量少時，也可不用秸稈切碎裝置，可在聯合收割機尾部加裝一反向旋轉的秸稈拋撒器。當秸稈從逐稿器落下時，直接由旋轉的橡膠條式拋撒裝置將秸稈拋撒在地面上。

（2） “L”形甩刀式秸稈切碎機（圖2-3）

1）一般構造　由切碎裝置、機架護罩、地輪、傳動裝置、懸掛（或牽引）裝置等組成。切碎裝置由刀軸、刀座及刀片等構成。刀座按螺旋線排列焊接在刀軸上。“L”形刀片銷接在刀座上，相鄰刀片的運動軌跡有一定的重疊量。拖拉機動力輸出軸的動力經切碎機上的變速箱、傳動皮帶傳遞給刀軸，帶動刀片高速旋轉。刀片的旋轉方向與切碎機的行走方向相反。切碎機的主要工作部件為刀片，呈“L”形，刃口朝向前進方向。有的刀片制成雙面刃口，可以換面使用。為了使刀軸和甩刀的銷軸受力平衡，并提高切碎效果，一般“L”形甩刀左右對稱配置，呈“Y”形。通過調節地輪的安裝高度可以改變切碎直立莖稈的留茬高度。“L”形甩刀式切碎機的工作幅度一般為1.5～2m。刀軸的轉速一般為1300r/min左右，轉速太低，會影響切割質量。

2）工作原理　切碎機工作時，高速旋轉的刀片與機器的前進速度合成為余擺線運動。機架前部的擋板首先將秸稈推壓呈傾斜狀，刀片將秸稈撿拾并砍斷。在挑起秸稈的同時，由刀片產生的風力將秸稈喂入切碎機護罩內，又受到刀片的多次砍切而成碎段。切碎的秸稈在離心力的作用下沿護罩均勻拋撒落地。甩刀式切碎器為無支承切割，作業時，由于拖拉機輪子對秸稈的折壓、機器前進中秸稈的前傾和互相交叉以及秸稈含水量的大小等因素，使秸稈的切碎長度變化很大。

3）正確使用　“L”形甩刀　以其橫向刀刃對直立的粗莖稈（如玉米、高粱）進行切割，效果較好，而對麥類等軟質秸稈的切碎效果較差，也不適用于機收后麥秸條鋪的切碎和鋪撒。使用中應注意勿使刀片切土和打擊堅硬的物體，因此，作業前應先平整地面的溝和埂。刀片磨損后應及時更換，以保證切碎質量。如刀片折斷則應立即更換新刀，防止因不平衡而引起機器強烈的振動。作業時拖拉機的液壓操縱手柄處于浮動位置，這樣切碎機可以隨地面仿形。

（3）錘爪式秸稈還田機（圖2-4）

該機粉碎秸稈的部件是錘爪。機組工作時，拖拉機動力經萬向節傳遞到齒輪箱，齒輪箱輸出軸帶動皮帶輪，經兩級增速，使粉碎滾筒帶動錘爪高速旋轉，攪動玉米秸稈進入折線形機殼，受到錘爪、機殼定刀的剪切、錘擊、撕拉、切碎后，拋送到還田機后沿，撒落田間。其優點：錘爪數量少，錘爪磨損后可以焊接，使用維修費用低。高速旋轉的錘爪，在機殼內形成負壓腔，可將拖拉機壓倒的秸稈撿起、粉碎。缺點：動力消耗大，工作效率低。秸稈韌性大時，粉碎質量差，給耕整地和小麥播種帶來困難。

2.2.1.4　常用的秸稈粉碎還田機

我國研發的秸稈粉碎還田機型號很多（見表2-2），常用的秸稈粉碎還田機如下。

2.2.1.5　秸稈還田機械操作要點

（1）萬向節的安裝

應保證機具工作和提升時，方軸、套管及夾叉既不頂死，又有足夠的配合長度。檢查萬向節傳動軸夾角，工作時不得大于±10°，地頭轉彎時不得大于30°。萬向節方軸、方套長度應根據所配拖拉機懸掛機構的尺寸和動力輸出軸轉速的不同而異，購買時應咨詢有關生產廠家。

（2）秸稈還田機的橫向、縱向水平調整

即調節拖拉機懸掛機構的左右斜拉桿成水平，調節拖拉機上懸掛桿的長度，使其縱向接近水平。旋切刀的作業深度應根據土壤堅實度、作物種植形式和地表平整狀況進行調整，一般應保持≥10cm。

（3）行走路線的選擇

秸稈還田機常采用棱形、套耕路線。采用棱形路線時，機器從地塊的一側進入，一行緊接一行，往返作業，由于轉彎半徑小，此法適用于手拖機組；采用套耕路線時，機器從地塊的一側進入，作業到地頭后，相隔3～5個工作幅度返回，一個小區作業完后再作業另一個小區。

（4）作業方式

一般采用兩次作業的方式，第一次機具前進速度稍慢，Ⅰ、Ⅱ擋淺旋；第二次略快，Ⅱ、Ⅲ擋旋耕，深度達到預定要求，達到將秸稈壓入泥中、均勻攪拌的效果。

（5）機具的作業質量標準

秸稈還田機的作業質量以能滿足下茬農作物種植要求為標準。

2.2.2　秸稈粉碎還田機械化技術

秸稈粉碎還田機械化技術，是以機械粉碎、破茬、深耕和耙壓等機械化作業為主，將作物秸稈（玉米、小麥、水稻等）粉碎后直接還到土壤中去，用免耕播種機將下茬農作物的種子直接進行播種，或將秸稈拋撒后用犁耕翻深埋，然后進行下茬播種的秸稈還田技術。該技術是能夠增加土壤有機質，培肥地力，提高作物產量，減少環境污染，爭搶農時季節的一項綜合配套技術，具有作業質量好、成本低、生產效率高等特點。工效比人工漚制粗肥還田提高40～120倍，是大面積實現以地養地，建立高產、穩產農田的有效途徑之一。該技術適合北方一年一季或一年兩季地區，實施保護性耕作區域按其免少耕和深松的技術要求進行。

2.2.2.1　常用機具

常用機具有4Q系列切碎還田機、4F-1.5B型粉碎還田機、XFP-1200型莖稈還田機等[11]。

2.2.2.2　農藝要求

（1）施肥

秸稈在腐解為有機肥的過程中需吸收氮、磷等元素，秸稈本身的碳、氮、磷含量比例為100∶2∶0.3左右，腐解所需的比例為100∶4∶1左右，因此，要補施一定量的氮和磷。一般每畝還田500kg秸稈時，需補施4.5kg純氮和1.5kg純磷（補施20～40kg速效氮肥或10～15kg尿素）。

（2）深埋

使秸稈與肥、土混拌均勻，并深埋于20cm以下土層。

（3）整地

要消除明暗坷垃、精細整地，達到土碎地平，使土壤上虛下實，消除因秸稈造成的土壤架空，為播種創造條件。

（4）澆水

小麥播種前要澆足塌墑水，進一步消除土壤架空。秸稈（尤其是玉米秸稈）在土壤中腐解時需水量較大，如不及時補水，不僅腐解緩慢，還會與麥苗爭水。因此，要澆好封凍水，沉實土壤，以緩解凍害，這對當季秸稈還田的冬小麥尤為重要。春季要適時早澆返青水，促進秸稈腐解，保證麥苗的正常生長發育。

2.2.2.3　機械作業工藝

（1）小麥秸稈粉碎還田機械化工藝

①機械收割（小型收割機或聯合收割機）留高茬→秸稈粉碎還田機粉碎、拋撒秸稈→免耕施肥播種→噴施農藥除草滅蟲。

②機械收割集中脫粒→免耕施肥播種→噴藥除草滅蟲→出苗后鋪撒麥秸。

③機械收割→秸稈粉碎還田機粉碎拋撒秸稈→施肥→高柱犁深翻入土→壓蓋。

（2）玉米（高粱）秸稈粉碎還田機械化工藝

①摘穗→秸稈粉碎還田機粉碎拋撒→施肥→施耕（或耙茬）→高柱犁深翻→壓蓋。

②聯合收割機收獲、秸稈粉碎拋撒→施肥→旋耕（或耙茬）→高柱犁深翻→壓蓋。

2.2.2.4　技術要求

①對于玉米秸稈，要在玉米成熟后及時摘穗，而且摘穗后趁秸稈青綠及時用秸稈粉碎機粉碎（最適宜含水量為30%以上），秸稈粉碎長度不大于10cm，茬高不大于8cm。玉米秸稈呈綠色時含水量達30%以上，糖分多，水分大，既容易被粉碎，又有利于加快秸稈腐解，對增加土壤養分大為有益。

②對于小麥秸稈，聯合收割機收獲小麥后，麥茬高度不大于25cm，麥秸粉碎長度不大于15cm，拋撒均勻防止漏切。

③秸稈粉碎后翻埋前應進行補氮，將秸稈碳氮比由80∶1調整到25∶1。一般除正常施底肥外，每畝增施碳銨12kg。

④秸稈粉碎還田機的工作部件的地隙應控制在5cm以上，嚴防刀片入土和漏切。

⑤玉米秸稈粉碎還田并補施化肥后，不使用高柱犁的地區，為保證耕翻質量，耕前要立即旋耕或耙地滅茬，使被切開的根茬和再次被切碎的秸稈均勻分布在0～10cm的土層中，目的是切碎根茬并將碎秸稈、化肥與表層土壤充分混合均勻。

⑥翻埋秸稈應使用大中型拖拉機配套的深耕犁、環形（或V形）鎮壓器，耢一次完成耕翻、深埋、鎮壓、耢平等作業。也可用小型拖拉機配單鏵犁深耕覆蓋，耕深不小于23cm。

⑦免耕播種時，應選用適宜的免耕播種機，宜選用帶圓盤或開溝器的播種機，以免勾掛根茬或秸稈，造成壅土，影響播種質量。播種后應及時噴施除草劑，一般每畝施用40%阿特拉津75g，加48%的拉索75g，對水60～80kg噴灑，不能過濃，不能有重噴，以防藥害。

2.2.2.5　注意事項

①作業時，禁止刀片打土，選擇合適的留茬高度。

②根據作物的長勢，選擇合理的作業速度。

③玉米秸稈不能在撞倒后再粉碎，否則既不能將大部分秸稈粉碎，還會因秸稈還田機的工作部件位置過低，刀片打擊地面而增加負荷，甚至使傳動部件損壞。

2.2.3　玉米根茬粉碎直接還田機械技術

玉米根茬粉碎直接還田機械化技術適用于輪番耕作的壟作地區（如東北地區）。這類地區玉米、高粱根茬粗大，人工不宜刨除、切碎。在不耕翻的年份，采用根茬粉碎還田機具，將站立在壟上的根茬（地上部分及地下10cm以內的部分）粉碎后直接均勻混拌于0～10cm耕層中，達到播前除茬整地的要求。這項技術適用于玉米、高粱根茬，人工刨除費工、費時，同時實施輪翻耕作的地區[12]。

（1）技術作用

①秸稈還田可以增加土壤有機質、培肥地力。若每畝還田的根茬干物質為80～100kg，則相當于施入含5%有機質的優質農家肥1.3t。

②改善土壤環境條件，增加耕層的透氣、透水能力，為土壤微生物活動創造條件。

③有利于接納秋冬雨水，蓄水保墑防春旱。

④減少病蟲害。

⑤防止土肥流失。

⑥省工增產。工效比人工提高30～150倍以上，畝增產玉米30kg左右。

（2）常用機具

常用機具有1GW-2型根茬粉碎還田機、1GX-2型滅茬機、1G-4型根茬還田機等。

（3）農藝要求

①作業時間可選擇秋季收割后或春季播種前，春季作業優于秋季作業。

②留茬高度以不大于12cm為宜，最高不得超過15cm，否則會影響滅茬質量。

③耕層內應無石塊、樹根等雜物，以免損壞刀具或雜物甩出傷人。

（4）技術要求

①根茬粉碎，漏切率不超過3%，根茬粉碎后長度不大于5cm，大于5cm的根茬數量不能超過10%。

②粉碎后的根茬，地表覆蓋率不能超過40%，配有起壟裝置的滅茬機組，整體碎茬覆蓋率要達到98%以上。

③小型根茬還田機的作業深度一般為8～10cm，一般粉碎至玉米根茬的“五叉股”部位；大型根茬還田機的作業深度一般為12～15cm。

④碎土率一般應為90%～95%，保證直徑大于2cm的硬土塊不超過5%，茬土應混合均勻。

⑤根茬粉碎還田前后壟形要保持一致，起壟高度一般為15～18cm，疏松土層厚度不應低于工作部件入土深度的60%。

（5）注意事項

①應經常觀察滅茬機工作部件在作業中是否有雜音或金屬敲擊聲。如發現異常，要立即停車檢查，排除故障。

②地頭轉彎或倒車時，嚴禁作業，否則會造成刀片變形、斷裂，甚至損壞滅茬機。

③機組起步時，要先合滅茬機離合器，后掛工作擋。

2.2.4　秸稈整稈還田機械化技術

整稈還田技術是指農作物秸稈不經粉碎直接采用高立柱犁耕翻埋入土壤中或采用編壓覆蓋機將秸稈編壓覆蓋在地表，以達到秸稈還田的目的，一般主要是指玉米秸稈。整稈還田具有抗旱保墑、減少作業環節等特點。實施機械化覆蓋還田技術的地塊，要求實行寬窄行種植，一般窄行行距為40～50cm，寬行行距為65～80cm，為覆蓋作業提供條件，即窄行覆蓋，來年在寬行露地進行窄行距播種。一般覆蓋2～3年后進行一次深耕。秸稈整稈還田與粉碎還田的技術作用和農藝要求基本是相同的。所不同的是整稈還田與粉碎還田相比，一是減少了機具購置和機具進地作業次數，降低了生產成本；二是秸稈腐爛分解的速度減慢。該技術適用于實行寬窄行種植玉米的單季旱作地區[13]。

2.2.4.1　常用機具

①玉米整稈還田可采用東-75/80L型拖拉機配套高柱五鏵犁或重型四鏵犁及壓輥作業，也可用小四輪拖拉機配單鏵深耕犁作業。

②水田秸稈整稈還田可選用1GM-65（125、175）型水田埋草機[配套動力為12～50hp（1hp=745.700W，下同）拖拉機]，亦可選用東風-12型或工農-12型旋耕埋草機。

2.2.4.2　機械作業工藝

（1）玉米整稈還田

①兩茬平作地區　摘穗→深耕開溝→沿作物行間方向推壓秸稈鋪倒在溝內或人工割下秸稈順溝鋪放→深耕翻埋→施肥整地→播種。

②單季平作地區　摘穗→推（壓）秸稈倒地鋪放→施肥→高柱犁深耕翻埋→春耙或旋耕→播種。

（2）水田秸稈整株還田

機械收割、脫粒→拋撒干稻草→灌水軟化土壤→施肥→第1遍淺耕→第2遍深耕→栽插播種。

2.2.4.3　農藝及技術要求

（1）玉米整稈還田

①秸稈鋪放要均勻，根據長勢和株數確定鋪放數量，如每畝株數在4500～5000棵，人工鋪放以每2～3棵一把為宜，即可做到耕完埋完。

②補施適量氮、磷肥，一般每畝還田1500kg秸稈，需補施3.5kg純氮和4.5kg純磷。

③深耕整地，深耕要求在25～28cm。作業速度大于1.39m/s，翻埋后要耢耙、壓實、整平，為播種創造條件。

④小麥播種要使用帶圓盤式開溝器的播種機，以免勾掛秸稈，影響播種質量。

⑤春耙或旋耕可采用東-802/75型拖拉機配缺口耙或鐵牛-55型拖拉機配旋耕機作業。

（2）水田整稈還田

①還田的秸稈量一般以每畝300kg為宜。

②旋耕埋草機適宜作業的灌水深度為3～5cm，水田埋草機適宜作業的灌水深度為3cm。

③補施化肥，一般每還田1.00kg干稻草，可補施2.14kg尿素和1.36kg磷肥；每還田100kg鮮稻草，可補施1.6kg碳銨和0.34kg磷肥。同時補施與秸稈等量的畜肥，可使二者形成養分互補，增產效果更為明顯。

2.2.4.4　注意事項

①玉米整稈還田應在不影響產量的情況下盡量選擇玉米株葉青綠時進行，以保持秸稈的水分和養分。

②玉米收獲前澆一次水，可保持土壤墑情，利于秸稈腐解和小麥播種。

③玉米整稈腐解需水量大，因此要澆好封凍水，沉實土壤，緩解凍害。

④為防病蟲害，小麥播種前應采用藥劑拌種。

⑤水田秸稈整稈還田為稻秸和麥秸，也可將瓜藤、綠肥和田間雜草直接旋耕還田。

⑥旋耕埋草機適宜的泥腳深度為10～20cm的水田。