刘方明 孙云云 高玉山 窦金刚 侯中华 万成山 刘慧涛 王立春

摘要：分析了秸秆切碎机对秸秆长度、抛撒不均匀度的影响，比较了4种机械组合处理还田秸秆在不同土壤深度的垂直分布特征。结果表明，秸秆切碎机处理秸秆水平分布较均匀;采用液压调幅翻转犁配合秸稈切碎机进行翻埋，秸秆集中分布在10～30 cm土层，以20～30 cm土层最多，混土效果较好。

关键词：秸秆还田机械;不均匀度;垂直分布;空间分布特征;混土效果

中图分类号：X712         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2019）23-0057-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.23.014           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Spatial distribution characteristics of returning straw for mouldboard plow and hydraulic amplitude modulated reversible plow

LIU Fang-ming，SUN Yun-yun，GAO Yu-shan，DOU Jin-gang，HOU Zhong-hua，

WAN Cheng-shan，LIU Hui-tao，WANG Li-chun

（Institute of Agricultural Environment and Resources Research，Jilin Academy of Agricultural Sciences，Changchun 130033，China）

Abstract： The effects of straw chopper on the straw length and inhomogeneity were studied. The vertical distribution characteristics of returning straw among four kinds of mechanical combination treatments were compared. The results showed that the horizontal distribution of straw was more uniform in treatment of the straw chopper. Straw mostly distributed in soil layer of 10 cm to 30 cm， espectivelly 20 cm to 30 cm layer in treatment of hydraulic amplitude modulated reversible plow added straw chopper， the effect of mixing soil was better than others.

Key words： mechines for straw returning to the field; inhomogeneity; vertical distribution; spatial distribution characteristics; effect of mixing soil

秸秆抛撒不均匀度是评价秸秆粉碎机还田作业质量的重要指标。目前，中国推广使用的秸秆切碎还田机械主要依靠秸秆粉碎锤爪和灭茬旋耕刀进行秸秆粉碎[1]。国家标准《秸秆还田机作业质量》和《保护性耕作机械 秸秆粉碎还田机》提出测量秸秆抛撒不均匀度方法[2，3]，孙丽娟等[4]于2016年在此基础上提出了新方法。

秸秆翻转犁的作业质量直接影响到秸秆还田混土效果。美国、德国等西方国家在翻转犁领域技术领先，美国凯斯、约翰迪尔和德国雷肯等品牌实践应用效果较好[5]，带耕深松机和带耕播种机不能将秸秆混埋还田，旋转锹式翻青机虽然能进行带状还田，但不能将秸秆与土壤充分混合。中国对翻转犁的研究起步较晚，国内一些产品存在适用性较差、效率较低和设计精度不高等问题，影响了秸秆翻埋效果。1996年，毛罕平等[6]研究的秸秆粉碎掩埋复式作业机需要开沟的犁辅助作业。2015年，陈青春等[7]采用三维数字化仪配合虚拟造型技术比较正、反转旋耕作业的秸秆混埋效果，反映出混埋后秸秆在土壤空间的分布状态。目前，对秸秆翻埋还田混土效果的研究较少。

本研究分析秸秆切碎机对秸秆抛撒不均匀度的影响，比较分析铧式犁、液压调幅翻转犁、秸秆切碎机+铧式犁和秸秆切碎机+液压调幅翻转犁翻埋秸秆在不同深度的垂直分布，从秸秆空间分布角度分析还田机械的混土效果，以期为选择适宜的秸秆还田技术机械、提高还田作业质量提供基础数据。

1  材料与方法

1.1  试验区概况

吉林省松原市乾安县（东经123°21′16″—124°22′50″，北纬44°37′47″—45°18′08″）位于吉林省西北部松原市西部。乾安县属于温带大陆性季风气候天气，年平均气温5.6 ℃，日照时间2 866.6 h，≥10 ℃积温2 884.5 ℃，平均无霜期146 d，气候特点是干旱多风。降水420 mm左右，降雨主要集中在7—8月。土壤类型为黑钙土。

1.2  试验设计

试验于2018年5—10月在乾安县赞字乡父字村吉林省农业科学院基地进行。试验地长300 m，宽24.7 m，面积7 410 m2。

2018年5月12日播种，玉米供试品种吉单96。采用免耕机播种，播种密度为7.8万穴/hm2。玉米产量为10 650～11 650 kg/hm2，秸秆量约14 000 kg/hm2，秋收后进行秸秆还田试验。

秸秆还田机械：天人-TR9988联合收割机（石家庄天人农机装备技术有限公司）;1JHY-230秸秆切碎机（河北春翔机械有限公司）;铧式犁（当地普通农户常用类型）;1LYFT-450液压调幅翻转犁（松原市双子农业机械装备有限公司）。

秸秆水平分布均匀性研究采用大区试验，每个处理长300 m，宽10.4 m，面积3 120 m2。设2个处理，分别为联合收割机（A）、联合收割机+秸秆切碎机（B）。

秸秆垂直分布特征试验在秸秆水平分布均匀性试验基础上进行，每个处理长300 m，宽10.4 m，面积3 120 m2。设4个处理，分别为铧式犁（A1）、液压调幅翻转犁（A2）、秸秆切碎机+铧式犁（B1）、秸秆切碎机+液压调幅翻转犁（B2）。

1.3  测定指标及方法

试验前采用烘干法测定秸秆含水量为10.90%。

1）秸秆长度。在处理A和处理B的秸秆中各取代表性的30段秸秆，分3组，每组10段，测定秸秆长度。

2）试验地秸秆水平分布均匀性测定。测定处理A和处理B秸秆表层分布均匀度。避开切碎机作业区的边缘，在作业区内取样。按秸秆切碎机作业的正向和逆向分别取3次重复，按“S”形五点取样法，样方为0.25 m2（50 cm×50 cm）。挑拣出表层秸秆装入网袋，分别称重并记录。

3）秸秆垂直分布特征测定。处理A1、处理A2、处理B1和处理B2的取样面积均为0.25 m2（50 cm×50 cm），分0～10 cm（表层）、10～20 cm（中层）、20～30 cm（深层）3个深度分别取土壤-秸秆混合物，用10目网筛筛去土壤，挑拣出各土层秸秆碎片，洗净风干后称重并记录，计算出质量比例。3次重复。

4）水平分布均匀性。计算公式：

M=;

F=×100。

式中，n为测试小区数量，n=5;Mi为第i点秸秆质量，g;M为测试区内各点秸秆平均质量，g;F为秸秆抛撒不均匀度，%。同一工况下2个行程的抛撒不均匀度取平均值，即为该试验工况下的秸秆抛撒不均匀度。

1.4  数据分析

采用 Microsoft Excel 2007和SSPS 13.0软件进行数据统计分析。

2  结果与分析

2.1  秸秆切碎机对秸秆长度的影响

秸秆长度比较结果（表1）表明，采用秸秆切碎机处理，秸秆长度极显著变短（P<0.01）。秸秆未切碎处理秸秆长度为30.70～38.45 cm，平均为34.57 cm，联合收割机+秸秆切碎机处理秸秆长度为8.59～11.56 cm，平均为10.06 cm。这说明秸秆切碎机切碎效果较好，秸秆长度变化明显。

2.2  秸秆抛撒的水平分布均匀性

秸秆不均匀度处理间差异极显著（P<0.01）。由表2和表3可知，联合收割机处理抛撒不均匀度为37.3%～38.7%，平均为38.1%;联合收割机+秸秆切碎机处理抛撒不均匀度为26.1%～27.5%，平均为26.4%。这说明秸秆切碎提高了秸秆水平分布均匀性，有利于秸秆进一步混土深翻。

2.3  秸秆质量在不同土壤深度的垂直分布特征

4种机械进行秸秆还田后，不同土壤深度的秸秆质量比例差异极显著（P<0.01）（表4）。

铧式犁还田处理的秸秆在土壤中层分布最多，质量占比为45.3%;其次为土壤表层，质量占比为34.2%;土壤深层秸秆较少，仅占20.5%。液压调幅翻转犁还田处理的秸秆在土壤中层分布最多，质量占比为49.4%;其次为土壤表层，质量占比为36.7%;土壤深层秸秆较少，仅占13.9%。秸秆切碎机+铧式犁还田处理的秸秆大部分集中于土壤表层，质量占比为49.7%;土壤中层和深层的秸秆占比相当，分别为25.7%和24.6%，翻埋深度较浅。秸秆切碎机+液压调幅翻转犁还田处理的秸秆在土壤深层分布最多，质量占比为51.2%;其次为土壤中层，质量占比為39.3%;土壤表层秸秆较少，质量仅占9.5%。

以上结果说明，铧式犁和秸秆切碎机+铧式犁作业的翻埋深度较浅，作业质量较差，影响到玉米出苗率。液压调幅翻转犁还田秸秆集中分布在0～20 cm;而液压调幅翻转犁与秸秆切碎机配套使用后增加了秸秆的翻埋深度，大部分秸秆集中于中层和深层，可以减少秸秆“托堆”和“跑风”现象，有利于种子出苗。

3  小结与讨论

本研究发现，秸秆切碎机作业可以明显提高秸秆粉碎质量，提高秸秆抛撒的水平分布均匀度，提高还田效果。也有研究采用秸秆整株集中深还技术，采用深开沟-覆土-合垄翻转犁开沟，将玉米整秸秆还田，后用翻转犁覆土合垄，可以降低土壤容重，提高土壤蓄水量及水分利用效率，提高土壤有机碳、有机质和氮素含量，促进作物生长[8，9]。

本研究初步分析了4种机械秸秆还田的秸秆空间分布特征，结果表明，秸秆切碎机与液压调幅翻转犁配套使用的混土效果较好，秸秆翻埋较深。采用微地貌测试仪研究地表质量状况，借助秸秆空间坐标数字化仪分析秸秆空间分布的立体构型，可以构造出秸秆混合的土体造型。陈青春等[7]研究提出，反转旋耕秸秆混埋作业的秸秆沿土壤深度分布的均匀性优于正转旋耕，且秸秆与土壤混合效果更好。目前对秸秆还田后秸秆空间分布特征的深入研究较少。

秸秆粉碎后深翻还田可以促进作物根系生长发育，有利于作物生长发育[10]。秸秆深翻结合镇压、水肥管理等其他措施，可以形成适宜不同地区的秸秆还田技术体系。吉林省雨养区和灌溉区秸秆还田技术研究中，蔡红光等[11]提出玉米秸秆全量深翻还田耕种技术体系能提高肥料利用率和玉米产量;王立春等[12]提出秸秆还田全量秸秆带状深还、错位播种技术，构建良好耕层，可以改善土壤质量，提高农民经济效益。今后应深入研究秸秆还田后的空间分布特征，结合土壤团聚体结构、孔隙度及水分等指标的动态变化，分析秸秆空间分布对玉米出苗及生长发育的影响。

选用适宜的还田机械可以提高秸秆还田作业质量，但是大型农业还田机械的成本较高，机械化秸秆还田技术的推广应用存在一定难度。为了促进秸秆机械化还田技术的推广，可以采用增加补贴范围和额度，进行技术培训和监督评价等[13]多种措施，提高秸秆还田服务效率和作业质量。

参考文献：

[1] 林  静，齐  林，薄鸿明，等.条带深松清垄秸秆混埋联合作业机的设计与试验[J].农机化研究，2019（1）：77-84.

[2] NYT 500-2002，秸秆还田机作业质量[S].

[3] GB/T 24675.6-2009，保护性耕作机械 秸秆粉碎还田机[S].

[4] 孙丽娟，冯  健.秸秆粉碎还田机秸秆抛撒不均匀度测试方法探讨[J].中国农机化学报，2016，37（6）：35-38.

[5] 李德鑫，于文昌，芦  磊.我国翻转犁的应用与发展研究[J].农业科技与装备，2017（4）：71-72.

[6] 毛罕平，陈翠英.秸秆粉碎掩埋复式作业机的试验研究[J].农业机械学报，1996，27（3）：42-46.

[7] 陈青春，石  勇，丁启朔，等.正反转旋耕作业的秸秆混埋效果比较[J].农业工程学报，2015，31（9）：13-18.

[8] 王胜楠，邹洪涛，张玉龙，等.秸秆集中深还田两年后对土壤主要性状及玉米根系的影响[J].干旱地区农业研究，2015，33（3）：68-71，78.

[9] 王胜楠，邹洪涛，张玉龙，等.秸秆集中深还田对土壤水分特性及有机碳组分的影响[J].水土保持学报，2015，29（1）：154-158.

[10] 陈  龙，谷  岩，田文博，等.秸秆深翻还田对玉米根系相关特性影响[J/OL].分子植物育種，http：//kns.cnki.net/kcms/detail/46.1068.

S.20181219.1527.007.html.

[11] 蔡红光，梁  尧，刘慧涛，等.东北地区玉米秸秆全量深翻还田耕种技术研究[J/OL].玉米科学，http：//kns.cnki.net/kcms/detail/22.1201.S.20181024.1510.046.html.

[12] 王立春，王永军，边少锋，等.吉林省玉米高产高效绿色发展的理论与实践[J].吉林农业大学学报，2018，40（4）：383-392.

[13] 曹光乔，周  力，毛  慧.农业技术补贴对服务效率和作业质量的影响——以秸秆机械化还田技术补贴为例[J].华中农业大学学报（社会科学版），2019（2）：55-62.