罗红旗+刘霞+陆孙事+王章宇

摘要：介绍了垄作保护性耕作技术模式的发展现状。通过分析计算垄形参数，并根据实际农艺情况，对播种带实行浅层旋耕处理玉米根茬的可行性进行了分析。作业过程中保留原垄，根据根茬在垄台的幅宽范围确定单垄旋耕幅宽约为10cm，根据根茬的主根深度确定旋耕入土深度为7～8cm，仅对垄台进行浅旋作业。探讨了播种带浅旋式垄作保护性耕作技术的实施效果及特点。

关键词：保护性耕作；垄作；浅旋；播种带

中图分类号：S344文献标志码：A文章编号：1002-1302（2014）11-0415-02

垄作技术是在克服了传统平作许多不利因素的基础上发展的一种耕作方式，其主要形式是人为改变耕地表面形状，改善作物的生长环境，促进作物生长发育[1]。发展保护性耕作的主要目的是抵御春旱、控制风蚀、逐步培肥地力[2]。垄作与保护性耕作相结合模式能够在覆盖有根茬的地表直接进行播种作业，通过旋耕装置进行灭茬，同时完成灭茬、播种、施肥与镇压等。一般垄作保护性耕作模式中原垄被彻底破坏了，地表与平作无差异，动土量较大，灭茬后地表土壤比较松软，跑墒严重[3-5]。本研究分析垄作保护性耕作的多种模式，根据现有根茬处理技术，与生产实际相结合，旨在建立更为合适的根茬处理模式，满足保护性耕作技术要求。

1垄作保护性耕作技术研究现状

学者们目前对垄作保护性耕作模式的研究主要包括：浅旋覆盖式、灭茬覆盖式、重耙覆盖式、高留茬式、深松覆盖式、免耕覆盖式等[6]。浅旋覆盖式使用全面旋耕将粉碎后的残茬、秸秆等与浅层土壤混合，同时实现秸秆粉碎还田、旋耕作业，但地表秸秆覆盖率不高，难以满足保护性耕作高覆盖率的要求，而且旋耕破坏原垄，种植过程中需要重新起垄。灭茬覆盖式采用灭茬机旋耕灭茬，苗床清洁，便于播种，但作业次数多，一般需要进行多次中耕，重新起垄。重耙覆盖式使用重耙作业，切碎秸秆并掩埋，但重耙容易破坏土壤结构，形成犁底层。高留茬式垄作保护性耕作技术一般适用于秸秆资源较少且气温偏低的地区，留茬高度在30cm以上，立茬越冬，但秸秆还田量比较小。深松覆盖式通过单独深松作业，打破犁底层，有利于增强土壤的持水能力，但深松后地表粗糙不平，需要进行相应耙平处理，所需机具多，作业成本较高。免耕覆盖式实行免耕播种，动土量小，覆盖量大，但该模式对机具性能、种子质量、作业质量要求高，播种质量难以保证，一般需要喷施除草剂进行灭草。

2播种带浅旋模式

玉米根茬一般比较粗壮，特别是我国北方地区年降水量少，根茬更加不易腐烂，为了在留有玉米根茬的田地进行原垄播种，并且保证播种质量，需要对玉米根茬进行处理，从而提高播种机的通过性、播种质量。在垄作保护性耕作播种前只对播种带的玉米根茬进行处理，既可确保开沟器等土壤工作部件不易堵塞，提高播种质量，同时又可以降低功耗。

2.1垄形分析

当前用于起垄的农用机具形式多样，垄体的形状可呈三角形、抛物线形、半椭圆形、半圆形等。本研究通过各形状垄体的数学模型来得到假设垄体的尺寸，B、Hr分别表示垄宽（cm）、垄高（cm），W、L分别表示地块的宽（cm）、长（cm）[7]。

2.1.1半圆形或半椭圆形

半圆形可视为半椭圆形的1个特例，通过分析半椭圆形垄，可以计算出该垄形的表面积A1（cm2）与垄体体积V1（cm3）：

2.1.2抛物线形

抛物线形垄的横断面是抛物线形状的，在长为L、宽为W的地块上，该垄形的地表面积A2（cm2）、垄体的整体体积V2（cm3）分别为：

2.1.3三角形垄

该垄体的横截面是等腰三角形，在长为L、宽为W的地块上，该垄形的地表面积A3（cm2）、垄体的体积V3（cm3）分别为：

垄的形状是起垄机具形成的，国内的垄形一般以抛物线形或三角形为主。笔者在辽宁省阜新市的田间实际测量结果表明，玉米垄作地播种前垄形尺寸为：B=35cm，Hr=13cm，计算得A1=484×WL/B，V1=35736×WL/B；A2=461×WL/B，V2=30333×WL/B；A3=436×WL/B，V3=22750×WL/B。当垄高、垄宽一定时，半圆形与半椭圆形垄表面积与体积最大，抛物线形垄表面积与体积次之，三角形垄表面积与体积最小。

由于对播种带进行旋耕作业时存在一定幅宽，垄的顶端存在被削平的现象，现以三角形的垄形作为分析对象，削平后的垄形尺寸如图1所示。作业后垄顶一般被削平2cm，梯形垄的垄高以11cm计算，梯形的上边宽度b取值16cm，梯形的腰长L1=14.5cm，计算得到梯形垄体的表面积A0=450×WL/B，体积V0=28050×WL/B，其表面积及体积都位于三角形与抛物线形垄体之间，与实际情况比较符合。

2.2垄形参数

根据田间测试，垄台上玉米根茬的分布幅宽小于8cm，因而确定10cm左右的单垄旋耕幅宽比较合理（图1），适当增加旋耕幅宽主要是为了解决因垄形差异可能导致播种到垄腰上的问题，导致播种质量差。可以根据实际测量的玉米根茬主根深度确定浅旋深度，实现灭茬的同时，尽可能减少动土量，为后续播种创造较好的种床条件[8]。国内玉米种植行距为45～70cm，对阜新市的试验地浅旋后垄形尺寸进行了测定，随机选取5条垄作为测量对象，结果见表1。平均行距Rs为50cm、垄高Hr为11cm时的垄台的平均宽度Wt为15.7cm，垄底宽度Wb平均值为35.2cm。

2.3效果分析

如上所述，考虑到单行玉米根茬有一定的幅宽，为保证破茬效果，同时考虑到实际垄距的规范性，单垄旋耕幅宽占垄距的20%，根据半经验公式（1），旋耕刀滚的功率消耗一般包含切土功耗及抛土功耗2个部分[9]。

式中：N表示旋耕机功率消耗平均值；B表示旋耕幅宽；H表示耕深；vm表示机组前进速度；P0表示切土比阻，与土壤质地、含水率、耕深、切土节距等多种因素有关；vd表示刀滚外缘线速度；δ表示未耕土壤密度；η表示旋耕机传动效率。endprint

旋耕作业功率消耗与旋耕幅宽有关，当作业行数一定，其他条件相同时，旋耕作业消耗的功率与旋耕幅宽成正比。功耗与耕深同样成正比，减少旋耕深度也可以降低功率消耗，因而旋耕深度以7～8cm为宜，能够确保破坏玉米主根及大部分根须。播种作业时，可以根据实际情况安装使用覆土装置，能够把旋耕作业时甩到垄沿或垄沟的部分土壤覆回垄台，并通过镇压作业压实播种带。

3播种带浅旋模式特点

由于播种带浅旋模式仅在播种带小范围内进行灭茬旋耕松土，粉碎了播种带的玉米根茬并疏松了土壤，种床条件良好，有利于种子生长发芽。播种后能保持一定垄形，播种后至中耕前都能体现垄作的优势，能够增加表层地温，有利于早播种早出苗。东北垄作地区属于高寒易旱区，其特点是春天播种时风大，风蚀、春旱较为严重。传统的玉米垄作耕作方式是秋收后处理秸秆，然后耕翻土地；第2年春季耙地、整地后再进行播种。多次作业过程中，都需要搅动土壤，导致土壤水分不断散失，机器进地次数多，能耗大，土壤易被压实。采用播种带浅旋模式有利于实现保护性耕作模式，与传统垄作相比，可以有效减轻春旱、降低风蚀、有利于提高作物产量并培肥地力。

4结论

本研究分析现有垄作保护性耕作技术模式，结合农艺情况，提出了更为合适的根茬处理模式，满足了保护性耕作技术的实际要求，在原垄上进行保护性耕作作业。利用播种带浅旋模式处理垄上玉米根茬时，可以根据播种带玉米根茬的幅宽分布情况，确定较为合适的旋耕宽度参数、作业深度参数，对播种带作业灭茬，进行窄带浅旋破茬播种，有利于实现垄作技术与保护性耕作技术的有机结合。

参考文献：

[1]吴巍，陈雨海，周勋波，等.沟垄集雨栽培对夏玉米生长发育及其产量的影响[J].中国农学通报，2005，21（8）：101-103，106.

[2]李兵.小麦对行免耕播种机的研究[D].北京：中国农业大学，2004.

[3]李其昀.苗带旋耕沟播机开沟起垄特性[J].农业机械学报，1997，28（2）：58-62.

[4]柴跃进.带状免耕覆盖播种机试验研究[J].中国农机化，2004（2）：39-40.

[5]单爱军，肖红，尚梅，等.1FCH-4型根茬粉碎整地机的研制[J].农机化研究，1999（4）：54-56.

[6]李宝筏，杨文革，王勇，等.东北地区保护性耕作研究进展与建议[J].农机化研究，2004（1）：9-13.

[7]唐永金.作物垄作的几何数学模型[J].生物数学学报，2005，20（1）：83-85.

[8]蒋金琳，高焕文.免耕播种机播种带玉米根茬处理装置研究[J].农业工程学报，2004，20（2）：129-131.

[9]夏晓东，吴崇友，张瑞林，等.加大耕深型正转旋耕机研究设计初探[J].农业工程学报，1999，15（1）：75-78.endprint

旋耕作业功率消耗与旋耕幅宽有关，当作业行数一定，其他条件相同时，旋耕作业消耗的功率与旋耕幅宽成正比。功耗与耕深同样成正比，减少旋耕深度也可以降低功率消耗，因而旋耕深度以7～8cm为宜，能够确保破坏玉米主根及大部分根须。播种作业时，可以根据实际情况安装使用覆土装置，能够把旋耕作业时甩到垄沿或垄沟的部分土壤覆回垄台，并通过镇压作业压实播种带。

3播种带浅旋模式特点

由于播种带浅旋模式仅在播种带小范围内进行灭茬旋耕松土，粉碎了播种带的玉米根茬并疏松了土壤，种床条件良好，有利于种子生长发芽。播种后能保持一定垄形，播种后至中耕前都能体现垄作的优势，能够增加表层地温，有利于早播种早出苗。东北垄作地区属于高寒易旱区，其特点是春天播种时风大，风蚀、春旱较为严重。传统的玉米垄作耕作方式是秋收后处理秸秆，然后耕翻土地；第2年春季耙地、整地后再进行播种。多次作业过程中，都需要搅动土壤，导致土壤水分不断散失，机器进地次数多，能耗大，土壤易被压实。采用播种带浅旋模式有利于实现保护性耕作模式，与传统垄作相比，可以有效减轻春旱、降低风蚀、有利于提高作物产量并培肥地力。

4结论

本研究分析现有垄作保护性耕作技术模式，结合农艺情况，提出了更为合适的根茬处理模式，满足了保护性耕作技术的实际要求，在原垄上进行保护性耕作作业。利用播种带浅旋模式处理垄上玉米根茬时，可以根据播种带玉米根茬的幅宽分布情况，确定较为合适的旋耕宽度参数、作业深度参数，对播种带作业灭茬，进行窄带浅旋破茬播种，有利于实现垄作技术与保护性耕作技术的有机结合。

参考文献：

[1]吴巍，陈雨海，周勋波，等.沟垄集雨栽培对夏玉米生长发育及其产量的影响[J].中国农学通报，2005，21（8）：101-103，106.

[2]李兵.小麦对行免耕播种机的研究[D].北京：中国农业大学，2004.

[3]李其昀.苗带旋耕沟播机开沟起垄特性[J].农业机械学报，1997，28（2）：58-62.

[4]柴跃进.带状免耕覆盖播种机试验研究[J].中国农机化，2004（2）：39-40.

[5]单爱军，肖红，尚梅，等.1FCH-4型根茬粉碎整地机的研制[J].农机化研究，1999（4）：54-56.

[6]李宝筏，杨文革，王勇，等.东北地区保护性耕作研究进展与建议[J].农机化研究，2004（1）：9-13.

[7]唐永金.作物垄作的几何数学模型[J].生物数学学报，2005，20（1）：83-85.

[8]蒋金琳，高焕文.免耕播种机播种带玉米根茬处理装置研究[J].农业工程学报，2004，20（2）：129-131.

[9]夏晓东，吴崇友，张瑞林，等.加大耕深型正转旋耕机研究设计初探[J].农业工程学报，1999，15（1）：75-78.endprint

旋耕作业功率消耗与旋耕幅宽有关，当作业行数一定，其他条件相同时，旋耕作业消耗的功率与旋耕幅宽成正比。功耗与耕深同样成正比，减少旋耕深度也可以降低功率消耗，因而旋耕深度以7～8cm为宜，能够确保破坏玉米主根及大部分根须。播种作业时，可以根据实际情况安装使用覆土装置，能够把旋耕作业时甩到垄沿或垄沟的部分土壤覆回垄台，并通过镇压作业压实播种带。

3播种带浅旋模式特点

由于播种带浅旋模式仅在播种带小范围内进行灭茬旋耕松土，粉碎了播种带的玉米根茬并疏松了土壤，种床条件良好，有利于种子生长发芽。播种后能保持一定垄形，播种后至中耕前都能体现垄作的优势，能够增加表层地温，有利于早播种早出苗。东北垄作地区属于高寒易旱区，其特点是春天播种时风大，风蚀、春旱较为严重。传统的玉米垄作耕作方式是秋收后处理秸秆，然后耕翻土地；第2年春季耙地、整地后再进行播种。多次作业过程中，都需要搅动土壤，导致土壤水分不断散失，机器进地次数多，能耗大，土壤易被压实。采用播种带浅旋模式有利于实现保护性耕作模式，与传统垄作相比，可以有效减轻春旱、降低风蚀、有利于提高作物产量并培肥地力。

4结论

本研究分析现有垄作保护性耕作技术模式，结合农艺情况，提出了更为合适的根茬处理模式，满足了保护性耕作技术的实际要求，在原垄上进行保护性耕作作业。利用播种带浅旋模式处理垄上玉米根茬时，可以根据播种带玉米根茬的幅宽分布情况，确定较为合适的旋耕宽度参数、作业深度参数，对播种带作业灭茬，进行窄带浅旋破茬播种，有利于实现垄作技术与保护性耕作技术的有机结合。

参考文献：

[1]吴巍，陈雨海，周勋波，等.沟垄集雨栽培对夏玉米生长发育及其产量的影响[J].中国农学通报，2005，21（8）：101-103，106.

[2]李兵.小麦对行免耕播种机的研究[D].北京：中国农业大学，2004.

[3]李其昀.苗带旋耕沟播机开沟起垄特性[J].农业机械学报，1997，28（2）：58-62.

[4]柴跃进.带状免耕覆盖播种机试验研究[J].中国农机化，2004（2）：39-40.

[5]单爱军，肖红，尚梅，等.1FCH-4型根茬粉碎整地机的研制[J].农机化研究，1999（4）：54-56.

[6]李宝筏，杨文革，王勇，等.东北地区保护性耕作研究进展与建议[J].农机化研究，2004（1）：9-13.

[7]唐永金.作物垄作的几何数学模型[J].生物数学学报，2005，20（1）：83-85.

[8]蒋金琳，高焕文.免耕播种机播种带玉米根茬处理装置研究[J].农业工程学报，2004，20（2）：129-131.

[9]夏晓东，吴崇友，张瑞林，等.加大耕深型正转旋耕机研究设计初探[J].农业工程学报，1999，15（1）：75-78.endprint