旱地合理耕层构建配套耕作机具研究

耕层土壤是作物生长发育的主要载体和水肥营养库。耕层土体构型是否合理、耕层土体内水肥气热是否协调，不仅直接影响到作物地下根系的立体分布特征和水肥利用性能，而且间接影响到地上茎叶生长发育和经济产量状况。合理耕层构建是指通过缓解作物和土壤环境之间的主要矛盾，协调土壤中的水、肥、气、热关系，创造有利于作物生长发育和作物持续高产稳产的土壤环境。研究适宜于作物和土壤的合理耕层构建主要技术参数与基本指标，研发调控耕层水肥气热技术与产品，改进与研制实现合理耕层构建的配套耕作机具将是当前以及今后农业生产的重大技术需求。因此，开展合理耕层构建技术与配套耕作机具研究既是对我国“高标准农田建设和中低产开发”具有重要作用的共性研究课题，也对于我国大幅度提升耕地质量和综合生产能力，达到“藏粮于地”，粮食持续稳定增产具有重要意义。

逄焕成，男，博士，博士生导师，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所研究员，土壤耕作与种植制度创新团队首席科学家、土壤耕作与种植制度研究室主任,中国农业科学院节水灌溉与施肥学科杰出人才，中国土壤学会盐渍土专业委员会副主任委员，中国农学会耕作制度研究会常务理事，北京市土壤学会理事，《土壤学报》编委。

章　概　述…………………………………………………… 1一、全方位松旋耕耕作机械研制与应用 ………………… 3二、深松灭茬及旋耕整地复式作业机具研制与应用 …… 4三、新型秸秆深埋复合耙耱整地机械研制与应用 ……… 4四、新型播种分层施肥机械研制与应用 ………………… 4五、新型全膜覆盖播种施肥机研制与应用 ……………… 4六、荒漠绿洲农地保水保肥机械研制与应用 …………… 4第二章　全方位松旋耕耕作机械研制与应用…………………… 6一、目的意义 ……………………………………………… 6二、现状趋势 ……………………………………………… 6三、研究内容 ……………………………………………… 7第三章　深松灭茬及旋耕整地复式作业机具研制与应用……… 15一、目的意义 ……………………………………………… 15二、现状趋势 ……………………………………………… 16三、研究内容 ……………………………………………… 18第四章　新型秸秆深埋复合耙耱整地机械研制与应用………… 29一、目的意义 ……………………………………………… 29 

二、现状趋势 ……………………………………………… 30三、研究内容 ……………………………………………… 30第五章　新型播种分层施肥机械研制与应用…………………… 53一、目的意义 ……………………………………………… 53二、现状趋势 ……………………………………………… 53三、研究内容 ……………………………………………… 54第六章　荒漠绿洲农地保水保肥机械研制与应用……………… 65一、目的意义 ……………………………………………… 65二、现状趋势 ……………………………………………… 66三、研究内容 ……………………………………………… 66第七章　新型全膜覆盖播种施肥机研制与应用………………… 75一、目的意义 ……………………………………………… 75二、现状趋势 ……………………………………………… 75三、研究内容 ……………………………………………… 76第八章　旱地合理耕层构建其他配套机具研究………………… 81一、1JS—1600型农田拣石机 ……………………………… 81二、1GK—210型可调速秸秆还田联合整地机 …………… 87三、2MP—12型液态地膜喷施机 …………………………… 92四、9K—200型秸秆颗粒机 ………………………………… 98五、G＆W15Y2—N01型农机深松整地作业质量远程　　监测系统 ……………………………………………… 104参考文献…………………………………………………………… 125 

加上有机肥施用量减少，由此产生了一系列耕层结构不合理问题，并进一步影响作物根系生长、水分养分利用和作物产量。具体来看，辽北棕壤区由于长期实行旋耕方式，土壤耕层变浅，普遍少于15cm，犁底层变硬上移，当地秸秆还田率较低，土壤有机质下降，导致耕层土壤抗逆性和缓冲性减弱，易旱、易涝、脱水、脱肥及养分失衡现象频繁发生；黄淮海北部缺水区由于耕地的掠夺式经营严重，大部分耕地20～30年没有进行过深翻，一直采用旋耕，有效耕层变薄，耕层上肥下瘦，土壤耕层障碍严重；西北干旱区问题也较为突出，盐碱化地区地下水活动频繁，耕层浅含盐高，质地黏重，作物缺苗严重，产量水平较低。荒漠绿洲区耕层土壤沙化，有机质含量低，漏水漏肥严重。总的来看，北方不同生态区域均面临土壤耕作方式转变带来的耕层结构不合理问题，因此，如不实行合理的耕层建设，将严重制约这些区域土地生产能力的进一步提升。农艺农机融合，相互适应，相互促进，是建设现代农业的内在要求和必然选择。然而，土壤耕作已经成为实现农业生产中农艺农机融合的薄弱环节和制约因素。当前，合理土壤耕作技术与配套耕作机具研发已滞后于农业生产需求，自“八五”以来，国家尚未设立针对北方旱地合理耕层构建技术与配套耕作机具的专门项目。随着对土壤耕作技术与配套耕作机具需求和合理耕层构建增产潜力大的认识不断深化，有必要组织实施北方旱地合理耕层构建技术与配套耕作机具研究与示范专项，以确保国家粮食安全，实现农业可持续发展。近20年来，我国虽在土壤耕作方面形成了一系列单项技术成果，但目前尚缺乏针对北方不同生态区域、不同旱地土壤类型（包括盐碱地）的合理耕层构建技术与配套耕作机具。随着我国土壤耕作技术水平的不断提高，迫切需要改进与研制适用于不同生态区域

章　概　述合理耕层构造关系到作物根系发育及物质循环等诸多方面，而且也是合理的耕作机具设计及应用的理论依据，其重要性不言而喻。因此，如何研发持续的、适合作物生长的合理土壤耕层构建技术及相应的配套机具一直受到国内外持续关注。国外很重视合理土壤耕作技术及配套机具的研究。目前国外土壤耕作技术的发展趋势是“由多耕到少耕，由表层松土到残茬覆盖再到秸秆（含残茬）覆盖，由机械除草到化学除草，由单一机械耕作到土壤施肥灌溉种植机械作业一体化”，正是由于土壤耕作技术的不断完善使土壤耕层保水保肥效果不断增加，旱地作物产量逐渐提高。从土壤耕作研究的整体水平看，美国是世界上研究发达的国家之一，不但研究的面广，而且在许多领域都有很高的水平。20世纪30—40年代，美国中部大平原地区因采用深翻、地表裸露休闲的传统耕法发生了两场大尘暴（黑风暴），归其症结是由于不合理的耕作所造成的，这由此给人们带来了新的思考。60年代初，美国开始在农业生产中推广少免耕和秸秆覆盖，凿式犁、表土作业机和双排式圆盘耙是当时主要几种少耕机具。70—90年代，美国保护性耕作进一步发展，气力排种器普遍应用于免耕播种，施肥、化学除草技术等也广泛使用，带状耕作得到较快发展。目前，以少免耕及秸秆残茬覆盖结合深松作业为代表的保护性耕作技术已成为美国的主体耕作技术，此外在澳大利亚、加拿大、南美、前苏联都有广泛

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第二章　全方位松旋耕耕作机械研制与应用一、目的意义我国旱区面积占国土面积的52%，其中旱作农业面积占全国总面积的50%。由于连年的翻耕作方式，造成犁底层增厚和上移，犁底层厚度可达 8～15cm，土层变浅，总孔隙度比耕作层减少 10%～20%，严重阻碍了耕作层与下层土壤之间水、肥、气、热梯度的连续性，土壤抗灾能力明显降低，降水不能迅速渗入地下，在地表形成径流，造成水土流失和土壤板结，农业可持续性发展受到严重制约。近年来，稳定耕层厚度和打破犁底层成为国内外关注的焦点。深松机作业时，深松铲可以打破犁底层，调节土壤的三项（固、液、气态）比，很好改善土壤结构，减少土壤侵蚀和提高蓄水保墒能力。1ZSX—180型全方位松旋联合整地机具有深松、粉土、灭茬、旋耕、起垄和镇压的功能，能够一次作业完成全部整地工作，减少拖拉机进地次数，降低作业成本，有利于耕地保护。二、现状趋势目前土壤板结、耕层变浅的问题十分突出，亟待解决。国内外在农业机械化方面一般采用深松技术进行处理，达到松土、碎
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　第二章　全方位松旋耕耕作机械研制与应用5. 主要技术参数 1ZSX—180型全方位松旋联合整地机主要技术参数见表2.1。表 2-1　1ZSX—180型全方位松旋联合整地机主要参数序号项目参数 1 配套动力（kW）  >60  2 耕幅（m）  1.8  3 连接形式 三点悬挂  4 松旋深度（mm）  350  5 旋耕深度（mm）  120  6 生产率（hm2/h）  0.57～1 

（二）机具试验1. 土壤剖面对比试验前，通过对原始土壤情况的调查，发现土壤各项指标均不利于作物生长，且有犁底层上移、耕层厚度变薄的现象，土壤质量亟待提高（图2.4）。在采用普通凿式深松作业后，土壤影响范围较小，硬块大且多，深松作业效果不明显，不利于作业根系发育（图2.5）。

图 2-4　试验前土壤情况
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　第二章　全方位松旋耕耕作机械研制与应用表 2-2　拔节期土壤含水率深度（mm）常规耕作（%）全方位松旋（%） 50 17.93 19.36 150 24.82 25.75 250 30.06 30.69 350 31.64 32.76表 2-3　吐丝期土壤含水率深度（mm）常规耕作（%）全方位松旋（%） 
50 20.37 21.57 150 24.57 25.67 250 28.09 28.88 350 30.91 31.523. 有机质变化通过对田间有机质含量的测定，发现通过松旋作业后，土壤中有机质含量略有提高（表2.4）。分析原因是经过松旋作业后的土壤变得松软，有利于有机物质的累积，改善了土壤环境。表 2-4　有机质对比
深度（mm）常规耕作（%）全方位松旋（%） 50 1.73 1.97 150 2.03 2.35 250 1.65 1.884. 抗倒伏及产量通过采用全方位松旋的作业方式，土壤环境得到明显改善，有