2.2　秸秆还田机械化技术

2.2.1　秸秆还田机械化技术简介

2.2.1.1　技术简介

秸秆还田机械化是利用农业机械将农作物秸秆作为有机肥料直接还田的一项实用技术，具有便捷、快速、成本低的优势（图2-1）。主要包括秸秆粉碎还田机械化技术、根茬粉碎直接还田技术、秸秆整秆还田技术等三种主要形式。秸秆机械化还田可使土壤有机质含量增加0.2%～0.4%，增产10%以上，作业成本仅为人工还田的1/4，提高功效40～120倍，具有非常显著的社会效益和经济效益。

采用秸秆机械还田可以实现多道工序一次性完成，具有快速、便捷、抢积温、抢农时等优点，能够实现大量秸秆及时就地还田、避免秸秆丢弃或焚烧造成的环境污染问题，以地养地，为土地的高产稳产奠定了坚实的基础。目前，机械化还田因为高效、省时、省工等特点被大量农户接受及推广。但是，其存在两大问题：一是能耗大、成本高；二是还田机械不适用于山区、丘陵以及小面积地块[8]。

2.2.1.2　还田机械化技术要点

秸秆还田机械化作业工艺的每个环节都有具体的技术要求，在作业过程中应注意以下几点。

（1）配合施用氮磷化肥

秸秆直接还田时，存在农作物与微生物争夺速效养分的矛盾，尤其是争氮现象，一般采用补充化肥的方式来解决。秸秆的碳氮比为（80～100）∶1，因此，应适当增施氮素化肥，若土壤缺磷，则应补充磷肥。据试验，玉米秸秆腐解过程需要的碳、氮、磷比例一般为100∶4∶1左右，一般每亩还田秸秆500kg左右，需施加4.5kg纯氮和1.5kg纯磷（或施20～50kg速效氮或10～15kg尿素）。

（2）秸秆粉碎与翻埋方法

秸秆粉碎还田机作业时要注意选择拖拉机作业挡次和调整留茬高度，粉碎长度不宜超过10cm，严防漏切。玉米秸秆不能撞倒后再粉碎，否则不能将大部分秸秆粉碎，还会因粉碎还田机的工作部件位置过低，刀片打击地面而增加负荷，甚至使传动部件损坏。工作部件的离地间隙宜控制在5cm以上。秸秆粉碎还田，加施化肥后要立即旋耕或耙地灭茬而后翻耕，翻压后如土壤墒情不足，应结合灌水[9]。

若实施夏玉米免耕覆盖精播机械化技术时，要求前茬小麦秸秆粉碎后覆盖在地表，尽可能减少对土壤的翻动而直接播种，以保持土壤原有的结构、层次，同时维持和保养地力、墒情。但播种之后要及时喷洒化学药剂，以消灭杂草及病虫害。在作物生长期间，也不再进行其他耕作。

（3）翻埋时间

秸秆直接还田的时期，一般在作物收割后立即耕翻入土，避免水分损失导致不易腐解。玉米在不影响产量的情况下，应及时摘穗，趁秸秆青绿，保证含水率30%以上。此时秸秆含糖分、水分大，易被粉碎。对加快腐解、增加土壤养分大为有益。在翻埋时旱地土壤的水分含量掌握在田间持水量60%时为宜，如水分超过150%时，由于通气不良，秸秆氮矿化后易引起反硝化作用而损失氮素。

（4）秸秆还田量

在薄地、化肥不足的情况下，秸秆还田离播期又较近时，秸秆的用量不宜过多；而在肥地、化肥较多、距播期较远的情况下，则可加大用量或全田翻压。注意应避免将有病害的秸秆直接还田。

2.2.1.3　秸秆粉碎机械

目前我国生产的秸秆粉碎机有多种型式，如联合收割机安装的秸秆切碎、抛撒装置，“L”形甩刀式秸秆切碎机、锤爪式秸秆切碎机等。下面就这些秸秆粉碎机械的结构、工作原理及正确使用进行说明[10]。

（1）联合收割机的秸秆切碎装置（图2-2）

1）一般构造　联合收割机（如1065、1075、ESI4等）上的秸秆切碎装置安装在逐稿器的后下方，由滑草板、切碎滚筒、定刀以及扩散板等组成。切碎滚筒上销接有动刀片，呈螺旋线排列。动刀片为长方形，两边都有刀口，磨钝后可换着使用。定刀片固定在定刀座上。定刀座的固定位置有长槽可进行调整，以改变与动刀的重叠量。扩散板为左右对称的曲面导流片，其导向角度可进行小量调整。切碎滚筒由联合收割机的发动机皮带传动而旋转，其转动方向与联合收割机的行走方向一致。

2）工作原理　被逐稿器抛出的秸秆经滑草板落在高速旋转的切碎滚筒上。动刀片把秸秆带至定刀片间隙处进行切割，将秸秆切成碎段。切碎后的秸秆在离心力的作用下沿扩散板抛出，均匀铺撒在地面上。调整扩散板的角度可以改变铺撒幅宽。调节动、定刀片的重叠量可调节切碎长度。

这种秸秆切碎装置工作时为有支承切割，而且秸秆喂入均匀，因此，在秸秆含水量合适的条件下，切碎质量好，动力消耗也较小。

3）正确使用　切碎装置的切碎质量和所需功率与小麦的产量、成熟程度以及秸秆中含杂草的多少等有关。当小麦的成熟度高、秸秆含水量低、又无杂草的情况下，功率消耗约为5kW，而且切得碎，铺得匀。当杂草多、小麦成熟度差时，功率可达10kW以上，甚至更高，而且切碎质量大大恶化。因此，为了保证秸秆切碎和铺撒的质量，提高联合收割机的收获效率，应尽量在小麦成熟度适宜时进行收割。使用中还应特别注意保持动、定刀片刃口的锋利，否则也会降低切碎质量并增加动力消耗。

联合收割机上的秸秆切碎、铺撒装置结构简单，维修保养方便，功率消耗较低。与收获后再次进地进行切碎作业相比，既可减少一道作业工序，又提高了工效，而且切碎质量好。

如秸秆量少时，也可不用秸秆切碎装置，可在联合收割机尾部加装一反向旋转的秸秆抛撒器。当秸秆从逐稿器落下时，直接由旋转的橡胶条式抛撒装置将秸秆抛撒在地面上。

（2） “L”形甩刀式秸秆切碎机（图2-3）

1）一般构造　由切碎装置、机架护罩、地轮、传动装置、悬挂（或牵引）装置等组成。切碎装置由刀轴、刀座及刀片等构成。刀座按螺旋线排列焊接在刀轴上。“L”形刀片销接在刀座上，相邻刀片的运动轨迹有一定的重叠量。拖拉机动力输出轴的动力经切碎机上的变速箱、传动皮带传递给刀轴，带动刀片高速旋转。刀片的旋转方向与切碎机的行走方向相反。切碎机的主要工作部件为刀片，呈“L”形，刃口朝向前进方向。有的刀片制成双面刃口，可以换面使用。为了使刀轴和甩刀的销轴受力平衡，并提高切碎效果，一般“L”形甩刀左右对称配置，呈“Y”形。通过调节地轮的安装高度可以改变切碎直立茎秆的留茬高度。“L”形甩刀式切碎机的工作幅度一般为1.5～2m。刀轴的转速一般为1300r/min左右，转速太低，会影响切割质量。

2）工作原理　切碎机工作时，高速旋转的刀片与机器的前进速度合成为余摆线运动。机架前部的挡板首先将秸秆推压呈倾斜状，刀片将秸秆捡拾并砍断。在挑起秸秆的同时，由刀片产生的风力将秸秆喂入切碎机护罩内，又受到刀片的多次砍切而成碎段。切碎的秸秆在离心力的作用下沿护罩均匀抛撒落地。甩刀式切碎器为无支承切割，作业时，由于拖拉机轮子对秸秆的折压、机器前进中秸秆的前倾和互相交叉以及秸秆含水量的大小等因素，使秸秆的切碎长度变化很大。

3）正确使用　“L”形甩刀　以其横向刀刃对直立的粗茎秆（如玉米、高粱）进行切割，效果较好，而对麦类等软质秸秆的切碎效果较差，也不适用于机收后麦秸条铺的切碎和铺撒。使用中应注意勿使刀片切土和打击坚硬的物体，因此，作业前应先平整地面的沟和埂。刀片磨损后应及时更换，以保证切碎质量。如刀片折断则应立即更换新刀，防止因不平衡而引起机器强烈的振动。作业时拖拉机的液压操纵手柄处于浮动位置，这样切碎机可以随地面仿形。

（3）锤爪式秸秆还田机（图2-4）

该机粉碎秸秆的部件是锤爪。机组工作时，拖拉机动力经万向节传递到齿轮箱，齿轮箱输出轴带动皮带轮，经两级增速，使粉碎滚筒带动锤爪高速旋转，搅动玉米秸秆进入折线形机壳，受到锤爪、机壳定刀的剪切、锤击、撕拉、切碎后，抛送到还田机后沿，撒落田间。其优点：锤爪数量少，锤爪磨损后可以焊接，使用维修费用低。高速旋转的锤爪，在机壳内形成负压腔，可将拖拉机压倒的秸秆捡起、粉碎。缺点：动力消耗大，工作效率低。秸秆韧性大时，粉碎质量差，给耕整地和小麦播种带来困难。

2.2.1.4　常用的秸秆粉碎还田机

我国研发的秸秆粉碎还田机型号很多（见表2-2），常用的秸秆粉碎还田机如下。

2.2.1.5　秸秆还田机械操作要点

（1）万向节的安装

应保证机具工作和提升时，方轴、套管及夹叉既不顶死，又有足够的配合长度。检查万向节传动轴夹角，工作时不得大于±10°，地头转弯时不得大于30°。万向节方轴、方套长度应根据所配拖拉机悬挂机构的尺寸和动力输出轴转速的不同而异，购买时应咨询有关生产厂家。

（2）秸秆还田机的横向、纵向水平调整

即调节拖拉机悬挂机构的左右斜拉杆成水平，调节拖拉机上悬挂杆的长度，使其纵向接近水平。旋切刀的作业深度应根据土壤坚实度、作物种植形式和地表平整状况进行调整，一般应保持≥10cm。

（3）行走路线的选择

秸秆还田机常采用棱形、套耕路线。采用棱形路线时，机器从地块的一侧进入，一行紧接一行，往返作业，由于转弯半径小，此法适用于手拖机组；采用套耕路线时，机器从地块的一侧进入，作业到地头后，相隔3～5个工作幅度返回，一个小区作业完后再作业另一个小区。

（4）作业方式

一般采用两次作业的方式，第一次机具前进速度稍慢，Ⅰ、Ⅱ挡浅旋；第二次略快，Ⅱ、Ⅲ挡旋耕，深度达到预定要求，达到将秸秆压入泥中、均匀搅拌的效果。

（5）机具的作业质量标准

秸秆还田机的作业质量以能满足下茬农作物种植要求为标准。

2.2.2　秸秆粉碎还田机械化技术

秸秆粉碎还田机械化技术，是以机械粉碎、破茬、深耕和耙压等机械化作业为主，将作物秸秆（玉米、小麦、水稻等）粉碎后直接还到土壤中去，用免耕播种机将下茬农作物的种子直接进行播种，或将秸秆抛撒后用犁耕翻深埋，然后进行下茬播种的秸秆还田技术。该技术是能够增加土壤有机质，培肥地力，提高作物产量，减少环境污染，争抢农时季节的一项综合配套技术，具有作业质量好、成本低、生产效率高等特点。工效比人工沤制粗肥还田提高40～120倍，是大面积实现以地养地，建立高产、稳产农田的有效途径之一。该技术适合北方一年一季或一年两季地区，实施保护性耕作区域按其免少耕和深松的技术要求进行。

2.2.2.1　常用机具

常用机具有4Q系列切碎还田机、4F-1.5B型粉碎还田机、XFP-1200型茎秆还田机等[11]。

2.2.2.2　农艺要求

（1）施肥

秸秆在腐解为有机肥的过程中需吸收氮、磷等元素，秸秆本身的碳、氮、磷含量比例为100∶2∶0.3左右，腐解所需的比例为100∶4∶1左右，因此，要补施一定量的氮和磷。一般每亩还田500kg秸秆时，需补施4.5kg纯氮和1.5kg纯磷（补施20～40kg速效氮肥或10～15kg尿素）。

（2）深埋

使秸秆与肥、土混拌均匀，并深埋于20cm以下土层。

（3）整地

要消除明暗坷垃、精细整地，达到土碎地平，使土壤上虚下实，消除因秸秆造成的土壤架空，为播种创造条件。

（4）浇水

小麦播种前要浇足塌墒水，进一步消除土壤架空。秸秆（尤其是玉米秸秆）在土壤中腐解时需水量较大，如不及时补水，不仅腐解缓慢，还会与麦苗争水。因此，要浇好封冻水，沉实土壤，以缓解冻害，这对当季秸秆还田的冬小麦尤为重要。春季要适时早浇返青水，促进秸秆腐解，保证麦苗的正常生长发育。

2.2.2.3　机械作业工艺

（1）小麦秸秆粉碎还田机械化工艺

①机械收割（小型收割机或联合收割机）留高茬→秸秆粉碎还田机粉碎、抛撒秸秆→免耕施肥播种→喷施农药除草灭虫。

②机械收割集中脱粒→免耕施肥播种→喷药除草灭虫→出苗后铺撒麦秸。

③机械收割→秸秆粉碎还田机粉碎抛撒秸秆→施肥→高柱犁深翻入土→压盖。

（2）玉米（高粱）秸秆粉碎还田机械化工艺

①摘穗→秸秆粉碎还田机粉碎抛撒→施肥→施耕（或耙茬）→高柱犁深翻→压盖。

②联合收割机收获、秸秆粉碎抛撒→施肥→旋耕（或耙茬）→高柱犁深翻→压盖。

2.2.2.4　技术要求

①对于玉米秸秆，要在玉米成熟后及时摘穗，而且摘穗后趁秸秆青绿及时用秸秆粉碎机粉碎（最适宜含水量为30%以上），秸秆粉碎长度不大于10cm，茬高不大于8cm。玉米秸秆呈绿色时含水量达30%以上，糖分多，水分大，既容易被粉碎，又有利于加快秸秆腐解，对增加土壤养分大为有益。

②对于小麦秸秆，联合收割机收获小麦后，麦茬高度不大于25cm，麦秸粉碎长度不大于15cm，抛撒均匀防止漏切。

③秸秆粉碎后翻埋前应进行补氮，将秸秆碳氮比由80∶1调整到25∶1。一般除正常施底肥外，每亩增施碳铵12kg。

④秸秆粉碎还田机的工作部件的地隙应控制在5cm以上，严防刀片入土和漏切。

⑤玉米秸秆粉碎还田并补施化肥后，不使用高柱犁的地区，为保证耕翻质量，耕前要立即旋耕或耙地灭茬，使被切开的根茬和再次被切碎的秸秆均匀分布在0～10cm的土层中，目的是切碎根茬并将碎秸秆、化肥与表层土壤充分混合均匀。

⑥翻埋秸秆应使用大中型拖拉机配套的深耕犁、环形（或V形）镇压器，耢一次完成耕翻、深埋、镇压、耢平等作业。也可用小型拖拉机配单铧犁深耕覆盖，耕深不小于23cm。

⑦免耕播种时，应选用适宜的免耕播种机，宜选用带圆盘或开沟器的播种机，以免勾挂根茬或秸秆，造成壅土，影响播种质量。播种后应及时喷施除草剂，一般每亩施用40%阿特拉津75g，加48%的拉索75g，对水60～80kg喷洒，不能过浓，不能有重喷，以防药害。

2.2.2.5　注意事项

①作业时，禁止刀片打土，选择合适的留茬高度。

②根据作物的长势，选择合理的作业速度。

③玉米秸秆不能在撞倒后再粉碎，否则既不能将大部分秸秆粉碎，还会因秸秆还田机的工作部件位置过低，刀片打击地面而增加负荷，甚至使传动部件损坏。

2.2.3　玉米根茬粉碎直接还田机械技术

玉米根茬粉碎直接还田机械化技术适用于轮番耕作的垄作地区（如东北地区）。这类地区玉米、高粱根茬粗大，人工不宜刨除、切碎。在不耕翻的年份，采用根茬粉碎还田机具，将站立在垄上的根茬（地上部分及地下10cm以内的部分）粉碎后直接均匀混拌于0～10cm耕层中，达到播前除茬整地的要求。这项技术适用于玉米、高粱根茬，人工刨除费工、费时，同时实施轮翻耕作的地区[12]。

（1）技术作用

①秸秆还田可以增加土壤有机质、培肥地力。若每亩还田的根茬干物质为80～100kg，则相当于施入含5%有机质的优质农家肥1.3t。

②改善土壤环境条件，增加耕层的透气、透水能力，为土壤微生物活动创造条件。

③有利于接纳秋冬雨水，蓄水保墒防春旱。

④减少病虫害。

⑤防止土肥流失。

⑥省工增产。工效比人工提高30～150倍以上，亩增产玉米30kg左右。

（2）常用机具

常用机具有1GW-2型根茬粉碎还田机、1GX-2型灭茬机、1G-4型根茬还田机等。

（3）农艺要求

①作业时间可选择秋季收割后或春季播种前，春季作业优于秋季作业。

②留茬高度以不大于12cm为宜，最高不得超过15cm，否则会影响灭茬质量。

③耕层内应无石块、树根等杂物，以免损坏刀具或杂物甩出伤人。

（4）技术要求

①根茬粉碎，漏切率不超过3%，根茬粉碎后长度不大于5cm，大于5cm的根茬数量不能超过10%。

②粉碎后的根茬，地表覆盖率不能超过40%，配有起垄装置的灭茬机组，整体碎茬覆盖率要达到98%以上。

③小型根茬还田机的作业深度一般为8～10cm，一般粉碎至玉米根茬的“五叉股”部位；大型根茬还田机的作业深度一般为12～15cm。

④碎土率一般应为90%～95%，保证直径大于2cm的硬土块不超过5%，茬土应混合均匀。

⑤根茬粉碎还田前后垄形要保持一致，起垄高度一般为15～18cm，疏松土层厚度不应低于工作部件入土深度的60%。

（5）注意事项

①应经常观察灭茬机工作部件在作业中是否有杂音或金属敲击声。如发现异常，要立即停车检查，排除故障。

②地头转弯或倒车时，严禁作业，否则会造成刀片变形、断裂，甚至损坏灭茬机。

③机组起步时，要先合灭茬机离合器，后挂工作挡。

2.2.4　秸秆整秆还田机械化技术

整秆还田技术是指农作物秸秆不经粉碎直接采用高立柱犁耕翻埋入土壤中或采用编压覆盖机将秸秆编压覆盖在地表，以达到秸秆还田的目的，一般主要是指玉米秸秆。整秆还田具有抗旱保墒、减少作业环节等特点。实施机械化覆盖还田技术的地块，要求实行宽窄行种植，一般窄行行距为40～50cm，宽行行距为65～80cm，为覆盖作业提供条件，即窄行覆盖，来年在宽行露地进行窄行距播种。一般覆盖2～3年后进行一次深耕。秸秆整秆还田与粉碎还田的技术作用和农艺要求基本是相同的。所不同的是整秆还田与粉碎还田相比，一是减少了机具购置和机具进地作业次数，降低了生产成本；二是秸秆腐烂分解的速度减慢。该技术适用于实行宽窄行种植玉米的单季旱作地区[13]。

2.2.4.1　常用机具

①玉米整秆还田可采用东-75/80L型拖拉机配套高柱五铧犁或重型四铧犁及压辊作业，也可用小四轮拖拉机配单铧深耕犁作业。

②水田秸秆整秆还田可选用1GM-65（125、175）型水田埋草机[配套动力为12～50hp（1hp=745.700W，下同）拖拉机]，亦可选用东风-12型或工农-12型旋耕埋草机。

2.2.4.2　机械作业工艺

（1）玉米整秆还田

①两茬平作地区　摘穗→深耕开沟→沿作物行间方向推压秸秆铺倒在沟内或人工割下秸秆顺沟铺放→深耕翻埋→施肥整地→播种。

②单季平作地区　摘穗→推（压）秸秆倒地铺放→施肥→高柱犁深耕翻埋→春耙或旋耕→播种。

（2）水田秸秆整株还田

机械收割、脱粒→抛撒干稻草→灌水软化土壤→施肥→第1遍浅耕→第2遍深耕→栽插播种。

2.2.4.3　农艺及技术要求

（1）玉米整秆还田

①秸秆铺放要均匀，根据长势和株数确定铺放数量，如每亩株数在4500～5000棵，人工铺放以每2～3棵一把为宜，即可做到耕完埋完。

②补施适量氮、磷肥，一般每亩还田1500kg秸秆，需补施3.5kg纯氮和4.5kg纯磷。

③深耕整地，深耕要求在25～28cm。作业速度大于1.39m/s，翻埋后要耢耙、压实、整平，为播种创造条件。

④小麦播种要使用带圆盘式开沟器的播种机，以免勾挂秸秆，影响播种质量。

⑤春耙或旋耕可采用东-802/75型拖拉机配缺口耙或铁牛-55型拖拉机配旋耕机作业。

（2）水田整秆还田

①还田的秸秆量一般以每亩300kg为宜。

②旋耕埋草机适宜作业的灌水深度为3～5cm，水田埋草机适宜作业的灌水深度为3cm。

③补施化肥，一般每还田1.00kg干稻草，可补施2.14kg尿素和1.36kg磷肥；每还田100kg鲜稻草，可补施1.6kg碳铵和0.34kg磷肥。同时补施与秸秆等量的畜肥，可使二者形成养分互补，增产效果更为明显。

2.2.4.4　注意事项

①玉米整秆还田应在不影响产量的情况下尽量选择玉米株叶青绿时进行，以保持秸秆的水分和养分。

②玉米收获前浇一次水，可保持土壤墒情，利于秸秆腐解和小麦播种。

③玉米整秆腐解需水量大，因此要浇好封冻水，沉实土壤，缓解冻害。

④为防病虫害，小麦播种前应采用药剂拌种。

⑤水田秸秆整秆还田为稻秸和麦秸，也可将瓜藤、绿肥和田间杂草直接旋耕还田。

⑥旋耕埋草机适宜的泥脚深度为10～20cm的水田。