根茬粉碎还田机灭茬甩刀喷焊NiWC工艺优化

为解决根茬粉碎还田机灭茬刀成本高、寿命短的问题,在45#钢制造的根茬还田刀具易磨损部位喷焊了NiWC合金抗磨涂层。正交试验和方差分析结果表明,试验因素对喷焊层耐磨性的影响程度大小依次为WC的含量、乙炔流量、预热温度和喷涂距离。优化后喷焊工艺参数为：涂层配比为Ni60 +35%WC,预热温度为450℃,乙炔流量为1000 L/h,喷涂距离为40 mm。     

抛送式棉秆粉碎还田机的设计与试验

抛送式棉秆粉碎还田机采用高速旋转的甩刀将棉秸秆粉碎，并以一定的高度和距离向后抛出机体越过残膜回收机，实现膜上棉秆的清理，为残膜回收机膜秆分离创造条件。在理论分析的基础上，通过试验研究确定了抛送式棉秆粉碎还田机的基本结构和主要参数，获得了刀辊转速与机组前进速度的合理配比关系，从而降低棉秆根茬高度，提高了棉田秸秆粉碎还田机的作业效果。试验证明改进后的样机性能有较大提高，基本能够满足秋后棉田秸秆粉碎还田与残膜回收联合作业的技术要求。     

滚割喂入式卧轴甩刀香蕉假茎粉碎还田机设计与试验

由于香蕉假茎粗大、含水率高,且富含纤维素与半纤维素,现有的粉碎还田机大多存在秸秆粉碎不彻底、刀具易磨损、机器作业效率低等问题。针对上述问题,该文设计了一种滚割喂入式卧轴甩刀香蕉假茎粉碎还田机,描述了该机推倒装置、滚割喂入装置、粉碎装置以及整平装置等主要部件的结构,并对粉碎刀进行了运动和受力分析,确定了其关键参数。田间试验表明:该机器在拖拉机前行速度为2.16~3.60 km/h、后动力输出轴转速为720 r/min时,工作效率为0.42~0.46 hm2/h、油耗量为21.4 L/hm2、香蕉假茎粉碎合格率为96.6%、香蕉假茎平均切碎长度为57 mm,均满足秸秆粉碎还田农艺要求。该研究为中国南方香蕉种植区秸秆粉碎还田机的发展与推广提供了参考。     

滑切防缠式香蕉秸秆还田机设计与试验

针对香蕉秸秆富含纤维且含水率高等物理特性,现有的秸秆与根茬粉碎还田机田间作业时存在着切割阻力大,秸秆纤维易缠绕等问题。采用理论建模方法确定了秸秆滑切刀片的刀刃曲线方程;设计阐述了还田机的关键结构参数,该文研制出一种滑切防缠式香蕉秸秆还田机,并阐述了还田机械的总体机构与工作原理,同时对其秸秆粉碎率以及功耗进行田间试验。结果表明:各因素对香蕉秸秆粉碎率和功耗影响的显著性顺序从大至小依次均为秸秆粉碎刀辊转速、灭茬刀辊转速、机器前进速度。当机器前进速度为1.39 m/s、秸秆粉碎刀辊转速为1 600 r/min、灭茬刀辊转速为500 r/min时,香蕉秸秆粉碎率为95.2%,功耗为4.96 k W。在最优工作参数情况下,实际香蕉秸秆粉碎率为94.9%,实际功耗为5.1 k W,与软件分析值(95.2%、4.96 k W)间的误差分别为0.31个百分点、0.27%,验证了分析的可信性。通过与甩刀式立式香蕉秸秆粉碎还田机进行性能对比试验,得出所研制的滑切防缠式香蕉秸秆还田机秸秆粉碎率提高1.94个百分点,功耗降低11.3%。该机器的设计为中国南方热带地区香蕉秸秆还田技术的推广与应用提供了基础。     

玉米植株不同部位还田土壤活性碳、氮的动态变化

探讨玉米植株不同部位腐解对还田土壤活性碳、 氮动态变化的影响。采用室内培养方法,通过动态监测土壤微生物量碳（SMBC）、微生物量氮（SMBN）、可溶性碳（DOC）和矿质氮含量,研究等量玉米根茬、秸秆、茎及叶4个部位在连续7季还田（秸秆+根茬还田）和不还田土壤（仅根茬还田）中的腐解转化特征。结果表明,秸秆腐解的最初 7 d是土壤活性碳、 氮动态变化的高峰期;腐解期间（62 d）SMBC、SMBN含量表现为添加秸秆始终高于根茬,叶分别在前28 d、14 d内高于茎,后期则低于茎,秸秆介于茎、叶之间;土壤DOC、矿质氮含量为叶＞秸秆＞茎＞根茬;培养结束时,各处理SMBC和矿质氮含量均较起始（0 d）显著提高,DOC含量基本保持不变,SMBN含量显著下降。与不还田土壤相比,还田土壤对新鲜残体的腐解影响不显著,且两者间土壤活性氮组分的差异较碳组分明显。腐解期间土壤活性碳、 氮的动态变化主要取决于各器官碳、 氮等化学组分的差异性,等量秸秆较根茬更有利于补充土壤活性碳、氮数量,土壤活性氮组分对还田土壤的响应较碳组分灵敏。     

芝麻、花生和田菁秸秆还田的化感效应研究

采用盆栽模拟实验研究了具化感作用的芝麻（Sesamum indicum）、花生（Arachis hypogaea）和田菁（Sesbania cannabina）秸秆全株还田对萝卜（Raphanus sativus）、黑麦草（Lolium multiforum）和黄瓜（Cucumis sativus）生长及土壤养分状况的影响,旨在评价秸秆还田释放养分与化感作用对后茬作物幼苗生长效应的综合影响。结果表明：秸秆还田能改善土壤养分状况,对后茬作物幼苗生长具有较好的促进作用。3种作物秸秆还田促进幼苗生长的大小顺序为花生秸秆〉田菁秸秆〉芝麻秸秆〉对照,其中芝麻秸秆对土壤速效磷、速效钾含量提高最大,而花生和田菁秸秆对土壤有机质、全氮的贡献值远远高于另两种处理。3种秸秆还田均对后茬作物幼苗生长和土壤养分具有促进作用,其释放的养分因子占主导作用,而化感作用并未明显表现出阻碍后茬作物幼苗生长。可能原因在于秸秆还田后导致较高pH和土壤养分利于植物生长,并影响了秸秆化感物质的活性和化感作用的发挥。     

基于离散元法的深松作业玉米秸秆运动规律

东北垄作区玉米秸秆还田条件下,针对垄台播种带秸秆残茬易导致深松铲以及后续机具缠草堵塞和阻力增加等问题,建立深松铲-土壤-秸秆-根茬的离散元模型,分析仿真因素秸秆距垄台中心距离、秸秆与机具前进方向夹角、根茬状态（根茬中间切割、根茬一侧切割、根茬挑起和无根茬）和秸秆之间相互影响对深松作业过程中秸秆拨离垄台的影响。进一步探究深松铲作用下垄上秸秆运动规律并分析其扰动比阻（秸秆扰动力矩与深松铲阻力之比）。仿真结果表明：秸秆距垄台中心距离对秸秆位移中的水平侧向运动的影响最大;秸秆水平侧向位移随着秸秆与机具前进方向夹角增大呈减小趋势;根茬状态影响秸秆位移的主次顺序依次为：根茬挑起、根茬一侧切割、无根茬、根茬中间切割;当秸秆距垄台中心距离为60 mm时,秸秆之间相互影响对秸秆位移中的前进方向运动的影响最大;当秸秆距垄台中心距离大于60 mm,秸秆前进方向位移呈增大趋势。秸秆运动的力矩变化趋势为平稳变化,后产生峰值,最后又趋于平稳;影响秸秆力矩的主次顺序依次为：根茬状态、秸秆之间相互影响、秸秆距垄台中心距离、秸秆与机具前进方向夹角。深松过程中,秸秆扰动比阻在切割根茬一侧时达到最大值0.152 mm。田间对比试验结果表明,仿真模型得到的秸秆总位移、水平侧向、前进方向和垂直方向位移与田间试验值的误差分别为0.36%～9.67%、0.16%～12.31%、0.56%～10.11%和0.43%～4.63%,秸秆力矩的误差为0.16%～11.06%。研究结果可为深松铲设计以及优化提供一定的理论依据。     

全喂入式联合收割机碎草脱粒装置的改进设计

针对全喂入联合收割机存在脱粒后排出的秸秆较长,不利于还田利用,甚至影响后续耕种及作物生长,而现有配套秸秆切碎装置结构复杂、通用性差等问题,该文设计了导流型碎草刀,并对4LL-1.8型全喂入联合收割机的脱粒装置进行了改进。田间试验表明,改进后的脱粒装置在完成作物脱粒后,可对秸秆进行切碎。通过调整碎草刀与滚筒轴夹角α的大小,可有效改变切碎秸秆长度。当α大于等于60°时,切碎秸秆长度小于200 mm,秸秆入沟率不小于90%,满足秸秆切碎及集沟还田要求,并利于后续作业。该装置结构简单、切碎效果良好,可为同类机具改进设计提供借鉴。     

秸秆深埋还田开沟灭茬机设计与试验

秸秆还田是农作物秸秆综合利用最为直接的形式,深埋还田能打破犁底层、培肥地力,并提高土壤抗旱保墒能力。在秸秆深埋还田时,由于作物根茬未粉碎,深开沟的同时会出现大块土垡。秸秆深埋后还需对根茬和土垡进行二次粉碎,增加了作业成本。为满足秸秆深埋还田开沟灭茬碎土的需求,设计研制了一种集开深沟、碎土、灭茬等多道工序的用于秸秆深埋还田的开沟灭茬机。以导向铲入土深度、灭茬刀转速、灭茬深度为试验因素,机器的作业阻力和灭茬碎土率为试验指标,进行了三因素三水平正交试验。结果表明导向铲入土深度和灭茬深度对作业阻力有极显著影响,灭茬刀转速对灭茬碎土率有极显著影响。在开沟深度为35 cm时,导向铲入土深度、灭茬刀转速和灭茬深度分别为100 mm、340 r/min和60 mm时,开沟灭茬机的作业性能最好,作业阻力为21.6 k N、灭茬碎土率为96.3%、开沟深度稳定性为92.4%。试验表明该机具有很好的开沟、灭茬、碎土效果,该研究为秸秆深埋还田机具的研制和配备提供参考。     

砍切式玉米秸秆还田机的设计与试验

针对中国北方一年两熟区玉米收获后地表秸秆量大,甩刀式秸秆还田机粉碎长度合格率低,影响后续小麦少免耕播种等问题,基于四连杆机构往复运动原理,利用地表作为支撑,提出了利用砍切对秸秆切段还田的思路,进而研发出一种砍切式玉米秸秆还田机。为避免后续小麦播种时出现拥堵现象,设计秸秆切断长度不超过小麦窄行行距的一半(6 cm);通过理论计算和动力学仿真分析,优化了切刀的运动轨迹并确定切秆装置各杆件尺寸并分析了机具切割功耗为28.39 kW;利用ANSYS软件对切刀进行有限元静力分析,切刀力学性能满足设计要求。田间对比试验结果表明,在玉米收获后秸秆全量保留的条件下,与甩刀式秸秆还田机相比,砍切式秸秆还田机粉碎后秸秆平均长度短0.73 cm,秸秆长度不合格率小5个百分点,秸秆长度变异系数小0.218;机具运行平稳性试验表明砍切式玉米秸秆还田机振动略大于甩刀式玉米秸秆还田机,但差异不显著,该机平稳性满足作业要求;切刀入土平均深度为7.71 cm,可明显降低0~10 cm土层土壤容重;后续播种试验试验表明在砍切式秸秆还田机作业后地表进行播种时,播种机无拥堵现象且播种深度合格率比甩刀式大2.3个百分点。该文研究成果能够为中国北方一年两熟区玉米秸秆还田提供一种新型装备,有利于促进秸秆还田技术的推广。     

科学耕作与留茬改良小麦-玉米两熟农田土壤物理性状及增产效果

为了探讨不同覆盖耕作方式对农田土壤物理性状及作物产量的影响,该试验研究了免耕、常规2种耕作方式和4种留茬高度的玉米秸秆还田处理,对麦-玉两熟农田土壤含水率、容重、孔隙度以及作物产量的影响。结果表明:在0～40cm土层内,秸秆还田的集雨和保水效果显著,免耕留茬0.5m还田处理的含水率比免耕无覆盖处理增加了15.95%。秸秆还田量对0～40cm内土壤贮水量的影响不同。耕作措施显著影响了土壤容重,小麦播种前常规留茬1m还田、常规全量还田处理容重低至1.0g/cm3左右。秸秆还田能增加土壤总孔隙度、降低毛管与非毛管孔隙度的比值。单一免耕处理降低了作物产量,而免耕覆盖能增产,其留茬1m还田处理比无还田处理增产22.44%,比常规留茬0.5m还田处理高3.64%。因此,免耕留茬1m还田处理在改善农田土壤物理性状和增加作物产量方面显著,该研究可为农田管理过程中耕作措施和秸秆还田量的选择提供参考依据。     

秸秆还田施肥点播机粉碎抛撒装置结构设计与优化

针对小麦秸秆粉碎还田免耕播种过程中出现的堵塞、架种与晾籽问题,该文对秸秆粉碎还田施肥点播机秸秆粉碎抛撒装置结构进行设计,采用理论分析、ADAMS仿真方法对切茬甩刀、切茬定刀、切茬粉碎机构与开沟器配合尺寸等秸秆粉碎抛撒装置关键参数进行设计,通过田间优化试验最终确定开沟器前侧至切茬甩刀水平位置端面距离为2.3 cm,秸秆挡板倾斜角为22°,此时晾籽率最低,为1.65%。作业性能验证试验表明:当整机的粉碎抛撒装置采用设计参数进行作业时,播深合格率为81.3%,秸秆粉碎长度合格率为96.6%,秸秆抛撒范围合格率为90.2%,秸秆抛撒不均匀度为11.9%,均优于标准要求,满足作业要求,试验过程全程无堵塞,点播机切茬粉碎抛撒装置可使秸秆全量还田同时保持机具良好通过性,实现免耕地无残茬播种并完成高质量秸秆粉碎抛撒盖种。本研究可为从秸秆粉碎抛撒角度解决堵塞问题、为免耕播种环境的相关机具研发提供参考。     

稻麦玉米秸秆残留还田量定量估算方法及应用

为了解秸秆残留还田是秸秆直接还田的基本形式。该文通过逐步推导,给出了秸秆残留还田量定量估算的系列公式,并将秸秆残留还田量定量估算建立在5个参数的基础上,即农作物平均株高、收割留茬高度、叶部生物量比例、枝叶脱落率和秸秆机械收集损失率;以实地调查为基础,结合对试验数据收集整理,给出了小麦、玉米、水稻三大农作物秸秆残留还田量定量估算的参数体系,并估算出了三大农作物的秸秆残留还田量,分别为7 106.92、4 543.48和6 392.95万t,合计为18 043.35万t,占三大农作物的秸秆总产量的31.13%;三大作物人工收获秸秆残留还田量为1724.47万t,机械收获秸秆残留还田量为16 318.88万t,后者是前者的9.46倍;进而以农作物面积为权重,推算出全国的秸秆残留还田量为25 330.08万t,计算出单位面积耕地的残留还田量为1.87 t/hm2,与基本还田量的最低需求3.0 t/hm2相比尚需增加60%以上,与基本还田量的一般需求4.5 t/hm2相比尚需增加1.41倍。论文最后指出了秸秆残留还田量定量估算需要继续深入开展的主要研究工作:一是开展更广泛的田间实测,进一步提高小麦、玉米、水稻三大农作物秸秆残留还田量定量估算参数的精准度,尤其是收割留茬高度和秸秆机械收集损失率这两大参数的精准度,以便更确切地估算三大农作物的秸秆残留还田量;二是针对棉花、大豆、油菜等主要经济作物进行秸秆残留还田量定量估算研究,建立全国主要粮经作物秸秆残留还田量定量估算的参数体系;三是建立区域性的秸秆残留还田量定量估算的参数体系,逐步实现各区域秸秆残留还田量的定量估算。     

稻麦两熟条件下不同土壤耕作方式与秸秆还田效用分析

该文通过大田小区和网室水泥池微区的3年定位试验，比较研究了稻麦两熟条件下免耕秸秆覆盖、免耕高茬、翻耕秸秆还田(秸秆稻季翻埋麦季覆盖)、翻耕(对照，CK)4个处理对土壤理化性质和稻麦产量的影响，从土壤管理技术方面探讨了不同耕作方法与秸秆直接还田在稻麦两熟地区的应用效果。结果表明：免耕使土壤容重和穿透阻力增加，而秸秆还田可改善土壤结构，提高土壤养分含量，翻耕还田3年后土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾含量比对照分别增加4.7%～13.0%、0%～10.6%、0.2%～10.6%、8.4%～15.5%。麦季秸秆还田的产量有增有减，实际产量免耕覆盖还田略低，对照的产量较高，秸秆还田平均减产1%左右；而水稻翻耕秸秆还田的产量最高，比对照平均增产3%左右。因此，在稻麦两熟条件下，从省工节本和提高地力角度可采用稻麦免耕秸秆覆盖与留高茬还田，从提高产量和地力角度宜采用稻季翻耕秸秆还田。     

关中平原农田生态系统不同秸秆还田模式的能流分析

为探明小麦、玉米秸秆还田模式下农田生态系统的能流特征,以关中平原农田生态系统的不同秸秆还田模式为对象,运用生态学原理和系统分析方法,分析了各模式的人工辅助能投入、能量产出、投能结构以及能量转化率等能流特征,了解不同秸秆还田模式的生态效益。结果表明:小麦秸秆高留茬玉米秸秆粉碎还田模式的总投能、有机能投入、有机能/无机能、能流循环指数均最高,分别为7.12×1010J.hm 2、5.44×1010J.hm 2、3.25和0.76;光能利用率最高的模式是小麦秸秆粉碎玉米秸秆粉碎覆盖还田,为0.669%;能量转化率最高的是小麦秸秆不还田玉米秸秆不还田模式,为6.05。从能流特征角度来看,秸秆还田模式的功能效益优于不还田模式。从综合评判得分来看,小麦秸秆高留茬玉米秸秆粉碎还田模式得分最高,达到0.792,说明该模式的生态效益最佳,是该区种植业生产的最优模式,可以大力推广。     

不同生产条件下留茬高度对水稻秸秆可收集量的影响

研究水稻不同留茬高度下秸秆资源可收集量与还田量是开展水稻秸秆资源合理开发利用的基础。本文通过对江苏省境内推广的主栽水稻品种进行调查研究, 将秸秆从基部向上依次截成长度为5 cm、10 cm、5 cm、5 cm 和剩余部分5 段, 对穗部单独脱粒处理, 分别进行烘干称重, 在此基础上分析了品种类型、种植方式和产量水平对水稻秸秆资源产生量及不同留茬高度下的秸秆可收集量的影响。结果表明: 水稻秸秆量多少表现为粳型稻>籼型稻, 机插秧>人工栽插>直播>抛秧, 高产水平>低产水平的特征; 相同留茬高度下, 水稻秸秆可收集量占秸秆总量的比例在不同产量水平之间和不同品种类型之间差异不显著, 而在不同种植方式之间存在较大差异, 以抛秧稻的秸秆可收集比例最低。不同生产条件下, 水稻秸秆可收集比例随留茬高度改变而改变, 在低留茬条件下, 其变化幅度较小, 高留茬条件下, 变化幅度相应增大。在留茬5 cm 时, 其变幅为0.815~0.868; 在留茬15 cm 时, 变幅为0.668~0.732; 在留茬20 cm 时, 变幅为0.600~0.669; 在留茬25 cm 时,变幅为0.533~0.618。水稻秸秆产生量分别受品种类型、种植方式及产量水平的影响, 在留茬高度一致的条件下, 水稻秸秆可收集比例受种植方式的影响最大, 而产量水平与品种类型对其影响不显著。     

不同秸秆还田模式下水稳性团聚体有机碳的分布及其氧化稳定性研究

通过田间试验研究了不同秸秆还田模式条件下土壤团聚体分布、水稳性团聚体有机碳的含量及其氧化稳定性。结果显示：不同秸秆方式对各级别团聚体影响有差异,秸秆还田降低了微团聚体（〈53μm）的含量,增加了大团聚体（〉2000μm）和中微团聚体（250~53μm）的含量;在不同的还田模式下,总体看来小麦秸秆高留茬还田、玉米秸秆粉碎旋耕直接还田或覆盖还田对团聚体的分布影响较大。短时期内不同秸秆还田处理对团聚体稳定性影响较小。在小麦秸秆粉碎旋耕直接还田条件下,玉米秸秆粉碎旋耕直接还田更有利于大级别团聚体（〉250μm）中有机碳的增加;在小麦秸秆不还田情况下,玉米秸秆粉碎旋耕直接还田或覆盖深松还田则有利于小级别团聚体中有机碳的提高。秸秆还田提高了较大团聚体（〉2000μm和250~2000μm）有机碳的氧化稳定性。降低了较小团聚体（〈53μm）有机碳的氧化稳定性。在同一小麦秸秆还田模式下,玉米秸秆粉碎旋耕直接还田有利于较大团聚体氧化稳定性的提高。相关分析表明：团聚体的平均几何直径（GMD）与250~53μm团聚体的有机碳含量和〈53μm级别团聚体数量关系最密切。