玉米秸秆与土壤混合物料成型装置性能及试验研究

目前，黄淮海地区玉米秸秆主要实行粉碎掩埋还田的处理方式，针对还田后出现的病虫害且影响小麦生长问题，提出了一种秸秆全量还田的处理方式，即将玉米秸秆和土壤按一定比例形成混合物料，通过成型装置将其挤压成圆柱型，并可结合开沟掩埋机构与秸秆腐解和防病虫药剂来实现秸秆深埋还田处理，使秸秆与小麦种床分离。因此设计了玉米秸秆还田机的核心部件，即混合物料成型装置，其包含5片螺旋叶片且螺距渐变并成阶梯状排布，经螺旋推进可以将混合物料挤压成圆柱型。物料成型出料速率和过程中功率消耗是其核心部件的重要指标，为了验证其性能，基于该装置设计了成型装置试验平台，由传送带、搅龙成型机构及支架、5.5kW交流电机、物料输出平台和测试仪器(钳流计、转速仪、秒表、尺子等)构成。初步试验表明：当以混合物料挤压成型出料速率为参考指标，则物料含水率为20%,螺旋轴转速为397r/min,喂入量为210kg/min时，出料速率达到了最大；当以混合物料成型过程中功率消耗为指标，则物料含水率为23%、螺旋轴转速为477r/min、喂入量为180kg/min时，功率消耗最小。对出料速率和功耗2个指标进行了归一化处理，按照6∶4的权重分配，...     

基于螺旋压缩成型的秸秆还田机具设计及试验

针对黄淮海地区玉米秸秆还田机械设计中出现的模式单一和不能实现全量还田等问题,探究了一种能使秸秆全量还田的螺旋压缩成型并开沟掩埋的作业方法,并结合现有的4JQH-200粉碎还田机具设计了一种能实现根茬粉碎捡拾、二次粉碎、螺旋压缩成型和开沟掩埋的秸秆还田机构。其核心部件为螺旋搅龙压缩机构,由5片渐变螺距和螺径的叶片组成,叶片螺径最大值和最小值分别为398mm和85mm,螺距最大和最小值分别为200mm和100mm。秸秆压缩台架试验表明:秸秆粉碎初期含水率为70.05%时,该机构的输送能力为8.756t/h,输送功率为0.8kW/h。田间试验表明:田间秸秆经过放置后含水率为30.03%时,机构的捡拾率为82.99%,挤压合格率为93.33%,满足秸秆全量还田的农艺要求,不会增加额外的费用,可为后期秸秆还田机械的发展提供数据支撑。     

双立轴式玉米秸秆切碎还田装置的试验研究

介绍了一种双立轴式玉米秸秆还田装置，阐明了其工作原理，测定了动力间距与切断长度及物料量，动力速度与剪切功率之间的关系。试验证明，动力间距决定了秸秆切断后的基本长度，要满足超长率小于105，动力速度要达到26－30m/s。研究结果对玉米秸秆还田机设计和应用具有一定的参考价值。     

水稻秸秆深埋整秆还田装置设计与试验

针对目前我国水稻秸秆还田机械普遍存在的耕作深度浅、秸秆还田深度不满足农艺要求、旋耕部件缠草严重等问题,运用旋耕理论和数值计算分析方法设计了水稻秸秆深埋整秆还田装置。根据实际情况对土壤颗粒进行假设,运用离散元法建立土壤颗粒力学模型,应用EDEM软件进行整秆还田仿真虚拟试验,仿真结果表明,耕深在20 cm时,土壤表层覆盖率为93.87%。通过土槽台架试验得到:在作业速度为1.25 km/h、刀辊转速为237 r/min时,耕深可达到22 cm,地表以下15~20 cm翻埋的秸秆占秸秆总量的80%,秸秆还田率为91.63%,同时刀辊轴不缠草。试验结果表明,秸秆还田深度达到水整地环节的要求,秸秆还田率较高。通过虚拟仿真和台架试验相互验证,证明新型整秆还田装置一次作业可实现切土、碎土、埋草、压草及覆土的功能,满足农艺要求。     

秸秆粉碎集中全量深埋还田机设计与试验

针对我国玉米秸秆量大,生产应用的还田机具还田深度浅,存在影响后续播种、出苗质量、病虫害发生率高和深层土壤“碳饥饿”等问题,设计了一种秸秆粉碎集中全量深埋还田机,可一次完成秸秆捡拾、粉碎、输送、深松开沟、集中遁注掩埋和碎土镇压等作业,在有效减少土壤扰动下能够将多行站立或粉碎后秸秆集中埋入地表下一条深380～400mm的沟内。阐述了秸秆粉碎集中全量深埋还田机整机结构及工作原理,对秸秆螺旋输送装置、抛压风机、深松开沟遁注装置和传动系统等关键部件进行了设计与计算,初步确定了螺旋输送装置与抛压风机转速、风机出料口尺寸和遁注体截面形状参数,并对抛压风机与遁注体腔体内部进行了流场模拟分析与验证。按照设计要求对秸秆粉碎集中全量深埋还田机进行了试制,并进行了机具性能与大田定位试验,结果表明：在作业速度3km/h时,秸秆捡拾率为90.8%,开沟深度与秸秆掩埋深度均值分别为394mm与200mm,开沟深度与秸秆掩埋深度稳定性系数分别为97.4%和92.5%,各项指标与设计值相符,且满足农艺要求。同时大田定位试验结果表明,秸秆集中深还田与传统还田相比,0～200cm土壤贮水量提高29mm,20～40cm土层有机碳、全氮和速效磷养分含量分别增加7.14g/kg、0.59g/kg、1.53mg/kg,有效增加了土壤养分含量,提高了深层土壤肥力与贮水能力。     

双立轴式玉米秸秆还田装置切碎功耗的试验研究

利用所设计的模拟田间作业的双立轴圆盘刀玉米秸秆还田装置试验台,研究了动刀刀端线速度、动刀类型、玉米茎秆直径对切碎功耗的影响,并对空转功耗进行了试验研究。研究结果表明:当动刀选用直线刀,动刀刀端线速度选为26～30m/s,可以降低切碎功耗且满足玉米秸秆切碎要求,为双立轴式玉米秸秆还田装置的设计提供了理论依据。     

昌图县玉米秸秆综合利用田间机械化处理模式

昌图县的玉米秸秆综合利用模式有秸秆粉碎全量还田覆盖免耕播种、玉米秸秆部分回收部分还田覆盖免耕播种、玉米秸秆粉碎全量还田翻压,介绍这3种玉米秸秆综合利用技术的工艺流程及优势,为提高全县的玉米秸秆综合利用水平提供参考。     

基于DNDC的夏玉米农田控氨稳产氮肥和秸秆措施优化

为明确未来气候条件下关中地区夏玉米农田适宜的施肥-秸秆措施以控氨稳产及应对气候变化,基于2019—2020年大田试验,进行不同氮肥种类和不同秸秆还田模式对农田土壤氨挥发和作物产量的影响研究。根据田间实测数据对DNDC模型进行校正与验证,利用验证后模型模拟未来气候条件下不同施肥-秸秆措施对夏玉米产量及土壤氨挥发累积量的影响,综合考虑产量和生产单位产量玉米的土壤氨挥发累积量,最终提出未来气候条件下关中地区夏玉米农田的优化控氨稳产施肥-秸秆措施。结果表明：校正后的DNDC模型可以很好地模拟不同施肥-秸秆措施条件下夏玉米生长和农田土壤氨挥发累积量。在未来气候条件下,秸秆还田会显著提高夏玉米产量并降低生产单位产量玉米的土壤氨挥发累积量。在RCP4.5排放情景下,未来2030—2090年,秸秆全量还田配施180kg/hm2稳定性氮肥生产单位产量玉米的土壤氨挥发累积量较低且产量较高;在RCP8.5排放情景下,未来2030—2050年和2070—2090年,秸秆全量还田配施180kg/hm2稳定性氮肥和秸秆全量还田配施162kg/hm2稳定性氮肥生产单位产量玉米的土壤氨挥发累积量较低且产量较高。因此,在RCP4.5排放情景下,秸秆全量还田配施180kg/hm2稳定性氮肥为关中地区2030—2090年较为优化的控氨稳产施肥-秸秆措施;在RCP8.5排放情景下,秸秆全量还田配施180kg/hm2稳定性氮肥和秸秆全量还田配施162kg/hm2稳定性氮肥分别为关中地区2030—2050年和2070—2090年较为优化的控氨稳产施肥-秸秆措施。本研究可为关中地区实现农业可持续发展及稳产减排提供参考。     

油菜精量联合直播机覆秸装置设计与试验

在长江中下游稻油轮作区,前茬水稻机收后秸秆全量留田,当接茬进行油菜精量联合直播作业时,浮秸易缠绕直播机触土部件,造成机具堵塞、种子落在秸秆上难以出苗等问题。为此,结合油菜覆草种植农艺措施,提出适于油菜直播水稻秸秆覆盖还田的机械化作业方案,设计了一种与油菜精量联合直播机配套的覆秸装置。通过理论分析,确定了覆秸装置关键环节工作部件的结构参数、安装位置与安装角及工作转速范围。控制秸秆喂入量分别为0.9、1.1、1.3kg/s,进行性能测试试验,验证了理论分析确定的各部件工作转速的适宜性和秸秆输送顺畅稳定性,结果表明,当播种覆秸作业机组配套69.9kW拖拉机、前进速度0.7m/s、捡拾装置滚筒转速80r/min、集秸装置螺旋输送器转速270r/min和链式提升装置转速270r/min时,机具作业顺畅,秸秆捡拾率达到90%以上。控制均匀铺放装置转速分别为210、240、270、300、330r/min,当转速为300r/min时,秸秆覆盖均匀率最高,超过92%。田间试验表明,覆秸直播机秸秆通过性能良好,各环节工作部件作业稳定,各项设计指标均满足技术标准要求,设计的覆秸装置与油菜精量联合直播机集成,一次作业可完成水稻浮秸的捡拾、堆集、输送、覆盖以及旋耕整地、开畦沟、施肥、油菜播种等工序,适宜在水稻机收后秸秆未作任何处理的稻茬田作业。     

秸秆深施还田机设计及其深施量的试验研究

为缓解我国秸秆焚烧及废弃所带来的资源浪费和环境污染等问题,设计了秸秆深施还田机,可一次完成秸秆捡拾、切碎和深施还田作业。同时,对其秸秆深施装置的秸秆深施量进行了正交试验研究,试验结果表明:秸秆含水率对秸秆深施量影响较大,深施螺旋转速次之,秸秆长度影响较小;秸秆深施量随深施螺旋转速的增大而增加,随秸秆长度和秸秆含水率的增大而减少。在该试验条件下,深施螺旋转速为540r/min、秸秆含水率为1 0%、秸秆长度为5 mm时,秸秆深施量最大。     

玉米秸秆还田方式及对土壤环境的影响

随着国储玉米、地储玉米、临储玉米政策的实施,玉米的种植面积大幅增加,玉米秸秆的产量也随之增多。玉米秸秆中含有丰富的粗纤维、有机质和植物生长所需要的氮、磷、镁、钾、钙等营养元素,实施秸秆还田能有效培肥地力,改良土壤理化性质,推进黑土地保护,促进土地可持续利用和农业可持续发展。秸秆还田方式主要有直接还田和间接还田。对于还田方式的选择要因地制宜,根据土壤情况选择合适的还田方式能够有效保护耕地环境。本文从不同的秸秆还田方式的特性进行详细介绍,从秸秆还田对土壤环境的影响进行了详细分析,为因地制宜选择秸秆还田方式和农业的可持续发展途径提供了科学依据。     

秸秆混肥还田机设计与试验

东北地区玉米秸秆产量大,秋季玉米收获后可还田作业时间短、秸秆腐烂慢,为秸秆还田带来困难。为满足东北地区秸秆快速还田和腐烂要求,研制了一种秸秆混肥还田机,可将粉碎秸秆或站立秸秆切碎收集,并与N肥混合后被输送到还田机的一侧,或成条堆放在田间,或喂入到由铧式犁开出垄沟内。利用三维软件SolidWorks对秸秆粉碎捡拾和输送装置进行了参数设计和实体建模,利用有限元ANSYS Workbench对所设计的粉碎刀进行静力学分析验证了其结构的合理性,并通过分析粉碎刀的秸秆粉碎过程和运动轨迹确定了当粉碎刀受力最小时的最佳排列方式。试验结果表明:当秸秆粉碎捡拾装置转速为2250r/min、还田机前进速度为1.27m/s时,秸秆还田率为95%,秸秆剪切长度合格率为95.5%,秸秆混肥不均匀度为20.5%,作业性能达到了设计要求,可为秸秆混肥还田机的改进设计提供参考。     

短期宽窄行种植模式下秸秆机械化还田潮土微生物多样性特征

为揭示宽窄行种植模式下秸秆还田的土壤微生物多样性特征,基于高通量测序技术,分析在小麦/玉米轮作模式下宽行和窄行0～20、20～40和40～60 cm共3个深度范围土层中微生物群落多样性的特征及与土壤理化因子的关系。宽行和窄行土样的微生物多样性（Shannon指数）都随土壤深度增加而降低。同一深度下,宽行土样的物种多样性普遍高于窄行。不同地区及不同深度土样的群落结构具有较大差异。在门水平上,两种土样中的优势菌门为变形菌门、拟杆菌门、芽单胞菌门、酸杆菌门和放线菌门。窄行变形菌门、拟杆菌门的相对丰度略高于宽行,而芽单胞菌门、酸杆菌门、放线菌门、绿弯菌门和厚壁菌门低于宽行。在属水平上,溶杆菌属、交替赤杆菌属和鞘氨醇单胞菌等为优势菌属。全氮、碱解氮、速效磷、速效钾和有机质与绿弯菌门、酸杆菌门、放线菌门和芽单胞菌门呈正相关,但与变形菌门、拟杆菌门等呈现负相关关系。宽行表层土的碳水化合物代谢功能基因拷贝数显著高于窄行表层土样。短期宽窄行种植模式下麦秸和玉米秸秆还田可增加土壤物种的多样性,为进一步优化秸秆还田方法、改良土壤生态系统奠定了坚实的基础。      

生物炭对混施沼肥秸秆还田腐解特性的影响

为提高秸秆与沼肥同步翻埋还田的腐解效果,在室温条件下,秸秆中混施沼肥,采用网袋法模拟翻埋还田,在105 d的试验周期内,探讨在土壤中配施生物炭对秸秆与沼肥同步翻埋还田腐解的影响规律。结果表明,在土壤中配施生物炭能显著提高秸秆各指标的降解速度,且不同土壤之间玉米秸秆的降解率表现为砂土组大于壤土组,添加生物炭组大于未添加生物炭组,试验结束时,壤土组、壤土+生物炭组、砂土组、砂土+生物炭组的降解率分别为69.96%、74.63%、78.19%和79.14%;腐解前49 d为秸秆各组分的快速腐解期,后期腐解速率逐渐变慢;秸秆的降解率与纤维素降解率具有显著的相关性,添加生物炭对木质素的降解具有显著的促进作用,且木质素的降解与有机碳的降解呈正相关性。     

玉米秸秆聚拢排菌覆土还田机的设计与结构分析

秸秆还田是一种直接有效的秸秆资源利用方法。为了加快玉米秸秆还田后腐熟进程,充分发挥秸秆降解菌的作用,设计了集秸秆聚拢、排菌、镇压及覆土多功能于一体的玉米秸秆聚拢排菌覆土还田机。阐述了该机具的总体设计方案及结构工作原理,并分析了聚拢装置的运动轨迹,得到了影响秸秆聚拢性能主要因素的偏角和倾角的较优值。该机具有良好的作业稳定性,联合作业的效果满足农艺要求。     

高留茬玉米秸秆复式割台粉碎还田装置设计与试验

为了在玉米摘穗的同时,将秸秆上半部分回收作饲料,下半部分实现高质量粉碎还田,在4YZQ-2B1型穗茎兼收玉米收获机割台的下方增加了锯盘式玉米秸秆粉碎装置,通过对圆锯片运动及切割机理等的分析,利用ADAMS对此复式割台进行了参数优化和运动分析,并在Pro/Mechanica中,对锯盘刀轴进行了有限元模态分析,得到其固有频率。确定采用平面锯身整体式横截圆锯片,直径为180~380mm,厚度分为1.2、1.5、2mm 3种,锯片间距为50mm,齿形为等腰三角斜磨齿,齿高为7.5mm,两刀辊中心距为760mm。高留茬玉米复式割台田间试验结果显示,当机组的作业速度为2m/s,刀辊转速为850r/min时,秸秆粉碎长度合格率为92.14%,留茬高度平均值为52.18mm,均满足秸秆还田机作业标准,能够对玉米秸秆离地粉碎,减轻了刀具的磨损、提高了玉米秸秆还田质量。     

秸秆还田方式对旱地玉米产量和水分利用效率的影响

基于中国北方干旱地区18年的长期秸秆还田田间定位试验,开展了不同秸秆还田方式及施肥时期对春玉米产量及水分利用效率影响的比较研究.结果表明:与春施肥对应处理相比,不同方式秸秆还田秋施肥具有显著增产效果,18年累计增产玉米籽粒9.71～15.58 t/hm2,增产率为8.33％～16.19％;同时,玉米生育期耗水量减少,土壤贮水量增加,水分利用效率明显提高.4种不同秸秆还田方式对春玉米18年总产量、总水分利用效率的贡献从大到小依次为:秸秆过腹还田、秸秆覆盖还田、秸秆粉碎直接还田、秸秆未还田.不同的降水年型,对各处理玉米产量和水分利用也存在较大影响.正常年型玉米产量最高,偏旱年型玉米水分利用效率最高.秸秆覆盖还田秋施肥对偏旱年份的增产及水分利用效率提高的效果尤为突出.     

T型板刀式秸秆还田机刀辊设计

采用T型板式刀具和支撑切削原理进行秸秆粉碎还田,以双螺旋线形式合理布置T型刀具并设计还田机刀辊。该还田机刀辊转速低,功耗小,粉碎秸秆,破除根茬,作业质量高。     

条带深松清垄秸秆混埋联合作业机的设计与试验

东北三省是全国最大的玉米主产区,玉米种植面积达1.53×107hm2,每年可收集的玉米秸秆量超过1.1×1 011kg。但是,东北玉米秸秆的总利用率不到5 0%,大部分秸秆被废弃或燃烧掉,在浪费大量农业资源的同时更造成了严重的环境污染。秸秆还田能够有效增加土壤有机质含量,改善土壤结构,也可以解决中国因秸秆过剩而产生的堆集、焚烧造成的环境污染问题。根据合理耕层构建中深耕改土、间隔耕作、秸秆还田农业技术要求,设计了一种一次作业可完成防堵深松、清垄、混埋及镇压等多功能秸秆混埋还田联合作业机。通过对关键部件防堵深松装置、清垄装置和混埋装置等结构优化设计和运动分析,确定了各关键部件的结构形式和参数,以及各部件的配置关系和整机性能参数。田间试验表明:该机在前进速度为5km/h时,秸秆覆盖量为1.0kg/m2;秸秆混埋深度为15.43cm时,混埋率为95.06%,碎土率为96.02%。该机作业性能达到了设计要求,为东北平原构建合理耕层配套机具的设计、改进和评价提供科学依据与方法。     

黑龙江垦区玉米秸秆腐解规律试验研究

玉米种植在黑龙江垦区农业生产中占有重要地位,但垦区不同区域秸秆还田形式尚未形成共识,找到黑土条件下玉米秸秆还田腐解规律,对合理选择秸秆还田及玉米种植模式具有重要意义。为此,以土壤含水量、腐解时间、秸秆长度及翻埋深度为因素,设计正交试验用以确定黑土条件下秸秆腐解规律。试验结果表明:土壤含水量对秸秆腐解率影响显著;土壤含水量较低时,秸秆腐解率也较低;秸秆在秸秆翻埋早期腐解较快,90天后腐解速率下降;秸秆长度短于6cm后,腐解率提高幅度较小;随翻埋深度变浅,秸秆腐解率提高。