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　　深松與深松機(jī)械化技術(shù)

資料圖

機(jī)械化深松技術(shù)是在不翻轉(zhuǎn)土層且保持原有土壤層次，局部松動(dòng)耕層及耕層下面土壤的一種機(jī)械化耕作技術(shù)。深松深度可達(dá)25~50cm，深松作業(yè)的目的是打破犁底層、加深耕作層和改善土壤耕層結(jié)構(gòu)，從而提高土壤蓄水保墑和抗旱防澇能力。

同時(shí)形成水、肥和氣通道，改善土壤通透性，使土壤深層養(yǎng)分與耕作層實(shí)現(xiàn)良性互動(dòng)。機(jī)械化深松作業(yè)動(dòng)力消耗相對(duì)較小，易于實(shí)現(xiàn)深松聯(lián)合作業(yè)且工作效率高，適合于干旱、半干旱地區(qū)和丘陵地區(qū)的耕作。它對(duì)于改善土壤環(huán)境和促進(jìn)作物生長(zhǎng)意義重大。

1  農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水資源浪費(fèi)和污染問(wèn)題

我國(guó)是世界上主要干旱國(guó)家之一，水資源匱乏，年降水量不足200mm的干旱地區(qū)占國(guó)土總面積的30%。農(nóng)業(yè)是我國(guó)第一用水大戶(hù)，2014年我國(guó)耕地面積0.083hm²（1.217hm²），每年農(nóng)業(yè)用水量約為4000億m³，占全國(guó)總用水量的68%。即便如此，全國(guó)平均每年農(nóng)田受旱面積可達(dá)2570 hm²，因此每年造成的糧食減產(chǎn)約3500萬(wàn)t。

由于水資源缺乏，近年來(lái)我國(guó)主要保水保墑的耕種模式就是秸稈覆蓋和采取少免耕的機(jī)械化作業(yè)。不動(dòng)土和少動(dòng)土減少了土地水分蒸發(fā)，但與此同時(shí)常年積累農(nóng)田的犁底層上移加厚。

造成土壤的蓄墑能力大大降低，春旱嚴(yán)重，作物根系生長(zhǎng)不發(fā)達(dá)，夏季的雨水不能很好蓄存，地表徑流嚴(yán)重，農(nóng)田灌溉水吸收情況不好，利用率較低，造成大量水資源的浪費(fèi)。

由于采用的大都是輕型拖拉機(jī)甚至是小型拖拉機(jī)，所以目前我國(guó)耕作深度一般在10cm左右。耕翻作業(yè)土層較淺造成土壤蓄肥和蓄水能力明顯下降。病蟲(chóng)害的增加使得化肥和農(nóng)藥使用量逐年增加，因此有人稱(chēng)我國(guó)農(nóng)業(yè)就是“化學(xué)農(nóng)業(yè)”。

而且雨水稍大一些就會(huì)形成地面徑流，使得化肥和農(nóng)藥隨著雨水流入河流湖泊直到海洋。地表徑流不但對(duì)所施用的農(nóng)業(yè)化學(xué)品是一種極大的浪費(fèi)，而且造成河流湖泊的極大污染。

近年來(lái)我國(guó)淮河、太湖等流域的污染以及近海紅藻、綠藻的滋生蔓延和污染，除了與工業(yè)排放污染有關(guān)外，還與“化學(xué)農(nóng)業(yè)”有一定的關(guān)系。因此，做好機(jī)械化深松是極其重要的。

2  機(jī)械化深松作用和意義

土壤板結(jié)和犁底層上移已經(jīng)發(fā)展成為亟待解決的問(wèn)題。由于南北地區(qū)耕作環(huán)境和條件的不同導(dǎo)致北方的犁底層要比南方深。在北方耕作的犁底層多30cm左右，厚度10cm左右。

農(nóng)作物根系很難通過(guò)堅(jiān)硬的犁底層，只能在犁底層以上的有限空間生長(zhǎng)，使得作物的根系很淺，不利于營(yíng)養(yǎng)和水分的吸收，后期還會(huì)造成嚴(yán)重的倒伏。緊密堅(jiān)硬的犁底層使得降水無(wú)法滲入土壤深層，降水量豐沛的季節(jié)會(huì)造成一定的水土流失。

當(dāng)缺水時(shí)，犁底層又障礙下層的土壤水分上升且不能夠及時(shí)的供應(yīng)給作物，進(jìn)而影響作物的生長(zhǎng)。由于土壤被壓實(shí)和土壤顆粒間隙變小，使得其透氣性與滲水性降低，土壤中的熱、氣和水交換被嚴(yán)重阻礙，必定影響作物根系正常的新陳代謝和其他生理功能。土壤中有機(jī)微生物的數(shù)量銳減致使土壤肥力降低，最終導(dǎo)致農(nóng)作物的減產(chǎn)。

機(jī)械化深松是打破犁底層最直接和最有效的辦法。土壤經(jīng)過(guò)深松作業(yè)后，能夠打破多年的傳統(tǒng)耕作過(guò)程中機(jī)具碾壓形成的堅(jiān)硬犁底層，提高土壤的蓄水保墑能力。特別是能有效蓄存夏、秋2季雨水，實(shí)現(xiàn)夏秋雨冬春用，形成土壤水庫(kù)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)可減少灌溉1～2次/年，節(jié)水3000t/hm²。深松后會(huì)形成上松下實(shí)，虛實(shí)相間的土壤結(jié)構(gòu)。虛部利于儲(chǔ)水和促進(jìn)氣、熱和水的交換，實(shí)部則有利于地下水的上升促進(jìn)根部生長(zhǎng)。并且深松還具有明顯的脫鹽堿的效果。一般來(lái)說(shuō)，1次深松可降低鹽堿含量12%左右，如果深松后迅速灌水則脫鹽堿的效果更佳。

近年來(lái)，國(guó)家大力推進(jìn)機(jī)械化深松整地。2009年12月，深松補(bǔ)貼被納入2009年中央財(cái)政新增農(nóng)資補(bǔ)貼資金支持范圍。

農(nóng)業(yè)部提出“十三五”期間全國(guó)規(guī)劃實(shí)施農(nóng)機(jī)深松整地將從1000萬(wàn)hm²增長(zhǎng)至1300萬(wàn)hm²。農(nóng)業(yè)部也于2011年印發(fā)了《全國(guó)農(nóng)機(jī)深松整地作業(yè)實(shí)施規(guī)劃（2011—2015年）》。2013年以來(lái)，李克強(qiáng)總理等領(lǐng)導(dǎo)多次指示要求加快推廣機(jī)械深松整地，有些地區(qū)可以從農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼資金中抽出15%，用以開(kāi)展深松作業(yè)補(bǔ)助，并對(duì)農(nóng)機(jī)深松作業(yè)提出了明確的任務(wù)目標(biāo)和具體要求。

3  深松機(jī)分類(lèi)和工作特點(diǎn)

我國(guó)從20世紀(jì)70年代初開(kāi)始了對(duì)于深松機(jī)械的研制開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，近些年的發(fā)展速度更加迅猛。按照功能數(shù)量分類(lèi)可以分為深松機(jī)和深松聯(lián)合作業(yè)機(jī)；按照深松動(dòng)土范圍可以分為局部深松機(jī)和全方位深松機(jī)；按照工作方式可以分為機(jī)械式深松機(jī)和振動(dòng)式深松機(jī)。其中機(jī)械式深松機(jī)的深松部件有鑿鏟式、翼鏟式和偏柱式等型式。

3.1  局部深松機(jī)

局部深松機(jī)是對(duì)全層土壤進(jìn)行間隔疏松和碎土，其工作部件是鏟柱的刃口和安裝在其下端的深松鏟。相鄰的鏟柱和深松鏟橫向按一定間隔配置，作業(yè)后相鄰深松鏟之間土壤未被深松。按照深松鏟的型式劃分主要有鑿鏟式深松機(jī)、翼鏟式深松機(jī)和偏柱式深松機(jī)等。

3.1.1  鑿鏟式深松機(jī)

鑿鏟式深松機(jī)的工作部件為鑿形鏟，主要由鏟尖和鏟柄構(gòu)成。鏟尖有鑿形、箭形（或鴨掌形）和雙翼形3種形式。鑿形鏟尖寬度與鏟柱寬度接近，前端為平頭，寬度40~60mm，具有牽引阻力小、通過(guò)性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和作業(yè)效率高等特點(diǎn)，并且加工簡(jiǎn)單、強(qiáng)度高和易于更換。

箭形（或鴨掌形）鏟尖與雙翼形鏟尖寬度較大，常用于旋耕后起壟或中耕時(shí)表土間疏松。鑿鏟式深松機(jī)的鏟柄有直立式、傾斜式和圓弧式3種。直立式鏟柄結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且制造容易，但破土?xí)r阻力相對(duì)稍大。

圓弧式鏟柄和傾斜式鏟柄的鏟柄下部向前伸，具有很好的滑切作用并降低了前進(jìn)阻力。鑿鏟式深松機(jī)工作時(shí)在拖拉機(jī)的牽引下，深松鏟向兩側(cè)推開(kāi)土壤，上抬作業(yè)前方土壤，鏟柄和深松鏟切割土壤形成溝壑。鑿鏟式深松機(jī)的深松深度一般為30~40cm，深松鏟間距為30~65cm。鑿鏟式深松機(jī)入土行程短，前進(jìn)阻力較小，動(dòng)力消耗小，作業(yè)后松土系數(shù)0.2~0.3。

鑿鏟式深松機(jī)可以把深松鏟劃過(guò)區(qū)域的犁底層打破，在土壤內(nèi)形成1道垂直的淺溝。但松土范圍較小，土壤擾動(dòng)系數(shù)小，深松后土壤蓬松度提高不大，整體松土效果一般。深松后土壤蓄水保墑和排澇能力提高情況一般，對(duì)于作物根系生長(zhǎng)發(fā)揮作用不大，適用于小麥高茬秸稈覆蓋和玉米秸稈粉碎覆蓋地表情況下的間隔深松作業(yè)。

3.1.2  翼鏟式深松機(jī)

翼鏟式深松機(jī)是在普通鑿鏟式深松鏟柄兩側(cè)增加翼形鏟的深松機(jī)，尾部寬度為150~200mm。相比普通鑿鏟式深松機(jī)具有以下特點(diǎn)：①增加了深松鏟的工作幅寬，擴(kuò)大了動(dòng)土面積，提高了松土效率；②雙翼鏟入土后，翼板上傾抬起松動(dòng)土壤，土層上下移動(dòng)發(fā)生斷裂，當(dāng)雙翼鏟通過(guò)后，土壤回落達(dá)到松碎的效果，有效提高了機(jī)具的松土系數(shù)；

③雙翼鏟下方經(jīng)鏟尖運(yùn)動(dòng)形成鼠道，有利于排澇，減少土壤水蝕。翼鏟式深松機(jī)比鑿鏟式深松機(jī)深松效果略好，但牽引阻力增大，翼鏟易損壞，作業(yè)能耗高。主要適用于苗期行間深松、上翻下松和耙茬深松等作業(yè)。還適用于松表層土壤和除茬作業(yè)，不適用于粘重土作業(yè)。

3.1.3  偏柱式深松機(jī)

偏柱式深松機(jī)的主要結(jié)構(gòu)為犁形弧面鏟和垂直鏟柄組合，其深松碎土原理與V型全方位深松機(jī)相似?；∶骁P經(jīng)過(guò)時(shí)對(duì)底層土壤進(jìn)行切割擠壓上抬，通過(guò)后土壤下沉破碎，達(dá)到松土效果形成鼠道。

鏟柄前傾具有降低前進(jìn)阻力的效果，作業(yè)時(shí)切開(kāi)2側(cè)土壤形成溝壑。深松鏟寬度范圍內(nèi)的土壤都有耕作，土壤擾動(dòng)系數(shù)大，深松后蓬松度好，犁底層打破比較徹底，而且鏟尖能夠在松土層底部形成鼠道。

與“V”型鏟全方位深松機(jī)相比，偏柱式深松機(jī)作業(yè)牽引阻力小且能耗低，比鑿鏟式深松機(jī)松土范圍大和松土效果好，更加利于農(nóng)作物根系生長(zhǎng)，更受到市場(chǎng)的歡迎。并且可以與旋耕、滅茬、起壟、鎮(zhèn)壓和施肥等多種農(nóng)具組合形成深松聯(lián)合作業(yè)機(jī)。

3.2  全方位深松機(jī)

全方位深松機(jī)能夠在機(jī)具深松幅寬內(nèi)對(duì)土壤進(jìn)行疏松而不翻轉(zhuǎn)土壤，比較完整地保持地表植被覆蓋、打破犁底層并在松土層底部形成鼠道的深松機(jī)具。

“V”型鏟全方位深松機(jī)主要由左右兩側(cè)刀，水平底刀組成的V型深松鏟作業(yè)，作業(yè)時(shí)相對(duì)土壤的有限擠壓作用被降低到最小。深松鏟到達(dá)設(shè)置的作業(yè)深度后，V型斷面的土壤在后移過(guò)程中被整體抬升，通過(guò)兩側(cè)刀面和水平底刀流出，然后下落鋪放回位。因受到剪切、彎曲、拉伸和擠壓的作用，使得中間土壤充分松碎并在深松斷面兩側(cè)構(gòu)成導(dǎo)水槽，底部形成1個(gè)鼠道，構(gòu)造了真正的高效“土壤水庫(kù)”。

“V”型鏟全方位深松機(jī)有雙V型鏟式和三V型鏟式?！癡”型鏟全方位深松機(jī)主要特點(diǎn)包括：①松土效果好，作業(yè)后松土系數(shù)可以達(dá)到0.8~0.9，機(jī)具作業(yè)幅寬和深度內(nèi)的土壤都經(jīng)過(guò)抬起和放下，動(dòng)土松土范圍大；②全方位深松機(jī)的鏟刀較薄，鏟刃切割作用好，不會(huì)壓實(shí)土壤，對(duì)地表植被覆蓋沒(méi)有影響；③全方位犁底層打破徹底，非常有利于作物根系生長(zhǎng)；④作業(yè)阻力大，動(dòng)力消耗較大，秸稈覆蓋時(shí)通過(guò)性會(huì)下降，會(huì)產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象；⑤不適于中耕深松作業(yè)。

3.3  振動(dòng)深松機(jī)

振動(dòng)深松機(jī)是利用土壤的彈塑性性質(zhì)，將振動(dòng)位移置于土壤的彈塑變形區(qū)，使其阻力在小于塑性變形最大阻力的同時(shí)又獲得塑性變形的特點(diǎn)，從而減小牽引阻力。與非振動(dòng)式深松機(jī)相比，阻力減少6.9%~17.0%。根據(jù)激振源是否需要?jiǎng)恿︱?qū)動(dòng)、振動(dòng)的原理和機(jī)構(gòu)的不同，振動(dòng)深松機(jī)可以分為自激式和強(qiáng)迫式2種類(lèi)型。

3.3.1  自激式振動(dòng)深松機(jī)

自激式振動(dòng)深松機(jī)是在深松鏟上安裝具有一定預(yù)應(yīng)力的激振彈性元件，通過(guò)激振彈性元件的壓縮與伸展，使深松鏟產(chǎn)生振動(dòng)，激振彈性元件有鋼板彈簧、壓縮彈簧和液壓缸3種形式。

自激式振動(dòng)深松機(jī)在前進(jìn)過(guò)程中，深松鏟與土壤產(chǎn)生作用力和反作用力，當(dāng)反作用力大于激振彈性元件的預(yù)應(yīng)力時(shí)，深松鏟后移，鏟尖向下豎起，振動(dòng)彈性元件儲(chǔ)備勢(shì)能。

當(dāng)機(jī)具前進(jìn)阻力減小，激振彈性元件勢(shì)能達(dá)到極限時(shí)，深松鏟就會(huì)向前彈出，剪切、擠壓和抬起土壤。這樣不斷往復(fù)振動(dòng)，會(huì)減小前進(jìn)阻力和減低能耗。自激式振動(dòng)深松機(jī)松土性能好，上實(shí)下虛，地表平整，振動(dòng)形成的溝槽便于儲(chǔ)水排澇。振動(dòng)深松機(jī)雖然能耗降低，但機(jī)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，會(huì)出現(xiàn)緊固件容易松動(dòng)和機(jī)架易偏斜等問(wèn)題。

目前自激式振動(dòng)深松機(jī)的激振彈性元件質(zhì)量也良莠不齊，特別是長(zhǎng)時(shí)間疲勞作業(yè)后伸縮量不能保證，振動(dòng)的振幅和頻率不穩(wěn)定，耕深一致性差。

3.3.2  強(qiáng)迫式振動(dòng)深松機(jī)

強(qiáng)迫式振動(dòng)深松機(jī)的振動(dòng)結(jié)構(gòu)一般由偏心軸、偏心軸承、十字聯(lián)軸器、連接板和支撐轉(zhuǎn)動(dòng)軸等部件組成。深松機(jī)的激振源來(lái)自拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出，其原理是拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)振動(dòng)機(jī)構(gòu)，振動(dòng)機(jī)構(gòu)把轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)樯钏社P既定頻率和幅度的振動(dòng)，機(jī)具的振動(dòng)頻率通常為540次/min。

深松機(jī)的激振源帶動(dòng)深松鏟振動(dòng)切割土壤，土壤在周期性震動(dòng)和擠壓作用下被破碎，達(dá)到深松的目的。驅(qū)動(dòng)式深松機(jī)在振動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行深松作業(yè)，從而降低耕作阻力，同時(shí)還提高了松土質(zhì)量。但這種深松機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，連接活動(dòng)部件多，長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)震動(dòng)后部件松動(dòng)，故障率較高，日常維護(hù)保養(yǎng)復(fù)雜。

3.4  深松聯(lián)合作業(yè)機(jī)

深松聯(lián)合作業(yè)機(jī)是將深松、整地、播種和施肥等功能聯(lián)合在1個(gè)機(jī)器上，可以一次完成深松、整地和播種等多種田間作業(yè)。這種多功能的深松聯(lián)合作業(yè)機(jī)機(jī)具一次完成多項(xiàng)農(nóng)田作業(yè)，作業(yè)效率高，大大降低了作業(yè)成本。歐美的深松聯(lián)合作業(yè)機(jī)一般體積比較大，適合于大地塊集約化作業(yè)模式，目前國(guó)內(nèi)比較常見(jiàn)的是深松和整地（旋耕）聯(lián)合作業(yè)機(jī)。隨著土地集約化的進(jìn)程不斷加快，大型深松聯(lián)合作業(yè)機(jī)的使用率會(huì)越來(lái)越高。

4  機(jī)械化深松遇到的問(wèn)題及建議

4.1  對(duì)深松認(rèn)識(shí)不足

農(nóng)機(jī)操作人員對(duì)于機(jī)械化深松技術(shù)認(rèn)識(shí)不夠，深松作業(yè)深度不一致，嚴(yán)重影響深松作業(yè)效果。建議加大深松作業(yè)的宣傳力度，使得廣大農(nóng)民群眾真正了解深松作業(yè)的目的意義和要求，發(fā)動(dòng)群眾去監(jiān)督農(nóng)機(jī)操作人員，保證深松作業(yè)質(zhì)量，蓄水保墑，穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)。

4.2  缺少專(zhuān)業(yè)的培訓(xùn)

農(nóng)機(jī)操作人員對(duì)于深松機(jī)械的正確使用、調(diào)整和保養(yǎng)知識(shí)欠缺，機(jī)器調(diào)整不到位和維修保養(yǎng)不及時(shí)，造成故障率高、勞損嚴(yán)重和作業(yè)效率低，從而出現(xiàn)作業(yè)效果不理想等問(wèn)題。特別是一些新型的深松機(jī)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用維護(hù)都有特定的技術(shù)要求。

所以應(yīng)加強(qiáng)對(duì)農(nóng)機(jī)操作人員深松專(zhuān)業(yè)技術(shù)的培訓(xùn)，提高農(nóng)機(jī)操作人員的技能水平，使其能夠科學(xué)合理的使用、調(diào)整和保養(yǎng)機(jī)具，充分發(fā)揮深松機(jī)械的作用。

4.3  搞好農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合

深松技術(shù)只是整個(gè)耕作制度中的一個(gè)環(huán)節(jié)，應(yīng)與秸稈粉碎覆蓋還田、免耕播種和節(jié)水灌溉等技術(shù)聯(lián)合配套使用，才能更好地發(fā)揮機(jī)械化深松作業(yè)松土蓄水保墑增產(chǎn)的作用。

4.4  理論研究不足

由于對(duì)深松機(jī)基礎(chǔ)理論研究和關(guān)鍵技術(shù)及工作部件研究不足，設(shè)計(jì)研發(fā)制造水平有待提高。有些產(chǎn)品機(jī)架材料薄，容易變形，有些產(chǎn)品機(jī)架笨重，機(jī)具質(zhì)量大，作業(yè)油耗高。深松部件結(jié)構(gòu)不合理，牽引阻力大，深松部件強(qiáng)度不夠出現(xiàn)斷裂。

要快速的發(fā)展機(jī)械化深松技術(shù)，必須要學(xué)習(xí)和引進(jìn)歐美比較先進(jìn)的設(shè)計(jì)和制造方法，合理的選擇機(jī)架材料以及先進(jìn)科學(xué)的設(shè)計(jì)理念，減小機(jī)具作業(yè)阻力，提高部件的強(qiáng)度，增加過(guò)載防護(hù)機(jī)構(gòu)，提高產(chǎn)品的可靠性。

4.5  滿(mǎn)足農(nóng)業(yè)發(fā)展需要

開(kāi)發(fā)深松深度更深的深松機(jī)。一些農(nóng)作物、經(jīng)濟(jì)作物或者藥材等的種植農(nóng)藝要求深松深度達(dá)到500mm，甚至600mm以上，我國(guó)目前缺少此類(lèi)深松作業(yè)機(jī)械。

西勞德公司的懸掛式深松機(jī)深松深度可以超過(guò)580mm；土耳其Uzel公司生產(chǎn)了作業(yè)深度可達(dá)600mm的E979型深松機(jī)；意大利馬斯奇奧ATTILA系列全方位深松機(jī)最大耕深可達(dá)到650mm；目前最大作業(yè)深度的深松機(jī)是約翰迪爾公司出產(chǎn)的900V型深松機(jī)，作業(yè)深度能到700mm左右。

5  結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)未來(lái)農(nóng)業(yè)土地集約化是大勢(shì)所趨，機(jī)械化深松一定會(huì)向大型化和多功能聯(lián)合作業(yè)的方向發(fā)展。一些種植業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家使用大功率拖拉機(jī)掛接深松、滅茬、施肥和噴灑除草劑及農(nóng)藥等農(nóng)田作業(yè)1次完成，同時(shí)還兼?zhèn)錃馕骄懿シN等功能。

將多種高性能機(jī)具前后銜接聯(lián)合作業(yè)，減少農(nóng)田碾壓，降低平均動(dòng)力消耗，提高作業(yè)效率，這也是我國(guó)機(jī)械化深松未來(lái)的發(fā)展方向。

來(lái)源：2018年10期《農(nóng)業(yè)工程》（中國(guó)科技核心期刊）

作者：張浩  楊寧  

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