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　　深松與深松機械化技術(shù)

資料圖

機械化深松技術(shù)是在不翻轉(zhuǎn)土層且保持原有土壤層次，局部松動耕層及耕層下面土壤的一種機械化耕作技術(shù)。深松深度可達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)分與耕作層實現(xiàn)良性互動。機械化深松作業(yè)動力消耗相對較小，易于實現(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。它對于改善土壤環(huán)境和促進作物生長意義重大。

1  農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水資源浪費和污染問題

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

由于水資源缺乏，近年來我國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械化作業(yè)。不動土和少動土減少了土地水分蒸發(fā)，但與此同時常年積累農(nóng)田的犁底層上移加厚。

造成土壤的蓄墑能力大大降低，春旱嚴重，作物根系生長不發(fā)達，夏季的雨水不能很好蓄存，地表徑流嚴重，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。

由于采用的大都是輕型拖拉機甚至是小型拖拉機，所以目前我國耕作深度一般在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。病蟲害的增加使得化肥和農(nóng)藥使用量逐年增加，因此有人稱我國農(nóng)業(yè)就是“化學(xué)農(nóng)業(yè)”。

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

近年來我國淮河、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，做好機械化深松是極其重要的。

2  機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)作物根系很難通過堅硬的犁底層，只能在犁底層以上的有限空間生長，使得作物的根系很淺，不利于營養(yǎng)和水分的吸收，后期還會造成嚴重的倒伏。緊密堅硬的犁底層使得降水無法滲入土壤深層，降水量豐沛的季節(jié)會造成一定的水土流失。

當(dāng)缺水時，犁底層又障礙下層的土壤水分上升且不能夠及時的供應(yīng)給作物，進而影響作物的生長。由于土壤被壓實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)過深松作業(yè)后，能夠打破多年的傳統(tǒng)耕作過程中機具碾壓形成的堅硬犁底層，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，實現(xiàn)夏秋雨冬春用，形成土壤水庫。

據(jù)統(tǒng)計可減少灌溉1～2次/年，節(jié)水3000t/hm²。深松后會形成上松下實，虛實相間的土壤結(jié)構(gòu)。虛部利于儲水和促進氣、熱和水的交換，實部則有利于地下水的上升促進根部生長。并且深松還具有明顯的脫鹽堿的效果。一般來說，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，國家大力推進機械化深松整地。2009年12月，深松補貼被納入2009年中央財政新增農(nóng)資補貼資金支持范圍。

農(nóng)業(yè)部提出“十三五”期間全國規(guī)劃實施農(nóng)機深松整地將從1000萬hm²增長至1300萬hm²。農(nóng)業(yè)部也于2011年印發(fā)了《全國農(nóng)機深松整地作業(yè)實施規(guī)劃（2011—2015年）》。2013年以來，李克強總理等領(lǐng)導(dǎo)多次指示要求加快推廣機械深松整地，有些地區(qū)可以從農(nóng)機購置補貼資金中抽出15%，用以開展深松作業(yè)補助，并對農(nóng)機深松作業(yè)提出了明確的任務(wù)目標和具體要求。

3  深松機分類和工作特點

我國從20世紀70年代初開始了對于深松機械的研制開發(fā)和生產(chǎn)，近些年的發(fā)展速度更加迅猛。按照功能數(shù)量分類可以分為深松機和深松聯(lián)合作業(yè)機；按照深松動土范圍可以分為局部深松機和全方位深松機；按照工作方式可以分為機械式深松機和振動式深松機。其中機械式深松機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

局部深松機是對全層土壤進行間隔疏松和碎土，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、翼鏟式深松機和偏柱式深松機等。

3.1.1  鑿鏟式深松機

鑿鏟式深松機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、通過性好、結(jié)構(gòu)簡單和作業(yè)效率高等特點，并且加工簡單、強度高和易于更換。

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表土間疏松。鑿鏟式深松機的鏟柄有直立式、傾斜式和圓弧式3種。直立式鏟柄結(jié)構(gòu)簡單且制造容易，但破土?xí)r阻力相對稍大。

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阻力。鑿鏟式深松機工作時在拖拉機的牽引下，深松鏟向兩側(cè)推開土壤，上抬作業(yè)前方土壤，鏟柄和深松鏟切割土壤形成溝壑。鑿鏟式深松機的深松深度一般為30~40cm，深松鏟間距為30~65cm。鑿鏟式深松機入土行程短，前進阻力較小，動力消耗小，作業(yè)后松土系數(shù)0.2~0.3。

鑿鏟式深松機可以把深松鏟劃過區(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，對于作物根系生長發(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

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

③雙翼鏟下方經(jīng)鏟尖運動形成鼠道，有利于排澇，減少土壤水蝕。翼鏟式深松機比鑿鏟式深松機深松效果略好，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

偏柱式深松機的主要結(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型全方位深松機相似?；∶骁P經(jīng)過時對底層土壤進行切割擠壓上抬，通過后土壤下沉破碎，達到松土效果形成鼠道。

鏟柄前傾具有降低前進阻力的效果，作業(yè)時切開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”型鏟全方位深松機相比，偏柱式深松機作業(yè)牽引阻力小且能耗低，比鑿鏟式深松機松土范圍大和松土效果好，更加利于農(nóng)作物根系生長，更受到市場的歡迎。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。

3.2  全方位深松機

全方位深松機能夠在機具深松幅寬內(nèi)對土壤進行疏松而不翻轉(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具。

“V”型鏟全方位深松機主要由左右兩側(cè)刀，水平底刀組成的V型深松鏟作業(yè)，作業(yè)時相對土壤的有限擠壓作用被降低到最小。深松鏟到達設(shè)置的作業(yè)深度后，V型斷面的土壤在后移過程中被整體抬升，通過兩側(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個鼠道，構(gòu)造了真正的高效“土壤水庫”。

“V”型鏟全方位深松機有雙V型鏟式和三V型鏟式。“V”型鏟全方位深松機主要特點包括：①松土效果好，作業(yè)后松土系數(shù)可以達到0.8~0.9，機具作業(yè)幅寬和深度內(nèi)的土壤都經(jīng)過抬起和放下，動土松土范圍大；②全方位深松機的鏟刀較薄，鏟刃切割作用好，不會壓實土壤，對地表植被覆蓋沒有影響；③全方位犁底層打破徹底，非常有利于作物根系生長；④作業(yè)阻力大，動力消耗較大，秸稈覆蓋時通過性會下降，會產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象；⑤不適于中耕深松作業(yè)。

3.3  振動深松機

振動深松機是利用土壤的彈塑性性質(zhì)，將振動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又獲得塑性變形的特點，從而減小牽引阻力。與非振動式深松機相比，阻力減少6.9%~17.0%。根據(jù)激振源是否需要動力驅(qū)動、振動的原理和機構(gòu)的不同，振動深松機可以分為自激式和強迫式2種類型。

3.3.1  自激式振動深松機

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

自激式振動深松機在前進過程中，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，深松鏟后移，鏟尖向下豎起，振動彈性元件儲備勢能。

當(dāng)機具前進阻力減小，激振彈性元件勢能達到極限時，深松鏟就會向前彈出，剪切、擠壓和抬起土壤。這樣不斷往復(fù)振動，會減小前進阻力和減低能耗。自激式振動深松機松土性能好，上實下虛，地表平整，振動形成的溝槽便于儲水排澇。振動深松機雖然能耗降低，但機器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，會出現(xiàn)緊固件容易松動和機架易偏斜等問題。

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

3.3.2  強迫式振動深松機

強迫式振動深松機的振動結(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)動軸等部件組成。深松機的激振源來自拖拉機的動力輸出，其原理是拖拉機動力輸出軸驅(qū)動振動機構(gòu)，振動機構(gòu)把轉(zhuǎn)動變?yōu)樯钏社P既定頻率和幅度的振動，機具的振動頻率通常為540次/min。

深松機的激振源帶動深松鏟振動切割土壤，土壤在周期性震動和擠壓作用下被破碎，達到深松的目的。驅(qū)動式深松機在振動的同時進行深松作業(yè)，從而降低耕作阻力，同時還提高了松土質(zhì)量。但這種深松機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，連接活動部件多，長時間作業(yè)震動后部件松動，故障率較高，日常維護保養(yǎng)復(fù)雜。

3.4  深松聯(lián)合作業(yè)機

深松聯(lián)合作業(yè)機是將深松、整地、播種和施肥等功能聯(lián)合在1個機器上，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)機機具一次完成多項農(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)機一般體積比較大，適合于大地塊集約化作業(yè)模式，目前國內(nèi)比較常見的是深松和整地（旋耕）聯(lián)合作業(yè)機。隨著土地集約化的進程不斷加快，大型深松聯(lián)合作業(yè)機的使用率會越來越高。

4  機械化深松遇到的問題及建議

4.1  對深松認識不足

農(nóng)機操作人員對于機械化深松技術(shù)認識不夠，深松作業(yè)深度不一致，嚴重影響深松作業(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)動群眾去監(jiān)督農(nóng)機操作人員，保證深松作業(yè)質(zhì)量，蓄水保墑，穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)。

4.2  缺少專業(yè)的培訓(xùn)

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

所以應(yīng)加強對農(nóng)機操作人員深松專業(yè)技術(shù)的培訓(xùn)，提高農(nóng)機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)機具，充分發(fā)揮深松機械的作用。

4.3  搞好農(nóng)機農(nóng)藝融合

深松技術(shù)只是整個耕作制度中的一個環(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

由于對深松機基礎(chǔ)理論研究和關(guān)鍵技術(shù)及工作部件研究不足，設(shè)計研發(fā)制造水平有待提高。有些產(chǎn)品機架材料薄，容易變形，有些產(chǎn)品機架笨重，機具質(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，深松部件強度不夠出現(xiàn)斷裂。

要快速的發(fā)展機械化深松技術(shù)，必須要學(xué)習(xí)和引進歐美比較先進的設(shè)計和制造方法，合理的選擇機架材料以及先進科學(xué)的設(shè)計理念，減小機具作業(yè)阻力，提高部件的強度，增加過載防護機構(gòu)，提高產(chǎn)品的可靠性。

4.5  滿足農(nóng)業(yè)發(fā)展需要

開發(fā)深松深度更深的深松機。一些農(nóng)作物、經(jīng)濟作物或者藥材等的種植農(nóng)藝要求深松深度達到500mm，甚至600mm以上，我國目前缺少此類深松作業(yè)機械。

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

5  結(jié)束語

我國未來農(nóng)業(yè)土地集約化是大勢所趨，機械化深松一定會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)達的國家使用大功率拖拉機掛接深松、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，同時還兼?zhèn)錃馕骄懿シN等功能。

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

來源：2018年10期《農(nóng)業(yè)工程》（中國科技核心期刊）

作者：張浩  楊寧  

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