玉米根茬的特性及机械处理模式特点分析

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1、玉米根茬的特性及机械处理模式特点分析　　0、引言　　随着能源危机与环境污染成为当前世界的焦点问题,农作物秸秆作为可再生生物质资源成为研究的热点,而农作物根茬同样也是一种重要的生物质能燃料。　　目前,对玉米、高粱、大豆、小麦和水稻等作物根茬处理方式的研究主要集中在根茬粉碎还田和保护性免耕作业下的根茬处理技术与装备上,对根茬机械化挖掘收获技术的相关研究较少。玉米根茬与其它作物根茬相比质量大、根系发达、热值高,是一种极具开发价值的生物质能燃料。我国是玉米种植大国,2012年播种面积达3495105hm2,估计玉米根茬的年产量为0.67108t

2、左右,如此庞大的生物质资源需要开发利用。　　为此,通过系统地分析玉米根茬的特性及处理模式的特点,提出玉米根茬收获、根茬还田、免耕作业相互轮作的玉米根茬处理模式,为今后根茬的处理方法提供了有效途径。　　1、玉米根茬特点　　1.1玉米根茬生长特点　　玉米根茬由地上部分的残余秸秆和地下部分的根系两部分组成。根系绝大部分生长在地表下面的几个基节上,成辐射状向外生长,在根茬的上部围绕中央茎部形成栅栏状的锥形框架。根系以侧根为主线、次生根为支线向土壤中延伸,通过散布、交叉、缠绕等形式固结了周围土壤,形成了一种天然的根系土壤紧密结合的复合结构,称为根

3、土复合体。玉米根土复合体及根茬的结构形态。　　1.2玉米根茬热值分析　　玉米根茬富含纤维素、半纤维素和木质素。相关研究结果表明,纤维素、木质素含量与热值呈正相关,且达极显著水平。据测试,2t秸秆的热值就相当于1t标准煤。玉米秸秆的热值从上到下逐渐升高,如表1所示;而玉米根茬的热值要比玉米秸秆的热值更高(约高10%~20%)。　　　　玉米根茬灰分含量低、平均含硫量低、热值高,非常适合燃烧发热。以玉米根茬年产量0.67108t计算,全国根茬年产量转换为热值约相当于0.35108t标准煤。　　2、玉米根茬机械化处理模式现状　　2.1传统根茬处

4、理模式　　农村传统的根茬处理方式主要有3种:一是靠人工把根茬翻到地表,经过一段时间晾晒后,通过人工敲打方式把根茬和土块分开,最后再人工捡拾装运回家里作为燃料;二是利用犁将根茬扣到地里,任其腐烂;三是用刨茬锹刨出或用拉茬机将茬原地割断,由人工集堆后放火烧掉,灰烬还田。传统的玉米根茬处理模式劳动强度大、效率极低,且焚烧根茬产生了大量的烟雾,造成大气污染,严重影响正常的交通运输,给国民经济造成严重的损失。另外,根茬通过焚烧变成灰烬还田,有机质含量大量流失,焚烧过程中产生的热量没有得到利用,浪费严重。　　这种对根茬处理的处理方式尽管近期已被根茬

5、粉碎还田和免耕模式下的根茬处理所代替,但在局部地区仍然存在。　　2.2玉米根茬粉碎还田技术　　根茬还田技术,是利用机械将玉米根茬粉碎成丝条直接抛撒在地表上,随即进行旋耕作业,将粉碎根茬混入土壤中作有机肥的一项农机作业项目。随着玉米产量的逐年提高,加重了地力消耗,使土壤中的有机质含量下降、土壤容重增加、板结严重,玉米根茬粉碎还田技术为培肥地力开辟了新途径。根茬被粉碎还田后,均匀拌入土层中,可增加土壤有机质,使土壤微生物活动增强,提高了肥料的利用率。　　秸秆与根茬还田最早由美国在20世纪30年代提出。欧美一些发达国家利用机械化秸秆和根茬直接

6、或间接还田方法与施肥应用技术相结合来提高土壤肥力,改善土壤耕作性能,进而促进农业持续稳定的发展。国外并未见单独的灭茬作业机具的研究,只有在免耕播种机上安装的粉碎根茬部件。　　20世纪80年代末,我国在引进国外技术的基础上自主研究开发出多种类型的秸秆还田机。随着对地上秸秆粉碎技术研究的深入和机具性能的不断完善,人们又把目光转向对地下根茬的粉碎处理,开始逐步重视根茬粉碎还田技术,发展并研制了旋转灭茬、振动灭茬、对行灭茬及复合灭茬等新原理和新机具。目前,我国根茬粉碎还田机已并不仅局限在单一的功能上,为了适应一机多用和新的农艺要求,传统的灭茬机

7、在增加了深松、起垄、旋耕部件后,向复式作业发展。　　根茬粉碎还田机按使用功能可分为单轴式根茬粉碎还田机、根茬粉碎起垄(或深松)机、秸秆及根茬粉碎还田机和双轴式灭茬旋耕机。国内几种典型玉米根茬还田机具如表2所示。　　　玉米根茬粉碎还田虽然有利于增加土壤的有机质成分,但是在切茬、碎茬还田处理过程中,土壤扰动水平较大,易造成适耕表层土壤的流失;耕作阻力大、能耗高,相应加大了整地成本。　　2.3免耕模式下的根茬处理技术　　留茬免耕播种是保护性耕作的核心技术之一,是旱地农业保水保土行之有效的种植方法。这种作业模式是指前茬作物收获后,不单独进行土壤

8、耕作,而在茬地上直接播种后作物的一种耕作方式。一般用联合作业免耕播种机在前茬地上一次完成切茬、开沟、喷药除草、施肥、播种和覆土等多道工序。国外从20世纪60年代开始推广免耕播种法,并进行了大量研究,国内从9