农业深松机械的研究现状与发展趋势

曲小明，于洪雷

(东丰县三合满族朝鲜族乡综合服务中心，吉林 东丰 136316)

0 引言

随着人口的不断增长及农业耕地面积的不断减少，对粮食产量的要求越来越高，传统农业生产中，为了取得较高的单位面积粮食产量，提高农业生产效益，投入大量化肥与农药，农业机械的大量使用与翻耕，均造成了土壤理化结构改变，土壤团聚体结构遭到破坏，蓄水保墒能力下降，土壤板结与硬化也造成了土壤透气性与透水性降低，严重影响了土壤环境与作物生长，一度导致作物产量逐年下降[1]。

保护性耕作技术的推广与应用提高了土壤质量，土壤的自我修复能力逐渐提高，对于作物生长起到了良好的推动作用；在土壤保护层面，改善了土壤理化结构，降低了土壤表层的水土流失，减少农业机械的使用[2]，在实现资源循环利用的同时提高农业生产收益，是目前农业绿色、高效、可持续发展的主要技术之一。

机械深松技术是指利用深松铲或者凿形犁等进行土壤深层疏松而不翻动土壤的一种作业方式，是保护性耕作技术的重要环节，对土壤进行疏松，打破由于农业机械反复碾压形成的犁底层，改善土壤结构，提高土壤透气性，减少地表水分径流，增强土壤深层蓄水保墒能力，为作物生长提供一个良好的土壤环境[3]。随着农业深松技术及其机械的逐渐发展，目前市面上的农业深松机类型繁杂，在生产方式及作业效率方面存在很大差异。

1 农业深松机研究现状

1.1 农业深松技术及优势

保护性耕作技术是指通过少耕、免耕、地表秸秆覆盖等技术，结合配套农业设备，减少农田土壤的侵蚀与水土流失，从而获得更高的生态效益、经济效益与社会效益的农业绿色可持续发展技术[4]，主要作业工序与流程如图1所示。核心技术为免耕播种技术，但是由于不进行土壤翻耕，会造成土壤板结、硬块、透气性下降等问题，因此，需要对土壤进行深松，保证土壤可以维持一个良好的理化结构，保证土壤的透气性与透水性，因此，农业深松机应运而生。

图1 保护性耕作技术作业内容及流程示意图

对土壤进行深松作业的主要优势可以总结为以下3个方面[5]。1)改善土壤理化结构。深松机械可以打破由于机械重复碾压造成的土壤板结与坚硬的犁底层，也可以改善黏性土壤通气性较差的问题。2)提高水肥利用效率。深松机械在打破土壤犁底层后提高土壤通气性，提高土壤与大气之间的气体交换，土壤中植株根系的呼吸速率增强，进而影响到了植株根系对水分与肥料的吸收效率，可以有效促进农作物植株的生长，农作物达到丰产增收，农产品质量有所提升。3)提高土壤养分含量。土壤通气性增强，土壤中的微生物含量、微生物活性及土壤酶活性都会提升，增强土壤养分的转化与吸收，进而提高土壤有机质含量及养分含量。

1.2 国外研究现状

国外农业机械技术研究起步较早，在苏联马尔采夫耕作法中，采用无壁犁进行土壤深松，这项技术属于农用深松机作业的雏形。从20世纪30年代开始[6]，美国及部分欧洲国家开始对农业深松机进行全面研制，其深松设备相对来说较为完善，目前主要以机械式深松机和振动式深松机为主，由于国外农业生产模式主要以大型农场为主，因此相关农业深松机功率较大，需要与大功率拖拉机进行配套使用，国外常见的农业深松机类型及技术参数如表1所示。

表1 国外农用深松机主要型号及技术特征

1.3 国内研究现状

我国对农业深松机技术的研究起步较晚，开始于20世纪60年代，在引进国外机械的基础上，针对我国农业生产特征进行关键技术的研发，并对农用深松机的深松铲外形及组合方式进行了多项研究。我国由于农业种植模式不统一，因此农业深松机类型较多，目前国内深松机分类如表2所示，主要深松机结构特征及技术参数如表3所示。

表2 我国深松机分类

2 农业深松机及其配套技术的选择

2.1 配套拖拉机的选型及配置

拖拉机是农业深松机的配套机械之一，选择适合的拖拉机是作业高效、低耗的重要基础条件，只有选择适合的农业拖拉机才可以发挥各自的优势性能，达到理想的作业效果。拖拉机的选型应该根据农业生产小区、作业模式、耕种制度、土壤类型、地块面积及作业项目等进行选择，着重考虑拖拉机的发动机性能及功率，另一方面要考虑拖拉机的相关配置，如拖拉机的轴距、前后轮胎规格的选定、液压组数的确定及驾驶室的类型及相关配置。

2.2 农具的配重与选型

为了合理控制农业深松机的作业速度，提高作业效率，应该选择适当的配重，低速农业深松作业模式应该选择负荷配重大的，高速作业应该选择负荷配重小的，注意在实际生产中，在满足作业速度的前提下应该尽量减小配重。根据悬挂农机具确定前轮配重，在进行两轮驱动拖拉机悬挂农机具时，前后轮配重分配为35%与65%。在作业过程中，应该适当降低拖拉机轮胎气压(标准气压为140～160 kPa)，提高拖拉机的附着性能。田间作业时应选择合理的牵引效率，当拖拉机整机负荷较大时，应该增加牵引力，降低作业速度，但是不能低于7 km·h-1，根据实际情况进行选择，一般在7～9 km·h-1最为适宜。

2.3 农业深松机田间作业要求

深松机在进行田间作业前，深松铲提升不宜过高，深松铲距离地面20 cm左右最为适宜，在提升过程中观察深松机各个零部件有无异常现象，然后将深松机逐渐入土，直到达到预期作业深度，注意不可将深松铲猛降入土，防止深松铲尖的损坏或传动轴扭断。

深松机械在田间作业进行转弯时，一定要提升深松铲距离地面20 cm左右后进行转弯，防止零部件与地面摩擦损坏，如果需要进行长途运输时应该切断动力输出提升深松铲后进行运输。深松机作业速度一般选择4～10 km·h-1最为适宜，在田间行驶应该保持匀速行驶。

3 农业深松机未来发展趋势

随着计算机技术、传感器技术及人工智能技术的不断推进，农业机械正在向自动化、智能化方向发展，未来应该提高农业深松机的田间自动化及智能化程度，在提高工作效率的同时提高作业质量。未来可以将机器视觉技术应用到农业深松机的研制中，结合GPS导航技术、传感器技术、视觉识别技术等对深松机械进行行驶路径设定，依靠机器视觉技术通过高速摄像机及图像采集技术对试验区域周围环境进行分析，采用视觉识别技术可以提高传统GPS导航技术定位缺陷，提高田间运行的精准度和时效性，提高农业深松机的工作效率。

4 结论

农业深松机在改善土壤环境、提高作物产量方面具有重要作用与良好的发展前景，是保护性耕作技术中的重要组成部分之一，随着深松技术及相关农业机械的不断发展，目前市面上深松机械型号种类较多，农户在实际生产与使用中问题较多，因此，本研究针对目前深松机在国内外应用现状进行阐述，分析目前深松机在生产应用中存在的问题，提出相关的解决措施与途径，并随着农业机械智能化的推进，未来应该将计算机技术及视觉识别技术应用到深松机的生产与应用中，提高农业生产智能化水平。