深松与深松机械化技术

资料图

机械化深松技术是在不翻转土层且保持原有土壤层次，局部松动耕层及耕层下面土壤的一种机械化耕作技术。深松深度可达25~50cm，深松作业的目的是打破犁底层、加深耕作层和改善土壤耕层结构，从而提高土壤蓄水保墒和抗旱防涝能力。

同时形成水、肥和气通道，改善土壤通透性，使土壤深层养分与耕作层实现良性互动。机械化深松作业动力消耗相对较小，易于实现深松联合作业且工作效率高，适合于干旱、半干旱地区和丘陵地区的耕作。它对于改善土壤环境和促进作物生长意义重大。

1  农业生产水资源浪费和污染问题

我国是世界上主要干旱国家之一，水资源匮乏，年降水量不足200mm的干旱地区占国土总面积的30%。农业是我国第一用水大户，2014年我国耕地面积0.083hm²（1.217hm²），每年农业用水量约为4000亿m³，占全国总用水量的68%。即便如此，全国平均每年农田受旱面积可达2570 hm²，因此每年造成的粮食减产约3500万t。

由于水资源缺乏，近年来我国主要保水保墒的耕种模式就是秸秆覆盖和采取少免耕的机械化作业。不动土和少动土减少了土地水分蒸发，但与此同时常年积累农田的犁底层上移加厚。

造成土壤的蓄墒能力大大降低，春旱严重，作物根系生长不发达，夏季的雨水不能很好蓄存，地表径流严重，农田灌溉水吸收情况不好，利用率较低，造成大量水资源的浪费。

由于采用的大都是轻型拖拉机甚至是小型拖拉机，所以目前我国耕作深度一般在10cm左右。耕翻作业土层较浅造成土壤蓄肥和蓄水能力明显下降。病虫害的增加使得化肥和农药使用量逐年增加，因此有人称我国农业就是“化学农业”。

而且雨水稍大一些就会形成地面径流，使得化肥和农药随着雨水流入河流湖泊直到海洋。地表径流不但对所施用的农业化学品是一种极大的浪费，而且造成河流湖泊的极大污染。

近年来我国淮河、太湖等流域的污染以及近海红藻、绿藻的滋生蔓延和污染，除了与工业排放污染有关外，还与“化学农业”有一定的关系。因此，做好机械化深松是极其重要的。

2  机械化深松作用和意义

土壤板结和犁底层上移已经发展成为亟待解决的问题。由于南北地区耕作环境和条件的不同导致北方的犁底层要比南方深。在北方耕作的犁底层多30cm左右，厚度10cm左右。

农作物根系很难通过坚硬的犁底层，只能在犁底层以上的有限空间生长，使得作物的根系很浅，不利于营养和水分的吸收，后期还会造成严重的倒伏。紧密坚硬的犁底层使得降水无法渗入土壤深层，降水量丰沛的季节会造成一定的水土流失。

当缺水时，犁底层又障碍下层的土壤水分上升且不能够及时的供应给作物，进而影响作物的生长。由于土壤被压实和土壤颗粒间隙变小，使得其透气性与渗水性降低，土壤中的热、气和水交换被严重阻碍，必定影响作物根系正常的新陈代谢和其他生理功能。土壤中有机微生物的数量锐减致使土壤肥力降低，最终导致农作物的减产。

机械化深松是打破犁底层最直接和最有效的办法。土壤经过深松作业后，能够打破多年的传统耕作过程中机具碾压形成的坚硬犁底层，提高土壤的蓄水保墒能力。特别是能有效蓄存夏、秋2季雨水，实现夏秋雨冬春用，形成土壤水库。

据统计可减少灌溉1～2次/年，节水3000t/hm²。深松后会形成上松下实，虚实相间的土壤结构。虚部利于储水和促进气、热和水的交换，实部则有利于地下水的上升促进根部生长。并且深松还具有明显的脱盐碱的效果。一般来说，1次深松可降低盐碱含量12%左右，如果深松后迅速灌水则脱盐碱的效果更佳。

近年来，国家大力推进机械化深松整地。2009年12月，深松补贴被纳入2009年中央财政新增农资补贴资金支持范围。

农业部提出“十三五”期间全国规划实施农机深松整地将从1000万hm²增长至1300万hm²。农业部也于2011年印发了《全国农机深松整地作业实施规划（2011—2015年）》。2013年以来，李克强总理等领导多次指示要求加快推广机械深松整地，有些地区可以从农机购置补贴资金中抽出15%，用以开展深松作业补助，并对农机深松作业提出了明确的任务目标和具体要求。

3  深松机分类和工作特点

我国从20世纪70年代初开始了对于深松机械的研制开发和生产，近些年的发展速度更加迅猛。按照功能数量分类可以分为深松机和深松联合作业机；按照深松动土范围可以分为局部深松机和全方位深松机；按照工作方式可以分为机械式深松机和振动式深松机。其中机械式深松机的深松部件有凿铲式、翼铲式和偏柱式等型式。

3.1  局部深松机

局部深松机是对全层土壤进行间隔疏松和碎土，其工作部件是铲柱的刃口和安装在其下端的深松铲。相邻的铲柱和深松铲横向按一定间隔配置，作业后相邻深松铲之间土壤未被深松。按照深松铲的型式划分主要有凿铲式深松机、翼铲式深松机和偏柱式深松机等。

3.1.1  凿铲式深松机

凿铲式深松机的工作部件为凿形铲，主要由铲尖和铲柄构成。铲尖有凿形、箭形（或鸭掌形）和双翼形3种形式。凿形铲尖宽度与铲柱宽度接近，前端为平头，宽度40~60mm，具有牵引阻力小、通过性好、结构简单和作业效率高等特点，并且加工简单、强度高和易于更换。

箭形（或鸭掌形）铲尖与双翼形铲尖宽度较大，常用于旋耕后起垄或中耕时表土间疏松。凿铲式深松机的铲柄有直立式、倾斜式和圆弧式3种。直立式铲柄结构简单且制造容易，但破土时阻力相对稍大。

圆弧式铲柄和倾斜式铲柄的铲柄下部向前伸，具有很好的滑切作用并降低了前进阻力。凿铲式深松机工作时在拖拉机的牵引下，深松铲向两侧推开土壤，上抬作业前方土壤，铲柄和深松铲切割土壤形成沟壑。凿铲式深松机的深松深度一般为30~40cm，深松铲间距为30~65cm。凿铲式深松机入土行程短，前进阻力较小，动力消耗小，作业后松土系数0.2~0.3。

凿铲式深松机可以把深松铲划过区域的犁底层打破，在土壤内形成1道垂直的浅沟。但松土范围较小，土壤扰动系数小，深松后土壤蓬松度提高不大，整体松土效果一般。深松后土壤蓄水保墒和排涝能力提高情况一般，对于作物根系生长发挥作用不大，适用于小麦高茬秸秆覆盖和玉米秸秆粉碎覆盖地表情况下的间隔深松作业。

3.1.2  翼铲式深松机

翼铲式深松机是在普通凿铲式深松铲柄两侧增加翼形铲的深松机，尾部宽度为150~200mm。相比普通凿铲式深松机具有以下特点：①增加了深松铲的工作幅宽，扩大了动土面积，提高了松土效率；②双翼铲入土后，翼板上倾抬起松动土壤，土层上下移动发生断裂，当双翼铲通过后，土壤回落达到松碎的效果，有效提高了机具的松土系数；

③双翼铲下方经铲尖运动形成鼠道，有利于排涝，减少土壤水蚀。翼铲式深松机比凿铲式深松机深松效果略好，但牵引阻力增大，翼铲易损坏，作业能耗高。主要适用于苗期行间深松、上翻下松和耙茬深松等作业。还适用于松表层土壤和除茬作业，不适用于粘重土作业。

3.1.3  偏柱式深松机

偏柱式深松机的主要结构为犁形弧面铲和垂直铲柄组合，其深松碎土原理与V型全方位深松机相似。弧面铲经过时对底层土壤进行切割挤压上抬，通过后土壤下沉破碎，达到松土效果形成鼠道。

铲柄前倾具有降低前进阻力的效果，作业时切开2侧土壤形成沟壑。深松铲宽度范围内的土壤都有耕作，土壤扰动系数大，深松后蓬松度好，犁底层打破比较彻底，而且铲尖能够在松土层底部形成鼠道。

与“V”型铲全方位深松机相比，偏柱式深松机作业牵引阻力小且能耗低，比凿铲式深松机松土范围大和松土效果好，更加利于农作物根系生长，更受到市场的欢迎。并且可以与旋耕、灭茬、起垄、镇压和施肥等多种农具组合形成深松联合作业机。

3.2  全方位深松机

全方位深松机能够在机具深松幅宽内对土壤进行疏松而不翻转土壤，比较完整地保持地表植被覆盖、打破犁底层并在松土层底部形成鼠道的深松机具。

“V”型铲全方位深松机主要由左右两侧刀，水平底刀组成的V型深松铲作业，作业时相对土壤的有限挤压作用被降低到最小。深松铲到达设置的作业深度后，V型断面的土壤在后移过程中被整体抬升，通过两侧刀面和水平底刀流出，然后下落铺放回位。因受到剪切、弯曲、拉伸和挤压的作用，使得中间土壤充分松碎并在深松断面两侧构成导水槽，底部形成1个鼠道，构造了真正的高效“土壤水库”。

“V”型铲全方位深松机有双V型铲式和三V型铲式。“V”型铲全方位深松机主要特点包括：①松土效果好，作业后松土系数可以达到0.8~0.9，机具作业幅宽和深度内的土壤都经过抬起和放下，动土松土范围大；②全方位深松机的铲刀较薄，铲刃切割作用好，不会压实土壤，对地表植被覆盖没有影响；③全方位犁底层打破彻底，非常有利于作物根系生长；④作业阻力大，动力消耗较大，秸秆覆盖时通过性会下降，会产生堵塞现象；⑤不适于中耕深松作业。

3.3  振动深松机

振动深松机是利用土壤的弹塑性性质，将振动位移置于土壤的弹塑变形区，使其阻力在小于塑性变形最大阻力的同时又获得塑性变形的特点，从而减小牵引阻力。与非振动式深松机相比，阻力减少6.9%~17.0%。根据激振源是否需要动力驱动、振动的原理和机构的不同，振动深松机可以分为自激式和强迫式2种类型。

3.3.1  自激式振动深松机

自激式振动深松机是在深松铲上安装具有一定预应力的激振弹性元件，通过激振弹性元件的压缩与伸展，使深松铲产生振动，激振弹性元件有钢板弹簧、压缩弹簧和液压缸3种形式。

自激式振动深松机在前进过程中，深松铲与土壤产生作用力和反作用力，当反作用力大于激振弹性元件的预应力时，深松铲后移，铲尖向下竖起，振动弹性元件储备势能。

当机具前进阻力减小，激振弹性元件势能达到极限时，深松铲就会向前弹出，剪切、挤压和抬起土壤。这样不断往复振动，会减小前进阻力和减低能耗。自激式振动深松机松土性能好，上实下虚，地表平整，振动形成的沟槽便于储水排涝。振动深松机虽然能耗降低，但机器结构复杂，会出现紧固件容易松动和机架易偏斜等问题。

目前自激式振动深松机的激振弹性元件质量也良莠不齐，特别是长时间疲劳作业后伸缩量不能保证，振动的振幅和频率不稳定，耕深一致性差。

3.3.2  强迫式振动深松机

强迫式振动深松机的振动结构一般由偏心轴、偏心轴承、十字联轴器、连接板和支撑转动轴等部件组成。深松机的激振源来自拖拉机的动力输出，其原理是拖拉机动力输出轴驱动振动机构，振动机构把转动变为深松铲既定频率和幅度的振动，机具的振动频率通常为540次/min。

深松机的激振源带动深松铲振动切割土壤，土壤在周期性震动和挤压作用下被破碎，达到深松的目的。驱动式深松机在振动的同时进行深松作业，从而降低耕作阻力，同时还提高了松土质量。但这种深松机结构复杂，连接活动部件多，长时间作业震动后部件松动，故障率较高，日常维护保养复杂。

3.4  深松联合作业机

深松联合作业机是将深松、整地、播种和施肥等功能联合在1个机器上，可以一次完成深松、整地和播种等多种田间作业。这种多功能的深松联合作业机机具一次完成多项农田作业，作业效率高，大大降低了作业成本。欧美的深松联合作业机一般体积比较大，适合于大地块集约化作业模式，目前国内比较常见的是深松和整地（旋耕）联合作业机。随着土地集约化的进程不断加快，大型深松联合作业机的使用率会越来越高。

4  机械化深松遇到的问题及建议

4.1  对深松认识不足

农机操作人员对于机械化深松技术认识不够，深松作业深度不一致，严重影响深松作业效果。建议加大深松作业的宣传力度，使得广大农民群众真正了解深松作业的目的意义和要求，发动群众去监督农机操作人员，保证深松作业质量，蓄水保墒，稳产增产。

4.2  缺少专业的培训

农机操作人员对于深松机械的正确使用、调整和保养知识欠缺，机器调整不到位和维修保养不及时，造成故障率高、劳损严重和作业效率低，从而出现作业效果不理想等问题。特别是一些新型的深松机，结构复杂，使用维护都有特定的技术要求。

所以应加强对农机操作人员深松专业技术的培训，提高农机操作人员的技能水平，使其能够科学合理的使用、调整和保养机具，充分发挥深松机械的作用。

4.3  搞好农机农艺融合

深松技术只是整个耕作制度中的一个环节，应与秸秆粉碎覆盖还田、免耕播种和节水灌溉等技术联合配套使用，才能更好地发挥机械化深松作业松土蓄水保墒增产的作用。

4.4  理论研究不足

由于对深松机基础理论研究和关键技术及工作部件研究不足，设计研发制造水平有待提高。有些产品机架材料薄，容易变形，有些产品机架笨重，机具质量大，作业油耗高。深松部件结构不合理，牵引阻力大，深松部件强度不够出现断裂。

要快速的发展机械化深松技术，必须要学习和引进欧美比较先进的设计和制造方法，合理的选择机架材料以及先进科学的设计理念，减小机具作业阻力，提高部件的强度，增加过载防护机构，提高产品的可靠性。

4.5  满足农业发展需要

开发深松深度更深的深松机。一些农作物、经济作物或者药材等的种植农艺要求深松深度达到500mm，甚至600mm以上，我国目前缺少此类深松作业机械。

西劳德公司的悬挂式深松机深松深度可以超过580mm；土耳其Uzel公司生产了作业深度可达600mm的E979型深松机；意大利马斯奇奥ATTILA系列全方位深松机最大耕深可达到650mm；目前最大作业深度的深松机是约翰迪尔公司出产的900V型深松机，作业深度能到700mm左右。

5  结束语

我国未来农业土地集约化是大势所趋，机械化深松一定会向大型化和多功能联合作业的方向发展。一些种植业比较发达的国家使用大功率拖拉机挂接深松、灭茬、施肥和喷洒除草剂及农药等农田作业1次完成，同时还兼备气吸式精密播种等功能。

将多种高性能机具前后衔接联合作业，减少农田碾压，降低平均动力消耗，提高作业效率，这也是我国机械化深松未来的发展方向。

来源：2018年10期《农业工程》（中国科技核心期刊）

作者：张浩  杨宁  

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