農(nóng)機(jī)運(yùn)用和選擇的制約元素

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本文作者：陳超、曹磊、鐘毅 單位：湖南省國(guó)土資源規(guī)劃院

以土壤表層30cm的平均質(zhì)地為標(biāo)準(zhǔn)，將土壤質(zhì)地分為粘質(zhì)土(重壤、粘土)、壤土(輕壤、中壤)、沙壤土、沙土和礫質(zhì)土。我國(guó)各地區(qū)的土壤因其母質(zhì)組成和成土過(guò)程不同，從西到東、自北至南有顆粒逐漸由粗變細(xì)、由沙變粘的趨勢(shì)［5］。中部地區(qū)由于地形、水文地質(zhì)條件不同，土壤類(lèi)型多樣，但主要為紅壤、黃棕壤和黃壤(如表2所示)。不同的土壤、同一種土壤不同土屬因?yàn)槌赏聊纲|(zhì)和成土過(guò)程不同，土壤質(zhì)地有較大差異。如第四紀(jì)紅土紅壤和砂質(zhì)紅壤均為紅壤主要土屬，而第四紀(jì)紅土紅壤質(zhì)地較粘重，為重壤至粘土;砂質(zhì)紅壤質(zhì)地粗，為沙壤至沙土。據(jù)調(diào)查分析，中部緩坡區(qū)耕地后備資源土壤質(zhì)地從粘質(zhì)到礫質(zhì)均有分布。據(jù)2011年湖南省5個(gè)縣(區(qū))耕地后備資源調(diào)查成果顯示，質(zhì)地為壤土的數(shù)量占總量23．94%，質(zhì)地為砂壤質(zhì)和粘質(zhì)土的占總量的49．7%，質(zhì)地為沙土或石礫含量15%～50%，且可以改良的礫質(zhì)土的占總量的8．67%(該調(diào)查對(duì)于小于0．67hm2的耕地后備資源的土壤質(zhì)地未作調(diào)查，故此處3項(xiàng)比例加總不等于100%)。

有效土層厚度指從自然地表到障礙層或石質(zhì)以及側(cè)面的土壤厚度。從全國(guó)土層厚度估值圖看，土層厚度具有明顯的塊狀和連續(xù)分布的特點(diǎn)，空間變異總體特征是:東部地區(qū)普遍比西部地區(qū)高，而北部地區(qū)相對(duì)高于南部地區(qū)［6］。中部低丘緩坡區(qū)耕地后備資源土層厚度總體上相對(duì)較薄，根據(jù)王紹強(qiáng)、朱松麗等人(2001)的研究，南方山地、丘陵地帶，由于地形復(fù)雜、水土流失和侵蝕情況較為嚴(yán)重，地面物質(zhì)不斷更新，土壤發(fā)育始終停留在幼年階段，從而影響到土壤的發(fā)育程度，土層厚度值多低于全國(guó)土壤平均值(94．53cm)［7］，而中部低丘緩坡區(qū)多屬于以上研究中的“南方”。據(jù)2011年湖南省5個(gè)縣(區(qū))耕地后備資源調(diào)查，土層厚度在100cm以上的資源僅占資源總量的2．70%;50～100cm的資源占比為47．50%;30～50cm的占比為31．96%(該調(diào)查對(duì)于小于0．67hm2的耕地后備資源的土層厚度未作調(diào)查，故此處三項(xiàng)比例加總不等于100%。)，也印證了這一結(jié)論。

中部緩坡區(qū)耕地后備資源在不同坡度上均有分布，目前在6°～15°區(qū)間的居多。依據(jù)江西省第二次土地利用現(xiàn)狀調(diào)查成果與全省坡度等級(jí)圖等資料發(fā)現(xiàn)，2010年江西省待開(kāi)發(fā)荒草地面積為22．1萬(wàn)hm2，其中坡度在6°～15°的面積約為8．4萬(wàn)hm2，占荒草地總面積的38．01%，位于15°～25°的面積有4．2萬(wàn)hm2，占比為19．01%;2011年，據(jù)湖南省5個(gè)縣(區(qū))(江華縣、江永縣、回龍圩管理區(qū)、雙牌縣、祁東縣，以下同)耕地后備資源調(diào)查成果顯示，調(diào)查區(qū)內(nèi)待開(kāi)發(fā)類(lèi)耕地后備資源總量為14526．08hm2，其中坡度在6°～15°的數(shù)量為6705．33hm2，占總量的46．16%;坡度在15°～25°之間的數(shù)量為1543．73hm2，占總量的10.63%。其他區(qū)域的調(diào)研也基本符合這項(xiàng)特征。

土壤質(zhì)地對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械性能和選擇的影響主要體現(xiàn)于農(nóng)業(yè)機(jī)械耕作性能、牽引附著性能和通過(guò)性等。耕作性能主要是指土壤耕作機(jī)械的作業(yè)難易、耕作質(zhì)量、能量消耗等。土地耕作的難易主要體現(xiàn)在耕作時(shí)土壤對(duì)農(nóng)具阻力的大小，這種阻力即土壤比阻。土壤中含粘粒成分越大，則土粒之間的凝聚力就越大(如表3所示［8］)。耕作時(shí)土壤不易破碎，犁耕的阻力大，機(jī)械能量消耗大，耕作質(zhì)量也將降低，對(duì)耕作機(jī)械的耕作要求就更高，此時(shí)需要通過(guò)減少機(jī)械工作幅寬、增大動(dòng)力等方式，來(lái)選擇合適的機(jī)型;相反，沙土和砂質(zhì)壤土含粘粒成分很小，耕作時(shí)土壤易于破碎，犁耕的阻力也較小，能量消耗較小，耕作質(zhì)量較好，耕作機(jī)械的適應(yīng)性較廣。牽引附著性能是指機(jī)械行走裝置與地面在接觸過(guò)程中相互作用所表現(xiàn)出來(lái)的一種物理性能，它表示地面可提供給行走裝置的最大附著力。土壤質(zhì)地對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的附著性能有著重要的影響。在一定范圍內(nèi)，土壤表面粘性越重，表面堅(jiān)實(shí)度越大，附著力越大，拖拉機(jī)的牽引效率就越高。疏松土地對(duì)輪胎花紋塊產(chǎn)生的阻力不大，驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)率高，因而機(jī)組驅(qū)動(dòng)受附著力限制，拖拉機(jī)牽引力得不到發(fā)揮。有關(guān)研究表明，輪式拖拉機(jī)在疏松土壤上牽引效率低，約為40%;堅(jiān)硬的質(zhì)地下拖拉機(jī)的牽引力最大，效率最高達(dá)80%［9］。在沙性土壤中，可以通過(guò)增加驅(qū)動(dòng)輪的質(zhì)量如加配重或采取履帶式行走裝置等，根據(jù)實(shí)際工作的情況來(lái)選用最實(shí)用的方法，以解決土壤條件對(duì)拖拉機(jī)牽引附著力的影響，從而更好地完成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)任務(wù)。通過(guò)性是指拖拉機(jī)及配套機(jī)具組成的機(jī)組在田間或不同路況下的通行能力。在不同質(zhì)地的土壤作業(yè)時(shí)，農(nóng)業(yè)機(jī)械的壓陷深度不同，農(nóng)業(yè)機(jī)械的通過(guò)性也不同。各種土壤的單位壓實(shí)力如表4所示［8］。由表4可知，土壤堅(jiān)實(shí)度同土壤的質(zhì)地有密切關(guān)系。土壤中含粘粒成分越大，其堅(jiān)實(shí)度越大，則土壤的承壓能力越大，機(jī)械的通過(guò)性越好，農(nóng)業(yè)機(jī)械的適應(yīng)性就越廣;相反粘粒成分越低，其堅(jiān)實(shí)度越小，土壤的承受能力越小，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的通過(guò)性能要求就越高。因此，在中部地區(qū)，要結(jié)合當(dāng)?shù)氐耐寥蕾|(zhì)地條件，選擇合適的農(nóng)業(yè)機(jī)械。沙土性質(zhì)的耕地后備資源，耕作阻力較小，但對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的附著性能和通過(guò)性能要求較高，應(yīng)通過(guò)增加驅(qū)動(dòng)輪的質(zhì)量如加配重或采取履帶式行走裝置進(jìn)行作業(yè)，并可以選擇較大工作幅寬;壤土性質(zhì)的耕地后備資源，需結(jié)合當(dāng)?shù)赝寥浪謼l件來(lái)選擇農(nóng)業(yè)機(jī)械，其行走裝置的選擇如表5所示。

目前，土層厚度對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械影響主要體現(xiàn)在耕地機(jī)械的選用上。在進(jìn)行耕地作業(yè)時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的有效土層厚度，選擇適宜的耕地機(jī)械。在中部緩坡區(qū)耕地后備資源土層厚度較淺的地區(qū)，在不能改變土層厚度的情況下不宜進(jìn)行深耕，應(yīng)選用耕深較淺的犁、耙以及旋耕機(jī)進(jìn)行耕作;而在耕地后備資源土層厚度較深的地區(qū)，耕作機(jī)械的適應(yīng)廣泛，可采用深松犁進(jìn)行深松作業(yè)。

坡度對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械應(yīng)用和選擇的影響主要體現(xiàn)為機(jī)械的外廓尺寸、爬坡能力、抗側(cè)翻能力、制動(dòng)性、靈活性和工作幅寬等。坡度一般決定了開(kāi)發(fā)后耕地的寬度和單塊田塊規(guī)模，坡度越大，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的外廓尺寸限制就越大，能夠適應(yīng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械型號(hào)就越少。坡度對(duì)于自走式農(nóng)業(yè)機(jī)械有著重要的影響，需要其有一定的爬坡能力，從而適應(yīng)坡耕地耕作和坡度道路行走。目前，一般拖拉機(jī)只適于7°以下的坡度上工作，正常使用的極限坡度角為:輪式拖拉機(jī)不大于10°，履帶式拖拉機(jī)不大于15°［10］。在坡耕地或者凹凸不平地面耕作時(shí)，需要自走式農(nóng)業(yè)機(jī)械左右驅(qū)動(dòng)輪能隨地面坡度做上下調(diào)整，從而保持拖拉機(jī)機(jī)體平正，即自走式農(nóng)業(yè)機(jī)械需要具有抗側(cè)翻能力。為了保證自走式農(nóng)業(yè)機(jī)械在斜坡上不致滑溜，需要自走式農(nóng)業(yè)機(jī)械具有較好的制動(dòng)性。坡度越大，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的制動(dòng)性要求越高。原始坡度往往決定了開(kāi)發(fā)后田面的寬度，同時(shí)山地丘陵區(qū)小丘塊耕地廣泛存在，這需要農(nóng)業(yè)機(jī)械具有良好的靈活性，即快速的掉頭、轉(zhuǎn)彎能力。一般來(lái)講，農(nóng)業(yè)機(jī)械轉(zhuǎn)彎半徑越小越好。原始坡度通過(guò)田面寬度也影響了農(nóng)業(yè)機(jī)械的工作幅寬。田面寬度越大，適應(yīng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械幅寬越大，田面寬度越小，適應(yīng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械幅寬越小。目前緩坡區(qū)耕地后備資源往往以修筑水平梯田為主，改變了原始的地面坡度，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的工作幅寬適應(yīng)性增強(qiáng)。總的來(lái)講，限于中部緩坡區(qū)在地形坡度上的條件，中部緩坡區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備應(yīng)注重爬坡能力、抗側(cè)翻能力、制動(dòng)性和靈活性，外廓尺寸和工作幅寬應(yīng)適應(yīng)于區(qū)域耕地后備資源的坡度特征。

不同區(qū)域的自然環(huán)境和土地資源特性不同，而自然環(huán)境和資源特性往往難以改變，農(nóng)業(yè)機(jī)械研發(fā)必須針對(duì)區(qū)域的自然環(huán)境和土地資源特性來(lái)進(jìn)行。首先要認(rèn)清區(qū)域自然環(huán)境和土地資源的特性，如坡度特征、土壤質(zhì)地、土層厚度特征等，再根據(jù)特性差異有針對(duì)性的研發(fā)和引進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械;其次，不同的農(nóng)機(jī)裝備對(duì)應(yīng)著不同的資源類(lèi)型，大型農(nóng)業(yè)機(jī)械、中型農(nóng)業(yè)機(jī)械、小型農(nóng)業(yè)機(jī)械、背負(fù)式農(nóng)業(yè)機(jī)械只有運(yùn)用在合適的資源環(huán)境中才能夠發(fā)揮出最佳的性能。發(fā)展和應(yīng)用農(nóng)機(jī)須建立在科學(xué)劃分土地資源的基礎(chǔ)上，即何種資源適合應(yīng)用何種農(nóng)業(yè)機(jī)械，才能制定出科學(xué)合理的農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展規(guī)劃，也才能使區(qū)域農(nóng)業(yè)機(jī)械化處于良性的發(fā)展軌道。本文更多的是從定性的角度對(duì)坡度、土壤質(zhì)地和土層厚度三者對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械應(yīng)用的影響進(jìn)行了分析，還欠缺定量的分析，定量分析將是下一步努力的方向。