一种喷施沼液和翻转掩埋秸秆机具及分层还田方法与流程

本公开涉及农业机械研究领域，特别涉及一种喷施沼液和翻转掩埋秸秆机具及分层还田方法。

背景技术：

农作物秸秆是一种重要的可再生自然有机质资源，统计表明全球每年各类作物秸秆总量约为45亿吨。随着人们生活水平的提高和农业机械化的发展，每到收获季节，农民为了节省时间和劳动力，把昔日作为农民薪材的作物秸秆付之一炬，这不仅浪费资源、污染环境，而且对土壤生态系统会造成严重的影响。目前，秸秆直接还田是解决秸秆综合利用问题最重要、最有效的手段和途径。目前主要有三种方式，即掩埋还田，覆盖还田和高留茬还田。

秸秆掩埋还田技术就是用秸秆粉碎机将摘穗后的农作物秸秆就地粉碎，均匀铺撒在地表，随即翻耕入土，使之腐烂分解，有利于把秸秆的营养物质完全地保留在土壤里，使土体形成“土壤相”和“秸秆相”的两相结构。但频繁的土壤耕作不仅造成了耕层土壤致密，犁底层增厚且上移，影响降水下渗，加速土壤有机质的消耗而且由于每年掩埋深度相同，使秸秆腐烂时间短，造成分解不彻底，影响秸秆营养成分的全部释放，降低了土壤肥力，影响下季农作物的播种和生长。同时，由于秸秆掩埋还田存在劳动强度大、作业质量不高、沼液喷施不可同步进行、机具不能紧邻作业等问题，大大影响了秸秆掩埋还田的推广效果。

现有技术中专利号为201410448650.2的发明专利公开了秸秆与沼液同步还田作业方法及机具，虽然实现了秸秆与沼液同步还田，但是该方法每年掩埋深度相同，不能改变秸秆掩埋深度，使秸秆腐烂时间短，造成分解不彻底，影响秸秆营养成分的全部释放，降低了土壤肥力，影响下季农作物的播种和生长；而且该机具不具有调节秸秆淹埋深度调节的功能以及机具结构复杂，体积较大。

技术实现要素：

为了克服上述秸秆掩埋还田技术中的不足，加快秸秆腐烂降解速度，节省肥料，提高作业效率，降低劳动强度，本发明提供一种具有喷施沼液和翻转功能的秸秆掩埋机具，实现秸秆分层还田。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种喷施沼液和翻转掩埋秸秆机具，包括机架、推送犁体、开沟犁体、地轮组件、液压缸、悬挂架、连接轴、沼液喷施系统以及动力系统，所述机架前进方向的前端通过连接轴连接悬挂架，机架可绕连接轴转动；悬挂架上部安装沼液喷施组件；所述液压缸倾斜布置在连接轴一侧，液压缸一端连接悬挂架，另一端与机架连接，所述动力系统连接液压缸传递动力，驱动液压缸伸缩运动，带动机架绕连接轴进行180°翻转；机架前进方向的左侧安装地轮组件，推送犁体与地轮同侧安装在机架上，机架前进方向的右侧安装开沟犁体。

进一步，所述推送犁体具有两个犁铧，两个犁铧以机架为中心上下对称布置。

进一步，所述开沟犁体具有两个犁铧，两个犁铧以机架为中心上下对称布置。

进一步，所述开沟犁体安装在推送犁体机具前进方向的右前方，与推送犁体的横向距离纵向距离均为l，l为600mm，开沟犁体距地面的高度高于推送犁体距地面的高度，高度差h，h为245mm。

进一步，所述沼液喷施组件包括沼液箱和电动喷头组件，沼液箱安装在悬挂架上，沼液箱下部垂直向下安装电动喷头组件，电动喷头组件与动力机械液压输出系统连接完成秸秆的喷施沼液。

进一步，所述地轮组件包括支座、螺栓组、转轴、支臂、螺栓、支臂套筒、地轮以及地轮轴；支座通过螺栓组安装在机架上；支臂套筒通过转轴与支座连接，支臂置于支臂套筒内，通过螺栓位置调节连接高度；地轮通过地轮轴与支臂连接，地轮随地轮轴做圆周运动。

进一步，所述支臂套筒可绕转轴转动，并通过支臂套筒一侧安装的限位挡块限制其运动范围，适应工作犁体翻转要求。

一种采用所述喷施沼液和翻转掩埋秸秆机具的分层还田方法，所述分层还田方法三年为一个循环周期，第一年秸秆掩埋深度为19-21cm，第二年秸秆掩埋深度为24-26cm，第三年秸秆掩埋深度为29-31cm。

进一步，所述分层还田方法，所述还田作物秸秆粉碎成3-5cm的小段碎片，土壤含水量18％以下。

本发明一种喷施沼液和翻转掩埋秸秆机具的优点和有益效果在于：

1、本发明喷施沼液和翻转掩埋秸秆机具通过控制液压缸伸缩，实现安装工作犁体的机架180°的旋转运动，进而实现工作犁体上下犁铧交替工作的翻转功能。

2、利用本发明的机具能直接实现沼液喷施和秸秆分层还田，秸秆分解彻底，秸秆营养成分的全部释放，增强土壤肥力，有利于下季农作物的播种和生长，节省劳动力和提高秸秆腐解速度。

3、本发明的机具同时完成秸秆分层掩埋和增施沼液，使秸秆充分和快速腐烂分解，秸秆中的营养物质完全地保留在土壤里，提高土壤有机质含量，增加土壤有机碳库容，改善土壤结构，阻断土壤盐碱上移，增强土壤微生物的活性和多样性，控制病原菌的滋生，减轻病虫危害，保持和维持土壤质量，提高了作物的产量；并拓宽沼液的利用途径和最大限度地利用秸秆废弃物及有效防控农业面源污染。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1的平面结构视图；

图3为图2的俯视图；

图4为图2的左视图；

图5为本发明地轮组件部分的结构示意图；

图6为本发明机架与悬挂架和液压缸连接部分的结构示意图。

图中：1、机架，2、推送犁体，3、开沟犁体，4、地轮组件，4-1、支座，4-2、螺栓组，4-3、转轴，4-4、支臂，4-5、螺栓，4-6、支臂套筒，4-7、限位挡块，4-8、地轮，4-9、地轮轴，5、液压缸，6、悬挂架，7、沼液箱，8、电动喷头组件，9、连接轴。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

如图1、图3所示，一种喷施沼液和翻转掩埋秸秆机具，包括机架1、推送犁体2、开沟犁体3、地轮组件4、液压缸5、悬挂架6、连接轴9、沼液喷施系统以及动力系统，机架1作为机具的整体框架，如图6所示，机架1前进方向的前端通过连接轴9连接悬挂架6，机架1可绕连接轴9转动；悬挂架6上部安装沼液喷施组件；所述液压缸5倾斜布置在连接轴9一侧，液压缸5一端连接悬挂架6，另一端与机架1连接，所述动力系统的动力机械液压输出系统连接液压缸5传递动力，驱动液压缸5伸缩运动；依靠液压缸的伸缩力和机架自身重力，带动机架绕连接轴进行180°翻转，同时液压缸翻转到机架另一侧，实现犁体上下犁铧交替工作的翻转功能；进而实现工作犁体上下犁铧交替工作的翻转功能，机架1前进方向的左侧安装地轮组件4，推送犁体2与地轮同侧安装在机架1上。

推送犁体2包括两个犁铧；两个犁铧以机架1为中心上下对称布置；机架1前进方向的右侧安装开沟犁体3，开沟犁体3包括两个犁铧；两个犁铧以机架1为中心上下对称布置，开沟犁体安装在推送犁体机具前进方向的右前方，如图2所示，与推送犁体的横向距离纵向距离均为l，l为600mm，开沟犁体距地面的高度高于推送犁体距地面的高度，高度差h，h为245mm。开沟犁体与推送犁体的工作过程：机具通过前端开沟犁体3先进行开沟作业，后端推送犁体2将紧邻地表且被喷施沼液的秸秆推送至开沟犁体3所开沟内。当机具达到地块另一端时，通过控制液压缸5实现机架1翻转后，机具紧邻刚刚所开沟旁继续进行开沟作业，并将土壤翻垡至刚刚所开沟内，实现沟内秸秆的掩埋。同时后端推送犁体2继续将紧邻地表被喷施沼液的秸秆推送至沟内，周而复始，实现秸秆掩埋过程。

沼液喷施组件包括沼液箱7和电动喷头组件8，沼液箱7安装在悬挂架6上，沼液箱7下部垂直向下安装电动喷头组件8，电动喷头组件8与动力机械液压输出系统连接完成秸秆的喷施沼液，实现对地表粉碎秸秆喷施沼液作业。

如图4、图5所示，地轮组件4包括支座4-1、螺栓组4-2、转轴4-3、支臂4-4、螺栓4-5、支臂套筒4-6、地轮4-8以及地轮轴4-9；支座4-1通过螺栓组4-2安装在机架1上；支臂套筒4-6通过转轴4-3与支座4-1连接，支臂4-4套装在支臂套筒4-6内，通过螺栓4-5锁紧；支臂套筒4-6套装在支臂4-4的位置调节地轮4-8的高度，调节机具作业深度；支臂套筒可绕转轴转动，并通过支臂套筒一侧安装的限位挡块限制其运动范围，适应工作犁体翻转要求；地轮4-8通过地轮轴4-9与支臂4-4连接，地轮随地轮轴做圆周运动。

一种喷施沼液和翻转掩埋秸秆机具工作过程，首先安装在沼液箱7下部的电动喷头组件8对地表的粉碎秸秆进行喷施沼液作业。其次，机具通过开沟犁体3先进行开沟作业，后端推送犁体2将紧邻地表且被喷施沼液的秸秆推送至开沟犁体3所开沟内。当机具达到地块另一端时，动力机械液压输出系统通过控制液压缸5实现机架1翻转后，机具紧邻刚刚所开沟旁继续进行开沟作业，并将土壤翻垡至刚刚所开沟内，实现沟内秸秆的掩埋。同时后端推送犁体2继续将紧邻地表被喷施沼液的秸秆推送至沟内，周而复始，实现秸秆掩埋过程。机架1翻转过程中，地轮靠自身重心的改变而实现位置的调整，满足作业要求。土壤含水量18％以下时，使用本发明的机具进行沼液喷施和秸秆掩埋作业时，可一次完成秸秆的补水和补氮、杀菌过程，加快秸秆降解速度，减少化肥施用量，降低秸秆还田费用，并进一步拓宽了沼液的利用途径。

一种喷施沼液和秸秆分层还田方法，该方法采用上述的喷施沼液和翻转掩埋秸秆机具，每年秸秆掩埋还田深度不同，分层还田，三年为一个循环周期，第一年秸秆掩埋深度为19-21cm，第二年秸秆掩埋深度为24-26cm，第三年秸秆掩埋深度为29-31cm。秸秆掩埋还田，主要技术流程为：在旱田地块，用自走式玉米收获机(型号如4yz-5-y215)收获并粉碎秸秆后，通过本机具喷施沼液和掩埋秸秆还田之后，通过联合整地机(型号如1szl-180)进行旋耕起垄镇压，翌年即可播种作业；在水田地块，用履带式联合收割机(型号如dr85-4lz-2.5)收获并粉碎秸秆后，通过本机具作业之后，翌年施肥后再通过旋耕机(型号如1gz-190)进行旋耕，形成新的犁底层，防止在泡田过程中秸秆上浮，以免影响农事作业。

实施例1：在铁岭蔡牛镇玉米地块实施。

本实施例的具体操作步骤如下：

(1)利用自走式玉米收获机(型号4yz-5-y215)收获并粉碎秸秆，使作物秸秆粉碎成4cm的小段碎片，均匀铺撒在地块表面；

(2)在土壤含水量18％以下时，使用本发明的机具进行沼液喷施和秸秆掩埋作业；

(3)第一年秸秆掩埋深度为20cm，第二年秸秆掩埋深度为25cm，第三年秸秆掩埋深度为30cm，三年为一个循环周期；

(4)通过本机具作业后，再使用联合整地机(型号1szl-180)进行旋耕起垄镇压，翌年即可播种作业。

玉米秸秆还田土壤养分及产量对比试验

实施例2：在盘锦坝墙子镇水稻地块实施。

本实施例具体操作步骤如下：

(1)利用用履带式联合收割机(型号dr85-4lz-2.5)收获并粉碎秸秆，使作物秸秆粉碎成3cm的小段碎片，均匀铺撒在地块表面；

(2)在土壤含水量18％以下时，使用本发明的机具进行沼液喷施和秸秆掩埋作业；

(3)第一年秸秆掩埋深度为19cm，第二年秸秆掩埋深度为24cm，第三年秸秆掩埋深度为29cm，三年为一个循环周期；

(4)通过本机具作业后，翌年施肥后再通过旋耕机(型号1gz-190)进行旋耕，泡田后即可插秧作业。

水稻秸秆还田土壤养分及产量对比试验

实施例3：在铁岭郜家店镇玉米地块实施。

本实施例的具体操作步骤如下：

(1)利用自走式玉米收获机(型号4yz-5-y215)收获并粉碎秸秆，使作物秸秆粉碎成5cm的小段碎片，均匀铺撒在地块表面；

(2)在土壤含水量18％以下时，使用本发明的机具进行沼液喷施和秸秆掩埋作业；

(3)第一年秸秆掩埋深度为21cm，第二年秸秆掩埋深度为26cm，第三年秸秆掩埋深度为31cm，三年为一个循环周期；

(4)通过本机具作业后，再使用联合整地机(型号1szl-180)进行旋耕起垄镇压，翌年即可播种作业。

玉米秸秆还田土壤养分及产量对比试验

上述实施例1、实施例2以及实施例3的具体实施方案的试验结果可得出：与传统秸秆还田相比，玉米分层掩埋还田能分别提高有机质2.69％，碱解氮8.45％，有效磷3.35％，速效钾6.40％，产量17.57％；水稻分层掩埋还田能分别提高有机质2.31％，碱解氮2.75％，有效磷4.36％，速效钾1.31％，产量3.63％。因此，采用本发明的机具不仅能直接实现沼液喷施而且同时实现秸秆分层还田，使秸秆分解彻底，秸秆营养成分的全部释放，增强土壤肥力，提高土壤有机质含量，改善土壤结构增强土壤微生物的活性和多样性，控制病原菌的滋生，减轻病虫危害，保持和维持土壤质量，提高了作物的产量。

该技术对作物生长环境的改善与作物产量的提高效果显著，在一定程度上减少化肥的施用，并拓宽沼液的利用途径和最大限度地利用秸秆废弃物及有效防控农业面源污染。