農機運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：湖南省國土資源規劃院

以土壤表層30cm的平均質地為標準，將土壤質地分為粘質土(重壤、粘土)、壤土(輕壤、中壤)、沙壤土、沙土和礫質土。我國各地區的土壤因其母質組成和成土過程不同，從西到東、自北至南有顆粒逐漸由粗變細、由沙變粘的趨勢［5］。中部地區由于地形、水文地質條件不同，土壤類型多樣，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為成土母質和成土過程不同，土壤質地有較大差異。如第四紀紅土紅壤和砂質紅壤均為紅壤主要土屬，而第四紀紅土紅壤質地較粘重，為重壤至粘土;砂質紅壤質地粗，為沙壤至沙土。據調查分析，中部緩坡區耕地后備資源土壤質地從粘質到礫質均有分布。據2011年湖南省5個縣(區)耕地后備資源調查成果顯示，質地為壤土的數量占總量23．94%，質地為砂壤質和粘質土的占總量的49．7%，質地為沙土或石礫含量15%～50%，且可以改良的礫質土的占總量的8．67%(該調查對于小于0．67hm2的耕地后備資源的土壤質地未作調查，故此處3項比例加總不等于100%)。

有效土層厚度指從自然地表到障礙層或石質以及側面的土壤厚度。從全國土層厚度估值圖看，土層厚度具有明顯的塊狀和連續分布的特點，空間變異總體特征是:東部地區普遍比西部地區高，而北部地區相對高于南部地區［6］。中部低丘緩坡區耕地后備資源土層厚度總體上相對較薄，根據王紹強、朱松麗等人(2001)的研究，南方山地、丘陵地帶，由于地形復雜、水土流失和侵蝕情況較為嚴重，地面物質不斷更新，土壤發育始終停留在幼年階段，從而影響到土壤的發育程度，土層厚度值多低于全國土壤平均值(94．53cm)［7］，而中部低丘緩坡區多屬于以上研究中的“南方”。據2011年湖南省5個縣(區)耕地后備資源調查，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%(該調查對于小于0．67hm2的耕地后備資源的土層厚度未作調查，故此處三項比例加總不等于100%。)，也印證了這一結論。

中部緩坡區耕地后備資源在不同坡度上均有分布，目前在6°～15°區間的居多。依據江西省第二次土地利用現狀調查成果與全省坡度等級圖等資料發現，2010年江西省待開發荒草地面積為22．1萬hm2，其中坡度在6°～15°的面積約為8．4萬hm2，占荒草地總面積的38．01%，位于15°～25°的面積有4．2萬hm2，占比為19．01%;2011年，據湖南省5個縣(區)(江華縣、江永縣、回龍圩管理區、雙牌縣、祁東縣，以下同)耕地后備資源調查成果顯示，調查區內待開發類耕地后備資源總量為14526．08hm2，其中坡度在6°～15°的數量為6705．33hm2，占總量的46．16%;坡度在15°～25°之間的數量為1543．73hm2，占總量的10.63%。其他區域的調研也基本符合這項特征。

土壤質地對農業機械性能和選擇的影響主要體現于農業機械耕作性能、牽引附著性能和通過性等。耕作性能主要是指土壤耕作機械的作業難易、耕作質量、能量消耗等。土地耕作的難易主要體現在耕作時土壤對農具阻力的大小，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］)。耕作時土壤不易破碎，犁耕的阻力大，機械能量消耗大，耕作質量也將降低，對耕作機械的耕作要求就更高，此時需要通過減少機械工作幅寬、增大動力等方式，來選擇合適的機型;相反，沙土和砂質壤土含粘粒成分很小，耕作時土壤易于破碎，犁耕的阻力也較小，能量消耗較小，耕作質量較好，耕作機械的適應性較廣。牽引附著性能是指機械行走裝置與地面在接觸過程中相互作用所表現出來的一種物理性能，它表示地面可提供給行走裝置的最大附著力。土壤質地對農業機械的附著性能有著重要的影響。在一定范圍內，土壤表面粘性越重，表面堅實度越大，附著力越大，拖拉機的牽引效率就越高。疏松土地對輪胎花紋塊產生的阻力不大，驅動輪滑轉率高，因而機組驅動受附著力限制，拖拉機牽引力得不到發揮。有關研究表明，輪式拖拉機在疏松土壤上牽引效率低，約為40%;堅硬的質地下拖拉機的牽引力最大，效率最高達80%［9］。在沙性土壤中，可以通過增加驅動輪的質量如加配重或采取履帶式行走裝置等，根據實際工作的情況來選用最實用的方法，以解決土壤條件對拖拉機牽引附著力的影響，從而更好地完成農業生產任務。通過性是指拖拉機及配套機具組成的機組在田間或不同路況下的通行能力。在不同質地的土壤作業時，農業機械的壓陷深度不同，農業機械的通過性也不同。各種土壤的單位壓實力如表4所示［8］。由表4可知，土壤堅實度同土壤的質地有密切關系。土壤中含粘粒成分越大，其堅實度越大，則土壤的承壓能力越大，機械的通過性越好，農業機械的適應性就越廣;相反粘粒成分越低，其堅實度越小，土壤的承受能力越小，對農業機械的通過性能要求就越高。因此，在中部地區，要結合當地的土壤質地條件，選擇合適的農業機械。沙土性質的耕地后備資源，耕作阻力較小，但對農業機械的附著性能和通過性能要求較高，應通過增加驅動輪的質量如加配重或采取履帶式行走裝置進行作業，并可以選擇較大工作幅寬;壤土性質的耕地后備資源，需結合當地土壤水分條件來選擇農業機械，其行走裝置的選擇如表5所示。

目前，土層厚度對農業機械影響主要體現在耕地機械的選用上。在進行耕地作業時，應根據不同的有效土層厚度，選擇適宜的耕地機械。在中部緩坡區耕地后備資源土層厚度較淺的地區，在不能改變土層厚度的情況下不宜進行深耕，應選用耕深較淺的犁、耙以及旋耕機進行耕作;而在耕地后備資源土層厚度較深的地區，耕作機械的適應廣泛，可采用深松犁進行深松作業。

坡度對農業機械應用和選擇的影響主要體現為機械的外廓尺寸、爬坡能力、抗側翻能力、制動性、靈活性和工作幅寬等。坡度一般決定了開發后耕地的寬度和單塊田塊規模，坡度越大，對農業機械的外廓尺寸限制就越大，能夠適應的農業機械型號就越少。坡度對于自走式農業機械有著重要的影響，需要其有一定的爬坡能力，從而適應坡耕地耕作和坡度道路行走。目前，一般拖拉機只適于7°以下的坡度上工作，正常使用的極限坡度角為:輪式拖拉機不大于10°，履帶式拖拉機不大于15°［10］。在坡耕地或者凹凸不平地面耕作時，需要自走式農業機械左右驅動輪能隨地面坡度做上下調整，從而保持拖拉機機體平正，即自走式農業機械需要具有抗側翻能力。為了保證自走式農業機械在斜坡上不致滑溜，需要自走式農業機械具有較好的制動性。坡度越大，對農業機械的制動性要求越高。原始坡度往往決定了開發后田面的寬度，同時山地丘陵區小丘塊耕地廣泛存在，這需要農業機械具有良好的靈活性，即快速的掉頭、轉彎能力。一般來講，農業機械轉彎半徑越小越好。原始坡度通過田面寬度也影響了農業機械的工作幅寬。田面寬度越大，適應的農業機械幅寬越大，田面寬度越小，適應的農業機械幅寬越小。目前緩坡區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，對農業機械的工作幅寬適應性增強。總的來講，限于中部緩坡區在地形坡度上的條件，中部緩坡區農業機械裝備應注重爬坡能力、抗側翻能力、制動性和靈活性，外廓尺寸和工作幅寬應適應于區域耕地后備資源的坡度特征。

不同區域的自然環境和土地資源特性不同，而自然環境和資源特性往往難以改變，農業機械研發必須針對區域的自然環境和土地資源特性來進行。首先要認清區域自然環境和土地資源的特性，如坡度特征、土壤質地、土層厚度特征等，再根據特性差異有針對性的研發和引進農業機械;其次，不同的農機裝備對應著不同的資源類型，大型農業機械、中型農業機械、小型農業機械、背負式農業機械只有運用在合適的資源環境中才能夠發揮出最佳的性能。發展和應用農機須建立在科學劃分土地資源的基礎上，即何種資源適合應用何種農業機械，才能制定出科學合理的農業機械發展規劃，也才能使區域農業機械化處于良性的發展軌道。本文更多的是從定性的角度對坡度、土壤質地和土層厚度三者對農業機械應用的影響進行了分析，還欠缺定量的分析，定量分析將是下一步努力的方向。