农机运用和选择的制约元素

本文作者：陈超、曹磊、钟毅 单位：湖南省国土资源规划院

以土壤表层30cm的平均质地为标准，将土壤质地分为粘质土(重壤、粘土)、壤土(轻壤、中壤)、沙壤土、沙土和砾质土。我国各地区的土壤因其母质组成和成土过程不同，从西到东、自北至南有颗粒逐渐由粗变细、由沙变粘的趋势［5］。中部地区由于地形、水文地质条件不同，土壤类型多样，但主要为红壤、黄棕壤和黄壤(如表2所示)。不同的土壤、同一种土壤不同土属因为成土母质和成土过程不同，土壤质地有较大差异。如第四纪红土红壤和砂质红壤均为红壤主要土属，而第四纪红土红壤质地较粘重，为重壤至粘土;砂质红壤质地粗，为沙壤至沙土。据调查分析，中部缓坡区耕地后备资源土壤质地从粘质到砾质均有分布。据2011年湖南省5个县(区)耕地后备资源调查成果显示，质地为壤土的数量占总量23．94%，质地为砂壤质和粘质土的占总量的49．7%，质地为沙土或石砾含量15%～50%，且可以改良的砾质土的占总量的8．67%(该调查对于小于0．67hm2的耕地后备资源的土壤质地未作调查，故此处3项比例加总不等于100%)。

有效土层厚度指从自然地表到障碍层或石质以及侧面的土壤厚度。从全国土层厚度估值图看，土层厚度具有明显的块状和连续分布的特点，空间变异总体特征是:东部地区普遍比西部地区高，而北部地区相对高于南部地区［6］。中部低丘缓坡区耕地后备资源土层厚度总体上相对较薄，根据王绍强、朱松丽等人(2001)的研究，南方山地、丘陵地带，由于地形复杂、水土流失和侵蚀情况较为严重，地面物质不断更新，土壤发育始终停留在幼年阶段，从而影响到土壤的发育程度，土层厚度值多低于全国土壤平均值(94．53cm)［7］，而中部低丘缓坡区多属于以上研究中的“南方”。据2011年湖南省5个县(区)耕地后备资源调查，土层厚度在100cm以上的资源仅占资源总量的2．70%;50～100cm的资源占比为47．50%;30～50cm的占比为31．96%(该调查对于小于0．67hm2的耕地后备资源的土层厚度未作调查，故此处三项比例加总不等于100%。)，也印证了这一结论。

中部缓坡区耕地后备资源在不同坡度上均有分布，目前在6°～15°区间的居多。依据江西省第二次土地利用现状调查成果与全省坡度等级图等资料发现，2010年江西省待开发荒草地面积为22．1万hm2，其中坡度在6°～15°的面积约为8．4万hm2，占荒草地总面积的38．01%，位于15°～25°的面积有4．2万hm2，占比为19．01%;2011年，据湖南省5个县(区)(江华县、江永县、回龙圩管理区、双牌县、祁东县，以下同)耕地后备资源调查成果显示，调查区内待开发类耕地后备资源总量为14526．08hm2，其中坡度在6°～15°的数量为6705．33hm2，占总量的46．16%;坡度在15°～25°之间的数量为1543．73hm2，占总量的10.63%。其他区域的调研也基本符合这项特征。

土壤质地对农业机械性能和选择的影响主要体现于农业机械耕作性能、牵引附着性能和通过性等。耕作性能主要是指土壤耕作机械的作业难易、耕作质量、能量消耗等。土地耕作的难易主要体现在耕作时土壤对农具阻力的大小，这种阻力即土壤比阻。土壤中含粘粒成分越大，则土粒之间的凝聚力就越大(如表3所示［8］)。耕作时土壤不易破碎，犁耕的阻力大，机械能量消耗大，耕作质量也将降低，对耕作机械的耕作要求就更高，此时需要通过减少机械工作幅宽、增大动力等方式，来选择合适的机型;相反，沙土和砂质壤土含粘粒成分很小，耕作时土壤易于破碎，犁耕的阻力也较小，能量消耗较小，耕作质量较好，耕作机械的适应性较广。牵引附着性能是指机械行走装置与地面在接触过程中相互作用所表现出来的一种物理性能，它表示地面可提供给行走装置的最大附着力。土壤质地对农业机械的附着性能有着重要的影响。在一定范围内，土壤表面粘性越重，表面坚实度越大，附着力越大，拖拉机的牵引效率就越高。疏松土地对轮胎花纹块产生的阻力不大，驱动轮滑转率高，因而机组驱动受附着力限制，拖拉机牵引力得不到发挥。有关研究表明，轮式拖拉机在疏松土壤上牵引效率低，约为40%;坚硬的质地下拖拉机的牵引力最大，效率最高达80%［9］。在沙性土壤中，可以通过增加驱动轮的质量如加配重或采取履带式行走装置等，根据实际工作的情况来选用最实用的方法，以解决土壤条件对拖拉机牵引附着力的影响，从而更好地完成农业生产任务。通过性是指拖拉机及配套机具组成的机组在田间或不同路况下的通行能力。在不同质地的土壤作业时，农业机械的压陷深度不同，农业机械的通过性也不同。各种土壤的单位压实力如表4所示［8］。由表4可知，土壤坚实度同土壤的质地有密切关系。土壤中含粘粒成分越大，其坚实度越大，则土壤的承压能力越大，机械的通过性越好，农业机械的适应性就越广;相反粘粒成分越低，其坚实度越小，土壤的承受能力越小，对农业机械的通过性能要求就越高。因此，在中部地区，要结合当地的土壤质地条件，选择合适的农业机械。沙土性质的耕地后备资源，耕作阻力较小，但对农业机械的附着性能和通过性能要求较高，应通过增加驱动轮的质量如加配重或采取履带式行走装置进行作业，并可以选择较大工作幅宽;壤土性质的耕地后备资源，需结合当地土壤水分条件来选择农业机械，其行走装置的选择如表5所示。

目前，土层厚度对农业机械影响主要体现在耕地机械的选用上。在进行耕地作业时，应根据不同的有效土层厚度，选择适宜的耕地机械。在中部缓坡区耕地后备资源土层厚度较浅的地区，在不能改变土层厚度的情况下不宜进行深耕，应选用耕深较浅的犁、耙以及旋耕机进行耕作;而在耕地后备资源土层厚度较深的地区，耕作机械的适应广泛，可采用深松犁进行深松作业。

坡度对农业机械应用和选择的影响主要体现为机械的外廓尺寸、爬坡能力、抗侧翻能力、制动性、灵活性和工作幅宽等。坡度一般决定了开发后耕地的宽度和单块田块规模，坡度越大，对农业机械的外廓尺寸限制就越大，能够适应的农业机械型号就越少。坡度对于自走式农业机械有着重要的影响，需要其有一定的爬坡能力，从而适应坡耕地耕作和坡度道路行走。目前，一般拖拉机只适于7°以下的坡度上工作，正常使用的极限坡度角为:轮式拖拉机不大于10°，履带式拖拉机不大于15°［10］。在坡耕地或者凹凸不平地面耕作时，需要自走式农业机械左右驱动轮能随地面坡度做上下调整，从而保持拖拉机机体平正，即自走式农业机械需要具有抗侧翻能力。为了保证自走式农业机械在斜坡上不致滑溜，需要自走式农业机械具有较好的制动性。坡度越大，对农业机械的制动性要求越高。原始坡度往往决定了开发后田面的宽度，同时山地丘陵区小丘块耕地广泛存在，这需要农业机械具有良好的灵活性，即快速的掉头、转弯能力。一般来讲，农业机械转弯半径越小越好。原始坡度通过田面宽度也影响了农业机械的工作幅宽。田面宽度越大，适应的农业机械幅宽越大，田面宽度越小，适应的农业机械幅宽越小。目前缓坡区耕地后备资源往往以修筑水平梯田为主，改变了原始的地面坡度，对农业机械的工作幅宽适应性增强。总的来讲，限于中部缓坡区在地形坡度上的条件，中部缓坡区农业机械装备应注重爬坡能力、抗侧翻能力、制动性和灵活性，外廓尺寸和工作幅宽应适应于区域耕地后备资源的坡度特征。

不同区域的自然环境和土地资源特性不同，而自然环境和资源特性往往难以改变，农业机械研发必须针对区域的自然环境和土地资源特性来进行。首先要认清区域自然环境和土地资源的特性，如坡度特征、土壤质地、土层厚度特征等，再根据特性差异有针对性的研发和引进农业机械;其次，不同的农机装备对应着不同的资源类型，大型农业机械、中型农业机械、小型农业机械、背负式农业机械只有运用在合适的资源环境中才能够发挥出最佳的性能。发展和应用农机须建立在科学划分土地资源的基础上，即何种资源适合应用何种农业机械，才能制定出科学合理的农业机械发展规划，也才能使区域农业机械化处于良性的发展轨道。本文更多的是从定性的角度对坡度、土壤质地和土层厚度三者对农业机械应用的影响进行了分析，还欠缺定量的分析，定量分析将是下一步努力的方向。