北方寒地水稻秸秆还田技术存在翻埋效果不佳，还田深度不够等问题；现有旋耕机和秸秆还田机均存在刀轴缠草、关键部件可靠性低、整机消耗功率大等问题。中国是农业大国，也是秸秆资源最丰富的国家之一。农作物秸秆数量大、分布广，富含有机质和氮磷钾等多种养分，是一种具有多种用途的可再生生物资源。2013年，全国每年秸秆产量达9亿多t，其中稻麦秸秆占60%以上，氮磷钾含量相当于化肥施用量的1/4多。然而中国秸秆直接还田量只占秸秆总量的9.81%，利用率仅为发达国家的35%。 （1）整机创新设计 以液压马达传动替代传统的齿轮传动、链传动，易于实现刀辊正反转和无级变速；设计秸秆腐解剂喷施装置、施肥装置、秸秆分离梳理装置，调节秸秆C/N比，促进秸秆腐解；设计环形刀盘，拆卸方便。 （2）部件创新设计 根据仿生学理论，设计大直径辊筒和具有减粘脱土性质的新型仿生还田弯刀，通过优化还田刀参数，减小刀具入土阻力，进而降低整机功耗；设计秸秆分离梳理机构和腐解剂喷施机构，在将秸秆均匀铺放的同时，喷入含有生物菌群的腐解剂，解决北方秋收后气温低，秸秆腐解速度慢的问题。 （3）理论模型创新 建立机器功率消耗模型。在对刀片进行受力分析的基础上，建立了以刀片组合参数为设计变量的功耗优化模型，提出了基于遗传算法的弯刀优化方法，优化得到刀片最小功耗为5.12 kW。进行验证试验，得出最优参数组合下的功耗最小为5.5305 kW，数据为整机优化提供理论参考。 （4）制定了东北地区秸秆还田技术模式标准 现有的秸秆还田技术模式标准均是适用于南方地区，缺乏针对北方，特别是东北地区气候特点的技术模式。此技术模式标准对北方机械化秸秆还田具有重要的指导意义。机具可在春季多风、气温低的东北地区推广使用，秸秆还田后，可减少温室气体排放10%，促使水稻增产10%左右，直接增加农户收入。同时，机器加装了秸秆梳理装置以及腐解剂喷施装置，保证秸秆的均匀分布以及高效腐解，与市场同类产品相比，具有较高的市场竞争力，市场需求和前景巨大。通过共同协商，佳木斯大学机械工程学院将稻麦高秆深埋还田机委托给佳木斯万鑫液压设备制造有限公司进行生产和销售，该机具于2009-2015年在黑龙江省鸭绿河农场进行性能实验，秸秆翻埋效果良好。据不完全统计，使用该机具6年,累计作业面积达800公顷以上，减少化肥投入费用12万余元，水稻增产14万余元，取得了较好的经济效益。经课题组试验测定，还田后的土壤有机质含量提高了1.8g/kg。同时减少了向自然环境中投放化肥的数量和秸秆焚烧带来的环境污染问题，对保护自然资源，改善人民生活环境起到了重要作用，该机具为我国发展效益农业和可持续农业做出了积极的贡献。

佳木斯大学

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