在我国长江中下游稻麦轮作的两熟地区,作物超高产导致秸秆量过大而采用秸秆集中入沟还田的处理方式。本课题组所研制的稻麦联合收割开沟埋草多功能一体机(以下简称多功能一体机)较好地解决了收割、开沟和填草等复式作业。但实践表明,该多功能一体机作业时直线行走稳定性和整机综合性能较差;另外置于沟内的秸秆短期内难以腐解,对免耕直播模式下沟边作物的出苗及生长带来了消极影响。针对上述问题本研究以该多功能一体机为平台,以集沟还田的秸秆为研究对象,以微生物秸秆腐解菌的生物特性为研究手段。首先依据横向轴流式滚筒对秸秆的传递导流作用和二次复脱功能,通过增设辅助滚筒的方法改变出草口位置使开沟器中移,改善整机直线行走性能,并提高谷物脱粒质量。其次通过对辅助滚筒和整机其他部件进行改进,提高整机综合性能。最后设计了喷菌装置与改进后的多功能一体机集成,通过多季大田试验考察微生物菌对入沟秸秆的腐解等方面的影响。主要研究结果如下:(1)多功能一体机辅助滚筒的设计及改进针对多功能一体机易跑偏,直线行走稳定性较差等问题,通过增设辅助滚筒利用其对秸秆的传递导流功能改变出草口位置使开沟器中移消除了偏向力,不同工况下行走偏移度分别下降了 93.9%、94.4%和93.3%,直线行走性能显著提高。且二次复脱提高了谷物脱粒质量,损失率、含杂率等均有所降低。针对辅助滚筒易于堵草的问题,进行理论分析并进行如下改进:单根齿杆杆齿数目为7,按螺旋线排列分布原则杆齿间距为34 cm和74 cm交错排列,并将杆齿与凹板间隙调整为25 mm。同时导流角通过计算取24。。改进后利用Adams软件对辅助滚筒进行仿真,分析其动态平衡性和稳定性,并通过排草性能试验探讨滚筒不同转速和喂入量间的关系,田间试验表明对于小麦秸秆辅助滚筒排草性能良好,对于水稻秸秆辅助滚筒堵塞率较也有一定的效果。(2)多功能一体机其他部件的改进及田间试验针对多功能一体机综合作业性能较差的问题,在上章对辅助滚筒进行改进的基础上,进一步对多功能一体机其他部件进行改进。对导草槽进行理论分析和改进,预留高度H设计为34 cm,并利用EDEM软件对秸秆在改进后的导草槽内的运动进行仿真验证了其排草通畅性,确保秸秆运动状态不受影响。对开沟器进行改进,通过增加开沟器强度和刚度提高其在硬质土壤的适应性。对分土板进行改进来控制所抛土块的运动轨迹。田间综合试验表明改进后多功能一体机整机性能有了较大的提高。(3)喷菌装置与改进后的多功能一体机集成以喷菌装置的作业要求和多功能一体机的结构特点为依据,喷菌装置位于辅助滚筒出草口处。喷头安装于导草槽上端口,延长菌液与秸秆在导草槽内的接触和混合时间。采用双喷头布置,其中,直喷、顶喷、斜喷和对喷4种喷施方式中,秸秆表层覆盖率均在70%左右,差异不显著(p>0.05)。但底层覆盖率斜喷和顶喷分别为52.26%和73.75%,远高于直喷的20.66%和对喷的23.67%。建议采用斜喷和顶喷的安装方式;结合整机作业速度和喷菌的流量要求,按2亩/次的加菌频率设计菌液箱容积为80 L,菌液箱结构与安装位置相适应。实践表明:喷施雾滴连续,不影响秸秆在导草槽内的正常排出。通过丽春红染色剂的模拟追踪,当机器作业速度为0.30 m·s-1时,与相同速度下普通背负式喷雾作业相比,喷菌装置在不同秸秆层(0、5、10、15、20 cm)的覆盖率分别为41.5%、27.4%、29.4%、24.2%、23.6%,优于背负式喷雾器的38.6%、4.8%、5.9%、4.0%、3.8%,雾液在秸秆上分布相对更为均匀,可满足喷菌作业要求。(4)微生物秸秆腐解菌对集沟秸秆的促腐试验秸秆入沟还田时进行菌液喷施作业。通过连续多季的田间试验,考察不同地区、不同类型的微生物菌、不同集沟条件等对沟内秸秆的腐解影响。研究表明:微生物菌能促进稻麦秸秆的快速腐解,对小麦秸秆而言,在2013年至2016年各年份里,随着逐年试验方法的改进,秸杆的腐解程度有明显提高,从最初2013年的37.26%到2016年的66.76%,提高了将近30个百分点。在不同微生物菌类型中秸秆腐解状况有明显差异,其中粉末状菌剂(PM)较液体菌剂(LM)在同一条件下腐解程度低,而浸泡水处理(JPS)由于其固有的天然适应性,相对促腐作用最佳,菌剂与氮素配施后对秸秆的腐解有明显的促进作用。尽管总体腐解程度有限,但试验结果表明通过控制环境提供适宜条件时该方式是可行的;对水稻秸秆而言,从2013年的20.60%到2015年的29.25%,其增幅相对较小。尽管木霉(TD)、浸泡水(JPS)等不同类型菌剂对水稻秸秆的腐解有一定的促进作用,但效果有限,需进一步考虑在低温条件下适合微生物菌的生命活动的措施。另外,针对2013年水稻秸秆的两次试验而言,同一试验地点下未喷菌的对照组所体现出的秸秆腐解程度相似,均在20.0%左右。而液体菌剂喷施后的秸秆腐解状况却差异较大,第一次试验中依然保持在20.0%左右,而第二次试验可达37.0%,表明试验中人为因素造成的误差可能会导致菌剂的活性降低,从而影响试验结果。总体而言,微生物菌对小麦秸秆的腐解效果要优于水稻秸秆,这可能与温度有较大关系,低温抑制了微生物的生命活动。在不同地区,盐城黄海农场和姜堰宏昌农场的试验对比中可知,相同处理的秸秆腐解状况也有所差异,总体而言姜堰的腐解程度要略高于盐城,这可能与气温、土壤环境有一定的关系。综上所述,微生物菌对秸秆的促腐是在多因素的共同参与作用下进行和完成的。