我国秸秆资源丰富,但利用效率低,尤其是南方地区由于复种指数高、秸秆产量大,农民为赶农时,将大量秸秆滞留在田间地表。秸秆直接还田既能解决秸秆滞留地表问题,又能改善土壤结构、提高土地肥力、降低化肥施用量,因此是节约农时和农业可持续发展的有效途径。当前主要的秸秆处理方式为还田入土。江苏省秸秆混埋还田作业机械主要为旋耕为主的秸秆抛撒还田机械。本文通过对田间地表秸秆覆盖状态及秸秆混埋还田质量的影响因素进行探索研究,旨在提出旋耕机秸秆混埋还田质量测量及评价方法,为旋耕机秸秆混埋还田实际应用提供理论依据。主要结果如下。(1)设计并制造了旋耕机秸秆混埋试验台。设计内容包括试验台升降系统、田间小区移动方案(纵向移动和横向移动)、牵引制动熊及控制系统。田间试验验证表明,试验台可进行多种因素水平的控制试验,可实现正、反转旋耕作业,双向牵引,旋耕扭矩以及前进功耗阻力测量,犁耕、开沟等功能。试验台性能稳定、操作方便。(2)田间地表秸秆质量-覆盖率关系测量及分析表明,地表秸秆覆盖率与秸秆质量分布无确定对应关系,因此得到地表秸秆覆盖率不能作为地表秸秆覆盖状态评价指标。另外,仅使用图像法或拉线法等现有方法无法准确测量大量地表秸秆情况下的地表秸秆分布情况。本文使用作者设计的测量方法对新疆谷神4LZ-2.5、星光4LL-2.0D和沃得4LZ-4.0G三种不同型号的收割机收获后田间地表秸秆分布状态进行测量,测量结果显示,综合田间地表秸秆质量分布及堆叠层数分布可准确评价地表秸秆覆盖状态。研究表明,收割机型号不同,收获后田间地表秸秆分布状态不同,进而导致旋耕秸秆混埋还田质量的不同。(3)提出了秸秆空间分布构型方法及秸秆在土壤内分布均匀性分析方法。利用自主设计的秸秆空间位置测量测量秸秆位于土壤内部的空间位置,并利用Pro-E将秸秆空间分布状态可视化。试验结果表明,本文提出的测量方法能够准确呈现秸秆在土壤中的分布状态。利用软件平台对秸秆空间分布构型进行垂直和纵向切割,可获得得秸秆在土壤各土层中的分布,从而避免了直接对土层进行分层所带来的扰动影响。沿纵向进行不同尺度的等分切割可获得秸秆沿旋耕机前进方向分布的均匀性。将空间构型进行宫格划分,统计计算并运用MATLAB拟合工具,得到线性回归方程,其斜率反映空间构型中秸秆整体分布的均匀性,斜率越小秸秆分布越均匀。(4)正、反转旋耕对秸秆混埋还田质量具有不同的影响。试验结果表明,在相同条件下正转旋耕的秸秆埋覆率高于反转旋耕。反转旋耕秸秆埋覆作业后秸秆沿土壤深度方向的分布均匀性优于正转旋耕,且土壤-秸秆混合质量更好,利于秸秆腐解。但反转旋耕的秸秆纵向空间分布质量低于正转旋耕,这是由于反转旋耕模式下刀辊前方壅土造成秸秆埋覆过程不稳定所致。在耕作性能上,反转旋耕的碎土性能、耕幅内地表平整度、入土性能都优于正转旋耕,缺点是其刀辊前方壅土严重、缠草多,且大部分秸秆被拥堵在旋耕机前方与两侧。综合分析表明正转旋耕的秸秆混埋质量略有优势,但选择秸秆混埋还田作业模式时还应考虑田间秸秆残留量。秸秆量较少时反转旋耕较适宜,反之正转旋耕较好。(5)旋耕前地表秸秆长度对旋耕秸秆混埋还田质量具有影响。5cm、12.5cm、20cm秸秆长度试验小区秸秆旋耕混埋还田对比试验结果表明,旋耕前地表秸秆越长,旋耕秸秆混埋还田作业后的地表质量状况越好。从秸秆空间分布均匀性来看,秸秆长度与混埋质量并不是正相关关系,说明秸秆混埋均匀性在秸秆长度一定范围内最佳,而并不是越短越好。