摘要
新疆是我国最大的棉花产区和优质棉生产基地，棉花种植面积和产量均居全国首位。棉秆作为棉花的主要副产物，是一种重要的农业可再生资源，其利用价值越来越受到关注。棉秆回收机械化作为棉秆收储运的首要环节，是保障棉秆离田综合利用的前提，解决棉秆回收机械化问题对提高其综合利用率、改善生态环境和提高经济效益具有重要现实意义。本文分析了新疆棉花生产与棉秆资源现状，概述了国内外典型的棉秆回收机械研究与应用现状，总结了我国棉秆回收机械的类型、关键技术、性能特点、存在问题和发展趋势，指出了现阶段我国棉秆回收机械化程度低、收储运体系不完善是制约其综合利用的瓶颈问题，提出要加强棉秆回收机械研发创新力度，突破核心关键技术；同时完善收储运体系建设，建立离田回收利用技术模式。
棉花是我国重要的经济作物，是国民经济发展的重要支柱产
长期以来，棉秆离田综合利用受政策扶持和研发创新力度不足、关键核心技术不成熟、收储体系建设不完善、配套加工设备与基础处理设施不到位、市场运作力度不够等多种因素制约，导致资源化利用方式单一且利用率较低，造成了一定的资源浪费，大部分棉秆仍主要直接粉碎还田用以提升耕地质量。目前，棉秆离田综合利用率仅为10%，主要原因是由于缺乏高效的棉秆收获机械，棉秆存储、运输困难且成本
棉秆收储季节性强，规模化棉田的棉秆必须依靠机械化回收。棉秆回收机械化作为棉秆收储运的首要环节，是保障棉秆离田综合利用的前提。本文通过查阅相关文献资料，结合实地调研，基于新疆棉秆回收机械化现状，综合分析国内外典型的棉秆回收机械研究与应用现状，系统总结我国棉秆回收机械的特点及存在的问题，提出新疆棉秆回收机械化发展趋势及对策建议，旨在为农业决策部门、棉秆回收机械研发机构、生产企业和棉秆综合利用企业提供参考，以期促进新疆棉秆机械化回收水平，推动棉秆多元化综合利用和棉花产业提质增效与可持续发展。
新疆地处我国西北边陲，属于典型的大陆性气候，空气干燥，雨量稀少，日照充足，蒸发量大，昼夜温差大，农业生产主要采用节水灌溉方式，非常适合种植高密度棉花。自1980年代初期开始推广“矮、密、早、膜”植棉技术，株高控制在60~70 cm。目前新疆棉花主要以机采棉为主，标准化、规模化、机械化程度高。种植模式符合棉花机械化收获的作业要求，如滴灌带铺设采用1膜6行3管或1膜6行2管模式，一般选用2.05 m超宽膜；采用利于改善群体通风透光性的行株距配置，如（66+10） cm宽窄行或76 cm等行距，适当调控棉花的播种密度，一般为19.5万~24.0万株/h
图1 新疆棉花典型的1膜6行种植模式
Fig.1 Typical planting pattern of cotton with 1 film and 6 rows in Xinjiang
根据新疆统计年鉴数据，2011—2021年新疆棉花种植情况如
图2 2011—2021年新疆棉花种植情况
Fig.2 Cotton cultivation in Xinjiang from 2011 to 2021
2021年中国棉花产区播种面积和产量（http：//www.stats.gov.cn/sj/zxfb/202302/t20230203_1901299.html）如
图3 2021年中国棉花产区播种面积（A）和产量（B）
Fig.3 Sown area（A） and output（B） of cotton production areas in China in 2021
近年来，新疆棉花以机械化采收为主线，集成秋后深耕、种床整备、种子处理、残膜清理、铺膜播种、水肥一体、化学调控、脱叶催熟、机械收获、籽棉储运、清理加工、品质检测、棉秆还田等关键技术，建立了农机农艺融合的棉花生产全程机械化技术体系，并实现了规模化推广应用，显著提升了棉花生产水
根据新疆全区和新疆生产建设兵团棉花种植模式及生产经验，棉秆平均产量按4 500 kg/h
图4 2011—2021年新疆棉秆产量
Fig.4 Cotton straw yield in Xinjiang from 2011 to 2021
美国、印度、巴西、巴基斯坦、澳大利亚、乌兹别克斯坦等是国外主要的棉花生产和贸易大国。国外的棉秆处理方式主要有2
由于国外棉花多采用一年一作的等行距标准化种植农艺，相应的棉秆回收机具主要以对行式为主，按照工作原理主要分为：铲切式、抛挖式和拔取
| 类型Type | 工作原理Working principle | 关键部件Key component | 优点 Advantage | 缺点Shortcoming | 代表机型Representative model |
|---|---|---|---|---|---|
| 铲切式Shovel cut type | 与拖拉机悬挂，作业时先由挖根铲将棉秆根部铲断，再由拔秆辊将棉秆拔起，并经刀盘切碎后，沿输送管送到尾随的拖车上。 | 挖根铲和切碎刀盘 | 对行距要求不高，挖根较为彻底；能够将棉秆切碎还田或者离田回收。 | 入土切割挖根铲动力消耗较大、磨损快。 | 乌兹别克斯坦生产的KV-3.6A 型和KV-4A 型棉秆铲切机。 |
| 刨挖式Planing and digging type | 与拖拉机悬挂，作业时由双圆盘抛挖机构将棉秆根部土壤切开，棉秆随拔秆机构拔出后铺放田间。 | 双圆盘抛挖机构和拔秆机构（平行四连杆仿形） | 根据需要可分别收获2、4、6和8行棉秆，对不同湿度棉秆适应性强；相对于铲切来说，动力消耗相对减小。 | 对行要求较高，需单独配套安装棉秆切碎装置。 | 美国生产的 Dave Koening和 Orthman棉秆刨挖机。 |
| 拔取式Pull-out type | 与拖拉机悬挂，作业时由起拔器将棉秆连根拔起，拔取后直接将棉秆平铺在地上或切碎还田。 | 辊式起拔器 | 作业速度快、效率高，速度可达20 km/h以上，适于规模化、标准化种植的棉田。 | 对行要求高，机手长时间作业易疲劳，影响作业质量。 | 澳大利亚生产的Muti拔棉秆机和美国生产的ADAMAS拔棉秆切碎收获机。 |
我国早在1960年代就开始研制棉秆收获机，国内棉花产区的诸多相关科研院所都曾研制过棉秆收获机，但都未定型生产和推广应
我国早期研制的棉柴收获机械的“收获”，是指将摘拾完棉絮后扎根于土壤中并处于生长状态的棉柴，用铲切或提拔的方法使棉根脱离土
由于新疆棉花高密度、规模化种植特点，新疆棉秆回收机械主要对地上部直立棉秆的切割粉碎收获，与国内其他棉区主要采取的全棉秆起拔收获不同。
1）棉秆箱式收获机。目前国内的棉秆箱式收获机主要采用自走式，割台分为切割型和捡拾型。切割型割台主要用于棉田地上部直立棉秆，收获根茬仍留在土壤中，棉秆割茬高度受割台离地间隙影响，离地间隙越大，回收的棉秆的含土、膜等杂质量越小，但割茬高度越大，犁地后不利于第2年播种。离地间隙越小，割茬高度越小，但回收的秸秆含土、膜等杂质量越大，不适合直接饲喂，也不利于饲料化加工。捡拾型割台主要用于全棉秆连根起拔后的棉秆，需与棉秆拔取机配合使用，即先将棉秆连根拔出晾晒后再捡拾收获，收获周期较长。国内典型的自走式棉秆箱式收获机如
| 型号Model number | 整机结构图Machine structure drawing | 主要技术指标Main technical index | 关键技术与装置Key technologies and devices | 性能特点Performance characteristics | References 文献 |
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| 4MG-250 |
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捡拾幅宽2 500 mm，作业效率0.4~0.8 h | 采用钉齿式捡拾台，重点突破了棉秆类冠状植株强制抓取和连续喂入技术；切碎装置采用滚筒式切碎器。 | 钉齿式捡拾台，适应性好。适用于我国长江流域、黄河流域棉区粗壮高大的棉秆拔出铺放晾晒后棉秆的捡拾粉碎装箱回收。 |
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| 4MG-275 |
 | 收割幅宽2 750 mm，其他指标与4MG-250型一致。 | 收割台采用往复式切割器，可将地上部的直立棉秆连续切割后通过滚筒式切碎器将棉秆切碎、抛送装箱回收。 | 可不对行收获，适用于新疆矮密棉花种植区直立棉秆的切割粉碎装箱回收，收割台可与捡拾台互换，能实现不同的收获模式。 |
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| 4SZ-3000 |
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作业幅宽3 000 mm，作业生产率0.33~1.00 h | 收割台采用甩刀结构，两排刀片排列按 “S”型双排交错排列；揉搓室的凹版可以上下调节，从而可实现揉搓辊和凹版的间隙调节。 | 割台可选择性收获棉秆侧枝，并通过揉搓室可实现棉秆侧枝揉搓后装箱收获。适用于新疆矮密棉花种植区直立棉秆。 |
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| 4MC-4 |
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工作幅宽2 750 mm，最低割茬高度≤150 mm，作业效率0.40~0.67 h | 采用齿盘式起拔装置，通过对向旋转拔出棉秆，再经过旋转滚刀完成粉碎切割，最终由抛送装置送到收集箱内。 | 可一次性完成棉秆的拔出、捡拾、切碎、集箱等作业工序。适用于我国长江流域、黄河流域棉区粗壮高大的棉秆。 |
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2）棉秆压缩打捆机。秸秆打捆机是秸秆资源综合利用过程中必不可少的装备。秸秆打捆机的作用是将作物收获后田间的秸秆进行捡拾（粉碎），再压缩成捆，以便于储存和运输。按照成捆的形状主要分为方捆打捆机和圆捆打捆机，其中方捆打捆机按照成捆的大小又分为大方捆打捆机和小方捆打捆机。此外，按照牵引方式又可分为自走式打捆机和牵引式打捆机。根据压缩方式不同可分为机械压缩和液压压
2000年以来，新疆地区大力发展畜牧业，牧草和秸秆需求不断攀升，国产打捆机随之得到广泛应用，普遍采用拖拉机牵引式小型方捆打捆
近年来，随着畜牧养殖要求的不断提高和打捆技术的不断发展，田间秸秆粉碎除尘打捆机逐渐成为市场新产品，以新疆农垦科学院和黑龙江德沃科技开发有限公司联合研制的9YQ-2200S双喷除尘方捆打捆机为
| 打捆方式Baling method | 整机结构图Machine structure drawing | 主要技术指标Main technical index | 关键技术与装置Key technologies and devices | 性能特点Performance characteristics | References 文献 |
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圆捆 Round bale |
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割台幅宽2 700 mm，草捆外形尺寸（直径×长度）1 500 mm× 1 230 mm，生产率1.0~1.3 h | 主要由割台、过桥、驾驶台、底盘、第一滚筒及凹板、第二滚筒及凹板、发动机装配、换向装置、中间输送装置、后中间传动、强制喂入机构、前压缩室、后压缩室等部分组成。 | 可1次完成收割、揉搓、打捆一体化作业；可装配不同的喂入机构，适合棉秆等多种作物秸秆的收获打捆。 |
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方捆 Square bundle |
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收获幅宽2 300 mm，行进速度2~7 km/h，棉秆拔净率97.8%，压捆密度159.3 kg/ | 不对行拔秆辊关键部件是拔除棉秆的齿板，齿板通过螺栓固定在不对行拔秆辊轴上，其主要参数为齿宽和齿型角。 | 可实现棉秆的不对行整株拔除作业；采用滚筒式铡切装置将棉秆长度切断成（20±5） cm，实现棉秆先切断后压缩打捆作业。 |
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方捆 Square bundle |
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收获幅宽3 000 mm，棉秆回收率93.8%，打捆密度145.3 kg/ | 自走式联合机械压缩方捆打捆机，主要包括自走底盘、不对行拔杆台、输送链板、压缩打捆装置等。 | 可一次性完成棉秆拔除、输送、切断、压缩和打捆等作业。 |
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方捆 Square bundle |
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捡拾宽度2 200 mm，工作生产率≥2 000 kg/h，草捆密度≥100 kg/ | 切割揉碎装置采用锤爪式捡拾结构, 锤爪与定刀对棉秆1次切碎后，经过绞龙输送到两侧粉碎揉丝箱，粉碎揉丝装置可对棉秆进行第2次切碎、揉丝。 | 高转速的捡拾轴与经过外形优化设计的硬质合金锤爪组合使用，高速旋转时风力大，对秸秆吸附力好，捡拾干净。 |
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方捆 Square bundle |
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捡拾宽度2 220 mm，生产率3~6 t/h，草捆密度≥100 kg/ | 双喷除尘（雪）装置，绞龙及筛板配合除土，横置式圆柱形除尘装置使秸秆进入时沿切线运动，除尘能力更强、效果更好。 | 可实现棉秆4次除尘2次粉碎揉丝，可直接饲喂；双侧粉碎揉丝不堵塞、效率高。 |
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棉秆作为一种重要的农业可再生资源，其利用价值越来越受到人们的关注。现阶段我国棉秆回收机械化程度低、收储运体系不完善是制约棉秆综合利用的瓶颈问题。我国棉秆回收机械研究与应用相对较晚，一些核心关键技术还不够成熟，现有机型尚未实现大规模推广应用，仍需要不断改进和提高机具作业性能。
1）棉秆机械粉碎回收动力消耗大。由于我国不同区域棉花品种和种植模式差异性较大，棉秆的生长量和主杆粗细不一致，而且棉秆枝杈多、木质化程度较高，相比于玉米、稻麦等粮食秸秆的收获难度大。早期的棉秆回收机具主要以整株起拔为主，需要二次人工捡拾或者机械捡拾离田，增加了设备投入量和工作量，回收效率较低、作业成本较高。因此，不适合于新疆地区规模化棉田作业。
棉秆作为一种硬质茎秆，具有木质化程度较高、韧皮纤维丰富等特
2）棉秆打捆机关键核心技术仍需持续攻关。欧美发达国家的农作物秸秆收集，主要以打捆机械为主，包括圆捆机和方捆机（http：//finance.people.com.cn/GB/n1/2021/0708/c1004-32151804.html）。主要生产厂家有约翰迪尔、凯斯、库恩、克拉斯等，机型多为大中型，配套动力一般在110 kW以上，其自动化、智能化程度较高，拥有打结器等关键核心技术。国内进口机型售价100万~300万元，价格昂贵，主要适合我国东北、新疆和内蒙古等地区的大田地块使用。
国产打捆机与国外知名公司的新产品和新技术还有一定差距。近年来，虽然我国生产的小型打捆机与国外产品在功能和外形上很接近，但是由于国产打捆机技术不成熟，设计理论不完善，长期处于模仿国外打捆机阶段，打结器等关键核心技术部件仍主要依赖于进口，国产打捆机的工作质量和使用寿命尚不能与国外知名品牌机型相媲美，因此，目前的国产打捆机尚未真正意义上实现完全国产化。
目前，棉秆压缩打捆理论基础研究不足，关键核心技术仍需持续攻关。我国现有的棉秆联合压捆收获机大多是根据经验对现有的稻麦压捆机械进行改造而成，相对于粮食作物秸秆回收作业，可靠性较低、故障率较高，零部件容易磨损，零部件及整机使用寿命较短，因此折旧成本较高，很多农机户不愿意进行棉秆回收作业。
3）适合新疆棉秆（残膜）高效回收的机械缺乏。棉秆根茎较硬、不易腐烂，在土壤中存留时间较长，不能满足精细耕作农艺要求，而且棉秆根系中含有作物致病菌，对来年棉花生长有影响，因此从农艺上应该将棉秆连根拔
国家发展和改革委员会2021年发布《“十四五”循环经济发展规划》 （http：//www.moa.gov.cn/govpublic/ZZYGLS/202201/t20220113_6386808.htm）提出，到2025年我国资源循环型产业体系基本建立，覆盖全社会的资源循环利用体系基本建成，主要资源产出率比2020年提高约20%，农作物秸秆综合利用率保持在86%以上。在农业领域，通过加强农林废弃物资源化利用，加强废旧农用物资回收利用，推行循环型农业发展模式，深化农业循环经济发展，建立循环型农业生产方式。
2021年12月29日，国家农业农村部发布了《“十四五”全国种植业发展规划》，在棉花种植方面提出：到2025年，全国棉花播种面积稳定在320万h
1）加强棉秆回收机械研发创新力度，突破核心关键技术。当地政府应大力支持和加大研发投入，根据新疆棉花产业高质量发展需求出台政策，从技术、资金等方面给予支持和引导，结合新疆矮密植棉特点和规模化作业要求，加强农机农艺融合和产学研联合创新攻关，鼓励开展引进消化吸收再创新，充分利用重点建设项目和振兴重点产业结构形成的市场经济需求，加快推进棉秆回收机械自主研发进度，重点解决基础研究薄弱环节，突破核心关键技术，研发多样化、系列化机型。设立专项资金追踪国际先进技术，重点引进和推广国内外先进实用的新技术与新装备，加强自动化、智能化高新技术研究，不断提高棉秆回收技术装备水平。对于新疆自治区一些分散的小块棉田，研发小型棉秆起拔粉碎压缩打捆机，其投入小，农户容易接受；而对于新疆生产建设兵团规模化棉田，应开发大型高效自走式/牵引式棉秆联合收获机和粉碎压缩打捆机，突破棉秆低能耗高效粉碎、膜杂清除、高密度压缩打捆、自动捆扎打结等关键核心技术，实现多功能集成、高效作业和智能化控制。
大型高效方捆机和不间断打捆的高效圆捆机是当前亟待重点研发的机型。其中，大型方捆机可以借鉴欧美知名品牌，如美国麦赛福格森（Massey Ferguson）公司的MF2270XD大方捆打捆机、德国科罗尼（Krone）公司的BiGPack 1290 XC高速大方捆打捆机等。不间断打捆的高效圆捆机可借鉴美国威猛公司、德国科罗尼公司的成熟技术产品。经过田间试验证明，使用这种不间断打捆机与现有打捆机相比，可增效50
此外，可以借鉴德国科罗尼公司生产的Premos 5000自走式秸秆颗粒联合收获机，该机可直接将田间秸秆回收并加工成颗粒，相当于移动的小型加工厂。既能作为移动式颗粒收获机，又能作为固定式作业颗粒
2）完善棉秆收储运体系建设，建立棉秆离田回收利用技术模式。棉秆综合利用的前提条件是实现高效收获，并便于储存和运输。因此，为提高棉秆的综合利用率，不仅要解决棉秆的机械化收获问题，还必须使棉秆收获后有利于储存和运输。目前，棉秆离田回收循环利用过程中存在秸秆收集困难、运输成本高、储存条件要求高等问
新疆是我国最大的棉花产区和优质商品棉生产基地，棉秆资源丰富，是重要的农业可再生资源。本研究通过查阅相关文献资料，结合实地调研，以新疆棉秆回收机械化现状为主要研究对象，归纳总结国内外典型的棉秆回收机械研究与应用现状，系统分析我国棉秆回收机械的特点、存在问题和发展趋势，指出现阶段我国棉秆回收机械化程度低、收储运体系不完善是制约棉秆综合利用的瓶颈问题，提出要加强棉秆回收机械研发创新力度，突破核心关键技术；完善收储运体系建设，建立离田回收利用技术模式。目前，加快推进秸秆综合利用实现秸秆的资源化、商品化，是我国促进资源节约、环境保护和农民增收的重大举措。棉秆回收机械化是新疆秸秆资源化、商品化的重要环节，对于提高棉秆收获机械化水平和离田综合利用率、改善生态环境和提高经济效益具有重要的现实意义。因此，多措并举加快棉秆回收机械的研究与应用是当前保障新疆棉花产业高质量和可持续发展的重要途径和必然选择。
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