有機肥撒施機的種類與性能分析

劉希鋒，孫士明，錢曉輝，曾慶輝

(黑龍江省農業機械工程科學研究院，哈爾濱　150081)

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有機肥撒施機的種類與性能分析

劉希鋒，孫士明，錢曉輝，曾慶輝

(黑龍江省農業機械工程科學研究院，哈爾濱150081)

摘要：在有機肥資源量不斷增長的情況下，我國有機肥的施用比例卻不斷下降，并形成了嚴重的危害。有機肥撒施機是有機肥高效應用的必要手段。為此，對有機肥撒施機的種類、結構形式及性能特點進行了深入分析與評價，旨在幫助廣大種植或養殖業主能夠正確選擇和使用有機肥拋撒機，同時也為撒施機生產企業研發提供一定的參考依據。

關鍵詞：有機肥；撒施機；土壤改良；廄肥

0引言

隨著我國畜禽養殖業的快速發展，畜禽產生大量糞便和污水已經造成嚴重環境污染。據統計，畜禽糞便排放量已經達到工業固體廢棄物排放量的2.4倍，有機污染物中僅COD一項就超過工業和生活廢棄物中COD總和，成為環境污染三大源頭之一。根據國家環保總局的調查，我國每年畜禽糞便產生量約為19億t，環境壓力非常嚴重。

由于種植制度的變化，不合理使用化肥、農藥，我國一些地區土壤質量正呈惡化趨勢。1998年以來，盡管我國化肥、農藥、農膜等農用物資投入量一直在增加，但糧食單產卻沒有出現大幅度提高。目前，我國靠化肥投入量的增加能夠引起的產量增長已近極限，有些地方大量濫施化肥，單純使用化肥，使許多農田耕層變淺，土壤生物活性和保肥、保水能力降低，最終造成人們賴以生存的基本生產資料土壤出了問題，致使土壤結構破壞、土壤肥力耗損、土壤質量下降。在這種土壤上生產的農產品，品質下降，風味變壞，有害物質超標。因此，若不重視依靠農業科技提高耕地基礎地力，僅一味靠化肥、農藥、農膜等物資的大量投入來增加產量或維持高產，受報酬遞減率的作用，將難以實現糧食單產生產能力的繼續提高，對我國糧食安全和人民健康勢必造成嚴重威脅。

國外發達國家農業生產實踐表明：采用有機肥撒施機，將有機肥撒施到田間，既能改善土壤結構、提高土壤肥力，使土壤中水、肥、氣達到協調，提高耕地產出率，又能減輕畜禽糞便、農作物秸稈及生產生活有機垃圾等多種廢棄物對環境造成的污染，是實現農業可持續發展行之有效的方法。

1有機肥的定義及種類

有機肥料是指含有有機物質，既能提供農作物多種無機養分和有機養分，又能培肥改良土壤的一類肥料。農業上廣泛應用的有機肥主要有堆肥、漚肥、廄肥、沼肥、綠肥和泥肥等。有機肥按肥料的形態不同，可分為液態有機肥和固態有機肥兩大類，因此其撒施機具通常也相應分為液態有機肥撒施機和固態有機肥撒施機兩大類。

2液態有機肥灑施機

液態有機肥灑施機是一種能夠完成液肥地表灑施或地下深施作業的專用施肥機械，一般由罐體、抽吸裝置、灑施裝置、行走及平衡系統組成，其結構如圖1所示。最早的液態有機肥灑施機通過設置在機具后方的噴嘴直接將液態肥均勻噴灑到地表。由于液肥直接裸露在地表，易損失且不衛生，因此科研人員又進一步研發出3種不易造成液肥損失的撒施機械：第1種為管道式液肥注入機，利用泵從液肥罐中將液肥抽出，經過管道組直接注入土壤；第2種為鞋靴式液肥注入機，同樣利用泵將液肥從罐體內抽出，并注入土壤，并同時覆土；第3種為楔形液肥注入機，用泵將液肥注入土壤、覆土，可顯著減少機具對土表的擾動，如圖2所示。3種機器在液肥施用上非常有效，但在減少液肥中氨損失方面，以楔形注入機效果最好，其次是鞋靴式注入機和管道式注入機。

目前，液態有機肥灑施機正向大容量、多功能方向發展，其罐體容量可達30m3以上。在抽吸裝置方面，可配備各種不同的抽吸設備，既有簡單的手動接裝抽吸管，又有液壓控制的短型或長形抽吸臂；在撒施裝置方面，既可配備簡單噴嘴，又可配備9～18m噴灌軟管臺及深松施肥器等。

圖1液態有機肥撒施機

圖2楔形液肥注入機

3固態有機肥撒施機

固態有機肥撒施機以往也稱為廄肥撒施機，是一種以拖拉機為動力，把處理后的有機肥進行拋撒還田的專用農機具。固態有機肥撒施機按照動力驅動方式的不同，可分為地輪驅動式和拖拉機動力輸出軸驅動式兩大類。

3.1地輪驅動式撒施機

地輪驅動式撒施機通常應用在小型撒肥機上，肥箱容積一般為2～3m3。該機型主要由機架、箱體、物料輸送鏈板、地輪、撒肥輥及傳動機構等組成。工作時，在小四輪拖拉機的牽引下，一側地輪(配離合器，運輸狀態下脫離)通過鏈傳動機構將動力傳遞給位于料箱底板上的輸送鏈板，將料箱內的固態有機肥向料箱尾部輸送；另一側的地輪(配離合器，運輸狀態下脫離)通過鏈傳動將動力傳遞給撒肥輥，由撒肥輥將輸送至料箱尾部并開始下落的有機肥向后上方拋送；同時擊碎有機肥中的塊狀物料，使其均勻撒布到田間。該機型結構簡單、成本低廉，適合我國廣大農村小地塊使用。

1.牽引架2.輸送鏈板3.肥箱4.地輪5.拋撒輥

圖3地輪驅動式撒施機

3.2拖拉機后動力輸出驅動式撒肥機

拖拉機后動力輸出驅動式撒肥機主要應用在中、大型撒施機上，肥箱容積一般為4～20m3。這類機型按拋撒部件拋撒方式的不同，又可分為側向拋撒機及后向拋撒機兩類。后向拋撒機又分為拋撒輥式(雞冠軸式)和圓盤式兩種。其中，拋撒輥式按照拋撒輥的布置方式不同又可分為臥輥式和立輥式兩種。

1)側向拋撒機。該類拋撒機的肥箱一般設計成V型結構(即上寬下窄)，在肥箱下部設有低速旋轉的螺旋推送攪龍，負責將肥箱中的肥料輸送給肥料拋撒器。肥料拋撒器一般位于肥箱一側的肥料排出口處，肥料拋撒器上安裝多個拋撒葉片，在拖拉機動力輸出軸驅動下，拋撒器高速旋轉，負責將螺旋攪龍推送過來的肥料向遠處拋撒，同時擊碎塊狀肥料，拋撒距離最遠可達18m，如圖4所示。這種拋撒機的優點是拋撒面積大，可減少車輛在田間的往復次數，減輕土壤壓實；缺點是施肥量變異系數大，受風的影響大，不適合含水率過低的肥料拋撒。另外，采用V型料箱設計，料箱一般窄且高，裝料不便，加之內設輸送攪龍占位，因此箱體有效容積小(容量6～12m3)。

圖4側向拋撒機

2)臥輥式拋撒機。該類拋撒機主要由肥箱、送肥機構、拋撒機構、傳動系統及行走系統組成。肥箱一般設計成方形結構，如圖5所示。工作時，由送肥機構將肥箱內的肥料向后方輸送給拋撒輥，高速旋轉的拋撒輥將輸送過來的肥料向后上方拋撒，同時擊碎塊狀肥料。臥輥式拋撒機的撒肥輥為水平布置結構，并根據肥箱高度的不同，可設置多個拋撒輥，肥箱越高，數量越多，一般為1～3根，單輥式容量小2～4 m3，雙輥容量適中4～12m3，3輥容量大12～20m3，如圖6所示。臥輥式拋撒機優點是能夠保持施肥厚度均勻一致，施肥量變異系數小，施肥量大；缺點為撒施幅窄，一般為2～5m。

臥輥式拋撒機的送肥機構大多采用鏈式輸送機構，優點是結構簡單、占用體積小，同時為了適應不同排肥量的需求，一般可進行3～5擋變速；缺點是易損壞，由于打滑現象的存在，會造成送肥量不夠穩定，尤其在肥箱較高的情況下更為明顯。為此，一些歐美廠商開發出底部螺旋攪龍式送料機構，但這種機構由于占用肥箱容積較大，所以應用收到一定限制，如圖7所示。為了解決上述問題，黑龍江省農業機械工程科學研究院開發出新型液壓式送肥機構。該機構采用采用雙層液壓推肥底板，在兩個液壓缸的作用下，按照先后順序分別推送上下兩層推肥底板，分別向后方的拋撒輥送肥。這種機構的優點是送肥量均勻穩定，并可實現推肥速度的連續可調，有效避免以往鏈式輸送機構存在的手動分檔變速調速范圍小、不精確、易打滑及故障高等缺點。同時，這種液壓式送肥機構不但能夠在自動控制系統的控制下自動調節送肥量，而且能夠通過進一步功能擴展，與農業地理信息系統進行互聯，根據不同地塊的肥量需求信息，實現有機肥的同步變量拋撒。

圖5臥輥式拋撒機

3)立輥式拋撒機。立輥式拋撒機是在臥輥式拋撒機的基礎上研發出來的，主要變化就是將臥輥式拋撒機的拋撒輥由水平布置改為豎直布置，并對拋撒葉片的角度和排列進行了重新設計，一般有雙立輥式和四立輥式2種，見圖7所示。立輥式設計與臥輥式相比有效增加了拋撒幅寬，一般可達4～8m。立輥式拋撒機的優點是拋撒幅寬顯著增加，施肥速度快，不易堵塞，施肥量變異系數介于側向拋撒機與臥輥式拋撒機之間。目前，其已經成為國外固態有機肥拋撒的主要機型。

圖6三臥輥拋撒機

圖7四立輥拋撒機

4)圓盤式拋撒機。圓盤式拋撒機借鑒了圓盤式化肥撒肥機的拋撒部件原理和優點，在肥箱采用了類似側向拋撒機的V型結構，拋撒部件(拋撒圓盤)位于肥箱尾端，工作時由螺旋攪龍或輸送鏈板向后為拋撒圓盤送肥。這種拋撒機拋撒幅寬較大，施肥量變異系數較低；但受其原理和結構制約，撒肥量較小，在應用上受到一定限制，適合肥量拋撒較少的地塊。為此，一些廠家將圓盤式拋撒機與立輥式拋撒機的優點進行了有益的結合，研發出了新型立輥圓盤式拋撒機，如圖8所示。該機型兼具了兩種機型的優點，既提高了撒肥量，又降低了施肥量變異系數。

圖8立輥圓盤式拋撒機

5固態有機肥拋撒機性能分析

評價撒肥機作業性能優劣有幾個重要的技術參數，即工作幅寬、特征施肥量、特征排肥量及變異系數(CV)等。

5.1工作幅寬

工作幅寬是指相鄰兩行程施肥的中心距離，是由撒肥機拋撒寬度(拋撒肥料時橫向最左端到最右端的距離)減去最佳重疊量計算出來的。相同條件下，工作幅寬大的撒肥機作業效率要高于工作幅寬小的撒肥機。但在實際應用時發現，不同類型撒肥機(肥箱容量接近)之間進行比較時，工作幅寬越大的撒肥機其施肥變異系數越高，即側向撒肥機的變異系數高于立輥式撒肥機，立輥式撒肥機的變異系數高于臥輥式撒肥機。

5.2特征施肥量

特征施肥量是通過拋撒機的特征排肥量、工作幅寬和前進速度計算的施肥量，即理論施肥量。一般要求拋撒機特征施肥量至少應在1～4kg/m2范圍內。一般拋撒機廠家在機具出廠時，都應在使用說明書中給出拋撒機不同前進速度下的理論施肥量，供機具使用者參考。

5.3特征排肥量

特征排肥量是指拋撒機送肥機構在特定的施肥時間段內輸送給拋撒機構的平均排肥量，也可理解為送肥機構的理論輸送速度。特征排肥量是影響特征施肥量的關鍵指標。對于地輪驅動式拋撒機，其特征排肥量會隨著撒肥機前進速度的改變而改變；而拖拉機后動力輸出驅動式撒肥機，則在其設計完成時其特征排肥量基本固定。為了適應機具使用者對單位面積內不同施肥量的需求，目前性能先進的立輥或臥輥式拋撒機都設計并實現了3～5擋特征排肥量，國家標準要求拋撒機實際作業中排肥量的變化應在特征排肥量的-15%～+15%以內。一般來說，1臺拋撒機擁有的特征排肥量數量越多、涵蓋范圍越大、誤差范圍越小，其性能越優越。由此可見，采用液壓式送肥機構的拋撒機排肥精確性必然優于采用機械變速式送肥機構的拋撒機。

5.4變異系數(CV)

變異系數(Coefficient of Variation)簡稱CV，是表示拋撒機撒肥量一致性和撒肥精確性的性能指標。變異系數越小的撒肥機，其撒肥量一致性越高，精度越高；反之，變異系數越大的撒肥機則施肥量一致性越差，精度越低。拋撒機的特征排肥量誤差范圍的大小和拋撒機構撒布性能的優劣是影響其變異系數高低的主要因素。我國國家標準(GB/T25401-2010)要求廄肥撒施機在其特殊規定的試驗條件下測量出變異系數(CV)應小于40%。目前，市場上應用的大多數有機肥撒施機都能夠達到這一要求，其中臥輥式有機肥拋撒機撒肥量一致性較高，一般變異系數小于20%。

6結語

我國建國以后有機肥的施用比例逐年下降。據農業部農技推廣中心的數據，有機肥在肥料總投入量中的比例為：1949年99.9%，1965年80.7%，1980年47.1%，1990年37.4%。依據《2004年中國環境狀況公報》公布的數字，2003年全國有機肥施用量僅占肥料施用總量的25%，并繼續下降。總之，我國有機肥的施用比例已經降到了嚴重的程度。

國家對有機肥的生產與使用十分重視，近幾年在政策方面給予傾斜來支持其發展。從2008年6月1日開始，根據財政部和國家稅務總局的文件要求，生物有機肥產品完全免稅。不僅如此，國家還相繼啟動“無公害食品行動計劃”“綠色食品”“有機食品”認證等相關計劃及政策，對農產品進行質量安全控制，一定程度上也帶動了有機肥的市場需求。2012年以來，國家農業部、財政部每年都出臺土壤有機質提升相關補貼政策，促進有機肥施用比例的提升。

國外對有機肥撒施技術的研究和應用已十分廣泛，不同容積、不同種類的有機肥撒施機一應俱全， 而且大多已取得了較為理想的效果。我國有機肥撒施機研究和產品開發還處于起步階段，近幾年在國家相關政策的扶持下，這一行業正在快速發展。因此，有必要在借鑒國外先進技術和經驗的基礎上，因地制宜地運用和發展適合我國國情的有機肥撒施技術及機具。在有機肥撒施機具的選擇上，更要根據自身的實際情況選擇適合本地區生產條件和發展需要的有機肥撒施機具，盲目追求技術先進的進口設備或簡陋的廉價設備都是不可取的。另外，有機肥撒施必須配套有機肥生產、裝料等設施、設備，并且具備種養結合農業生產模式，即在一定范圍或區域內形成生態循環，減少運輸半徑，才能取得顯著的經濟效益和生態效益。

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The Types and Performance Analysis of Organic Manure Spreader

Liu Xifeng, Sun Shiming, Qian Xiaohui, Zeng Qinghui

(Heilongjiang Institute Agricultural Mechanical Engineering Science,Harbin 150081,China )

Abstract：With the increasing of organic manure resources, the proportion of organic manure application in China has been declining, and has formed a serious hazard. Organic manure spreader is necessary for efficient utilization of organic manure. Therefore the types, structure and performance characteristics of manure spreader were in-depth analysis and evaluation, to help our planting or breeding owners to the correct choice and use of manure spreader, and provide the certain reference for the spreader R & D and production enterprises.

Key words：soil improvement; organic manure; barnyard manure; spreader

文章編號：1003-188X(2016)06-0259-05

中圖分類號：S224.21

文獻標識碼：A

作者簡介：劉希鋒(1974-)，男，內蒙古興安盟人，研究員級高級工程師，碩士，(E-mail)lxf056@163.com。

基金項目：黑龍江省科研機構創新能力提升專項計劃項目(YC13D002)；“十二五”國家科技支撐計劃課題(2014BAD06B04-2-2)

收稿日期：2015-07-01