果園綠肥粉碎翻壓裝備研究現狀分析

楊 旺 ，趙勁飛 ，陳云生 ，張 宏 ，廖結安 ※

（1.塔里木大學機械電氣化工程學院，新疆阿拉爾843300；2.新疆維吾爾自治區普通高等學校現代農業工程重點實驗室）

0 引言

我國水果種植面積自1978 年以來迅速增長，現階段果園種植面積和水果產量均居世界首位。根據國家統計局資料顯示，2017 年我國果園種植面積達到11 135.92 khm2，占農業總面積的49.12%，2018 年果園種植面積增加至11 874.93 khm2，同比增長6.64%[1]。隨著國家推進“質量興農、綠色興農”戰略，種植果園綠肥成為一種現代化綠色果園土壤管理模式[2-3]。綠肥指通過對綠色植物體直接翻壓還田、異地施用或集中發酵用作生物肥料的綠色植物體。綠肥的幼嫩莖葉等在土壤微生物的作用下腐解后，能提高土壤中大量元素及許多中微量元素的含量，同時，種植綠肥具有改變土壤理化性質、增加土壤有機質、提高作物產量和品質作用[4-6]。

由于果園綠肥種類較多，傳統翻壓機械針對莖稈較高的綠肥作物，淺翻會影響綠肥的翻壓效果，而深翻又可能會損傷果樹的地表根系。因此，采用果園綠肥粉碎翻壓裝備先將綠肥進行粉碎后再翻壓，既可提升果園綠肥利用率，又可降低果樹地表根系的損傷率。

1 國內研究現狀

1.1 傳統割草機用于綠肥粉碎

目前通常使用滾刀式、圓盤式及甩刀式割草機進行果園綠肥的粉碎處理，然后在中耕時進行翻壓，雖然也可以完成綠肥作物的粉碎翻壓工作，但是費時費力，效率低。粉碎后綠肥作物的莖稈枝葉未及時翻壓處理，會導致其處于晾曬狀態，水分易流失，肥效降低，腐解速度減緩。而且復播綠肥作物時，易將種子播撒到表層土壤的莖稈枝葉上，出現晾種現象，進而出現弱苗，缺苗現象[7]。

圖1 常見割草機類型

1.2 綠肥粉碎翻壓機

目前，綠肥相關專用機械的研發剛起步，但是發展速度相對較快[8]。如沈陽農業大學王偉等研制出9GB-1.6 型果園避障綠肥粉碎機（圖2），配置了位置傳感器和液壓裝置控制的副割草機，可實現果樹根部，果樹株間綠肥的粉碎，提升了作業機的作業范圍與效果；4JY-100 型側輸式綠肥莖稈切碎還田機（圖3），可將粉碎后的綠肥莖稈從一側輸出，將其綠肥堆積到果樹主根上方，提高保墑效果。二者均能較好的完成基本的果園行間綠肥的粉碎還田。南京農機化研究所的吳惠昌等人還研制出GFY-200 型綠肥粉碎翻壓復式作業機（圖4），該機械先采用預切粉碎，后進行旋耕翻壓，優點在于可減小翻耕深度，并且提高翻壓效果，能夠實現粉碎翻壓一次性作業，高效節能，可滿足果園綠肥發展的要求。

圖 2 9GB-1.6 型避障綠肥粉碎機

圖3 4JY-100 型側輸式綠肥粉碎機

1.3 相關機械

2020 年游兆延、張沖等人設計研制了紫云英綠肥盛花期埋切翻壓組合作業機（圖5）。該機工作時，埋切部件由拖拉機推行而向前移動，隨著輥筒組件前移，輥筒組件上的壓切刀旋轉，紫云英綠肥被推倒并切成一段段短小莖稈，后置翻壓部件僅需較小耕深，即可將壓切后的紫云英莖稈翻壓到土中[9]。該機轉向半徑較大，適用于大田作業，且其耕深達到220 mm，容易損傷果樹地表根系，不建議用于果園作業。

圖4 GFY-200 型綠肥粉碎翻壓復式作業機

圖5 紫云英綠肥盛花期埋切翻壓組合作業機

楊慶璐等人設計研發的伸縮指桿式玉米秸稈旋耕掩埋機（圖6），由于偏心軸固定，伸縮指桿組沿著孔做伸縮運動，且先于旋耕刀片接觸未耕地表，由于地表的反作用力，扭簧發生變形，沿地表向后滑動繼而將秸稈推送至上一把刀切開的土壤中，下一把刀把切碎的土壤覆蓋到伸縮指桿推送的秸稈上，完成一次覆蓋。同時，上一把刀將土和部分秸稈拋至后上方，在柵欄作用下，大部分秸稈落回地表，土壤繼續穿過柵欄向后上方運動，撞擊到擋土板時，土壤落下至秸稈上方二次覆蓋，隨后壓稈齒在鎮壓輪作用下將地表殘余秸稈壓入土壤，完成三次覆蓋[7]。該機利用伸縮指桿與偏心軸配合，能將粉碎后的玉米秸稈進行高效翻壓，達到“桿下土上”的目的。

張文良等人設計的秸稈犁旋還田聯合作業機（圖7），其原理為：由拖拉機牽引犁旋聯合作業機前進，防纏草切刀安裝于犁體前方，先切草入土，將秸稈切斷并壓入土壤以防止纏繞，然后中間犁體進行耕翻作業，側邊犁體進行開溝，犁耕深度由限深輪來控制。旋埋刀輥帶動彎刀、橫刀進行協同作業，進一步將秸稈打碎深埋，破碎土壤，最后在平土拖板作用下平整地表[10]。

另外，近幾年在水稻、棉花、玉米秸稈的粉碎還田機的設計原理、翻壓技術、防纏繞技術等各方面也取得了一定的成果[11-13]。為果園綠肥粉碎翻壓機械的研制創新提供了良好的技術支持。

圖7 秸稈犁旋還田聯合作業機

2 國外研究現狀

在國外，綠肥被稱作“覆蓋作物”，廣泛應用于農業生產中。國外綠肥翻壓作業和作物播種作業同時進行[8,14]，如加拿大Flexi-coil 公司研制的5000 型免耕播種施肥機（圖8a），可高效的實現免耕播種。其采用多梁結構的鏟式開溝器，防堵塞功能較強，作業幅寬最大可達到36.6 m，工作效率高，機械化程度高。美國的JohnDeere公司研制生產的1590 型免耕條播機（圖8b），破茬能力較強，地面仿形能力優良，可實現秸稈還田和精量播種。荷蘭Van Wamel B.V.公司的一款綠肥翻青機（圖8c），可進行綠肥作物在前端裝置下粉碎，后端機構下翻壓聯合作業。美國研究了一種綠肥免耕機械作業新模式，即在綠肥壓青機碾壓后，在碾壓后的綠肥作物莖稈等上復播，為防止由于出現架種、晾種等問題，而影響出苗率，設計了旋轉切刀及壓輪組配式播區整理裝置（圖8d），旋轉切刀將播種區綠肥莖稈等進行清理，壓輪壓住綠肥莖稈等以防其進入播種槽影響播種質量。

圖8 國外綠肥翻壓機械

由于國外綠肥粉碎翻壓機械大多以大中型為主，價格高昂、與國產拖拉機動力匹配度較差，而且考慮到我國果園作業條件、綠肥種植規模以及農戶經濟水平等各方面因素，國外綠肥粉碎翻壓機械在國內果園綠肥的推廣應用方面存在很大的局限性。

3 我國果園綠肥粉碎翻壓裝備存在的問題

3.1 研發力度不足

現階段我國綠肥研究主要集中于水稻、烤煙、小麥、玉米以及果茶樹等研究領域[15]，在研制果園綠肥粉碎翻壓機械方資金面投入相對匱乏，研究團隊少。研究手段大多以仿制為主，研制的機械功能單一，專用性、適用性方面都存在問題，農機農藝的融合程度不高。再者，目前對綠肥作物的生長特性、力學特性等研究不足，從而致使研發的粉碎翻壓裝備種類較少，通用性雖強，但易造成能源浪費，降低了果農收益。

3.2 綠肥供肥機制不夠完善

綠肥—土壤—果樹養分循環特征與調控機制[16]有待完善。土壤生物、土壤化學，物理性狀、綠肥粉碎程度、翻壓深度對綠肥腐解的作用以及果樹對腐解后綠肥的吸收利用情況等的指標體系構建不夠完善，未建立科學的綠肥效應預測模型。

3.3 推廣適用性不強

果農對種植綠肥作物的重視程度不夠，種植規模較小，導致對果園專用的綠肥機械需求不大，從而沒有系統地生產相關機械，目前依舊停留在研發設計階段。另外，對購置綠肥粉碎翻壓機械的補貼力度小。

4 對策與建議

針對以上存在的問題，對目前果園綠肥粉碎翻壓機械的研發推廣提出以下對策與及建議：（1）應加大對果園綠肥機械研發的投資力度，加大綠肥機械的購機補貼，引進國外先進技術，借鑒同類相關機械的研發技術經驗，形成綠肥體系獨特的技術、政策和方法；（2）發展模式上，要因地制宜，研發適用于當地地形、土壤、作物的機型。優先發展結構簡單，價格低廉的中小型綠肥粉碎或翻壓機械，爭取短時間內完成機械化單項作業，然后研發多功能粉碎翻壓一體機械裝備，繼而向著智能化技術出發，實現果園綠肥還田的機械化。（3）加強對果農的引導，使其深刻了解種植果園綠肥果農的意義，加強對種植果園綠肥的宣傳力度，調動果農的積極性，擴增種植面積，形成規?；墓麍@綠肥種植體系。（4）堅持農機農藝相融合，即工作機制的融合、技術創新機制的融合、加強技術標準的融合、推動農業生產經營模式的融合等，構建果園綠肥效應的指標體系及預測模型等。