粉葛種植旋耕起壟設備現狀與發展趨勢探討*

王 瑛 ， 馮 艷 ， 付 捷 ， 蔣雷鳴 ， 舒 娟 ， 吳鵬輝

（江西省農業技術推廣中心，江西 南昌 330006）

粉葛是我國藥食兼用特色經濟作物，素有“北參南葛”“亞洲人參”的美譽，具有較高營養價值和藥用價值。發展以粉葛為核心的地方特色經濟產業，對加快農業供給側結構性改革、促進農民增收等具有重大意義[1]。粉葛種植前需要進行土壤的翻耕和旋耕起壟作業。旋耕起壟設備是一種由拖拉機動力驅動、能同時完成旋耕和起壟作業的土壤耕作設備，具有碎土性能好、起壟定型好、作業效率高、減少機具進地次數、縮短農時、降低生產成本、適應性強和操作簡單等優點，廣泛應用于各種土壤的旋耕起壟作業。粉葛種植旋耕起壟作業是粉葛種植的關鍵環節，粉葛屬于長根莖類作物，起壟高度必須大于50 cm，才能滿足粉葛的生長需要。現有紅薯、中藥材等使用的旋耕起壟機起壟高度通常小于40 cm，不能很好地用在粉葛種植的深旋耕高起壟作業。因此，調研國內外粉葛種植旋耕起壟設備的發展現狀和技術特點，分析存在的問題，研究推廣粉葛種植旋耕起壟設備技術，解決粉葛種植機械化旋耕起壟作業難題，必將對國內粉葛產業的發展及種葛經濟效益的提高產生重大影響。

1 粉葛種植旋耕起壟作業要求

粉葛是豆科葛屬植物，塊根肥大，屬于長根莖類作物。粉葛可在各種土壤中生長，適宜在我國大部分地區種植，并且不必灌溉和防治病蟲害便可豐收[2]。通常每年10月左右開始翻耕整地，翻耕主要采用鏵式犁和圓盤犁進行深耕作業，耕深要達到20 cm～30 cm。下一年2月到3月進行旋耕起壟作業，起壟壟型為梯形，壟距13 cm～20 cm，壟面寬30 cm～70 cm，壟底寬90 cm～120 cm，壟溝寬40 cm～80 cm，壟高50 cm以上。起壟方向平原地區以南北走向較好，坡地的起壟方向宜與山坡垂直，同時，開好田間排水溝，便于排水降漬[3]。

2 粉葛種植旋耕起壟設備現狀

發達國家旋耕起壟設備研究較早，旋耕起壟設備技術領先我國，在馬鈴薯、紅薯等產業應用廣泛。美歐等國家使用大型拖拉機牽引，帶動大型旋耕起壟機進行旋耕、起壟和整平壟體作業。韓國、日本等國家以小型旋耕起壟機為主，同時研發起壟鎮壓技術和適應不同壟形的旋耕起壟施肥機。

國內旋耕起壟設備研發較晚，整體技術落后發達國家，主要應用于木薯、紅薯、馬鈴薯、煙草、中藥材等產業。現有微型旋耕起壟機、旋耕起壟施肥機和犁式起壟機等類型，微型旋耕起壟機為自帶動力自走式作業方式，適宜丘陵山區小壟單行作業，旋耕起壟施肥機和犁式起壟機為動力懸掛式作業方式，適宜地勢平坦地區大壟單行或多行作業[4]。

長期以來，國內粉葛種植旋耕起壟作業多數借用木薯、紅薯、馬鈴薯、煙草、中藥材等使用的旋耕起壟設備。這種通用型旋耕起壟機起壟高度通常小于40 cm，不能滿足粉葛生長所需的50 cm以上要求。在粉葛種植中，為了解決粉葛種植環節中的高起壟問題，大多數種植戶采用工程挖掘機堆垛起壟。雖然起壟高度能達到粉葛生長所需的50 cm以上要求，但存在著生產效率低、作業成本高（起壟作業成本高達680元/畝～1 000元/畝）、壟型不直、壟型不標準、壟體松散、易塌陷、壟體土塊大、碎土率達不到粉葛種植要求、不利于葛根幼苗生長、易死苗等問題，嚴重影響葛根產量、品質和種植葛根的經濟效益[5]。

為了解決粉葛種植旋耕起壟作業瓶頸難題，近年來，部分科研機構和企業開始研制粉葛種植旋耕起壟機并選擇其他旋耕起壟機在粉葛種植上進行試驗研究，取得了較好效果，代表機型如下。

2.1 深耕高壟旋耕起壟機

現有的紅薯、中藥材等使用的旋耕起壟機起壟高度通常小于40 cm，不能很好地用在粉葛種植的深旋耕高起壟作業。主要原因是普通旋耕機旋耕深度為8 cm～18 cm，耕作深度比較淺，通過旋耕的土壤厚度不夠，壟體的土壤體積不足，壟高達不到50 cm以上要求。深耕高壟旋耕起壟機采用專用深旋耕起壟刀軸和加長旋耕刀、起壟刀，增加旋耕刀、起壟刀的旋轉半徑，旋耕深度20 cm～35 cm，滿足粉葛種植高起壟的松土層要求，配置高起壟裝置，起壟高度大于50 cm。深耕高壟旋耕起壟機如圖1所示。

圖1 深耕高壟旋耕起壟機

深耕高壟旋耕起壟機采用深旋耕起壟刀輥與高起壟裝置于一體，深旋耕起壟刀輥后接高起壟裝置，可同時完成深旋耕和高起壟作業，滿足粉葛種植深旋耕高起壟作業需求。該機主要由懸掛架、機架、齒輪箱、左深旋耕起壟刀輥、右深旋耕起壟刀輥和起壟成型板等構成。具有土壤細碎、壟型標準、生產效率高、作業成本低、結構緊湊、性能良好、工作平穩等優點。主要技術參數：配套動力66.2 kW，耕寬200 cm，耕深20 cm～35 cm，起壟壟面寬30 cm～45 cm，壟底寬110 cm，壟溝寬60 cm～70 cm，壟高≥50 cm，壟間距170 cm～180 cm，作業速度1.5 km/h～2 km/h，純作業生產率0.25 hm2/h～0.36 hm2/h[6]。與工程挖掘機挖掘起壟相比，提高效率12倍，每畝節約成本530元～750元。由于起壟高度達50 cm以上，可省略原有粉葛種植農藝中制作露頭包費用，每畝節約成本100元。露頭工序更簡便，每畝節省成本300元。因此，采用深旋高壟旋耕起壟機進行粉葛種植旋耕起壟作業每畝共可節約成本930元～1 150元。該機可供廣大粉葛種植合作社、農業企業及專業戶使用，具有廣闊的市場前景。

2.2 立式旋耕粉壟機

粉葛種植起高壟是為了滿足粉葛生長需要的松土層厚度，采用粉壟耕作技術同樣能夠達到粉葛種植生長所需的松土層厚度。該技術工作原理是利用立式螺旋鉆頭，通過垂直旋轉切割土壤，以達到深耕深松土壤的目的，在不改變土壤結構情況下打破板結犁底層，使土壤粉碎并自然懸浮成壟。該技術能夠活化利用深層土壤資源，促進作物生長各種資源的高效利用，并提高作物產量和質量。立式旋耕粉壟機如圖2所示。該機主要由懸掛架、機架、齒輪箱、立式螺旋鉆頭等組成，螺旋鉆頭可以選擇配置1～13個。其粉壟松土層深度大于50 cm，土壤細碎、保水性好，有利于粉葛的生長，但存在著生產效率不高、作業成本較高、易水淹、易爛葛、須根增多、機械化收獲困難等缺點。因此，立式旋耕粉壟機主要用于山坡等旱地粉葛種植旋耕起壟，不宜用于水田粉葛種植旋耕起壟。

圖2 立式旋耕粉壟機

3 粉葛種植旋耕起壟設備發展趨勢

3.1 旋耕起壟施肥覆膜等聯合作業機研制

粉葛種植前需進行土壤旋耕、施肥、起壟、噴藥、鋪滴灌帶、覆膜以及打孔等多項作業，為了減少拖拉機進地次數，提高作業效率，節省成本，必須研發一機多用的聯合作業設備。在現有深耕高壟旋耕起壟機的基礎上通過增加工作部件，實現旋耕整地、施肥、起壟、噴藥、鋪滴灌帶、覆膜以及打孔等聯合作業，既可部分聯合，也可全部聯合，但這需在解決動力合理匹配及傳動問題的前提下進行。現有深耕高壟旋耕起壟機還需要進一步優化，研究開發自適應田塊變化的壟型成型設備和彈性可調鎮壓技術，以便獲得更好的作業性能。

3.2 自動化、智能化、無人駕駛技術應用

隨著現代科學技術的飛速發展，一些新技術將在旋耕起壟機上得到應用，利用衛星導航定位系統、物聯網、無線通信、大數據、人工智能、遙感、地理信息系統等技術可以開發帶有避障系統的智能旋耕起壟機。通過控制旋耕起壟機改變作業路徑，可以實現旋耕起壟機無法耕作的障礙物間區域的有效耕作，防止出現少耕、漏耕現象。另外，利用無人駕駛技術在有斜坡的地勢以及夜晚作業時也能精確駕駛，以確保起壟的直線度和壟距。這些充分利用先進科技的旋耕起壟技術是未來旋耕起壟機的主要發展方向[7-8]。

3.3 高強耐磨材料及仿生技術應用

旋耕起壟機為田間作業設備，其旋耕起壟刀輥、起壟器、鎮壓器等與田間碎石、土塊不斷撞擊摩擦，使得旋耕起壟刀輥、起壟器、鎮壓器及機架等極易磨損、斷裂，降低了設備使用壽命，增加了作業成本。如何將高強耐磨、價格低的材料應用到旋耕起壟機制造中是未來旋耕起壟機研發的主要內容之一。此外，起壟成型器、鎮壓器與土壤接觸摩擦，表面黏土增多，造成工作阻力增大，作業質量變差，生產效率降低，能耗增加，嚴重時甚至無法正常工作。可以通過對具有減黏降阻功能的生物進行仿生學研究，將其成果應用到旋耕起壟機減黏脫土上，對旋耕起壟機性能的提高具有重要意義[9-11]。

4 結束語

1）粉葛種植旋耕起壟設備仍處在起步階段。由于我國從事粉葛種植旋耕起壟設備研究的單位少，研發投入不足，設備研發滯后，旋耕起壟機械化基礎研究與關鍵技術研究薄弱，土壤和機器互作機理研究不足，農機農藝融合不夠，技術集成度不夠，機具的專業化和系列化程度低，整體水平還不高。因此，粉葛種植旋耕起壟設備仍處在起步階段。

2）研制深耕高壟旋耕起壟施肥 覆膜等聯合作業機是粉葛種植旋耕起壟設備的發展方向。在現有深耕高壟旋耕起壟機的基礎上通過增加工作部件，實現旋耕整地、施肥、起壟、噴藥、鋪滴灌帶、覆膜以及打孔等聯合作業，并研究開發自適應田塊變化的壟型成型設備和彈性可調鎮壓技術，以滿足粉葛種植旋耕起壟作業需求，提高作業效率，降低作業成本。

3）因地制宜選擇旋耕起壟作業模式。粉葛種植旋耕起壟作業模式有深耕高壟旋耕起壟和立式旋耕粉壟兩種作業模式。各地粉葛種植區域環境差異較大，尚無規范化的粉葛種植標準，規模化種植較少。因此，各地應結合種植習慣、土壤特性、降雨量等因素選擇適宜當地的旋耕起壟作業模式，制定粉葛高效種植標準，推廣標準化種植和規模化種植，促進我國粉葛產業快速發展。