設施大棚深耕松土施肥機研究試驗

郭玉林，王 帥，馮 磊，李 琳，劉志良，梁學強

（天津市農業發展服務中心，天津 300061）

設施農業生產方式靈活，集約化、標準化、規模化程度高，在農業和農村經濟發展、鄉村振興中發揮著越來越重要的作用。近年來，天津市設施農業實現了快速發展，但由于設施農業獨特的生產環境，大型農機具無法進入，機械化作業程度普遍偏低，種植環節大多依賴人工作業，勞動強度大，工作效率低。同時，連年淺耕導致土壤耕層只有12～15 cm左右，土壤板結退化嚴重，厚硬的犁底層阻礙了土壤上下水氣的貫通，土壤毛細管被破壞，土壤養分輸送能力降低，影響植株對水、肥、氣、熱的吸利利用。目前，現有的大田作業深松機不適宜在設施內進行耕整作業，微耕機也不能滿足設施內深耕作業的要求，而土壤深松作業可以破除犁底層，疏松土壤，抑制土傳病害的發生，有效提高土壤的透水、透氣性能。

天津市設施農業以種植反季節果蔬為主，經濟附加值較高，一般都需要施用大量有機肥，以改善土壤的理化性質和生物活性，促進作物根系生長發育。2020年天津市實施了商品有機肥補助工作，促進有機肥資源化利用，推進有機肥產業和種養業協調發展，提升耕地質量，保護生態環境。因此，急需研制與設施農業生產配套的深耕松土施肥機，解決設施農業長期耕層淺、土壤板結、施肥效率低與利用率低等問題。

1 天津市設施農業發展現狀

截至2018年末，天津市常住人口達到1 557萬人，隨著居民消費水平的提升，對設施農產品的需求不斷增加，促使天津市設施農業產業迅速發展。目前，天津市設施農業總面積35 388.23萬m2，其中連棟溫室1 316.11萬m2，日光溫室18 759.5萬m2，塑料大棚15 312.63萬m2（農業部農業機械化管理司2016年統計數據）。

2 設計思路

按照天津市溫室大棚的結構特點，研究試制深耕松土施肥機，實現設施內的深耕、松土、施肥聯合作業，減少拖拉機進地次數，提高作業效率。設計思路是在深耕機的基礎上增加排肥、施肥裝置，完善結構布置，機具總體結構包括深耕部分和施肥構造2個部分（圖1和圖2）。

圖1 撒肥機俯視圖

圖2 撒肥機側視圖

2.1 深耕部分

在深耕機的基礎上，將圓梁形式改為框架形式，使之能與施肥構造部分配合；將原來的深耕機刀軸刀庫數量改變，增加深耕刀數量，使深耕機在運轉過程中更加平穩。該深耕刀為非標準件，在設計時借鑒犁“撕裂”土壤的原理，改進設計深耕刀，刀軸回轉半徑305 mm。具有3個特點：（1）刀體加寬加厚，材料選擇錳鋼，表面進行沾油淬火處理，增加刀本身的剛性和韌性，刀頭選擇箭形鏟狀，使土壤能夠受到切削、彎曲等多重作用。（2）深耕刀保持一定的曲線和切土角，以便減少作業過程中纏連草和作物根茬。（3）刀座加長并且在刀座口增加加強圈，防止刀座因受力過大而損毀。

為使深耕機在作業時避免漏耕和堵塞，同時還要達到一定的耕深，合理安排深耕刀數量與排列方式。深耕刀在刀軸上的配置有2個特點：（1）在一個回轉平面內只安裝一把刀，以便減小作業阻力所帶來的功率損失；（2）深耕刀在刀軸上按照螺旋狀單頭排列安裝的形式，每把深耕刀之間都存在一定的相位角，刀軸每轉過一個相等的角度，都有相應的深耕刀入土，保證深耕機在工作時的穩定性和刀軸的負荷均勻。

2.2 施肥構造部分

分為驅動、肥箱、控制3個部分。（1）驅動部分，為避免消耗拖拉機動力，將施肥構造部分驅動與深耕機驅動分開，用拖拉機電瓶電源帶動電機驅動肥箱肥盒轉動；（2）肥箱部分，肥箱側板采用4 mm厚不銹鋼板，主體、出肥口采用2 mm厚不銹鋼板，避免肥箱被肥料腐蝕。出肥口設置在深耕機前梁部分，在深耕之前施肥，使有機肥與土壤均勻深層次混合；（3）控制部分，采用行程開關控制，將行程開關安放在托板支架部位，在深耕機運轉下地之后，托板上揚，托板支桿轉動，行程開關閉合形成回路完整，電機轉動，肥箱施肥；深耕機停止運轉抬起，托板下落，托板支桿轉動，行程開關斷開，回路斷開，電機停止運行，肥箱停止施肥。此設計將肥箱和深耕機控制結合，由深耕機控制肥箱，無需人工控制肥箱，避免肥料浪費或施肥不到位。

3 作業試驗

樣機試制后，開展了機具作業速度、施肥量、作業深度、施肥均勻性的生產性能測試。

由表1可以看出，研制的機具在作業I檔帶動施肥機具作業時，作業速度穩定，符合深耕及施肥的要求。

表1 實際作業速度測定

由表2可以看出，深耕松土施肥機在其排肥裝置最大間隙工作時，符合并且超過其最大排肥量300 kg·h-1的要求，使用者可以根據排肥量的不同，來調節排肥裝置的間隙。

表2 深耕松土施肥機施肥量測定

由表3可以看出，深耕機可以達到28 cm的耕深，打破厚實的犁底層，真正達到了物理方式改良土壤結構的效果，土壤碎土率和耕后平整度也達到了旋耕作業標準。

表3 深耕松土施肥機作業深度測試

圖3 機具作業現場

由于在實際作業中肥料會與土壤混合，無法觀察均勻度，所以選擇在路面測試并且旋耕刀停止工作，選擇的是含水率為30%的粉狀微生物菌肥。通過測試可以看出該機具排肥均勻，如圖4所示。

圖4 排肥均勻度

4 設備定型參數

4.1 定型參數

經生產驗證后，研制的大棚深耕松土施肥機具參數見表4。即配套動力需要40～55馬力拖拉機，重要300 kg，施肥寬度140 cm，肥料箱容量450 L，深耕深度≥28 cm，作業速度2.2～2.4 km·h-1。

表4 機具性能參數

5 結論與討論

通過試驗，研制開發的深耕松土施肥機能一次性完成施肥、深耕、整地復式作業，連續作業性能穩定，各項指標參數達到設計要求。該機具的使用對提高設施農業機械化作業效率、防止肥料流失，降低作業成本，節本增效具有積極的促進作用。根據土壤情況，作業時科學考慮拖拉機性能和深耕松土施肥機作業效率，盡量選用工作I檔位。科學合理匹配人工填料，以達到效率最大化。