葡萄有機(jī)肥深施機(jī)的研究現(xiàn)狀淺析

李智勇，蒙賀偉，李亞萍，坎　雜，李成松，戚江濤，王麗紅

（1.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)機(jī)技術(shù)推廣總站，新疆石河子　832000；2.石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院）

葡萄有機(jī)肥深施機(jī)的研究現(xiàn)狀淺析

李智勇1，蒙賀偉2，李亞萍2，坎雜2，李成松2，戚江濤2，王麗紅2

（1.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)機(jī)技術(shù)推廣總站，新疆石河子832000；2.石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院）

摘要:葡萄有機(jī)肥深施勞動強(qiáng)度大、效率低，隨著勞動力成木的不斷提高以及勞力短缺，葡萄施肥的機(jī)械化需求越來越高。文中分析了國內(nèi)外各種開溝施肥技術(shù)及裝備的研究現(xiàn)狀，指出了葡萄機(jī)械化施肥存在的問題，提出了葡萄有機(jī)肥機(jī)械化深施進(jìn)一步發(fā)展的參考對策和建議。

關(guān)鍵詞：葡萄；有機(jī)肥；施肥機(jī)；現(xiàn)狀

新疆獨(dú)特的光熱和水土等自然環(huán)境成就了優(yōu)質(zhì)葡萄的生長，生產(chǎn)的葡萄具有品質(zhì)好、單產(chǎn)高、營養(yǎng)豐富等特點(diǎn)，具有其他葡萄產(chǎn)區(qū)無法比擬的獨(dú)特優(yōu)勢，與法國波爾多、美國加利福尼亞州并稱為世界葡萄的“天堂種植區(qū)”[1]。近年來,新疆依托優(yōu)勢資源，大力發(fā)展特色產(chǎn)業(yè)和進(jìn)行農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，葡萄產(chǎn)業(yè)得到了快速健康的發(fā)展，種植面積、產(chǎn)量和深加工能力都大幅提高[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2012年新疆葡萄種植面積已達(dá)19.14萬hm2[3]。

在葡萄種植過程中，施肥是影響葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素，合理施用肥料可增加葡萄產(chǎn)量40%～ 60%，而且能提高果園的土壤肥力和環(huán)境效益。目前，施肥的種類主要有無機(jī)肥和有機(jī)肥，其中，增施有機(jī)肥可使化學(xué)氮素肥料的肥效提高一倍，磷化肥有效性得到提高[4]，并在顯著提高葡萄生長性能的同時(shí)，大幅提高葡萄品質(zhì)，使釀酒葡萄果實(shí)總含糖量提高1.12%～1.94%，總酸度下降0.18%～0.27%，糖酸比增大10.02～16.33，品質(zhì)大大改善。因此，針對葡萄進(jìn)行有機(jī)肥深施逐漸成為未來發(fā)展方向[5]。長期以來，葡萄深施有機(jī)肥主要靠人工施肥，需要人工完成挖溝、施肥、覆土等作業(yè)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，勞動強(qiáng)度大，工作效率低，已不符合規(guī)?；咸逊N植要求。因此，亟需開展葡萄有機(jī)肥深施機(jī)械的研究。

1　國外開溝施肥機(jī)研究現(xiàn)狀

國外最早的施肥機(jī)是以拖車裝固液態(tài)肥料，通過輸送輪、輸送鏈條等簡單的施肥裝置進(jìn)行施肥作業(yè)。20世紀(jì)50年代初，化肥的大規(guī)模應(yīng)用催生了施肥機(jī)械的產(chǎn)生，施肥機(jī)械主要用于農(nóng)業(yè)方面，如采用輸送管、氣泵與噴嘴這種方式施肥，之后又出現(xiàn)了排肥器等，這些果園機(jī)械適合在地面平坦的果園內(nèi)進(jìn)行無機(jī)肥的機(jī)械化施肥作業(yè)。

國外很早就開始進(jìn)行了施肥機(jī)的研究，如美國、日本、意大利和法國等，主要施加液態(tài)肥和有機(jī)肥[6～9]。其中，液肥在美國、加拿大、英國、荷蘭等發(fā)達(dá)國家的肥料使用中占有較大的比例，并研制了多種條施及穴施的液態(tài)施肥機(jī)具。有機(jī)肥施肥機(jī)械主要有螺旋式撒肥機(jī)、甩鏈?zhǔn)饺龇蕶C(jī)等型式，其中以螺旋式最為常見。螺旋式撒肥機(jī)是由裝在車廂式肥料箱底部的輸肥鏈將整車廄肥緩緩向后移動，喂給撒肥部件進(jìn)行撒布，撒肥部件包括撒肥滾筒、擊肥輪和撒布螺旋。甩鏈?zhǔn)饺龇蕶C(jī)采用圓筒形肥箱，筒內(nèi)有根縱軸，軸上交錯地固定著若干根端部裝有甩錘的甩肥鏈，工作時(shí)，甩鏈由拖拉機(jī)動力輸出軸驅(qū)動以200～300 r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，破碎廄肥，并將其甩出。

2　國內(nèi)開溝施肥機(jī)研究現(xiàn)狀

2.1鏈?zhǔn)介_溝施肥機(jī)械

鏈?zhǔn)介_溝機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、組裝方便，開出的溝溝壁整齊，溝底不留回土，效率高，溝深和溝寬都易于調(diào)節(jié)。鏈刀式開溝機(jī)的挖掘部件為帶刀片的鏈條，刀齒切割土壤并將其帶至地面，由螺旋輸送器將土運(yùn)至溝的一側(cè)或兩側(cè)。

劉軍，董永尚等研制了lKF-500型果園開溝施肥機(jī)，該機(jī)主要由懸掛架、傳動軸、變速箱、開溝鏈條刀、鏈條調(diào)節(jié)架、調(diào)節(jié)油缸、擋土裝置和刮土裝置等部件組成（圖1）[10]。該機(jī)開溝深度、寬度均可調(diào)，開挖的溝壁、溝底較平整，該機(jī)不但適用于果園開溝而且還能用于其它開溝作業(yè)，如輸水管道的開挖等。

圖1　1KF-500型果園開溝施肥機(jī)結(jié)構(gòu)

徐州市農(nóng)機(jī)技術(shù)推廣站結(jié)合江蘇省對果園開溝施農(nóng)家肥的要求、果園種植農(nóng)藝特點(diǎn)、現(xiàn)有動力狀況及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢，研制開發(fā)出與小型拖拉機(jī)配套的1K-500自走式果園施肥開溝管理機(jī)。該機(jī)采用手扶拖拉機(jī)作為動力部分，作業(yè)時(shí)，經(jīng)傳動裝置將動力傳輸?shù)介_溝刀軸上，利用鏈條帶動刀具旋轉(zhuǎn)，達(dá)到對農(nóng)田開溝的目的，同時(shí)利用超低速變速箱控制機(jī)具行走速度，用螺旋式排土器將土排出溝外。

2.2旋轉(zhuǎn)開溝施肥機(jī)械

馬占新等根據(jù)北方葡萄園的栽培要求研制生產(chǎn)了以正轉(zhuǎn)旋耕方式工作、配套功率為36.8 kW的1K-40-40型葡萄施肥開溝機(jī)，開溝效果較好，但由于整機(jī)笨重，不適于在葡萄園轉(zhuǎn)彎調(diào)頭[11]。

孫茂森、姜秀美等根據(jù)我國果園生產(chǎn)的實(shí)際要求，采用圓盤旋轉(zhuǎn)鐵拋的開溝方式，同時(shí)采用液壓控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了開溝深度的實(shí)時(shí)調(diào)整，研制了果園深度開溝施肥機(jī)，其作業(yè)深度可達(dá)50 cm[12]。該果園深度開溝施肥機(jī)主要由萬向傳動軸、機(jī)架、懸掛三角架、傳動機(jī)構(gòu)、開溝機(jī)構(gòu)、液壓機(jī)構(gòu)、施肥機(jī)構(gòu)和限深輪機(jī)構(gòu)等8個(gè)部分組成（圖2）。

圖2　果園深度開溝施肥機(jī)結(jié)構(gòu)示意1.萬向傳動軸2.機(jī)架3.懸掛三角架4.傳動機(jī)構(gòu).5.開溝機(jī)構(gòu)6.液壓機(jī)構(gòu)7.施肥機(jī)構(gòu)8.限深輪機(jī)構(gòu)

新疆農(nóng)科院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所的阿布里孜·巴斯提、班婷等先后研制出了1KF-35型果園開溝深施肥機(jī)、1FK-40型偏置式果園開溝施肥機(jī)，其中1FK-40型偏置式果園開溝施肥機(jī)在工作時(shí)采用機(jī)架前端固接著的懸掛連接架與拖拉機(jī)三點(diǎn)懸掛掛接，由后動力輸出軸驅(qū)動刀盤進(jìn)行開溝施肥作業(yè)（圖3）[13]。該機(jī)適用于新疆果園開溝施肥作業(yè)，可實(shí)現(xiàn)開溝和施肥兩項(xiàng)作業(yè)一部機(jī)具一次完成，也可用于植樹開溝，農(nóng)田起壟等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動。

圖3　1FK-40型偏置式果園開溝施肥機(jī)結(jié)構(gòu)示意1.機(jī)架2.齒輪箱總成3.偏重式肥箱4.刀盤總成5.地輪構(gòu)成

申屠留芳、楊剛等設(shè)計(jì)了一種專門用于葡萄園開溝的回轉(zhuǎn)盤式深開溝機(jī)，由動力傳動裝置、開溝裝置、施肥裝置和松（排）土裝置等4部分組成（圖4）[14]。該葡萄園施肥機(jī)轉(zhuǎn)彎靈活，可以實(shí)現(xiàn)深松、深施肥等一體化復(fù)式聯(lián)合作業(yè)，施肥可實(shí)現(xiàn)單一施肥，也可實(shí)現(xiàn)復(fù)合施肥，是一種新型的深松深施肥的萄園專用施肥機(jī)具。

圖4　葡萄園開溝施肥機(jī)示意1.松土刀片2.松土刀盤3.變速箱4.萬向傳動裝置5.排肥軸6.肥斗7.肥斗8.排肥系統(tǒng)9.排肥管10.集土刮板11.排肥鏟

汪官健等研制出一種集新型果園開溝施肥（農(nóng)家肥或顆粒肥料）、覆土等多功能為一體的新型林果開溝施肥機(jī)（圖5）[15]。其開溝裝置與減速換向器輸出軸上的雙排鏈輪固定聯(lián)接，通過雙排鏈條將動力輸出到開溝裝置的主軸上。主軸兩側(cè)通過花鍵安裝2個(gè)刀盤，每個(gè)刀盤上均勻分布10個(gè)刀座，每個(gè)刀座上固定安裝1個(gè)旋耕刀，刀盤旋轉(zhuǎn)方向同拖拉機(jī)前進(jìn)方向一致。

鈕金亮、李向國等針對葡萄農(nóng)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，根據(jù)葡萄生產(chǎn)的實(shí)際情況，研究設(shè)計(jì)了一種能在狹窄葡萄園內(nèi)靈活作業(yè)、進(jìn)行地表施肥的手扶式施肥機(jī)[16]。施肥機(jī)的動力源為微型汽油發(fā)動機(jī)，微型汽油發(fā)動機(jī)通過聯(lián)軸器與減速器輸入軸連接，減速器輸出軸上裝有鏈輪組，通過鏈條將動力向2個(gè)方向傳遞，一方面通過驅(qū)動前輪為施肥機(jī)前進(jìn)提供動力；另一方面驅(qū)動螺旋撥肥軸，撥肥軸勻速轉(zhuǎn)動能夠使肥料均勻地從肥料箱中流出，避免了因肥料自身重力因素造成出肥速度不均勻的現(xiàn)象。

圖5　多功能型果樹開溝施肥機(jī)1.有機(jī)施肥箱2.機(jī)架3.導(dǎo)土罩4.旋耕刀5.刀盤6.鏈輪7.限深輪8.顆粒施肥箱9.輸肥管10.鏈輪支撐座11.牽引板加強(qiáng)板12.牽引架13.減速換向器14.鏈盒15.換向齒輪16.牽引座17.V型覆土板18.牽引桿19.伸縮簧20加壓桿21.伸縮桿22.調(diào)整立柱

中國農(nóng)科院果樹研究所與高密益豐機(jī)械有限公司2012年研制出開溝施肥攪拌回填機(jī)，該機(jī)主要用于果園施肥，肥箱分為有機(jī)肥箱和化肥箱，前者用攪龍裝置單向輸肥，后者用外槽輪排肥裝置，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，肥箱空間利用率不高（圖6）[8]。作業(yè)時(shí)先開溝，然后用攪拌器在溝內(nèi)將肥料和土壤攪拌混合，最后用攪龍回填覆土。攪拌可以提高肥料的吸收效率和利用率，但該機(jī)不能靠近樹根開溝，不能定向施肥。2013年，南京農(nóng)機(jī)所對該機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)成偏置式開溝形式，提高了肥料利用率，但也不能定向施肥。

圖6　開溝施肥攪拌回填機(jī)結(jié)構(gòu)示意1.攪龍架2.回填攪龍3.連接器4.攪拌傳動箱5.攪拌器6.開溝齒7.開溝輪8.開溝器傳動箱9.擋土板10.中間傳動箱11.有機(jī)肥箱12.化肥箱13.化肥排肥器14.有機(jī)肥排肥器15.導(dǎo)向槽

淮陰工學(xué)院研制的果園開溝施肥機(jī)（圖7）。該機(jī)由輪式拖拉機(jī)牽引，提升機(jī)構(gòu)完成果園開溝施肥機(jī)工作中的提、放和牽引工作，通過萬向節(jié)與拖拉機(jī)動力輸出軸連接，使果園開溝施肥機(jī)獲得所需工作動力。該機(jī)具可實(shí)現(xiàn)開溝、施肥、土回填平和壓實(shí)等工作一次完成，但肥箱較小，外槽輪排肥器施肥量小，不能偏置開溝。

圖7　果園開溝施肥機(jī)結(jié)構(gòu)1.拉桿2.機(jī)架3.輸入軸4.變速箱5.刀盤軸6.帶輪7.膠帶8.刀盤9.開溝刀10.加肥器11.離合膠帶輪12.土回填板13.加壓彈簧14.壓實(shí)輥15.擋板

農(nóng)一師農(nóng)機(jī)修造廠研出一種集果園開溝施肥（農(nóng)家肥或顆粒肥料）、覆土等多功能為一體的新型林果開溝施肥機(jī)。該機(jī)由機(jī)架、傳動裝置、開溝裝置、施肥裝置和覆土裝置五部分組成。傳動裝置由萬向節(jié)、減速換向器、鏈輪、鏈條和齒輪組成；開溝裝置由主軸、刀盤、旋耕刀、回土罩和限深輪組成；施肥裝置由施肥箱、撥肥軸和螺旋葉片組成；覆土裝置由V型覆土片、伸縮彈簧、牽引桿、加壓桿和調(diào)整立柱組成。

3　葡萄開溝施肥機(jī)存在的問題

葡萄生產(chǎn)過程中，施加有機(jī)肥具有窄行種植和大施肥量等特點(diǎn)，其施肥量達(dá)5m3/6.67 hm2以上，葡萄種植行距按3.5 m計(jì)算，每米施肥量將達(dá)到0.027 m3，而且由于葡萄種植行距和生產(chǎn)效率所限，葡萄地中能進(jìn)行作業(yè)的機(jī)械最大動力不能超過80 hp（四驅(qū)），作業(yè)速度不得低于1 km/h（折合35 hm2），因此，葡萄種植的特殊性導(dǎo)致葡萄施肥機(jī)械必須具備結(jié)構(gòu)簡單、能耗小、肥箱容積大等特點(diǎn)，而目前針對葡萄有機(jī)肥施加可用機(jī)型極少，現(xiàn)有機(jī)型存在問題比較突出，主要有以下方面：

（1）整機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸過大，在田間運(yùn)行不暢。如鏈?zhǔn)介_溝機(jī)，雖溝壁整齊，溝底不留回土，效率高，但與施肥裝置結(jié)合進(jìn)行開溝、施肥聯(lián)合作業(yè)時(shí)，開溝與施肥裝置配合困難，整機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸大，在葡萄地中難于調(diào)頭。

（2）開出的溝距離葡萄根系較遠(yuǎn)，溝深度不足。為了使有機(jī)肥肥效達(dá)到最大化，開出的溝要求距離葡萄根系在40～50 cm左右，深度在50 cm以內(nèi)，現(xiàn)

有有機(jī)肥深施機(jī)有些開溝距根系遠(yuǎn)，有些機(jī)型開溝深度不夠，導(dǎo)致肥料利用率低。

（3）肥箱容積不足，有機(jī)肥輸送過程中易堵塞。由于有機(jī)肥物料特性所限，肥料受潮后不但易粘在肥箱表面，而且極易腐蝕肥箱，造成施肥過程中的輸肥不暢、肥箱內(nèi)結(jié)拱、下肥不連續(xù)等問題。

（4）開溝時(shí)易出現(xiàn)劇烈振動、跑偏和走直性能差等問題。開溝刀磨損快，一些松軟土質(zhì)條件下，所開溝形不穩(wěn)定，影響施肥效果。

4　結(jié)語

近年來，我國葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，種植面積持續(xù)增加，針對葡萄開溝施肥的新裝備、新機(jī)械不斷涌現(xiàn)，極大的提升了葡萄施肥作業(yè)效率，降低了勞動強(qiáng)度。然而，由于葡萄深施有機(jī)肥作業(yè)要求高，因此亟需研究人員依據(jù)不同土壤條件和施肥要求，尋求合適的施肥方法和施肥技術(shù)，研制出開溝深、施肥量大、下肥連續(xù)的有機(jī)肥深施機(jī)，以推動我國葡萄有機(jī)肥深施機(jī)械的發(fā)展，提升葡萄施肥作業(yè)的機(jī)械化水平。

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通訊作者：李亞萍

基金項(xiàng)目：2013年度石河子大學(xué)重大科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（gxjs2012- zdgg04）

收稿日期：2015-03-07

文章編號：1007-7782（2015）02-0015-04

中圖分類號：S223.5

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi:10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2015.02.007