兩種深翻機(jī)械對(duì)日光溫室番茄連作土壤作業(yè)效果分析＊

楊冬艷，馬 玲，王 丹，桑 婷，宋衛(wèi)堂（.寧夏農(nóng)林科學(xué)院園藝研究所，銀川 75000；.寧夏吳忠國(guó)家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)管理委員會(huì)，寧夏吳忠 7500；3.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，北京 00083）

設(shè)施園藝是利用塑料大棚、溫室等保護(hù)設(shè)施，綜合多種工程技術(shù)手段在環(huán)境相對(duì)可控條件下，栽培蔬菜、花卉和果樹的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式[1]。日光溫室由于空間結(jié)構(gòu)較小，耕作機(jī)械難以進(jìn)出且作業(yè)空間環(huán)境條件有限，致使溫室內(nèi)的土壤常年得不到深耕。生產(chǎn)中設(shè)施土壤主要采用旋耕機(jī)旋耕，耕作層僅在20 cm 以內(nèi)[2]，從而造成土壤耕層淺、蓄水保肥能力差、生產(chǎn)能力下降，影響植株生長(zhǎng)、根系延伸及產(chǎn)量提升。因此，應(yīng)適時(shí)對(duì)日光溫室土壤進(jìn)行深翻，深翻時(shí)施入有機(jī)肥改善土壤結(jié)構(gòu)和理化性狀，增強(qiáng)土壤微生物活性，加速有機(jī)質(zhì)分解，提高土壤熟化度和養(yǎng)分的有效性[3]。

目前關(guān)于日光溫室土壤深翻耕作對(duì)土壤理化性質(zhì)和作物影響的研究較少，適用于日光溫室深翻的機(jī)械也較為缺乏，因此寧夏農(nóng)林科學(xué)院園藝研究所蔬菜團(tuán)隊(duì)與國(guó)家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系耕種與田間管理機(jī)械化崗位團(tuán)隊(duì)合作，對(duì)日光溫室耕作環(huán)節(jié)主要機(jī)械進(jìn)行了篩選和應(yīng)用研究，基于日光溫室結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，引進(jìn)無(wú)錫悅田農(nóng)業(yè)機(jī)械科技有限公司生產(chǎn)的YTSF-145 型深翻機(jī)，對(duì)連續(xù)種植3 年番茄的日光溫室土壤進(jìn)行深翻作業(yè)，并與當(dāng)?shù)爻Ｓ玫男⌒屯诰驒C(jī)進(jìn)行對(duì)比分析，通過(guò)平均耕深、土壤容重等指標(biāo)，對(duì)兩種機(jī)具在番茄連作土壤中深翻的作業(yè)質(zhì)量進(jìn)行分析，以期為設(shè)施蔬菜深翻機(jī)械的選型提供數(shù)據(jù)支撐。

材料與方法

試驗(yàn)溫室

試驗(yàn)于2021 年8 月9～10 日進(jìn)行。試驗(yàn)地點(diǎn)在寧夏吳忠國(guó)家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)孫家灘設(shè)施農(nóng)業(yè)基地（106°6'26"E，37°57'10"N）。試驗(yàn)日光溫室凈跨10 m、脊高5 m、長(zhǎng)72 m，后墻為夯實(shí)土墻，采光面為鋼架結(jié)構(gòu)，在采光面有機(jī)械進(jìn)出口（圖1）。

種植模式

試驗(yàn)溫室番茄為1 年2 茬種植模式，早春茬為2 月中下旬定植，7 月下旬拉秧；秋冬茬為8 月中下旬定植，1 月下旬拉秧。采用東西壟向種植，水肥一體化管理。深翻作業(yè)在夏季休閑期進(jìn)行。

土壤情況

吳忠國(guó)家園區(qū)孫家灘基地2 棟溫室結(jié)構(gòu)、土壤質(zhì)地相同。從2019～2021 年，均連續(xù)進(jìn)行了3年的番茄種植。僅在兩茬之間整地時(shí)利用小型旋耕機(jī)（耕深≤15 cm）旋耕，土壤為砂質(zhì)壤土，板結(jié)較為嚴(yán)重，耕層深度在15 cm 左右，田間最大持水量25.68%。深翻之前0～10 cm 土壤容重為1.24 g/cm3，10～20 cm 土 壤 容 重 為1.37 g/cm3，20～30 cm 土壤容重為1.41 g/cm3。

結(jié)果與討論

小型挖機(jī)和深翻機(jī)性能參數(shù)

作業(yè)機(jī)具

Cat301.7CR 型液壓挖掘機(jī)（圖2）為卡特彼勒公司生產(chǎn)迷你型液壓挖掘機(jī)，具有動(dòng)力自動(dòng)優(yōu)化、單手柄行走模式及定速巡航、可伸縮履帶等特點(diǎn)。

圖2 Cat301.7CR 型液壓挖掘機(jī)

YTSF-145 型深翻機(jī)（圖3）為無(wú)錫悅田農(nóng)業(yè)機(jī)械科技有限公司生產(chǎn)的一款設(shè)施土壤深翻機(jī)具。采用60 馬力以上的四輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)懸掛牽引，可用在大拱棚或日光溫室中蔬菜收獲后的土地深翻、碎土作業(yè)。

圖3 YTSF-145 型深翻機(jī)

主要技術(shù)參數(shù)

如表1 所示，“卡特彼勒”自帶動(dòng)力，外形小巧，不受設(shè)施結(jié)構(gòu)限制，在較為矮小的拱棚和日光溫室中均可應(yīng)用。“悅田”深翻機(jī)最寬處1.75 m，需要專門的機(jī)械出入口，配套動(dòng)力60 馬力以上，對(duì)動(dòng)力機(jī)械和設(shè)施結(jié)構(gòu)均有一定要求。作業(yè)幅寬1.4 m，在深翻的同時(shí)，還兼具碎土的功能?！翱ㄌ乇死铡蓖诰?qū)挾葍H為0.34 m，只有翻土功能。

表1 兩種作業(yè)機(jī)具的主要技術(shù)參數(shù)

兩種機(jī)型的作業(yè)效果評(píng)比

作業(yè)效率

液壓挖掘機(jī)作業(yè)時(shí)，主機(jī)固定位置，利用斗桿挖掘臂伸縮進(jìn)行作業(yè)，1 次挖掘?qū)挾?0 cm 左右（圖4），試驗(yàn)溫室種植區(qū)域凈跨9 m，長(zhǎng)63 m，挖掘機(jī)橫向移動(dòng)3 次，然后向前推進(jìn)，9:00 開始作業(yè)，12:00 休息，14:00～18:00 完成整棚的作業(yè)，有效作業(yè)面積567 m2，工作效率81 m2/h，沒(méi)有死角，機(jī)械作業(yè)成本820 元/667 m2。

圖4 “悅田”深翻機(jī)作業(yè)路線/m

“悅田”深翻機(jī)配套“悍沃”604D-1 型拖拉機(jī)，作業(yè)從溫室種植區(qū)域最北邊開始，如圖5所示，拖拉機(jī)東西方向行走，機(jī)具在地塊上逆時(shí)針?lè)较颉盎亍弊中涡凶? 趟。拖拉機(jī)行駛檔位選取低速Ⅰ檔，作業(yè)從10:00 開始，10:50 結(jié)束，共耗時(shí)50 min，作業(yè)有效面積為535 m2，折合作業(yè)效率約642 m2/h。示范溫室最南邊約0.5 m寬的區(qū)域由于前采光面鋼架高度較低而無(wú)法作業(yè)。機(jī)械作業(yè)成本300 元/667 m2。

圖5 兩種機(jī)型的實(shí)際作業(yè)情況

碎土效果

Cat301.7CR 型液壓挖掘機(jī)深翻土壤時(shí)，鏟斗齒與地面呈30°斜插進(jìn)土壤中，挖滿鏟斗后提起傾倒在原位置，繼續(xù)下一鏟斗作業(yè)。在主機(jī)不挪動(dòng)位置的條件下，平均8 s 完成1 次挖掘作業(yè)。在鏟斗挖掘的作用下，耕作層被加深，硬土塊被疏松，但沒(méi)有碎土的功能，較大的土塊（≥10 cm）均勻分布（圖6a）。YTSF-145型深翻機(jī)在拖拉機(jī)的牽引下，翻土機(jī)刀片對(duì)土壤進(jìn)行深松作業(yè)，后置碎土壓輥可保證良好的碎土效果，且壓實(shí)土壤表面，地表沒(méi)有大型的土塊（≤10 cm），平整度較好（圖6b）。

圖6 兩種機(jī)具深翻土壤作業(yè)后的地表

作業(yè)質(zhì)量

對(duì)于深翻工作完成之后的土壤整體質(zhì)量，從深翻土翻的深度要達(dá)到規(guī)定要求、深淺一致、深翻完成后土壤表面平整、土壤實(shí)現(xiàn)開墑且沒(méi)有生埂、深翻形成的土塊較碎及深翻工作要全面等方面考量[4]。根據(jù)DB13/T 1478-2011《土壤深松機(jī)械作業(yè)技術(shù)規(guī)范》要求，采用3 點(diǎn)法檢測(cè)，選點(diǎn)避開地頭地邊，距地頭≥10 m，地邊≥2 m，每2 個(gè)檢測(cè)點(diǎn)之間沿作業(yè)行方向間隔10 m 以上，3 個(gè)檢測(cè)點(diǎn)選在不同的作業(yè)幅內(nèi)。用鐵鍬挖至硬土層，在垂直剖面用直尺測(cè)量深度，同時(shí)用環(huán)刀取不同土層，測(cè)量容重。由表2 可知，挖掘機(jī)深翻深度平均為28 cm，YTSF-145 深翻機(jī)深度達(dá)到39 cm，不同點(diǎn)位深度均≥20 cm，深度合格率100%。挖掘機(jī)由于沒(méi)有碎土功能，挖松的土塊較大，地面不平整。深翻機(jī)具有后置碎土壓輥，土塊較小，地面平整。從深翻后不同土層容重來(lái)看，YTSF-145 型深翻機(jī)對(duì)土壤的深松效果更好，0～10 cm 土層容重和10～20 cm 土層容重相近，在1.11～ 1.16 g/cm3，20～30 cm 土層容重也僅為1.236 g/cm3。而挖掘機(jī)深翻的土壤10～20 cm 土層容重要顯著高于0～10 cm 的土層容重，20～30 cm 土層容重也達(dá)到1.35 g/cm3，可見挖掘機(jī)翻動(dòng)的土壤對(duì)耕層下的土壤沒(méi)有很好的攪動(dòng)和深松。

表2 兩種深翻機(jī)械作業(yè)結(jié)果參數(shù)

結(jié)論

綜上所述，Cat301.7CR 型液壓挖掘機(jī)優(yōu)點(diǎn)在于外形小巧、不受溫室空間限制，在跨度較?。▋艨缍取?m）的溫室也能應(yīng)用，日光溫室翻土作業(yè)全面、沒(méi)有死角，但其作業(yè)僅為鏟斗一挖一放，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，工作效率僅為81 m2/h，同時(shí)挖深受限于鏟斗容量，對(duì)土壤物理結(jié)構(gòu)改善較小。YTSF-145 型深翻機(jī)耕深達(dá)到40 cm，對(duì)土壤有翻、攪、壓的操作過(guò)程，能夠?qū)⑸顚影褰Y(jié)的土壤進(jìn)行深松，且在動(dòng)力機(jī)械的牽引下，作業(yè)效率高達(dá)642 m2/h，適宜大型園區(qū)應(yīng)用。但YTSF-145 型深翻機(jī)要求動(dòng)力60 馬力以上的拖拉機(jī)牽引，對(duì)溫室跨度要求較高，需要機(jī)械進(jìn)出口，適宜在凈跨8 m 以上的溫室作業(yè)。