林地碾壓式除草機(jī)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

劉華山

(甘肅省天祝縣林業(yè)和草原局，甘肅 天祝 733299)

在造林地，苗木按一定的株行距栽植后，為了防止牲畜啃食和提高生長(zhǎng)量，架設(shè)圍欄等設(shè)施進(jìn)行封育管護(hù)。林地封育后，行間滋生雜草，與苗木爭(zhēng)奪光照和水肥，影響苗木生長(zhǎng)，也給森林防火帶來(lái)一定隱患。目前，林地除草方式主要有噴灑除草劑[1-3]、人工用鐮刀割除或用背負(fù)式割草機(jī)割除[4-5]，以上除草方式在一定程度上控制了雜草生長(zhǎng)，提高了林地?fù)嵊Ч?。但噴灑除草劑?duì)環(huán)境和土壤造成一定污染[6-8]，且成本高，大面積應(yīng)用困難。人工用鐮刀或背負(fù)式割草機(jī)除草雖污染小，但也存在成本高，效率低，大面積應(yīng)用困難等問(wèn)題。因此，為了滿足大面積林地除草需求，迫切需要研制機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、行走快、效率高、成本低，省時(shí)、省力的大型除草機(jī)械。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于甘肅省天祝藏族自治縣松山鎮(zhèn)達(dá)隆村山水林田湖項(xiàng)目實(shí)施區(qū)，中心坐標(biāo)N36°49′，E103°23′，該地屬大陸性高原季風(fēng)氣候，光照充足，平均海拔2 452 m，相對(duì)無(wú)霜期90～145天，年日照時(shí)數(shù)2 500～2 700 h，年均降雨量360 mm，60%降雨集中在7月—9月，年均氣溫2.8 ℃，土壤為沙壤土。試驗(yàn)地地勢(shì)平坦，交通便利，灌溉設(shè)施齊全，2017年3月山水林田湖項(xiàng)目下達(dá)后，栽植青海云杉(PiceacrassifoliaKom.)和祁連圓柏(SabinaprzewalskiiKom.)500 hm2，苗木栽植時(shí)苗高1.5 m，株行距均為3 m，苗木栽植后周圍架設(shè)鐵絲圍欄進(jìn)行封育管護(hù)。2020年苗木平均高度2.0 m，隨著林地行間生態(tài)環(huán)境的改善，行間雜草逐年增加，形成以灰綠藜(ChenopodiumglaucumL.)、苣荬菜(SonchusarvensisL.)和大刺兒菜(Cirsiumsetosum(willd)M.B.)為優(yōu)勢(shì)種的雜草群落，影響了林木生長(zhǎng)并且提高了林地火險(xiǎn)等級(jí)。

1.2 材料與方法

2019年7月—9月雜草快速生長(zhǎng)期分別采用本文設(shè)計(jì)的林地輾壓式除草機(jī)、背負(fù)式割草機(jī)和鐮刀進(jìn)行除草。

林地碾壓式除草機(jī)除草：除草時(shí)駕駛林地碾壓式除草機(jī)除草，除草機(jī)動(dòng)力部分為型號(hào)HQYL1000壓路機(jī)，碾壓輪寬1.5 m，直徑80 cm，濟(jì)寧匯啟機(jī)械設(shè)備有限公司生產(chǎn)。

背負(fù)式割草機(jī)除草(CK1)：除草時(shí)操作背負(fù)式割草機(jī)除草，割草機(jī)為四沖程背負(fù)式割草機(jī)，山東曲阜潤(rùn)豐機(jī)械有限公司生產(chǎn)。

人工鐮刀割草(CK2)：除草時(shí)人工手握鐮刀割草。

雜草快速生長(zhǎng)期7、8、9月每月月底除草1次，除草完成后計(jì)算除草效率(hm2/人·天)和除草成本(元/hm2)。除草效率=除草面積(hm2)÷除草人員數(shù)(人)÷除草時(shí)間(天)，除草成本=除草雇工費(fèi)或租用林地碾壓式除草機(jī)、背負(fù)式除草機(jī)費(fèi)用(元)÷除草面積(hm2)。試驗(yàn)地一個(gè)青壯年勞動(dòng)力每天工作10小時(shí)的雇工費(fèi)是150元。林地碾壓式除草機(jī)、背負(fù)式除草機(jī)(包括操作員)每天工作10小時(shí)的租用費(fèi)分別是1 200元和200元。10月底隨機(jī)抽取不同除草方式除草后的林地苗木行間樣地10處，每個(gè)樣地1 m2，統(tǒng)計(jì)雜草腐爛率(%)。雜草腐爛率=(腐爛雜草層厚度÷雜草總厚度)×100。并在林地內(nèi)開辟燃燒實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，采集雜草活體、死體可燃物進(jìn)行燃燒試驗(yàn)，確定每種可燃物的著火強(qiáng)度和燃燒蔓延速度。按照國(guó)家防火辦制定的《全國(guó)森林火險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(QX/T 77-2007)確定火險(xiǎn)等級(jí)，火險(xiǎn)等級(jí)劃分見表1。

表1 火險(xiǎn)等級(jí)劃分

所有數(shù)據(jù)求平均值，數(shù)據(jù)采用Excel2007和DPS6.01軟件進(jìn)行新復(fù)極差Duncan多重比較顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 林地碾壓式除草機(jī)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

林地碾壓式除草機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。林地碾壓式除草機(jī)由壓路機(jī)1和橫截面“V”字形刀刃4組成。橫截面“V”字形刀刃安裝在壓路機(jī)碾壓輪Ⅰ2和碾壓輪Ⅱ3表面。碾壓輪Ⅰ和碾壓輪Ⅱ安裝橫截面 “V”字形刀刃后橫截面呈“”形，碾壓輪Ⅰ和碾壓輪Ⅱ表面安裝8個(gè)橫截面“V”字形刀刃。橫截面“V”字形刀刃沿碾壓輪Ⅰ和碾壓輪Ⅱ表面等距離平行分布。橫截面“V”字形刀刃由鋼材熔化后制模澆鑄而成，通過(guò)焊接安裝在壓路機(jī)碾輪Ⅰ和碾輪Ⅱ上。碾壓輪Ⅰ和Ⅱ整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，橫截面“V”字形刀刃4的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖1 林地碾壓式除草機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 碾壓輪Ⅰ和Ⅱ整體結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 橫截面“V”字形刀刃4的結(jié)構(gòu)示意圖

林地碾壓式除草機(jī)實(shí)施示意圖如圖4所示。林地除草時(shí)，操作者駕駛林地碾壓式除草機(jī)1，在林地苗木行間行走，碾壓輪Ⅰ2和碾壓輪Ⅱ3將雜草碾倒在地，碾壓輪Ⅰ和碾壓輪Ⅱ表面安裝的橫截面“V”字形刀刃4以地表為砧將倒伏在地上的雜草5切斷，同時(shí)橫截面“V”字形刀刃4切入土壤，起到松土作用。林地苗木行間雜草經(jīng)過(guò)碾壓輪Ⅰ和碾壓輪Ⅱ的依次碾壓和橫截面“V”字形刀刃多次切割，莖葉斷裂或受損，失去直立能力，并枯黃死亡，對(duì)苗木生長(zhǎng)的影響降低，這樣就達(dá)到林地苗木行間快速除草的目的。

圖4 林地碾壓式除草機(jī)實(shí)施示意圖

2.2 林地碾壓式除草機(jī)應(yīng)用效果對(duì)比分析

林地碾壓式除草機(jī)應(yīng)用效果見表2，不同除草方式中林地碾壓式除草機(jī)除草、背負(fù)式割草機(jī)除草和人工鐮刀割草的雜草腐爛率、火險(xiǎn)等級(jí)、除草效率和除草成本差異較大。不同除草方式中林地碾壓式除草機(jī)除草的雜草腐爛率和除草效率最高，分別為45.25%和3.84 hm2/人·天，較背負(fù)式割草機(jī)除草(CK1)分別提高了1.98倍和15.00倍，較人工鐮刀割草分別提高了2.01倍和127.00倍，火險(xiǎn)等級(jí)和除草成本最低，分別為三級(jí)和312元/hm2，較背負(fù)式割草機(jī)除草(CK1)分別降低了一級(jí)和0.63倍，較人工鐮刀割草分別降低了一級(jí)和0.94倍，差異均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。

表2 林地碾壓式除草機(jī)應(yīng)用效果

3 結(jié)論

應(yīng)用林地碾壓式除草機(jī)除草時(shí)，相對(duì)傳統(tǒng)人工鐮刀割草和背負(fù)式割草機(jī)除草提高了除草效率，降低了除草成本。并且在除草過(guò)程中將切割的雜草充分碾壓，提高了雜草腐爛率，降低了火險(xiǎn)等級(jí)，在生產(chǎn)實(shí)踐中具有一定的應(yīng)用前景。林地除草是森林撫育的重要組成部分，雜草與苗木爭(zhēng)奪光照和水肥，且為鼠兔棲息和繁殖提供了便利條件，冬季枯草期還提高了火險(xiǎn)等級(jí)。在林地施肥、澆水、噴藥等撫育措施朝著機(jī)械化發(fā)展的今天，實(shí)現(xiàn)林地除草工具的提升改造和機(jī)械化，有助于提高除草效率和降低除草成本。本文設(shè)計(jì)的林地碾壓式除草機(jī)利用壓路機(jī)為主機(jī)，在碾壓輪上安裝切割刀刃，實(shí)現(xiàn)了壓路機(jī)的多功能用途，且改裝成本低，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，在林地行間可快速行走，實(shí)現(xiàn)大面積林地除草，且具有松土功能，建議示范推廣。