葡萄有機肥深施機的研究現(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)兵團農(nóng)機技術(shù)推廣總站，新疆石河子　832000；2.石河子大學(xué)機械電氣工程學(xué)院）

葡萄有機肥深施機的研究現(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)兵團農(nóng)機技術(shù)推廣總站，新疆石河子832000；2.石河子大學(xué)機械電氣工程學(xué)院）

摘要:葡萄有機肥深施勞動強度大、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，指出了葡萄機械化施肥存在的問題，提出了葡萄有機肥機械化深施進一步發(fā)展的參考對策和建議。

關(guān)鍵詞：葡萄；有機肥；施肥機；現(xiàn)狀

新疆獨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，具有其他葡萄產(chǎn)區(qū)無法比擬的獨特優(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，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肥和有機肥，其中，增施有機肥可使化學(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，大幅提高葡萄品質(zhì)，使釀酒葡萄果實總含糖量提高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，針對葡萄進行有機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)，費時費力，勞動強度大，工作效率低，已不符合規(guī)模化葡萄種植要求。因此，亟需開展葡萄有機肥深施機械的研究。

1　國外開溝施肥機研究現(xiàn)狀

國外最早的施肥機是以拖車裝固液態(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)用催生了施肥機械的產(chǎn)生，施肥機械主要用于農(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，這些果園機械適合在地面平坦的果園內(nèi)進行無機肥的機械化施肥作業(yè)。

國外很早就開始進行了施肥機的研究，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)施肥機具。有機肥施肥機械主要有螺旋式撒肥機、甩鏈?zhǔn)饺龇蕶C等型式，其中以螺旋式最為常見。螺旋式撒肥機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，甩鏈由拖拉機動力輸出軸驅(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)開溝施肥機研究現(xiàn)狀

2.1鏈?zhǔn)介_溝施肥機械

鏈?zhǔn)介_溝機結(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，該機主要由懸掛架、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]。該機開溝深度、寬度均可調(diào)，開挖的溝壁、溝底較平整，該機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型果園開溝施肥機結(jié)構(gòu)

徐州市農(nóng)機技術(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、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)出與小型拖拉機配套的1K-500自走式果園施肥開溝管理機。該機采用手扶拖拉機作為動力部分，作業(yè)時，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，同時利用超低速變速箱控制機具行走速度，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，開溝效果較好，但由于整機笨重，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)的實際要求，采用圓盤旋轉(zhuǎn)鐵拋的開溝方式，同時采用液壓控制系統(tǒng)實現(xiàn)了開溝深度的實時調(diào)整，研制了果園深度開溝施肥機，其作業(yè)深度可達(dá)50 cm[12]。該果園深度開溝施肥機主要由萬向傳動軸、機架、懸掛三角架、傳動機構(gòu)、開溝機構(gòu)、液壓機構(gòu)、施肥機構(gòu)和限深輪機構(gòu)等8個部分組成（圖2）。

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

新疆農(nóng)科院農(nóng)業(yè)機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、1FK-40型偏置式果園開溝施肥機，其中1FK-40型偏置式果園開溝施肥機在工作時采用機架前端固接著的懸掛連接架與拖拉機三點懸掛掛接，由后動力輸出軸驅(qū)動刀盤進行開溝施肥作業(yè)（圖3）[13]。該機適用于新疆果園開溝施肥作業(yè)，可實現(xiàn)開溝和施肥兩項作業(yè)一部機具一次完成，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結(jié)構(gòu)示意1.機架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)計了一種專門用于葡萄園開溝的回轉(zhuǎn)盤式深開溝機，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]。該葡萄園施肥機轉(zhuǎn)彎靈活，可以實現(xiàn)深松、深施肥等一體化復(fù)式聯(lián)合作業(yè)，施肥可實現(xiàn)單一施肥，也可實現(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具。

圖4　葡萄園開溝施肥機示意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（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個刀盤，每個刀盤上均勻分布10個刀座，每個刀座上固定安裝1個旋耕刀，刀盤旋轉(zhuǎn)方向同拖拉機前進方向一致。

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)的實際情況，研究設(shè)計了一種能在狹窄葡萄園內(nèi)靈活作業(yè)、進行地表施肥的手扶式施肥機[16]。施肥機的動力源為微型汽油發(fā)動機，微型汽油發(fā)動機通過聯(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個方向傳遞，一方面通過驅(qū)動前輪為施肥機前進提供動力；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1.有機施肥箱2.機架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械有限公司2012年研制出開溝施肥攪拌回填機，該機主要用于果園施肥，肥箱分為有機肥箱和化肥箱，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，但該機不能靠近樹根開溝，不能定向施肥。2013年，南京農(nóng)機所對該機進行改進，設(shè)計成偏置式開溝形式，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.有機肥箱12.化肥箱13.化肥排肥器14.有機肥排肥器15.導(dǎo)向槽

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

圖7　果園開溝施肥機結(jié)構(gòu)1.拉桿2.機架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.壓實輥15.擋板

農(nóng)一師農(nóng)機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。該機由機架、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　葡萄開溝施肥機存在的問題

葡萄生產(chǎn)過程中，施加有機肥具有窄行種植和大施肥量等特點，其施肥量達(dá)5m3/6.67 hm2以上，葡萄種植行距按3.5 m計算，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，葡萄地中能進行作業(yè)的機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)致葡萄施肥機械必須具備結(jié)構(gòu)簡單、能耗小、肥箱容積大等特點，而目前針對葡萄有機肥施加可用機型極少，現(xiàn)有機型存在問題比較突出，主要有以下方面：

（1）整機結(jié)構(gòu)尺寸過大，在田間運行不暢。如鏈?zhǔn)介_溝機，雖溝壁整齊，溝底不留回土，效率高，但與施肥裝置結(jié)合進行開溝、施肥聯(lián)合作業(yè)時，開溝與施肥裝置配合困難，整機結(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)

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

（3）肥箱容積不足，有機肥輸送過程中易堵塞。由于有機肥物料特性所限，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，降低了勞動強度。然而，由于葡萄深施有機肥作業(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)的有機肥深施機，以推動我國葡萄有機肥深施機械的發(fā)展，提升葡萄施肥作業(yè)的機械化水平。

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通訊作者：李亞萍

基金項目：2013年度石河子大學(xué)重大科技攻關(guān)計劃項目（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