粉葛種植旋耕起壟設(shè)備現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢探討*

王 瑛 ， 馮 艷 ， 付 捷 ， 蔣雷鳴 ， 舒 娟 ， 吳鵬輝

（江西省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，江西 南昌 330006）

粉葛是我國藥食兼用特色經(jīng)濟作物，素有“北參南葛”“亞洲人參”的美譽，具有較高營養(yǎng)價值和藥用價值。發(fā)展以粉葛為核心的地方特色經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)，對加快農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、促進農(nóng)民增收等具有重大意義[1]。粉葛種植前需要進行土壤的翻耕和旋耕起壟作業(yè)。旋耕起壟設(shè)備是一種由拖拉機動力驅(qū)動、能同時完成旋耕和起壟作業(yè)的土壤耕作設(shè)備，具有碎土性能好、起壟定型好、作業(yè)效率高、減少機具進地次數(shù)、縮短農(nóng)時、降低生產(chǎn)成本、適應(yīng)性強和操作簡單等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于各種土壤的旋耕起壟作業(yè)。粉葛種植旋耕起壟作業(yè)是粉葛種植的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，粉葛屬于長根莖類作物，起壟高度必須大于50 cm，才能滿足粉葛的生長需要?，F(xiàn)有紅薯、中藥材等使用的旋耕起壟機起壟高度通常小于40 cm，不能很好地用在粉葛種植的深旋耕高起壟作業(yè)。因此，調(diào)研國內(nèi)外粉葛種植旋耕起壟設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)特點，分析存在的問題，研究推廣粉葛種植旋耕起壟設(shè)備技術(shù)，解決粉葛種植機械化旋耕起壟作業(yè)難題，必將對國內(nèi)粉葛產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及種葛經(jīng)濟效益的提高產(chǎn)生重大影響。

1 粉葛種植旋耕起壟作業(yè)要求

粉葛是豆科葛屬植物，塊根肥大，屬于長根莖類作物。粉葛可在各種土壤中生長，適宜在我國大部分地區(qū)種植，并且不必灌溉和防治病蟲害便可豐收[2]。通常每年10月左右開始翻耕整地，翻耕主要采用鏵式犁和圓盤犁進行深耕作業(yè)，耕深要達(dá)到20 cm～30 cm。下一年2月到3月進行旋耕起壟作業(yè)，起壟壟型為梯形，壟距13 cm～20 cm，壟面寬30 cm～70 cm，壟底寬90 cm～120 cm，壟溝寬40 cm～80 cm，壟高50 cm以上。起壟方向平原地區(qū)以南北走向較好，坡地的起壟方向宜與山坡垂直，同時，開好田間排水溝，便于排水降漬[3]。

2 粉葛種植旋耕起壟設(shè)備現(xiàn)狀

發(fā)達(dá)國家旋耕起壟設(shè)備研究較早，旋耕起壟設(shè)備技術(shù)領(lǐng)先我國，在馬鈴薯、紅薯等產(chǎn)業(yè)應(yīng)用廣泛。美歐等國家使用大型拖拉機牽引，帶動大型旋耕起壟機進行旋耕、起壟和整平壟體作業(yè)。韓國、日本等國家以小型旋耕起壟機為主，同時研發(fā)起壟鎮(zhèn)壓技術(shù)和適應(yīng)不同壟形的旋耕起壟施肥機。

國內(nèi)旋耕起壟設(shè)備研發(fā)較晚，整體技術(shù)落后發(fā)達(dá)國家，主要應(yīng)用于木薯、紅薯、馬鈴薯、煙草、中藥材等產(chǎn)業(yè)。現(xiàn)有微型旋耕起壟機、旋耕起壟施肥機和犁式起壟機等類型，微型旋耕起壟機為自帶動力自走式作業(yè)方式，適宜丘陵山區(qū)小壟單行作業(yè)，旋耕起壟施肥機和犁式起壟機為動力懸掛式作業(yè)方式，適宜地勢平坦地區(qū)大壟單行或多行作業(yè)[4]。

長期以來，國內(nèi)粉葛種植旋耕起壟作業(yè)多數(shù)借用木薯、紅薯、馬鈴薯、煙草、中藥材等使用的旋耕起壟設(shè)備。這種通用型旋耕起壟機起壟高度通常小于40 cm，不能滿足粉葛生長所需的50 cm以上要求。在粉葛種植中，為了解決粉葛種植環(huán)節(jié)中的高起壟問題，大多數(shù)種植戶采用工程挖掘機堆垛起壟。雖然起壟高度能達(dá)到粉葛生長所需的50 cm以上要求，但存在著生產(chǎn)效率低、作業(yè)成本高（起壟作業(yè)成本高達(dá)680元/畝～1 000元/畝）、壟型不直、壟型不標(biāo)準(zhǔn)、壟體松散、易塌陷、壟體土塊大、碎土率達(dá)不到粉葛種植要求、不利于葛根幼苗生長、易死苗等問題，嚴(yán)重影響葛根產(chǎn)量、品質(zhì)和種植葛根的經(jīng)濟效益[5]。

為了解決粉葛種植旋耕起壟作業(yè)瓶頸難題，近年來，部分科研機構(gòu)和企業(yè)開始研制粉葛種植旋耕起壟機并選擇其他旋耕起壟機在粉葛種植上進行試驗研究，取得了較好效果，代表機型如下。

2.1 深耕高壟旋耕起壟機

現(xiàn)有的紅薯、中藥材等使用的旋耕起壟機起壟高度通常小于40 cm，不能很好地用在粉葛種植的深旋耕高起壟作業(yè)。主要原因是普通旋耕機旋耕深度為8 cm～18 cm，耕作深度比較淺，通過旋耕的土壤厚度不夠，壟體的土壤體積不足，壟高達(dá)不到50 cm以上要求。深耕高壟旋耕起壟機采用專用深旋耕起壟刀軸和加長旋耕刀、起壟刀，增加旋耕刀、起壟刀的旋轉(zhuǎn)半徑，旋耕深度20 cm～35 cm，滿足粉葛種植高起壟的松土層要求，配置高起壟裝置，起壟高度大于50 cm。深耕高壟旋耕起壟機如圖1所示。

圖1 深耕高壟旋耕起壟機

深耕高壟旋耕起壟機采用深旋耕起壟刀輥與高起壟裝置于一體，深旋耕起壟刀輥后接高起壟裝置，可同時完成深旋耕和高起壟作業(yè)，滿足粉葛種植深旋耕高起壟作業(yè)需求。該機主要由懸掛架、機架、齒輪箱、左深旋耕起壟刀輥、右深旋耕起壟刀輥和起壟成型板等構(gòu)成。具有土壤細(xì)碎、壟型標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)效率高、作業(yè)成本低、結(jié)構(gòu)緊湊、性能良好、工作平穩(wěn)等優(yōu)點。主要技術(shù)參數(shù)：配套動力66.2 kW，耕寬200 cm，耕深20 cm～35 cm，起壟壟面寬30 cm～45 cm，壟底寬110 cm，壟溝寬60 cm～70 cm，壟高≥50 cm，壟間距170 cm～180 cm，作業(yè)速度1.5 km/h～2 km/h，純作業(yè)生產(chǎn)率0.25 hm2/h～0.36 hm2/h[6]。與工程挖掘機挖掘起壟相比，提高效率12倍，每畝節(jié)約成本530元～750元。由于起壟高度達(dá)50 cm以上，可省略原有粉葛種植農(nóng)藝中制作露頭包費用，每畝節(jié)約成本100元。露頭工序更簡便，每畝節(jié)省成本300元。因此，采用深旋高壟旋耕起壟機進行粉葛種植旋耕起壟作業(yè)每畝共可節(jié)約成本930元～1 150元。該機可供廣大粉葛種植合作社、農(nóng)業(yè)企業(yè)及專業(yè)戶使用，具有廣闊的市場前景。

2.2 立式旋耕粉壟機

粉葛種植起高壟是為了滿足粉葛生長需要的松土層厚度，采用粉壟耕作技術(shù)同樣能夠達(dá)到粉葛種植生長所需的松土層厚度。該技術(shù)工作原理是利用立式螺旋鉆頭，通過垂直旋轉(zhuǎn)切割土壤，以達(dá)到深耕深松土壤的目的，在不改變土壤結(jié)構(gòu)情況下打破板結(jié)犁底層，使土壤粉碎并自然懸浮成壟。該技術(shù)能夠活化利用深層土壤資源，促進作物生長各種資源的高效利用，并提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量。立式旋耕粉壟機如圖2所示。該機主要由懸掛架、機架、齒輪箱、立式螺旋鉆頭等組成，螺旋鉆頭可以選擇配置1～13個。其粉壟松土層深度大于50 cm，土壤細(xì)碎、保水性好，有利于粉葛的生長，但存在著生產(chǎn)效率不高、作業(yè)成本較高、易水淹、易爛葛、須根增多、機械化收獲困難等缺點。因此，立式旋耕粉壟機主要用于山坡等旱地粉葛種植旋耕起壟，不宜用于水田粉葛種植旋耕起壟。

圖2 立式旋耕粉壟機

3 粉葛種植旋耕起壟設(shè)備發(fā)展趨勢

3.1 旋耕起壟施肥覆膜等聯(lián)合作業(yè)機研制

粉葛種植前需進行土壤旋耕、施肥、起壟、噴藥、鋪滴灌帶、覆膜以及打孔等多項作業(yè)，為了減少拖拉機進地次數(shù)，提高作業(yè)效率，節(jié)省成本，必須研發(fā)一機多用的聯(lián)合作業(yè)設(shè)備。在現(xiàn)有深耕高壟旋耕起壟機的基礎(chǔ)上通過增加工作部件，實現(xiàn)旋耕整地、施肥、起壟、噴藥、鋪滴灌帶、覆膜以及打孔等聯(lián)合作業(yè)，既可部分聯(lián)合，也可全部聯(lián)合，但這需在解決動力合理匹配及傳動問題的前提下進行?，F(xiàn)有深耕高壟旋耕起壟機還需要進一步優(yōu)化，研究開發(fā)自適應(yīng)田塊變化的壟型成型設(shè)備和彈性可調(diào)鎮(zhèn)壓技術(shù)，以便獲得更好的作業(yè)性能。

3.2 自動化、智能化、無人駕駛技術(shù)應(yīng)用

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，一些新技術(shù)將在旋耕起壟機上得到應(yīng)用，利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、無線通信、大數(shù)據(jù)、人工智能、遙感、地理信息系統(tǒng)等技術(shù)可以開發(fā)帶有避障系統(tǒng)的智能旋耕起壟機。通過控制旋耕起壟機改變作業(yè)路徑，可以實現(xiàn)旋耕起壟機無法耕作的障礙物間區(qū)域的有效耕作，防止出現(xiàn)少耕、漏耕現(xiàn)象。另外，利用無人駕駛技術(shù)在有斜坡的地勢以及夜晚作業(yè)時也能精確駕駛，以確保起壟的直線度和壟距。這些充分利用先進科技的旋耕起壟技術(shù)是未來旋耕起壟機的主要發(fā)展方向[7-8]。

3.3 高強耐磨材料及仿生技術(shù)應(yīng)用

旋耕起壟機為田間作業(yè)設(shè)備，其旋耕起壟刀輥、起壟器、鎮(zhèn)壓器等與田間碎石、土塊不斷撞擊摩擦，使得旋耕起壟刀輥、起壟器、鎮(zhèn)壓器及機架等極易磨損、斷裂，降低了設(shè)備使用壽命，增加了作業(yè)成本。如何將高強耐磨、價格低的材料應(yīng)用到旋耕起壟機制造中是未來旋耕起壟機研發(fā)的主要內(nèi)容之一。此外，起壟成型器、鎮(zhèn)壓器與土壤接觸摩擦，表面黏土增多，造成工作阻力增大，作業(yè)質(zhì)量變差，生產(chǎn)效率降低，能耗增加，嚴(yán)重時甚至無法正常工作?？梢酝ㄟ^對具有減黏降阻功能的生物進行仿生學(xué)研究，將其成果應(yīng)用到旋耕起壟機減黏脫土上，對旋耕起壟機性能的提高具有重要意義[9-11]。

4 結(jié)束語

1）粉葛種植旋耕起壟設(shè)備仍處在起步階段。由于我國從事粉葛種植旋耕起壟設(shè)備研究的單位少，研發(fā)投入不足，設(shè)備研發(fā)滯后，旋耕起壟機械化基礎(chǔ)研究與關(guān)鍵技術(shù)研究薄弱，土壤和機器互作機理研究不足，農(nóng)機農(nóng)藝融合不夠，技術(shù)集成度不夠，機具的專業(yè)化和系列化程度低，整體水平還不高。因此，粉葛種植旋耕起壟設(shè)備仍處在起步階段。

2）研制深耕高壟旋耕起壟施肥 覆膜等聯(lián)合作業(yè)機是粉葛種植旋耕起壟設(shè)備的發(fā)展方向。在現(xiàn)有深耕高壟旋耕起壟機的基礎(chǔ)上通過增加工作部件，實現(xiàn)旋耕整地、施肥、起壟、噴藥、鋪滴灌帶、覆膜以及打孔等聯(lián)合作業(yè)，并研究開發(fā)自適應(yīng)田塊變化的壟型成型設(shè)備和彈性可調(diào)鎮(zhèn)壓技術(shù)，以滿足粉葛種植旋耕起壟作業(yè)需求，提高作業(yè)效率，降低作業(yè)成本。

3）因地制宜選擇旋耕起壟作業(yè)模式。粉葛種植旋耕起壟作業(yè)模式有深耕高壟旋耕起壟和立式旋耕粉壟兩種作業(yè)模式。各地粉葛種植區(qū)域環(huán)境差異較大，尚無規(guī)范化的粉葛種植標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)?；N植較少。因此，各地應(yīng)結(jié)合種植習(xí)慣、土壤特性、降雨量等因素選擇適宜當(dāng)?shù)氐男饓抛鳂I(yè)模式，制定粉葛高效種植標(biāo)準(zhǔn)，推廣標(biāo)準(zhǔn)化種植和規(guī)?；N植，促進我國粉葛產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。