貴州喀斯特山區農田碎石整治現狀與對策

齊興源 ，湯盼盼 ，劉春波 ，林蜀云 ，李 凝

（1.貴州省山地農業機械研究所，貴州 貴陽 550002；2.錦屏縣農業農村局，貴州 黔東南州 556700）

0 引言

貴州省位于我國西南地區云貴高原山區，是世界喀斯特地貌集中分布的亞洲片區中心，是中國喀斯特地貌分布面積最大、發育最復雜的一個省區[1]。貴州省第三次全國國土調查公報顯示，全省耕地面積5 208.93 萬畝，位于6°以上坡度的耕地面積4 430.61萬畝，占全省耕地面積的85.06%[2]，是典型的以丘陵山地為主的喀斯特地貌。全省的坡耕地主要分布在遵義市和畢節市，占全省坡耕地面積的50.93%[3]。

獨特的地形地貌特點導致貴州耕地石漠化問題嚴重，全省石漠化耕地共313.38 萬畝，占耕地面積的6%。在經濟和技術不斷發展的過程中，石漠化治理的方式也多種多樣，主要集中在特定作物的栽培上[4]。“開山成土、劈石造田”是貴州千百年來土地形成的過程，大部分6°以下坡度的耕地土壤碎石（大于3 cm）含量極少，6°以上坡度的多數耕地，土壤中含有大量直徑大于3 cm的碎石[5]。

近年來，貴州大力發展農業機械化作業，著力解決農田與機耕道不配套、機械化作業和農機轉移等問題，開展高標準農田建設和土地宜機化整治等工作，由于丘陵山地土壤層薄，大量石頭在農田整治過程中被翻出，較高的土壤碎石含量直接影響了機耕機種的效果。農業裝備結構發展不合理、農業裝備研發能力不強、土壤碎石含量高等，都是制約貴州農機化發展的重要因素[6]。

本文擬在介紹各地學者開展土壤碎石整治技術研究中取得的進展的基礎上，對當前土壤碎石整治所存在的問題進行分析研究，提出應對喀斯特地貌山區土壤碎石整治的對策及建議，以期為開發出更適用的碎石整地機械提供借鑒與參考。

1 國外土壤碎石整治現狀

農田碎石整治工作在國外起步較早，最早在1974 年，一機部機械院農機所對法國、蘇聯、美國等國家的幾種碎石整治機具進行了介紹。一種是非連續性工作的機具，主要包括托架式清石機、夾持爪式清石機等，主要是針對較大的石頭，將石頭從土壤中夾出并運送。另一種是連續性工作的機具，主要包括帶柵格篩斗的清石機具、帶分離升運器的清石機、帶振動篩或偏心篩的清石機具、帶滾筒篩的清石機等，這類機具主要是通過行走的動力底盤掛接機具，將土壤和石頭一起鏟起后將石頭篩出來并臨時存儲，達到清石的目的[7]。

法國的尼古拉斯公司在20 世紀70 年代設計了一種碎石機，由拖拉機進行掛接后，將動力傳遞至機具的滾筒，滾筒上有很多錘片，用于粉碎石塊。該機具不僅可以用于農田碎石，還可以用來清除灌木叢和折斷樹枝，為開荒造田和拖拉機行駛開辟道路[8]。

美國最早開展土壤碎石整治工作，是通過撿石機來完成的，隨后加拿大等國家的一些科研單位和公司紛紛效仿，相繼開展撿石機的研究[9]。

2 國內土壤碎石整治現狀

國內土壤碎石較多的地區以丘陵山區為主，受地形等因素影響，丘陵山區農機化水平較低，土壤碎石整治多依靠人工撿拾。20 世紀80 年代，遼寧省撫順市農機研究所最先開展了土壤松土撿石機的研究，但是在具體應用時，經常會出現堆土嚴重的現象，同時會被石塊卡住傳動機構，作業時需要經常清理和維修。

2000 年以后，新疆建設兵團研制了一款用于農田碎石整治的撿石機，通過前低后高設置軸流式滾筒篩的方式，將土壤中的碎石先篩出來，然后集中在后方收集箱中，以此完成土壤碎石清理工作。但是該機具的作業深度只有8 cm～12 cm，不能夠滿足一般耕作層深度的要求。

鞍山市岫巖縣針對上述機具不能滿足耕深需求的問題，通過改進馬鈴薯收獲機，將作業深度拓展到30 cm，但也引發了作業阻力過大的問題，最終未能得到很好的應用。

青島洪珠、寶華農機等國內農機公司也研發了相關撿拾設備，可以撿拾直徑在2 cm～40 cm 之間的石頭，最大作業深度可以達到40 cm，配套動力在118 kW 以上。總體上來說，作業效果不是很理想，機具的可靠性有待進一步提高，尤其是在喀斯特山區，對于黏重型土壤，大型牽引設備均難以滿足作業要求[10]。

近年來，四川省有公司通過引進意大利開發的碎石粉壟機，在西南片區開展碎石整治工作，整體效果良好，能夠達到碎石的目的，在喀斯特山區適應性較好，但受價格等因素影響，應用范圍較小。

鑒于上述機具對喀斯特山區及丘陵地區土壤的碎石整治效果較好，唐義清對該設備進行了試驗及仿真，得到了影響該機具作業效果的深度、轉速、作業速度的最佳參數，同時對截齒的分布角度進行仿真分析，獲得了功率消耗最小的分布角度[11]。程敖利用離散元對截齒破碎性能進行了仿真研究，為截齒的安裝角度和分布方式提供了參考[12]。肖建成等通過分析貫入角度與截齒破碎性能和排布之間的關系，形成了一種截齒布置的設計方法[13]，為該類型機具的設計研究提供了參考。

3 問題分析

綜合目前各地對于土壤碎石整治的情況來看，人工撿拾、機具撿拾、機具粉碎是當下解決問題的主要方式，但喀斯特山區當前面臨著土地耕作面積小、土壤黏重等多重因素，還存在不少問題。

3.1 人工撿拾費用高、效率低、不徹底

隨著農村老齡化趨勢愈發明顯，在農村務工的人員日益減少，而碎石撿拾又是一項比較消耗體力的工作，農村老年勞動力難以勝任。同時，人工撿拾只能清理表面的碎石，無法清理埋入土壤的碎石，需要多年持續進行翻耕并撿拾，而且難以根除干凈。

3.2 機具撿拾適用性差

撿石機一般需要深挖土壤層進行石頭清篩，一方面對于牽引機具的功率消耗很大，另一方面針對黏重型土壤無法解決堆土卡死的問題。撿石機配套的牽引機具功率多在118 kW 以上，對喀斯特山區小地塊作業來說，難以找到適宜的牽引機具。所以，不論是從作業效果還是從配套機具方面來說，撿石機均難以適用于喀斯特山區的碎石整治工作。

3.3 碎石粉壟機作業壁壘高

碎石粉壟機是目前能夠在喀斯特地貌山區的土壤碎石整治工作中應用的且效果較好的設備，一般需要66 kW 以上的牽引機具即可作業。但是該設備目前主要依靠進口，單臺設備的價格在40 萬元以上，農戶與經營主體難以接受。目前該設備多以政府投資購買為主，作業費用達到1 000 元/畝以上。面對昂貴作業費用和機具維護費用，形成了經營主體買不起、農戶用不起的壁壘，推廣應用難度大。

4 對策與建議

從技術層面分析，目前碎石粉壟機是解決喀斯特山區土壤碎石整治問題的理想機具，但生產技術難度較高、機具費用和作業費用高昂是阻礙其推廣應用的關鍵因素，應當從以下方向出發，為喀斯特山區土壤碎石整治工作提供解決方案。

4.1 攻克技術壁壘，讓企業造得起

在眾多學者的研究基礎上，深化產學研合作，一邊做試驗樣機，一邊做示范推廣，從示范應用中找問題、補短板，不斷打磨產品細節，讓企業造得起可用的、效果好的、價格合適的碎石整治裝備。

4.2 加大研發力度，降低設備成本

在攻破技術壁壘的基礎上，讓喀斯特地貌山區的農機制造企業參與機具的研發制造，降低機具生產成本，控制機具銷售價格，使其較進口設備便宜一半以上。

4.3 強化政策補貼，讓經營主體買得起

首先，將類似于碎石粉壟機的區域適用型專用農機裝備納入省級農機購置補貼目錄，然后通過政府項目補助，讓農機服務經營主體購買機具花費不超過總價的50%，大幅度降低經營主體的采購成本。

4.4 結合項目實施，讓農戶用得起

充分利用土地宜機化改造項目和農機作業服務補貼，將農田碎石整治服務納入專項農機作業補貼，進一步降低作業服務費用，讓農戶用得起，讓碎石田變良田。