自走式精旋土壤火焰杀虫机在设施蔬菜生产中应用的试验研究

孙龙霞 於锋 葛讯一

0 引言

由于作物品种、土壤特性、地方气候特点不同，设施蔬菜生长中连作障碍问题复杂，传统的农药治理治标不治本，不但污染耕地环境，而且会导致病虫害产生耐药性，加剧病虫害治理难度[1-2]。针对设施蔬菜栽培生产中连作障碍问题严重，特别是土壤中病虫害分布广泛、传播途径多等问题，采用土壤精细粉碎和火焰高温处理相结合的灭菌杀虫消毒技术，可实现绿色高效环保治理土壤病虫害[3-5]。本文结合自走式精旋土壤火焰杀虫机性能试验及田间生产试验情况，分析该机整机性能，对试验机型进行适应性、经济性、可靠性评价，为土壤消毒机械推广应用提供参考[6-7]。

1 试验机具

3SHGL-135 型自走式精旋土壤火焰杀虫机是由拖拉机动力输出轴驱动的精细旋耕杀虫机械，结构如图1 所示。作业时,拖拉机动力经后输出轴、联轴器传至分动箱主动轴，经伞齿减速并改变方向，再通过二组链轮，将动力传递给旋耕齿轮包动力输出轴，通过旋耕滚筒长轴与滚筒连接，最终把动力传出，驱动滚筒旋转工作，将土壤粉碎并提起放入罩壳内。火焰喷射器与旋耕滚筒同步工作，1 000℃高温火焰束穿透粉碎后的土层，可瞬间杀死土层里的线虫及虫卵。机具主要技术参数见表1。

图1 3SHGL-135 型自走式精旋土壤火焰杀虫机结构简图

表1 机具主要参数

2 试验方法

2.1 试验仪器、工具

试验仪器及工具（校准合格并在有效期内）：钢卷尺、皮尺、钢尺、坚实度测定仪、土壤水分测定仪、温度计等。

2.2 试验地点

试验地点选在无锡市惠山区精细蔬菜园区。高温杀虫灭菌试验后，使用修复剂对土壤进行修复处理。

2.3 试验内容

2.3.1 试验条件测定

记录土壤类型、前茬作物，用温度计测定棚内温度，用皮尺测量设施结构尺寸等；用土壤水分测定仪测定土壤水分含量（随机选取五个点测定，取平均值）；用土壤坚实度测定仪测定土壤坚实度（测定深度10 cm，测5 次，取平均值）。

2.3.2 土壤消毒落地温度测定

测定土壤消毒落地后温度。选定5 个截面，分别在机具作业后1 min、10 min、30 min，用温度计插入土层测量10 cm 深度的土壤温度。

2.3.3 土壤消毒机田间试验测定

在无锡益家康生态农业有限公司塑料大棚内进行田间试验，测定土壤消毒机作业效率。在20 m 定点距离内，测定机具往返作业时间各1 次，计算出机具纯作业效率。作业完成后，在已作业田块中选取5 个作业截面，测量机具作业幅宽、作业深度，取平均值；随机选取五个点,用土壤水分测定仪测定土壤含水率。

后期进行作物生长情况比对测定。在同一大棚内选择两个田块，在一个田块进行土壤火焰消毒处理；另一田块未经处理，为对照田块。

2.3.4 生产考核试验

在无锡益家康生态农业有限公司蔬菜园区内进行机具生产考核试验，分别对塑料大棚和露地地块进行作业考核，测定作业时间、作业面积、故障情况及耗气情况，评价操作方便性、可靠性。

按式（1）计算生产效率：

式中：Ws——生产效率，667 m2/h；

Ts——作业时间，h；

Q总——作业面积，667 m2。

按式（2）计算单位面积耗气率：

式中：M——单位面积耗气率，kg/667 m2；

M总——机具在作业时间内消耗的总燃气量，kg；

Q总——作业面积，667 m2。

按式（3）计算可靠性系数：

式中：Tk——可靠性系数；

T故——故障发生时间，h；

TS——作业时间，h；

T总——时间总和，h。

3 试验结果分析

3.1 试验条件

试验开始前，先用深耕机深旋土壤35～40 cm，在深耕的同时打破原来的犁底层，消除土壤板结，增加土壤的透气性，降低土壤的酸化、次生盐渍化，改良土壤的种植条件，为自走式精旋土壤火焰杀虫机试验及效果分析做好准备。试验地条件测定情况如表2 所示。

表2 田间试验条件检测记录

3.2 土壤消毒落地温度分析

土壤消毒落地后温度测量结果如表3所示。线虫在高温下很脆弱,在45℃环境中15 分钟死亡,在55℃环境中只能活几秒。火焰消毒时,火枪喷出的温度约1 000℃,翻耕过程中，细小土壤颗粒在被抛起时通过火焰的灼烤，将线虫杀死。试验中的灼烧土壤落地后10 cm 深度的温度在45～55℃之间，30 min 后可保持在47℃左右，仍可满足土块内部的线虫清杀处理要求，能有效杀灭土壤中病虫害，对土壤中的病原真菌和细菌以及杂草种子具有明显的杀灭作用。

表3 落地温度检测表

3.3 土壤消毒机田间试验分析

自走式精旋土壤火焰杀虫机田间试验后土壤作业参数测量结果如表4 所示。机具作业深度在20 cm 左右，经过火焰高温消毒后，30 cm 以上的土层温度都达到了线虫和其它病原微生物的致死温度，再配合太阳能高温闷棚，可以使土壤保持较长时间的高温，杀虫效果更明显。作业后土壤细碎，机具作业幅宽、作业深度能够达到相关技术要求，作业土壤平均含水率为24%，能保证较为适宜的作物生长环境。

机具平均行走速度为2.23 m/min，平均旋耕深度为20.3 cm，耕深稳定性为90.2%，作业幅宽为135.4 cm，30 min 土壤平均温度为47.2℃。

3.4 生产考核试验分析

自走式精旋土壤火焰杀虫机生产考核试验在无锡益家康生态农业园区塑料大棚内进行。在露地进行对比试验。露地环境温度为8℃。大棚为8 m 塑料大棚，环境温度为22℃。土壤表层细碎，未耕作，沟内土壤表层有白色晶体状土块，伴有少量红色土块。试验考核结果见表4、表5。

表4 土壤消毒机生产考核记录表

高温消毒杀菌试验后，使用时科生物科技（上海）有限公司、南京农业大学农业资源与生态环境研究所联合生产的竹炭有机肥（修复剂），对土壤进行修复处理，后茬作物种植苋菜、芹菜、青菜。通过对比可看出，在使用土壤火焰杀虫机作业的田块，土壤修复后，第一茬芹菜生长变化不明显，第二茬苋菜、青菜等叶菜长势较好，土壤盐碱化程度也得到一定的改良。

表5 土壤消毒机生产考核汇总表

4 结论与建议

4.1 结论

对3SHGL-135 型自走式精旋土壤火焰杀虫机进行性能试验及田间生产试验，重点对试验机型进行适应性、经济性、可靠性分析，根据试验研究结果，得到如下结论：

1）作业后土壤细碎，机具作业幅宽、作业深度均能够达到相关技术要求。

2）土壤落地温度受机具作业速度、机具作业深度、土壤含水率等因素影响较大，土壤落地温度在45～55℃，并且可保持温度1 h 以上。

3）机具整体作业速度不高，作业深度为20 cm时，亩作业时间约3.5 h。

4）机具可靠性为99.1%。故障为旋耕试验时土壤中有较大石块卡住旋耕刀片，通过清理石块解决。

5）作业成本较高。液化气成本约1 500元/667 m2（液化气价格随市场波动）。

6）旋耕、高温杀毒作业后，田块通过施撒生物质有机肥进行修复。修复后第一茬叶菜作物生长变化不明显，第二茬作物长势较好，土壤盐碱化程度得到一定的改良。

4.2 建议

根据样机试验情况，提出结构优化建议：

1）增加监控装置，应用智能化技术。大棚内作业温度高、灰尘大，操作人员作业环境条件较差，建议增加遥控作业装置，以降低工作人员作业强度。使用导航系统，可以实现机械的自动化作业；使用智能终端，可以实现对机具作业的综合管理；增加热力传感器和光敏传感器，可实时监控气体的燃烧情况；在机具后方增加摄像头，实时传输作业图像，可在操作面板上对机具后方进行实时监控。

2）优化土壤破碎装置。与普通的旋耕机相比，目前引进试验的设备可达到较深的旋耕深度和较好的碎土效果。针对苏南苏中地区以黏土为主的情况，建议开展辊式碎土机理研究，优化可浮动调整的深耕碎土刀辊装置。

3）优化高温处理箱。由于该设备的火焰喷头朝下，并且出口气流速度较快，所以需要研究火焰喷头朝下的自动点火技术；同时，应分析强制通风装置和排烟口形成高热湍流空气流场分布，优化火焰杀毒装备结构，增加火焰和土壤接触时间，增强土壤杀菌杀虫的消毒效果。