果园绿肥粉碎翻压装备研究现状分析

杨 旺 ，赵劲飞 ，陈云生 ，张 宏 ，廖结安 ※

（1.塔里木大学机械电气化工程学院，新疆阿拉尔843300；2.新疆维吾尔自治区普通高等学校现代农业工程重点实验室）

0 引言

我国水果种植面积自1978 年以来迅速增长，现阶段果园种植面积和水果产量均居世界首位。根据国家统计局资料显示，2017 年我国果园种植面积达到11 135.92 khm2，占农业总面积的49.12%，2018 年果园种植面积增加至11 874.93 khm2，同比增长6.64%[1]。随着国家推进“质量兴农、绿色兴农”战略，种植果园绿肥成为一种现代化绿色果园土壤管理模式[2-3]。绿肥指通过对绿色植物体直接翻压还田、异地施用或集中发酵用作生物肥料的绿色植物体。绿肥的幼嫩茎叶等在土壤微生物的作用下腐解后，能提高土壤中大量元素及许多中微量元素的含量，同时，种植绿肥具有改变土壤理化性质、增加土壤有机质、提高作物产量和品质作用[4-6]。

由于果园绿肥种类较多，传统翻压机械针对茎秆较高的绿肥作物，浅翻会影响绿肥的翻压效果，而深翻又可能会损伤果树的地表根系。因此，采用果园绿肥粉碎翻压装备先将绿肥进行粉碎后再翻压，既可提升果园绿肥利用率，又可降低果树地表根系的损伤率。

1 国内研究现状

1.1 传统割草机用于绿肥粉碎

目前通常使用滚刀式、圆盘式及甩刀式割草机进行果园绿肥的粉碎处理，然后在中耕时进行翻压，虽然也可以完成绿肥作物的粉碎翻压工作，但是费时费力，效率低。粉碎后绿肥作物的茎秆枝叶未及时翻压处理，会导致其处于晾晒状态，水分易流失，肥效降低，腐解速度减缓。而且复播绿肥作物时，易将种子播撒到表层土壤的茎秆枝叶上，出现晾种现象，进而出现弱苗，缺苗现象[7]。

图1 常见割草机类型

1.2 绿肥粉碎翻压机

目前，绿肥相关专用机械的研发刚起步，但是发展速度相对较快[8]。如沈阳农业大学王伟等研制出9GB-1.6 型果园避障绿肥粉碎机（图2），配置了位置传感器和液压装置控制的副割草机，可实现果树根部，果树株间绿肥的粉碎，提升了作业机的作业范围与效果；4JY-100 型侧输式绿肥茎秆切碎还田机（图3），可将粉碎后的绿肥茎秆从一侧输出，将其绿肥堆积到果树主根上方，提高保墒效果。二者均能较好的完成基本的果园行间绿肥的粉碎还田。南京农机化研究所的吴惠昌等人还研制出GFY-200 型绿肥粉碎翻压复式作业机（图4），该机械先采用预切粉碎，后进行旋耕翻压，优点在于可减小翻耕深度，并且提高翻压效果，能够实现粉碎翻压一次性作业，高效节能，可满足果园绿肥发展的要求。

图 2 9GB-1.6 型避障绿肥粉碎机

图3 4JY-100 型侧输式绿肥粉碎机

1.3 相关机械

2020 年游兆延、张冲等人设计研制了紫云英绿肥盛花期埋切翻压组合作业机（图5）。该机工作时，埋切部件由拖拉机推行而向前移动，随着辊筒组件前移，辊筒组件上的压切刀旋转，紫云英绿肥被推倒并切成一段段短小茎秆，后置翻压部件仅需较小耕深，即可将压切后的紫云英茎秆翻压到土中[9]。该机转向半径较大，适用于大田作业，且其耕深达到220 mm，容易损伤果树地表根系，不建议用于果园作业。

图4 GFY-200 型绿肥粉碎翻压复式作业机

图5 紫云英绿肥盛花期埋切翻压组合作业机

杨庆璐等人设计研发的伸缩指杆式玉米秸秆旋耕掩埋机（图6），由于偏心轴固定，伸缩指杆组沿着孔做伸缩运动，且先于旋耕刀片接触未耕地表，由于地表的反作用力，扭簧发生变形，沿地表向后滑动继而将秸秆推送至上一把刀切开的土壤中，下一把刀把切碎的土壤覆盖到伸缩指杆推送的秸秆上，完成一次覆盖。同时，上一把刀将土和部分秸秆抛至后上方，在栅栏作用下，大部分秸秆落回地表，土壤继续穿过栅栏向后上方运动，撞击到挡土板时，土壤落下至秸秆上方二次覆盖，随后压秆齿在镇压轮作用下将地表残余秸秆压入土壤，完成三次覆盖[7]。该机利用伸缩指杆与偏心轴配合，能将粉碎后的玉米秸秆进行高效翻压，达到“杆下土上”的目的。

张文良等人设计的秸秆犁旋还田联合作业机（图7），其原理为：由拖拉机牵引犁旋联合作业机前进，防缠草切刀安装于犁体前方，先切草入土，将秸秆切断并压入土壤以防止缠绕，然后中间犁体进行耕翻作业，侧边犁体进行开沟，犁耕深度由限深轮来控制。旋埋刀辊带动弯刀、横刀进行协同作业，进一步将秸秆打碎深埋，破碎土壤，最后在平土拖板作用下平整地表[10]。

另外，近几年在水稻、棉花、玉米秸秆的粉碎还田机的设计原理、翻压技术、防缠绕技术等各方面也取得了一定的成果[11-13]。为果园绿肥粉碎翻压机械的研制创新提供了良好的技术支持。

图7 秸秆犁旋还田联合作业机

2 国外研究现状

在国外，绿肥被称作“覆盖作物”，广泛应用于农业生产中。国外绿肥翻压作业和作物播种作业同时进行[8,14]，如加拿大Flexi-coil 公司研制的5000 型免耕播种施肥机（图8a），可高效的实现免耕播种。其采用多梁结构的铲式开沟器，防堵塞功能较强，作业幅宽最大可达到36.6 m，工作效率高，机械化程度高。美国的JohnDeere公司研制生产的1590 型免耕条播机（图8b），破茬能力较强，地面仿形能力优良，可实现秸秆还田和精量播种。荷兰Van Wamel B.V.公司的一款绿肥翻青机（图8c），可进行绿肥作物在前端装置下粉碎，后端机构下翻压联合作业。美国研究了一种绿肥免耕机械作业新模式，即在绿肥压青机碾压后，在碾压后的绿肥作物茎秆等上复播，为防止由于出现架种、晾种等问题，而影响出苗率，设计了旋转切刀及压轮组配式播区整理装置（图8d），旋转切刀将播种区绿肥茎秆等进行清理，压轮压住绿肥茎秆等以防其进入播种槽影响播种质量。

图8 国外绿肥翻压机械

由于国外绿肥粉碎翻压机械大多以大中型为主，价格高昂、与国产拖拉机动力匹配度较差，而且考虑到我国果园作业条件、绿肥种植规模以及农户经济水平等各方面因素，国外绿肥粉碎翻压机械在国内果园绿肥的推广应用方面存在很大的局限性。

3 我国果园绿肥粉碎翻压装备存在的问题

3.1 研发力度不足

现阶段我国绿肥研究主要集中于水稻、烤烟、小麦、玉米以及果茶树等研究领域[15]，在研制果园绿肥粉碎翻压机械方资金面投入相对匮乏，研究团队少。研究手段大多以仿制为主，研制的机械功能单一，专用性、适用性方面都存在问题，农机农艺的融合程度不高。再者，目前对绿肥作物的生长特性、力学特性等研究不足，从而致使研发的粉碎翻压装备种类较少，通用性虽强，但易造成能源浪费，降低了果农收益。

3.2 绿肥供肥机制不够完善

绿肥—土壤—果树养分循环特征与调控机制[16]有待完善。土壤生物、土壤化学，物理性状、绿肥粉碎程度、翻压深度对绿肥腐解的作用以及果树对腐解后绿肥的吸收利用情况等的指标体系构建不够完善，未建立科学的绿肥效应预测模型。

3.3 推广适用性不强

果农对种植绿肥作物的重视程度不够，种植规模较小，导致对果园专用的绿肥机械需求不大，从而没有系统地生产相关机械，目前依旧停留在研发设计阶段。另外，对购置绿肥粉碎翻压机械的补贴力度小。

4 对策与建议

针对以上存在的问题，对目前果园绿肥粉碎翻压机械的研发推广提出以下对策与及建议：（1）应加大对果园绿肥机械研发的投资力度，加大绿肥机械的购机补贴，引进国外先进技术，借鉴同类相关机械的研发技术经验，形成绿肥体系独特的技术、政策和方法；（2）发展模式上，要因地制宜，研发适用于当地地形、土壤、作物的机型。优先发展结构简单，价格低廉的中小型绿肥粉碎或翻压机械，争取短时间内完成机械化单项作业，然后研发多功能粉碎翻压一体机械装备，继而向着智能化技术出发，实现果园绿肥还田的机械化。（3）加强对果农的引导，使其深刻了解种植果园绿肥果农的意义，加强对种植果园绿肥的宣传力度，调动果农的积极性，扩增种植面积，形成规模化的果园绿肥种植体系。（4）坚持农机农艺相融合，即工作机制的融合、技术创新机制的融合、加强技术标准的融合、推动农业生产经营模式的融合等，构建果园绿肥效应的指标体系及预测模型等。