粉葛种植旋耕起垄设备现状与发展趋势探讨*

王 瑛 ， 冯 艳 ， 付 捷 ， 蒋雷鸣 ， 舒 娟 ， 吴鹏辉

（江西省农业技术推广中心，江西 南昌 330006）

粉葛是我国药食兼用特色经济作物，素有“北参南葛”“亚洲人参”的美誉，具有较高营养价值和药用价值。发展以粉葛为核心的地方特色经济产业，对加快农业供给侧结构性改革、促进农民增收等具有重大意义[1]。粉葛种植前需要进行土壤的翻耕和旋耕起垄作业。旋耕起垄设备是一种由拖拉机动力驱动、能同时完成旋耕和起垄作业的土壤耕作设备，具有碎土性能好、起垄定型好、作业效率高、减少机具进地次数、缩短农时、降低生产成本、适应性强和操作简单等优点，广泛应用于各种土壤的旋耕起垄作业。粉葛种植旋耕起垄作业是粉葛种植的关键环节，粉葛属于长根茎类作物，起垄高度必须大于50 cm，才能满足粉葛的生长需要。现有红薯、中药材等使用的旋耕起垄机起垄高度通常小于40 cm，不能很好地用在粉葛种植的深旋耕高起垄作业。因此，调研国内外粉葛种植旋耕起垄设备的发展现状和技术特点，分析存在的问题，研究推广粉葛种植旋耕起垄设备技术，解决粉葛种植机械化旋耕起垄作业难题，必将对国内粉葛产业的发展及种葛经济效益的提高产生重大影响。

1 粉葛种植旋耕起垄作业要求

粉葛是豆科葛属植物，块根肥大，属于长根茎类作物。粉葛可在各种土壤中生长，适宜在我国大部分地区种植，并且不必灌溉和防治病虫害便可丰收[2]。通常每年10月左右开始翻耕整地，翻耕主要采用铧式犁和圆盘犁进行深耕作业，耕深要达到20 cm～30 cm。下一年2月到3月进行旋耕起垄作业，起垄垄型为梯形，垄距13 cm～20 cm，垄面宽30 cm～70 cm，垄底宽90 cm～120 cm，垄沟宽40 cm～80 cm，垄高50 cm以上。起垄方向平原地区以南北走向较好，坡地的起垄方向宜与山坡垂直，同时，开好田间排水沟，便于排水降渍[3]。

2 粉葛种植旋耕起垄设备现状

发达国家旋耕起垄设备研究较早，旋耕起垄设备技术领先我国，在马铃薯、红薯等产业应用广泛。美欧等国家使用大型拖拉机牵引，带动大型旋耕起垄机进行旋耕、起垄和整平垄体作业。韩国、日本等国家以小型旋耕起垄机为主，同时研发起垄镇压技术和适应不同垄形的旋耕起垄施肥机。

国内旋耕起垄设备研发较晚，整体技术落后发达国家，主要应用于木薯、红薯、马铃薯、烟草、中药材等产业。现有微型旋耕起垄机、旋耕起垄施肥机和犁式起垄机等类型，微型旋耕起垄机为自带动力自走式作业方式，适宜丘陵山区小垄单行作业，旋耕起垄施肥机和犁式起垄机为动力悬挂式作业方式，适宜地势平坦地区大垄单行或多行作业[4]。

长期以来，国内粉葛种植旋耕起垄作业多数借用木薯、红薯、马铃薯、烟草、中药材等使用的旋耕起垄设备。这种通用型旋耕起垄机起垄高度通常小于40 cm，不能满足粉葛生长所需的50 cm以上要求。在粉葛种植中，为了解决粉葛种植环节中的高起垄问题，大多数种植户采用工程挖掘机堆垛起垄。虽然起垄高度能达到粉葛生长所需的50 cm以上要求，但存在着生产效率低、作业成本高（起垄作业成本高达680元/亩～1 000元/亩）、垄型不直、垄型不标准、垄体松散、易塌陷、垄体土块大、碎土率达不到粉葛种植要求、不利于葛根幼苗生长、易死苗等问题，严重影响葛根产量、品质和种植葛根的经济效益[5]。

为了解决粉葛种植旋耕起垄作业瓶颈难题，近年来，部分科研机构和企业开始研制粉葛种植旋耕起垄机并选择其他旋耕起垄机在粉葛种植上进行试验研究，取得了较好效果，代表机型如下。

2.1 深耕高垄旋耕起垄机

现有的红薯、中药材等使用的旋耕起垄机起垄高度通常小于40 cm，不能很好地用在粉葛种植的深旋耕高起垄作业。主要原因是普通旋耕机旋耕深度为8 cm～18 cm，耕作深度比较浅，通过旋耕的土壤厚度不够，垄体的土壤体积不足，垄高达不到50 cm以上要求。深耕高垄旋耕起垄机采用专用深旋耕起垄刀轴和加长旋耕刀、起垄刀，增加旋耕刀、起垄刀的旋转半径，旋耕深度20 cm～35 cm，满足粉葛种植高起垄的松土层要求，配置高起垄装置，起垄高度大于50 cm。深耕高垄旋耕起垄机如图1所示。

图1 深耕高垄旋耕起垄机

深耕高垄旋耕起垄机采用深旋耕起垄刀辊与高起垄装置于一体，深旋耕起垄刀辊后接高起垄装置，可同时完成深旋耕和高起垄作业，满足粉葛种植深旋耕高起垄作业需求。该机主要由悬挂架、机架、齿轮箱、左深旋耕起垄刀辊、右深旋耕起垄刀辊和起垄成型板等构成。具有土壤细碎、垄型标准、生产效率高、作业成本低、结构紧凑、性能良好、工作平稳等优点。主要技术参数：配套动力66.2 kW，耕宽200 cm，耕深20 cm～35 cm，起垄垄面宽30 cm～45 cm，垄底宽110 cm，垄沟宽60 cm～70 cm，垄高≥50 cm，垄间距170 cm～180 cm，作业速度1.5 km/h～2 km/h，纯作业生产率0.25 hm2/h～0.36 hm2/h[6]。与工程挖掘机挖掘起垄相比，提高效率12倍，每亩节约成本530元～750元。由于起垄高度达50 cm以上，可省略原有粉葛种植农艺中制作露头包费用，每亩节约成本100元。露头工序更简便，每亩节省成本300元。因此，采用深旋高垄旋耕起垄机进行粉葛种植旋耕起垄作业每亩共可节约成本930元～1 150元。该机可供广大粉葛种植合作社、农业企业及专业户使用，具有广阔的市场前景。

2.2 立式旋耕粉垄机

粉葛种植起高垄是为了满足粉葛生长需要的松土层厚度，采用粉垄耕作技术同样能够达到粉葛种植生长所需的松土层厚度。该技术工作原理是利用立式螺旋钻头，通过垂直旋转切割土壤，以达到深耕深松土壤的目的，在不改变土壤结构情况下打破板结犁底层，使土壤粉碎并自然悬浮成垄。该技术能够活化利用深层土壤资源，促进作物生长各种资源的高效利用，并提高作物产量和质量。立式旋耕粉垄机如图2所示。该机主要由悬挂架、机架、齿轮箱、立式螺旋钻头等组成，螺旋钻头可以选择配置1～13个。其粉垄松土层深度大于50 cm，土壤细碎、保水性好，有利于粉葛的生长，但存在着生产效率不高、作业成本较高、易水淹、易烂葛、须根增多、机械化收获困难等缺点。因此，立式旋耕粉垄机主要用于山坡等旱地粉葛种植旋耕起垄，不宜用于水田粉葛种植旋耕起垄。

图2 立式旋耕粉垄机

3 粉葛种植旋耕起垄设备发展趋势

3.1 旋耕起垄施肥覆膜等联合作业机研制

粉葛种植前需进行土壤旋耕、施肥、起垄、喷药、铺滴灌带、覆膜以及打孔等多项作业，为了减少拖拉机进地次数，提高作业效率，节省成本，必须研发一机多用的联合作业设备。在现有深耕高垄旋耕起垄机的基础上通过增加工作部件，实现旋耕整地、施肥、起垄、喷药、铺滴灌带、覆膜以及打孔等联合作业，既可部分联合，也可全部联合，但这需在解决动力合理匹配及传动问题的前提下进行。现有深耕高垄旋耕起垄机还需要进一步优化，研究开发自适应田块变化的垄型成型设备和弹性可调镇压技术，以便获得更好的作业性能。

3.2 自动化、智能化、无人驾驶技术应用

随着现代科学技术的飞速发展，一些新技术将在旋耕起垄机上得到应用，利用卫星导航定位系统、物联网、无线通信、大数据、人工智能、遥感、地理信息系统等技术可以开发带有避障系统的智能旋耕起垄机。通过控制旋耕起垄机改变作业路径，可以实现旋耕起垄机无法耕作的障碍物间区域的有效耕作，防止出现少耕、漏耕现象。另外，利用无人驾驶技术在有斜坡的地势以及夜晚作业时也能精确驾驶，以确保起垄的直线度和垄距。这些充分利用先进科技的旋耕起垄技术是未来旋耕起垄机的主要发展方向[7-8]。

3.3 高强耐磨材料及仿生技术应用

旋耕起垄机为田间作业设备，其旋耕起垄刀辊、起垄器、镇压器等与田间碎石、土块不断撞击摩擦，使得旋耕起垄刀辊、起垄器、镇压器及机架等极易磨损、断裂，降低了设备使用寿命，增加了作业成本。如何将高强耐磨、价格低的材料应用到旋耕起垄机制造中是未来旋耕起垄机研发的主要内容之一。此外，起垄成型器、镇压器与土壤接触摩擦，表面黏土增多，造成工作阻力增大，作业质量变差，生产效率降低，能耗增加，严重时甚至无法正常工作。可以通过对具有减黏降阻功能的生物进行仿生学研究，将其成果应用到旋耕起垄机减黏脱土上，对旋耕起垄机性能的提高具有重要意义[9-11]。

4 结束语

1）粉葛种植旋耕起垄设备仍处在起步阶段。由于我国从事粉葛种植旋耕起垄设备研究的单位少，研发投入不足，设备研发滞后，旋耕起垄机械化基础研究与关键技术研究薄弱，土壤和机器互作机理研究不足，农机农艺融合不够，技术集成度不够，机具的专业化和系列化程度低，整体水平还不高。因此，粉葛种植旋耕起垄设备仍处在起步阶段。

2）研制深耕高垄旋耕起垄施肥 覆膜等联合作业机是粉葛种植旋耕起垄设备的发展方向。在现有深耕高垄旋耕起垄机的基础上通过增加工作部件，实现旋耕整地、施肥、起垄、喷药、铺滴灌带、覆膜以及打孔等联合作业，并研究开发自适应田块变化的垄型成型设备和弹性可调镇压技术，以满足粉葛种植旋耕起垄作业需求，提高作业效率，降低作业成本。

3）因地制宜选择旋耕起垄作业模式。粉葛种植旋耕起垄作业模式有深耕高垄旋耕起垄和立式旋耕粉垄两种作业模式。各地粉葛种植区域环境差异较大，尚无规范化的粉葛种植标准，规模化种植较少。因此，各地应结合种植习惯、土壤特性、降雨量等因素选择适宜当地的旋耕起垄作业模式，制定粉葛高效种植标准，推广标准化种植和规模化种植，促进我国粉葛产业快速发展。