林地碾压式除草机的设计和应用

刘华山

(甘肃省天祝县林业和草原局，甘肃 天祝 733299)

在造林地，苗木按一定的株行距栽植后，为了防止牲畜啃食和提高生长量，架设围栏等设施进行封育管护。林地封育后，行间滋生杂草，与苗木争夺光照和水肥，影响苗木生长，也给森林防火带来一定隐患。目前，林地除草方式主要有喷洒除草剂[1-3]、人工用镰刀割除或用背负式割草机割除[4-5]，以上除草方式在一定程度上控制了杂草生长，提高了林地抚育效果。但喷洒除草剂对环境和土壤造成一定污染[6-8]，且成本高，大面积应用困难。人工用镰刀或背负式割草机除草虽污染小，但也存在成本高，效率低，大面积应用困难等问题。因此，为了满足大面积林地除草需求，迫切需要研制机动性强、行走快、效率高、成本低，省时、省力的大型除草机械。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于甘肃省天祝藏族自治县松山镇达隆村山水林田湖项目实施区，中心坐标N36°49′，E103°23′，该地属大陆性高原季风气候，光照充足，平均海拔2 452 m，相对无霜期90～145天，年日照时数2 500～2 700 h，年均降雨量360 mm，60%降雨集中在7月—9月，年均气温2.8 ℃，土壤为沙壤土。试验地地势平坦，交通便利，灌溉设施齐全，2017年3月山水林田湖项目下达后，栽植青海云杉(PiceacrassifoliaKom.)和祁连圆柏(SabinaprzewalskiiKom.)500 hm2，苗木栽植时苗高1.5 m，株行距均为3 m，苗木栽植后周围架设铁丝围栏进行封育管护。2020年苗木平均高度2.0 m，随着林地行间生态环境的改善，行间杂草逐年增加，形成以灰绿藜(ChenopodiumglaucumL.)、苣荬菜(SonchusarvensisL.)和大刺儿菜(Cirsiumsetosum(willd)M.B.)为优势种的杂草群落，影响了林木生长并且提高了林地火险等级。

1.2 材料与方法

2019年7月—9月杂草快速生长期分别采用本文设计的林地辗压式除草机、背负式割草机和镰刀进行除草。

林地碾压式除草机除草：除草时驾驶林地碾压式除草机除草，除草机动力部分为型号HQYL1000压路机，碾压轮宽1.5 m，直径80 cm，济宁汇启机械设备有限公司生产。

背负式割草机除草(CK1)：除草时操作背负式割草机除草，割草机为四冲程背负式割草机，山东曲阜润丰机械有限公司生产。

人工镰刀割草(CK2)：除草时人工手握镰刀割草。

杂草快速生长期7、8、9月每月月底除草1次，除草完成后计算除草效率(hm2/人·天)和除草成本(元/hm2)。除草效率=除草面积(hm2)÷除草人员数(人)÷除草时间(天)，除草成本=除草雇工费或租用林地碾压式除草机、背负式除草机费用(元)÷除草面积(hm2)。试验地一个青壮年劳动力每天工作10小时的雇工费是150元。林地碾压式除草机、背负式除草机(包括操作员)每天工作10小时的租用费分别是1 200元和200元。10月底随机抽取不同除草方式除草后的林地苗木行间样地10处，每个样地1 m2，统计杂草腐烂率(%)。杂草腐烂率=(腐烂杂草层厚度÷杂草总厚度)×100。并在林地内开辟燃烧实验场，采集杂草活体、死体可燃物进行燃烧试验，确定每种可燃物的着火强度和燃烧蔓延速度。按照国家防火办制定的《全国森林火险等级标准》(QX/T 77-2007)确定火险等级，火险等级划分见表1。

表1 火险等级划分

所有数据求平均值，数据采用Excel2007和DPS6.01软件进行新复极差Duncan多重比较显著性分析。

2 结果与分析

2.1 林地碾压式除草机的设计和应用

林地碾压式除草机整体结构示意图如图1所示。林地碾压式除草机由压路机1和横截面“V”字形刀刃4组成。横截面“V”字形刀刃安装在压路机碾压轮Ⅰ2和碾压轮Ⅱ3表面。碾压轮Ⅰ和碾压轮Ⅱ安装横截面 “V”字形刀刃后横截面呈“”形，碾压轮Ⅰ和碾压轮Ⅱ表面安装8个横截面“V”字形刀刃。横截面“V”字形刀刃沿碾压轮Ⅰ和碾压轮Ⅱ表面等距离平行分布。横截面“V”字形刀刃由钢材熔化后制模浇铸而成，通过焊接安装在压路机碾轮Ⅰ和碾轮Ⅱ上。碾压轮Ⅰ和Ⅱ整体结构示意图如图2所示，横截面“V”字形刀刃4的结构示意图如图3所示。

图1 林地碾压式除草机整体结构示意图

图2 碾压轮Ⅰ和Ⅱ整体结构示意图

图3 横截面“V”字形刀刃4的结构示意图

林地碾压式除草机实施示意图如图4所示。林地除草时，操作者驾驶林地碾压式除草机1，在林地苗木行间行走，碾压轮Ⅰ2和碾压轮Ⅱ3将杂草碾倒在地，碾压轮Ⅰ和碾压轮Ⅱ表面安装的横截面“V”字形刀刃4以地表为砧将倒伏在地上的杂草5切断，同时横截面“V”字形刀刃4切入土壤，起到松土作用。林地苗木行间杂草经过碾压轮Ⅰ和碾压轮Ⅱ的依次碾压和横截面“V”字形刀刃多次切割，茎叶断裂或受损，失去直立能力，并枯黄死亡，对苗木生长的影响降低，这样就达到林地苗木行间快速除草的目的。

图4 林地碾压式除草机实施示意图

2.2 林地碾压式除草机应用效果对比分析

林地碾压式除草机应用效果见表2，不同除草方式中林地碾压式除草机除草、背负式割草机除草和人工镰刀割草的杂草腐烂率、火险等级、除草效率和除草成本差异较大。不同除草方式中林地碾压式除草机除草的杂草腐烂率和除草效率最高，分别为45.25%和3.84 hm2/人·天，较背负式割草机除草(CK1)分别提高了1.98倍和15.00倍，较人工镰刀割草分别提高了2.01倍和127.00倍，火险等级和除草成本最低，分别为三级和312元/hm2，较背负式割草机除草(CK1)分别降低了一级和0.63倍，较人工镰刀割草分别降低了一级和0.94倍，差异均达到极显著水平(P<0.01)。

表2 林地碾压式除草机应用效果

3 结论

应用林地碾压式除草机除草时，相对传统人工镰刀割草和背负式割草机除草提高了除草效率，降低了除草成本。并且在除草过程中将切割的杂草充分碾压，提高了杂草腐烂率，降低了火险等级，在生产实践中具有一定的应用前景。林地除草是森林抚育的重要组成部分，杂草与苗木争夺光照和水肥，且为鼠兔栖息和繁殖提供了便利条件，冬季枯草期还提高了火险等级。在林地施肥、浇水、喷药等抚育措施朝着机械化发展的今天，实现林地除草工具的提升改造和机械化，有助于提高除草效率和降低除草成本。本文设计的林地碾压式除草机利用压路机为主机，在碾压轮上安装切割刀刃，实现了压路机的多功能用途，且改装成本低，机动性强，操作简单，在林地行间可快速行走，实现大面积林地除草，且具有松土功能，建议示范推广。