贵州喀斯特山区农田碎石整治现状与对策

齐兴源 ，汤盼盼 ，刘春波 ，林蜀云 ，李 凝

（1.贵州省山地农业机械研究所，贵州 贵阳 550002；2.锦屏县农业农村局，贵州 黔东南州 556700）

0 引言

贵州省位于我国西南地区云贵高原山区，是世界喀斯特地貌集中分布的亚洲片区中心，是中国喀斯特地貌分布面积最大、发育最复杂的一个省区[1]。贵州省第三次全国国土调查公报显示，全省耕地面积5 208.93 万亩，位于6°以上坡度的耕地面积4 430.61万亩，占全省耕地面积的85.06%[2]，是典型的以丘陵山地为主的喀斯特地貌。全省的坡耕地主要分布在遵义市和毕节市，占全省坡耕地面积的50.93%[3]。

独特的地形地貌特点导致贵州耕地石漠化问题严重，全省石漠化耕地共313.38 万亩，占耕地面积的6%。在经济和技术不断发展的过程中，石漠化治理的方式也多种多样，主要集中在特定作物的栽培上[4]。“开山成土、劈石造田”是贵州千百年来土地形成的过程，大部分6°以下坡度的耕地土壤碎石（大于3 cm）含量极少，6°以上坡度的多数耕地，土壤中含有大量直径大于3 cm的碎石[5]。

近年来，贵州大力发展农业机械化作业，着力解决农田与机耕道不配套、机械化作业和农机转移等问题，开展高标准农田建设和土地宜机化整治等工作，由于丘陵山地土壤层薄，大量石头在农田整治过程中被翻出，较高的土壤碎石含量直接影响了机耕机种的效果。农业装备结构发展不合理、农业装备研发能力不强、土壤碎石含量高等，都是制约贵州农机化发展的重要因素[6]。

本文拟在介绍各地学者开展土壤碎石整治技术研究中取得的进展的基础上，对当前土壤碎石整治所存在的问题进行分析研究，提出应对喀斯特地貌山区土壤碎石整治的对策及建议，以期为开发出更适用的碎石整地机械提供借鉴与参考。

1 国外土壤碎石整治现状

农田碎石整治工作在国外起步较早，最早在1974 年，一机部机械院农机所对法国、苏联、美国等国家的几种碎石整治机具进行了介绍。一种是非连续性工作的机具，主要包括托架式清石机、夹持爪式清石机等，主要是针对较大的石头，将石头从土壤中夹出并运送。另一种是连续性工作的机具，主要包括带栅格筛斗的清石机具、带分离升运器的清石机、带振动筛或偏心筛的清石机具、带滚筒筛的清石机等，这类机具主要是通过行走的动力底盘挂接机具，将土壤和石头一起铲起后将石头筛出来并临时存储，达到清石的目的[7]。

法国的尼古拉斯公司在20 世纪70 年代设计了一种碎石机，由拖拉机进行挂接后，将动力传递至机具的滚筒，滚筒上有很多锤片，用于粉碎石块。该机具不仅可以用于农田碎石，还可以用来清除灌木丛和折断树枝，为开荒造田和拖拉机行驶开辟道路[8]。

美国最早开展土壤碎石整治工作，是通过捡石机来完成的，随后加拿大等国家的一些科研单位和公司纷纷效仿，相继开展捡石机的研究[9]。

2 国内土壤碎石整治现状

国内土壤碎石较多的地区以丘陵山区为主，受地形等因素影响，丘陵山区农机化水平较低，土壤碎石整治多依靠人工捡拾。20 世纪80 年代，辽宁省抚顺市农机研究所最先开展了土壤松土捡石机的研究，但是在具体应用时，经常会出现堆土严重的现象，同时会被石块卡住传动机构，作业时需要经常清理和维修。

2000 年以后，新疆建设兵团研制了一款用于农田碎石整治的捡石机，通过前低后高设置轴流式滚筒筛的方式，将土壤中的碎石先筛出来，然后集中在后方收集箱中，以此完成土壤碎石清理工作。但是该机具的作业深度只有8 cm～12 cm，不能够满足一般耕作层深度的要求。

鞍山市岫岩县针对上述机具不能满足耕深需求的问题，通过改进马铃薯收获机，将作业深度拓展到30 cm，但也引发了作业阻力过大的问题，最终未能得到很好的应用。

青岛洪珠、宝华农机等国内农机公司也研发了相关捡拾设备，可以捡拾直径在2 cm～40 cm 之间的石头，最大作业深度可以达到40 cm，配套动力在118 kW 以上。总体上来说，作业效果不是很理想，机具的可靠性有待进一步提高，尤其是在喀斯特山区，对于黏重型土壤，大型牵引设备均难以满足作业要求[10]。

近年来，四川省有公司通过引进意大利开发的碎石粉垄机，在西南片区开展碎石整治工作，整体效果良好，能够达到碎石的目的，在喀斯特山区适应性较好，但受价格等因素影响，应用范围较小。

鉴于上述机具对喀斯特山区及丘陵地区土壤的碎石整治效果较好，唐义清对该设备进行了试验及仿真，得到了影响该机具作业效果的深度、转速、作业速度的最佳参数，同时对截齿的分布角度进行仿真分析，获得了功率消耗最小的分布角度[11]。程敖利用离散元对截齿破碎性能进行了仿真研究，为截齿的安装角度和分布方式提供了参考[12]。肖建成等通过分析贯入角度与截齿破碎性能和排布之间的关系，形成了一种截齿布置的设计方法[13]，为该类型机具的设计研究提供了参考。

3 问题分析

综合目前各地对于土壤碎石整治的情况来看，人工捡拾、机具捡拾、机具粉碎是当下解决问题的主要方式，但喀斯特山区当前面临着土地耕作面积小、土壤黏重等多重因素，还存在不少问题。

3.1 人工捡拾费用高、效率低、不彻底

随着农村老龄化趋势愈发明显，在农村务工的人员日益减少，而碎石捡拾又是一项比较消耗体力的工作，农村老年劳动力难以胜任。同时，人工捡拾只能清理表面的碎石，无法清理埋入土壤的碎石，需要多年持续进行翻耕并捡拾，而且难以根除干净。

3.2 机具捡拾适用性差

捡石机一般需要深挖土壤层进行石头清筛，一方面对于牵引机具的功率消耗很大，另一方面针对黏重型土壤无法解决堆土卡死的问题。捡石机配套的牵引机具功率多在118 kW 以上，对喀斯特山区小地块作业来说，难以找到适宜的牵引机具。所以，不论是从作业效果还是从配套机具方面来说，捡石机均难以适用于喀斯特山区的碎石整治工作。

3.3 碎石粉垄机作业壁垒高

碎石粉垄机是目前能够在喀斯特地貌山区的土壤碎石整治工作中应用的且效果较好的设备，一般需要66 kW 以上的牵引机具即可作业。但是该设备目前主要依靠进口，单台设备的价格在40 万元以上，农户与经营主体难以接受。目前该设备多以政府投资购买为主，作业费用达到1 000 元/亩以上。面对昂贵作业费用和机具维护费用，形成了经营主体买不起、农户用不起的壁垒，推广应用难度大。

4 对策与建议

从技术层面分析，目前碎石粉垄机是解决喀斯特山区土壤碎石整治问题的理想机具，但生产技术难度较高、机具费用和作业费用高昂是阻碍其推广应用的关键因素，应当从以下方向出发，为喀斯特山区土壤碎石整治工作提供解决方案。

4.1 攻克技术壁垒，让企业造得起

在众多学者的研究基础上，深化产学研合作，一边做试验样机，一边做示范推广，从示范应用中找问题、补短板，不断打磨产品细节，让企业造得起可用的、效果好的、价格合适的碎石整治装备。

4.2 加大研发力度，降低设备成本

在攻破技术壁垒的基础上，让喀斯特地貌山区的农机制造企业参与机具的研发制造，降低机具生产成本，控制机具销售价格，使其较进口设备便宜一半以上。

4.3 强化政策补贴，让经营主体买得起

首先，将类似于碎石粉垄机的区域适用型专用农机装备纳入省级农机购置补贴目录，然后通过政府项目补助，让农机服务经营主体购买机具花费不超过总价的50%，大幅度降低经营主体的采购成本。

4.4 结合项目实施，让农户用得起

充分利用土地宜机化改造项目和农机作业服务补贴，将农田碎石整治服务纳入专项农机作业补贴，进一步降低作业服务费用，让农户用得起，让碎石田变良田。