葡萄有机肥深施机的研究现状浅析

李智勇，蒙贺伟，李亚萍，坎　杂，李成松，戚江涛，王丽红

（1.新疆生产建设兵团农机技术推广总站，新疆石河子　832000；2.石河子大学机械电气工程学院）

葡萄有机肥深施机的研究现状浅析

李智勇1，蒙贺伟2，李亚萍2，坎杂2，李成松2，戚江涛2，王丽红2

（1.新疆生产建设兵团农机技术推广总站，新疆石河子832000；2.石河子大学机械电气工程学院）

摘要:葡萄有机肥深施劳动强度大、效率低，随着劳动力成木的不断提高以及劳力短缺，葡萄施肥的机械化需求越来越高。文中分析了国内外各种开沟施肥技术及装备的研究现状，指出了葡萄机械化施肥存在的问题，提出了葡萄有机肥机械化深施进一步发展的参考对策和建议。

关键词：葡萄；有机肥；施肥机；现状

新疆独特的光热和水土等自然环境成就了优质葡萄的生长，生产的葡萄具有品质好、单产高、营养丰富等特点，具有其他葡萄产区无法比拟的独特优势，与法国波尔多、美国加利福尼亚州并称为世界葡萄的“天堂种植区”[1]。近年来,新疆依托优势资源，大力发展特色产业和进行农业结构调整，葡萄产业得到了快速健康的发展，种植面积、产量和深加工能力都大幅提高[2]。据统计，截止2012年新疆葡萄种植面积已达19.14万hm2[3]。

在葡萄种植过程中，施肥是影响葡萄产量和品质的重要因素，合理施用肥料可增加葡萄产量40%～ 60%，而且能提高果园的土壤肥力和环境效益。目前，施肥的种类主要有无机肥和有机肥，其中，增施有机肥可使化学氮素肥料的肥效提高一倍，磷化肥有效性得到提高[4]，并在显著提高葡萄生长性能的同时，大幅提高葡萄品质，使酿酒葡萄果实总含糖量提高1.12%～1.94%，总酸度下降0.18%～0.27%，糖酸比增大10.02～16.33，品质大大改善。因此，针对葡萄进行有机肥深施逐渐成为未来发展方向[5]。长期以来，葡萄深施有机肥主要靠人工施肥，需要人工完成挖沟、施肥、覆土等作业，费时费力，劳动强度大，工作效率低，已不符合规模化葡萄种植要求。因此，亟需开展葡萄有机肥深施机械的研究。

1　国外开沟施肥机研究现状

国外最早的施肥机是以拖车装固液态肥料，通过输送轮、输送链条等简单的施肥装置进行施肥作业。20世纪50年代初，化肥的大规模应用催生了施肥机械的产生，施肥机械主要用于农业方面，如采用输送管、气泵与喷嘴这种方式施肥，之后又出现了排肥器等，这些果园机械适合在地面平坦的果园内进行无机肥的机械化施肥作业。

国外很早就开始进行了施肥机的研究，如美国、日本、意大利和法国等，主要施加液态肥和有机肥[6～9]。其中，液肥在美国、加拿大、英国、荷兰等发达国家的肥料使用中占有较大的比例，并研制了多种条施及穴施的液态施肥机具。有机肥施肥机械主要有螺旋式撒肥机、甩链式撒肥机等型式，其中以螺旋式最为常见。螺旋式撒肥机是由装在车厢式肥料箱底部的输肥链将整车厩肥缓缓向后移动，喂给撒肥部件进行撒布，撒肥部件包括撒肥滚筒、击肥轮和撒布螺旋。甩链式撒肥机采用圆筒形肥箱，筒内有根纵轴，轴上交错地固定着若干根端部装有甩锤的甩肥链，工作时，甩链由拖拉机动力输出轴驱动以200～300 r/min的转速旋转，破碎厩肥，并将其甩出。

2　国内开沟施肥机研究现状

2.1链式开沟施肥机械

链式开沟机结构简单、组装方便，开出的沟沟壁整齐，沟底不留回土，效率高，沟深和沟宽都易于调节。链刀式开沟机的挖掘部件为带刀片的链条，刀齿切割土壤并将其带至地面，由螺旋输送器将土运至沟的一侧或两侧。

刘军，董永尚等研制了lKF-500型果园开沟施肥机，该机主要由悬挂架、传动轴、变速箱、开沟链条刀、链条调节架、调节油缸、挡土装置和刮土装置等部件组成（图1）[10]。该机开沟深度、宽度均可调，开挖的沟壁、沟底较平整，该机不但适用于果园开沟而且还能用于其它开沟作业，如输水管道的开挖等。

图1　1KF-500型果园开沟施肥机结构

徐州市农机技术推广站结合江苏省对果园开沟施农家肥的要求、果园种植农艺特点、现有动力状况及现代农业的发展趋势，研制开发出与小型拖拉机配套的1K-500自走式果园施肥开沟管理机。该机采用手扶拖拉机作为动力部分，作业时，经传动装置将动力传输到开沟刀轴上，利用链条带动刀具旋转，达到对农田开沟的目的，同时利用超低速变速箱控制机具行走速度，用螺旋式排土器将土排出沟外。

2.2旋转开沟施肥机械

马占新等根据北方葡萄园的栽培要求研制生产了以正转旋耕方式工作、配套功率为36.8 kW的1K-40-40型葡萄施肥开沟机，开沟效果较好，但由于整机笨重，不适于在葡萄园转弯调头[11]。

孙茂森、姜秀美等根据我国果园生产的实际要求，采用圆盘旋转铁抛的开沟方式，同时采用液压控制系统实现了开沟深度的实时调整，研制了果园深度开沟施肥机，其作业深度可达50 cm[12]。该果园深度开沟施肥机主要由万向传动轴、机架、悬挂三角架、传动机构、开沟机构、液压机构、施肥机构和限深轮机构等8个部分组成（图2）。

图2　果园深度开沟施肥机结构示意1.万向传动轴2.机架3.悬挂三角架4.传动机构.5.开沟机构6.液压机构7.施肥机构8.限深轮机构

新疆农科院农业机械化研究所的阿布里孜·巴斯提、班婷等先后研制出了1KF-35型果园开沟深施肥机、1FK-40型偏置式果园开沟施肥机，其中1FK-40型偏置式果园开沟施肥机在工作时采用机架前端固接着的悬挂连接架与拖拉机三点悬挂挂接，由后动力输出轴驱动刀盘进行开沟施肥作业（图3）[13]。该机适用于新疆果园开沟施肥作业，可实现开沟和施肥两项作业一部机具一次完成，也可用于植树开沟，农田起垄等农业生产活动。

图3　1FK-40型偏置式果园开沟施肥机结构示意1.机架2.齿轮箱总成3.偏重式肥箱4.刀盘总成5.地轮构成

申屠留芳、杨刚等设计了一种专门用于葡萄园开沟的回转盘式深开沟机，由动力传动装置、开沟装置、施肥装置和松（排）土装置等4部分组成（图4）[14]。该葡萄园施肥机转弯灵活，可以实现深松、深施肥等一体化复式联合作业，施肥可实现单一施肥，也可实现复合施肥，是一种新型的深松深施肥的萄园专用施肥机具。

图4　葡萄园开沟施肥机示意1.松土刀片2.松土刀盘3.变速箱4.万向传动装置5.排肥轴6.肥斗7.肥斗8.排肥系统9.排肥管10.集土刮板11.排肥铲

汪官健等研制出一种集新型果园开沟施肥（农家肥或颗粒肥料）、覆土等多功能为一体的新型林果开沟施肥机（图5）[15]。其开沟装置与减速换向器输出轴上的双排链轮固定联接，通过双排链条将动力输出到开沟装置的主轴上。主轴两侧通过花键安装2个刀盘，每个刀盘上均匀分布10个刀座，每个刀座上固定安装1个旋耕刀，刀盘旋转方向同拖拉机前进方向一致。

钮金亮、李向国等针对葡萄农业的发展现状，根据葡萄生产的实际情况，研究设计了一种能在狭窄葡萄园内灵活作业、进行地表施肥的手扶式施肥机[16]。施肥机的动力源为微型汽油发动机，微型汽油发动机通过联轴器与减速器输入轴连接，减速器输出轴上装有链轮组，通过链条将动力向2个方向传递，一方面通过驱动前轮为施肥机前进提供动力；另一方面驱动螺旋拨肥轴，拨肥轴匀速转动能够使肥料均匀地从肥料箱中流出，避免了因肥料自身重力因素造成出肥速度不均匀的现象。

图5　多功能型果树开沟施肥机1.有机施肥箱2.机架3.导土罩4.旋耕刀5.刀盘6.链轮7.限深轮8.颗粒施肥箱9.输肥管10.链轮支撑座11.牵引板加强板12.牵引架13.减速换向器14.链盒15.换向齿轮16.牵引座17.V型覆土板18.牵引杆19.伸缩簧20加压杆21.伸缩杆22.调整立柱

中国农科院果树研究所与高密益丰机械有限公司2012年研制出开沟施肥搅拌回填机，该机主要用于果园施肥，肥箱分为有机肥箱和化肥箱，前者用搅龙装置单向输肥，后者用外槽轮排肥装置，结构较复杂，肥箱空间利用率不高（图6）[8]。作业时先开沟，然后用搅拌器在沟内将肥料和土壤搅拌混合，最后用搅龙回填覆土。搅拌可以提高肥料的吸收效率和利用率，但该机不能靠近树根开沟，不能定向施肥。2013年，南京农机所对该机进行改进，设计成偏置式开沟形式，提高了肥料利用率，但也不能定向施肥。

图6　开沟施肥搅拌回填机结构示意1.搅龙架2.回填搅龙3.连接器4.搅拌传动箱5.搅拌器6.开沟齿7.开沟轮8.开沟器传动箱9.挡土板10.中间传动箱11.有机肥箱12.化肥箱13.化肥排肥器14.有机肥排肥器15.导向槽

淮阴工学院研制的果园开沟施肥机（图7）。该机由轮式拖拉机牵引，提升机构完成果园开沟施肥机工作中的提、放和牵引工作，通过万向节与拖拉机动力输出轴连接，使果园开沟施肥机获得所需工作动力。该机具可实现开沟、施肥、土回填平和压实等工作一次完成，但肥箱较小，外槽轮排肥器施肥量小，不能偏置开沟。

图7　果园开沟施肥机结构1.拉杆2.机架3.输入轴4.变速箱5.刀盘轴6.带轮7.胶带8.刀盘9.开沟刀10.加肥器11.离合胶带轮12.土回填板13.加压弹簧14.压实辊15.挡板

农一师农机修造厂研出一种集果园开沟施肥（农家肥或颗粒肥料）、覆土等多功能为一体的新型林果开沟施肥机。该机由机架、传动装置、开沟装置、施肥装置和覆土装置五部分组成。传动装置由万向节、减速换向器、链轮、链条和齿轮组成；开沟装置由主轴、刀盘、旋耕刀、回土罩和限深轮组成；施肥装置由施肥箱、拨肥轴和螺旋叶片组成；覆土装置由V型覆土片、伸缩弹簧、牵引杆、加压杆和调整立柱组成。

3　葡萄开沟施肥机存在的问题

葡萄生产过程中，施加有机肥具有窄行种植和大施肥量等特点，其施肥量达5m3/6.67 hm2以上，葡萄种植行距按3.5 m计算，每米施肥量将达到0.027 m3，而且由于葡萄种植行距和生产效率所限，葡萄地中能进行作业的机械最大动力不能超过80 hp（四驱），作业速度不得低于1 km/h（折合35 hm2），因此，葡萄种植的特殊性导致葡萄施肥机械必须具备结构简单、能耗小、肥箱容积大等特点，而目前针对葡萄有机肥施加可用机型极少，现有机型存在问题比较突出，主要有以下方面：

（1）整机结构尺寸过大，在田间运行不畅。如链式开沟机，虽沟壁整齐，沟底不留回土，效率高，但与施肥装置结合进行开沟、施肥联合作业时，开沟与施肥装置配合困难，整机结构尺寸大，在葡萄地中难于调头。

（2）开出的沟距离葡萄根系较远，沟深度不足。为了使有机肥肥效达到最大化，开出的沟要求距离葡萄根系在40～50 cm左右，深度在50 cm以内，现

有有机肥深施机有些开沟距根系远，有些机型开沟深度不够，导致肥料利用率低。

（3）肥箱容积不足，有机肥输送过程中易堵塞。由于有机肥物料特性所限，肥料受潮后不但易粘在肥箱表面，而且极易腐蚀肥箱，造成施肥过程中的输肥不畅、肥箱内结拱、下肥不连续等问题。

（4）开沟时易出现剧烈振动、跑偏和走直性能差等问题。开沟刀磨损快，一些松软土质条件下，所开沟形不稳定，影响施肥效果。

4　结语

近年来，我国葡萄产业发展迅速，种植面积持续增加，针对葡萄开沟施肥的新装备、新机械不断涌现，极大的提升了葡萄施肥作业效率，降低了劳动强度。然而，由于葡萄深施有机肥作业要求高，因此亟需研究人员依据不同土壤条件和施肥要求，寻求合适的施肥方法和施肥技术，研制出开沟深、施肥量大、下肥连续的有机肥深施机，以推动我国葡萄有机肥深施机械的发展，提升葡萄施肥作业的机械化水平。

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通讯作者：李亚萍

基金项目：2013年度石河子大学重大科技攻关计划项目（gxjs2012- zdgg04）

收稿日期：2015-03-07

文章编号：1007-7782（2015）02-0015-04

中图分类号：S223.5

文献标识码：A

doi:10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2015.02.007