有机肥撒施机的种类与性能分析

刘希锋，孙士明，钱晓辉，曾庆辉

(黑龙江省农业机械工程科学研究院，哈尔滨　150081)



有机肥撒施机的种类与性能分析

刘希锋，孙士明，钱晓辉，曾庆辉

(黑龙江省农业机械工程科学研究院，哈尔滨150081)

摘要：在有机肥资源量不断增长的情况下，我国有机肥的施用比例却不断下降，并形成了严重的危害。有机肥撒施机是有机肥高效应用的必要手段。为此，对有机肥撒施机的种类、结构形式及性能特点进行了深入分析与评价，旨在帮助广大种植或养殖业主能够正确选择和使用有机肥抛撒机，同时也为撒施机生产企业研发提供一定的参考依据。

关键词：有机肥；撒施机；土壤改良；厩肥

0引言

随着我国畜禽养殖业的快速发展，畜禽产生大量粪便和污水已经造成严重环境污染。据统计，畜禽粪便排放量已经达到工业固体废弃物排放量的2.4倍，有机污染物中仅COD一项就超过工业和生活废弃物中COD总和，成为环境污染三大源头之一。根据国家环保总局的调查，我国每年畜禽粪便产生量约为19亿t，环境压力非常严重。

由于种植制度的变化，不合理使用化肥、农药，我国一些地区土壤质量正呈恶化趋势。1998年以来，尽管我国化肥、农药、农膜等农用物资投入量一直在增加，但粮食单产却没有出现大幅度提高。目前，我国靠化肥投入量的增加能够引起的产量增长已近极限，有些地方大量滥施化肥，单纯使用化肥，使许多农田耕层变浅，土壤生物活性和保肥、保水能力降低，最终造成人们赖以生存的基本生产资料土壤出了问题，致使土壤结构破坏、土壤肥力耗损、土壤质量下降。在这种土壤上生产的农产品，品质下降，风味变坏，有害物质超标。因此，若不重视依靠农业科技提高耕地基础地力，仅一味靠化肥、农药、农膜等物资的大量投入来增加产量或维持高产，受报酬递减率的作用，将难以实现粮食单产生产能力的继续提高，对我国粮食安全和人民健康势必造成严重威胁。

国外发达国家农业生产实践表明：采用有机肥撒施机，将有机肥撒施到田间，既能改善土壤结构、提高土壤肥力，使土壤中水、肥、气达到协调，提高耕地产出率，又能减轻畜禽粪便、农作物秸秆及生产生活有机垃圾等多种废弃物对环境造成的污染，是实现农业可持续发展行之有效的方法。

1有机肥的定义及种类

有机肥料是指含有有机物质，既能提供农作物多种无机养分和有机养分，又能培肥改良土壤的一类肥料。农业上广泛应用的有机肥主要有堆肥、沤肥、厩肥、沼肥、绿肥和泥肥等。有机肥按肥料的形态不同，可分为液态有机肥和固态有机肥两大类，因此其撒施机具通常也相应分为液态有机肥撒施机和固态有机肥撒施机两大类。

2液态有机肥洒施机

液态有机肥洒施机是一种能够完成液肥地表洒施或地下深施作业的专用施肥机械，一般由罐体、抽吸装置、洒施装置、行走及平衡系统组成，其结构如图1所示。最早的液态有机肥洒施机通过设置在机具后方的喷嘴直接将液态肥均匀喷洒到地表。由于液肥直接裸露在地表，易损失且不卫生，因此科研人员又进一步研发出3种不易造成液肥损失的撒施机械：第1种为管道式液肥注入机，利用泵从液肥罐中将液肥抽出，经过管道组直接注入土壤；第2种为鞋靴式液肥注入机，同样利用泵将液肥从罐体内抽出，并注入土壤，并同时覆土；第3种为楔形液肥注入机，用泵将液肥注入土壤、覆土，可显著减少机具对土表的扰动，如图2所示。3种机器在液肥施用上非常有效，但在减少液肥中氨损失方面，以楔形注入机效果最好，其次是鞋靴式注入机和管道式注入机。

目前，液态有机肥洒施机正向大容量、多功能方向发展，其罐体容量可达30m3以上。在抽吸装置方面，可配备各种不同的抽吸设备，既有简单的手动接装抽吸管，又有液压控制的短型或长形抽吸臂；在撒施装置方面，既可配备简单喷嘴，又可配备9～18m喷灌软管台及深松施肥器等。

图1液态有机肥撒施机

图2楔形液肥注入机

3固态有机肥撒施机

固态有机肥撒施机以往也称为厩肥撒施机，是一种以拖拉机为动力，把处理后的有机肥进行抛撒还田的专用农机具。固态有机肥撒施机按照动力驱动方式的不同，可分为地轮驱动式和拖拉机动力输出轴驱动式两大类。

3.1地轮驱动式撒施机

地轮驱动式撒施机通常应用在小型撒肥机上，肥箱容积一般为2～3m3。该机型主要由机架、箱体、物料输送链板、地轮、撒肥辊及传动机构等组成。工作时，在小四轮拖拉机的牵引下，一侧地轮(配离合器，运输状态下脱离)通过链传动机构将动力传递给位于料箱底板上的输送链板，将料箱内的固态有机肥向料箱尾部输送；另一侧的地轮(配离合器，运输状态下脱离)通过链传动将动力传递给撒肥辊，由撒肥辊将输送至料箱尾部并开始下落的有机肥向后上方抛送；同时击碎有机肥中的块状物料，使其均匀撒布到田间。该机型结构简单、成本低廉，适合我国广大农村小地块使用。

1.牵引架2.输送链板3.肥箱4.地轮5.抛撒辊

图3地轮驱动式撒施机

3.2拖拉机后动力输出驱动式撒肥机

拖拉机后动力输出驱动式撒肥机主要应用在中、大型撒施机上，肥箱容积一般为4～20m3。这类机型按抛撒部件抛撒方式的不同，又可分为侧向抛撒机及后向抛撒机两类。后向抛撒机又分为抛撒辊式(鸡冠轴式)和圆盘式两种。其中，抛撒辊式按照抛撒辊的布置方式不同又可分为卧辊式和立辊式两种。

1)侧向抛撒机。该类抛撒机的肥箱一般设计成V型结构(即上宽下窄)，在肥箱下部设有低速旋转的螺旋推送搅龙，负责将肥箱中的肥料输送给肥料抛撒器。肥料抛撒器一般位于肥箱一侧的肥料排出口处，肥料抛撒器上安装多个抛撒叶片，在拖拉机动力输出轴驱动下，抛撒器高速旋转，负责将螺旋搅龙推送过来的肥料向远处抛撒，同时击碎块状肥料，抛撒距离最远可达18m，如图4所示。这种抛撒机的优点是抛撒面积大，可减少车辆在田间的往复次数，减轻土壤压实；缺点是施肥量变异系数大，受风的影响大，不适合含水率过低的肥料抛撒。另外，采用V型料箱设计，料箱一般窄且高，装料不便，加之内设输送搅龙占位，因此箱体有效容积小(容量6～12m3)。

图4侧向抛撒机

2)卧辊式抛撒机。该类抛撒机主要由肥箱、送肥机构、抛撒机构、传动系统及行走系统组成。肥箱一般设计成方形结构，如图5所示。工作时，由送肥机构将肥箱内的肥料向后方输送给抛撒辊，高速旋转的抛撒辊将输送过来的肥料向后上方抛撒，同时击碎块状肥料。卧辊式抛撒机的撒肥辊为水平布置结构，并根据肥箱高度的不同，可设置多个抛撒辊，肥箱越高，数量越多，一般为1～3根，单辊式容量小2～4 m3，双辊容量适中4～12m3，3辊容量大12～20m3，如图6所示。卧辊式抛撒机优点是能够保持施肥厚度均匀一致，施肥量变异系数小，施肥量大；缺点为撒施幅窄，一般为2～5m。

卧辊式抛撒机的送肥机构大多采用链式输送机构，优点是结构简单、占用体积小，同时为了适应不同排肥量的需求，一般可进行3～5挡变速；缺点是易损坏，由于打滑现象的存在，会造成送肥量不够稳定，尤其在肥箱较高的情况下更为明显。为此，一些欧美厂商开发出底部螺旋搅龙式送料机构，但这种机构由于占用肥箱容积较大，所以应用收到一定限制，如图7所示。为了解决上述问题，黑龙江省农业机械工程科学研究院开发出新型液压式送肥机构。该机构采用采用双层液压推肥底板，在两个液压缸的作用下，按照先后顺序分别推送上下两层推肥底板，分别向后方的抛撒辊送肥。这种机构的优点是送肥量均匀稳定，并可实现推肥速度的连续可调，有效避免以往链式输送机构存在的手动分档变速调速范围小、不精确、易打滑及故障高等缺点。同时，这种液压式送肥机构不但能够在自动控制系统的控制下自动调节送肥量，而且能够通过进一步功能扩展，与农业地理信息系统进行互联，根据不同地块的肥量需求信息，实现有机肥的同步变量抛撒。

图5卧辊式抛撒机

3)立辊式抛撒机。立辊式抛撒机是在卧辊式抛撒机的基础上研发出来的，主要变化就是将卧辊式抛撒机的抛撒辊由水平布置改为竖直布置，并对抛撒叶片的角度和排列进行了重新设计，一般有双立辊式和四立辊式2种，见图7所示。立辊式设计与卧辊式相比有效增加了抛撒幅宽，一般可达4～8m。立辊式抛撒机的优点是抛撒幅宽显著增加，施肥速度快，不易堵塞，施肥量变异系数介于侧向抛撒机与卧辊式抛撒机之间。目前，其已经成为国外固态有机肥抛撒的主要机型。

图6三卧辊抛撒机

图7四立辊抛撒机

4)圆盘式抛撒机。圆盘式抛撒机借鉴了圆盘式化肥撒肥机的抛撒部件原理和优点，在肥箱采用了类似侧向抛撒机的V型结构，抛撒部件(抛撒圆盘)位于肥箱尾端，工作时由螺旋搅龙或输送链板向后为抛撒圆盘送肥。这种抛撒机抛撒幅宽较大，施肥量变异系数较低；但受其原理和结构制约，撒肥量较小，在应用上受到一定限制，适合肥量抛撒较少的地块。为此，一些厂家将圆盘式抛撒机与立辊式抛撒机的优点进行了有益的结合，研发出了新型立辊圆盘式抛撒机，如图8所示。该机型兼具了两种机型的优点，既提高了撒肥量，又降低了施肥量变异系数。

图8立辊圆盘式抛撒机

5固态有机肥抛撒机性能分析

评价撒肥机作业性能优劣有几个重要的技术参数，即工作幅宽、特征施肥量、特征排肥量及变异系数(CV)等。

5.1工作幅宽

工作幅宽是指相邻两行程施肥的中心距离，是由撒肥机抛撒宽度(抛撒肥料时横向最左端到最右端的距离)减去最佳重叠量计算出来的。相同条件下，工作幅宽大的撒肥机作业效率要高于工作幅宽小的撒肥机。但在实际应用时发现，不同类型撒肥机(肥箱容量接近)之间进行比较时，工作幅宽越大的撒肥机其施肥变异系数越高，即侧向撒肥机的变异系数高于立辊式撒肥机，立辊式撒肥机的变异系数高于卧辊式撒肥机。

5.2特征施肥量

特征施肥量是通过抛撒机的特征排肥量、工作幅宽和前进速度计算的施肥量，即理论施肥量。一般要求抛撒机特征施肥量至少应在1～4kg/m2范围内。一般抛撒机厂家在机具出厂时，都应在使用说明书中给出抛撒机不同前进速度下的理论施肥量，供机具使用者参考。

5.3特征排肥量

特征排肥量是指抛撒机送肥机构在特定的施肥时间段内输送给抛撒机构的平均排肥量，也可理解为送肥机构的理论输送速度。特征排肥量是影响特征施肥量的关键指标。对于地轮驱动式抛撒机，其特征排肥量会随着撒肥机前进速度的改变而改变；而拖拉机后动力输出驱动式撒肥机，则在其设计完成时其特征排肥量基本固定。为了适应机具使用者对单位面积内不同施肥量的需求，目前性能先进的立辊或卧辊式抛撒机都设计并实现了3～5挡特征排肥量，国家标准要求抛撒机实际作业中排肥量的变化应在特征排肥量的-15%～+15%以内。一般来说，1台抛撒机拥有的特征排肥量数量越多、涵盖范围越大、误差范围越小，其性能越优越。由此可见，采用液压式送肥机构的抛撒机排肥精确性必然优于采用机械变速式送肥机构的抛撒机。

5.4变异系数(CV)

变异系数(Coefficient of Variation)简称CV，是表示抛撒机撒肥量一致性和撒肥精确性的性能指标。变异系数越小的撒肥机，其撒肥量一致性越高，精度越高；反之，变异系数越大的撒肥机则施肥量一致性越差，精度越低。抛撒机的特征排肥量误差范围的大小和抛撒机构撒布性能的优劣是影响其变异系数高低的主要因素。我国国家标准(GB/T25401-2010)要求厩肥撒施机在其特殊规定的试验条件下测量出变异系数(CV)应小于40%。目前，市场上应用的大多数有机肥撒施机都能够达到这一要求，其中卧辊式有机肥抛撒机撒肥量一致性较高，一般变异系数小于20%。

6结语

我国建国以后有机肥的施用比例逐年下降。据农业部农技推广中心的数据，有机肥在肥料总投入量中的比例为：1949年99.9%，1965年80.7%，1980年47.1%，1990年37.4%。依据《2004年中国环境状况公报》公布的数字，2003年全国有机肥施用量仅占肥料施用总量的25%，并继续下降。总之，我国有机肥的施用比例已经降到了严重的程度。

国家对有机肥的生产与使用十分重视，近几年在政策方面给予倾斜来支持其发展。从2008年6月1日开始，根据财政部和国家税务总局的文件要求，生物有机肥产品完全免税。不仅如此，国家还相继启动“无公害食品行动计划”“绿色食品”“有机食品”认证等相关计划及政策，对农产品进行质量安全控制，一定程度上也带动了有机肥的市场需求。2012年以来，国家农业部、财政部每年都出台土壤有机质提升相关补贴政策，促进有机肥施用比例的提升。

国外对有机肥撒施技术的研究和应用已十分广泛，不同容积、不同种类的有机肥撒施机一应俱全， 而且大多已取得了较为理想的效果。我国有机肥撒施机研究和产品开发还处于起步阶段，近几年在国家相关政策的扶持下，这一行业正在快速发展。因此，有必要在借鉴国外先进技术和经验的基础上，因地制宜地运用和发展适合我国国情的有机肥撒施技术及机具。在有机肥撒施机具的选择上，更要根据自身的实际情况选择适合本地区生产条件和发展需要的有机肥撒施机具，盲目追求技术先进的进口设备或简陋的廉价设备都是不可取的。另外，有机肥撒施必须配套有机肥生产、装料等设施、设备，并且具备种养结合农业生产模式，即在一定范围或区域内形成生态循环，减少运输半径，才能取得显著的经济效益和生态效益。

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The Types and Performance Analysis of Organic Manure Spreader

Liu Xifeng, Sun Shiming, Qian Xiaohui, Zeng Qinghui

(Heilongjiang Institute Agricultural Mechanical Engineering Science,Harbin 150081,China )

Abstract：With the increasing of organic manure resources, the proportion of organic manure application in China has been declining, and has formed a serious hazard. Organic manure spreader is necessary for efficient utilization of organic manure. Therefore the types, structure and performance characteristics of manure spreader were in-depth analysis and evaluation, to help our planting or breeding owners to the correct choice and use of manure spreader, and provide the certain reference for the spreader R & D and production enterprises.

Key words：soil improvement; organic manure; barnyard manure; spreader

文章编号：1003-188X(2016)06-0259-05

中图分类号：S224.21

文献标识码：A

作者简介：刘希锋(1974-)，男，内蒙古兴安盟人，研究员级高级工程师，硕士，(E-mail)lxf056@163.com。

基金项目：黑龙江省科研机构创新能力提升专项计划项目(YC13D002)；“十二五”国家科技支撑计划课题(2014BAD06B04-2-2)

收稿日期：2015-07-01