劉希鋒，孫士明，錢曉輝，曾慶輝

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院，哈爾濱　150081)

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有機(jī)肥撒施機(jī)的種類與性能分析

劉希鋒，孫士明，錢曉輝，曾慶輝

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院，哈爾濱150081)

摘要：在有機(jī)肥資源量不斷增長的情況下，我國有機(jī)肥的施用比例卻不斷下降，并形成了嚴(yán)重的危害。有機(jī)肥撒施機(jī)是有機(jī)肥高效應(yīng)用的必要手段。為此，對有機(jī)肥撒施機(jī)的種類、結(jié)構(gòu)形式及性能特點進(jìn)行了深入分析與評價，旨在幫助廣大種植或養(yǎng)殖業(yè)主能夠正確選擇和使用有機(jī)肥拋撒機(jī)，同時也為撒施機(jī)生產(chǎn)企業(yè)研發(fā)提供一定的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：有機(jī)肥；撒施機(jī)；土壤改良；廄肥

0引言

隨著我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，畜禽產(chǎn)生大量糞便和污水已經(jīng)造成嚴(yán)重環(huán)境污染。據(jù)統(tǒng)計，畜禽糞便排放量已經(jīng)達(dá)到工業(yè)固體廢棄物排放量的2.4倍，有機(jī)污染物中僅COD一項就超過工業(yè)和生活廢棄物中COD總和，成為環(huán)境污染三大源頭之一。根據(jù)國家環(huán)?？偩值恼{(diào)查，我國每年畜禽糞便產(chǎn)生量約為19億t，環(huán)境壓力非常嚴(yán)重。

由于種植制度的變化，不合理使用化肥、農(nóng)藥，我國一些地區(qū)土壤質(zhì)量正呈惡化趨勢。1998年以來，盡管我國化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜等農(nóng)用物資投入量一直在增加，但糧食單產(chǎn)卻沒有出現(xiàn)大幅度提高。目前，我國靠化肥投入量的增加能夠引起的產(chǎn)量增長已近極限，有些地方大量濫施化肥，單純使用化肥，使許多農(nóng)田耕層變淺，土壤生物活性和保肥、保水能力降低，最終造成人們賴以生存的基本生產(chǎn)資料土壤出了問題，致使土壤結(jié)構(gòu)破壞、土壤肥力耗損、土壤質(zhì)量下降。在這種土壤上生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品，品質(zhì)下降，風(fēng)味變壞，有害物質(zhì)超標(biāo)。因此，若不重視依靠農(nóng)業(yè)科技提高耕地基礎(chǔ)地力，僅一味靠化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜等物資的大量投入來增加產(chǎn)量或維持高產(chǎn)，受報酬遞減率的作用，將難以實現(xiàn)糧食單產(chǎn)生產(chǎn)能力的繼續(xù)提高，對我國糧食安全和人民健康勢必造成嚴(yán)重威脅。

國外發(fā)達(dá)國家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐表明：采用有機(jī)肥撒施機(jī)，將有機(jī)肥撒施到田間，既能改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力，使土壤中水、肥、氣達(dá)到協(xié)調(diào)，提高耕地產(chǎn)出率，又能減輕畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈及生產(chǎn)生活有機(jī)垃圾等多種廢棄物對環(huán)境造成的污染，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展行之有效的方法。

1有機(jī)肥的定義及種類

有機(jī)肥料是指含有有機(jī)物質(zhì)，既能提供農(nóng)作物多種無機(jī)養(yǎng)分和有機(jī)養(yǎng)分，又能培肥改良土壤的一類肥料。農(nóng)業(yè)上廣泛應(yīng)用的有機(jī)肥主要有堆肥、漚肥、廄肥、沼肥、綠肥和泥肥等。有機(jī)肥按肥料的形態(tài)不同，可分為液態(tài)有機(jī)肥和固態(tài)有機(jī)肥兩大類，因此其撒施機(jī)具通常也相應(yīng)分為液態(tài)有機(jī)肥撒施機(jī)和固態(tài)有機(jī)肥撒施機(jī)兩大類。

2液態(tài)有機(jī)肥灑施機(jī)

液態(tài)有機(jī)肥灑施機(jī)是一種能夠完成液肥地表灑施或地下深施作業(yè)的專用施肥機(jī)械，一般由罐體、抽吸裝置、灑施裝置、行走及平衡系統(tǒng)組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。最早的液態(tài)有機(jī)肥灑施機(jī)通過設(shè)置在機(jī)具后方的噴嘴直接將液態(tài)肥均勻噴灑到地表。由于液肥直接裸露在地表，易損失且不衛(wèi)生，因此科研人員又進(jìn)一步研發(fā)出3種不易造成液肥損失的撒施機(jī)械：第1種為管道式液肥注入機(jī)，利用泵從液肥罐中將液肥抽出，經(jīng)過管道組直接注入土壤；第2種為鞋靴式液肥注入機(jī)，同樣利用泵將液肥從罐體內(nèi)抽出，并注入土壤，并同時覆土；第3種為楔形液肥注入機(jī)，用泵將液肥注入土壤、覆土，可顯著減少機(jī)具對土表的擾動，如圖2所示。3種機(jī)器在液肥施用上非常有效，但在減少液肥中氨損失方面，以楔形注入機(jī)效果最好，其次是鞋靴式注入機(jī)和管道式注入機(jī)。

目前，液態(tài)有機(jī)肥灑施機(jī)正向大容量、多功能方向發(fā)展，其罐體容量可達(dá)30m3以上。在抽吸裝置方面，可配備各種不同的抽吸設(shè)備，既有簡單的手動接裝抽吸管，又有液壓控制的短型或長形抽吸臂；在撒施裝置方面，既可配備簡單噴嘴，又可配備9～18m噴灌軟管臺及深松施肥器等。

圖1液態(tài)有機(jī)肥撒施機(jī)

圖2楔形液肥注入機(jī)

3固態(tài)有機(jī)肥撒施機(jī)

固態(tài)有機(jī)肥撒施機(jī)以往也稱為廄肥撒施機(jī)，是一種以拖拉機(jī)為動力，把處理后的有機(jī)肥進(jìn)行拋撒還田的專用農(nóng)機(jī)具。固態(tài)有機(jī)肥撒施機(jī)按照動力驅(qū)動方式的不同，可分為地輪驅(qū)動式和拖拉機(jī)動力輸出軸驅(qū)動式兩大類。

3.1地輪驅(qū)動式撒施機(jī)

地輪驅(qū)動式撒施機(jī)通常應(yīng)用在小型撒肥機(jī)上，肥箱容積一般為2～3m3。該機(jī)型主要由機(jī)架、箱體、物料輸送鏈板、地輪、撒肥輥及傳動機(jī)構(gòu)等組成。工作時，在小四輪拖拉機(jī)的牽引下，一側(cè)地輪(配離合器，運輸狀態(tài)下脫離)通過鏈傳動機(jī)構(gòu)將動力傳遞給位于料箱底板上的輸送鏈板，將料箱內(nèi)的固態(tài)有機(jī)肥向料箱尾部輸送；另一側(cè)的地輪(配離合器，運輸狀態(tài)下脫離)通過鏈傳動將動力傳遞給撒肥輥，由撒肥輥將輸送至料箱尾部并開始下落的有機(jī)肥向后上方拋送；同時擊碎有機(jī)肥中的塊狀物料，使其均勻撒布到田間。該機(jī)型結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，適合我國廣大農(nóng)村小地塊使用。

1.牽引架2.輸送鏈板3.肥箱4.地輪5.拋撒輥

圖3地輪驅(qū)動式撒施機(jī)

3.2拖拉機(jī)后動力輸出驅(qū)動式撒肥機(jī)

拖拉機(jī)后動力輸出驅(qū)動式撒肥機(jī)主要應(yīng)用在中、大型撒施機(jī)上，肥箱容積一般為4～20m3。這類機(jī)型按拋撒部件拋撒方式的不同，又可分為側(cè)向拋撒機(jī)及后向拋撒機(jī)兩類。后向拋撒機(jī)又分為拋撒輥式(雞冠軸式)和圓盤式兩種。其中，拋撒輥式按照拋撒輥的布置方式不同又可分為臥輥式和立輥式兩種。

1)側(cè)向拋撒機(jī)。該類拋撒機(jī)的肥箱一般設(shè)計成V型結(jié)構(gòu)(即上寬下窄)，在肥箱下部設(shè)有低速旋轉(zhuǎn)的螺旋推送攪龍，負(fù)責(zé)將肥箱中的肥料輸送給肥料拋撒器。肥料拋撒器一般位于肥箱一側(cè)的肥料排出口處，肥料拋撒器上安裝多個拋撒葉片，在拖拉機(jī)動力輸出軸驅(qū)動下，拋撒器高速旋轉(zhuǎn)，負(fù)責(zé)將螺旋攪龍推送過來的肥料向遠(yuǎn)處拋撒，同時擊碎塊狀肥料，拋撒距離最遠(yuǎn)可達(dá)18m，如圖4所示。這種拋撒機(jī)的優(yōu)點是拋撒面積大，可減少車輛在田間的往復(fù)次數(shù)，減輕土壤壓實；缺點是施肥量變異系數(shù)大，受風(fēng)的影響大，不適合含水率過低的肥料拋撒。另外，采用V型料箱設(shè)計，料箱一般窄且高，裝料不便，加之內(nèi)設(shè)輸送攪龍占位，因此箱體有效容積小(容量6～12m3)。

圖4側(cè)向拋撒機(jī)

2)臥輥式拋撒機(jī)。該類拋撒機(jī)主要由肥箱、送肥機(jī)構(gòu)、拋撒機(jī)構(gòu)、傳動系統(tǒng)及行走系統(tǒng)組成。肥箱一般設(shè)計成方形結(jié)構(gòu)，如圖5所示。工作時，由送肥機(jī)構(gòu)將肥箱內(nèi)的肥料向后方輸送給拋撒輥，高速旋轉(zhuǎn)的拋撒輥將輸送過來的肥料向后上方拋撒，同時擊碎塊狀肥料。臥輥式拋撒機(jī)的撒肥輥為水平布置結(jié)構(gòu)，并根據(jù)肥箱高度的不同，可設(shè)置多個拋撒輥，肥箱越高，數(shù)量越多，一般為1～3根，單輥式容量小2～4 m3，雙輥容量適中4～12m3，3輥容量大12～20m3，如圖6所示。臥輥式拋撒機(jī)優(yōu)點是能夠保持施肥厚度均勻一致，施肥量變異系數(shù)小，施肥量大；缺點為撒施幅窄，一般為2～5m。

臥輥式拋撒機(jī)的送肥機(jī)構(gòu)大多采用鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)構(gòu)，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、占用體積小，同時為了適應(yīng)不同排肥量的需求，一般可進(jìn)行3～5擋變速；缺點是易損壞，由于打滑現(xiàn)象的存在，會造成送肥量不夠穩(wěn)定，尤其在肥箱較高的情況下更為明顯。為此，一些歐美廠商開發(fā)出底部螺旋攪龍式送料機(jī)構(gòu)，但這種機(jī)構(gòu)由于占用肥箱容積較大，所以應(yīng)用收到一定限制，如圖7所示。為了解決上述問題，黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院開發(fā)出新型液壓式送肥機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)采用采用雙層液壓推肥底板，在兩個液壓缸的作用下，按照先后順序分別推送上下兩層推肥底板，分別向后方的拋撒輥送肥。這種機(jī)構(gòu)的優(yōu)點是送肥量均勻穩(wěn)定，并可實現(xiàn)推肥速度的連續(xù)可調(diào)，有效避免以往鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)構(gòu)存在的手動分檔變速調(diào)速范圍小、不精確、易打滑及故障高等缺點。同時，這種液壓式送肥機(jī)構(gòu)不但能夠在自動控制系統(tǒng)的控制下自動調(diào)節(jié)送肥量，而且能夠通過進(jìn)一步功能擴(kuò)展，與農(nóng)業(yè)地理信息系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)，根據(jù)不同地塊的肥量需求信息，實現(xiàn)有機(jī)肥的同步變量拋撒。

圖5臥輥式拋撒機(jī)

3)立輥式拋撒機(jī)。立輥式拋撒機(jī)是在臥輥式拋撒機(jī)的基礎(chǔ)上研發(fā)出來的，主要變化就是將臥輥式拋撒機(jī)的拋撒輥由水平布置改為豎直布置，并對拋撒葉片的角度和排列進(jìn)行了重新設(shè)計，一般有雙立輥式和四立輥式2種，見圖7所示。立輥式設(shè)計與臥輥式相比有效增加了拋撒幅寬，一般可達(dá)4～8m。立輥式拋撒機(jī)的優(yōu)點是拋撒幅寬顯著增加，施肥速度快，不易堵塞，施肥量變異系數(shù)介于側(cè)向拋撒機(jī)與臥輥式拋撒機(jī)之間。目前，其已經(jīng)成為國外固態(tài)有機(jī)肥拋撒的主要機(jī)型。

圖6三臥輥拋撒機(jī)

圖7四立輥拋撒機(jī)

4)圓盤式拋撒機(jī)。圓盤式拋撒機(jī)借鑒了圓盤式化肥撒肥機(jī)的拋撒部件原理和優(yōu)點，在肥箱采用了類似側(cè)向拋撒機(jī)的V型結(jié)構(gòu)，拋撒部件(拋撒圓盤)位于肥箱尾端，工作時由螺旋攪龍或輸送鏈板向后為拋撒圓盤送肥。這種拋撒機(jī)拋撒幅寬較大，施肥量變異系數(shù)較低；但受其原理和結(jié)構(gòu)制約，撒肥量較小，在應(yīng)用上受到一定限制，適合肥量拋撒較少的地塊。為此，一些廠家將圓盤式拋撒機(jī)與立輥式拋撒機(jī)的優(yōu)點進(jìn)行了有益的結(jié)合，研發(fā)出了新型立輥圓盤式拋撒機(jī)，如圖8所示。該機(jī)型兼具了兩種機(jī)型的優(yōu)點，既提高了撒肥量，又降低了施肥量變異系數(shù)。

圖8立輥圓盤式拋撒機(jī)

5固態(tài)有機(jī)肥拋撒機(jī)性能分析

評價撒肥機(jī)作業(yè)性能優(yōu)劣有幾個重要的技術(shù)參數(shù)，即工作幅寬、特征施肥量、特征排肥量及變異系數(shù)(CV)等。

5.1工作幅寬

工作幅寬是指相鄰兩行程施肥的中心距離，是由撒肥機(jī)拋撒寬度(拋撒肥料時橫向最左端到最右端的距離)減去最佳重疊量計算出來的。相同條件下，工作幅寬大的撒肥機(jī)作業(yè)效率要高于工作幅寬小的撒肥機(jī)。但在實際應(yīng)用時發(fā)現(xiàn)，不同類型撒肥機(jī)(肥箱容量接近)之間進(jìn)行比較時，工作幅寬越大的撒肥機(jī)其施肥變異系數(shù)越高，即側(cè)向撒肥機(jī)的變異系數(shù)高于立輥式撒肥機(jī)，立輥式撒肥機(jī)的變異系數(shù)高于臥輥式撒肥機(jī)。

5.2特征施肥量

特征施肥量是通過拋撒機(jī)的特征排肥量、工作幅寬和前進(jìn)速度計算的施肥量，即理論施肥量。一般要求拋撒機(jī)特征施肥量至少應(yīng)在1～4kg/m2范圍內(nèi)。一般拋撒機(jī)廠家在機(jī)具出廠時，都應(yīng)在使用說明書中給出拋撒機(jī)不同前進(jìn)速度下的理論施肥量，供機(jī)具使用者參考。

5.3特征排肥量

特征排肥量是指拋撒機(jī)送肥機(jī)構(gòu)在特定的施肥時間段內(nèi)輸送給拋撒機(jī)構(gòu)的平均排肥量，也可理解為送肥機(jī)構(gòu)的理論輸送速度。特征排肥量是影響特征施肥量的關(guān)鍵指標(biāo)。對于地輪驅(qū)動式拋撒機(jī)，其特征排肥量會隨著撒肥機(jī)前進(jìn)速度的改變而改變；而拖拉機(jī)后動力輸出驅(qū)動式撒肥機(jī)，則在其設(shè)計完成時其特征排肥量基本固定。為了適應(yīng)機(jī)具使用者對單位面積內(nèi)不同施肥量的需求，目前性能先進(jìn)的立輥或臥輥式拋撒機(jī)都設(shè)計并實現(xiàn)了3～5擋特征排肥量，國家標(biāo)準(zhǔn)要求拋撒機(jī)實際作業(yè)中排肥量的變化應(yīng)在特征排肥量的-15%～+15%以內(nèi)。一般來說，1臺拋撒機(jī)擁有的特征排肥量數(shù)量越多、涵蓋范圍越大、誤差范圍越小，其性能越優(yōu)越。由此可見，采用液壓式送肥機(jī)構(gòu)的拋撒機(jī)排肥精確性必然優(yōu)于采用機(jī)械變速式送肥機(jī)構(gòu)的拋撒機(jī)。

5.4變異系數(shù)(CV)

變異系數(shù)(Coefficient of Variation)簡稱CV，是表示拋撒機(jī)撒肥量一致性和撒肥精確性的性能指標(biāo)。變異系數(shù)越小的撒肥機(jī)，其撒肥量一致性越高，精度越高；反之，變異系數(shù)越大的撒肥機(jī)則施肥量一致性越差，精度越低。拋撒機(jī)的特征排肥量誤差范圍的大小和拋撒機(jī)構(gòu)撒布性能的優(yōu)劣是影響其變異系數(shù)高低的主要因素。我國國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T25401-2010)要求廄肥撒施機(jī)在其特殊規(guī)定的試驗條件下測量出變異系數(shù)(CV)應(yīng)小于40%。目前，市場上應(yīng)用的大多數(shù)有機(jī)肥撒施機(jī)都能夠達(dá)到這一要求，其中臥輥式有機(jī)肥拋撒機(jī)撒肥量一致性較高，一般變異系數(shù)小于20%。

6結(jié)語

我國建國以后有機(jī)肥的施用比例逐年下降。據(jù)農(nóng)業(yè)部農(nóng)技推廣中心的數(shù)據(jù)，有機(jī)肥在肥料總投入量中的比例為：1949年99.9%，1965年80.7%，1980年47.1%，1990年37.4%。依據(jù)《2004年中國環(huán)境狀況公報》公布的數(shù)字，2003年全國有機(jī)肥施用量僅占肥料施用總量的25%，并繼續(xù)下降?？傊?，我國有機(jī)肥的施用比例已經(jīng)降到了嚴(yán)重的程度。

國家對有機(jī)肥的生產(chǎn)與使用十分重視，近幾年在政策方面給予傾斜來支持其發(fā)展。從2008年6月1日開始，根據(jù)財政部和國家稅務(wù)總局的文件要求，生物有機(jī)肥產(chǎn)品完全免稅。不僅如此，國家還相繼啟動“無公害食品行動計劃”“綠色食品”“有機(jī)食品”認(rèn)證等相關(guān)計劃及政策，對農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量安全控制，一定程度上也帶動了有機(jī)肥的市場需求。2012年以來，國家農(nóng)業(yè)部、財政部每年都出臺土壤有機(jī)質(zhì)提升相關(guān)補(bǔ)貼政策，促進(jìn)有機(jī)肥施用比例的提升。

國外對有機(jī)肥撒施技術(shù)的研究和應(yīng)用已十分廣泛，不同容積、不同種類的有機(jī)肥撒施機(jī)一應(yīng)俱全， 而且大多已取得了較為理想的效果。我國有機(jī)肥撒施機(jī)研究和產(chǎn)品開發(fā)還處于起步階段，近幾年在國家相關(guān)政策的扶持下，這一行業(yè)正在快速發(fā)展。因此，有必要在借鑒國外先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，因地制宜地運用和發(fā)展適合我國國情的有機(jī)肥撒施技術(shù)及機(jī)具。在有機(jī)肥撒施機(jī)具的選擇上，更要根據(jù)自身的實際情況選擇適合本地區(qū)生產(chǎn)條件和發(fā)展需要的有機(jī)肥撒施機(jī)具，盲目追求技術(shù)先進(jìn)的進(jìn)口設(shè)備或簡陋的廉價設(shè)備都是不可取的。另外，有機(jī)肥撒施必須配套有機(jī)肥生產(chǎn)、裝料等設(shè)施、設(shè)備，并且具備種養(yǎng)結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，即在一定范圍或區(qū)域內(nèi)形成生態(tài)循環(huán)，減少運輸半徑，才能取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)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

文章編號：1003-188X(2016)06-0259-05

中圖分類號：S224.21

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

作者簡介：劉希鋒(1974-)，男，內(nèi)蒙古興安盟人，研究員級高級工程師，碩士，(E-mail)lxf056@163.com。

基金項目：黑龍江省科研機(jī)構(gòu)創(chuàng)新能力提升專項計劃項目(YC13D002)；“十二五”國家科技支撐計劃課題(2014BAD06B04-2-2)

收稿日期：2015-07-01