王 瑛 ， 馮 艷 ， 付 捷 ， 蔣雷鳴 ， 舒 娟 ， 吳鵬輝

（江西省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，江西 南昌 330006）

粉葛是我國藥食兼用特色經(jīng)濟(jì)作物，素有“北參南葛”“亞洲人參”的美譽(yù)，具有較高營養(yǎng)價值和藥用價值。發(fā)展以粉葛為核心的地方特色經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)，對加快農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、促進(jìn)農(nóng)民增收等具有重大意義[1]。粉葛種植前需要進(jìn)行土壤的翻耕和旋耕起壟作業(yè)。旋耕起壟設(shè)備是一種由拖拉機(jī)動力驅(qū)動、能同時完成旋耕和起壟作業(yè)的土壤耕作設(shè)備，具有碎土性能好、起壟定型好、作業(yè)效率高、減少機(jī)具進(jìn)地次數(shù)、縮短農(nóng)時、降低生產(chǎn)成本、適應(yīng)性強(qiáng)和操作簡單等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于各種土壤的旋耕起壟作業(yè)。粉葛種植旋耕起壟作業(yè)是粉葛種植的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，粉葛屬于長根莖類作物，起壟高度必須大于50 cm，才能滿足粉葛的生長需要。現(xiàn)有紅薯、中藥材等使用的旋耕起壟機(jī)起壟高度通常小于40 cm，不能很好地用在粉葛種植的深旋耕高起壟作業(yè)。因此，調(diào)研國內(nèi)外粉葛種植旋耕起壟設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)特點，分析存在的問題，研究推廣粉葛種植旋耕起壟設(shè)備技術(shù)，解決粉葛種植機(jī)械化旋耕起壟作業(yè)難題，必將對國內(nèi)粉葛產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及種葛經(jīng)濟(jì)效益的提高產(chǎn)生重大影響。

1 粉葛種植旋耕起壟作業(yè)要求

粉葛是豆科葛屬植物，塊根肥大，屬于長根莖類作物。粉葛可在各種土壤中生長，適宜在我國大部分地區(qū)種植，并且不必灌溉和防治病蟲害便可豐收[2]。通常每年10月左右開始翻耕整地，翻耕主要采用鏵式犁和圓盤犁進(jìn)行深耕作業(yè)，耕深要達(dá)到20 cm～30 cm。下一年2月到3月進(jìn)行旋耕起壟作業(yè)，起壟壟型為梯形，壟距13 cm～20 cm，壟面寬30 cm～70 cm，壟底寬90 cm～120 cm，壟溝寬40 cm～80 cm，壟高50 cm以上。起壟方向平原地區(qū)以南北走向較好，坡地的起壟方向宜與山坡垂直，同時，開好田間排水溝，便于排水降漬[3]。

2 粉葛種植旋耕起壟設(shè)備現(xiàn)狀

發(fā)達(dá)國家旋耕起壟設(shè)備研究較早，旋耕起壟設(shè)備技術(shù)領(lǐng)先我國，在馬鈴薯、紅薯等產(chǎn)業(yè)應(yīng)用廣泛。美歐等國家使用大型拖拉機(jī)牽引，帶動大型旋耕起壟機(jī)進(jìn)行旋耕、起壟和整平壟體作業(yè)。韓國、日本等國家以小型旋耕起壟機(jī)為主，同時研發(fā)起壟鎮(zhèn)壓技術(shù)和適應(yīng)不同壟形的旋耕起壟施肥機(jī)。

國內(nèi)旋耕起壟設(shè)備研發(fā)較晚，整體技術(shù)落后發(fā)達(dá)國家，主要應(yīng)用于木薯、紅薯、馬鈴薯、煙草、中藥材等產(chǎn)業(yè)。現(xiàn)有微型旋耕起壟機(jī)、旋耕起壟施肥機(jī)和犁式起壟機(jī)等類型，微型旋耕起壟機(jī)為自帶動力自走式作業(yè)方式，適宜丘陵山區(qū)小壟單行作業(yè)，旋耕起壟施肥機(jī)和犁式起壟機(jī)為動力懸掛式作業(yè)方式，適宜地勢平坦地區(qū)大壟單行或多行作業(yè)[4]。

長期以來，國內(nèi)粉葛種植旋耕起壟作業(yè)多數(shù)借用木薯、紅薯、馬鈴薯、煙草、中藥材等使用的旋耕起壟設(shè)備。這種通用型旋耕起壟機(jī)起壟高度通常小于40 cm，不能滿足粉葛生長所需的50 cm以上要求。在粉葛種植中，為了解決粉葛種植環(huán)節(jié)中的高起壟問題，大多數(shù)種植戶采用工程挖掘機(jī)堆垛起壟。雖然起壟高度能達(dá)到粉葛生長所需的50 cm以上要求，但存在著生產(chǎn)效率低、作業(yè)成本高（起壟作業(yè)成本高達(dá)680元/畝～1 000元/畝）、壟型不直、壟型不標(biāo)準(zhǔn)、壟體松散、易塌陷、壟體土塊大、碎土率達(dá)不到粉葛種植要求、不利于葛根幼苗生長、易死苗等問題，嚴(yán)重影響葛根產(chǎn)量、品質(zhì)和種植葛根的經(jīng)濟(jì)效益[5]。

為了解決粉葛種植旋耕起壟作業(yè)瓶頸難題，近年來，部分科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)開始研制粉葛種植旋耕起壟機(jī)并選擇其他旋耕起壟機(jī)在粉葛種植上進(jìn)行試驗研究，取得了較好效果，代表機(jī)型如下。

2.1 深耕高壟旋耕起壟機(jī)

現(xiàn)有的紅薯、中藥材等使用的旋耕起壟機(jī)起壟高度通常小于40 cm，不能很好地用在粉葛種植的深旋耕高起壟作業(yè)。主要原因是普通旋耕機(jī)旋耕深度為8 cm～18 cm，耕作深度比較淺，通過旋耕的土壤厚度不夠，壟體的土壤體積不足，壟高達(dá)不到50 cm以上要求。深耕高壟旋耕起壟機(jī)采用專用深旋耕起壟刀軸和加長旋耕刀、起壟刀，增加旋耕刀、起壟刀的旋轉(zhuǎn)半徑，旋耕深度20 cm～35 cm，滿足粉葛種植高起壟的松土層要求，配置高起壟裝置，起壟高度大于50 cm。深耕高壟旋耕起壟機(jī)如圖1所示。

圖1 深耕高壟旋耕起壟機(jī)

深耕高壟旋耕起壟機(jī)采用深旋耕起壟刀輥與高起壟裝置于一體，深旋耕起壟刀輥后接高起壟裝置，可同時完成深旋耕和高起壟作業(yè)，滿足粉葛種植深旋耕高起壟作業(yè)需求。該機(jī)主要由懸掛架、機(jī)架、齒輪箱、左深旋耕起壟刀輥、右深旋耕起壟刀輥和起壟成型板等構(gòu)成。具有土壤細(xì)碎、壟型標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)效率高、作業(yè)成本低、結(jié)構(gòu)緊湊、性能良好、工作平穩(wěn)等優(yōu)點。主要技術(shù)參數(shù)：配套動力66.2 kW，耕寬200 cm，耕深20 cm～35 cm，起壟壟面寬30 cm～45 cm，壟底寬110 cm，壟溝寬60 cm～70 cm，壟高≥50 cm，壟間距170 cm～180 cm，作業(yè)速度1.5 km/h～2 km/h，純作業(yè)生產(chǎn)率0.25 hm2/h～0.36 hm2/h[6]。與工程挖掘機(jī)挖掘起壟相比，提高效率12倍，每畝節(jié)約成本530元～750元。由于起壟高度達(dá)50 cm以上，可省略原有粉葛種植農(nóng)藝中制作露頭包費用，每畝節(jié)約成本100元。露頭工序更簡便，每畝節(jié)省成本300元。因此，采用深旋高壟旋耕起壟機(jī)進(jìn)行粉葛種植旋耕起壟作業(yè)每畝共可節(jié)約成本930元～1 150元。該機(jī)可供廣大粉葛種植合作社、農(nóng)業(yè)企業(yè)及專業(yè)戶使用，具有廣闊的市場前景。

2.2 立式旋耕粉壟機(jī)

粉葛種植起高壟是為了滿足粉葛生長需要的松土層厚度，采用粉壟耕作技術(shù)同樣能夠達(dá)到粉葛種植生長所需的松土層厚度。該技術(shù)工作原理是利用立式螺旋鉆頭，通過垂直旋轉(zhuǎn)切割土壤，以達(dá)到深耕深松土壤的目的，在不改變土壤結(jié)構(gòu)情況下打破板結(jié)犁底層，使土壤粉碎并自然懸浮成壟。該技術(shù)能夠活化利用深層土壤資源，促進(jìn)作物生長各種資源的高效利用，并提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量。立式旋耕粉壟機(jī)如圖2所示。該機(jī)主要由懸掛架、機(jī)架、齒輪箱、立式螺旋鉆頭等組成，螺旋鉆頭可以選擇配置1～13個。其粉壟松土層深度大于50 cm，土壤細(xì)碎、保水性好，有利于粉葛的生長，但存在著生產(chǎn)效率不高、作業(yè)成本較高、易水淹、易爛葛、須根增多、機(jī)械化收獲困難等缺點。因此，立式旋耕粉壟機(jī)主要用于山坡等旱地粉葛種植旋耕起壟，不宜用于水田粉葛種植旋耕起壟。

圖2 立式旋耕粉壟機(jī)

3 粉葛種植旋耕起壟設(shè)備發(fā)展趨勢

3.1 旋耕起壟施肥覆膜等聯(lián)合作業(yè)機(jī)研制

粉葛種植前需進(jìn)行土壤旋耕、施肥、起壟、噴藥、鋪滴灌帶、覆膜以及打孔等多項作業(yè)，為了減少拖拉機(jī)進(jìn)地次數(shù)，提高作業(yè)效率，節(jié)省成本，必須研發(fā)一機(jī)多用的聯(lián)合作業(yè)設(shè)備。在現(xiàn)有深耕高壟旋耕起壟機(jī)的基礎(chǔ)上通過增加工作部件，實現(xiàn)旋耕整地、施肥、起壟、噴藥、鋪滴灌帶、覆膜以及打孔等聯(lián)合作業(yè)，既可部分聯(lián)合，也可全部聯(lián)合，但這需在解決動力合理匹配及傳動問題的前提下進(jìn)行?，F(xiàn)有深耕高壟旋耕起壟機(jī)還需要進(jìn)一步優(yōu)化，研究開發(fā)自適應(yīng)田塊變化的壟型成型設(shè)備和彈性可調(diào)鎮(zhèn)壓技術(shù)，以便獲得更好的作業(yè)性能。

3.2 自動化、智能化、無人駕駛技術(shù)應(yīng)用

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，一些新技術(shù)將在旋耕起壟機(jī)上得到應(yīng)用，利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、無線通信、大數(shù)據(jù)、人工智能、遙感、地理信息系統(tǒng)等技術(shù)可以開發(fā)帶有避障系統(tǒng)的智能旋耕起壟機(jī)。通過控制旋耕起壟機(jī)改變作業(yè)路徑，可以實現(xiàn)旋耕起壟機(jī)無法耕作的障礙物間區(qū)域的有效耕作，防止出現(xiàn)少耕、漏耕現(xiàn)象。另外，利用無人駕駛技術(shù)在有斜坡的地勢以及夜晚作業(yè)時也能精確駕駛，以確保起壟的直線度和壟距。這些充分利用先進(jìn)科技的旋耕起壟技術(shù)是未來旋耕起壟機(jī)的主要發(fā)展方向[7-8]。

3.3 高強(qiáng)耐磨材料及仿生技術(shù)應(yīng)用

旋耕起壟機(jī)為田間作業(yè)設(shè)備，其旋耕起壟刀輥、起壟器、鎮(zhèn)壓器等與田間碎石、土塊不斷撞擊摩擦，使得旋耕起壟刀輥、起壟器、鎮(zhèn)壓器及機(jī)架等極易磨損、斷裂，降低了設(shè)備使用壽命，增加了作業(yè)成本。如何將高強(qiáng)耐磨、價格低的材料應(yīng)用到旋耕起壟機(jī)制造中是未來旋耕起壟機(jī)研發(fā)的主要內(nèi)容之一。此外，起壟成型器、鎮(zhèn)壓器與土壤接觸摩擦，表面黏土增多，造成工作阻力增大，作業(yè)質(zhì)量變差，生產(chǎn)效率降低，能耗增加，嚴(yán)重時甚至無法正常工作。可以通過對具有減黏降阻功能的生物進(jìn)行仿生學(xué)研究，將其成果應(yīng)用到旋耕起壟機(jī)減黏脫土上，對旋耕起壟機(jī)性能的提高具有重要意義[9-11]。

4 結(jié)束語

1）粉葛種植旋耕起壟設(shè)備仍處在起步階段。由于我國從事粉葛種植旋耕起壟設(shè)備研究的單位少，研發(fā)投入不足，設(shè)備研發(fā)滯后，旋耕起壟機(jī)械化基礎(chǔ)研究與關(guān)鍵技術(shù)研究薄弱，土壤和機(jī)器互作機(jī)理研究不足，農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合不夠，技術(shù)集成度不夠，機(jī)具的專業(yè)化和系列化程度低，整體水平還不高。因此，粉葛種植旋耕起壟設(shè)備仍處在起步階段。

2）研制深耕高壟旋耕起壟施肥 覆膜等聯(lián)合作業(yè)機(jī)是粉葛種植旋耕起壟設(shè)備的發(fā)展方向。在現(xiàn)有深耕高壟旋耕起壟機(jī)的基礎(chǔ)上通過增加工作部件，實現(xiàn)旋耕整地、施肥、起壟、噴藥、鋪滴灌帶、覆膜以及打孔等聯(lián)合作業(yè)，并研究開發(fā)自適應(yīng)田塊變化的壟型成型設(shè)備和彈性可調(diào)鎮(zhèn)壓技術(shù)，以滿足粉葛種植旋耕起壟作業(yè)需求，提高作業(yè)效率，降低作業(yè)成本。

3）因地制宜選擇旋耕起壟作業(yè)模式。粉葛種植旋耕起壟作業(yè)模式有深耕高壟旋耕起壟和立式旋耕粉壟兩種作業(yè)模式。各地粉葛種植區(qū)域環(huán)境差異較大，尚無規(guī)范化的粉葛種植標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)?；N植較少。因此，各地應(yīng)結(jié)合種植習(xí)慣、土壤特性、降雨量等因素選擇適宜當(dāng)?shù)氐男饓抛鳂I(yè)模式，制定粉葛高效種植標(biāo)準(zhǔn)，推廣標(biāo)準(zhǔn)化種植和規(guī)?；N植，促進(jìn)我國粉葛產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。