齊興源 ，湯盼盼 ，劉春波 ，林蜀云 ，李 凝

（1.貴州省山地農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，貴州 貴陽 550002；2.錦屏縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，貴州 黔東南州 556700）

0 引言

貴州省位于我國西南地區(qū)云貴高原山區(qū)，是世界喀斯特地貌集中分布的亞洲片區(qū)中心，是中國喀斯特地貌分布面積最大、發(fā)育最復(fù)雜的一個省區(qū)[1]。貴州省第三次全國國土調(diào)查公報顯示，全省耕地面積5 208.93 萬畝，位于6°以上坡度的耕地面積4 430.61萬畝，占全省耕地面積的85.06%[2]，是典型的以丘陵山地為主的喀斯特地貌。全省的坡耕地主要分布在遵義市和畢節(jié)市，占全省坡耕地面積的50.93%[3]。

獨特的地形地貌特點導(dǎo)致貴州耕地石漠化問題嚴(yán)重，全省石漠化耕地共313.38 萬畝，占耕地面積的6%。在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，石漠化治理的方式也多種多樣，主要集中在特定作物的栽培上[4]。“開山成土、劈石造田”是貴州千百年來土地形成的過程，大部分6°以下坡度的耕地土壤碎石（大于3 cm）含量極少，6°以上坡度的多數(shù)耕地，土壤中含有大量直徑大于3 cm的碎石[5]。

近年來，貴州大力發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械化作業(yè)，著力解決農(nóng)田與機(jī)耕道不配套、機(jī)械化作業(yè)和農(nóng)機(jī)轉(zhuǎn)移等問題，開展高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)和土地宜機(jī)化整治等工作，由于丘陵山地土壤層薄，大量石頭在農(nóng)田整治過程中被翻出，較高的土壤碎石含量直接影響了機(jī)耕機(jī)種的效果。農(nóng)業(yè)裝備結(jié)構(gòu)發(fā)展不合理、農(nóng)業(yè)裝備研發(fā)能力不強(qiáng)、土壤碎石含量高等，都是制約貴州農(nóng)機(jī)化發(fā)展的重要因素[6]。

本文擬在介紹各地學(xué)者開展土壤碎石整治技術(shù)研究中取得的進(jìn)展的基礎(chǔ)上，對當(dāng)前土壤碎石整治所存在的問題進(jìn)行分析研究，提出應(yīng)對喀斯特地貌山區(qū)土壤碎石整治的對策及建議，以期為開發(fā)出更適用的碎石整地機(jī)械提供借鑒與參考。

1 國外土壤碎石整治現(xiàn)狀

農(nóng)田碎石整治工作在國外起步較早，最早在1974 年，一機(jī)部機(jī)械院農(nóng)機(jī)所對法國、蘇聯(lián)、美國等國家的幾種碎石整治機(jī)具進(jìn)行了介紹。一種是非連續(xù)性工作的機(jī)具，主要包括托架式清石機(jī)、夾持爪式清石機(jī)等，主要是針對較大的石頭，將石頭從土壤中夾出并運(yùn)送。另一種是連續(xù)性工作的機(jī)具，主要包括帶柵格篩斗的清石機(jī)具、帶分離升運(yùn)器的清石機(jī)、帶振動篩或偏心篩的清石機(jī)具、帶滾筒篩的清石機(jī)等，這類機(jī)具主要是通過行走的動力底盤掛接機(jī)具，將土壤和石頭一起鏟起后將石頭篩出來并臨時存儲，達(dá)到清石的目的[7]。

法國的尼古拉斯公司在20 世紀(jì)70 年代設(shè)計了一種碎石機(jī)，由拖拉機(jī)進(jìn)行掛接后，將動力傳遞至機(jī)具的滾筒，滾筒上有很多錘片，用于粉碎石塊。該機(jī)具不僅可以用于農(nóng)田碎石，還可以用來清除灌木叢和折斷樹枝，為開荒造田和拖拉機(jī)行駛開辟道路[8]。

美國最早開展土壤碎石整治工作，是通過撿石機(jī)來完成的，隨后加拿大等國家的一些科研單位和公司紛紛效仿，相繼開展撿石機(jī)的研究[9]。

2 國內(nèi)土壤碎石整治現(xiàn)狀

國內(nèi)土壤碎石較多的地區(qū)以丘陵山區(qū)為主，受地形等因素影響，丘陵山區(qū)農(nóng)機(jī)化水平較低，土壤碎石整治多依靠人工撿拾。20 世紀(jì)80 年代，遼寧省撫順市農(nóng)機(jī)研究所最先開展了土壤松土撿石機(jī)的研究，但是在具體應(yīng)用時，經(jīng)常會出現(xiàn)堆土嚴(yán)重的現(xiàn)象，同時會被石塊卡住傳動機(jī)構(gòu)，作業(yè)時需要經(jīng)常清理和維修。

2000 年以后，新疆建設(shè)兵團(tuán)研制了一款用于農(nóng)田碎石整治的撿石機(jī)，通過前低后高設(shè)置軸流式滾筒篩的方式，將土壤中的碎石先篩出來，然后集中在后方收集箱中，以此完成土壤碎石清理工作。但是該機(jī)具的作業(yè)深度只有8 cm～12 cm，不能夠滿足一般耕作層深度的要求。

鞍山市岫巖縣針對上述機(jī)具不能滿足耕深需求的問題，通過改進(jìn)馬鈴薯收獲機(jī)，將作業(yè)深度拓展到30 cm，但也引發(fā)了作業(yè)阻力過大的問題，最終未能得到很好的應(yīng)用。

青島洪珠、寶華農(nóng)機(jī)等國內(nèi)農(nóng)機(jī)公司也研發(fā)了相關(guān)撿拾設(shè)備，可以撿拾直徑在2 cm～40 cm 之間的石頭，最大作業(yè)深度可以達(dá)到40 cm，配套動力在118 kW 以上?？傮w上來說，作業(yè)效果不是很理想，機(jī)具的可靠性有待進(jìn)一步提高，尤其是在喀斯特山區(qū)，對于黏重型土壤，大型牽引設(shè)備均難以滿足作業(yè)要求[10]。

近年來，四川省有公司通過引進(jìn)意大利開發(fā)的碎石粉壟機(jī)，在西南片區(qū)開展碎石整治工作，整體效果良好，能夠達(dá)到碎石的目的，在喀斯特山區(qū)適應(yīng)性較好，但受價格等因素影響，應(yīng)用范圍較小。

鑒于上述機(jī)具對喀斯特山區(qū)及丘陵地區(qū)土壤的碎石整治效果較好，唐義清對該設(shè)備進(jìn)行了試驗及仿真，得到了影響該機(jī)具作業(yè)效果的深度、轉(zhuǎn)速、作業(yè)速度的最佳參數(shù)，同時對截齒的分布角度進(jìn)行仿真分析，獲得了功率消耗最小的分布角度[11]。程敖利用離散元對截齒破碎性能進(jìn)行了仿真研究，為截齒的安裝角度和分布方式提供了參考[12]。肖建成等通過分析貫入角度與截齒破碎性能和排布之間的關(guān)系，形成了一種截齒布置的設(shè)計方法[13]，為該類型機(jī)具的設(shè)計研究提供了參考。

3 問題分析

綜合目前各地對于土壤碎石整治的情況來看，人工撿拾、機(jī)具撿拾、機(jī)具粉碎是當(dāng)下解決問題的主要方式，但喀斯特山區(qū)當(dāng)前面臨著土地耕作面積小、土壤黏重等多重因素，還存在不少問題。

3.1 人工撿拾費(fèi)用高、效率低、不徹底

隨著農(nóng)村老齡化趨勢愈發(fā)明顯，在農(nóng)村務(wù)工的人員日益減少，而碎石撿拾又是一項比較消耗體力的工作，農(nóng)村老年勞動力難以勝任。同時，人工撿拾只能清理表面的碎石，無法清理埋入土壤的碎石，需要多年持續(xù)進(jìn)行翻耕并撿拾，而且難以根除干凈。

3.2 機(jī)具撿拾適用性差

撿石機(jī)一般需要深挖土壤層進(jìn)行石頭清篩，一方面對于牽引機(jī)具的功率消耗很大，另一方面針對黏重型土壤無法解決堆土卡死的問題。撿石機(jī)配套的牽引機(jī)具功率多在118 kW 以上，對喀斯特山區(qū)小地塊作業(yè)來說，難以找到適宜的牽引機(jī)具。所以，不論是從作業(yè)效果還是從配套機(jī)具方面來說，撿石機(jī)均難以適用于喀斯特山區(qū)的碎石整治工作。

3.3 碎石粉壟機(jī)作業(yè)壁壘高

碎石粉壟機(jī)是目前能夠在喀斯特地貌山區(qū)的土壤碎石整治工作中應(yīng)用的且效果較好的設(shè)備，一般需要66 kW 以上的牽引機(jī)具即可作業(yè)。但是該設(shè)備目前主要依靠進(jìn)口，單臺設(shè)備的價格在40 萬元以上，農(nóng)戶與經(jīng)營主體難以接受。目前該設(shè)備多以政府投資購買為主，作業(yè)費(fèi)用達(dá)到1 000 元/畝以上。面對昂貴作業(yè)費(fèi)用和機(jī)具維護(hù)費(fèi)用，形成了經(jīng)營主體買不起、農(nóng)戶用不起的壁壘，推廣應(yīng)用難度大。

4 對策與建議

從技術(shù)層面分析，目前碎石粉壟機(jī)是解決喀斯特山區(qū)土壤碎石整治問題的理想機(jī)具，但生產(chǎn)技術(shù)難度較高、機(jī)具費(fèi)用和作業(yè)費(fèi)用高昂是阻礙其推廣應(yīng)用的關(guān)鍵因素，應(yīng)當(dāng)從以下方向出發(fā)，為喀斯特山區(qū)土壤碎石整治工作提供解決方案。

4.1 攻克技術(shù)壁壘，讓企業(yè)造得起

在眾多學(xué)者的研究基礎(chǔ)上，深化產(chǎn)學(xué)研合作，一邊做試驗樣機(jī)，一邊做示范推廣，從示范應(yīng)用中找問題、補(bǔ)短板，不斷打磨產(chǎn)品細(xì)節(jié)，讓企業(yè)造得起可用的、效果好的、價格合適的碎石整治裝備。

4.2 加大研發(fā)力度，降低設(shè)備成本

在攻破技術(shù)壁壘的基礎(chǔ)上，讓喀斯特地貌山區(qū)的農(nóng)機(jī)制造企業(yè)參與機(jī)具的研發(fā)制造，降低機(jī)具生產(chǎn)成本，控制機(jī)具銷售價格，使其較進(jìn)口設(shè)備便宜一半以上。

4.3 強(qiáng)化政策補(bǔ)貼，讓經(jīng)營主體買得起

首先，將類似于碎石粉壟機(jī)的區(qū)域適用型專用農(nóng)機(jī)裝備納入省級農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼目錄，然后通過政府項目補(bǔ)助，讓農(nóng)機(jī)服務(wù)經(jīng)營主體購買機(jī)具花費(fèi)不超過總價的50%，大幅度降低經(jīng)營主體的采購成本。

4.4 結(jié)合項目實施，讓農(nóng)戶用得起

充分利用土地宜機(jī)化改造項目和農(nóng)機(jī)作業(yè)服務(wù)補(bǔ)貼，將農(nóng)田碎石整治服務(wù)納入專項農(nóng)機(jī)作業(yè)補(bǔ)貼，進(jìn)一步降低作業(yè)服務(wù)費(fèi)用，讓農(nóng)戶用得起，讓碎石田變良田。