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摘 要： 摘要：園藝草害一直是阻礙農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和威脅綠色生態(tài)安全的一個重要因素，科學有效地進行除草控草，是實現(xiàn)園藝作物綠色安全、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的關(guān)鍵。我國果蔬茶園的除草控草、園藝草坪的修剪管理受用工難、用工貴的因素制約，對園藝除草裝備的需求極為迫切。為此
摘要：園藝草害一直是阻礙農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和威脅綠色生態(tài)安全的一個重要因素，科學有效地進行除草控草，是實現(xiàn)園藝作物綠色安全、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的關(guān)鍵。我國果蔬茶園的除草控草、園藝草坪的修剪管理受用工難、用工貴的因素制約，對園藝除草裝備的需求極為迫切。為此，本文分析國內(nèi)外園藝除草裝備的研究現(xiàn)狀，結(jié)合我國園藝特有的實際情況，指出該領(lǐng)域現(xiàn)存的問題，以及未來研究的重點和方向。
關(guān)鍵詞：園藝作物,除草機械,修剪,研究現(xiàn)狀,發(fā)展趨勢
果蔬茶類經(jīng)濟作物和草坪類觀賞植物的園藝栽培、管理過程中離不開除草環(huán)節(jié)，雜草對園藝作物的危害有爭水、耗養(yǎng)、誘發(fā)病蟲、影響光照等，如雜草造成果園減產(chǎn)、果品質(zhì)量下降，雜草影響茶園茶葉的產(chǎn)量和質(zhì)量、增加病蟲害等，因此，果蔬茶園的除草控草是一項非常重要的工作[1]。
園藝草坪因具有凈化空氣、保持水土、減少噪音、保護視力和調(diào)節(jié)溫濕度等功能，已逐步發(fā)展成為一項新興產(chǎn)業(yè)，但隨著勞動力緊缺、人工工資不斷增加等問題的出現(xiàn)，園藝草坪的修剪管理成本居高不下，嚴重制約了我國草坪業(yè)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。隨著除草裝備的較快發(fā)展，園藝割草機逐漸從體積龐大、功能單一向小巧輕便、通用和適應(yīng)性強的方向發(fā)展。
目前，國外的割草機械能適用從旱田到水田、從牧場到荒地、從果園到草坪等不同的土壤條件。我國的園藝割草機大部分從國外進口，機具體積龐大、價格昂貴，不適應(yīng)國內(nèi)的消費水平和作業(yè)需求，且機具使用、維護和維修困難。本文將全面介紹園藝除草裝備的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，結(jié)合我國園藝實際情況，分析其存在的問題，并展望未來發(fā)展趨勢。
1園藝除草機械化技術(shù)研究進展
1.1國外研究進展
國外對機械除草技術(shù)的研究始于20世紀50年代，至今已有近70年的研究歷史。目前，國外的除草機械裝備研究起步早、發(fā)展成熟、自動化程度高，質(zhì)量好、功能齊全，能很好地滿足作業(yè)要求。在果園除草方面，美國的除草機械技術(shù)比較完善，機具品種齊全，性能可靠，如JD970滾刀式除草耙，其刀軸的動力由行走帶動，滾切刀外緣的刀刃隨著驅(qū)動切斷草根，實現(xiàn)除草目的，具有效率高、能耗小的優(yōu)點，且采用滾動切割除草的方式，不會發(fā)生堵塞的問題。日本的除草機械型號很多，有輕、中、重型之分，其工作部分使用尼龍除草絲、除草刀盤和圓鋸盤可以滿足不同高度枝條的除草需求[1]。
英國FlexWing6000旋轉(zhuǎn)割草機，配套58kW以上拖拉機，可根據(jù)不同用戶的要求折疊或展開切割板，最大割幅達6m。新西蘭UFO型懸掛式雙圓盤割草機，該機綜合了圓盤式和滾筒式的主要特點，采用上傳動錐形圓盤式，可以將割下的牧草向后上方挑起并拋擲成蓬松快干的草條;設(shè)計的罩式前擋板可使作物在切割前堆攏成一排寬而低的草束，便于切割，可節(jié)省25%的切割力，割茬高度靠滑掌調(diào)節(jié)，整機結(jié)構(gòu)簡單[2]。
美國研發(fā)的EM60型割草機，主要用于牧草收割、高爾夫球場等大型草坪修整的割草機，該機配套18～35kW四輪拖拉機，割幅1470mm，結(jié)構(gòu)緊湊、性能先進。英國Hesston的1275型往復(fù)式割草機具有國際領(lǐng)先水平，該機采用往復(fù)式雙動割刀，割刀速度為1800行程/min，兩邊各有一個平衡飛輪，起到減少振動和輔助切割的作用;采用可調(diào)浮動彈簧，使割刀能完全自由浮動，且護刃角方便可調(diào)，可適合不同地勢及作物狀況[3-4]。
1.2國內(nèi)研究進展
我國割草機的研發(fā)仍處于初級階段，與國外發(fā)達國家相比有很大差距。黑龍江省畜牧機械化研究所汪德眾等人研制的9GYS-0.85型盤式甩刀割草機(如圖1所示)，該機配套11kW四輪拖拉機，采用前懸掛方式;動力由發(fā)動機通過皮帶經(jīng)傳動裝置傳遞給驅(qū)動盤，驅(qū)動盤帶動割刀旋轉(zhuǎn)，將草割下并鋪成帶狀;自由盤與地面凸起處接觸，以緩和瞬間沖擊力，與彈簧共同起到仿形作用。該機生產(chǎn)率可達到0.33～0.4hm2/h，割茬高度可達到0.03～0.04m。
內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學的趙滿全等人研制出9YG-130型雙圓盤割草機，并對切割部件進行動力學分析，得出最佳的部件結(jié)構(gòu)和作業(yè)參數(shù)，通過性能試驗表明，設(shè)計滿足割草機對草業(yè)技術(shù)要求，重割碎草率得到有效降低[5-6]。中北大學潘變等人設(shè)計了9G-1.4型往復(fù)式果園割草機，如圖2所示，配套18.4kW的拖拉機，通過萬向傳動軸將拖拉機后置的動力前置，并設(shè)計動力分配箱將動力傳給鋪放所需的立軸和割倒所需的臥軸上;作業(yè)過程中，往復(fù)式割刀將草割倒，由帶撥齒的鏈條將草整齊鋪放[7]。
北京林業(yè)大學盧希誠等人對步行操作式草坪割草機的旋刀裝置進行優(yōu)化，該機采用4輪支承行走，動力機的輸出軸與旋刀裝置直聯(lián)驅(qū)動的方式，如圖3所示。通過對比試驗，結(jié)構(gòu)表明研制的旋刀裝置能改善空氣流動性能而噪聲又較低，耳旁噪聲88dB(A)，割草機噪聲80dB(A)[8]。南京理工大學的梁醫(yī)等人針對割草刀片的制動性要求，設(shè)計了一種電磁式刀片離合制動多功能離合器，結(jié)果表明該離合器離合響應(yīng)速度快、制動效果好，且與市面上常見的發(fā)動機主軸與刀片直聯(lián)的傳動方式相比，有過載保護功能[9]。
此外，梁醫(yī)等人還基于人機工程學對草坪割草機的操作和防護系統(tǒng)進行設(shè)計，最終得到了操作把手的長、寬、高和安裝角度的適宜取值范圍，以及刀片護罩和排草口的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)滿足的條件[10]。安徽農(nóng)業(yè)大學李兵等人設(shè)計了一種小型自走式茶園除草機，該機主要由發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、行走機構(gòu)、除草部件、限深裝置、操縱系統(tǒng)及機架等組成，如圖4所示。
其中，除草部件是針對南方丘陵小田塊茶園作業(yè)環(huán)境設(shè)計的，刀片以螺旋線的形式均勻安裝在除草輪圓柱上，相鄰的除草刀片順序入土，左右兩側(cè)除草輪對稱安裝。通過4因素3水平的正交試驗，得出除草輪轉(zhuǎn)速為350r/min、機具前進速度0.8m/s、除草深度30mm、除草刀個數(shù)為6時機具除草和控草效果最優(yōu)，此時的除草率為80.7%。
雖然近年來國內(nèi)的割草機械有所發(fā)展，但總體機械化水平還是很低。國外的割草機械裝備雖已發(fā)展成熟，但大多是針對大型的草場、牧區(qū)設(shè)計的，割幅大、機器體積大、功能單一，不能在國內(nèi)的山地、梯田和小田塊種植的草地、果蔬茶園中靈活行走，且割草機具價格昂貴不適應(yīng)國內(nèi)的消費水平[11]。因此，急需研制可靠性高、經(jīng)濟實用，適合在大小草場、果蔬茶園和園林等特殊種植環(huán)境中作業(yè)的割草機械產(chǎn)品。
2我國園藝除草機械化技術(shù)存在的問題
目前，我國園藝除草裝備水平還比較低，與發(fā)達國家相比仍存在較大的差距。分析其原因主要體現(xiàn)在4個方面。
1)園藝除草裝備技術(shù)研究缺乏深入性和系統(tǒng)性。目前，國內(nèi)的園藝除草或草坪修剪工作大多是用大型草場、牧區(qū)的割草機械來完成的，對園藝除草技術(shù)與裝備研究或是通過單純改變動力驅(qū)動方式、縮小機具尺寸，或是簡單地將大型作業(yè)機械轉(zhuǎn)移到園藝內(nèi)作業(yè)，缺少對園藝除草技術(shù)裝備系統(tǒng)、深入地研究，導(dǎo)致機具適應(yīng)性差、可靠性和作業(yè)質(zhì)量差，割草機械難以形成產(chǎn)品被推廣使用。
2)機具作業(yè)功能單一、通用性差。現(xiàn)有的園藝割草機具大多只能完成將雜草、草坪等植物進行割倒鋪放和粉碎鋪灑，無法在同一個機具上實現(xiàn)對各種雜草、草坪等植物進行快速、高質(zhì)量的修剪、割倒、粉碎、鋪灑和收集功能。機具的通用性較差，如草坪修剪機具無法在果園中進行除草作業(yè)等，導(dǎo)致機具利用率低、生產(chǎn)成本高。目前，國內(nèi)缺少能滿足園藝草坪維護管理要求、園藝果蔬茶園栽培管理要求等的通用機械裝備。
3)機具可靠性、靈活性和操作穩(wěn)定性差。國內(nèi)的園藝割草機雖然種類繁多，但由于機具設(shè)計不合理，缺少疲勞測試和可靠性試驗，農(nóng)民在使用過程中仍發(fā)現(xiàn)存在諸多問題，如往復(fù)式割草機工作振動大、適應(yīng)性差;固定盤式割草機功耗大、使用不方便等。此外，因機具體積龐大導(dǎo)致田間轉(zhuǎn)彎困難，地頭過寬造成浪費，經(jīng)濟效益低下。
4)作業(yè)人員勞動強度大。現(xiàn)有的園藝割草機具在作業(yè)時，因體積龐大、靈活性差，在空間狹小、坡度大、障礙多和邊角地帶，仍以人工除草割草為主，且機具沉重，作業(yè)人員勞動強度大、易疲勞、生產(chǎn)效率低。
3我國園藝除草機械化技術(shù)發(fā)展趨勢
針對國內(nèi)園藝除草裝備存在的問題，結(jié)合果蔬茶園的園藝割草除草、草坪修剪等技術(shù)裝備需求，在汲取國外先進經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，未來要有重點、有步驟地研制開發(fā)出適用于園藝草業(yè)、果蔬茶園和園林作業(yè)的輕簡型多功能園藝除草作業(yè)機具，主要從3個方面開展研究工作。
1)園藝除草裝備應(yīng)向靈活輕便的方向發(fā)展。我國受土地規(guī)模的限制和園藝作物傳統(tǒng)種植模式的影響，市面上主要針對大型的草場和牧區(qū)設(shè)計的割草裝備，因割幅寬、體積大，在果蔬茶園和小地塊草坪中不能靈活行走，機具通用性差、利用率低。為了促進園藝割草機在我國的推廣和發(fā)展，急需研發(fā)出一種適宜作業(yè)空間狹小的密植果蔬茶園和分散田塊的輕簡型園藝割草機。
2)園藝除草裝置應(yīng)向技術(shù)多元化與裝備的多功能方向發(fā)展。近年來，園藝除草裝備的設(shè)計研發(fā)由傳統(tǒng)機械式逐漸向集成機、電、液、氣、控技術(shù)于一體的綜合度較高的復(fù)雜裝備發(fā)展，使裝備的結(jié)構(gòu)簡化、控制靈活，適應(yīng)性和智能化水平大大提升。此外，機具的功能也由單一的割倒鋪放或粉碎鋪灑，增加了修剪、鋪放、揀拾、粉碎、鋪灑和收集等功能，具有省時、高效、節(jié)省成本、一機多用等特點，備受農(nóng)民的青睞。提高裝備的作業(yè)功能和作業(yè)穩(wěn)定性是我國園藝除草機械的發(fā)展趨勢。
3)園藝割草裝備需提高適應(yīng)性和通用性。園藝作物的栽培密度、土壤性質(zhì)和地形地勢不同，在一定程度上會限制割草裝備的結(jié)構(gòu)尺寸。目前出現(xiàn)除草機因尺寸較大難以入園、爬坡性能差、難以在坡地作業(yè)等諸多問題。結(jié)合草的生長密度和高度、倒伏程度、莖稈力學特性等，分析除草的共性關(guān)鍵技術(shù)，研制開發(fā)結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活、更換方便的除草機，適應(yīng)多種園藝作物的管理作業(yè)需要，一機多用、一機多能，可大大增加裝備的使用率，降低作業(yè)成本，提高農(nóng)民的經(jīng)濟效益，并對促進果蔬茶園、綠化草業(yè)和園林等發(fā)展具有重要意義。
4結(jié)束語
近年來，農(nóng)民因嚴重缺乏合適的除草機械裝備，造成果蔬茶園產(chǎn)量低、草坪修剪成本增加、種植草業(yè)豐產(chǎn)不豐收問題。目前，我國現(xiàn)有園藝除草機大部分是國外進口，機具體積龐大、價格昂貴，不適應(yīng)國內(nèi)的消費水平和作業(yè)需求。
國內(nèi)自主研發(fā)的園藝除草機具作業(yè)功能單一、適應(yīng)性差、碎草質(zhì)量差、缺少碎草收集功能，以及動力平臺尺寸重量大、操作沉重、平臺利用率低、單位面積平均動力保有量大等缺點，難以得到推廣和應(yīng)用。今后，需要圍繞園藝果蔬茶園的栽培管理要求、園藝草坪的維護管理要求，研發(fā)和推廣輕簡型多功能園藝除草裝備，突破核心關(guān)鍵技術(shù)，提升裝備的可靠性、適應(yīng)性、通用性和智能化水平。
參考文獻
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園藝方向期刊推薦：《園藝學報》(月刊)創(chuàng)刊于1962年，是由中國園藝學會主辦的學術(shù)性期刊，刊登果樹、蔬菜、西瓜甜瓜和觀賞植物等方面示曾發(fā)表過的學術(shù)論文、研究報告、研究簡報、專題文獻、綜述，經(jīng)過審定或鑒定的新品種、新書介紹。主要欄目：研究論文、研究報告、研究簡訊、新品種、綜述、新書介紹、動態(tài)與信息。