旋轉(zhuǎn)割草機(jī)對果園綠肥的田間粉碎效果

劉 聰，侯升林，張春鋒，王 偉，王栓波，明若陽，劉忠寬，馮 偉*

（1.河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所，河北 石家莊 050051；2.河北省農(nóng)林科學(xué)院，河北 石家莊 050051；3.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110161；4.晉州市林業(yè)局，河北 晉州 052260）

綠肥指用綠色植物體制成的具有完全養(yǎng)分的生物肥料，綠肥的幼嫩莖葉在土壤中腐解后，能為土壤提供豐富的養(yǎng)分，提高土壤中有機(jī)質(zhì)、大量元素和各種中微量元素的含量，同時(shí)，起到改良土壤、提高作物產(chǎn)量的作用[1，2]。一般來說，豆科和十字花科綠肥適宜在盛花至結(jié)莢初期翻壓，禾本科綠肥適宜在抽穗初期翻壓[3，4]。大量研究結(jié)果顯示，綠肥翻入土壤后，在土壤微生物的作用下分解，其腐解速度與翻壓時(shí)植株的老嫩程度、數(shù)量、碳氮比（C/N）和切割程度，以及土壤含水量、溫度和質(zhì)地有關(guān)[5～9]。綠肥經(jīng)割草機(jī)粉碎后其草段長度越短，與土壤中微生物的接觸面積越大，越有利于綠肥的腐解[8]。將綠肥地上部整體直接翻入土壤中不利于其腐解和有效養(yǎng)分的釋放[5～7]。在實(shí)際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，機(jī)械化粉碎速度快、效果好，正在逐步取代單純依靠人工的綠肥粉碎方式，應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法研制的果園行間割草機(jī)可直接將田間綠肥作物粉碎后翻壓，提高綠肥肥效[8，10]。研究發(fā)現(xiàn)，受割草機(jī)械結(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)以及綠肥自身的生長特性（品種、株高、莖粗、植株含水量等）、操作人員對機(jī)具的熟悉程度、作業(yè)油門大小等影響，割草機(jī)的碎草效果均不相同[9，11]。

為探究石家莊鑫農(nóng)機(jī)械有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的9G-1.2型旋轉(zhuǎn)割草機(jī)對不同綠肥品種的粉碎效果，以及影響機(jī)械碎草的主要因素，采用大田試驗(yàn)和室內(nèi)測量、統(tǒng)計(jì)分析相結(jié)合的方法，尋求粉碎效果最佳的綠肥品種，以期為果園機(jī)械化碎草還田提供適宜的綠肥品種，并通過控制影響碎草效果的因素來準(zhǔn)確把握果園機(jī)械化碎草的時(shí)機(jī)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 割草機(jī) 割草機(jī)械為石家莊鑫農(nóng)機(jī)械有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的9G-1.2型旋轉(zhuǎn)割草機(jī)（圖1）。其外形指數(shù) （長×寬×高） 為 1 350 mm×1 119 mm×628 mm，配套動(dòng)力≥28 kW，整機(jī)質(zhì)量300 kg，工作幅寬120 cm，作業(yè)速度≤15 km/h，刀軸轉(zhuǎn)速1 450 r/min。

圖1 旋轉(zhuǎn)割草機(jī)總體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Overall structure of rotary mower

工作原理。碎草刀為8刀圓盤組合旋轉(zhuǎn)形式，有2個(gè)圓盤、2個(gè)刀軸，共16個(gè)刀片，以1個(gè)圓盤兩端有2個(gè)刀軸、每個(gè)刀軸穿4個(gè)刀片的方式排列，刀端線速度為13 m/s。該機(jī)由拖拉機(jī)提供動(dòng)力，動(dòng)力經(jīng)萬向傳動(dòng)軸依次傳遞給變速箱、帶輪，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)碎草機(jī)粉碎部件高速旋轉(zhuǎn)，將綠肥切斷；在負(fù)壓的作用下，切斷的綠肥從喂入口被吸入罩殼內(nèi)，經(jīng)多次砍切、打碎、粉碎成段；最后，在氣流的作用下均勻攤鋪在果園行間。

1.1.2 綠肥品種 選取豆科、禾本科、菊科和十字花科中常見的且具有代表性的北方果園綠肥品種進(jìn)行試驗(yàn)，品種有箭筈豌豆、毛葉苕子、一年生黑麥草、狗牙根、波斯菊、菊苣、春油菜和肥田蘿卜。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2018年在河北省石家莊市晉州市晉州鎮(zhèn)進(jìn)行。4月8日播種綠肥品種，試驗(yàn)設(shè)8個(gè)品種處理，其中，狗牙根為撒播，其他品種均為條播（表1）。小區(qū)面積200 m2，隨機(jī)排列分布，3次重復(fù)。采用機(jī)播方式播種，播種量在常規(guī)播種量的基礎(chǔ)上增加20%，田間管理方式同常規(guī)。

表1 試驗(yàn)綠肥品種及其播種方式和播種量Table 1 Tested green manure and their sowing methods and sowing amounts

7月4日利用9G-1.2型旋轉(zhuǎn)割草機(jī)對綠肥進(jìn)行粉碎。粉碎后在1 m×1 m樣方內(nèi)隨機(jī)選取植株樣品500 g，室內(nèi)測量100個(gè)粉碎后草段的長度。統(tǒng)計(jì)分析各綠肥品種不同草段長度在整體中所占的比例，明確不同綠肥草段長度的區(qū)域，從而確定適合機(jī)械化粉碎的果園綠肥品種。取地上部鮮樣100 g，放入烘箱中105℃殺青0.5 h，85℃烘干至恒重，測定地上部植株的含水量；并根據(jù)1 m2樣方內(nèi)的植株地上部鮮重，折算單位面積的植株鮮重。

采用SPSS數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析軟件，分別對各處理的植株含水率、粉碎后草段長度、地上部總鮮重進(jìn)行單因素方差分析，以確定與綠肥粉碎效果相關(guān)的影響因子。

2 結(jié)果與分析

2.1 各科綠肥的田間機(jī)械粉碎效果

綠肥經(jīng)割草機(jī)粉碎后，所有參試品種的草段長度均≤50 cm（表2）。表明利用9G-1.2型旋轉(zhuǎn)割草機(jī)可以有效地對北方果園常見綠肥進(jìn)行粉碎。

各科綠肥的粉碎效果差異較大。其中，菊科綠肥波斯菊和菊苣粉碎后草段長度集中分布在0～10 cm范圍內(nèi)，所占比例分別為96.25%和90.11%，粉碎效果很好；豆科的2種綠肥粉碎后草段長度均＜30 cm，且草段長度也集中在0～10 cm范圍內(nèi)，但0～10 cm草段的平均占有率（70.10%）較菊科同等長度草段的平均占有率（93.18%）低23.08個(gè)百分點(diǎn)，粉碎效果降低；禾本科和十字花科綠肥粉碎后草段長度在0～50 cm不同長度范圍內(nèi)均有分布，但以20～40 cm長度居多，其中，禾本科 0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm草段所占平均比例分別為15.35%、11.42%、41.95%和 27.85%，十字花科 0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm草段所占平均比例分別為7.58%、9.9%、38.93%和41.46%?？梢钥闯?，在春播條件下，利用9G-1.2型旋轉(zhuǎn)割草機(jī)對同時(shí)播種同時(shí)粉碎的各科綠肥的粉碎效果順序?yàn)榫湛疲径箍疲竞瘫究疲臼只啤?/p>

表2 不同綠肥品種粉碎后各長度草段所占的比例 （%）Table 2 Proportion of different lengths of grass sections crushed of different green manure

2.2 不同綠肥品種的地上部生物量

不同綠肥品種的地上部生物量差異顯著（表3）。其中，菊科綠肥波斯菊的地上部生物量最大，顯著＞肥田蘿卜除外的其他品種；肥田蘿卜次之，顯著＞狗牙根和2種豆科綠肥；箭筈豌豆的地上部生物量最小，與其他品種差異均達(dá)到了顯著水平。

表3 不同綠肥品種的地上部生物量 （kg/hm2）Table 3 Aboveground biomass of different green manure

2.3 不同綠肥品種的地上植株含水量

不同綠肥品種的地上植株含水量差異顯著（圖2）。其中，菊科綠肥的植株含水量最高，顯著＞其他科綠肥品種，但科內(nèi)2個(gè)品種（菊苣含水量77%，波斯菊含水量73%）差異不顯著；豆科綠肥次之，2個(gè)品種的植株含水量均顯著＞禾本科和十字花科綠肥，但箭筈豌豆（含水量66%）與毛葉苕子（含水量67%）差異不顯著；禾本科和十字花科綠肥品種的植株含水量（50%～54%）均較低，科間和科內(nèi)差異均不顯著。

圖2 不同綠肥品種的地上部植株含水量Fig.2 Water content of aboveground plants of different green manure

2.4 綠肥粉碎效果與其地上部生物量和植株含水量的關(guān)系

2.4.1 粉碎效果與地上部生物量的關(guān)系分析 肥田蘿卜（十字花科）與波斯菊（菊科）相比，地上部生物量差異不顯著，但粉碎效果明顯較差；箭筈豌豆（豆科）的地上部生物量較其他品種明顯較少，但粉碎效果明顯優(yōu)于禾本科和十字花科綠肥?？梢钥闯?，9G-1.2型旋轉(zhuǎn)割草機(jī)對北方果園春播綠肥的粉碎效果與其地上部生物量關(guān)系不明顯。這可能與綠肥品種的植株特性有關(guān)[12]。

2.4.2 粉碎效果與地上植株含水量的關(guān)系分析 從粉碎現(xiàn)場來看，菊苣枝葉多汁、植株含水量最高，波斯菊莖稈中空、直立[13]，2種綠肥均易于機(jī)械粉碎，粉碎效果很好；箭筈豌豆和毛葉苕子均為半攀援性草本植物，莖葉柔軟，略帶韌性[14，15]，且含水量相對較高，也比較適于機(jī)械粉碎。而粉碎效果較差的禾本科和十字花科綠肥均表現(xiàn)植株含水量相對較少，其中，一年生黑麥草和狗牙根粉碎時(shí)老葉變黃，且地上部含水量相對較少，植株韌性較大；春油菜和肥田蘿卜粉碎時(shí)期略微靠后，莖稈含水量降低。綠肥植株含水量越高，機(jī)械粉碎后的草段長度越短，即：9G-1.2型旋轉(zhuǎn)割草機(jī)對北方果園綠肥的粉碎效果與其地上植株含水量呈正相關(guān)。由此推斷，地上部含水量低是造成綠肥粉碎效果較差的主要原因。

3 結(jié)論與討論

利用石家莊鑫農(nóng)機(jī)械有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的9G-1.2型旋轉(zhuǎn)割草機(jī)，對春播密植果園綠肥作物中4科（菊科、豆科、禾本科和十字花科）7屬8個(gè)品種進(jìn)行了田間機(jī)械粉碎效果試驗(yàn)。結(jié)果顯示：

（1）9G-1.2型旋轉(zhuǎn)割草機(jī)對春播果園綠肥的粉碎效果順序?yàn)榫湛疲úㄋ咕?、菊苣）＞豆科（毛葉苕子、箭筈豌豆）＞禾本科（一年生黑麥草、狗牙根）＞十字花科（春油菜、肥田蘿卜）。

（2）菊科和豆科綠肥粉碎后草段長度均主要集中在0～10 cm，該長度草段的平均占有率分別為93.18%和70.10%；禾本科和十字花科綠肥粉碎后草段長度主要集中在20～40 cm，20～30 cm和30～40 cm長度草段的合計(jì)比例分別達(dá)到了69.80%和80.39%，粉碎效果相對較差。

（3）9G-1.2型旋轉(zhuǎn)割草機(jī)對春播果園綠肥的粉碎效果與其地上植株含水量呈正相關(guān)。菊科綠肥的植株含水量最高，豆科綠肥次之，2個(gè)科之間的植株含水量差異達(dá)到了顯著水平，但科內(nèi)2個(gè)品種的植株含水量差異均不顯著；禾本科和十字花科綠肥2個(gè)科之間及其科內(nèi)品種的植株含水量差異均不顯著，但均明顯低于菊科和豆科綠肥。可以看出，綠肥地上植株的含水量越高，粉碎效果越好。

（4）9G-1.2型旋轉(zhuǎn)割草機(jī)對春播果園綠肥的粉碎效果與其地上部生物量關(guān)系不明顯。