0 引言
我国拥有草原面积近 4 亿 hm²,约占国土面积的2 /5,而目前由于草原不合理利用及自然灾害等问题频繁出现,中度和重度退化草原面积仍达到草原面积的 1/3 以上[1].采用机械化改良技术有利于恢复和改善我国天然草地退化现状,保护生态环境,推动我国退化草场恢复与重建.为此,通过对国内外草地机械化改良技术发展情况进行总结分析,找出目前我国研究工作中的不足,将有助于加快我国机械化改良退化天然草地的进程.
1 国外草地机械化改良技术研究进展
国外草地机械化改良技术起步较早,主要包括松土、施肥、补播及灌溉等技术,目的都在于改善退化草地中的土壤微环境,通过施肥、灌溉或者添加有机物等不同的作业方式来提高土壤中氮、碳、磷等牧草生长所需的生长元素含量[2 -14],有效改善土壤生态环境,加快恢复退化草场.用于草地改良的机械主要有施肥机械、打孔机械和补播机械等[15 -22].
1. 1 草地施肥机械
国外草地施肥机械主要分为施固态肥机械和施液态肥机械两种.
图 1 为 Phil Sidhwa 等人提出的一种牵引式施肥机的工作示意图.该施肥机用于向土壤表层施肥,可向土壤表层施加粘性肥料,( 如脱水的生物固体颗粒等) ,能一次性完成切割草皮、松土和施肥作业工序[17].圆盘犁、深松犁尖和肥料注射器是该机的主要部件,其工作示意图如图 2 所示[17].
图 3 为 Tte Boekhorst 等人提出的一种草地施肥机.工作时,该机先通过圆盘割裂草地土壤,形成勾缝,然后通过液态肥喷头或液态肥注射器将液态肥料注入勾缝中,有利于植被吸收养分,减少土壤中养分的流失,促进牧草生长.该机器主要工作部件-圆盘与液态肥注射器局部放大图如图 4 所示[18].
1. 2 草地打孔机械
图 5 为美国 AerWay 公司生产的 AWMP - 100 -AG - 4 型草地打孔机.该机由拖拉机牵引,通过橡胶轮限深,打孔齿依靠自重入土,耕作宽度为 3m( 10') ,每个齿盘上有 4 个齿; 打孔时形成不连续的矩形孔,打孔深度最大为 20cm.该机用来断裂压实的韧土,增加空气和水分运动,提高肥料利用率[19].
1. 3 草地补播机械
图 6 为约翰迪尔 CS13 系列播种机中的 CS1360型播种机.该机可实现草地打孔播种功能,采用直接打孔播种的方式,通过地轮驱动钉齿滚筒开种孔,然后进行播种,并进行碎土镇压,一次性完成打孔、播种、覆土镇压等作业工序[20].（图5，6略）
2 我国天然草地机械化改良技术研究进展
我国对于天然草地改良技术的研究起步较晚.目前,我国草地改良主要是集中在对草地的土壤进行改良及地表植被的恢复上,在草地改良方面的机械化改良技术、改良工艺及相关机具的研究发展空间很大[23 - 24].我国天然草地的机械化改良技术主要包括机械松土、补播、施肥、切根和杂草去除等技术[24 -36],主要的改良机械包括牧草破土切根机械、补播施肥机械、松土机械和杂草去除机械[37 -57].
2. 1 破土切根机械
以根茎型繁殖为主的牧草,由于根茎盘根错节导致草地出现土壤板结情况,使得土壤透气性和透水性下降,造成草地退化.针对上述问题,尤泳等人设计了一种 9QP - 830 型草地破土切根机,如图 7 所示[40].该机以冲击、贯入的形式切割板结土壤,切根刀以主动转动的方式切断牧草地下横走根系,翻垡效果接近于零.（图7略）
2. 2 牧草补播施肥机械
王德成、梁方等人设计了一种主动传动式切根施肥补播复式作业机,用于羊草草地改良,集切根、施肥和补播功能于一体,可一次性完成羊草草地割裂草皮、切根、开沟、施肥、播种、镇压等复式作业工序,对改良我国天然草地有很大的意义.其结构示意图如图 8 所示[43].
2. 3 草地松土机械
宋建农等人研发了 9ST - 460 型草地振动式间隔松土机,先由前导圆盘切根,形成条状土垡; 然后经振动松土铲进行松土,完成土壤强制疏松后铺放于原来的位置; 在土垡铺放后由镇压装置进行镇压,实现坚实度高的草地土壤条件下的虚实耕作和原地放垄.该机结构简图如图 9 所示[39].
2. 4 杂草去除机械.
赵建柱、宗玉峰等人设计了一种狼毒草剔除装置,提供了一种可以通过高度识别狼毒草植株,并对其进行定点喷洒狼毒草剔除剂的装置.该机主要由机架部分、喷雾系统和控制系统组成,结构示意图如图 10 所示[45].
3 存在的问题
目前,与国外草地机械化改良技术相比,我国草地机械化改良技术相对落后: 一方面,从机具来看,我国天然草地改良机具规格偏向于中小型,作业范围有限,很大一部分机械只能实现单一作业工序,不能同时实现多个作业工序; 另外,国内改良机具种类较少,用于天然草地改良的液态肥施肥机械与草地打孔透气机械在国内暂无研究.从作业对象与作业环境来看,我国天然草原分类较多,饲草植株品种较多,草地地形复杂多样,而改良的机具作业对象集中于羊草、苜蓿等主要牧草品种,作业环境大部分以平原地区为主,对其他牧草品种和作业地区的改良机具研究较少.另一方面,从土壤的角度来看,国外草地因经常改良,土壤紧实度较低,而我国天然草地长时间无人管理,土壤紧实度较高,对退化草地土壤与作业机具作用关系的研究较少.
4 建议
1) 以退化天然草地土壤为基础元素,进行退化草地土壤与改良机具作用关系研究.草原上生态较复杂,与传统的大田作业环境有所差别,传统的田间作业情况下的土壤模型对建立退化草地土壤模型只具有参考作用,不能将草地土壤模型与田间土壤模型等同来看.针对草原特有的生态环境,应当建立退化草地的土壤模型,找出机械化改良退化草地土壤的相关最佳参数,以传统的大田耕作中土壤与机具作用关系作为基础,加强草原土壤与作业机具之间的作用关系研究.
2) 针对不同牧草品种与不同作业地形,研究有针对性的改良机具.对于其他牧草品种与作业地形,研制有针对性的改良机具,如针对青藏高寒草原区研制的改良机具要能够适应青藏高原地区特有的环境和当地的牧草品种,实现有效改良.
3) 进行天然草地打孔透气机械研究.打孔是松土改良方式的一种,对退化的天然草场来说,松土是有效的改良方式之一; 而国内对打孔透气机械的研究只局限在草坪打孔机械研究方面[58 -62],对于天然草地打孔透气机械方面的研究暂时没有.因此,研究天然草地打孔透气机械对于改良退化天然草地具有一定促进作用.
4) 探索性研究草地液态肥施肥机械.目前,用于施肥的肥料主要包括固态肥和液态肥两种.在通过施肥改良天然草地方面,应用固态肥较多,而采用机械施加液态肥改良退化天然草地的方式几乎没有研究,目前液态肥施肥机械在大田作业方面有一定应用[63 -65].液态肥有利于植物的吸收与利用,施加液态肥也是改良退化天然草地的一种改良方式,探索性进行液态肥施肥机械研究,对于改良退化天然草地也有一定的现实意义.
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