王秀+馬偉+蘇帥+楊月英

【摘要】為了解決傳統(tǒng)設(shè)施土壤采用人工施藥精度和效率低的問題，作者通過研制施藥機(jī)來實(shí)現(xiàn)設(shè)施土壤施藥的機(jī)械化作業(yè)，即通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化仿真和組合作業(yè)模擬，采用鴨嘴式排藥和旋耕深翻混土提高土粒接觸藥劑面積的方法，實(shí)現(xiàn)藥劑覆蓋和防控靶標(biāo)害蟲雙效雙增。

背景

設(shè)施農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組成部分，承擔(dān)著反季節(jié)蔬菜、瓜果供應(yīng)的重要職能。北京郊區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地從經(jīng)濟(jì)成本及效益出發(fā)，實(shí)行多年連茬種植，致使土傳疾病加重，果菜品質(zhì)下降，增加了農(nóng)民負(fù)擔(dān)[1]。土壤病害還會互相促進(jìn)，例如線蟲不僅危害植物本身，其侵襲造成的傷口也有利于其他病原物侵入，或與真菌、細(xì)菌等其他病原交互作用[2]。根結(jié)線蟲嚴(yán)重危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，尤其是茄科、葫蘆科等經(jīng)濟(jì)價值較高的作物受害更為嚴(yán)重。目前，北京防治土壤根結(jié)線蟲多采用人工簡單灌根的施藥方式，施藥精度差和效率低下嚴(yán)重制約實(shí)際生產(chǎn)中的土壤保護(hù)，采用機(jī)械化作業(yè)能在提高效率的同時，降低施藥對作業(yè)人員傷害的風(fēng)險。

原理

1G-1800型土壤熏蒸施藥機(jī)是通過精準(zhǔn)調(diào)節(jié)電機(jī)控制排藥槽變速轉(zhuǎn)動，使藥劑填滿槽輪的凹槽，經(jīng)過刮藥片將轉(zhuǎn)動中的槽輪沿弧度刮掉溢出槽輪切面的藥劑，轉(zhuǎn)動槽輪朝下對準(zhǔn)排藥管入口時，藥劑掉至鴨嘴式排藥出口，均勻分布在旋耕切刀與地面切線交點(diǎn)處，旋耕刀順時針旋轉(zhuǎn)切入土壤，將藥劑內(nèi)旋后翻入土壤耕層底部，藥劑緩慢釋放擴(kuò)散，對耕層土壤進(jìn)行熏蒸。

結(jié)構(gòu)

設(shè)施溫室中行壟間距多小于大田，其空間狹小，施藥機(jī)的設(shè)計為左右兩側(cè)有獨(dú)立藥箱，采用不銹鋼304材料，扣板式密封蓋配卡扣鎖，實(shí)現(xiàn)藥劑的密封。排藥槽輪為左右兩側(cè)獨(dú)立運(yùn)動，分別用電機(jī)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)左右兩側(cè)排藥差異化，解決不同行壟的藥量差異需求。

采用3點(diǎn)懸掛方式，通過拖拉機(jī)或手扶機(jī)械拖帶，方便溫室進(jìn)出作業(yè)。結(jié)構(gòu)設(shè)計時可選安裝小地輪，其目的是在結(jié)構(gòu)上與微耕機(jī)配套，方便在特殊狹窄的溫室中進(jìn)行轉(zhuǎn)彎移動作業(yè)。兩側(cè)結(jié)構(gòu)為可拆卸藥箱托板，這樣有2個目的：一是高托板留有操作員座椅安裝孔，為人員背部依托起安全支撐的作用；二是低托板提高了機(jī)器的緊湊性，可進(jìn)入溫室拱形較低的部位作業(yè)。

現(xiàn)場測試

2015年12月3日將所設(shè)計的施藥機(jī)（圖1）在北京小湯山國家精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)基地進(jìn)行測試，按照檢測大綱逐項(xiàng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化測試。主要目的是對施藥機(jī)的施藥均勻度、施藥精度、施藥深度、施藥幅寬及主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)測定，為機(jī)器改進(jìn)定型和量產(chǎn)提供依據(jù)。具體方法參照《土壤熏蒸施藥機(jī)檢測大綱》，為保證測試的精確性和恒定性，模擬試驗(yàn)原料選用細(xì)沙測定，通過變量控制器設(shè)定單位面積的施藥量，機(jī)器變速行進(jìn)100 m后，將固定收集袋里的原料取下后用天平測量，重復(fù)3次試驗(yàn)，取平均值。經(jīng)過計算得出施藥均勻度、施藥精度；施藥深度和施藥幅寬在試驗(yàn)田中進(jìn)行測試，測試原料做上記號，然后在田中行進(jìn)10 m，采用開挖土層后進(jìn)行測量的方式獲取作業(yè)深度和幅寬數(shù)值，隨機(jī)選取3個點(diǎn)測量后求平均。

測試結(jié)果與分析

測試結(jié)果表明，行駛速度對施藥均勻度的影響不顯著，隨著速度增加，施藥均勻性變化不明顯，對施藥精度的影響也不明顯。行駛速度對施藥深度有較大影響，隨著速度加快深度會逐漸減小。經(jīng)過測試和計算后，施藥均勻度誤差小于1.2%，施藥控制精度小于3%。在測試中分別按照3個等級變量控制藥量和行駛速度，求平均值（表1）。

除性能指標(biāo)試驗(yàn)，對其他結(jié)構(gòu)參數(shù)和功能也進(jìn)行測試，具體參數(shù)如表2。

模擬測試和田間試驗(yàn)中，單獨(dú)藥箱加入35 kg藥劑時，由于重力作用其耕深最大可到20 cm，當(dāng)遇到土壤中堅(jiān)硬土塊、石塊時會跳躍抬升，隨后耕深恢復(fù)到19～20 cm；但藥劑消耗掉20 kg后，其耕深會下降到14～15 cm，局部深度低于

14 cm。通過3點(diǎn)懸掛調(diào)節(jié)下壓力后，可增加深度2 cm左右，但機(jī)身作業(yè)顛簸幅度過大時，耕深會不足15 cm。鑒于深度是關(guān)鍵性能指標(biāo)，同時間接影響均勻度，施藥機(jī)試制過程中需要改進(jìn)，機(jī)器自重影響作業(yè)深度可以通過結(jié)構(gòu)設(shè)計給予改進(jìn)。

結(jié)論

完成1G-1800型土壤熏蒸施藥機(jī)的研制與測試后，結(jié)論如下：① 該機(jī)機(jī)械化土壤施藥均勻度可達(dá)到98%以上，控制精度誤差小于3%。② 施藥幅寬可調(diào)節(jié)0.7 m和1.7 m兩種參數(shù)，能滿足溫室機(jī)械化作業(yè)需求。③ 消毒作業(yè)耕深受機(jī)器自重影響，可通過3點(diǎn)懸掛調(diào)節(jié)深度。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉天英，劉美霞.蔬菜根結(jié)線蟲病的發(fā)生與防治[J].中國瓜菜，2011，24（4）：46-48.

[2] 劉霆，劉偉成，裘季燕，等.15%衛(wèi)根微乳劑對番茄根結(jié)線蟲的防治效果[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（12）：7045-7046.

項(xiàng)目支持：北京市農(nóng)林科學(xué)院所級創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（JNKST201619）；院青年基金（QNJJ201525）。