旋转割草机对果园绿肥的田间粉碎效果

刘 聪，侯升林，张春锋，王 伟，王栓波，明若阳，刘忠宽，冯 伟*

（1.河北省农林科学院农业资源环境研究所，河北 石家庄 050051；2.河北省农林科学院，河北 石家庄 050051；3.沈阳农业大学工程学院，辽宁 沈阳 110161；4.晋州市林业局，河北 晋州 052260）

绿肥指用绿色植物体制成的具有完全养分的生物肥料，绿肥的幼嫩茎叶在土壤中腐解后，能为土壤提供丰富的养分，提高土壤中有机质、大量元素和各种中微量元素的含量，同时，起到改良土壤、提高作物产量的作用[1，2]。一般来说，豆科和十字花科绿肥适宜在盛花至结荚初期翻压，禾本科绿肥适宜在抽穗初期翻压[3，4]。大量研究结果显示，绿肥翻入土壤后，在土壤微生物的作用下分解，其腐解速度与翻压时植株的老嫩程度、数量、碳氮比（C/N）和切割程度，以及土壤含水量、温度和质地有关[5～9]。绿肥经割草机粉碎后其草段长度越短，与土壤中微生物的接触面积越大，越有利于绿肥的腐解[8]。将绿肥地上部整体直接翻入土壤中不利于其腐解和有效养分的释放[5～7]。在实际的农业生产过程中，机械化粉碎速度快、效果好，正在逐步取代单纯依靠人工的绿肥粉碎方式，应用机械设计理论与方法研制的果园行间割草机可直接将田间绿肥作物粉碎后翻压，提高绿肥肥效[8，10]。研究发现，受割草机械结构、技术参数以及绿肥自身的生长特性（品种、株高、茎粗、植株含水量等）、操作人员对机具的熟悉程度、作业油门大小等影响，割草机的碎草效果均不相同[9，11]。

为探究石家庄鑫农机械有限公司设计生产的9G-1.2型旋转割草机对不同绿肥品种的粉碎效果，以及影响机械碎草的主要因素，采用大田试验和室内测量、统计分析相结合的方法，寻求粉碎效果最佳的绿肥品种，以期为果园机械化碎草还田提供适宜的绿肥品种，并通过控制影响碎草效果的因素来准确把握果园机械化碎草的时机。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 割草机 割草机械为石家庄鑫农机械有限公司设计生产的9G-1.2型旋转割草机（图1）。其外形指数 （长×宽×高） 为 1 350 mm×1 119 mm×628 mm，配套动力≥28 kW，整机质量300 kg，工作幅宽120 cm，作业速度≤15 km/h，刀轴转速1 450 r/min。

图1 旋转割草机总体结构图Fig.1 Overall structure of rotary mower

工作原理。碎草刀为8刀圆盘组合旋转形式，有2个圆盘、2个刀轴，共16个刀片，以1个圆盘两端有2个刀轴、每个刀轴穿4个刀片的方式排列，刀端线速度为13 m/s。该机由拖拉机提供动力，动力经万向传动轴依次传递给变速箱、带轮，进而驱动碎草机粉碎部件高速旋转，将绿肥切断；在负压的作用下，切断的绿肥从喂入口被吸入罩壳内，经多次砍切、打碎、粉碎成段；最后，在气流的作用下均匀摊铺在果园行间。

1.1.2 绿肥品种 选取豆科、禾本科、菊科和十字花科中常见的且具有代表性的北方果园绿肥品种进行试验，品种有箭筈豌豆、毛叶苕子、一年生黑麦草、狗牙根、波斯菊、菊苣、春油菜和肥田萝卜。

1.2 试验方法

试验于2018年在河北省石家庄市晋州市晋州镇进行。4月8日播种绿肥品种，试验设8个品种处理，其中，狗牙根为撒播，其他品种均为条播（表1）。小区面积200 m2，随机排列分布，3次重复。采用机播方式播种，播种量在常规播种量的基础上增加20%，田间管理方式同常规。

表1 试验绿肥品种及其播种方式和播种量Table 1 Tested green manure and their sowing methods and sowing amounts

7月4日利用9G-1.2型旋转割草机对绿肥进行粉碎。粉碎后在1 m×1 m样方内随机选取植株样品500 g，室内测量100个粉碎后草段的长度。统计分析各绿肥品种不同草段长度在整体中所占的比例，明确不同绿肥草段长度的区域，从而确定适合机械化粉碎的果园绿肥品种。取地上部鲜样100 g，放入烘箱中105℃杀青0.5 h，85℃烘干至恒重，测定地上部植株的含水量；并根据1 m2样方内的植株地上部鲜重，折算单位面积的植株鲜重。

采用SPSS数据统计分析软件，分别对各处理的植株含水率、粉碎后草段长度、地上部总鲜重进行单因素方差分析，以确定与绿肥粉碎效果相关的影响因子。

2 结果与分析

2.1 各科绿肥的田间机械粉碎效果

绿肥经割草机粉碎后，所有参试品种的草段长度均≤50 cm（表2）。表明利用9G-1.2型旋转割草机可以有效地对北方果园常见绿肥进行粉碎。

各科绿肥的粉碎效果差异较大。其中，菊科绿肥波斯菊和菊苣粉碎后草段长度集中分布在0～10 cm范围内，所占比例分别为96.25%和90.11%，粉碎效果很好；豆科的2种绿肥粉碎后草段长度均＜30 cm，且草段长度也集中在0～10 cm范围内，但0～10 cm草段的平均占有率（70.10%）较菊科同等长度草段的平均占有率（93.18%）低23.08个百分点，粉碎效果降低；禾本科和十字花科绿肥粉碎后草段长度在0～50 cm不同长度范围内均有分布，但以20～40 cm长度居多，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别为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别为7.58%、9.9%、38.93%和41.46%。可以看出，在春播条件下，利用9G-1.2型旋转割草机对同时播种同时粉碎的各科绿肥的粉碎效果顺序为菊科＞豆科＞禾本科＞十字花科。

表2 不同绿肥品种粉碎后各长度草段所占的比例 （%）Table 2 Proportion of different lengths of grass sections crushed of different green manure

2.2 不同绿肥品种的地上部生物量

不同绿肥品种的地上部生物量差异显著（表3）。其中，菊科绿肥波斯菊的地上部生物量最大，显著＞肥田萝卜除外的其他品种；肥田萝卜次之，显著＞狗牙根和2种豆科绿肥；箭筈豌豆的地上部生物量最小，与其他品种差异均达到了显著水平。

表3 不同绿肥品种的地上部生物量 （kg/hm2）Table 3 Aboveground biomass of different green manure

2.3 不同绿肥品种的地上植株含水量

不同绿肥品种的地上植株含水量差异显著（图2）。其中，菊科绿肥的植株含水量最高，显著＞其他科绿肥品种，但科内2个品种（菊苣含水量77%，波斯菊含水量73%）差异不显著；豆科绿肥次之，2个品种的植株含水量均显著＞禾本科和十字花科绿肥，但箭筈豌豆（含水量66%）与毛叶苕子（含水量67%）差异不显著；禾本科和十字花科绿肥品种的植株含水量（50%～54%）均较低，科间和科内差异均不显著。

图2 不同绿肥品种的地上部植株含水量Fig.2 Water content of aboveground plants of different green manure

2.4 绿肥粉碎效果与其地上部生物量和植株含水量的关系

2.4.1 粉碎效果与地上部生物量的关系分析 肥田萝卜（十字花科）与波斯菊（菊科）相比，地上部生物量差异不显著，但粉碎效果明显较差；箭筈豌豆（豆科）的地上部生物量较其他品种明显较少，但粉碎效果明显优于禾本科和十字花科绿肥。可以看出，9G-1.2型旋转割草机对北方果园春播绿肥的粉碎效果与其地上部生物量关系不明显。这可能与绿肥品种的植株特性有关[12]。

2.4.2 粉碎效果与地上植株含水量的关系分析 从粉碎现场来看，菊苣枝叶多汁、植株含水量最高，波斯菊茎秆中空、直立[13]，2种绿肥均易于机械粉碎，粉碎效果很好；箭筈豌豆和毛叶苕子均为半攀援性草本植物，茎叶柔软，略带韧性[14，15]，且含水量相对较高，也比较适于机械粉碎。而粉碎效果较差的禾本科和十字花科绿肥均表现植株含水量相对较少，其中，一年生黑麦草和狗牙根粉碎时老叶变黄，且地上部含水量相对较少，植株韧性较大；春油菜和肥田萝卜粉碎时期略微靠后，茎秆含水量降低。绿肥植株含水量越高，机械粉碎后的草段长度越短，即：9G-1.2型旋转割草机对北方果园绿肥的粉碎效果与其地上植株含水量呈正相关。由此推断，地上部含水量低是造成绿肥粉碎效果较差的主要原因。

3 结论与讨论

利用石家庄鑫农机械有限公司设计生产的9G-1.2型旋转割草机，对春播密植果园绿肥作物中4科（菊科、豆科、禾本科和十字花科）7属8个品种进行了田间机械粉碎效果试验。结果显示：

（1）9G-1.2型旋转割草机对春播果园绿肥的粉碎效果顺序为菊科（波斯菊、菊苣）＞豆科（毛叶苕子、箭筈豌豆）＞禾本科（一年生黑麦草、狗牙根）＞十字花科（春油菜、肥田萝卜）。

（2）菊科和豆科绿肥粉碎后草段长度均主要集中在0～10 cm，该长度草段的平均占有率分别为93.18%和70.10%；禾本科和十字花科绿肥粉碎后草段长度主要集中在20～40 cm，20～30 cm和30～40 cm长度草段的合计比例分别达到了69.80%和80.39%，粉碎效果相对较差。

（3）9G-1.2型旋转割草机对春播果园绿肥的粉碎效果与其地上植株含水量呈正相关。菊科绿肥的植株含水量最高，豆科绿肥次之，2个科之间的植株含水量差异达到了显著水平，但科内2个品种的植株含水量差异均不显著；禾本科和十字花科绿肥2个科之间及其科内品种的植株含水量差异均不显著，但均明显低于菊科和豆科绿肥。可以看出，绿肥地上植株的含水量越高，粉碎效果越好。

（4）9G-1.2型旋转割草机对春播果园绿肥的粉碎效果与其地上部生物量关系不明显。