0 引言
我國擁有草原面積近 4 億 hm2,約占國土面積的2 /5,而目前由于草原不合理利用及自然災害等問題頻繁出現,中度和重度退化草原面積仍達到草原面積的 1/3 以上[1].采用機械化改良技術有利于恢復和改善我國天然草地退化現狀,保護生態環境,推動我國退化草場恢復與重建.為此,通過對國內外草地機械化改良技術發展情況進行總結分析,找出目前我國研究工作中的不足,將有助于加快我國機械化改良退化天然草地的進程.
1 國外草地機械化改良技術研究進展
國外草地機械化改良技術起步較早,主要包括松土、施肥、補播及灌溉等技術,目的都在于改善退化草地中的土壤微環境,通過施肥、灌溉或者添加有機物等不同的作業方式來提高土壤中氮、碳、磷等牧草生長所需的生長元素含量[2 -14],有效改善土壤生態環境,加快恢復退化草場.用于草地改良的機械主要有施肥機械、打孔機械和補播機械等[15 -22].
1. 1 草地施肥機械
國外草地施肥機械主要分為施固態肥機械和施液態肥機械兩種.
圖 1 為 Phil Sidhwa 等人提出的一種牽引式施肥機的工作示意圖.該施肥機用于向土壤表層施肥,可向土壤表層施加粘性肥料,\\( 如脫水的生物固體顆粒等\\) ,能一次性完成切割草皮、松土和施肥作業工序[17].圓盤犁、深松犁尖和肥料注射器是該機的主要部件,其工作示意圖如圖 2 所示[17].
圖 3 為 Tte Boekhorst 等人提出的一種草地施肥機.工作時,該機先通過圓盤割裂草地土壤,形成勾縫,然后通過液態肥噴頭或液態肥注射器將液態肥料注入勾縫中,有利于植被吸收養分,減少土壤中養分的流失,促進牧草生長.該機器主要工作部件-圓盤與液態肥注射器局部放大圖如圖 4 所示[18].
1. 2 草地打孔機械
圖 5 為美國 AerWay 公司生產的 AWMP - 100 -AG - 4 型草地打孔機.該機由拖拉機牽引,通過橡膠輪限深,打孔齒依靠自重入土,耕作寬度為 3m\\( 10'\\) ,每個齒盤上有 4 個齒; 打孔時形成不連續的矩形孔,打孔深度最大為 20cm.該機用來斷裂壓實的韌土,增加空氣和水分運動,提高肥料利用率[19].
1. 3 草地補播機械
圖 6 為約翰迪爾 CS13 系列播種機中的 CS1360型播種機.該機可實現草地打孔播種功能,采用直接打孔播種的方式,通過地輪驅動釘齒滾筒開種孔,然后進行播種,并進行碎土鎮壓,一次性完成打孔、播種、覆土鎮壓等作業工序[20].（圖5，6略）
2 我國天然草地機械化改良技術研究進展
我國對于天然草地改良技術的研究起步較晚.目前,我國草地改良主要是集中在對草地的土壤進行改良及地表植被的恢復上,在草地改良方面的機械化改良技術、改良工藝及相關機具的研究發展空間很大[23 - 24].我國天然草地的機械化改良技術主要包括機械松土、補播、施肥、切根和雜草去除等技術[24 -36],主要的改良機械包括牧草破土切根機械、補播施肥機械、松土機械和雜草去除機械[37 -57].
2. 1 破土切根機械
以根莖型繁殖為主的牧草,由于根莖盤根錯節導致草地出現土壤板結情況,使得土壤透氣性和透水性下降,造成草地退化.針對上述問題,尤泳等人設計了一種 9QP - 830 型草地破土切根機,如圖 7 所示[40].該機以沖擊、貫入的形式切割板結土壤,切根刀以主動轉動的方式切斷牧草地下橫走根系,翻垡效果接近于零.（圖7略）
2. 2 牧草補播施肥機械
王德成、梁方等人設計了一種主動傳動式切根施肥補播復式作業機,用于羊草草地改良,集切根、施肥和補播功能于一體,可一次性完成羊草草地割裂草皮、切根、開溝、施肥、播種、鎮壓等復式作業工序,對改良我國天然草地有很大的意義.其結構示意圖如圖 8 所示[43].
2. 3 草地松土機械
宋建農等人研發了 9ST - 460 型草地振動式間隔松土機,先由前導圓盤切根,形成條狀土垡; 然后經振動松土鏟進行松土,完成土壤強制疏松后鋪放于原來的位置; 在土垡鋪放后由鎮壓裝置進行鎮壓,實現堅實度高的草地土壤條件下的虛實耕作和原地放壟.該機結構簡圖如圖 9 所示[39].
2. 4 雜草去除機械.
趙建柱、宗玉峰等人設計了一種狼毒草剔除裝置,提供了一種可以通過高度識別狼毒草植株,并對其進行定點噴灑狼毒草剔除劑的裝置.該機主要由機架部分、噴霧系統和控制系統組成,結構示意圖如圖 10 所示[45].
3 存在的問題
目前,與國外草地機械化改良技術相比,我國草地機械化改良技術相對落后: 一方面,從機具來看,我國天然草地改良機具規格偏向于中小型,作業范圍有限,很大一部分機械只能實現單一作業工序,不能同時實現多個作業工序; 另外,國內改良機具種類較少,用于天然草地改良的液態肥施肥機械與草地打孔透氣機械在國內暫無研究.從作業對象與作業環境來看,我國天然草原分類較多,飼草植株品種較多,草地地形復雜多樣,而改良的機具作業對象集中于羊草、苜蓿等主要牧草品種,作業環境大部分以平原地區為主,對其他牧草品種和作業地區的改良機具研究較少.另一方面,從土壤的角度來看,國外草地因經常改良,土壤緊實度較低,而我國天然草地長時間無人管理,土壤緊實度較高,對退化草地土壤與作業機具作用關系的研究較少.
4 建議
1\\) 以退化天然草地土壤為基礎元素,進行退化草地土壤與改良機具作用關系研究.草原上生態較復雜,與傳統的大田作業環境有所差別,傳統的田間作業情況下的土壤模型對建立退化草地土壤模型只具有參考作用,不能將草地土壤模型與田間土壤模型等同來看.針對草原特有的生態環境,應當建立退化草地的土壤模型,找出機械化改良退化草地土壤的相關最佳參數,以傳統的大田耕作中土壤與機具作用關系作為基礎,加強草原土壤與作業機具之間的作用關系研究.
2\\) 針對不同牧草品種與不同作業地形,研究有針對性的改良機具.對于其他牧草品種與作業地形,研制有針對性的改良機具,如針對青藏高寒草原區研制的改良機具要能夠適應青藏高原地區特有的環境和當地的牧草品種,實現有效改良.
3\\) 進行天然草地打孔透氣機械研究.打孔是松土改良方式的一種,對退化的天然草場來說,松土是有效的改良方式之一; 而國內對打孔透氣機械的研究只局限在草坪打孔機械研究方面[58 -62],對于天然草地打孔透氣機械方面的研究暫時沒有.因此,研究天然草地打孔透氣機械對于改良退化天然草地具有一定促進作用.
4\\) 探索性研究草地液態肥施肥機械.目前,用于施肥的肥料主要包括固態肥和液態肥兩種.在通過施肥改良天然草地方面,應用固態肥較多,而采用機械施加液態肥改良退化天然草地的方式幾乎沒有研究,目前液態肥施肥機械在大田作業方面有一定應用[63 -65].液態肥有利于植物的吸收與利用,施加液態肥也是改良退化天然草地的一種改良方式,探索性進行液態肥施肥機械研究,對于改良退化天然草地也有一定的現實意義.
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