仇偉傳 張明躍 鄭家乃 朱文榮

沿海灘涂“大米草”治理機(jī)械的研制

仇偉傳1張明躍2鄭家乃3朱文榮4

大海的灘涂看起來沒有什么用處，但事實(shí)上有很重要的功能，它就好像人的“腎臟”一樣，具有排毒、解毒功能，它是海水自凈系統(tǒng)的重要組成部分之一。治理“大米草”的目的，就是設(shè)法保護(hù)海涂濕地，恢復(fù)海涂濕地生態(tài)功能。

1 大米草在國(guó)內(nèi)生長(zhǎng)及危害狀況

據(jù)國(guó)家海洋局第二海洋研究所專家的研究表明，大米草是外來生物，繁殖能力強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)，可通過不斷蠶食空間，導(dǎo)致貝類、蟹類、魚類、藻類等多種生物窒息死亡。可見大米草的危害之大，它已經(jīng)失去原來功用，變成“惡草”。由于大米草繁殖能力極強(qiáng)，第一年還是很小一塊 ，但第二年就能擴(kuò)大幾十倍 ，因此，大米草治理已刻不容緩。

實(shí)際上，大米草的泛濫已經(jīng)不是象山一個(gè)縣的問題，而是一個(gè)全國(guó)性的問題，尤其是福建省寧德、蕉城、霞浦等閩東沿海地區(qū)，山東膠州灣沿海地區(qū)等發(fā)生面積較多，2013年據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)全國(guó)發(fā)生面積達(dá)到99.96萬(wàn)hm2。

象山縣大米草生長(zhǎng)及危害狀況也十分嚴(yán)重，每年人大代表、政協(xié)委員都有提案要求政府出面治理大米草。據(jù)初步調(diào)查，目前象山縣發(fā)生面積在2 000 hm2，主要分布在墻頭鎮(zhèn)西滬港、泗洲頭鎮(zhèn)馬岙塘、定塘鎮(zhèn)外塘，尤其是黃避岙鄉(xiāng)、大徐鎮(zhèn)、墻頭鎮(zhèn)、西周鎮(zhèn)四個(gè)沿西滬港的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。墻頭鎮(zhèn)是沿港村落分布和人口最多的一個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，該鎮(zhèn)下沙村至舫前村前的海涂是最先發(fā)生大米草“扎根落戶”的區(qū)域。據(jù)在墻頭下沙村前灘涂實(shí)地觀察，與水稻相仿的大米草在灘涂上連片生長(zhǎng)，黝黑的灘涂早已變成草地，呈現(xiàn)出明顯的“草進(jìn)涂消”趨勢(shì)。根據(jù)有關(guān)研究資料，如果條件適宜，大米草可以每年在象山縣以幾何級(jí)速度增長(zhǎng)，而由于目前港內(nèi)海域主要受無機(jī)氮、磷酸鹽的污染，已呈嚴(yán)重富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，如果港內(nèi)海域大米草仍沒有得到任何有效的開發(fā)利用和開展大規(guī)模治理活動(dòng)，大米草將占用漁民賴以生存的灘涂資源，破壞原有海域生態(tài)環(huán)境，致使其中魚類、蟹類、貝類、藻類等大量生物喪失繁殖生長(zhǎng)場(chǎng)所，導(dǎo)致沿海水產(chǎn)資源銳減，海洋生物多樣性劇降。同時(shí)，一年一度大量根系生理性枯爛和大量種子枯死海中，致使灘泥受到污染，海水水質(zhì)變劣，易引發(fā)赤潮。從目前西滬港海域大米草分布區(qū)域面來看，若不加以治理，今后幾年內(nèi)大米草不僅將占領(lǐng)整個(gè)西滬港海域?yàn)┩?，還將可能迅速占領(lǐng)整個(gè)象山港海域?yàn)┩?，?duì)象山港生態(tài)環(huán)境和灘涂養(yǎng)殖業(yè)造成極為不利的影響。

2 大米草機(jī)械化治理方法探討

從目前來看，國(guó)內(nèi)治理大米草的技術(shù)方法主要有：①人工開挖法；②生物法；③化學(xué)除草法；④海水浸泡除草法。分析認(rèn)為：化學(xué)除草治理法，成本省、方法簡(jiǎn)單，但對(duì)環(huán)境有易造成二次污染的風(fēng)險(xiǎn)，影響生物多樣性發(fā)展；生物治理法，成本高，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染，但目前還沒有找到大米草的“天敵”生物，也沒有找到很好的方法；物理治理法，效果好、成本高，且人力物力消耗大；浸泡除草法，成本省、方法簡(jiǎn)單，但由于受條件限制，浸泡法往往難以達(dá)到理想效果。

通過分析各種方法，認(rèn)為大米草治理采用機(jī)械化治理方案效果比較理想，相對(duì)來說，成本省、速度快、效果好、污染少。機(jī)械化治理最佳時(shí)間是每年3-4月大米草發(fā)芽生長(zhǎng)期和7-8月快速生長(zhǎng)期，這樣可以遏制大米草蔓延。

2009年11月由國(guó)家海洋局第二海洋研究所提出的《象山縣西滬港大米草治理項(xiàng)目建議書》內(nèi)，專家們經(jīng)科學(xué)論證和詳細(xì)研究后，推薦西滬港大米草治理采取“人工機(jī)械開挖大米草治理方案”。據(jù)相關(guān)專家介紹，人工機(jī)械開挖治理大米草是到目前為止最有效的辦法，可以做到徹底根治不復(fù)發(fā)。與化學(xué)除草法、物理浸泡法相比較，該方案在對(duì)港區(qū)水動(dòng)力條件的恢復(fù)、生態(tài)環(huán)境恢復(fù)效果、灘涂養(yǎng)殖業(yè)的恢復(fù)、對(duì)水環(huán)境的影響等各項(xiàng)因素比選中優(yōu)勢(shì)明顯。但這個(gè)方案從資金投入上看，人工開挖由于涉及到大量泥土的處理，投入資金較大，估算需在3億元左右。他們提出的方案中的機(jī)械，可能屬于工程機(jī)械，治理成本太昂貴。

如果采用旋耕機(jī)治理，曾設(shè)想用旋耕機(jī)把大米草的根打碎，讓海水將大米草沖到外海去自行腐爛掉。但經(jīng)過仔細(xì)分析，大米草繁殖還是以無性繁殖為主，如果把根打碎，它隨著活海水流動(dòng)，沖到別處海涂上就會(huì)在那里海涂生長(zhǎng)，這樣反而起到人為傳播的作用，顯然這種方法不行。也曾提出，治理大米草用海水淹法，但經(jīng)過仔細(xì)研究，海水有漲有落，那勢(shì)必要筑塘壩把海水關(guān)住，這樣做成本會(huì)高得驚人，同樣行不通。治理要求是既要治理效果好，又要成本低。

研究人員最終選擇的治理方法是采用機(jī)械化阻斷大米草生長(zhǎng)光合作用的思路。具體辦法是在每年的3-4月，在大米草新的幼苗生長(zhǎng)期，用機(jī)械進(jìn)行碾壓，把地上植株直接壓入灘涂泥中，破壞其光合作用，起到阻斷作用。

3 大米草治理機(jī)械研制及試驗(yàn)

大米草治理機(jī)械研制首先要解決的是通過性問題。由于海涂的泥與大田中的泥有很大的不同，海涂泥的黏性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于大田的泥，因此要考慮在大田中能良好作業(yè)的機(jī)械在海涂中會(huì)是怎樣。為此，試驗(yàn)采用大田中作業(yè)良好的機(jī)械，觀察在海涂中行走效果。2011年6月10日，研究人員從武漢一家農(nóng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)引進(jìn)一臺(tái)田間使用的船型旋耕機(jī)，同年12月11日進(jìn)行海涂試驗(yàn)，結(jié)果不到20 min，船型旋耕機(jī)就陷入涂泥中無法自拔，試驗(yàn)失敗，見圖1。

圖1 船型旋耕機(jī)在海涂上試驗(yàn)

海涂上機(jī)械的通過性，是一個(gè)技術(shù)性難題，機(jī)械設(shè)計(jì)難點(diǎn)所在，也是治理機(jī)械核心技術(shù)。通過認(rèn)真分析并搜索大量相關(guān)文選，同時(shí)外出考察這類機(jī)械的相關(guān)廠家，研究人員提出阻斷大米草生長(zhǎng)光合作用的思路，研制的機(jī)械必須要有良好的通過性、折斷性、碾壓性。

繼續(xù)研究，第二代機(jī)械誕生。機(jī)械采用六輪驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力35.28 kW，船頭安裝2副旋轉(zhuǎn)刀片，船尾裝旋耕機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，機(jī)械如圖2所示。

圖2 改進(jìn)后的第二代六輪切草旋耕型機(jī)械

2012年4月26日六輪切草旋耕型機(jī)械（樣機(jī)）制造完成，2012年5月14日進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果還是以失敗告終。機(jī)械開到海涂上，試驗(yàn)50 min，再次陷入海涂泥中，結(jié)果花了5 h多才把它拉上來。在海涂中的試驗(yàn)情形如圖3所示。

圖3 陷入在海涂泥中的第二代試驗(yàn)機(jī)械

第二代機(jī)械試驗(yàn)失敗使研究人員明白，海涂中的機(jī)械行走系統(tǒng)不能用輪式，必須用履帶。研究人員重新設(shè)計(jì)機(jī)械的行走系統(tǒng)，2014年2月第三代機(jī)械誕生，如圖4所示。

圖4 在海涂上試驗(yàn)的第三代機(jī)械

2014年3月28日至2014年4月28日，第三代機(jī)械1月內(nèi)6次試驗(yàn)，沒有一次陷入海涂泥中。該機(jī)械在海涂上行走非常順利，但同時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向半徑大且不靈活。2015年4月2日，研究人員設(shè)計(jì)了第四代機(jī)械，如圖5所示。

圖5 試驗(yàn)中的第四代機(jī)械

第四代機(jī)械解決了轉(zhuǎn)向半徑大、靈活度不夠等問題，試驗(yàn)中操作簡(jiǎn)便、轉(zhuǎn)向靈活。

4 結(jié)論和分析

歷時(shí)4年多時(shí)間，研制了第四代機(jī)械，那實(shí)際使用效果怎樣呢？研究人員在一個(gè)港灣海涂上，選擇一塊大米草生長(zhǎng)良好、面積2 hm2的海涂作為試驗(yàn)基地。根據(jù)阻斷大米草光合作用的原理，來實(shí)現(xiàn)抑制大米草生長(zhǎng)的目的。每星期用機(jī)械碾壓1次，共3次，32 d后觀察，沒有發(fā)現(xiàn)新的大米草長(zhǎng)出，試驗(yàn)效果十分理想。試驗(yàn)情形和大米草治理前后生長(zhǎng)情況如圖6所示。

圖6 治理前后大米草生長(zhǎng)情況對(duì)比

通過定點(diǎn)試驗(yàn)，研制的大米草治理機(jī)械取得較好的成果。為此，現(xiàn)已經(jīng)申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專利和實(shí)用技術(shù)專利。該機(jī)械研制成功對(duì)我國(guó)沿海灘涂大米草的治理將會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

作者信息：1總工程師，象山縣農(nóng)業(yè)機(jī)械化管理局；2局長(zhǎng)，象山縣農(nóng)業(yè)機(jī)械化管理局；3象山禾豐機(jī)械廠；4象山縣旭文海藻開發(fā)有限公司：315700，浙江