劉 聰，侯升林，張春鋒，王 偉，王栓波，明若陽，劉忠寬，馮 偉*

（1.河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所，河北 石家莊 050051；2.河北省農(nóng)林科學(xué)院，河北 石家莊 050051；3.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110161；4.晉州市林業(yè)局，河北 晉州 052260）

綠肥指用綠色植物體制成的具有完全養(yǎng)分的生物肥料，綠肥的幼嫩莖葉在土壤中腐解后，能為土壤提供豐富的養(yǎng)分，提高土壤中有機質(zhì)、大量元素和各種中微量元素的含量，同時，起到改良土壤、提高作物產(chǎn)量的作用[1，2]。一般來說，豆科和十字花科綠肥適宜在盛花至結(jié)莢初期翻壓，禾本科綠肥適宜在抽穗初期翻壓[3，4]。大量研究結(jié)果顯示，綠肥翻入土壤后，在土壤微生物的作用下分解，其腐解速度與翻壓時植株的老嫩程度、數(shù)量、碳氮比（C/N）和切割程度，以及土壤含水量、溫度和質(zhì)地有關(guān)[5～9]。綠肥經(jīng)割草機粉碎后其草段長度越短，與土壤中微生物的接觸面積越大，越有利于綠肥的腐解[8]。將綠肥地上部整體直接翻入土壤中不利于其腐解和有效養(yǎng)分的釋放[5～7]。在實際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，機械化粉碎速度快、效果好，正在逐步取代單純依靠人工的綠肥粉碎方式，應(yīng)用機械設(shè)計理論與方法研制的果園行間割草機可直接將田間綠肥作物粉碎后翻壓，提高綠肥肥效[8，10]。研究發(fā)現(xiàn)，受割草機械結(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)以及綠肥自身的生長特性（品種、株高、莖粗、植株含水量等）、操作人員對機具的熟悉程度、作業(yè)油門大小等影響，割草機的碎草效果均不相同[9，11]。

為探究石家莊鑫農(nóng)機械有限公司設(shè)計生產(chǎn)的9G-1.2型旋轉(zhuǎn)割草機對不同綠肥品種的粉碎效果，以及影響機械碎草的主要因素，采用大田試驗和室內(nèi)測量、統(tǒng)計分析相結(jié)合的方法，尋求粉碎效果最佳的綠肥品種，以期為果園機械化碎草還田提供適宜的綠肥品種，并通過控制影響碎草效果的因素來準(zhǔn)確把握果園機械化碎草的時機。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 割草機 割草機械為石家莊鑫農(nóng)機械有限公司設(shè)計生產(chǎn)的9G-1.2型旋轉(zhuǎn)割草機（圖1）。其外形指數(shù) （長×寬×高） 為 1 350 mm×1 119 mm×628 mm，配套動力≥28 kW，整機質(zhì)量300 kg，工作幅寬120 cm，作業(yè)速度≤15 km/h，刀軸轉(zhuǎn)速1 450 r/min。

圖1 旋轉(zhuǎn)割草機總體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Overall structure of rotary mower

工作原理。碎草刀為8刀圓盤組合旋轉(zhuǎn)形式，有2個圓盤、2個刀軸，共16個刀片，以1個圓盤兩端有2個刀軸、每個刀軸穿4個刀片的方式排列，刀端線速度為13 m/s。該機由拖拉機提供動力，動力經(jīng)萬向傳動軸依次傳遞給變速箱、帶輪，進而驅(qū)動碎草機粉碎部件高速旋轉(zhuǎn)，將綠肥切斷；在負壓的作用下，切斷的綠肥從喂入口被吸入罩殼內(nèi)，經(jīng)多次砍切、打碎、粉碎成段；最后，在氣流的作用下均勻攤鋪在果園行間。

1.1.2 綠肥品種 選取豆科、禾本科、菊科和十字花科中常見的且具有代表性的北方果園綠肥品種進行試驗，品種有箭筈豌豆、毛葉苕子、一年生黑麥草、狗牙根、波斯菊、菊苣、春油菜和肥田蘿卜。

1.2 試驗方法

試驗于2018年在河北省石家莊市晉州市晉州鎮(zhèn)進行。4月8日播種綠肥品種，試驗設(shè)8個品種處理，其中，狗牙根為撒播，其他品種均為條播（表1）。小區(qū)面積200 m2，隨機排列分布，3次重復(fù)。采用機播方式播種，播種量在常規(guī)播種量的基礎(chǔ)上增加20%，田間管理方式同常規(guī)。

表1 試驗綠肥品種及其播種方式和播種量Table 1 Tested green manure and their sowing methods and sowing amounts

7月4日利用9G-1.2型旋轉(zhuǎn)割草機對綠肥進行粉碎。粉碎后在1 m×1 m樣方內(nèi)隨機選取植株樣品500 g，室內(nèi)測量100個粉碎后草段的長度。統(tǒng)計分析各綠肥品種不同草段長度在整體中所占的比例，明確不同綠肥草段長度的區(qū)域，從而確定適合機械化粉碎的果園綠肥品種。取地上部鮮樣100 g，放入烘箱中105℃殺青0.5 h，85℃烘干至恒重，測定地上部植株的含水量；并根據(jù)1 m2樣方內(nèi)的植株地上部鮮重，折算單位面積的植株鮮重。

采用SPSS數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析軟件，分別對各處理的植株含水率、粉碎后草段長度、地上部總鮮重進行單因素方差分析，以確定與綠肥粉碎效果相關(guān)的影響因子。

2 結(jié)果與分析

2.1 各科綠肥的田間機械粉碎效果

綠肥經(jīng)割草機粉碎后，所有參試品種的草段長度均≤50 cm（表2）。表明利用9G-1.2型旋轉(zhuǎn)割草機可以有效地對北方果園常見綠肥進行粉碎。

各科綠肥的粉碎效果差異較大。其中，菊科綠肥波斯菊和菊苣粉碎后草段長度集中分布在0～10 cm范圍內(nèi)，所占比例分別為96.25%和90.11%，粉碎效果很好；豆科的2種綠肥粉碎后草段長度均＜30 cm，且草段長度也集中在0～10 cm范圍內(nèi)，但0～10 cm草段的平均占有率（70.10%）較菊科同等長度草段的平均占有率（93.18%）低23.08個百分點，粉碎效果降低；禾本科和十字花科綠肥粉碎后草段長度在0～50 cm不同長度范圍內(nèi)均有分布，但以20～40 cm長度居多，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別為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別為7.58%、9.9%、38.93%和41.46%。可以看出，在春播條件下，利用9G-1.2型旋轉(zhuǎn)割草機對同時播種同時粉碎的各科綠肥的粉碎效果順序為菊科＞豆科＞禾本科＞十字花科。

表2 不同綠肥品種粉碎后各長度草段所占的比例 （%）Table 2 Proportion of different lengths of grass sections crushed of different green manure

2.2 不同綠肥品種的地上部生物量

不同綠肥品種的地上部生物量差異顯著（表3）。其中，菊科綠肥波斯菊的地上部生物量最大，顯著＞肥田蘿卜除外的其他品種；肥田蘿卜次之，顯著＞狗牙根和2種豆科綠肥；箭筈豌豆的地上部生物量最小，與其他品種差異均達到了顯著水平。

表3 不同綠肥品種的地上部生物量 （kg/hm2）Table 3 Aboveground biomass of different green manure

2.3 不同綠肥品種的地上植株含水量

不同綠肥品種的地上植株含水量差異顯著（圖2）。其中，菊科綠肥的植株含水量最高，顯著＞其他科綠肥品種，但科內(nèi)2個品種（菊苣含水量77%，波斯菊含水量73%）差異不顯著；豆科綠肥次之，2個品種的植株含水量均顯著＞禾本科和十字花科綠肥，但箭筈豌豆（含水量66%）與毛葉苕子（含水量67%）差異不顯著；禾本科和十字花科綠肥品種的植株含水量（50%～54%）均較低，科間和科內(nèi)差異均不顯著。

圖2 不同綠肥品種的地上部植株含水量Fig.2 Water content of aboveground plants of different green manure

2.4 綠肥粉碎效果與其地上部生物量和植株含水量的關(guān)系

2.4.1 粉碎效果與地上部生物量的關(guān)系分析 肥田蘿卜（十字花科）與波斯菊（菊科）相比，地上部生物量差異不顯著，但粉碎效果明顯較差；箭筈豌豆（豆科）的地上部生物量較其他品種明顯較少，但粉碎效果明顯優(yōu)于禾本科和十字花科綠肥。可以看出，9G-1.2型旋轉(zhuǎn)割草機對北方果園春播綠肥的粉碎效果與其地上部生物量關(guān)系不明顯。這可能與綠肥品種的植株特性有關(guān)[12]。

2.4.2 粉碎效果與地上植株含水量的關(guān)系分析 從粉碎現(xiàn)場來看，菊苣枝葉多汁、植株含水量最高，波斯菊莖稈中空、直立[13]，2種綠肥均易于機械粉碎，粉碎效果很好；箭筈豌豆和毛葉苕子均為半攀援性草本植物，莖葉柔軟，略帶韌性[14，15]，且含水量相對較高，也比較適于機械粉碎。而粉碎效果較差的禾本科和十字花科綠肥均表現(xiàn)植株含水量相對較少，其中，一年生黑麥草和狗牙根粉碎時老葉變黃，且地上部含水量相對較少，植株韌性較大；春油菜和肥田蘿卜粉碎時期略微靠后，莖稈含水量降低。綠肥植株含水量越高，機械粉碎后的草段長度越短，即：9G-1.2型旋轉(zhuǎn)割草機對北方果園綠肥的粉碎效果與其地上植株含水量呈正相關(guān)。由此推斷，地上部含水量低是造成綠肥粉碎效果較差的主要原因。

3 結(jié)論與討論

利用石家莊鑫農(nóng)機械有限公司設(shè)計生產(chǎn)的9G-1.2型旋轉(zhuǎn)割草機，對春播密植果園綠肥作物中4科（菊科、豆科、禾本科和十字花科）7屬8個品種進行了田間機械粉碎效果試驗。結(jié)果顯示：

（1）9G-1.2型旋轉(zhuǎn)割草機對春播果園綠肥的粉碎效果順序為菊科（波斯菊、菊苣）＞豆科（毛葉苕子、箭筈豌豆）＞禾本科（一年生黑麥草、狗牙根）＞十字花科（春油菜、肥田蘿卜）。

（2）菊科和豆科綠肥粉碎后草段長度均主要集中在0～10 cm，該長度草段的平均占有率分別為93.18%和70.10%；禾本科和十字花科綠肥粉碎后草段長度主要集中在20～40 cm，20～30 cm和30～40 cm長度草段的合計比例分別達到了69.80%和80.39%，粉碎效果相對較差。

（3）9G-1.2型旋轉(zhuǎn)割草機對春播果園綠肥的粉碎效果與其地上植株含水量呈正相關(guān)。菊科綠肥的植株含水量最高，豆科綠肥次之，2個科之間的植株含水量差異達到了顯著水平，但科內(nèi)2個品種的植株含水量差異均不顯著；禾本科和十字花科綠肥2個科之間及其科內(nèi)品種的植株含水量差異均不顯著，但均明顯低于菊科和豆科綠肥。可以看出，綠肥地上植株的含水量越高，粉碎效果越好。

（4）9G-1.2型旋轉(zhuǎn)割草機對春播果園綠肥的粉碎效果與其地上部生物量關(guān)系不明顯。