李建勇，王建文，彭孟詳，李 立，趙冏炅，劉良教，曾德武

(長沙市煙草公司瀏陽分公司，湖南 長沙 410302)

0 引言

營養(yǎng)土是為了滿足幼苗生長發(fā)育而專門配制的含有多種礦質(zhì)營養(yǎng)的床土，具有疏松通氣、保水保肥能力強(qiáng)和無病蟲害等特點(diǎn)?？緹煚I養(yǎng)土一般由燒制的火土灰或肥料與細(xì)碎客土充分拌勻、混合配制而成。營養(yǎng)土圍蔸能顯著增加煙苗根系與土壤接觸面積，增強(qiáng)煙苗根系對水肥的保持和吸收能力。同時，一定數(shù)量和質(zhì)量的營養(yǎng)土能隔離土壤中未被拌勻的肥料和被病菌、農(nóng)藥污染的土壤，降低煙苗肥傷、藥傷和病害風(fēng)險，是促進(jìn)煙苗早生快發(fā)、提高產(chǎn)量和質(zhì)量的保障[1-3]。烤煙營養(yǎng)土圍蔸技術(shù)成本小、作用大，是瀏陽傳統(tǒng)優(yōu)良栽培技術(shù)措施之一，在全國煙區(qū)被廣泛應(yīng)用。

傳統(tǒng)烤煙營養(yǎng)土制作一般全部或大部分使用火土灰。燒制火土灰時，會破壞土壤表層結(jié)構(gòu)，引起水土流失，燒制產(chǎn)生的濃煙會污染空氣，且易引發(fā)山林火災(zāi)，不符合煙葉生產(chǎn)綠色發(fā)展的需要，受林業(yè)、水土保持和環(huán)境保護(hù)等方面法律法規(guī)嚴(yán)格限制或禁止[4]。2018年11月30日通過的《湖南省森林防火若干規(guī)定》第十二條第六款規(guī)定：森林防火期內(nèi)，在森林防火區(qū)野外禁止燒山、燒雜、燒火積肥或燒田基草、農(nóng)作物秸稈和果園雜草等。2017年4月5日通過的《湖南省大氣污染防治條例》第二十五條規(guī)定：禁止在人口集中地區(qū)、機(jī)場周圍和交通干線附近等區(qū)域露天焚燒秸稈、落葉和垃圾等產(chǎn)生煙塵污染的物質(zhì)。同時，隨著我國現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)建設(shè)持續(xù)推進(jìn)，煙葉種植規(guī)?；潭仍絹碓礁?，單戶需要制備的營養(yǎng)土數(shù)量顯著增加。煙農(nóng)自己配制營養(yǎng)土需要經(jīng)過燒制火土灰、歸堆、過篩、取土、搬運(yùn)、加肥、拌勻和裝袋環(huán)節(jié)。煙葉種植規(guī)模戶制作營養(yǎng)土環(huán)節(jié)多、用工多且成本高，燒制火土灰場所范圍受限的矛盾日益突出。以部分煙葉生產(chǎn)規(guī)模戶最為突出的營養(yǎng)土圍蔸這一重要技術(shù)方案執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)差、不到位的問題越來越突出。因而，需要以不含火土灰的新型配方營養(yǎng)土替代火土灰為主體的傳統(tǒng)配方營養(yǎng)土，適應(yīng)煙葉生產(chǎn)綠色、環(huán)保要求。研發(fā)營養(yǎng)土制作機(jī)械，推動烤煙營養(yǎng)土專業(yè)化生產(chǎn)和商品化供應(yīng)，可簡化煙農(nóng)營養(yǎng)土制作工序，降低營養(yǎng)土制作成本，提高烤煙營養(yǎng)土圍蔸技術(shù)執(zhí)行率，使傳統(tǒng)營養(yǎng)土圍蔸技術(shù)措施得到保持和發(fā)揚(yáng)。

1 瀏陽市烤煙營養(yǎng)土圍蔸技術(shù)執(zhí)行情況調(diào)查

目前，瀏陽市烤煙營養(yǎng)土使用種類主要包括3種。一是以火土灰為主料的傳統(tǒng)營養(yǎng)土，大部分為100%過篩火土灰，少數(shù)煙農(nóng)加入20%～40%的山土和0.5%的苗肥。使用者以年齡較大的中、小型規(guī)模種植戶為主。二是以山土為主要配方的營養(yǎng)土，大部分為92%～94%的黃土加入6%～8%的餅肥。使用者多數(shù)為沒有燒制火土灰煙農(nóng)。三是100%純山土。該類型營養(yǎng)土雖然比前兩種營養(yǎng)土圍蔸效果差，但明顯優(yōu)于沒有營養(yǎng)土而使用竹簽將大田本土圍蔸的效果。該類型營養(yǎng)土圍蔸用戶數(shù)較少，但各地都有分布。

由于勞動力價格上漲和火土灰燒制受限，近年來，烤煙營養(yǎng)土圍蔸技術(shù)執(zhí)行難度越來越大。為探討提高烤煙營養(yǎng)土圍蔸技術(shù)執(zhí)行率的新途徑，長沙市煙草公司瀏陽市分公司技術(shù)人員設(shè)想以機(jī)械制作不含火土灰的配方營養(yǎng)土，商品化供應(yīng)沒有準(zhǔn)備烤煙營養(yǎng)土的煙農(nóng)的方式，提高烤煙營養(yǎng)土圍蔸這一技術(shù)方案的執(zhí)行率。項(xiàng)目先行以瀏陽市基地單元秧田村為重點(diǎn)，針對瀏陽市煙農(nóng)關(guān)于推出的烤煙商品營養(yǎng)土的購買意向方面進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果如表1所示。

表1 烤煙營養(yǎng)土準(zhǔn)備情況調(diào)查結(jié)果

在該村17戶未準(zhǔn)備烤煙營養(yǎng)土的煙農(nóng)中，有7戶表示價格適宜，愿意放棄使用大田本土護(hù)蔸的計(jì)劃，轉(zhuǎn)而購買營養(yǎng)土圍蔸，按1.8 t/hm2用量推算，僅該村商品營養(yǎng)土需求量49.7 t，其他煙區(qū)抽樣調(diào)查的結(jié)果相似。因而，推測以該村為試點(diǎn)，在全市推行機(jī)械化生產(chǎn)、商品化供應(yīng)烤煙營養(yǎng)土的方案具備一定的可行性。

2 配方確定

由于烤煙營養(yǎng)土的功能是保護(hù)煙苗和促進(jìn)煙苗前期生長，只有烤煙營養(yǎng)土的物理性能和化學(xué)性能都顯著高于大田本土才能最大程度發(fā)揮營養(yǎng)土的作用。傳統(tǒng)火土灰營養(yǎng)土對煙苗緩苗和前期生長作用顯著，主要原因?yàn)榛鹜粱矣休^低的容重和較高的通透性狀，豐富的礦質(zhì)營養(yǎng)能顯著促進(jìn)煙苗根系生長和對養(yǎng)分的吸收。但也存在保水、保肥性能不足的問題，在高溫天氣和土壤缺水的情況下容易燒苗。因而，推測以沒有被污染的山土為主要材料，通過加入大量有機(jī)肥提高營養(yǎng)土養(yǎng)分含量、降低容重可以達(dá)到同樣效果[5-6]。

雖然各地都對烤煙營養(yǎng)土圍蔸的效果及替代火土灰的配方營養(yǎng)土材料進(jìn)行研究，但目前還沒有關(guān)于替代火土灰的配方營養(yǎng)土大規(guī)模應(yīng)用的報道。許威等[7]證明，煤灰可以替代火土灰，但煤灰含有重金屬且難以去除，不具備進(jìn)一步檢驗(yàn)條件。周千雅等[8]證明腐熟稻草秸稈營養(yǎng)土烤煙育苗效果優(yōu)于火土灰營養(yǎng)土，但試驗(yàn)結(jié)果顯示，使用發(fā)酵劑堆漚2個月后，腐爛程度仍未達(dá)到可加工的狀態(tài)。而且收集稻草成本略高，需要堆放場地大，有火災(zāi)風(fēng)險，目前還不具備規(guī)模應(yīng)用條件。科研人員通過反復(fù)試驗(yàn)對比，確定規(guī)模化制作烤煙營養(yǎng)土配方[9]。配方配料成本如表2所示。

表2 測算商品化生產(chǎn)1 t營養(yǎng)土配料成本

該配方以山體表層以下沒有污染的黃土為主，添加沒有病蟲害污染的商品餅肥、菌渣、牛糞和鈣鎂磷肥，以省略消毒環(huán)節(jié)成本。配方添加的肥料中有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀含量及C∶N均高于6%腐熟餅肥，制作的營養(yǎng)土容重低于6%腐熟餅肥制作的營養(yǎng)土，使用效果更優(yōu)，配料成本更低。

3 營養(yǎng)土制作機(jī)械研制

3.1 設(shè)計(jì)思路

由于市場上沒有烤煙營養(yǎng)土制作裝置，烤煙營養(yǎng)土的制作一直采取人工拌制加工，效率低、成本高。因此，設(shè)計(jì)使用挖掘機(jī)取土，裝載機(jī)裝土，農(nóng)用運(yùn)輸車拖運(yùn)，并按配方定量在地面預(yù)混合后利用裝載機(jī)投入進(jìn)料箱加工。根據(jù)飼料加工機(jī)的工作原理，設(shè)計(jì)制作粉碎和攪拌于一體的烤煙營養(yǎng)土加工裝置，將進(jìn)料箱安裝在粉碎和攪拌裝置上方，定制一個加長出料槽安裝在粉碎和攪拌裝置的下方，底部安裝固定支撐架。經(jīng)粉碎和攪拌后的營養(yǎng)土，由安裝在長出料槽中間的帶葉片的中軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)一步混合后落入地面，裝袋稱量后，用電動手提封包機(jī)封口。烤煙營養(yǎng)土制作機(jī)械設(shè)計(jì)如圖1所示。

3.2 主要結(jié)構(gòu)

烤煙營養(yǎng)土機(jī)械制作由瀏陽風(fēng)順種養(yǎng)合作社承擔(dān)，瀏陽煙草分公司負(fù)責(zé)技術(shù)指導(dǎo)，營養(yǎng)土制作機(jī)械主要由控制系統(tǒng)、進(jìn)料系統(tǒng)、混制系統(tǒng)和包裝系統(tǒng)組成(圖2)。

3.2.1控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)動力為7.5 kW電動機(jī)，外設(shè)PLC控制器和漏電保護(hù)器。

3.2.2進(jìn)料系統(tǒng)

進(jìn)料系統(tǒng)功率42 kW，通過卸載高度3.2 m的輪胎式裝載機(jī)將原料送入進(jìn)料箱。進(jìn)料箱外形為由2 mm厚不銹鋼板材焊接而成的倒四棱臺體，進(jìn)料箱入口長62 cm、寬42 cm，與裝載機(jī)鏟斗尺寸相吻合。

3.2.3混制系統(tǒng)

粉碎裝置中粉碎箱擊頭最初設(shè)計(jì)為多柱磨削型，由粉碎腔內(nèi)固定于圓盤的多個柱頭在中軸的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，對原料進(jìn)行混合和沖擊，完成粉碎和攪拌。在測試過程中發(fā)現(xiàn)這種粉碎方式易發(fā)生故障，故障頻次達(dá)6次/h，營養(yǎng)土制作效率僅0.5 t/h。將加工機(jī)械打碎裝置中的多個磨削型固定柱頭換成一字切削型長削片后進(jìn)行粉碎和攪拌，測試效果為故障頻次4次/h，營養(yǎng)土制作效率0.7 t/h。雖然機(jī)械工作效率有所提高，但故障仍然沒有從根本上消除。分析原因?yàn)橹谱骺緹煚I養(yǎng)土的山土、有機(jī)肥等原料均僅經(jīng)過簡單晾曬，在一定含水量下易與粉碎機(jī)箱頭粘結(jié)，固定柱頭或長削片擊碎的營養(yǎng)土不斷累積，粘結(jié)成塊后，壓實(shí)并擴(kuò)大，造成粉碎機(jī)箱堵塞，沖擊柱或長削片被堵塞而無法運(yùn)行，需要反復(fù)清除粉碎機(jī)箱、沖擊柱和長削片才能繼續(xù)進(jìn)行。而將山體客土菌渣、有機(jī)肥和餅肥完全烘干干燥不僅需要增加烘干設(shè)備，而且需要消耗大量能源，將顯著提高成本，并延長生產(chǎn)周期。通過技術(shù)人員重新設(shè)計(jì)，在粉碎箱主軸兩側(cè)安裝2個副軸，將擊頭改為多個矩形刀板，矩形刀板套于副軸中間，在副軸圍繞主軸旋轉(zhuǎn)的同時，矩形刀板也能夠繞副軸旋轉(zhuǎn)擊打，遇到阻礙時，仍然能夠保持對營養(yǎng)土的沖擊和旋挖等作用，以消除粉碎腔內(nèi)因堵塞而導(dǎo)致主軸停轉(zhuǎn)的現(xiàn)象(圖3)。測試結(jié)果顯示，機(jī)械連續(xù)工作2 h未發(fā)生故障，營養(yǎng)土加工效率從原來的0.5 t/h和0.7 t/h，提高到3.0 t/h。

3.2.4包裝系統(tǒng)

混制后的烤煙營養(yǎng)土直接流入敞口儲料箱，或由裝載機(jī)從地面投入敞口儲料箱，再由敞口儲料箱下方的漏斗(閥門控制)裝入包裝袋，經(jīng)稱量后使用手提封包機(jī)封包。

4 結(jié)果驗(yàn)證

4.1 成本比較

以機(jī)械制作的烤煙營養(yǎng)土與當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)火土灰營養(yǎng)土和山土與餅肥混合制作的營養(yǎng)土進(jìn)行成本測試比較。由于裝袋后的營養(yǎng)土搬運(yùn)方便，能被輕松送到田間地頭，與散裝營養(yǎng)土集中拖到田頭路邊相比，節(jié)約了裝卸時間和往返田頭路邊的搬運(yùn)距離，提高施放效率，并且不增加烤煙營養(yǎng)土使用總成本，故以上3種烤煙營養(yǎng)土成本均按裝袋方法計(jì)算。不同方法制作的烤煙營養(yǎng)土成本如表3～5所示。

表3 傳統(tǒng)1 t火土灰營養(yǎng)土制作成本

表4 人工制作1 t山土餅肥營養(yǎng)土成本

表5 商品化生產(chǎn)營養(yǎng)土總成本

Tab.5 Total cost of commercial production of nutrient soil 單位：元t

表5 商品化生產(chǎn)營養(yǎng)土總成本

取土肥料混制包裝裝卸運(yùn)輸合計(jì)1013248.5402525278.5

從表3～5可以看出，盡管人工制作的火土灰營養(yǎng)土成本全部都是人工成本，但由于人工操作效率低，總成本仍然比機(jī)械制作的配方營養(yǎng)土高51.5元/t。與單戶小規(guī)模人工制作烤煙營養(yǎng)土相比，機(jī)械化、規(guī)?；谱鳠o論肥料成本還是取土、混制和包裝成本均顯著降低。原因是在機(jī)械化、規(guī)?；蜕唐坊谱骺緹煚I養(yǎng)土的條件下，能夠選擇商品化采購菌渣、牛糞等性價比更高的肥料部分替代餅肥，降低成本。同時，機(jī)械取土、機(jī)械混制和使用手提封包機(jī)封包，可顯著提高工作效率。盡管機(jī)械制作烤煙營養(yǎng)土成本增加90元/t(包裝材料成本、裝卸和運(yùn)輸費(fèi)用)，但總成本仍然比人工制作的餅肥營養(yǎng)土降低143元/t。

4.2 應(yīng)用效果

2019年，瀏陽風(fēng)順種養(yǎng)合作社按訂單利用機(jī)械制作烤煙營養(yǎng)土80 t，由煙草公司補(bǔ)貼后，按200元/t價格供應(yīng)煙農(nóng)，其中49.7 t按18 t/hm2用量投放秧田村7戶煙農(nóng)試點(diǎn)。觀測結(jié)果與煙農(nóng)反饋均顯示，使用機(jī)械制作的配方營養(yǎng)土與傳統(tǒng)火土灰營養(yǎng)土和人工制作山土餅肥營養(yǎng)土效果一致。調(diào)查的試點(diǎn)村7戶使用商品營養(yǎng)土圍蔸的煙農(nóng)中，有5戶單產(chǎn)和收購價格均高于試點(diǎn)村平均產(chǎn)量和價格。2020年，試點(diǎn)制作312 t，供應(yīng)煙農(nóng)109戶，應(yīng)用面積206.4 hm2。對應(yīng)用效果調(diào)查反饋顯示，2020年，使用商品烤煙營養(yǎng)土的109戶煙農(nóng)中，66戶表示非常滿意，41戶表示比較滿意，107戶表達(dá)了2021年繼續(xù)購買使用商品營養(yǎng)土的意愿，占調(diào)查戶數(shù)的98.2%。

5 結(jié)束語

借鑒飼料粉碎攪拌一體加工機(jī)械原理，制作烤煙營養(yǎng)土加工機(jī)械，并改進(jìn)混制系統(tǒng)的粉碎和攪拌方式，機(jī)械化、規(guī)?；谱骺緹熍浞綘I養(yǎng)土，商品化供應(yīng)煙農(nóng)，顯著提高了營養(yǎng)土制作效率，降低營養(yǎng)土成本，省去煙農(nóng)營養(yǎng)土制作工序，提高烤煙營養(yǎng)土圍蔸技術(shù)執(zhí)行率?？緹煚I養(yǎng)土加工機(jī)械的成功研制促進(jìn)了烤煙生產(chǎn)中以新型配方營養(yǎng)土替代傳統(tǒng)火土灰為主料的營養(yǎng)土的轉(zhuǎn)變，避免了對煙區(qū)生態(tài)環(huán)境的破壞。同時，制作新型配方營養(yǎng)土需要大量菌渣等有機(jī)肥，又提高了菌渣等廢棄有機(jī)物的歸集和利用，大量有機(jī)質(zhì)含量較高的營養(yǎng)土歸入大田有利于增加煙田土壤肥力[10-12]。采用機(jī)械制作方式后，營養(yǎng)土取土集中，便于監(jiān)管和治理，在靠近開發(fā)區(qū)取土，削除山頭后，還有利于土地價值的提升。綜上所述，機(jī)械制作的營養(yǎng)土對原料塊狀物利用率更高，成品均勻性更好，更有利于煙苗的早生快發(fā)。通過統(tǒng)一營養(yǎng)土配方，統(tǒng)一用量，可避免營養(yǎng)土配制失當(dāng)引起的燒苗現(xiàn)象，提高烤煙標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)水平，有利于提升煙葉質(zhì)量。