曹漢洋，陳建華，羅水金，童慶輝，翁學煌，李金祥

(1.福建省沙縣水南國有林場，福建 沙縣 365500；2.福建省三明市林業(yè)執(zhí)法支隊，福建 三明 365000；3.福建源華林業(yè)生物科技有限公司，福建 建寧 354500)

福建林區(qū)以丘陵山地為主，地形復雜多樣。割灌機、油鋸等裝備在福建林業(yè)生產經營過程中已得到廣泛應用，但鋤草松土環(huán)節(jié)還處于無“機”可用的狀態(tài)[1-2]。國內學者對水田、旱田等農田中應用的微耕機研究較多[3-6]，微耕機在農田、果園進行開墾、鋤草、松土、施肥等作業(yè)已經很普遍，但在丘陵山地中的利用很少，還是主要依靠人力手工作業(yè)。因此，急需一款能夠適用丘陵山地鋤草松土的微耕機。

筆者以“操作簡單、方便上山、經濟實用”的原則，選擇適合南方林區(qū)特點的小型、輕便的背負式和手推式2種便攜式微耕機在坡度23°以下的杉木林、油茶林和無患子林進行鋤草、松土等作業(yè)試驗。通過試驗查找問題，對微耕機工作頭進行改良，然后再進行機械作業(yè)與人工作業(yè)對比，分析作業(yè)效果、勞動效率，總結杉木林、油茶林和無患子林鋤草、松土機械作業(yè)配套技術，以期為南方丘陵山地機械化鋤草、松土等營林作業(yè)提供有效方案。

1 微耕機機型選用試驗

1.1 試驗目的

為了了解背負式和手推式2種便攜式微耕機在丘陵山地不同地形林地鋤草松土的效果，以便為不同地形林地選擇微耕機機型提供參考。

1.2 試驗地點

1.2.1 杉木林試驗地 位于沙縣虬江街道水南村水南峽工區(qū)26-51-1小班，地處武夷山與戴云山之間的閩中低山丘陵，海拔138～168 m，無坡向，平均坡度10°，土壤為紅壤，土層深厚。植被草本層以管茅和山油麻為主，蓋度95%。2018年煉山清雜，2019年春季以輕型基質苗造林，造林密度3000～3200株·hm-2，造林面積6.27 hm2，2019—2020年，每年全鋤撫育2次。

1.2.2 油茶林試驗地 位于沙縣虬江街道水南村水南峽工區(qū)54-2-1小班、54-2-2小班，地處武夷山與戴云山之間的閩中低山丘陵，海拔157～230 m，無坡向，平均坡度23°，土壤為紅壤，土層深厚。植被草本層以牛筋草為主，蓋度70%。2009年煉山清雜后，2010年春季以裸根苗造林，造林密度1500～1800株·hm-2，造林面積8.27 hm2，2010—2020年，每年全鋤撫育2次。

1.2.3 無患子試驗地 位于建寧縣溪口鎮(zhèn)楓源村28-8-2小班，地處武夷山山脈中段山地丘陵，海拔352～401 m，坡向西，平均坡度13°，土壤為紅壤，土層深厚。植被草本層以狗尾草和蕨類為主，蓋度75%。2008年煉山清雜后，2009年春季裸根苗造林，造林密度600～750株·hm-2，造林面積6.8 hm2，2009—2020年，每年全鋤撫育2次。

1.3 試驗材料與方法

1.3.1 材料 根據丘陵山地特點，選用小型、輕便的背負式和手推式2種便攜式微耕機，型號及參數詳見表1。2種微耕機的結構如圖1、圖2。

表1 微耕機參數

1.3.2 方法 背負式JF145A型、手推式145A型2種微耕機分別在杉木林、油茶林、無患子林試驗地各進行1次鋤草效果對比試驗。

杉木試驗林選取面積100 m2(10 m×10 m的正方形)、立地條件基本相同的試驗地塊2個。油茶和無患子試驗林選取面積100 m2(臺面寬2 m×臺面長50 m)、立地條件基本相同的試驗地塊各2個。2種微耕機配置相同的工作頭，記錄每種微耕機完成同類型林地鋤草的時間、故障類型與故障次數。

試驗時操作人員配戴安全帽、護目鏡、作業(yè)專用工作服、護腿、安全鞋等安全防護裝備，記錄人員在實驗點20 m以外做好記錄，同時做好自我防護。

1.4 結果與分析

1)背負式JF145A型微耕機在坡度較大、雜草植被密集的杉木林中移動方便；適合在樹冠較大且枝下高低矮的油茶林地作業(yè)；適合在林地開有平臺、無患子枝下高較高的環(huán)境作業(yè)，具有工作效率高、邊角作業(yè)到位的優(yōu)點。

2)手推式145A型微耕機在坡度較大、雜草植被密集的杉木林中推行困難，移動不方便；不適合在樹冠較大且枝下高低矮的油茶林地作業(yè)；適合在林地開有平臺、無患子枝下高較高的環(huán)境作業(yè)，具有工作效率高的優(yōu)點，與背負式JF145A型微耕機相比勞動強度低、但邊角作業(yè)不到位。

2 常見微耕機工作頭試驗

2.1 試驗目的

搜集常用微耕機作業(yè)時所存在的問題，取得各種微耕機工作頭鋤草效率的數據，為微耕機工作頭優(yōu)化設計提供依據。

2.2 試驗材料與方法

2.2.1 材料 選取市場上常見的旋耕刀(圖3)、鋤草輪(圖4)、深耕刀(圖5)、開溝刀(圖6)等4種微耕機工作頭，安裝在背負式微耕機上進行試驗。

2.2.2 方法 旋耕刀、鋤草輪、深耕刀、開溝刀4種微耕機工作頭安裝在背負式微耕機上，分別在杉木林、油茶林、無患子林試驗地各進行1次鋤草效果對比試驗。

杉木試驗林選取面積100 m2(10 m×10 m的正方形)、立地條件基本相同的試驗地塊4個。油茶和無患子試驗林選取面積100 m2(臺面寬2 m×臺面長50 m)、立地條件基本相同的試驗地塊各4個。記錄每種微耕機工作頭完成同類型林地鋤草的時間、故障類型與故障次數。

試驗時操作人員配戴安全帽、護目鏡、作業(yè)專用工作服、護腿、安全鞋等安全防護裝備，記錄人員在實驗點20 m以外做好記錄，同時做好自我防護。

2.3 試驗結果與分析

通過試驗發(fā)現，旋耕刀容易纏草，松土太淺，在雜草較多、土壤較硬的林地上不能使用。鋤草輪太重，費力，容易纏草，松土太淺，在雜草較多、土壤較硬、有一定坡度的林地上不能使用，只能在雜草稀少、土壤松軟、開設平臺的林地上才能使用。深耕刀容易被樹根、竹鞭、草根捆住，容易纏草，只能在樹根、竹鞭、草根、雜草稀少、土壤松軟的林地上才能使用。開溝刀太重，費力，容易纏草，只能在雜草稀少、土壤松軟、開設平臺的林地上才能使用。綜合分析得出，4種微耕機工作頭的刀具刃口不鋒利，無法割斷有韌性的雜草而容易被雜草纏繞，松土太淺，工作頭也太笨重不靈活，只能用于雜草較少、土壤疏松的農田和果園鋤草松土，不適用于雜草植被密集的丘陵山地鋤草、松土作業(yè)。

3 微耕機改良與試驗

針對傳統(tǒng)微耕機工作頭在丘陵山地鋤草松土作業(yè)時容易被雜草纏繞、松土深度淺等問題，設計一組適合丘陵山地專用鋤草、松土工作頭。2020年9月，為了驗證改良的工作頭在丘陵山地進行鋤草松土的效果，選擇福建沙縣的杉木、油茶和福建建寧的無患子林地進行微耕機鋤草松土與人工鋤草松土對比試驗。

3.1 工作頭結構設計

傳統(tǒng)微耕機工作頭在鋤草與松土作業(yè)時雜草無法被切斷，容易纏繞在工作頭上，最終導致微耕機停機，無法進行鋤草和松土作業(yè)。要達到鋤草、松土的目的，工作頭的刀具刃口必須鋒利，同時具備水平割草和垂直切割土壤的功能。按照這個思路，設計了3爪松土工作頭 、4爪松土工作頭、6爪割草松土兩用工作頭、8爪割草松土兩用工作頭等4種工作頭，工作頭結構見圖7～圖10。刀具材料采用65 Mn，刃口淬火處理，洛氏硬度50～57 HRC，非淬火區(qū)硬度不超過28 HRC。

3.2 工作原理

改良后的工作頭安裝盤的外周間隔設置有割草刀和松土刀，割草刀的旋轉方向一側設計有割草刃，松土刀的旋轉方向一側設計有松土刃，松土刀的底端設置有若干切土齒。工作頭直接與動力系統(tǒng)連接，刀具高速旋轉下，割草刀能有效割斷韌性大的雜草，松土刀能切碎被割倒的雜草、割茬、小樹根和竹鞭，切土齒高速旋轉時能確保松土深度。

3.3 試驗材料和方法

在杉木試驗林選取面積100 m2(10 m×10 m的正方形)、立地條件基本相同的試驗地塊15個。在油茶和無患子試驗林選取面積100 m2(臺面寬2 m×臺面長50 m)、立地條件基本相同的試驗地塊各15個。試驗地塊用羅盤儀定位、定仰角，換算邊長后四邊用皮尺丈量，4個頂點用小彩旗固定，4條邊用紅色玻璃線圈定。

試驗時，同一操作人員操作背負式JF145A微耕機，分別安裝3爪松土工作頭、4爪松土工作頭、6爪割草松土兩用工作頭、8爪割草松土兩用工作頭等4種工作頭進行鋤草松土試驗，與直接手持鋤頭人工鋤草松土進行對比。按照三明市國有林場鋤草松土深度3～10 cm的要求，鋤盡雜草。

記錄試驗地編號、林地類型、鋤草時間、松土深度、故障類型、故障次數等數據。試驗時操作人員配戴安全帽、護目鏡、作業(yè)專用工作服、護腿、安全鞋等安全防護裝備，記錄人員距試驗點20 m以外做好記錄，同時做好自我防護。

3.4 結果與分析

試驗結果(表2～表4)表明，采用改良工作頭后的微耕機進行鋤草松土作業(yè)的效率是人工鋤草作業(yè)效率的2.9～4.8倍。微耕機鋤草松土的效率與林地的坡度、植被種類和蓋度有關，林地坡度越大，植被蓋度越大，鋤草松土的難度越大，效率越低。帶有水平割草刀的6爪工作頭和8爪工作頭工作效率明顯高于不帶有水平割草刀的3爪工作頭和4爪工作頭，但同樣帶有水平割草刀的6爪工作頭和8爪工作頭工作效率基本相同。因此，6爪工作頭和8爪工作頭最適合丘陵山地的鋤草松土作業(yè)。

表2 杉木林地鋤草松土效果

表3 油茶林地鋤草松土效果

表4 無患子林地鋤草松土效果

4 結論

背負式JF145A型微耕機移動方便，適合在樹冠較大且枝下高低矮的林地作業(yè)，具有工作效率高、邊角作業(yè)到位的優(yōu)點；手推式145A型微耕機適合在林地開有平臺、枝下高較高的環(huán)境作業(yè)，具有工作效率高、勞動強度低的優(yōu)點。

農田與果園中使用的微耕機工作頭的刀具刃口不鋒利，無法割斷有韌性的雜草，不適用于坡度較大、雜草植被茂密的丘陵山地林區(qū)的鋤草松土作業(yè)。本研究改良設計的微耕機，操作方便，安全可靠，可以割斷韌性大的雜草，切碎被割倒的雜草、割茬、小樹根和竹鞭，適用于坡度23°以下、植被茂密的杉木林、油茶林和無患子林地鋤草松土作業(yè)，工作效率是人工鋤草松土作業(yè)的2.9～4.8倍，為丘陵山地林區(qū)鋤草松土機械化作業(yè)提供了有效方案，提高了營林作業(yè)機械水平。