设施园艺用微生物菌肥撒施机的研制

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DOI: 10.16815/ki.11-5436/s.2018.04.003
设施园艺种植是露天种植产量的3.5倍，中国人均耕地面积仅为世界人均面积的40%，发展设施园艺是解决中国人多地少制约可持续发展问题的最有效技术工程之一。

天津市位于国家环渤海设施蔬菜优势产区，近年来设施园艺发展迅速，2015年数据显示，天津市设施面积达61万亩（4.1 万hm 2）。

设施园艺因空间的有限性和半封闭性，在一定程度上阻碍了光、水、气、热的交换。

为了增加作物的产量，人们大量施用化肥、农药，致使土壤“生病”，在改良土壤的综合治理方案中，微生物肥料扮演着不可取代的重要角色。

目前，由于微生物菌肥有一定的含水率（25%左右），且多为粉状，没有配套的农机具进行撒施，针对这一问题，天津市农业机械研究所开发研制了一种专用于设施农业的微生物菌肥撒施机。

微生物的生命活动对土壤改良的影响
土壤微生物种群的数量和分布是一个反映土壤肥力的重要指标，并在一定程度上表征土壤的生物活性。

微生物的生命活动也会改变土壤的“肥力”，这是一个相互作用、辩证统一的过程，也是微生物肥料用于改良土壤的理论基础。

微生物
肥料中最主要的有效成分是具有特定生理功能的微生物，这种功能性微生物具有固氮、解磷、解钾、活化微量元素、分解有机质等作用，有助于土壤向植物提供营养物质，它能否适应土壤环境并进行大量繁殖是决定生物肥料应用效果的主要因素。

设施园艺中土壤理化性质恶劣，功能性微生物的生长繁殖受到限制，应用效果也往往不理想。

因此，针对设施园艺中土壤的特点，利用微生物菌肥有针对性的改善土壤具有重要意义。

微生物菌肥改良土壤优点分析
农田土壤的好坏直接影响作物的生长，设施园艺可以常年进行作物生产，所以土壤会产生“劳累感”，通过施用微生物菌肥可以有效减轻或消除这种“劳累感”。

微生物菌肥可以促进有机成分合成，合理调整有机质的比例和微量元素的含量，同时也可以代替农药、化肥，用更多的自然营养供给农作物生长，这既保证了农作物的食品安全，也节省了农民的生产投入，优化了设施园艺中的生态环境，形成了农作物和自然环境良好的循环利用机制，促进设施园艺的可持续发展和生态系统的形成。

设施园艺用微生物菌肥撒施机的研制
冯 磊　（天津市农业机械研究所，天津 ３００１９３）
【摘要】温室中可以一年四季种植作物，但由于缺少自然生态环境中对作物生长有益的要素，加之大量化肥、农药的施用，导致土壤性状恶劣。

以天津市设施农业种植为例，微生物菌肥已在改良土壤中进行应用。

针对设施园艺独特的种植环境和微生物菌肥的性状，天津市农业机械研究所开发研制了一种撒施机。

该机由大棚王提供动力，代替人工进行作业，可以撒施含水率低于30%的粉状微生物菌肥，达到改良土壤、减轻劳动强度的目的。

研究方向
微生物菌肥有其特殊的性状，微生物的存活需要有一定的含水率（25%左右），而为了节约成本，微生物菌肥大多数为粉状。

基于该种肥料的特点，天津地区只有人工抛撒作业，没有专用或接近的农机具能够进行撒施作业，所以需要研制集抛撒、旋耕于一体的联合作业机具，以满足设施园艺田间作业要求，提高作业效率，降低作业劳动强度。

设施园艺用微生物菌肥撒施机研制总体结构与工作原理
撒施机的主要组成部分有：肥箱、搅拌轴、排肥轴、旋耕刀轴、滚动覆土装置、排肥轮、变速箱、传动箱，如图1所示。

撒施作业时，将粉状微生物肥料放入肥箱中，搅拌轴不断转动，将肥料打散，肥料经上肥箱中的排肥口落到其下方的排肥轮中，排肥轮转动将肥料再次碾碎，避免肥料结块。

肥料从排肥口掉落到地面上，旋耕刀转动会将地面的泥土和掉落在泥土上的肥料掺杂在一起，同时使泥土松散，最后滚动覆土装置碾过之前打散的泥土，将泥土碾平。

搅拌轴和排肥轴传动部分设计
因粉状微生物肥料有一定的含水率，在排肥过程中会出现结块和堵塞排肥口的现象，针对这一问题对撒施机进行了特殊设计，在肥箱中加装搅拌轴，在排肥口加装了排肥轴，每个排肥口会有排肥轮。

搅拌和排肥部分动力源没有采用电动，原因有3点：①温室内工作环境多为潮湿环境，电动容易出现故障；②电池具有一定的重量，会增大大棚王的动力消耗，并且充电不方便；③如果是由拖拉机电瓶提供电动的动力，会出现动力不足现象。

考虑到应用环境的特殊性，此次的设计由大棚王提供动力，动力源依次经过万向接轴、减速机、传动机、传动机输出端齿轮、链条、肥箱外表面传动齿轮。

如图2所示，搅拌轴外排齿轮通过链条和传动机输出端齿轮连接，并带动搅拌轴转动；在肥箱的另一侧，搅拌轴外排齿轮与排肥轴外排齿轮通过链条连接，带动排肥轴转动，动力输出轴转速的快慢直接控制着排肥轴和搅拌轴的转速快慢，进而控制排肥量的大小。

排肥口设计
为了防止堵塞，同时也为了打碎成型的结块，每个排肥口都安装了六楞型排肥轮，如图3所示。

排肥口可以手动调节大小，来控制排肥量。

为了保证一定的均匀度，在120 cm长的肥箱底部上单侧安装了20个排肥口（2排共有20个排肥口）。

变速箱和传动箱位置的选择
肥料与土壤接触的同时旋耕机会将土壤与肥料进行混合，保证肥料能够和土壤充分接触，后面的滚动覆土装置将旋耕后的土壤进一步覆平，将变速箱和传动箱（图1）后置在踏板上，能够
图
1 总体结构图
变速箱
肥箱搅拌轴传动箱
排肥轴排肥轮
滚动覆土装置
旋耕刀轴
图2 搅拌轴和排肥轴传动部分结构图
图3 排肥口结构图
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增加旋耕部分的负重，减弱了机具在旋耕过程出现的颠簸。

减速机下表面输出端的蜗杆和旋耕刀轴中部的蜗轮形成蜗轮蜗杆传动，从而使得减速机带动旋耕刀轴转动。

大棚王动力选择
目前市场上大棚王种类很多，如雷沃、东方红、黄海金马等，以40、50、55马力居多，经过多次试验发现60马力以下不能满足需求，因为增加肥箱后所需动力也随之增加，并且转速越高，消耗的功率就会越大，最后选择了雷沃60马力（44.1 kW）大棚王，也可以选择其他厂商的大棚王，需60马力以上。

应用
机具的性能参数
该机的作业适应性基本能够满足含水率低于30%粉状肥料的撒施要求。

机具的技术参数见表1。

机具施肥均匀性测试
由于在实际作业中肥料会与土壤混合，无法观察均匀度，所以选择在路面测试，选择的是含水率为30%的粉状微生物菌肥，通过测试可以看出该机排肥均匀，如图4。

机具作业试验
天津市农业机械研究所对该机具进行了测试，所用菌肥为含水率30%的粉状微生物菌肥，选择长度100 m、跨度9 m的日光温室，机具排肥口调节到最大，因在测试时需要往肥箱中装填菌肥，装填时间因人而异，在以下测试中没有计算在内，如表2。

表1 机具技术参数表
配套动力60马力以上大棚王
重量/kg300
施肥宽度/cm120
旋耕宽度/cm130
肥料箱容量/L500
排肥量/（kg/h）0~476
有机肥含水量≤30%
表3 测试结果
试验号土壤碎土率/%耕后平整度/cm
188 3.8
285 4.0
388 3.5
488 3.5
589 3.7
687 3.1
786 3.7
888 3.3
987 2.8
1086 3.8
平均值87.2 3.52
表
2 机具性能测定表
大棚王输出轴转速/（r/min）施肥量/kg运行时间/s平均排肥量/（kg/h）工作状态
爬行档
5402001780404.5平稳良好
7202001512476.2平稳良好I
5402002120339.6运行略显吃力
720200--出现颠簸现象（伴有熄火）II
540200--严重颠簸（经常熄火）
720200--熄火
注：本次试验所用的微生物菌肥每667 m2施用量为150 kg；本次时间已经计算机具调头时间。

图4 机具排肥均匀度测试
对作业后的土壤（针对爬行
档），随机选取10个点，进行土壤
碎土率和耕后平整度测试，试验结
果达到旋耕后的土壤要求，如表3。

结语
通过机具实际作业试验可以
看出，撒施机可以撒施含水率为
30%的粉状肥料，排肥均匀，没
有发生堵塞现象，作业后的土壤碎
土率和平整度满足旋耕后土壤要
求。

微生物菌肥在推动发展循环农业、生态农业和有机农业方面具有现实意义和示范作用，而设施园艺是现代农业发展到一定阶段的产物，规模不断扩大。

撒施机的成功研制，为微生物菌肥的推广和改良设施农业土壤状态提供了装备保障。

作者简介：冯磊（1988-），男，天津人，助理工程师，研究方向：设施农业装备开发应用及技术推广。

［引用信息］冯磊．设施园艺用微生物菌肥撒施机的研制［Ｊ］．农业工程技术，２０１８，３８（０４）：２２－２４．
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