曹汉洋，陈建华，罗水金，童庆辉，翁学煌，李金祥

(1.福建省沙县水南国有林场，福建 沙县 365500；2.福建省三明市林业执法支队，福建 三明 365000；3.福建源华林业生物科技有限公司，福建 建宁 354500)

福建林区以丘陵山地为主，地形复杂多样。割灌机、油锯等装备在福建林业生产经营过程中已得到广泛应用，但锄草松土环节还处于无“机”可用的状态[1-2]。国内学者对水田、旱田等农田中应用的微耕机研究较多[3-6]，微耕机在农田、果园进行开垦、锄草、松土、施肥等作业已经很普遍，但在丘陵山地中的利用很少，还是主要依靠人力手工作业。因此，急需一款能够适用丘陵山地锄草松土的微耕机。

笔者以“操作简单、方便上山、经济实用”的原则，选择适合南方林区特点的小型、轻便的背负式和手推式2种便携式微耕机在坡度23°以下的杉木林、油茶林和无患子林进行锄草、松土等作业试验。通过试验查找问题，对微耕机工作头进行改良，然后再进行机械作业与人工作业对比，分析作业效果、劳动效率，总结杉木林、油茶林和无患子林锄草、松土机械作业配套技术，以期为南方丘陵山地机械化锄草、松土等营林作业提供有效方案。

1 微耕机机型选用试验

1.1 试验目的

为了了解背负式和手推式2种便携式微耕机在丘陵山地不同地形林地锄草松土的效果，以便为不同地形林地选择微耕机机型提供参考。

1.2 试验地点

1.2.1 杉木林试验地 位于沙县虬江街道水南村水南峡工区26-51-1小班，地处武夷山与戴云山之间的闽中低山丘陵，海拔138～168 m，无坡向，平均坡度10°，土壤为红壤，土层深厚。植被草本层以管茅和山油麻为主，盖度95%。2018年炼山清杂，2019年春季以轻型基质苗造林，造林密度3000～3200株·hm-2，造林面积6.27 hm2，2019—2020年，每年全锄抚育2次。

1.2.2 油茶林试验地 位于沙县虬江街道水南村水南峡工区54-2-1小班、54-2-2小班，地处武夷山与戴云山之间的闽中低山丘陵，海拔157～230 m，无坡向，平均坡度23°，土壤为红壤，土层深厚。植被草本层以牛筋草为主，盖度70%。2009年炼山清杂后，2010年春季以裸根苗造林，造林密度1500～1800株·hm-2，造林面积8.27 hm2，2010—2020年，每年全锄抚育2次。

1.2.3 无患子试验地 位于建宁县溪口镇枫源村28-8-2小班，地处武夷山山脉中段山地丘陵，海拔352～401 m，坡向西，平均坡度13°，土壤为红壤，土层深厚。植被草本层以狗尾草和蕨类为主，盖度75%。2008年炼山清杂后，2009年春季裸根苗造林，造林密度600～750株·hm-2，造林面积6.8 hm2，2009—2020年，每年全锄抚育2次。

1.3 试验材料与方法

1.3.1 材料 根据丘陵山地特点，选用小型、轻便的背负式和手推式2种便携式微耕机，型号及参数详见表1。2种微耕机的结构如图1、图2。

表1 微耕机参数

1.3.2 方法 背负式JF145A型、手推式145A型2种微耕机分别在杉木林、油茶林、无患子林试验地各进行1次锄草效果对比试验。

杉木试验林选取面积100 m2(10 m×10 m的正方形)、立地条件基本相同的试验地块2个。油茶和无患子试验林选取面积100 m2(台面宽2 m×台面长50 m)、立地条件基本相同的试验地块各2个。2种微耕机配置相同的工作头，记录每种微耕机完成同类型林地锄草的时间、故障类型与故障次数。

试验时操作人员配戴安全帽、护目镜、作业专用工作服、护腿、安全鞋等安全防护装备，记录人员在实验点20 m以外做好记录，同时做好自我防护。

1.4 结果与分析

1)背负式JF145A型微耕机在坡度较大、杂草植被密集的杉木林中移动方便；适合在树冠较大且枝下高低矮的油茶林地作业；适合在林地开有平台、无患子枝下高较高的环境作业，具有工作效率高、边角作业到位的优点。

2)手推式145A型微耕机在坡度较大、杂草植被密集的杉木林中推行困难，移动不方便；不适合在树冠较大且枝下高低矮的油茶林地作业；适合在林地开有平台、无患子枝下高较高的环境作业，具有工作效率高的优点，与背负式JF145A型微耕机相比劳动强度低、但边角作业不到位。

2 常见微耕机工作头试验

2.1 试验目的

搜集常用微耕机作业时所存在的问题，取得各种微耕机工作头锄草效率的数据，为微耕机工作头优化设计提供依据。

2.2 试验材料与方法

2.2.1 材料 选取市场上常见的旋耕刀(图3)、锄草轮(图4)、深耕刀(图5)、开沟刀(图6)等4种微耕机工作头，安装在背负式微耕机上进行试验。

2.2.2 方法 旋耕刀、锄草轮、深耕刀、开沟刀4种微耕机工作头安装在背负式微耕机上，分别在杉木林、油茶林、无患子林试验地各进行1次锄草效果对比试验。

杉木试验林选取面积100 m2(10 m×10 m的正方形)、立地条件基本相同的试验地块4个。油茶和无患子试验林选取面积100 m2(台面宽2 m×台面长50 m)、立地条件基本相同的试验地块各4个。记录每种微耕机工作头完成同类型林地锄草的时间、故障类型与故障次数。

试验时操作人员配戴安全帽、护目镜、作业专用工作服、护腿、安全鞋等安全防护装备，记录人员在实验点20 m以外做好记录，同时做好自我防护。

2.3 试验结果与分析

通过试验发现，旋耕刀容易缠草，松土太浅，在杂草较多、土壤较硬的林地上不能使用。锄草轮太重，费力，容易缠草，松土太浅，在杂草较多、土壤较硬、有一定坡度的林地上不能使用，只能在杂草稀少、土壤松软、开设平台的林地上才能使用。深耕刀容易被树根、竹鞭、草根捆住，容易缠草，只能在树根、竹鞭、草根、杂草稀少、土壤松软的林地上才能使用。开沟刀太重，费力，容易缠草，只能在杂草稀少、土壤松软、开设平台的林地上才能使用。综合分析得出，4种微耕机工作头的刀具刃口不锋利，无法割断有韧性的杂草而容易被杂草缠绕，松土太浅，工作头也太笨重不灵活，只能用于杂草较少、土壤疏松的农田和果园锄草松土，不适用于杂草植被密集的丘陵山地锄草、松土作业。

3 微耕机改良与试验

针对传统微耕机工作头在丘陵山地锄草松土作业时容易被杂草缠绕、松土深度浅等问题，设计一组适合丘陵山地专用锄草、松土工作头。2020年9月，为了验证改良的工作头在丘陵山地进行锄草松土的效果，选择福建沙县的杉木、油茶和福建建宁的无患子林地进行微耕机锄草松土与人工锄草松土对比试验。

3.1 工作头结构设计

传统微耕机工作头在锄草与松土作业时杂草无法被切断，容易缠绕在工作头上，最终导致微耕机停机，无法进行锄草和松土作业。要达到锄草、松土的目的，工作头的刀具刃口必须锋利，同时具备水平割草和垂直切割土壤的功能。按照这个思路，设计了3爪松土工作头 、4爪松土工作头、6爪割草松土两用工作头、8爪割草松土两用工作头等4种工作头，工作头结构见图7～图10。刀具材料采用65 Mn，刃口淬火处理，洛氏硬度50～57 HRC，非淬火区硬度不超过28 HRC。

3.2 工作原理

改良后的工作头安装盘的外周间隔设置有割草刀和松土刀，割草刀的旋转方向一侧设计有割草刃，松土刀的旋转方向一侧设计有松土刃，松土刀的底端设置有若干切土齿。工作头直接与动力系统连接，刀具高速旋转下，割草刀能有效割断韧性大的杂草，松土刀能切碎被割倒的杂草、割茬、小树根和竹鞭，切土齿高速旋转时能确保松土深度。

3.3 试验材料和方法

在杉木试验林选取面积100 m2(10 m×10 m的正方形)、立地条件基本相同的试验地块15个。在油茶和无患子试验林选取面积100 m2(台面宽2 m×台面长50 m)、立地条件基本相同的试验地块各15个。试验地块用罗盘仪定位、定仰角，换算边长后四边用皮尺丈量，4个顶点用小彩旗固定，4条边用红色玻璃线圈定。

试验时，同一操作人员操作背负式JF145A微耕机，分别安装3爪松土工作头、4爪松土工作头、6爪割草松土两用工作头、8爪割草松土两用工作头等4种工作头进行锄草松土试验，与直接手持锄头人工锄草松土进行对比。按照三明市国有林场锄草松土深度3～10 cm的要求，锄尽杂草。

记录试验地编号、林地类型、锄草时间、松土深度、故障类型、故障次数等数据。试验时操作人员配戴安全帽、护目镜、作业专用工作服、护腿、安全鞋等安全防护装备，记录人员距试验点20 m以外做好记录，同时做好自我防护。

3.4 结果与分析

试验结果(表2～表4)表明，采用改良工作头后的微耕机进行锄草松土作业的效率是人工锄草作业效率的2.9～4.8倍。微耕机锄草松土的效率与林地的坡度、植被种类和盖度有关，林地坡度越大，植被盖度越大，锄草松土的难度越大，效率越低。带有水平割草刀的6爪工作头和8爪工作头工作效率明显高于不带有水平割草刀的3爪工作头和4爪工作头，但同样带有水平割草刀的6爪工作头和8爪工作头工作效率基本相同。因此，6爪工作头和8爪工作头最适合丘陵山地的锄草松土作业。

表2 杉木林地锄草松土效果

表3 油茶林地锄草松土效果

表4 无患子林地锄草松土效果

4 结论

背负式JF145A型微耕机移动方便，适合在树冠较大且枝下高低矮的林地作业，具有工作效率高、边角作业到位的优点；手推式145A型微耕机适合在林地开有平台、枝下高较高的环境作业，具有工作效率高、劳动强度低的优点。

农田与果园中使用的微耕机工作头的刀具刃口不锋利，无法割断有韧性的杂草，不适用于坡度较大、杂草植被茂密的丘陵山地林区的锄草松土作业。本研究改良设计的微耕机，操作方便，安全可靠，可以割断韧性大的杂草，切碎被割倒的杂草、割茬、小树根和竹鞭，适用于坡度23°以下、植被茂密的杉木林、油茶林和无患子林地锄草松土作业，工作效率是人工锄草松土作业的2.9～4.8倍，为丘陵山地林区锄草松土机械化作业提供了有效方案，提高了营林作业机械水平。