沙生灌木机械化平茬现状、问题及发展建议

　　引言

　　近年来，土地沙漠化已成为全球最重要的生态环境问题之一，对人类的生存和发展构成了严重的威胁。土地沙漠化是由于植被和可利用水的减少、作物产量下降、土壤侵蚀以及人为过度的土地利用等引起的土地退化现象。目前，我国荒漠化土地有 262 万km2，沙化土地 173 万 km2，分别占国土总面积的 27%和 18% ，且仍以每年 2 460km2的速度扩展，情况十分严峻。为了改善生态环境、维持生态平衡、防止沙化的继续蔓延，柠条、沙柳、花棒等喜沙旱生灌木被大面积种植，它们是荒漠、荒漠草原地区防风固沙、保持水土的优良造林植物。

　　1 沙生灌木的经济价值

　　沙生灌木是具有很高的经济效益的可再生资源，发展沙生灌木加工业已成为西部地区增加收入的主要来源之一。沙生灌木枝叶繁茂、产量高、营养丰富、适口性好，是家畜的优良饲用灌木，对解决因禁牧造成的饲料问题和发展畜牧业，起到了很好的作用。

　　尤其是多余的饲料可以作为原料和商品出售流通，既可以增加农牧民的经济收入，也激发了广大农牧民种植、培育和保护沙生灌木的自觉性和积极性，从而进一步扩大了种植面积。当然，柠条、沙柳、花棒等沙生灌木也是一种很好的造纸原料替代品，可减少森林资源的消耗，只要工艺合理，沙生灌木也可以作为制造刨花板及纤维板材的原料，因为其与木材的物理性质相当。利用柠条、沙柳等灌木制造刨花板及纤维板材，其原料来源丰富、生产成本低，具有广阔的发展前景，使得沙生灌木林在林业生产和经营中具有不可替代的地位。

　　根据沙生灌木的生物学特性，在合理的经济效益内，必须 3 ～ 5 年进行一次平茬复壮、抚育管理，留茬高度选在 5cm 左右。只有通过及时的平茬，沙生灌木生长才会加快，萌发能力加强，才能保持其旺盛的生命力，发挥其生态效应; 只有平茬加工后，沙生灌木才能够实现其经济价值，才能实现沙生灌木的可持续发展。

　　2 沙生灌木机械化平茬现状

　　沙生灌木的平茬作业是整个产业的核心环节。传统的平茬方式主要为人工平茬，即用刨镢、砍刀等农用工具用力将枝条砍断，如图 1 所示。这种方式劳动强度大，效率低下，无法实现大面积生产。而机械化平茬不仅可以节省大量劳动力，而且平茬效率高，约是人工平茬的 8 ～10 倍; 成本低，可以满足日益增长的种植需求，因此越来越需要采用机械化平茬。目前，国外灌木平茬机械已有一系列产品，种类丰富，技术含量较高; 而我国这方面的发展主要集中在轻小型割灌机械，主要有侧挂式割灌机和背负式割灌机两种。在中大型割灌机械方面我国处于起步阶段，代表机械有北京林业大学研制的 5GZ －800 型自行手扶式灌木平茬机，如图 2 所示。发动机通过皮带将动力传递到切割装置，由离合器控制切割刀具，其中锥面摩擦离合器控制驱动轮动力的结合与分离，从而控制灌木平茬机的行走。中国农业机械化科学研究院呼和浩特分院研制的9GZ － 1． 0 型自走式灌木平茬机( 如图 3 所示) ，自走底盘为铰接式车体，通过驾驶员左右转动方向盘，车体前部分带动整个工作部件及切割器可实现“扭腰”左右摆动，实现宽幅摆动切割作业，可以根据不同的地形进行仿形切割。虽然这些机械有一定的功能，但总体水平与国外相比还是有很大的差距。尤其研制的灌木平茬机械大都以仿制国外产品为主或由农业机械改进而来，生产的机器使用性能单一、能耗大，工作效率远低于国外的同类产品，针对性和适用性差，一直存在很多问题，无法满足现有需求。【图1-3.略】

　　3 沙生灌木机械化平茬面临的问题

　　3． 1 沙生灌木种植问题
　　
　　目前，我国大部分地区种植的沙生灌木由于没有统一的规划和整理，种植随意，其生长分布杂乱无章，长短不一，一般平茬机械无法正常工作，给机械化平茬带来很大困难，需要对沙生灌木进行规模化种植。

　　3． 2 沙生灌木平茬断面质量问题
　　
　　我国沙生灌木具有普通木本植物的生理材性。其根系发达，木质坚硬，韧性强，横断面由外向内依次为韧皮部、木质部、髓心。由于沙生灌木每隔一段时间需要进行平茬复壮，对根部断面切口要求是平整光滑，无毛刺，不能有烧焦、撕裂等现象。因此，平茬难度大，一旦损伤了沙生灌木的生长点，根部易受风蚀死亡，影响来年沙生灌木收获的产量。经过大量调研发现，目前影响沙生灌木平茬质量的主要因素有以下几点。

　　3． 2． 1 刀盘结构不合理
　　我国各类平茬机型中切割沙生灌木所用最广的一般为圆盘回转式和往复式两种。如采用圆盘回转式切割方式对沙生灌木大面积平茬收获时，切割装置刀盘的厚度、排布、齿形以及结构形状等都对沙生灌木的切割有很大影响，不合理的结构对沙生灌木断面损伤大，不能满足平茬后切口平整光滑、撕裂现象少的要求。如采用往复式，其切割器的刀片刃角、切割角和刀盘倾角等参数的设计直接关系到切割器的工作效率、切割功耗和灌木切断面的整齐性及光滑度等; 但无论采用哪种切割方式，总体要求就是机器的切割刀具与灌木接触时间要短、摩擦要小、强度要足够，所以必须对刀盘的整体结构进行重新设计及优化。

　　3． 2． 2 地形环境恶劣
　　西北种植沙生灌木的地方，地面凹凸不平，沙石遍布，土壤沙化严重，平茬机械行走困难。地面不平经常会导致机器行走时晃动和振动大，对平茬切口影响大，易造成阶梯形茬口，如图 4 所示。此时平茬断面的质量和工作效率就会明显的下降，对灌木的存活能力有很大的影响。

　　3． 2． 3 人为操作不当
　　平茬机械在切割时，常常会因为人为的操作不当，出现很多问题。例如，在相同切割转速条件下，机器前进速度越大，会造成灌木切割的劈裂、刀具的损坏等现象，影响平茬断面的质量，同时还会导致功率的急剧损耗，加大成本; 而前进速度过慢，机器切割效率比较低，刀具与沙生灌木断面的摩擦时间就长，影响切割质量。
　　
　　3． 3 沙生灌木平茬仿形问题

　　我国西北地区沙生灌木具有防风固沙的特性，生长到一定年份，在根部周围会形成约 1． 5m 的半球形沙包，主要表现为灌木林的周边聚沙较低，中部聚沙最高。灌木平茬最基本的技术要求是割茬装置具有一定的仿形功能，如何使机构具有较好的仿形效果已成为机械化平茬成败的关键。平茬机械具有仿形功能: 一方面要能够避免装置上的切割刀具因触碰沙石、沙包等造成损坏; 另一方面要能够使沙生灌木的留茬高度保证在一定高度内，提高沙生灌木的生长能力，这就对仿形机构提出了较高的要求、我国生产的平茬机械大多采用托盘式和液压式，主要存在问题就是托盘式结构在行进过程中易陷入沙地中且磨损严重; 而液压式控制具有滞后性且成本高。因此，要设计出一种行之有效的仿形机构才能确保平茬作业的顺利进行，这是尤为重要的。

　　3． 4 沙生灌木平茬收集问题

　　一般现有的平茬机械平茬后的灌木枝干堆放散乱，基本都靠人工进行整理收集，耗费时间长、劳动强度大、效率低下、成本高，已成为沙生灌木产业发展突破瓶颈的关键问题。如何快捷地收集是必须要突破的问题。根据调查，目前采取的方法主要有粉碎收集，即将切断后的沙生灌木经过加装在机械上的粉碎机粉碎后收集到后备车厢内; 但这种方式需要消耗的功率很大，对机械动力配置要求较高，粉碎后的灌木还需进行二次处理，对灌木的利用效率较低。

　　4 发展建议

　　目前，国内外灌木平茬机械总的发展趋势是以回转式切割器为主要切割部件，大多采用圆锯片作为切割刀具，平茬效果理想，能耗少。为了能极大地促进沙生灌木的综合开发利用，使低值的生物资源转化为高值产品，需要提高切割质量和减轻劳动强度。同时，也为了降低成本。越来越多地采用中小型悬挂式平茬机械，其特点是功率大、效率高、结构简单，机体可分离。根据我国沙生灌木机械化平茬现状，整体应朝以下几个方向发展:

　　1) 在起到生态保护的作用前提下，需要合理安排沙生灌木的种植模式，采用机器种植，以一行一带或两行一带的种植模式进行，以方便机器的前进，提高平茬效率。

　　2) 提高配套动力装置的制造水平。通过现代科技进行改进，减小动力装置的体积，以达到减轻质量的目的; 同时还要解决平茬时振动大、噪声大的问题。

　　3) 科学规范选材用料和加工工艺，提倡绿色设计与制造理念，力求与时代同步。

　　4) 开发多品种的系列产品，按需设计，根据不同的平茬对象，制造带有不同功能的平茬机械，实现一机多用。

　　5) 设计研发新型刀具，尽量在保证强度的前提下，减小刀具厚度，以获得最佳平茬效果。

　　6) 考虑到要实现灌木的有效收集，可采用一种既能切割沙生灌木又能使割下的灌木枝条定向摆放整齐的平茬机械; 也可以设计一种打捆收集装置，即将切断的沙生灌木通过设计的装置像牧草一样打捆成一扎，便于收集。

　　5 结论

　　沙生灌木林不仅是维持生态平衡的重要屏障，也是当地农牧民增加经济收入的重要来源。因此，大力推广沙生灌木的机械化平茬，是实现沙生灌木资源集约化经营和产业化开发的首要手段。但是，沙生灌木机械化平茬存在的问题已成为制约沙生灌木种植面积扩大和资源可持续发展的瓶颈，唯有解决这些问题，才能充分发挥沙生灌木在生态效益和经济效益上的突出优势。

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