贺兰山东麓产区砾石土壤酿酒葡萄园机械设备的引进及改造

Introduction and Renovation of Mechanical Equipment for Gravel Soil Wine Vineyards in the Eastern Foothills of Helan Mountain Production Area

摘要: 砾石土壤由于砾石含量高，一般商品化的葡萄园机械材质不符合砾石土壤作业条件，作业过程中磨损频繁，不仅维修成本高，而且作业效率低。为提高贺兰山东麓产区砾石土壤酿酒葡萄园的生产效率，降低生产成本，中粮长城葡萄酒(宁夏)有限公司通过多年实践，自行制作或引进改进了适合砾石土壤葡萄园各项工序作业的配套机械设备。不仅提高了生产效率，降低了生产成本，在很大程度上推进了砾石土壤葡萄园机械化的发展。本文主要介绍了砾石土壤葡萄园配套的双面埋藤机械、双面出土机机械、葡萄行内除草机械、葡萄行间除草机械、葡萄行间割草机械、葡萄行间碎枝机械及植保机械的应用技术。

Abstract: Gravel soil, due to its high gravel content, generally does not meet the operating conditions of commercial vineyard machinery. During the operation, it is frequently worn out, resulting in high maintenance costs and low operating efficiency. In order to improve the production efficiency of gravel soil wine vineyards in the eastern foothills of Helan Mountain and reduce production costs, COFCO Great Wall Wine (Ningxia) Co., Ltd. has independently produced or introduced improved supporting mechanical equipment suitable for various processes of gravel soil vineyards through years of practice. This not only improves production efficiency and reduces production costs, but also greatly promotes the development of mechanization in gravel soil vineyards. This article mainly introduces the application technologies of double-sided vine burying machinery, double-sided digging machinery, grape row weed removal machinery, grape row inter row weed removal machinery, grape row inter row grass cutting machinery, grape row inter branch crushing machinery, and plant protection machinery for gravel soil vineyards.

1. 引言

贺兰山东麓产区属于葡萄埋土防寒区，葡萄种植过程复杂，一次定植多年生长，从建园开沟到生长季的除草、追肥、打药到摘果后的越冬覆土等工作，都对种植技术有着严格的要求。随着农资成本、劳动力价格不断上涨，且在农忙时劳动力稀缺、劳动强度增大等问题不断出现[1]，传统的手工种植已难以适应葡萄产业的快速发展，这对葡萄产业机械化的需求更加迫切。近年来应用在葡园管理中的农业机械种类和技术越来越多，机械化速度也在加快[2]。在大的庄园和生产基地葡萄种植的机械化水平提升较快，埋土出土环节能械化操作实现了突破，越来越多的生产环节能够使用机械[3]。宁夏禾禾农机自主研发的埋压犁，与大型拖拉机(304以上机型)配套使用，每小时埋土面积10亩，效率能提高50%以上。该机适用的种植行距是3.0 m或3.5 m，适宜宁夏沙质土壤[4]。葡萄藤出土是一项繁重的人工操作，作业时间短，质量要求高，既不能伤藤，又要清除土壤。贺兰山东麓产区针对这一特点，组织有关专家根据生产实际，自主研发了小四轮拖拉机牵引小铧犁进行刮削，可有效减轻劳动强度，但存在易伤树、清土不彻底等问题[4]。

目前酿酒葡萄种植模式中，机械化辅助管理受葡萄种植模式制约，灌溉、施肥、采收及埋土防寒等种植管理环节都不支持机械发挥最大效率，虽然部分种植企业对农具进行了一些改造，预期机器替代部分人工操作，但收效甚微[5]。尤其是砾石土壤葡萄园的机械化生产，由于土壤砾石含量高，通常商业化的机械设备很难使用，这些问题都需要通过改良及创新得到解决。近几年来，中粮长城葡萄酒(宁夏)有限公司根据贺兰山东麓产区砾石葡萄园的特点引进改造和自行设计加工了一些适合砾石葡萄园生产的机械设备，并在葡萄生产实践过程中不断总结改进与集成，打造了一套适用于贺兰山东麓产区砾石葡萄园的配套机械设备，实现了砾石葡萄园生产的降本增效，推动贺兰山东麓产区砾石葡萄园机械化的发展。

2. 材料与方法

2.1. 试验地点

试验地位于宁夏银川市永宁县中粮长城葡萄酒(宁夏)有限公司葡萄园(105˚55′E, 38˚22′N)，海拔在1166 m至1388 m之间，属干旱大陆性气候。近五年，年均温度12℃，极端最高温度36.6℃，极端最低温度−23.1℃，年均风速2.3 m/s左右，年均相对湿度31.8%左右，在葡萄生长的4月至10月，大于10℃的有效积温为3300℃左右，昼夜温差大(10℃~19℃)，利于浆果糖分积累；年降水量为222 mm左右，春夏两季降水量少，8、9月降水量占年降雨量的1/2左右，病虫害发生轻微，年蒸发量1882.5 mm，无霜期在175 d左右，适合栽培生育期在165 d以下的早、中、晚熟葡萄品种。

2.2. 土壤条件

土壤类型为砾石土，黏粒(<0.002 mm)占1.67%，粉粒(0.02 mm~0.002 mm)占12.20%，砂粒(2 mm~0.02 mm)占86.13%。土壤有机质含量在3.5 g/kg~7.5 g/kg之间，土壤贫瘠，保水保肥能力差通水透气性强，土壤pH值8.3~8.9，pH值较高，但含盐量低，地下水埋深172 m~270 m。

2.3. 种植模式

葡萄园面积为335 hm²，架材为金属架材，杆距6 m，高度1.8 m，架式为倾斜式独龙蔓(“厂”字型)，株行距为1.0 × 3.2 m，每亩栽植苗木207棵，冬季需下架进行埋土防寒。灌溉施肥采用水肥一体化滴管技术，精准补水补肥，亩产控制在450 kg/亩，确保果实品质。葡萄行长为96 m，机耕路为12.8 m。

3. 结果与分析

3.1. 葡萄园双边出土机械

Table 1. Main parameters of the bilateral excavation machinery in the vineyard

表1. 葡萄园双边出土机械的主要参数

项目		参数
机械主要性能	机械规格	(2.2 − 2.8) × 1.8 m，宽度可通过油缸调节
	机械性能	具有较高的强度、耐磨性及良好的韧性
	配套动力	95马力以上四驱拖拉机
	工作档位	高1档
	工作方式	行间双边作业(双刮土板，中间平整)
	工作效率	10 m^2/h~12,666.7 m^2/h
	出土率	65%以上
农艺要求	葡萄园行距	3.0 m~3.2 m，行距一致
	葡萄园作业路	12 m以上
制作成本 和作业成	制作成本	9500元/台
	作业成本(折旧年限为5年)	13.7元/666.7 m^2

根据葡萄园砾石土壤的特征及葡萄栽培模式自行研制，由大架、正反刮板、平刮板、油缸、油管及中央拉杆组成，材料皆为锰钢，由拖拉机牵引和动力输出，葡萄园双边出土机械由正反刮板将葡萄藤两侧的土壤刮至葡萄行间，且由平刮板刮平形成中埂。在使用过程中对其应用效果进行了试验改进，达到了预期效果，适合砾石土壤行距为3 m~3.2 m的葡萄园，较单面出土机械提高效率30%左右。该机械的作业优点为拖拉机行驶过程左右平衡，不容易损伤葡萄藤，取土一直，形成中埂整齐美观(表1，图1)。

Figure 1. Excavated machinery and operations on both sides of the vineyard

图1. 葡萄园双边出土机械及作业

Figure 2. Vineyard traction plant protection machinery and operation

图2. 葡萄园牵引式植保机械及作业

3.2. 葡萄园牵引式植保机械

根据种植规模和种植模式引进风送式牵引植保设备，该植保机械引进后根据砾石土壤的特性对其泵底座和机身底座进行了改进。具体为植保机械泵底座加装钢板，新引进的植保机械泵底座钢板太薄，固定效果不好，植保机械在行驶过程中容易震动，工作时间长对泵的磨损很大，容易损坏，所以在植保机械泵底座下加厚钢板，用螺丝固定结实，防止植保机械泵在工作中震动过大，对泵造成损伤，从而延长泵的寿命，增加泵的使用效率；植保机械底座加刮板，在田间实践作业过程中由于葡萄园中梗不平整，在打药的过程中底座容易剐蹭，对底座损害大而且在行驶中容易侧翻，造成安全隐患，固在底座加刮板，从而更好地保护植保机械底座安全，而且刮平中梗后打药机更好地在田间行驶，确保安全。该植保机械药箱容量为2000 L，其穿透性及附着率都很好，替代了风送式悬挂植保设备(800 L)，合理的提高了工作效率，较风送式悬挂植保设备(800 L)提高工作效率35%左右。且能根据酿酒葡萄不同生育期喷药灵活调节喷头数量，设备有内循环，防止药物沉淀，使药液均匀喷洒在叶片正反面不凝聚水珠(表2，图2)。

Table 2. Main parameters of vineyard traction plant protection machinery

表2. 葡萄园牵引式植保机械的主要参数

项目		参数
机械主要性能	机械规格	FQSB/2000，2.2 × 1.8 m
	喷药幅度	10 m
	喷头数量	12个，两侧各6个
	配套动力	70马力以上四驱拖拉机
	工作档位	高1档
	转速	2000转/min
	工作方式	行间双面喷雾
	工作效率	28 m^2/h~32 666.7 m^2/h
	行间喷雾率	100%
农艺要求	葡萄园行距	3.0 m~4.0 m，行距一致
	葡萄园作业路	12 m以上
制作成本 和作业成	制作成本	53000元/台
	作业成本(折旧年限为5年)	4.6元/666.7m^2

3.3. 葡萄行内除草机械

葡萄行内除草机械为避障式除草设备，该设备由避障系统、液压系统、升降机构、宽度调节机构、除草刀具机构、地形跟随机构、覆土组件等组成。避障系统是整个除草机的核心，其通过多种传感器感知障碍物，自动控制液压系统让除草刀具避开葡萄树、园内设施。设备采用高强度材料制造，具有良好的承载能力、耐磨性、抗压性和稳定性特点。该设备引进后经过生产多次试验改进，目前已适合公司现有种植模式，技术核心原理是利用等位式铝合金智能感应杆控制液压油缸伸缩，犁或小刮板用液压油缸控制，形成机械遇树自动避障，替代了人工葡萄行内除草，解决了工人短缺问题，提高了工作效率及工作质量，降低了工作成本30%左右(表3，图3)。

Table 3. Main parameters of weeding machinery in the vineyard

表3. 葡萄园行内除草机械的主要参数

项目		参数
机械主要性能	机械规格	2.2 × 1.8 m
	机械性能	具有较高的强度、耐磨性及良好的韧性
	配套动力	90马力以上四驱拖拉机
	工作档位	高1档
	工作方式	行间双边感应作业(分为犁式和小刮板式
	工作效率	7 m^2/h~9 666.7 m^2/h
	行内除草率	95%以上
农艺要求	葡萄园行距	3.0 m~3.2 m，行距一致
	葡萄园作业路	12 m以上
制作成本 和作业成	制作成本	130000元/台
	作业成本(折旧年限为5年)	15.2元/666.7 m^2

Figure 3. Vineyard weeding machinery and operations

图3. 葡萄园行内除草机械及作业

Figure 4. Vineyard inter row weeding machinery and operations

图4. 葡萄园行间除草机械及作业

3.4. 葡萄行间除草机械

葡萄行间除草机械是结合葡萄园管理需求，由中耕机改造而成，中间的6个L齿用来清除行间草，左右两边的两个对翻犁用来清除葡萄沟距树30 cm处的杂草，中间6个L齿后面的钢板和钢管用来平整葡萄行间。此设备的优点：将原来的葡萄沟除草工序和行间中耕工序合并作业，提高工作效率约50% (表4，图4)。

Table 4. Main parameters of inter row weeding machinery in vineyards

表4. 葡萄园行间除草机械的主要参数

项目		参数
机械主要性能	机械规格	2.2 × 1.2 m
	机械性能	具有较高的强度、耐磨性及良好的韧性
	配套动力	90马力以上四驱拖拉机
	工作档位	高2档
	工作方式	双边作业(双边翻土，中间破埂)
	工作效率	10 m^2/h~12 666.7 m^2/h (作业1次)
	行内除草率	98%以上
农艺要求	葡萄园行距	3.0 m~3.2 m，行距一致
	葡萄园作业路	12 m以上
制作成本 和作业成	制作成本	12000元/台
	作业成本	10.2元/666.7 m^2

3.5. 葡萄行间割草机械

在贺兰山东麓砾石土壤中，为提高葡萄与葡萄酒品质，在6~8月可进行葡萄园行间生草，葡萄园行间生草是一种优良的土壤生态耕作方式，符合当代所倡导的生态农业和可持续发展农业政策，可改善葡萄园土壤物理性状，有利于提高土壤质量，降低地面反射热量，实现叶幕外微环境调控。为实现葡萄园行间生草管理，自制了葡萄行间割草机械，该机械设备主要由挂接、升降、传动、切割等机构件组成，设计简单，结构紧凑。割草高度保持在20 cm左右，割草宽度为2.2 m (表5，图5)。

Table 5. Main parameters of inter row lawn mowing machinery in vineyards

表5. 葡萄园行间割草机械的主要参数

项目		参数
机械主要性能	机械规格	2.0 × 1.0 m
	机械性能	具有较高的强度、耐磨性及良好的韧性
	配套动力	50马力以上四驱拖拉机
	工作档位	高1档
	工作方式	回旋式行间割草
	工作效率	7 m^2/h~8 666.7 m^2/h
	行内除草率	98%以上
农艺要求	葡萄园行距	3.0 m~3.2 m，行距一致
	葡萄园作业路	12 m以上
制作成本 和作业成	制作成本	4500元/台
	作业成本	10.2元/666.7 m^2

Figure 5. Vineyard interrow mowing machinery and operations

图5. 葡萄园行间割草机械及作业

3.6. 葡萄园碎枝机械

葡萄碎枝机械，随着葡萄园每年修剪的葡萄枝条增多，需增加大量机械人力去清除。根据葡萄行距3 m~3.2 m的标准，结合砾石土壤的特征，参考玉米秸秆粉碎机选择锰钢制定了葡萄园碎枝机，该机械设备由左右传动轴、螺旋刀片、甩锤、5 cm × 5 cm筛网、震压轮等组成。在葡萄行间对冬剪下来的枝条现场进行行驶破碎，节省枝条处理成本28%左右，不仅降低了枝条废弃物整理的成本，还能增加土壤有机质含量(表6，图6)。

Table 6. Main parameters of vineyard pruning machinery

表6. 葡萄园碎枝机械的主要参数

项目		参数
机械主要性能	机械规格	2.0 × 1.3 m
	机械性能	具有较高的强度、耐磨性及良好的韧性
	配套动力	70马力以上四驱拖拉机
	工作档位	低1档
	工作方式	行间破碎
	工作效率	6 m^2/h~7,666.7 m^2/h
	行内除草率	95%以上
农艺要求	葡萄园行距	3.0 m~3.2 m，行距一致
	葡萄园作业路	12 m以上
制作成本 和作业成	制作成本	27000元/台
	作业成本	17.6元/666.7 m^2

Figure 6. Vineyard pruning machinery and operations

图6. 葡萄园碎枝机械及作业

3.7. 葡萄园双边埋藤机械

根据葡萄行距3.0 m~3.2 m的标准，结合砾石土壤的特征，自制了葡萄园双面埋藤机械，并对其应用效果进行了试验改进，达到了预期效果，较单面埋藤机械提高效率40%左右。适合行距3.0 m~3.2 m的标准的种植模式及砾石土壤特点。该机械设备由前双人字形三角立架、双平三角大架、正反主犁、三角副犁等组成。其优点为在埋土过程中拖拉机行驶平衡，取土均匀笔直，葡萄行间不留中埂，较单埋藤犁减少了破除中埂的工序，埋土形成的垄土方均匀一致(表7，图7)。

Table 7. Main parameters of bilateral vine burying machinery in vineyards

表7. 葡萄园双边埋藤机械的主要参数

项目		参数
机械主要性能	机械规格	2.7 × 2.5 m
	机械性能	具有较高的强度、耐磨性及良好的韧性
	配套动力	95马力以上四驱拖拉机
	工作档位	高1档
	工作方式	双边作业(双边翻土，中间破埂)
	工作效率	7 m^2/h~9,666.7 m^2/h
	行内除草率	99%以上
农艺要求	葡萄园行距	3.0 m~3.2 m，行距一致
	葡萄园作业路	12 m以上
制作成本 和作业成	制作成本	11500元/台
	作业成本	15.3元/666.7 m^2

Figure 7. Vineyard bilateral planting machinery and operation

图7. 葡萄园双边埋藤机械及作业

4. 结论与讨论

贺兰山东麓各小产区的土壤条件和种植模式各不相同，都有其自身的特点，葡萄园机械化的推进需要根据产区自身的特点和立地条件不断地试验总结。砾石土壤由于砾石含量高，一般商品化的机械材质不符合砾石土壤作业条件，作业过程中磨损频繁，维修成本高，作业效率低，有些设备进园区和土壤接触就损坏，无法实现机械化操作，我们通过多年的实践，自行设计制作了适合砾石土壤葡萄园各项工序作业的配套机械设备，不仅提高了生产效率，降低了生产成本，在很大程度上推进了葡萄园机械化的发展。但同时还存在一定的局限性，砾石土壤葡萄园配套的双边埋藤机、双边出土机适用于3.0 m~3.2 m行距的葡萄园，葡萄行内除草机、葡萄行间除草机、葡萄行间割草机及碎枝机适用于3.0-3.5 m行距的葡萄园，在贺兰山东麓产区有3.0 m、3.2 m、3.5 m和4.0 m行距的葡萄园，目前双边埋藤机及双边出土机等还有一定的普及推广局限性。各类设备还有很大的改进提升空间，特别是双边埋藤机、双边出土机、葡萄行内除草机及碎枝机。在埋土防寒区，双边埋藤机及双边出土机较单边机提高了机械效率，降低生产成本；葡萄行内除草机为避障式除草设备，其应用代替了行内树下的人工除草，实现了行内除草机械化；割草机和碎枝机的应用，实现了行间生草管理及冬季修剪枝条破碎还田管理，将实现葡萄园生态化的种植模式，生态农业是葡萄园种植转型的新趋势。

基金项目

宁夏贺兰山东麓葡萄酒领域“五新”成果转化项目(2024年度)——砾石葡萄园机械化生产集成与应用示范。