一种高坚实度草地土壤-根系复合土层改良机具及方法

摘要

本发明涉及一种高坚实度草地土壤‑根系复合土层改良机具及方法。该机具包括机架、地轮、肥箱、外槽轮排肥装置、排肥轴、深松铲和镇压轮；多个间隔一定距离的深松铲高度可调地固定在前横梁上；深松铲包括铲刃部和铲柄部；铲刃部的迎土端面开有刃口，刃口自铲尖至铲刃部与铲柄部连接处依次分为第一直线刃、弧线刃和第二直线刃；刃口为二级刃口结构，具有一级刃面和二级刃面，铲尖的后端的铲刃部的左右两侧固接有一对水平的侧翼。本发明以低扰动的方式实现高坚实度草地土壤‑根系复合土层的疏松施肥改良作业，在不翻转土层的情况下打破高坚实度草地形成的板结性土壤‑根系复合土层结构，形成通气透水能力较强的土壤环境，同时补充牧草生长所需肥力。

说明书

技术领域

本发明属于草地改良领域，具体涉及一种高坚实度草地土壤-根系复合土层改良机具及方法。

背景技术

以羊草为代表的根茎型或根茎疏丛型禾草和以苜蓿为代表的多年生豆科牧草，在生长多年后，草地多呈现出土壤紧实度高、土壤板结、土壤容重大的特点，不同深度土层下牧草根茎与土壤相互交织锚固，形成土壤-根系复合土层结构，不利于草地通气透水，影响牧草的发育和生长。采用机械化疏松土层的方式是解决上述问题的有效方式之一，但传统的深松机具和部件大多用于农田作业，作业时对土壤扰动大，易造成土壤翻垡和风蚀水蚀问题，且对植被破坏程度较大，不适用于草地的作业。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种高坚实度草地土壤-根系复合土层改良机具及方法，通过机械手段以低扰动的方式疏松高坚实度的草地土壤-根系复合土层，增加草地通气透水能力，并提供牧草根系生长所需的营养成分，从而改善草地复合土层的高容重、高紧实度的板结状态，并优化草地牧草生长的土壤环境，提高牧草产量。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种高坚实度草地土壤-根系复合土层改良机具，包括机架1、地轮14、肥箱8、外槽轮排肥装置9、排肥轴10、深松铲16和镇压轮20。

所述机架1包括前横梁3、纵梁6、中横梁32、后横梁13和肥箱固定板7；两个纵梁6将前横梁3、中横梁32和后横梁13由前至后依次固接；两个肥箱固定板7分别固接在两个纵梁6上；所述肥箱8固定在两个肥箱固定板7的上部，肥箱8的底部设有卸肥口23和多个出肥口；多个外槽轮排肥装置9一一对应地安装在肥箱8的出肥口下方，排肥轴10穿过各外槽轮排肥装置9安装在肥箱固定板7上，排肥轴10另一端设有从动链轮11。

两个地轮14分别设置在前横梁3的左右两端。与从动链轮11同侧的地轮14的地轮轴15上设有主动链轮19，主动链轮19通过链条12与从动链轮11连接。

多个间隔一定距离的深松铲16高度可调地固定在前横梁3上；所述深松铲16包括铲刃部26和铲柄部31。

所述铲刃部26的端部为铲尖261，铲刃部26的迎土端面开有刃口28，所述刃口28自铲尖261至铲刃部26与铲柄部31连接处依次分为第一直线刃283、弧线刃284和第二直线刃285。

所述刃口28为二级刃口结构，具有一级刃面281和二级刃面282，所述一级刃面281的刃角α为10°～30°；二级刃面282的刃角β为40°～60°。

所述铲尖261的后端的铲刃部26的左右两侧固接有一对水平的侧翼25。

所述铲刃部26的后端设有导肥通道29，所述导肥通道29的上端口通过导肥管18与外槽轮排肥装置9的排肥口连通；所述导肥通道29的下端口设有散肥装置30，所述散肥装置30为一圆球体，使得从导肥通道29排出的有机颗粒肥料与散肥装置30发生碰撞后随机散落分布。

每个深松铲16后方对应设有一镇压轮20，所述镇压轮20安装在支架21的底端，支架21的中部铰接在中横梁32上，支架21的顶端通过张紧弹簧22与后横梁13连接。

所述排肥轴10的一端设有调节轮17，通过旋转调节轮17，使得排肥轴10沿轴向移动，从而带动外槽轮排肥装置9的槽轮移动，进而改变外槽轮排肥装置9的有效排肥宽度。

所述铲柄部31沿竖直方向等间距设有多个通孔，通过螺栓穿过不同高度的通孔调节深松铲16的入土深度。

所述地轮14的地轮轴15安装在地轮架2上，所述地轮架2固接在前横梁3上；所述地轮14靠近内侧的轮体表面等间距地设有多个凸起。

所述铲尖261的入土角度为15°～23°；铲尖261的长度为70mm～100mm；所述铲尖261的铲尖张角γ为30°～60°；所述第一直线刃283的入土角度为45°～60°，第一直线刃283的长度为130～165mm；所述第二直线刃285的入土角度为90°；所述弧线刃284的圆弧半径r为257～320mm，弧线长对应的圆心角为58°。

优选地，所述一级刃面281的刃角α为14°；二级刃面282的刃角β为45°。

所述侧翼25呈三角形。

水平方向上，所述导肥通道29的下端口位于侧翼25的下方。

一种利用所述的机具的高坚实度草地土壤-根系复合土层改良方法，该方法包括如下步骤：

S1、以深松铲16在草地土壤-根系复合土层中单向移动，作业深度为25～50cm，通过二级刃口结构的刃口28切割土壤-根系复合土层结构，同时水平侧翼25实现周围土层的微拱起与快速回落，深松铲16作业后地表形成沟缝，所述沟缝的宽度为10～20mm，作业过程中实现土块零翻垡或低翻垡，实现草地土壤-根系复合土层疏松和地表低扰动作业；

S2、在疏松土壤-根系复合土层的同时实现施肥作业，有机颗粒肥料通过深松铲16的导肥通道29在微拱起的土层回落之前散布进入土层中，增加土层的肥力，改善牧草根系生长环境；

S3、在疏松和施肥工序完成后，对草地地表进行镇压，实现地表平整和沟缝回弹闭合。

所述步骤S2中，通过导肥通道29的下端口设置的散肥装置30，使从导肥通道29排出的有机颗粒肥料与散肥装置30发生碰撞后随机散落分布。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明以低扰动的方式实现高坚实度草地土壤-根系复合土层的疏松施肥改良作业，在不翻转土层的情况下打破板结性土层形成的土壤-根系复合土层结构，形成通气透水能力较强的土壤环境，同时补充牧草生长所需肥力，促进牧草复壮扩繁，从而提高牧草产量，作业过程中对草地植被破坏小。

附图说明

图1为本发明的高坚实度草地土壤-根系复合土层改良机具的立体结构示意图一；

图2为本发明的高坚实度草地土壤-根系复合土层改良机具的立体结构示意图二；

图3为本发明的高坚实度草地土壤-根系复合土层改良机具的侧视结构示意图；

图4为深松铲16的立体结构示意图；

图5为深松铲16的剖视结构示意图；

图6为深松铲16的刃口28的截面结构示意图；

图7为深松铲16的散肥装置30的结构示意图；

图8为深松铲16的侧翼25的连接处剖视图；

图9为深松铲16的铲尖161的结构示意图；

图10为本发明的高坚实度草地土壤-根系复合土层改良机具的作业过程示意图；

图11为深松铲的作业过程局部放大示意图。

其中的附图标记为：

1 机架 2 地轮架

3 前横梁 4 “U”形螺栓

5 固定板 6 纵梁

7 肥箱固定板 8 肥箱

9 外槽轮排肥装置 10 排肥轴

11 从动链轮 12 链条

13 后横梁 14 地轮

15 地轮轴 16 深松铲

17 调节轮 18 导肥管

19 主动链轮 20 镇压轮

21 支架 22 张紧弹簧

23 卸肥口 24 三点悬挂装置

25 侧翼 26 铲刃部

261 铲尖 27 螺纹销钉

28 刃口 281 一级刃面

282 二级刃面 283 第一直线刃

284 弧线刃 285 第二直线刃

29 导肥通道 30 散肥装置

31 铲柄部 32 中横梁

γ 铲尖张角

r 弧线刃284的圆弧半径

α 一级刃面281的刃角

β 二级刃面282的刃角

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

如图1、图2和图3所示，一种高坚实度草地土壤-根系复合土层改良机具，包括机架1、地轮14、肥箱8、外槽轮排肥装置9、排肥轴10、深松铲16和镇压轮20。

所述机架1包括前横梁3、纵梁6、中横梁32、后横梁13和肥箱固定板7；两个纵梁6将前横梁3、中横梁32和后横梁13由前至后依次固接；两个肥箱固定板7分别固接在两个纵梁6上。所述肥箱8固定在两个肥箱固定板7的上部，肥箱8的底部设有卸肥口23和多个出肥口。多个外槽轮排肥装置9一一对应地安装在肥箱8的出肥口下方，排肥轴10穿过各外槽轮排肥装置9安装在肥箱固定板7上，排肥轴10的一端设有调节轮17，通过旋转调节轮17，可以使得排肥轴10沿轴向移动，从而带动外槽轮排肥装置9的槽轮移动，进而改变外槽轮排肥装置9的有效排肥宽度；排肥轴10另一端设有从动链轮11。

所述前横梁3和后横梁13上设有三点悬挂装置24，用于与拖拉机后端的三点悬挂架连接。两个地轮14分别设置在前横梁3的左右两端。

所述地轮14的地轮轴15安装在地轮架2上，所述地轮架2通过“U”形螺栓4和固定板5固接在前横梁3上。所述地轮14靠近内侧的轮体表面等间距地设有多个凸起，防止地轮在草地上行进时产生滑移。与从动链轮11同侧的地轮14的地轮轴15上设有主动链轮19，主动链轮19通过链条12与从动链轮11连接。

多个间隔一定距离的深松铲16通过“U”形螺栓4和固定板5高度可调地固定在前横梁3上。如图4和图5所示，所述深松铲16包括铲刃部26和铲柄部31；所述铲柄部31沿竖直方向等间距设有多个通孔，通过螺栓穿过不同高度的通孔与固定板5连接调节深松铲16的入土深度。

如图4和图9所示，所述铲刃部26的端部为铲尖261，铲刃部26的迎土端面开有刃口28，所述刃口28自铲尖261至铲刃部26与铲柄部31连接处依次分为第一直线刃283、弧线刃284和第二直线刃285。所述铲尖261的入土角度为15°～23°；铲尖261的长度为70mm～100mm。如图9所示，所述铲尖261的铲尖张角γ为30°～60°，优选地，所述铲尖张角γ为40°。所述第一直线刃283的入土角度为45°～60°，第一直线刃283的长度为130～165mm。所述第二直线刃285的入土角度为90°。

如图5所示，所述弧线刃284的圆弧半径r为257～320mm，弧线长对应的圆心角为58°。

如图6所示，所述刃口28为二级刃口结构，具有一级刃面281和二级刃面282，所述一级刃面281的刃角α为10°～30°，优选地，所述一级刃面281的刃角α为14°；二级刃面282的刃角β为40°～60°，优选地，二级刃面282的刃角β为45°。通过二级刃口结构实现先通过一级刃面281切开土层，切断根系，同时对土层实现预扰动，然后二级刃面282将土层向两侧分开，避免了因对土层中土壤-根系复合土层结构的不充分断裂，造成的拉扯根系和翻垡土块的情况产生。

如图8和图9所示，所述铲尖261的后端的铲刃部26的左右两侧通过螺纹销钉27固接有一对水平的侧翼25。所述侧翼25呈三角形。作业时，铲尖261将土层抬起，土层沿着铲尖261移动至侧翼25的上表面，随着机具前进而后移，然后在土层内部之间的锚固力作用下从侧翼25的上表面移出后快速回落，实现侧翼25周围土层的微拱起与快速回落。

所述铲刃部26的后端设有导肥通道29，所述导肥通道29的上端口通过导肥管18与外槽轮排肥装置9的排肥口连通；如图5和图7所示，所述导肥通道29的下端口设有散肥装置30，所述散肥装置30为一圆球体，使得从导肥通道29排出的有机颗粒肥料与其发生碰撞后随机散落分布。如图7所示，水平方向上，所述导肥通道29的下端口位于侧翼25的下方。

每个深松铲16后方对应设有一镇压轮20，所述镇压轮20安装在支架21的底端，支架21的中部铰接在中横梁32上，支架21的顶端通过张紧弹簧22与后横梁13连接。

一种利用上述机具的高坚实度草地土壤-根系复合土层改良方法，包括如下步骤：

S1、以深松铲16在草地土壤-根系复合土层中单向移动，作业深度为25～50cm，通过二级刃口结构的刃口28切割土壤-根系复合土层结构，同时水平侧翼25实现周围土层的微拱起与快速回落，深松铲16作业后地表形成沟缝，所述沟缝的宽度为10～20mm，作业过程中实现土块零翻垡或低翻垡，实现草地土壤-根系复合土层疏松和地表低扰动作业；

S2、在疏松土壤-根系复合土层的同时实现施肥作业，有机颗粒肥料通过深松铲16的导肥通道29在微拱起的土层回落之前散布进入土层中，增加土层的肥力，改善牧草根系生长环境；

S3、在疏松和施肥工序完成后，对草地地表进行镇压，实现地表平整和沟缝回弹闭合。

所述步骤S2，中，通过导肥通道29的下端口设置的散肥装置30，使从导肥通道29排出的有机颗粒肥料与散肥装置30发生碰撞后随机散落分布。

本发明的工作过程如下：

如图10和图11所示，工作时，本发明机具通过三点悬挂装置24与拖拉机后端的三点悬挂系统相连接，在拖拉机的牵引下进行作业。作业时，地轮14在草地地表上行走，深松铲16进入草地土壤-根系复合土层随拖拉机移动，通过二级刃口结构的刃口28切割草地土壤-根系复合土层结构，所述铲尖261的后端的铲刃部26的左右两侧的侧翼25将土层向上抬起，草地地表略微凸起，然后凸起的土层在土壤-根系复合土层结构内部的锚固力作用下快速回落，实现草地土壤-根系复合土层的疏松效果。另外，作业时地轮14转动，通过地轮轴15带动主动链轮19转动，主动链轮19通过链条12带动从动链轮11和排肥轴10转动，外槽轮排肥装置9在排肥轴10的带动下工作，使得有机颗粒肥料从肥箱8进入导肥管18，肥料经过导肥管18进入深松铲16上的导肥通道29，肥料在导肥通道29内靠重力运动，在导肥通道29的下端口与散肥装置30相碰撞，肥料经碰撞后改变运动方向，散布在深松铲16后方。受侧翼25作用拱起的土壤-根系复合土层在回落后将肥料覆盖。镇压轮20在张紧弹簧22的作用下，实现对地表和土层的镇压，一方面将地表拱起的土壤进行压实，平整地表，另一方面促使深松铲16作业时地表产生的沟缝回弹闭合。该方法应用在以羊草为代表的板结性天然退化草地和以苜蓿为代表的多年生苜蓿人工草地，该方法宜在牧草返青前使用。