沿海灘涂“大米草”治理機械的研制

仇偉傳 張明躍 鄭家乃 朱文榮

沿海灘涂“大米草”治理機械的研制

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大海的灘涂看起來沒有什么用處，但事實上有很重要的功能，它就好像人的“腎臟”一樣，具有排毒、解毒功能，它是海水自凈系統的重要組成部分之一。治理“大米草”的目的，就是設法保護海涂濕地，恢復海涂濕地生態功能。

1 大米草在國內生長及危害狀況

據國家海洋局第二海洋研究所專家的研究表明，大米草是外來生物，繁殖能力強、根系發達，可通過不斷蠶食空間，導致貝類、蟹類、魚類、藻類等多種生物窒息死亡?？梢姶竺撞莸奈：χ?，它已經失去原來功用，變成“惡草”。由于大米草繁殖能力極強，第一年還是很小一塊 ，但第二年就能擴大幾十倍 ，因此，大米草治理已刻不容緩。

實際上，大米草的泛濫已經不是象山一個縣的問題，而是一個全國性的問題，尤其是福建省寧德、蕉城、霞浦等閩東沿海地區，山東膠州灣沿海地區等發生面積較多，2013年據不完全統計全國發生面積達到99.96萬hm2。

象山縣大米草生長及危害狀況也十分嚴重，每年人大代表、政協委員都有提案要求政府出面治理大米草。據初步調查，目前象山縣發生面積在2 000 hm2，主要分布在墻頭鎮西滬港、泗洲頭鎮馬岙塘、定塘鎮外塘，尤其是黃避岙鄉、大徐鎮、墻頭鎮、西周鎮四個沿西滬港的鄉鎮。墻頭鎮是沿港村落分布和人口最多的一個鄉鎮，該鎮下沙村至舫前村前的海涂是最先發生大米草“扎根落戶”的區域。據在墻頭下沙村前灘涂實地觀察，與水稻相仿的大米草在灘涂上連片生長，黝黑的灘涂早已變成草地，呈現出明顯的“草進涂消”趨勢。根據有關研究資料，如果條件適宜，大米草可以每年在象山縣以幾何級速度增長，而由于目前港內海域主要受無機氮、磷酸鹽的污染，已呈嚴重富營養化狀態，如果港內海域大米草仍沒有得到任何有效的開發利用和開展大規模治理活動，大米草將占用漁民賴以生存的灘涂資源，破壞原有海域生態環境，致使其中魚類、蟹類、貝類、藻類等大量生物喪失繁殖生長場所，導致沿海水產資源銳減，海洋生物多樣性劇降。同時，一年一度大量根系生理性枯爛和大量種子枯死海中，致使灘泥受到污染，海水水質變劣，易引發赤潮。從目前西滬港海域大米草分布區域面來看，若不加以治理，今后幾年內大米草不僅將占領整個西滬港海域灘涂，還將可能迅速占領整個象山港海域灘涂，對象山港生態環境和灘涂養殖業造成極為不利的影響。

2 大米草機械化治理方法探討

從目前來看，國內治理大米草的技術方法主要有：①人工開挖法；②生物法；③化學除草法；④海水浸泡除草法。分析認為：化學除草治理法，成本省、方法簡單，但對環境有易造成二次污染的風險，影響生物多樣性發展；生物治理法，成本高，對環境不會造成污染，但目前還沒有找到大米草的“天敵”生物，也沒有找到很好的方法；物理治理法，效果好、成本高，且人力物力消耗大；浸泡除草法，成本省、方法簡單，但由于受條件限制，浸泡法往往難以達到理想效果。

通過分析各種方法，認為大米草治理采用機械化治理方案效果比較理想，相對來說，成本省、速度快、效果好、污染少。機械化治理最佳時間是每年3-4月大米草發芽生長期和7-8月快速生長期，這樣可以遏制大米草蔓延。

2009年11月由國家海洋局第二海洋研究所提出的《象山縣西滬港大米草治理項目建議書》內，專家們經科學論證和詳細研究后，推薦西滬港大米草治理采取“人工機械開挖大米草治理方案”。據相關專家介紹，人工機械開挖治理大米草是到目前為止最有效的辦法，可以做到徹底根治不復發。與化學除草法、物理浸泡法相比較，該方案在對港區水動力條件的恢復、生態環境恢復效果、灘涂養殖業的恢復、對水環境的影響等各項因素比選中優勢明顯。但這個方案從資金投入上看，人工開挖由于涉及到大量泥土的處理，投入資金較大，估算需在3億元左右。他們提出的方案中的機械，可能屬于工程機械，治理成本太昂貴。

如果采用旋耕機治理，曾設想用旋耕機把大米草的根打碎，讓海水將大米草沖到外海去自行腐爛掉。但經過仔細分析，大米草繁殖還是以無性繁殖為主，如果把根打碎，它隨著活海水流動，沖到別處海涂上就會在那里海涂生長，這樣反而起到人為傳播的作用，顯然這種方法不行。也曾提出，治理大米草用海水淹法，但經過仔細研究，海水有漲有落，那勢必要筑塘壩把海水關住，這樣做成本會高得驚人，同樣行不通。治理要求是既要治理效果好，又要成本低。

研究人員最終選擇的治理方法是采用機械化阻斷大米草生長光合作用的思路。具體辦法是在每年的3-4月，在大米草新的幼苗生長期，用機械進行碾壓，把地上植株直接壓入灘涂泥中，破壞其光合作用，起到阻斷作用。

3 大米草治理機械研制及試驗

大米草治理機械研制首先要解決的是通過性問題。由于海涂的泥與大田中的泥有很大的不同，海涂泥的黏性遠遠大于大田的泥，因此要考慮在大田中能良好作業的機械在海涂中會是怎樣。為此，試驗采用大田中作業良好的機械，觀察在海涂中行走效果。2011年6月10日，研究人員從武漢一家農機生產企業引進一臺田間使用的船型旋耕機，同年12月11日進行海涂試驗，結果不到20 min，船型旋耕機就陷入涂泥中無法自拔，試驗失敗，見圖1。

圖1 船型旋耕機在海涂上試驗

海涂上機械的通過性，是一個技術性難題，機械設計難點所在，也是治理機械核心技術。通過認真分析并搜索大量相關文選，同時外出考察這類機械的相關廠家，研究人員提出阻斷大米草生長光合作用的思路，研制的機械必須要有良好的通過性、折斷性、碾壓性。

繼續研究，第二代機械誕生。機械采用六輪驅動，動力35.28 kW，船頭安裝2副旋轉刀片，船尾裝旋耕機設計結構，機械如圖2所示。

圖2 改進后的第二代六輪切草旋耕型機械

2012年4月26日六輪切草旋耕型機械（樣機）制造完成，2012年5月14日進行試驗，結果還是以失敗告終。機械開到海涂上，試驗50 min，再次陷入海涂泥中，結果花了5 h多才把它拉上來。在海涂中的試驗情形如圖3所示。

圖3 陷入在海涂泥中的第二代試驗機械

第二代機械試驗失敗使研究人員明白，海涂中的機械行走系統不能用輪式，必須用履帶。研究人員重新設計機械的行走系統，2014年2月第三代機械誕生，如圖4所示。

圖4 在海涂上試驗的第三代機械

2014年3月28日至2014年4月28日，第三代機械1月內6次試驗，沒有一次陷入海涂泥中。該機械在海涂上行走非常順利，但同時發現轉向半徑大且不靈活。2015年4月2日，研究人員設計了第四代機械，如圖5所示。

圖5 試驗中的第四代機械

第四代機械解決了轉向半徑大、靈活度不夠等問題，試驗中操作簡便、轉向靈活。

4 結論和分析

歷時4年多時間，研制了第四代機械，那實際使用效果怎樣呢？研究人員在一個港灣海涂上，選擇一塊大米草生長良好、面積2 hm2的海涂作為試驗基地。根據阻斷大米草光合作用的原理，來實現抑制大米草生長的目的。每星期用機械碾壓1次，共3次，32 d后觀察，沒有發現新的大米草長出，試驗效果十分理想。試驗情形和大米草治理前后生長情況如圖6所示。

圖6 治理前后大米草生長情況對比

通過定點試驗，研制的大米草治理機械取得較好的成果。為此，現已經申請了國家發明專利和實用技術專利。該機械研制成功對我國沿海灘涂大米草的治理將會產生深遠的影響。

作者信息：1總工程師，象山縣農業機械化管理局；2局長，象山縣農業機械化管理局；3象山禾豐機械廠；4象山縣旭文海藻開發有限公司：315700，浙江