沿海滩涂“大米草”治理机械的研制

仇伟传 张明跃 郑家乃 朱文荣

沿海滩涂“大米草”治理机械的研制

仇伟传1张明跃2郑家乃3朱文荣4

大海的滩涂看起来没有什么用处，但事实上有很重要的功能，它就好像人的“肾脏”一样，具有排毒、解毒功能，它是海水自净系统的重要组成部分之一。治理“大米草”的目的，就是设法保护海涂湿地，恢复海涂湿地生态功能。

1 大米草在国内生长及危害状况

据国家海洋局第二海洋研究所专家的研究表明，大米草是外来生物，繁殖能力强、根系发达，可通过不断蚕食空间，导致贝类、蟹类、鱼类、藻类等多种生物窒息死亡。可见大米草的危害之大，它已经失去原来功用，变成“恶草”。由于大米草繁殖能力极强，第一年还是很小一块 ，但第二年就能扩大几十倍 ，因此，大米草治理已刻不容缓。

实际上，大米草的泛滥已经不是象山一个县的问题，而是一个全国性的问题，尤其是福建省宁德、蕉城、霞浦等闽东沿海地区，山东胶州湾沿海地区等发生面积较多，2013年据不完全统计全国发生面积达到99.96万hm2。

象山县大米草生长及危害状况也十分严重，每年人大代表、政协委员都有提案要求政府出面治理大米草。据初步调查，目前象山县发生面积在2 000 hm2，主要分布在墙头镇西沪港、泗洲头镇马岙塘、定塘镇外塘，尤其是黄避岙乡、大徐镇、墙头镇、西周镇四个沿西沪港的乡镇。墙头镇是沿港村落分布和人口最多的一个乡镇，该镇下沙村至舫前村前的海涂是最先发生大米草“扎根落户”的区域。据在墙头下沙村前滩涂实地观察，与水稻相仿的大米草在滩涂上连片生长，黝黑的滩涂早已变成草地，呈现出明显的“草进涂消”趋势。根据有关研究资料，如果条件适宜，大米草可以每年在象山县以几何级速度增长，而由于目前港内海域主要受无机氮、磷酸盐的污染，已呈严重富营养化状态，如果港内海域大米草仍没有得到任何有效的开发利用和开展大规模治理活动，大米草将占用渔民赖以生存的滩涂资源，破坏原有海域生态环境，致使其中鱼类、蟹类、贝类、藻类等大量生物丧失繁殖生长场所，导致沿海水产资源锐减，海洋生物多样性剧降。同时，一年一度大量根系生理性枯烂和大量种子枯死海中，致使滩泥受到污染，海水水质变劣，易引发赤潮。从目前西沪港海域大米草分布区域面来看，若不加以治理，今后几年内大米草不仅将占领整个西沪港海域滩涂，还将可能迅速占领整个象山港海域滩涂，对象山港生态环境和滩涂养殖业造成极为不利的影响。

2 大米草机械化治理方法探讨

从目前来看，国内治理大米草的技术方法主要有：①人工开挖法；②生物法；③化学除草法；④海水浸泡除草法。分析认为：化学除草治理法，成本省、方法简单，但对环境有易造成二次污染的风险，影响生物多样性发展；生物治理法，成本高，对环境不会造成污染，但目前还没有找到大米草的“天敌”生物，也没有找到很好的方法；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、方法简单，但由于受条件限制，浸泡法往往难以达到理想效果。

通过分析各种方法，认为大米草治理采用机械化治理方案效果比较理想，相对来说，成本省、速度快、效果好、污染少。机械化治理最佳时间是每年3-4月大米草发芽生长期和7-8月快速生长期，这样可以遏制大米草蔓延。

2009年11月由国家海洋局第二海洋研究所提出的《象山县西沪港大米草治理项目建议书》内，专家们经科学论证和详细研究后，推荐西沪港大米草治理采取“人工机械开挖大米草治理方案”。据相关专家介绍，人工机械开挖治理大米草是到目前为止最有效的办法，可以做到彻底根治不复发。与化学除草法、物理浸泡法相比较，该方案在对港区水动力条件的恢复、生态环境恢复效果、滩涂养殖业的恢复、对水环境的影响等各项因素比选中优势明显。但这个方案从资金投入上看，人工开挖由于涉及到大量泥土的处理，投入资金较大，估算需在3亿元左右。他们提出的方案中的机械，可能属于工程机械，治理成本太昂贵。

如果采用旋耕机治理，曾设想用旋耕机把大米草的根打碎，让海水将大米草冲到外海去自行腐烂掉。但经过仔细分析，大米草繁殖还是以无性繁殖为主，如果把根打碎，它随着活海水流动，冲到别处海涂上就会在那里海涂生长，这样反而起到人为传播的作用，显然这种方法不行。也曾提出，治理大米草用海水淹法，但经过仔细研究，海水有涨有落，那势必要筑塘坝把海水关住，这样做成本会高得惊人，同样行不通。治理要求是既要治理效果好，又要成本低。

研究人员最终选择的治理方法是采用机械化阻断大米草生长光合作用的思路。具体办法是在每年的3-4月，在大米草新的幼苗生长期，用机械进行碾压，把地上植株直接压入滩涂泥中，破坏其光合作用，起到阻断作用。

3 大米草治理机械研制及试验

大米草治理机械研制首先要解决的是通过性问题。由于海涂的泥与大田中的泥有很大的不同，海涂泥的黏性远远大于大田的泥，因此要考虑在大田中能良好作业的机械在海涂中会是怎样。为此，试验采用大田中作业良好的机械，观察在海涂中行走效果。2011年6月10日，研究人员从武汉一家农机生产企业引进一台田间使用的船型旋耕机，同年12月11日进行海涂试验，结果不到20 min，船型旋耕机就陷入涂泥中无法自拔，试验失败，见图1。

图1 船型旋耕机在海涂上试验

海涂上机械的通过性，是一个技术性难题，机械设计难点所在，也是治理机械核心技术。通过认真分析并搜索大量相关文选，同时外出考察这类机械的相关厂家，研究人员提出阻断大米草生长光合作用的思路，研制的机械必须要有良好的通过性、折断性、碾压性。

继续研究，第二代机械诞生。机械采用六轮驱动，动力35.28 kW，船头安装2副旋转刀片，船尾装旋耕机设计结构，机械如图2所示。

图2 改进后的第二代六轮切草旋耕型机械

2012年4月26日六轮切草旋耕型机械（样机）制造完成，2012年5月14日进行试验，结果还是以失败告终。机械开到海涂上，试验50 min，再次陷入海涂泥中，结果花了5 h多才把它拉上来。在海涂中的试验情形如图3所示。

图3 陷入在海涂泥中的第二代试验机械

第二代机械试验失败使研究人员明白，海涂中的机械行走系统不能用轮式，必须用履带。研究人员重新设计机械的行走系统，2014年2月第三代机械诞生，如图4所示。

图4 在海涂上试验的第三代机械

2014年3月28日至2014年4月28日，第三代机械1月内6次试验，没有一次陷入海涂泥中。该机械在海涂上行走非常顺利，但同时发现转向半径大且不灵活。2015年4月2日，研究人员设计了第四代机械，如图5所示。

图5 试验中的第四代机械

第四代机械解决了转向半径大、灵活度不够等问题，试验中操作简便、转向灵活。

4 结论和分析

历时4年多时间，研制了第四代机械，那实际使用效果怎样呢？研究人员在一个港湾海涂上，选择一块大米草生长良好、面积2 hm2的海涂作为试验基地。根据阻断大米草光合作用的原理，来实现抑制大米草生长的目的。每星期用机械碾压1次，共3次，32 d后观察，没有发现新的大米草长出，试验效果十分理想。试验情形和大米草治理前后生长情况如图6所示。

图6 治理前后大米草生长情况对比

通过定点试验，研制的大米草治理机械取得较好的成果。为此，现已经申请了国家发明专利和实用技术专利。该机械研制成功对我国沿海滩涂大米草的治理将会产生深远的影响。

作者信息：1总工程师，象山县农业机械化管理局；2局长，象山县农业机械化管理局；3象山禾丰机械厂；4象山县旭文海藻开发有限公司：315700，浙江