摘要：为落实国家烟草专卖局关于加强烟草农机研发与应用及推动农机农艺融合的政策要求，针对烟田旺长期管理需求，研制了DHCTPZ型铲趟培土施肥植保一体机。该机采用模块化集成设计，实现了铲、趟、培土、施肥、植保五项作业的一次性协同完成。实践表明，该机可显著降低作业成本与劳动强度，提升作业标准化程度，并在平原至缓坡地均表现出良好适应性，符合烟草种植农艺要求，为推进烟草生产机械化提供了有效装备。

　　关键词：烟田；铲趟培土；施肥；植保；一体机；设计与试验

　　烟草是我国重要的经济作物，其种植面临用工量大、投入高、效益低等问题，制约着产业现代化的进程。尽管各烟叶产区已陆续推广铲、趟、培土、施肥及植保等环节的专用机械，但普遍存在功能单一、机具分散、作业效率低、重复进地导致土壤压实等问题，增加了烟叶生产的综合成本。

　　吉林省德惠市烟叶物资总公司与吉林大学徐振国博士研究团队协同攻关，成功研制了DHCTPZ型烟田作业一体机。该机以“一次作业、多环节协同”为目标，通过集成化与模块化设计，将铲、趟、培土、施肥及植保五大功能整合于同一作业平台，实现了烟田旺长期关键工序作业的连续性及一次性完成。

　　1.一体机总体结构与工作原理

　　1.1总体结构设计

　　DHCTPZ型一体机采用框架式机架作为主体承载结构，整体布局紧凑合理，分为牵引、行走、升降、铲趟、培土、施肥、植保七大模块，各功能模块通过标准化接口与机架连接，便于拆卸、维护与功能拓展[1]。

　　1.2工作原理

　　一体机作业时，牵引机车驱动一体机前行；铲趟培土装置的犁片、铲刀和培土耙片对烟田土壤进行铲趟和培土作业，将行间杂草铲除、土壤翻起并培到烟株根部；施肥装置根据设定的施肥量，通过连接在行走轮轴齿轮上的链条带动排肥器，将肥料通过排肥管均匀地施入烟田土壤中；植保装置的药箱内储存农药，通过将农药加压后输送到伸展支架上的喷嘴，喷嘴将农药均匀地喷洒在烟株上，实现病虫害防治作业。在道路行驶和地头调头以及田间作业时，通过操作升降系统，便可实现一体机的升降[2]。

　　将铲、趟、培土、施肥和植保等五个装置同时安装在机架上，可同步实现烟田铲、趟、培土、施肥和植保同步作业。

　　2.关键功能模块设计与性能分析

　　2.1铲趟装置

　　铲趟装置安装在机架两侧下端，采用对称布置的双深松犁结构，主要由左右各两组支架、调节机构和深松犁组成，耕深可调范围为120—200 mm。深松犁采用特殊设计的曲面犁体，能有效地进行铲地作业和破碎土壤并开出整齐的地沟；通过调节丝杠机构可实现耕深与倾角的任意调节，适应不同土壤质地与垄形要求。

　　2.2施肥装置

　　施肥装置位于铲趟培土装置上方，由肥箱、排肥器、输肥管、链轮、下肥漏斗五个部件组成，通过链条带动控制施肥轴转动，控制下肥漏斗开关大小以控制施肥量。

　　2.3植保装置

　　植保装置与施肥装置并列安装于同一部位，由药箱、隔膜泵、搅拌器、升降支架、伸展支架、联管、喷嘴、压力传感器和流量传感器九个部件组成。

　　植保模块采用隔膜泵供液，最大压力0.8 MPa，流量可调范围为20—60 L/min。伸展支架为三段折叠式设计，展开宽度2.1 m，适配不同垄距。喷嘴选用扇形雾化喷嘴，雾滴粒径VMD为150—250μm，覆盖均匀。药箱采用耐腐蚀的塑料材质制作，内置机械式搅拌器，转速80 r/min，确保药液均匀悬浮。

　　2.4培土装置

　　培土作业装置安装于整机的后方，由调节丝杆、螺母、旋转轴、方管、支架和培土耙片六部分组成，培土耙片采用仿形曲面设计，犁翼角度可调，覆土厚度通过螺杆机构在80—150 mm范围内精确控制，能将铲趟破开的土壤提升覆盖在烟株根部下方，形成良好的土垄形状。

　　3.试验设计与验证

　　3.1试验条件与方法

　　3.1.1地块因素设计

　　试验于2024-2025年在吉林省德惠市烟叶种植区进行。结合东北地区以平原和丘陵为主的地形特征，结合实际生产中烤烟种植多选择35°坡度以下地块，试验设计以较小坡度为主，以覆盖实际烤烟生产中常见的作业坡度范围。试验选用的烟田涵盖七种不同坡度地块：平地、15°、20°、25°、30°、35°及40°斜坡。为评估DHCTPZ型一体机的作业极限，增设40°坡度作为极端条件。所选坡度梯度基本覆盖烤烟生产中的典型地形，从而可系统反映一体机在实际烟田环境中的综合作业性能[3]。

　　3.1.2垄体因素设计

　　调研结果表明，北方地区烟田垄宽大多集中于1.0 m至1.2 m之间。基于此，试验将垄宽参数设定为1.0 m、1.1 m及1.2 m三个宽度，以确保机具能够适应不同区域的农艺要求。此外，考虑到实际生产中垄高存在一定差异，为进一步验证机具的作业适应性与稳定性，在每种垄宽条件下分别设置了20 cm、25 cm和30 cm三种垄高水平，从而系统模拟并覆盖烤烟种植中常见的垄型结构，为全面评估一体机在不同农艺条件下的作业性能提供可靠试验基础。

　　3.1.3烟田风力因素选择

　　结合气象部门数据，了解到东北地区主要风力等级以及风向特征，并由其提供实时的风力数据。为了验证机器是否能实现在北方的不同风力条件的作业质量，选择1-7级风力的天气开展烤烟移栽覆土作业试验。

　　设置平原与坡地、垄宽与垄高和风力三因素多水平正交试验。作业质量评价指标包括耕深稳定性、培土均匀性、施肥变异系数、喷雾覆盖率及土壤容重变化。

　　3.2烟田试验项目设计

　　试验项目包括不同地形地势下烟田铲趟培土施肥植保作业效果试验、不同垄体参数下的烟田铲趟培土施肥植保作业效果试验、不同风力条件下的烟田铲趟培土施肥植保效果试验。

　　3.3试验结果与分析

　　3.3.1地形适应性

　　在平原地块进行的试验中，所有作业环节（铲、趟、培土、施肥、植保）的作业质量均达到预定要求。

　　在坡地作业测试中，分别在15°、20°、25°、30°、35°及40°坡度地块进行了作业试验。结果表明，在15°至30°坡度范围内，无论是随坡顺垄还是随坡横垄作业，其各项作业质量均与平原地块表现一致，满足全部质量要求。对于35°坡度地块，随坡顺垄工况下的作业结果与15°—30°坡度区段一致；而在随坡横垄工况下，培土作业出现轻微不均匀，表现为上坡位置培土量略高于下坡位置，虽未达到完全标准状态，但仍符合规范允许范围。

　　值得关注的是，在40°坡度地块的试验中，随坡顺垄条件下的作业仍与15°—30°坡度表现一致；但在随坡横垄工况下，培土作业出现显著不均匀，上坡位置培土量明显大于下坡位置，超出烤烟培土作业的质量标准。

　　综上，在小于35°坡地条件下，一体机各项作业质量指标均符合农艺标准。40°横坡作业时培土均匀性下降，建议将作业坡度限制在35°以内。

　　3.3.2作业效率

　　一体机在平原、坡地、不同垄体规格及不同风力条件下烟田的铲、趟、培土、施肥与植保作业试验中，与传统的铲、趟、培土、施肥与植保作业进行对照。DHCTPZ型一体机在铲趟作业环节依次减少1个作业工序，平均作业效率为0.20 hm2/h，较人工作业提升8倍以上，工序整合减少设备转移时间约60%[4]。

　　3.3.3质量指标

　　铲趟后的土壤疏松，无明显的大土块，培土后的土垄高度和宽度均匀，形状良好，能够有效地保护烟株根系，增强烟株的抗倒伏能力。

　　施肥量变异系数为4.8%，表明施肥装置能够实现较为精准的施肥，施肥均匀性较好。通过对烟田不同位置土壤中肥料含量的检测，发现肥料在土壤中的分布较为均匀，能够为烟株生长提供充足且均匀的养分。

　　植保作业后，对烟株病虫害的防治效果进行调查。结果显示，病虫害的防治效果达到了95%以上，能够有效地控制烟田病虫害的发生和蔓延。

　　3.3.4土壤与植株响应

　　作业后对烟田土壤进行检测，发现土壤容重降低8.2%，孔隙度提升12.5%，土壤通气性和透水性得到改善，有利于烟株根系的生长和发育。

　　3.3.5经济效益分析

　　一体机铲趟每公顷作业一次比传统作业减少用工10个，每次作业减少费用1500元；一体机每公顷铲趟培土每次作业比传统作业减少用工19.3个，每次作业减少费用2895元；一体机每公顷铲趟培土施肥作业一次比传统作业减少用工20.8个，每次作业减少费用3120元；一体机每公顷铲趟培土施肥植保作业一次比传统作业（人工植保）减少用工21.8个，每次作业减少费用3420元；一体机每公顷铲趟培土施肥植保作业一次比传统作业（无人机植保）减少用工21.1个，每次作业减少费用3315元。

　　4.结论与展望

　　DHCTPZ型一体机通过集成化设计与模块化布局，实现了烟田旺长前期铲、趟、培土、施肥和植保关键作业环节的一体化高效协同，作业质量稳定、适应性强，经济效益显著，适合在北方烟区推广使用。后续研究可进一步引入电控技术与传感器系统，实现作业参数实时调控与智能导航，推动烟草机械向智能化、精准化方向发展。

参考文献：

　　[1]王泽宗.关于深化烟叶产业供给侧结构性改革的思考[J].中国烟草学报,2019(04):113-117.

　　[2]郭巍巍,汪雪雷.烟叶生产全程机械化视域下农机农艺融合创新发展实现路径探讨——以驻马店烟叶产区为例[J].乡村科技,2024(16):153-157.

　　[3]张洪波,沈志军,周毅,等.烟草起垄打穴一体机的设计与试验[J].农业工程与装备,2025(02):1-5.

　　[4]田君同,林勇,刘裕,等.起垄施肥覆膜一体机的研制[J].现代农业装备,2024(6):22-27,41.