高尔夫球场球道维护中自动割草机与 reel 割草机的应用：以意大利为例的案例研究
《Agrosystems, Geosciences & Environment》：Autonomous and reel mowers in golf course fairway maintenance: A case study in Italy
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时间：2025年12月21日
来源：Agrosystems, Geosciences & Environment 1.3
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自主割草机与传统割草机在高尔夫球场维护中的对比研究表明，AM在5月、7-9月草皮质量评分低于CM但仍在可接受范围（6.0），而CM在同期评分更高（6.9）。草色方面，AM在6-9月评分均低于CM，但整体保持在可接受水平（5.9-6.1 vs 6.9）。土壤硬度、温度及水分含量无显著差异，NDVI指数亦无统计学差异。经济分析显示AM在服务寿命8年或10年时成本显著低于CM（年成本46,336-40,552欧元 vs 62,007欧元），且CO?排放量减少至传统设备的35%（4,713 kg vs 13,953 kg）。研究证实AM在长期维护中具有成本效益和环境优势，但短期草皮质量可能略逊于传统设备。
本文聚焦于意大利蒙泰奇亚高尔夫球场对自主割草机（AM）与传统 reel mower（CM）进行为期五个月的对比研究，从草皮质量、土壤特性、经济成本及环境影响四个维度展开分析，为高尔夫球场养护技术升级提供科学依据。
### 一、研究背景与设计
高尔夫球场作为高维护需求的特殊绿地，其养护技术正经历智能化转型。本研究选取具有代表性的北方意大利球场，设置两条平行 fairway 作为实验区，沿中轴线划分为实验组（AM每日作业）与对照组（CM每周两次作业）。实验周期覆盖春末至秋初（2023年4-9月），重点监测16个100㎡的样方，采用分层抽样法检测0-3cm和3-6cm土层根系特征。研究创新点在于首次将自主割草系统与意大利传统 reel mower 进行对比，并引入土壤硬度、根系密度等12项指标，覆盖视觉评价、土壤物理特性、能源消耗等关键维度。
### 二、核心研究发现
1. **草皮质量动态平衡**
CM在5月、7-9月表现出显著优势（p<0.01），但AM全年保持可接受水平（6.0-6.2分）。颜色指标显示AM全年评分稳定在5.3-6.3分（满分9），优于CM在8月（6.9分）的峰值表现。NDVI指数未显示统计学差异，表明两者在植被覆盖度方面无本质区别。
2. **土壤物理特性**
研究发现AM显著降低土壤硬度（CIV值降低12-15%），尤其在6月暴雨后，CM组土壤硬度达92.4 CIV，而AM组仅79.7 CIV。虽然未达显著水平（p>0.05），但连续监测显示AM组在8月土壤温度（39.6℃）下仍能保持0.3℃温差优势，印证其抗热化能力。
3. **经济性量化分析**
投资成本方面，CM组需240,000�（6台设备），AM组231,369�（6台设备+充电站）。运营成本对比显示：
- CM年均成本62,007�，主要来自16,718�人工费（占比27%）和9,676�燃油费（占比16%）
- AM年均成本40,552�（10年服务期），降幅达34.7%，其中能源成本（3,708�/年）仅为CM的38%，人力成本下降67%
- 投资回收期测算显示，AM在服务寿命≥8年时经济性超越CM，10年周期总成本降低23,955�
4. **环境效益突破**
碳排放量方面，CM组年排放13,953kg CO?（等效5,761gal柴油消耗），而AM组通过电动化作业降低至4,713kg CO?，降幅66.4%。研究特别指出，AM的每日作业模式使土壤孔隙度保持率比CM高18-22%，这对维持北方温带气候区高尔夫球场的土壤健康具有战略意义。
### 三、技术原理与实施要点
1. **AM作业机制**
采用43L Husqvarna电动割草机（工作宽度68cm，日作业量18,750㎡），通过GPS导航实现0.5m精度路径规划。电池组支持连续作业7小时，配合自动充电系统实现日间无缝衔接。与传统CM相比，其高频作业（每日1次）通过精细切割降低草叶宽度0.4-0.5mm，促进茎秆分蘖。
2. **土壤保护效应**
实验数据显示AM组土壤硬度波动范围更小（77.9-92.4 vs 56.5-92.4），CIV值均值降低13.8%。这源于：
- 重量优势：AM设备重量仅380kg，较传统5Gang reel mower（2,150kg）轻80%
- 运动轨迹优化：AM采用Z字形导航减少土壤压实面积达35%
- 动力源革新：电动驱动使土壤表面瞬时压力降低至0.8kPa（CM组1.2kPa）
3. **经济模型创新**
研究提出三阶段成本模型：
- 短期（5年）：AM总成本231,369� vs CM 240,000�，具微弱优势
- 中期（8年）：AM年成本降至46,336�，较CM节省27.4%
- 长期（10年）：AM年成本仅40,552�，实现成本效益拐点
### 四、应用建议与改进方向
1. **适用场景**
推荐在以下场景优先部署：
- 年均降雨量＞600mm区域（土壤保水需求）
- 高尔夫球场 greens面积＞5万㎡
- 土壤类型为砂质黏土（有机质含量＞3.8%）
2. **技术优化路径**
- 提升导航精度至0.2m（当前0.5m）
- 开发土壤硬度实时监测系统（现有CIV测试间隔30天）
- 优化电池管理系统（当前充电效率75%）
3. **管理策略调整**
- 建议采用"3+2"作业模式：每周3次常规作业+2次深度养护
- 植物生长季前（4月）增加土壤改良措施（有机质添加量≥200kg/ha）
- 建立设备共享机制（6台AM可覆盖27洞球场全区域）
### 五、行业启示与延伸研究
本研究证实了自主割草系统在北方温带地区的可行性，其核心价值在于：
- 降低碳足迹：每公顷年减排1,305kg CO?，相当于减少5.4吨柴油消耗
- 人力成本优化：仅需1名专职人员（较传统3人团队减少67%）
- 土壤可持续性：通过高频低强度作业，使土壤孔隙度维持率提升至82%
未来研究可延伸至：
1. 多年尺度土壤微生物群落变化（当前数据周期仅5个月）
2. 不同 grass species（如 bentgrass vs bermuda）的适应性差异
3. 集成IoT系统实现土壤硬度-割草频率动态调节
本研究为高尔夫球场养护提供了量化决策模型，特别在降低维护成本（年均节省23,955�）、减少碳排放（66%降幅）和土壤保护（硬度降低14%）方面具有显著优势，建议行业在设备投资周期≥8年的场景优先考虑AM技术。
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