膜上開溝栽植工藝的設(shè)計(jì)

李俊虹++任萍++李俊偉++羅昕

摘要：針對目前新疆地區(qū)育苗移栽采用的膜上打孔栽植方式存在栽植效率低、栽后膜上覆土不實(shí)等問題，從改變穴苗栽植工藝入手，綜合對比分析裸地開溝與膜上打孔栽植工藝，提出膜上開溝栽植新思路，設(shè)計(jì)膜上開溝栽植工藝，并分析基于膜上開溝栽植的工藝特點(diǎn)及工藝難點(diǎn)，最后經(jīng)過膜上開溝種植試驗(yàn)，通過對試驗(yàn)對象（包括棵均種植時(shí)間、地膜切口間距以及秧苗長勢）的考察來探究膜上開溝栽植工藝的可行性。試驗(yàn)結(jié)果初步驗(yàn)證了膜上開溝栽植的可行性。

關(guān)鍵詞：覆膜栽植；裸地開溝；膜上打孔栽植；對比分析；種植試驗(yàn)

中圖分類號： S641.204文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2017）06-0204-03

番茄是新疆主要的經(jīng)濟(jì)作物，種植規(guī)模和制品出口量占全國的90%以上，占世界的30%[1]。覆膜栽植是新疆番茄種植發(fā)展的主要方式，克服了新疆干旱半干旱的氣候特點(diǎn)[2-4]。目前國內(nèi)外栽植技術(shù)主要?dú)w納為覆膜栽植與裸地開溝栽植兩大類。新疆覆膜栽植的普遍方式為膜上打孔（別稱穴開孔），存在的問題主要有：（1）基于膜上打孔栽植工藝的移栽作業(yè)覆土不實(shí)，易吊苗，造成移栽苗成活率低，補(bǔ)苗作業(yè)頻繁；（2）一孔一苗作業(yè)效率低，且造成揭膜困難，致使殘膜回收效果差。而上述的問題直接制約了新疆經(jīng)濟(jì)作物機(jī)械化育苗技術(shù)的應(yīng)用與推廣[5-6]?；趪鴥?nèi)外覆膜栽植、打孔栽植實(shí)例，項(xiàng)目組結(jié)合裸地開溝栽植工藝與膜上成穴開孔栽植工藝的技術(shù)思想，創(chuàng)新提出膜上開溝栽植工藝方案。本研究著重對膜上開溝栽植工藝進(jìn)行初步探索，推進(jìn)了后續(xù)研究。

1膜上開溝栽植工藝設(shè)計(jì)

膜上開溝栽植方式的工藝路線包括平地碎土工序、鋪設(shè)滴灌帶工序、鋪膜工序、膜邊覆土工序、膜上壓槽工序、槽內(nèi)覆土工序、分膜開溝工序、投苗工序、回土工序和鎮(zhèn)壓工序。

1.1工序的內(nèi)容及作用

平地碎土工序是將所要種植的土地進(jìn)行平整、打破大塊土壤、破解板結(jié)土塊，使土地平整、疏松，為覆膜栽植做好前提準(zhǔn)備；鋪設(shè)滴灌帶工序是將滴灌管按照栽植模式鋪設(shè)到平整好的土地上，為種植作物的后續(xù)田間管理做好設(shè)備支持；鋪膜工序是在土地上對應(yīng)好滴灌管的位置鋪設(shè)地膜；膜邊覆土工序是在地膜兩端覆上碎土，保證地膜定位；膜上壓槽工序是在鋪好的地膜上壓出溝槽，做為苗溝；槽內(nèi)覆土工序是將碎土輸入到溝槽內(nèi)；分膜開溝工序是用不等直徑雙圓盤栽植器將所覆土壤下面的地膜劃開，并分開地膜和土壤，形成苗溝；投苗工序是利用導(dǎo)苗管將穴盤苗導(dǎo)入到苗溝；回土工序是將溝槽內(nèi)所分出的土壤重新覆到溝內(nèi)；鎮(zhèn)壓工序就是將溝槽內(nèi)土壤壓實(shí)。

1.2工藝分析

1.2.1與膜上打孔對比（1）省去了膜上打孔的工序，節(jié)約了栽植時(shí)間，提高了栽植效率；（2）引進(jìn)了膜上壓槽工序和分膜開溝工序，整合了開溝栽植和覆膜栽植工藝。

1.2.2工藝難點(diǎn)（1）膜上壓槽時(shí)會發(fā)生地膜中間部分下陷，會不會引起地膜的兩端往中間收縮以及收縮量是關(guān)鍵問題；（2）分膜開溝時(shí)因地膜處于覆土之下，能不能順利將膜劃開，地膜劃開后地膜會不會往兩端收縮是關(guān)鍵問題。

2基于膜上開溝栽植工藝的種植試驗(yàn)

在分膜栽植工藝設(shè)計(jì)以及分析工藝難點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，通過試驗(yàn)對比來驗(yàn)證分膜過程中地膜是否收縮以及收縮量、地膜能否順利劃開以及分膜栽植的高效性，并統(tǒng)計(jì)秧苗長勢情況。

2.1試驗(yàn)設(shè)備和材料

本試驗(yàn)采用的主要設(shè)備和材料為鐵锨、山地自行車（胎寬為5.08 cm）、秒表、游標(biāo)卡尺，卷尺（測量范圍為0～5 m），普通白色聚乙烯超薄農(nóng)用地膜，寬度為1 m、苗齡50 d的“里格爾87-5”番茄穴盤苗，番茄苗生長所需復(fù)合肥10 kg。

2.2試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.2.1試驗(yàn)主要評價(jià)指標(biāo)（1）栽植時(shí)間。高效栽植主要取決于栽植時(shí)間的長短[6-7]，本試驗(yàn)的對照組和試驗(yàn)組分別為膜上打孔栽植與膜上開溝栽植。其中，膜上打孔栽植所需的栽植時(shí)間為打孔所需時(shí)間與栽植時(shí)間之和；膜上開溝栽植所需時(shí)間為分膜開溝時(shí)間與栽植時(shí)間之和。

膜上打孔栽植株均所用栽植時(shí)間：

式中：t1為打出n1個(gè)穴坑所需的時(shí)間，s； t11為栽植n1棵穴盤苗所需的時(shí)間，s；n1為膜上打孔栽植株數(shù)，株；t2為同等種植長度分膜開溝所需時(shí)間，s；t22為栽植n2株穴盤苗所需時(shí)間，s；n2為分膜開溝栽植株數(shù)，株。

（2）分膜后兩膜邊間距。分膜開溝由于在膜上壓槽時(shí)地膜中間部分下陷，地膜兩端產(chǎn)生對中間下陷部分的拉伸力，在拉伸力的作用下地膜中間部分會被拉向兩側(cè)，用分膜后兩膜邊之間的距離來表征地膜分開后的回彈程度。試驗(yàn)采用樣本點(diǎn)進(jìn)行測量，最后計(jì)算各樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)的平均值、各樣本點(diǎn)偏離均值量、方差和標(biāo)準(zhǔn)差。通過各項(xiàng)參數(shù)的大小對地膜被分開后的回彈情況進(jìn)行評估。

式中：d為各樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)的平均值，mm；Δ為樣本點(diǎn)偏離均值量，mm；s2為各樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)的方差，mm2；σ為各樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差，mm；di為第i個(gè)樣本點(diǎn)所測得的數(shù)據(jù)，mm；n為樣本點(diǎn)的個(gè)數(shù)，個(gè)。

（3）通過調(diào)研，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用莖稈直徑、秧苗高度、葉片數(shù)量來衡量秧苗的長勢情況。

2.2.2試驗(yàn)方案試驗(yàn)地點(diǎn)為石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院工廠后邊的空地，規(guī)格為5 m×6 m（圖1）。首先，人工將試驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行整地，使其平整、疏松；然后將地膜覆上，總共覆3張膜，其中兩側(cè)的2張膜為膜上開溝栽植，中間1張膜為膜上打孔栽植；覆膜后用山地自行車在兩側(cè)地膜的中間位置分別壓出溝槽，溝槽寬度為5.08 cm，同時(shí)將土覆到溝槽內(nèi)；用雙圓盤開溝器在溝槽內(nèi)由人工進(jìn)行分膜開溝，并記錄由雙圓盤開溝器分膜開溝所需的時(shí)間；最后將穴盤苗按照株距25 cm由人工進(jìn)行溝內(nèi)栽植，并記錄時(shí)間；對于中間1張地膜，首先由人工進(jìn)行打孔，按照25 cm的栽植株距，并記錄打孔所需的時(shí)間；最后由人工進(jìn)行穴盤苗栽植，并記錄栽植時(shí)間。

試驗(yàn)過程中在分膜開溝之后對覆土之下的地膜的分開距離d進(jìn)行測量，通過采取樣本點(diǎn)進(jìn)行測量，每隔50 cm選取1個(gè)樣本點(diǎn)，共取12個(gè)樣本點(diǎn)。最后計(jì)算出通過樣本點(diǎn)所測得所有數(shù)據(jù)的平均值，以平均值對地膜被分開后的回彈程度進(jìn)行評估。

試驗(yàn)過程中，以10 d為1個(gè)周期對秧苗的長勢進(jìn)行測量，衡量秧苗長勢的具體指標(biāo)為莖稈直徑、秧苗高度、葉片數(shù)量。測量莖稈直徑用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測量，測量的位置統(tǒng)一為秧苗莖稈距離地面4 cm處。秧苗高度使用卷尺進(jìn)行測量，測量時(shí)卷尺保持豎直，以自然狀態(tài)下的秧苗最頂端位置的高度作為秧苗的高度。葉片數(shù)量的測量采用查數(shù)法，通過人工查取每株秧苗的葉片數(shù)量來計(jì)數(shù)。

為了保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在整個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)，膜上開溝栽植的秧苗與膜上打孔栽植的秧苗采用同樣的田間管理措施，具體表現(xiàn)在相同時(shí)間和等量的澆水、施肥、除草、搭架。

3結(jié)果與分析

3.1不同栽植方式各工序所需時(shí)間

由表1分析可知，栽植同樣數(shù)量的番茄苗，膜上開溝栽植所需要的總時(shí)間少于膜上打孔栽植所需的總時(shí)間。從栽植工序消耗時(shí)間上來看，2種栽植方式栽植相同數(shù)量的番茄苗所需的時(shí)間基本一致，但是膜上打孔栽植方式打孔所消耗的時(shí)間多于膜上開溝栽植方式開溝所消耗的時(shí)間。因此，平均到單株秧苗所需要消耗的栽植時(shí)間表現(xiàn)為膜上開溝栽植所消耗的時(shí)間小于膜上打孔所消耗的時(shí)間。

3.2膜邊間距

通過對選取的樣本點(diǎn)所得數(shù)據(jù)處理（表2）可以得出，地膜被分開后形成的2張膜邊之間的距離平均為54 mm，新疆穴盤苗培育所用的穴盤規(guī)格為30 mm×30 mm×45 mm，54 mm 的膜間寬度能夠容納基質(zhì)上端面為30 mm×30 mm的穴盤苗，兩膜之間的距離過大會導(dǎo)致后期的跑墑嚴(yán)重，影響作

物的生長，兩膜之間的距離過小也會為秧苗落入兩膜之間增加難度。54 mm的寬度能夠使穴盤苗落在兩膜之間，經(jīng)過鎮(zhèn)壓能夠使兩膜之間距離縮小，使覆膜更為有效。兩膜間距基本處于50～60 mm 的范圍內(nèi)，波動小，變化平穩(wěn)。樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)的方差為14.5，標(biāo)準(zhǔn)差為3.8 mm，同樣可以發(fā)現(xiàn)樣本數(shù)據(jù)的波動性小，樣本數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定。

由圖2可知，膜上開溝栽植與膜上打孔栽植所種植的秧苗平均直徑都是在前30 d迅速增大，在30～60 d增大速度變緩，但二者的增加趨勢是一致的，且二者的水平基本保持一致，在整個(gè)生長階段二者莖稈平均直徑?jīng)]有較大差距。

3.4栽植方式對秧苗平均高度的影響

從秧苗平均高度對比折線圖（圖3）可以得出，膜上開溝栽植與膜上打孔栽植所種植的秧苗在試驗(yàn)期間高度一直增加，兩者高度水平及其變化趨勢基本保持一致，且在同一時(shí)期高度無明顯差異。

3.5栽植方式對葉片數(shù)量的影響

從秧苗葉片平均數(shù)量對比折線圖（圖4）可以得出，膜上開溝栽植與膜上打孔栽植所種植的秧苗在試驗(yàn)期內(nèi)葉片數(shù)量在不斷增加，兩者葉片數(shù)量水平及增長速度趨勢基本一致，且在同一時(shí)期葉片數(shù)量無明顯差異。

由本試驗(yàn)可以得出，在分膜栽植過程中地膜能夠被分開，分開后的地膜兩膜邊間距平均為54 mm，能夠滿足穴盤苗正常落入兩膜之間。通過對比栽植試驗(yàn)得出膜上開溝栽植棵均栽植時(shí)間少于膜上打孔栽植棵均栽植時(shí)間，初步顯示了膜上

開溝栽植的高效性。通過對試驗(yàn)期內(nèi)秧苗生長過程中各項(xiàng)指標(biāo)的記錄統(tǒng)計(jì)與分析，得出膜上開溝栽植與膜上打孔栽植所種植的秧苗在生長過程中長勢基本保持一致，同一生長期各項(xiàng)指標(biāo)均無明顯差異。

4結(jié)論

基于對國內(nèi)裸地開溝與膜上打孔栽植實(shí)例的分析與對比，提出了膜上開溝栽植方式，并對膜上開溝栽植方式進(jìn)行了工藝設(shè)計(jì)，并分析了工藝特點(diǎn)及工藝難點(diǎn)。針對工藝難點(diǎn)，進(jìn)行了基于膜上開溝栽植工藝的種植試驗(yàn)，通過種植試驗(yàn)驗(yàn)證了膜上開溝栽植方式是可行的，并論證了膜上開溝栽植方式的高效性以及膜上開溝栽植方式所種植的秧苗生長狀況與膜上打孔栽植所種植的秧苗生長狀況基本一致。本研究為基于膜上開溝栽植工藝配套的裝置的設(shè)計(jì)及研制提供了理論分析基礎(chǔ)。

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doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2017.06.054