木薯塊根的生物特性和種植環(huán)境對機械收獲的影響

楊之曦

摘要[目的]研究木薯塊根的生物特性和種植環(huán)境，為開發(fā)輕簡型、實用的木薯收獲機提供基礎數(shù)據(jù)，以解決丘陵地區(qū)木薯收獲的技術難題。[方法]調研丘陵山地的木薯收獲問題，測量木薯塊根的最大入土深度、塊根分布面積最大直徑、塊根長度、塊根最大直徑、單塊薯質量、單株薯總質量、單株塊根數(shù)量、丘陵山地道路和小田塊的坡度。[結果]塊根最大入土深度的平均值為200.0 mm，最大值為273.0 mm，塊根分布面積最大直徑的平均值為601.2 mm，最大值為812.0 mm，丘陵山地道路的坡度平均值為10.0°，小田塊的坡度平均值為3.8°。根據(jù)木薯塊根的生物特性提出人工動力輕簡型拔起式木薯收獲機的工作寬度、工作長度可設計為560.0～820.0 mm，拔起行程可設計為300.0～600.0 mm。田間試驗結果表明，在丘陵山地小田塊上使用的人工動力輕簡型拔起式木薯收獲機，重量小于25 kg的行走性能較好，重量大于25 kg的行走、移動操作比較困難。根據(jù)木薯塊根的生物特性數(shù)據(jù)減小木薯收獲機的工作寬度、工作長度，就能減小木薯收獲機的總體尺寸，從而減輕重量，能夠適應丘陵山地的行走和木薯收獲。[結論]在不影響產量的前提下，把木薯種在壟中間，則大大有利于木薯收獲機快速移動到木薯旁邊，提高收獲生產率。木薯收獲機的重量和尺寸是影響丘陵山地木薯收獲的重要因素。

關鍵詞木薯；生物特性；種植方式；木薯收獲機重量；丘陵山地

中圖分類號S225文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）33-0213-05

Effects of Biological Characteristics and Planting Environment of Cassava Root Tubers on Mechanized Harvesting

YANG Zhixi

（Agricultural Technology Service Center， Dashi Street， Panyu District， Guangzhou， Guangdong 511430）

Abstract[Objective]To study the biological characteristics and planting environment of cassava root tubers， and provide basic data for developing lightweight simplyequipped and practical cassava harvester so as to solve the technical problems about cassava harvesting in hilly areas. [Method]Investigate into the problems about cassava harvesting in hilly areas， measure the maximum insoil depth of cassava root tubers， the maximum diameter of roottuber distribution area， root tuber length， root tuber diameter， mass of a single piece of cassava， total mass of a single plant of cassava， number of root tubers of a single plant， and the slope of hillyarea roads and small field parcels. [Result]The mean value of the maximum insoil depth of the root tuber is 200.0 mm and the maximum value is 273.0 mm；the average diameter of root tuber distribution area is 601.2 mm and the maximum value is 812 .0 mm；the average value of slope of the hillyarea roads is 10.0° and the average slope of the small field parcel is 3.8°. According to the biological characteristic data of cassava root tubers， propose that the working width and working length of the manuallypowered lightweight simplyequipped pullup type cassava harvester can be designed to be 560.0～820.0 mm， and the pullup stroke can be designed to be 300.0～600.0 mm. The results of field experiments show that the manuallypowered lightweight simplyequipped pullup type cassava harvesters weighing below 25 kg used on small field parcels in hilly area may walk better， while those weighing over 25 kg may walk and move poorly. According to the biocharacteristic data of cassava root tubers， the working width， working length and overall size of cassava harvester can be reduced， so that the weight can be reduced， and their walking and cassava harvesting performances can be adapted to the hilly areas. [Conclusion]If the cassava species are planted in the middle of the rows without affecting the yield， the cassava harvester can be quickly moved to the side of the cassava so as to improve the yield productivity. The weight and size of a cassava harvester are the important factors that affect the harvesting of cassava in hilly areas.

Key wordsCassava；Biological characteristics；Planting pattern；Weight of cassava harvester；Hilly area

木薯是世界三大薯類作物（木薯、馬鈴薯、甘薯）之一，我國的木薯種植面積2015年已達到70萬hm2，潛在種植面積為150萬hm2，年產值將達500億元[1-7]。

至今，國內的木薯收獲主要采用傳統(tǒng)的人畜作業(yè)方式，勞動強度大、收獲成本高，在木薯生產過程中用工量最大，且在收獲季節(jié)由于收獲效率低、所耗時間長，導致木薯減產，嚴重阻礙了木薯種植業(yè)的發(fā)展，成為木薯種植業(yè)發(fā)展的“瓶頸”。木薯收獲是我國木薯產業(yè)鏈中最薄弱的環(huán)節(jié)，在相當大程度上制約了木薯產業(yè)的發(fā)展，影響了農民的收入[1，8，9-13]。目前，國內市場上尚未有成熟的、適應性強的、能夠大規(guī)模推廣應用的木薯收獲技術和機械，特別是對于生長在丘陵坡地、小地塊、道路環(huán)境惡劣等復雜環(huán)境中的木薯收獲技術和機械的研究，基本上還是空白?，F(xiàn)有的木薯收獲機械對于土壤黏性大、套種其他農作物的農田以及雨季潮濕泥濘的農田，適應性不強，甚至不能適應[1，8]。

研究丘陵地區(qū)木薯收獲技術，對在我國推廣木薯種植、增加農民收入、實現(xiàn)木薯產業(yè)化發(fā)展、解決三農問題具有重要意義。

中國熱帶農業(yè)科學院農業(yè)機械研究所的崔振德、黃暉、葉劍秋等指出：至今世界市場上也沒有技術成熟并能適應土壤黏性較大及地塊較小、地處丘陵山區(qū)等作業(yè)條件的木薯挖掘機[12]。

國外對木薯收獲機械和收獲技術的研究始于1932年[4，13-14]，至今，國外的木薯收獲并未完全實現(xiàn)機械化作業(yè)，也不能完全適合我國的木薯收獲，而國內的木薯收獲技術和機械研究起步較遲，雖然近年來取得了很多研究成果，但其適應性、實用性還有待提高。國內外研制的木薯收獲機械和開發(fā)的木薯收獲技術，基本上是大型或較大型的機械，適用于大型或較大的平地，不適用于丘陵山地，有關丘陵地區(qū)木薯收獲技術的研究成果極少。

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源需求不斷增長，木薯種植面積不斷擴大，但木薯種植和收獲器械的研究相對落后，尚處在起步階段，市場上沒有成熟的機型，難以滿足產業(yè)發(fā)展的需要[11，15]。 因此，開發(fā)適合我國木薯種植實際情況的丘陵山地木薯收獲技術和機械是亟需解決的重要課題。

筆者通過研究木薯塊根的生物特性和種植環(huán)境，為開發(fā)輕簡型、實用的木薯收獲機械提供基礎數(shù)據(jù)，為解決丘陵地區(qū)木薯收獲的技術難題打下基礎。通過調研和測定木薯種植方式、丘陵山地道路狀況、木薯品種、塊根長度、塊根的最大直徑、單塊薯質量、單株薯總質量、塊根最大入土深度、塊根分布面積最大直徑，分析其對木薯收獲的影響，根據(jù)木薯塊根的生物特性數(shù)據(jù)提出設計人工動力輕簡型拔起式木薯收獲機的工作寬度、工作長度、拔起行程的尺寸范圍，并分析丘陵山地和道路狀況對使用輕簡型木薯收獲機進行木薯收獲的影響。

1材料與方法

1.1材料

供試原料為木薯品種華南5號；土壤為試驗基地的紅壤。

試驗設備和工具：小型木薯收獲機試驗機，歐文五金機械有限公司制造；SF-400電子秤，分度值1 g，額定稱量5 kg，永康市鑫瑞拓家用衡器廠生產；150×0.02 mm II型游標卡尺，游標精度0.02 mm，哈爾濱量具刃具集團有限責任公司生產；JZC-B2型多功能坡度測量儀，測量精度±1°，南方建筑儀器廠生產；TGT-500機械磅秤，稱量500 kg，精度0.2 kg，廣州市準星衡器廠生產；鋼尺、卷尺。

1.2取樣時間及測定的相應指標

試驗于2014年2月10日～19日在中國熱帶農業(yè)科學院廣州實驗站開平高新品種試驗基地（廣東省開平市百合鎮(zhèn)）、國家木薯產業(yè)技術體系廣州綜合試驗站進行。

木薯收獲后，測量單塊薯質量、單株薯總質量、單株塊根數(shù)量，測定5株木薯，每個數(shù)據(jù)測量1次。

木薯收獲后，測量木薯的塊根長度、塊根最大直徑、塊根最大入土深度、 塊根分布面積最大直徑，測定5株木薯，每個數(shù)據(jù)測量3次，取其最大值作為測量數(shù)據(jù)。

測量丘陵山地道路、小田塊的坡度，各測定5個地點，每個數(shù)據(jù)測量1次。

1.3各指標的測定及試驗方法

1.3.1木薯種植環(huán)境的調研。

使用鋼尺、卷尺，對位于丘陵山區(qū)試驗基地小田塊的種植華南5號木薯的種植環(huán)境進行了調研，使用JZC-B2型多功能坡度測量儀，測量試驗地的丘陵山地道路、山地小田塊的坡度。

1.3.2土壤類型的調研。

試驗基地土壤是紅壤，土壤質地較為疏松，是適宜木薯生長發(fā)育的土壤。

1.3.3木薯塊根的測量。

試驗木薯品種華南5號是由ZM8625與華南8013的雜交后代選育而成，是目前我國推廣面積最大的新品種之一[16]。

生長特點：種莖耐貯存，發(fā)芽力強，出苗快，生長整齊；塊根及莖葉產量高，塊根可制淀粉或飼用，莖、葉可青貯飼用。植后7～8個月可收獲，屬早中熟品種。

適應性強，耐瘠耐肥，肥地更能充分發(fā)揮高產薯大的良種特性，耐旱，旱地出苗齊，且苗期生長快，能提早覆蓋地表保濕；另外，它密節(jié)矮稈，主莖稈粗壯硬直，較抗風，適于沿海干旱和多臺風地區(qū)栽培[17-18]。

木薯收獲后，用鋼尺、卷尺測量木薯的塊根長度、塊根最大入土深度、塊根分布面積最大直徑，用游標卡尺測量木薯塊根的最大直徑，用SF-400電子秤稱量單塊薯質量、單株薯總質量。

2結果與分析

2.1種植方式對收獲的影響

試驗基地的木薯種植方式是壟作，種植時壟寬120 cm，壟高20 cm，壟間的溝寬60 cm左右，木薯種植在壟的兩邊近溝處（圖1），經(jīng)過9個月生長期后，壟高為8～15 cm；木薯種植株距70 cm，行距100 cm；扦插方式為斜插。

當小型木薯收獲機移動到種植木薯處，因處于溝邊，容易造成小型木薯收獲機的不平衡、側翻，影響收獲。木薯收獲時，收獲機的一邊輪子在壟邊，另一邊輪子在溝內，木薯收獲機會呈傾斜狀態(tài)，影響收獲機的平衡和穩(wěn)定。由此看出農機和農藝結合的重要性，在保證獲得高產的前提下，木薯種植方式要結合木薯收獲機的使用，使收獲操作方便，最好種在壟中間，盡量不要種在溝邊，這樣木薯收獲機的輪子能平穩(wěn)著地，不傾斜，易于收獲，且能大大節(jié)省木薯收獲機移動接近木薯莖稈的時間，有效提高生產率和降低成本。

能否迅速容易地接近木薯植株，是衡量木薯收獲機是否高效率、實用的重要指標之一，因此木薯收獲機必須做得總體尺寸小、重量輕，且使農機和農藝結合才能達成。如果在不影響產量的前提下，把木薯種在壟中間，則大大有利于木薯收獲機快速移動到木薯旁邊，提高收獲生產率，方便收獲機械的操作。

2.2木薯塊根對收獲的影響

華南5號木薯塊根的測量數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1可以看出，單株塊根數(shù)量平均值6.2個，最小值3.0個、最大值8.0個；單株薯總質量平均值0.944 kg、最小值0.611 kg、最大值1.216 kg。

圖2是試驗用的人工動力輕簡型拔起式小型木薯收獲機。如圖2所示，人工動力輕簡型拔起式木薯收獲機的工作寬度即兩支腿之間的距離A，工作長度即支腿的長度B，拔木薯時，拔起臂從拔起開始到拔起結束所經(jīng)過的距離稱為拔起行程D，此即將1株木薯拔起至離開土壤所經(jīng)過的距離，此距離應大于木薯的最大入土深度，即木薯被拔起至離開土壤。

對于拔起式木薯收獲機，工作寬度、工作長度有如下要求：

①工作要求。應能適應向上拔起整株木薯而不會被收獲

機卡住木薯塊根。

②設計方法。木薯收獲機的工作寬度≥塊根分布面積最大直徑平均值，木薯收獲機的工作長度≥塊根分布面積最大直徑平均值。

從表1可以看出，塊根分布面積最大直徑平均值為611.2 mm，最小值501.0 mm，最大值812.0 mm。

根據(jù)實測數(shù)據(jù)，可設計木薯收獲機的工作寬度、工作長度為560～820 mm。

木薯收獲機的工作寬度、工作長度與總體尺寸、重量有關，減小工作寬度、工作長度，就能減小總體尺寸、減輕重量。

木薯收獲機的拔起行程可選擇為：

拔起行程≥最大入土深度的平均值，

或拔起行程≥最大入土深度的最大值。

由表1可以看出，最大入土深度平均值200.0 mm、最小值117.0 mm、最大值273.0 mm。

木薯收獲機的拔起行程可設計為300.0～600.0 mm，數(shù)值取大些是為了使木薯收獲機的拔起行程有足夠的寬裕，能適應大株的、塊根最大入土深度很深的木薯，并能適應莖稈傾斜甚至近地面的木薯收獲，這類木薯在收獲時要把莖稈拉向豎直，因而需要一定的拔起行程。

木薯收獲機的拔起行程與總體尺寸、重量有關，減小木薯收獲機的拔起行程，就能減小總體尺寸、減輕重量，能夠適應丘陵山地的行走，適應丘陵山地的木薯收獲。

2.3丘陵山地和道路狀況對收獲的影響

丘陵山地道路和小田塊的坡度測量數(shù)據(jù)如表2所示。從表2可以看出，山地小田塊的坡度范圍為3.0°～5.0°，平均值為3.8°。

丘陵山地道路的坡度范圍為9.0°～12.0°，平均值10.0°。

丘陵山地和道路有坡度，農田、路面凹凸不平，有溝，雜草、灌木、石塊等較多，特別是對于有石塊、磚頭和泥濘的農田、道路，或無機耕道路的，木薯收獲機行走困難，木薯收獲機一定要重量輕和輪子轉向靈活，才能適應在這種地面行走。我國木薯種植地塊主要集中在南方，多在貧窮落后的山區(qū)種植，勞動力因外出打工多而緊缺，青壯年勞動力少，婦女和中老年勞動者多，木薯收獲機的重量要很輕才能受農民歡迎。

由于有壟和溝，地面凹凸不平，木薯收獲機械較難行走，并難以接近木薯植株，即使能接近木薯植株，木薯收獲機也多呈傾斜狀態(tài)，增加了收獲的難度并影響了生產率。雜草叢生的種植環(huán)境，會影響木薯收獲機的移動以及移動速度，從而影響木薯收獲機接近木薯，給木薯收獲帶來了困難。

試驗結果表明，在丘陵山地的小田塊上使用的木薯收獲機，最好重量小于25 kg，越輕量越好，重量大于25 kg的，行走、移動操作就比較困難。

3結論與討論

3.1結論

該試驗通過對丘陵山地木薯的生物特性和生長環(huán)境進行了調研和測定，包括種植方式、生長狀態(tài)、道路狀況的調研，塊根的測量和分析。

塊根最大入土深度的平均值為200.0 mm，最大值為273.0 mm；塊根分布面積最大直徑的平均值為611.2 mm，最大值為812.0 mm。

對于拔起式木薯收獲機的工作寬度、工作長度、拔起行程，有如下要求：

①木薯收獲機的工作寬度和工作長度。

工作要求為應能適應向上拔起整株木薯而不會被木薯收獲機卡住木薯塊根。

設計方法為木薯收獲機的工作寬度≥塊根分布面積最大直徑平均值， 木薯收獲機的工作長度≥塊根分布面積最大直徑平均值。

根據(jù)實測數(shù)據(jù)，可設計木薯收獲機的工作寬度、總工作長度為560～820 mm。

拔起式木薯收獲機的拔起行程。

工作要求應能拔起整株木薯至塊根離開土壤。

設計方法：拔起行程≥最大入土深度的平均值，

或拔起行程≥最大入土深度的最大值。

實測塊根最大入土深度平均值200.0 mm，最大值273.0 mm。

木薯收獲機的拔起行程可設計為300.0～600.0 mm，數(shù)值取大些是為了使木薯收獲機的拔起行程有足夠的寬裕，能適應大株的、塊根最大入土深度很深的木薯，并能適應莖稈傾斜甚至近地面的木薯收獲，這類木薯在收獲時要把莖稈拉向豎直，因而需要一定的拔起行程。

木薯收獲機的工作寬度、工作長度、拔起行程與總體尺寸、重量有關，減小木薯收獲機的工作寬度、工作長度、拔起行程，就能減小木薯收獲機的尺寸、減輕重量，只有減輕重量才能夠適應丘陵山地的行走和木薯收獲。

在丘陵山地的小田塊上使用的人工動力輕簡型木薯收獲機，重量小于25 kg，移動性能和操作性能良好；重量大于25 kg的，移動和操作比較困難。

通過木薯收獲試驗，發(fā)現(xiàn)能否迅速容易地移動接近木薯植株，是衡量木薯收獲機是否實用的重要指標之一，減小木薯收獲機的總體尺寸、重量，使農機和農藝結合，在不影響產量的前提下，把木薯種在壟中間，會大大有利于木薯收獲機械的操作和提高收獲的生產率。木薯收獲機的重量和尺寸是影響丘陵山地木薯收獲操作的重要因素。

測定結果為開發(fā)更小型、更輕、適應性更強、更實用和有市場推廣價值的木薯收獲機械，解決丘陵地區(qū)木薯收獲的難題提供了重要的基礎數(shù)據(jù)。

3.2討論

要開發(fā)適合丘陵山地的木薯收獲機械，了解木薯生物學特性以及木薯生長環(huán)境對收獲的影響很重要[19-20]。木薯塊根肉質松脆，收獲時很容易破損和折斷，對于黏性土壤和干硬地塊，要求的拔起力大，更容易破損和折斷[1]。木薯塊根入土深，塊根向不同方向延伸，同時大小、長度不一[1，9，19]，無規(guī)律等，都會影響其收獲。測量塊根的生長數(shù)據(jù)，研究塊根的空間分布，對木薯收獲機械的收獲方式、機械結構、強度、零部件尺寸設計尤為重要[21]。種植農藝復雜多樣造成木薯收獲機具難適配，木薯有壟作、平作、平放種植、斜插種植、豎立種植，尤其在丘陵地區(qū)，由于各種植區(qū)的壟形、壟距差距較大，造成牽引機及收獲機的輪距難以匹配，致使木薯機械化收獲難度加大[22]。

丘陵山地的地形復雜、坡地、道路不平、無機耕道、溝壟起伏不平、土地零散面積小、梯田，木薯收獲機難以在地頭轉向；木薯收獲機還要適應土壤干旱板結、黏性土壤、土壤潮濕泥濘、雜草叢生的環(huán)境；要適應復雜多樣的種植農藝、農藝不規(guī)范、株行距不一、壟形壟距不一、間種套種、管理較混亂的木薯種植。

減小木薯收獲機的重量，可根據(jù)木薯的生物特性，在不影響收獲的前提下，盡量減小木薯收獲機的尺寸，還可以通過選用強度高、工藝性能好的材料，設計新型的木薯收獲機，把重量減輕到25 kg以下，能有效提高生產效率和降低成本，適應丘陵山地的行走和木薯收獲。只有結構簡單、重量很輕的木薯收獲機，才能快速地在山地移動，靈活地適應惡劣的地形環(huán)境、種植環(huán)境、復雜多變的農藝和生長狀態(tài)，將其應用于丘陵山地的木薯收獲，才能提高木薯收獲生產率和大幅度降低成本。

木薯收獲田間試驗表明：木薯收獲機的重量和尺寸對山地移動速度、木薯收獲生產率、成本和經(jīng)濟效益有非常顯著的影響。

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