木薯寬窄行種植及配套機械化技術研究

鄧干然 ，黃 潔 ，黃應強 ，鄭 爽 ，李國杰 ，崔振德 ，李 玲 ，郁昌的

（1.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)機械研究所，湛江 524091；2.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院熱帶作物品種資源研究所，儋州 571737；3.湛江市農(nóng)業(yè)技術推廣中心，湛江 524000；4.國投廣東生物能源有限公司，湛江 524018；5.農(nóng)業(yè)部熱帶作物農(nóng)業(yè)裝備重點實驗室，湛江 524091）

0 引言

木薯是世界三大薯類作物（木薯、馬鈴薯、甘薯）之一，也是全球年產(chǎn)超億噸的七大作物之一，被譽為“地下糧倉”“淀粉之王”，是許多熱帶、亞熱帶國家重要的糧食作物和能源作物，在我國已有200年的栽培歷史[1]。木薯作為能源作物，在我國具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?017年9月，國家發(fā)展改革委、國家能源局等多個部門聯(lián)合印發(fā)《關于擴大生物燃料乙醇生產(chǎn)和推廣使用車用乙醇汽油的實施方案》，明確在全國范圍內(nèi)推廣使用車用乙醇汽油，到2020年基本實現(xiàn)全覆蓋。目前國際市場玉米和木薯年貿(mào)易量達1.7億t，是轉(zhuǎn)化生物燃料乙醇的優(yōu)質(zhì)原料。我國生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)經(jīng)過10多年發(fā)展，以玉米、木薯等為原料的1.0代和1.5代生產(chǎn)技術工藝成熟穩(wěn)定。

廣東省是我國木薯主產(chǎn)區(qū)之一，木薯被列為《廣東燃料乙醇專項發(fā)展規(guī)劃》[2009－2015]支持的生物質(zhì)能源作物，國家開發(fā)投資公司在廣東省湛江市已建成年產(chǎn)15萬t木薯燃料乙醇的項目，已于2016年4月試車成功產(chǎn)出乙醇成品。廣東省的木薯原料缺口巨大。目前廣東省在木薯生產(chǎn)過程中，主要依靠人工作業(yè)，勞動強度大，種植和收獲環(huán)節(jié)分別占木薯生產(chǎn)總勞動力的12%和61%[2]。廣東省經(jīng)濟發(fā)展水平高，農(nóng)業(yè)勞動力成本高于其他省份，這極大地限制了木薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，要提高木薯種植經(jīng)濟效益，機械化是必然選擇，而發(fā)展機械化，農(nóng)機和農(nóng)藝融合統(tǒng)一是基礎，兩者只有高度結(jié)合才能充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)機械和種植技術的潛力[3]。研究探索一種適宜全程機械化作業(yè)的木薯種植模式，對木薯生產(chǎn)機械化具有重要意義。

1 傳統(tǒng)木薯種植方法及其機械化存在的主要問題

傳統(tǒng)木薯的種植方式一般采用平種或壟作（一行一壟，小壟），按種莖方向有平放、斜插和直插3種扦插形式[4]。傳統(tǒng)種植方式下，一般都采取70～90 cm的等行距種植，種植的標準化和規(guī)范性差，行距寬窄偏差大、行向直線度差，壟形低，對實施機械化作業(yè)存在以下問題：

1）種植行距與拖拉機輪距及種植機械、管理機械、收獲機械的輪距不匹配，造成機械化作業(yè)時拖拉機和農(nóng)機具的輪胎不是壓在壟溝里而是壓在木薯壟上，壓傷木薯植株或壓碎木薯塊根。

2）木薯挖掘收獲機作業(yè)幅寬與木薯種植行距不匹配，無法對行挖掘、不易控制挖掘方向和深度，造成木薯塊根易被收獲機鏟斷，木薯機械化收獲損失大。

3）壟形低，容易受澇，影響木薯產(chǎn)量且造成土壤板結(jié)，木薯挖掘收獲機具工作阻力大，能耗高，機具磨損加快。

上述問題是制約木薯規(guī)?；蜋C械化生產(chǎn)的最主要原因。因此，需要引入一種適宜全程機械化作業(yè)的木薯種植農(nóng)藝模式。

2 適宜機械化的木薯種植農(nóng)藝模式設計

從有利于機械化作業(yè)且不影響木薯產(chǎn)量的角度出發(fā)，研究制定了“木薯寬窄雙行起壟種植”的農(nóng)藝模式。該農(nóng)藝模式充分考慮全程適宜機械化和收獲節(jié)能，要求木薯耕種管收全程均使用66.18 kW（90馬力）輪式拖拉機作業(yè)，按照該型拖拉機的輪距參數(shù)，確定了木薯種植主要農(nóng)藝參數(shù)，如圖1所示。

圖1 寬窄雙行起壟種植模式示意

木薯寬窄雙行起壟種植模式主要技術特點為：

2.1 壟形要求

起梯形大壟，壟面寬度約110 cm，壟底寬度約120 cm，壟溝寬約 50 cm，保證 66.18 kW（90 馬力）拖拉機順利跨行通過不壓行，該型拖拉機內(nèi)輪距約118 cm、輪胎寬約 45 cm；壟形高度為 25～30 cm，保證木薯生長期間雨季排水（木薯忌澇）以穩(wěn)產(chǎn)，且在雨水沖刷后仍能保持一定的壟形高度。維持壟形高度的目的除了對農(nóng)藝有利外，對機械化也比較有利，尤其在木薯塊根收獲時可顯著減少挖掘作業(yè)土方量、減輕拖拉機負荷和收獲機的過土負重，同時較高壟形排水順暢，可使土壤保持松軟，有利于挖掘過程中減少阻力。

2.2 種植密度

每個大壟要求種植2行，壟內(nèi)行距約70 cm，鄰壟行距約100 cm，株距約70 cm，構(gòu)成典型的寬窄雙行種植模式。按此計算每公頃種植木薯株數(shù)約16 000株，較傳統(tǒng)種植90 cm（行距）×70 cm（株距），單位面積實際木薯株數(shù)相差不大，有利于穩(wěn)產(chǎn)保產(chǎn)。

3 木薯生產(chǎn)全程機械化的設備配套

3.1 耕整地機械化

利用拖拉機后懸掛旋耕起壟機，對耕地進行旋耕碎土、平整，起梯形壟，壟體的兩側(cè)開有倒梯形壟溝供拖拉機行走。該旋耕起壟機由常規(guī)旋耕機增設2片集泥板改進而成，由集泥板從壟溝處刮取上層泥土堆集到壟上，形成梯形壟。

使用旋耕機，旋耕起壟處理的旋耕深度為25～30 cm，起壟壟體的壟面寬度為110 cm，壟底寬度為120 cm，壟體的壟高約為30 cm，壟溝的寬度為50 cm。視耕地土質(zhì)情況，起壟高度和壟面寬度有一定的差異，較松軟或耕層較深的土質(zhì)起壟30 cm；較濕軟的泥土，壟面寬度保持較好，但干燥泥土流動性較大，壟面邊沿泥土有下滑情況，寬度將縮?。话褰Y(jié)土質(zhì)或耕層較淺的土壤，起壟高度約在25 cm?？傊谝欢ǚ秶鷥?nèi)的壟形變化，對機械化實施和作物生長影響不大。

3.2 木薯種植機械化

耕整好的木薯地，在大壟上沿縱向方向，利用實時切種式雙行木薯種植機種出2行木薯。該木薯種植機后懸掛于拖拉機，作業(yè)時種植機在壟上一次完成開種植溝、木薯切種、施肥和覆土。木薯種植機的切種機構(gòu)、施肥機構(gòu)依靠一對驅(qū)動地輪獲得動力，驅(qū)動地輪的內(nèi)間距與壟底寬度相配合，驅(qū)動地輪完全行走在壟溝內(nèi)。為防止種植過程中壟形被破壞，木薯種植機設有1對保持壟形的側(cè)面護壟板和1片后壟面刮板，使種植前后壟形基本保持不變。

為防止雜草先于木薯出苗而影響木薯生長，木薯種植完成后，應及時采取苗前土壤封閉除草劑來防控雜草。噴灑封閉除草劑，亦通過拖拉機后懸掛的噴藥機來完成，以保證噴藥過程作業(yè)機具不破壞壟形。

3.3 苗期田間管理機械化

木薯出苗之后，利用拖拉機后懸掛中耕施肥培土機進行培土、護壟和除草，必要時使用噴藥機進行除蟲、防病。

3.4 木薯秸稈粉碎機械化

木薯塊根成熟后，利用木薯稈粉碎還田機高效處理木薯秸稈。木薯稈粉碎還田機設計成仿壟形，粉碎機工作幅寬與壟面寬度相配合，仿壟的地輪完全行走在壟溝內(nèi)，以66.18 kW（90馬力）拖拉機為動力，作業(yè)時拖拉機的輪胎及粉碎機的地輪不壓壟、不壓土下的木薯塊根。

3.5 木薯塊根挖掘收獲機械化

木薯秸稈處理后，留置1周左右，以降低未充分粉碎的木薯稈萌芽的可能性，再利用木薯挖掘收獲機進行木薯塊根收獲。振動鏈式木薯收獲機工作幅寬與壟面寬度相配合，同樣由拖拉機牽引作業(yè)，拖拉機的輪胎及收獲機的限深地輪均行走在壟溝內(nèi)，不壓壟、不壓已經(jīng)翻出的木薯塊根。

4 木薯生產(chǎn)全程機械化的生產(chǎn)實踐

4.1 試驗與生產(chǎn)應用情況

按照前述的農(nóng)藝模式和設計開發(fā)的相關作業(yè)機械，2017年在國投廣東生物能源有限公司多個木薯種植基地（包括雷州、遂溪、電白等市縣）進行全程農(nóng)機農(nóng)藝結(jié)合試驗示范，應用面積近400 hm2。按照不同農(nóng)藝環(huán)節(jié)作業(yè)面積累計，從耕整地、種植、培土、木薯稈粉碎和塊根收獲，相關機具實際完成作業(yè)近 2 000 hm2，收獲期測定木薯產(chǎn)量在 20～ 40 t/hm2之間，產(chǎn)量在常規(guī)種植模式的范圍之內(nèi)。

4.2 主要技術經(jīng)濟性分析

按照2017年價格測算，以幾個主要作業(yè)環(huán)節(jié)為例（1 畝 =0.067 hm2）：

1）人工種植木薯，種植效率為1畝/人·d，成本約為120元/畝。通過機械起壟種植，種植效率能達到27畝/人·d（含拖拉機手，以下同），“機械+人工”成本約為40元/畝。機械種植效率是人工種植的26倍，單位面積機械種植作業(yè)成本僅為人工種植的1/3。

2）人工砍運木薯稈，人工效率為2畝/人·d，成本約為80元/畝。采用機械粉碎木薯稈，機械作業(yè)效率為80畝/人·d，“機械+人工”成本約為20元/畝，機械作業(yè)效率是人工的40倍，單位面積機械作業(yè)成本僅為人工的1/4。

3）人工收獲木薯，收獲效率一般為0.6畝/人·d，成本約為150元/畝。采用機械收獲，收獲效率6畝/人·d，“機械+人工”成本為60元/畝。機械收獲效率是人工的10倍，單位面積機械收獲成本僅為人工的2/5。

5 小論

生產(chǎn)試驗證明，采用適宜機械化的木薯寬窄雙行起壟種植方法，配套針對這一模式設計研制開發(fā)的系列生產(chǎn)管理機械，可有效實現(xiàn)從整地、種植、田間管理、木薯稈粉碎以及木薯塊根收獲的全程機械化，總體木薯產(chǎn)量有保證，塊根收獲率高，技術易操作、生產(chǎn)效率高，做到農(nóng)機農(nóng)藝的高度融合，同時生產(chǎn)全程單位面積作業(yè)成本較人工降低了約2/3。