壟作式木薯種植機(jī)作業(yè)質(zhì)量評價方法

覃雙眉，黃 潔，郁昌的，呂以志，崔振德，李國杰，鄭 爽，李 玲，何馮光，鄧干然

(1.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，廣東 湛江 524091；2.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所，?？?571101；3.國投廣東生物能源有限公司，廣東 湛江524018；4.湛江市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，廣東 湛江 524000；5.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部熱帶作物農(nóng)業(yè)裝備重點實驗室，廣東 湛江 524091)

0 引言

常規(guī)木薯的栽培模式一般采用平種模式，按種莖方向有平放、斜插和直插三種扦插形式[1]。鑒于不同品種木薯的生物性狀、栽培地域的氣候土壤條件，木薯平種模式有一定的差異，但主要差別是種植株距或行距的不同。對于同一品種、在同一栽培區(qū)域的木薯，生產(chǎn)上普遍采用等行距種植。木薯產(chǎn)區(qū)多在華南多雨和黏重土壤地帶，平種模式的木薯地排水不暢易受澇，干旱時則造成土壤板結(jié)，木薯挖掘收獲機(jī)具工作阻力大，薯、土分離困難，作業(yè)機(jī)組負(fù)荷大、能耗高，機(jī)具磨損加快[2]。另外，在等行距種植條件下，木薯行距與拖拉機(jī)輪距及種植機(jī)械、管理機(jī)械、收獲機(jī)械的輪距難以相匹配，造成機(jī)械化作業(yè)時拖拉機(jī)和農(nóng)機(jī)具的輪胎壓在木薯壟上，壓傷木薯植株或壓碎木薯塊根，收獲損失大[3]。因此，傳統(tǒng)等行距、平種的木薯種植模式不適合機(jī)械化作業(yè)，是目前制約木薯機(jī)械化發(fā)展的主要原因。

按照農(nóng)機(jī)農(nóng)藝結(jié)合推進(jìn)木薯生產(chǎn)全程機(jī)械化的要求，鄧干然等開展了寬窄雙行起壟栽培模式及機(jī)械化種植技術(shù)的研究，研制了2CML-2型壟作式木薯種植機(jī)，并在相關(guān)產(chǎn)區(qū)進(jìn)行了區(qū)域試驗，豐富了我國木薯種植機(jī)的類型。我國開展木薯種植機(jī)械研發(fā)有十多年的歷史[4-7]，有幾種不同類型的機(jī)型在國內(nèi)、國外得到一定的使用。但目前生產(chǎn)上尚未建立統(tǒng)一的評價木薯種植機(jī)作業(yè)質(zhì)量的具體方法，不同機(jī)型、不同廠家之間的產(chǎn)品無法進(jìn)行優(yōu)劣比較，造成用戶難以選擇合適的產(chǎn)品，不利于規(guī)范木薯種植機(jī)產(chǎn)品設(shè)計、制造及檢驗，也不利于實現(xiàn)農(nóng)藝標(biāo)準(zhǔn)化和農(nóng)機(jī)農(nóng)藝結(jié)合。國家能源局2018年發(fā)布了《木薯機(jī)械化種植技術(shù)規(guī)范》(NB/T 10064-2018)[8]，總體對木薯種植農(nóng)藝方面作了相關(guān)的指標(biāo)要求，但對主要指標(biāo)的測試方法尚未明確，也沒有規(guī)定木薯種植機(jī)作業(yè)質(zhì)量的評價方法。針對2CML-2型壟作式木薯種植機(jī)的試驗結(jié)果和實踐經(jīng)驗，探討了木薯種植機(jī)作業(yè)質(zhì)量評價指標(biāo)與測試方法，以供其他木薯種植機(jī)相關(guān)業(yè)者參考。

1 2CML-2型壟作式木薯種植機(jī)概述

生產(chǎn)上以木薯桿為種植材料，木薯桿來源豐富，植后出苗快、生長快、產(chǎn)量高。因木薯種子來源稀少，植后出苗慢、生長緩慢、產(chǎn)量低，利用木薯種子種植主要應(yīng)用在育種研究方面。傳統(tǒng)人工木薯種植，利用切刀將長度為100～200 cm的木薯桿切段為15～20 cm長度的種莖，再人工放種、施肥和覆土。機(jī)械化種植是利用專用的木薯種植機(jī)，實施切種、下種、施肥和覆土。按照切種的形式，木薯種植機(jī)可分為實時切種式和預(yù)切種式兩種機(jī)型。目前，技術(shù)相對成熟的是實時切種式種植機(jī)，作業(yè)時需要2名送種操作手坐在種植機(jī)上，隨種植機(jī)前進(jìn)速度同步喂送木薯桿至切種機(jī)構(gòu)，即時切種、下種。預(yù)切種式種植機(jī)還在研究攻關(guān)中，這種木薯種植機(jī)需要另外配套專用的種莖切段機(jī)[9]，預(yù)先將木薯桿切成所需長度的種莖，再在種植機(jī)上人工或自動排種、下種。基于自動排種[10-11]的預(yù)切種式木薯種植機(jī)是未來的發(fā)展方向。

2CML-2型壟作式木薯種植機(jī)是一種實時切種式木薯種植機(jī)[12]，針對起壟雙行種植模式而研制。該型種植機(jī)與配套的旋耕起壟機(jī)或旋耕施肥起壟機(jī)、噴桿式噴霧機(jī)、木薯秸稈粉碎還田機(jī)或木薯秸稈粉碎收集機(jī)、振動鏈?zhǔn)侥臼硗诰蚴斋@機(jī)等進(jìn)行了一體化設(shè)計，在工作幅寬、種植行距等主要參數(shù)方面互相銜接，可實現(xiàn)全程機(jī)械化。2CML-2型壟作式木薯種植機(jī)采用三點懸掛，由輪式拖拉機(jī)牽引，其主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.施肥裝置；2.切種裝置；3.三點懸掛；4.切種驅(qū)動鏈；5.驅(qū)動地輪；6.壟側(cè)護(hù)壟板；7.導(dǎo)種槽；8.壟面覆土刮板；9.座椅；10.木薯桿支架圖1 2CML-2型壟作式木薯種植機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖

2CML-2型壟作式木薯種植機(jī)包括施肥裝置、切種裝置、三點懸掛、切種驅(qū)動鏈、驅(qū)動地輪、壟側(cè)護(hù)壟板、導(dǎo)種槽、壟面覆土刮板、座椅、木薯桿支架等組成。種植前預(yù)先用旋耕起壟機(jī)起好壟，作業(yè)時木薯種植機(jī)在拖拉機(jī)牽引下向前移動，坐在木薯種植機(jī)上的送種操作手向切種裝置內(nèi)喂入木薯桿，在驅(qū)動地輪的作用下，切種裝置轉(zhuǎn)動，木薯桿不斷向下輸送，并被切成長度合適的種莖，種莖沿導(dǎo)種槽向下滑動，落入種植溝內(nèi)，再由壟面覆土刮板刮取種植溝沿高出的土壤對種莖進(jìn)行覆土。在開種植溝的同時，施肥裝置在地輪的驅(qū)動作用下，施肥器旋轉(zhuǎn)推擠出肥料，通過導(dǎo)肥管撒施在開溝器開出的溝底，并利用導(dǎo)種槽的下部對肥料進(jìn)行初步覆土，實現(xiàn)種肥隔離，避免肥料與木薯種莖直接接觸，造成燒苗，影響木薯出苗率。在種植機(jī)開溝、下肥、下種、覆土過程中，由于壟側(cè)護(hù)壟板和壟面覆土刮板的仿壟保護(hù)作用，種植后壟體總體保持三面平整。

2 主要技術(shù)參數(shù)與種植質(zhì)量指標(biāo)

2.1 主要技術(shù)參數(shù)

2.1.1 配套動力

配套動力指用于掛載或牽引木薯種植機(jī)正常作業(yè)所需要的拖拉機(jī)型號，根據(jù)種植機(jī)的標(biāo)識要求進(jìn)行配置。2CML-2型壟作式木薯種植機(jī)，按照作業(yè)動力需求，配備66.2 kW(90馬力)拖拉機(jī)，即可有效滿足木薯種植過程中牽引、開溝、切種、施肥、覆土以及負(fù)重(2名操作手約150 kg、木薯桿約300 kg、肥料約300 kg)的動力需要。

2.1.2 種植行距與株距

2CML-2型壟作式木薯種植機(jī)用于寬窄雙行起壟種植模式。種植前用旋耕起壟機(jī)起梯形大壟，按照《木薯機(jī)械化種植技術(shù)規(guī)范》(NB/T 10064-2018)的定義，梯形大壟稱“播幅”， 1個播幅上種植2行木薯，同一播幅內(nèi)2行木薯的垂直距離稱“幅內(nèi)行距”(即窄行)，不同播幅之間相鄰2行木薯的垂直距離稱“鄰接行距”(即寬行)。根據(jù)壟形特點，種植機(jī)作業(yè)時在一個播幅內(nèi)開2個深度約10～15 cm、寬度約15 cm小種植溝。由于播幅寬度有限，而且壟體邊緣要留出足夠的空間以保證種莖覆土良好，幅內(nèi)行距選擇在60～70 cm，鄰接行距為110～120 cm。對于株距的確定，株形開放的開杈木薯品種，株距可以選擇在80～100 cm；而株形較小的直立木薯品種，株距可選擇在60～80 cm?？紤]到不同品種對行距、株距的不同要求，2CML-2型壟作式木薯種植機(jī)在設(shè)計上做成一定范圍內(nèi)可調(diào)整的結(jié)構(gòu)。

2.1.3 種植深度

2CML-2型壟作式木薯種植機(jī)下種方式為水平放種，種植深度是指木薯種莖下種覆土后，從種莖表面到覆土表面的垂直距離。木薯種莖的種植深度，根據(jù)不同的土壤、不同的氣候條件有一定的差別，種植深度范圍一般在5～8 cm之間。在沙壤土或雨水少的干燥天氣種植木薯，宜選擇較深的種植深度，以利于保水抗旱、避免種莖失水干枯不能出苗。在紅壤土或多雨天氣，用較淺的種植深度，有利于縮短出苗時間。2CML-2型壟作式木薯種植機(jī)的種植深度由開溝犁的開溝深度確定，開溝犁同樣設(shè)計成可調(diào)整，根據(jù)需要的種植深度，調(diào)節(jié)好后再正常作業(yè)。

2.1.4 切種長度

切種長度是木薯桿經(jīng)切種機(jī)構(gòu)切段后，所獲得的木薯種莖的長度。根據(jù)不同的土壤、不同的氣候條件切種長度有一定的差別，一般在15～20 cm之間。在沙壤土或雨水少干燥天氣種植，宜選擇較長的切種長度，以利于保水抗旱、避免種莖失水干枯不能出苗。在紅壤土或多雨天氣，出苗時間快，為節(jié)省用種量，可使用較短的切種長度。種植前如有條件將木薯桿用清水浸泡一定的時間，可大幅增加種莖的含水量，也可使切種長度縮短。2CML-2型壟作式木薯種植機(jī)的切種長度設(shè)計成可調(diào)整，根據(jù)需要調(diào)節(jié)好后再正常作業(yè)。

2.2 種植質(zhì)量指標(biāo)

2.2.1 莖段長度偏差與莖段合格率

莖段長度偏差是木薯種莖的實際切種長度L與種植機(jī)設(shè)定的切種長度L0的差異程度。合格莖段主要指木薯種莖的實際切種長度L在種植機(jī)設(shè)定切種長度L0允許偏差范圍內(nèi)，并且切口平整、無影響出苗的機(jī)械傷芽、傷皮、破裂；莖段合格率是指合格莖段的數(shù)量占播種總數(shù)量的百分比。在《木薯機(jī)械化種植技術(shù)規(guī)范》(NB/T 10064-2018)中，規(guī)定莖段偏差△L≤2.0 cm，莖段合格率96.0%。莖段長度偏差與莖段合格率分別用△L和Lh表示為

△L=L-L0

(1)

(2)

只要莖段長度偏差△L≤2.0 cm，該莖段視為切種長度合格。莖段長度偏差與莖段合格率是評價種植機(jī)切種裝置可靠性的關(guān)鍵指標(biāo)。莖段長度偏差小，說明切種裝置的可靠性高，切種穩(wěn)定，株距也相對穩(wěn)定。莖段合格率Lh越高，更容易獲得長勢比較整齊的木薯苗，對后期田間管理更有利。

2.2.2 漏播與漏播率

漏播是在超過種植機(jī)設(shè)定株距1.5倍距離內(nèi)，沒有播下種莖的情況。比如，設(shè)定株距為80 cm，如果在120 cm的長度范圍內(nèi)，沒有播下木薯種莖，該處即為1個漏播；在240 cm的長度范圍內(nèi)，沒有播下木薯種莖，該處為2個漏播；依此類推。漏播的莖段數(shù)占應(yīng)播種莖段總數(shù)量的百分比為漏播率，以B表示為

(3)

漏播率是評價木薯種植機(jī)的重要指標(biāo)。漏播率低，表明種植機(jī)具有較高的整體可靠性，說明切種裝置、導(dǎo)種槽、開溝犁、覆土機(jī)構(gòu)等協(xié)調(diào)良好。漏播率低，單位面積的木薯株數(shù)才能有效保證，株數(shù)有效保證產(chǎn)量才有基礎(chǔ)。反之，漏播率高，單位面積木薯有效株數(shù)將減少，從而影響產(chǎn)量，而且漏播處容易產(chǎn)生雜草危害，增加木薯園的管理難度?！赌臼頇C(jī)械化種植技術(shù)規(guī)范》(NB/T 10064-2018)規(guī)定，漏播率應(yīng)控制在2.0%以內(nèi)。

2.2.3 露種與露種率

露種是指覆土后，裸露出土壤表面的種莖段，包括全部裸露和部分裸露的種莖段。露種率是指裸露出土壤表面的種莖段數(shù)量占播種莖段總數(shù)量的百分比，以S表示為

(4)

露種率是評價木薯種植機(jī)的重要指標(biāo)，反映出種植機(jī)下種環(huán)節(jié)種莖接觸土壤瞬間的平穩(wěn)性，也反映覆土機(jī)構(gòu)的覆土可靠性。下種環(huán)節(jié)種莖接觸土壤瞬間的不平穩(wěn)，引起種莖跳動，在覆土?xí)r造成種莖段一頭高一頭低，甚至跳出土壤；覆土機(jī)構(gòu)覆土?xí)r對種莖產(chǎn)生直接或間接接觸作用力、引起種莖空間位置變化、上浮出泥面，均會造成露種。露種率高將會降低木薯出苗率，尤其是干旱陽光暴曬造成種莖干枯無法出苗，或者木薯在表土出苗，根系難以發(fā)育，影響植株生長，二者均會嚴(yán)重影響最終產(chǎn)量。《木薯機(jī)械化種植技術(shù)規(guī)范》(NB/T 10064-2018)規(guī)定，露種率應(yīng)控制在1.0%以內(nèi)。

2.2.4 株行距偏差與種植深度偏差

株行距偏差與種植深度偏差是指實際株距、行距和種植深度與種植機(jī)設(shè)定的株距、行距和種植深度參數(shù)之間的差值。按照前述，行距偏差包括幅內(nèi)行距偏差△r、鄰接行距偏差△R，株距偏差用△D、種植深度偏差用△d表示，用r、r0分別表示實際幅內(nèi)行距、設(shè)定幅內(nèi)行距，用R、R0分別表示實際鄰接行距、設(shè)定鄰接行距，用D、D0分別表示實際株距、設(shè)定株距，用d、d0分別表示實際種植深度、設(shè)定種植深度，則

△r=r-r0

(5)

△R=R-R0

(6)

△D=D-D0

(7)

△d=d-d0

(8)

上述偏差控制中，根據(jù)《木薯機(jī)械化種植技術(shù)規(guī)范》(NB/T 10064-2018)規(guī)定，△r≤5.0 cm，△R≤15.0 cm，△D≤5.0 cm，△d≤3.0 cm。△D與△d小，表明種植機(jī)在播種規(guī)格方面的工作穩(wěn)定性好，植后的木薯出苗時間比較統(tǒng)一，株行間距比較整齊，非常有利于后續(xù)噴藥、中耕、秸稈處理、收獲等機(jī)械化作業(yè)。

3 木薯種植機(jī)試驗測定方法

3.1 試驗地塊的選擇

選擇的試驗地應(yīng)該具有一定的代表性，且符合木薯種植機(jī)作業(yè)的要求，應(yīng)選擇坡度不大、相對平坦的耕地，地塊的長度要30 m以上，以充分減少種植機(jī)組起步階段和準(zhǔn)備掉頭轉(zhuǎn)彎階段的非正常作業(yè)狀態(tài)的影響。

3.2 試驗地基本情況調(diào)查

試驗地條件是影響種植機(jī)作業(yè)質(zhì)量的重要因素，試驗地的土壤類型需要標(biāo)明，土壤含水率需要測定。由于木薯種植壟體高度一般不超過30 cm，土壤含水率測定可按3個層次來測定，為0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm，取3個層次的平均值確定為土壤含水率。

3.3 種桿條件調(diào)查

種桿條件主要包括種植木薯的品種和種桿參數(shù)。種桿參數(shù)包括種桿平均直徑和種桿平均長度。種桿平均直徑包括大、中、小三種不同規(guī)格的木薯種桿，取其長度的中心點測量其直徑，三種直徑的平均值即為一次測量值，重復(fù)3次即為該批種桿的平均直徑(測量時應(yīng)避開突出的芽眼)。種桿平均長度包括長、中、短三種不同長度的木薯種桿，取三種長度的平均值，即為一次測量值，重復(fù)3次即為該批種桿的平均長度。

3.4 種植質(zhì)量指標(biāo)測定

試驗時種植機(jī)組往返行走至少3個行程，留出兩端調(diào)整區(qū)長度10 m以排除地頭、地尾機(jī)具非正常作業(yè)姿態(tài)造成的影響(《木薯機(jī)械化種植技術(shù)規(guī)范》(NB/T 10064-2018)規(guī)定，種植機(jī)進(jìn)入地塊后，應(yīng)在地頭試種10 m，檢查合格后方可作業(yè))。在中間穩(wěn)定區(qū)內(nèi)按1個行程隨機(jī)選取1個小區(qū)，每個小區(qū)長度10 m，寬度為種植機(jī)1個播幅，標(biāo)記為測試小區(qū)。每個小區(qū)先檢查記錄露種的種莖數(shù)量，再取3個點測定種植深度，然后由人工使用手持小鏟刮走表面土壤層，直至所有木薯種莖露出土壤，直接測定莖段長度、株距、幅內(nèi)行距，同時檢查漏種數(shù)量，最后根據(jù)測定數(shù)據(jù)，計算各項種植質(zhì)量指標(biāo)。3個小區(qū)各項指標(biāo)的平均值即為該次種植機(jī)試驗的種植質(zhì)量指標(biāo)。

關(guān)于每個小區(qū)長度的確定，如果測試長度選的太小，測定區(qū)域內(nèi)木薯的株數(shù)就會過少，會出現(xiàn)較大的誤差。小區(qū)長度選擇10 m，按照木薯種植株距在60～90 cm，株數(shù)一般在11～16株，測定的各項指標(biāo)應(yīng)該更接近實際。

4 結(jié)論與分析

4.1 土壤類型對種植質(zhì)量的影響

一般情況下，沙壤土較紅壤土可獲得較好的開溝和覆土效果，種植質(zhì)量較好。沙壤土比較松軟，開溝的溝寬、溝深比較一致，種植深度一致性好、露種率低；種莖下落觸地平穩(wěn)、跳動小、不移位，可獲得較好的株行距；覆土?xí)r，覆土機(jī)構(gòu)對種莖產(chǎn)生作用力較小、不拖帶種莖、露種少。對于紅壤土，前期旋耕整地要充分，土壤盡量細(xì)碎，否則粗硬泥塊多，開溝和覆土效果不好，種莖下落接觸硬土塊也容易引起種莖跳動和移位，種植深度一致性差，露種率將明顯提高。

4.2 土壤含水率對種植質(zhì)量的影響

對同一種土壤，在含水量適中的時候，可獲得較好的開溝和覆土效果，種植質(zhì)量較好。過于干燥的土壤或含水率過大的土壤，種植質(zhì)量較差。當(dāng)土壤含水率大于25%以上時，尤其是黏性較重的紅壤土，2CML-2型壟作式木薯種植機(jī)的開溝犁、導(dǎo)種槽、壟面覆土刮板、壟側(cè)護(hù)壟板等觸土部件上將粘附濕土，從而改變原有的物理形狀而影響種植效果，對各項種植質(zhì)量指標(biāo)均產(chǎn)生不利影響。

4.3 壟形質(zhì)量對種植質(zhì)量的影響

2CML-2型壟作式木薯種植機(jī)針對預(yù)先使用旋耕起壟機(jī)起好壟的木薯地種植木薯，壟形質(zhì)量對種植質(zhì)量有較大的關(guān)系。壟形規(guī)格主要包括壟體的壟面寬度、壟底寬度、壟面高度、壟間距離，起壟質(zhì)量與起壟機(jī)操作與機(jī)手作業(yè)技術(shù)水平有關(guān)系。一般地，壟面寬為90～110 cm，壟底寬度為140～160 cm，壟高為25～30 cm，壟溝的寬度為40～50 cm，可滿足2CML-2型壟作式木薯種植機(jī)的作業(yè)要求。壟形不規(guī)則，尤其是壟間距離不一致，直接造成鄰接行距偏差，不規(guī)范的鄰接行距也將影響木薯的機(jī)械化采收作業(yè)質(zhì)量。

4.4 送種操作對種植質(zhì)量的影響

2CML-2型壟作式木薯種植機(jī)由人工將整條木薯桿喂入切種機(jī)構(gòu)進(jìn)行切種，作業(yè)時需要2名操作工人坐在種植機(jī)上，分別負(fù)責(zé)對其中一個切種機(jī)構(gòu)投喂木薯桿，操作工人的操作準(zhǔn)確性和及時性對漏播情況有重大影響。木薯桿喂送不及時，切種機(jī)構(gòu)將空切，無種可下，此時將發(fā)生漏播，空切時間越長，漏播率越高。因此，種植機(jī)作業(yè)時，要求操作工人密切觀察切種機(jī)構(gòu)運轉(zhuǎn)情況，手中隨時持木薯桿，保持送種不間斷，可大幅減少甚至避免漏播。

5 結(jié)語

2CML-2型壟作式木薯種植機(jī)作為與寬窄雙行起壟種植模式配套的專用設(shè)備，其在廣東、廣西、海南、云南等省區(qū)以及柬埔寨都作了適應(yīng)性試驗和生產(chǎn)應(yīng)用，種植質(zhì)量、木薯生長、產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)性以及與機(jī)械化收獲的協(xié)調(diào)配套性均優(yōu)于人工種植的木薯，也優(yōu)于平種式木薯種植機(jī)。采用本文闡述的種植質(zhì)量評價方法，總體可反映出木薯種植機(jī)的實際工作性能和種植效果，為國家能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《木薯機(jī)械化種植技術(shù)規(guī)范》(NB/T 10064-2018)的貫徹提供了一種可借鑒、可操作的檢驗技術(shù)方法。