花育917機(jī)械化收獲特性研究

許 靜，陳明娜，陳 娜，潘麗娟，王 通，陳有慶，胡志超，鄒宗峰，禹山林，崔鳳高，遲曉元*

(1.山東省花生研究所，山東 青島 266100； 2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，江蘇 南京 210014； 3.煙臺(tái)市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，山東 煙臺(tái) 264001)

花生是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物和油料作物，總產(chǎn)量和出口量均居世界首位，2019年全國(guó)花生播種面積達(dá)463.3萬(wàn)hm2，占農(nóng)作物總播種面積的2.79%，占油料作物總播種面積的35.85%[1]，在改善人民生活水平上舉足輕重。21世紀(jì)以來(lái)，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，城鄉(xiāng)人口比例發(fā)生了顯著變化，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)勞動(dòng)力不足的現(xiàn)象愈發(fā)突出。加之經(jīng)濟(jì)全球化的不斷深入，農(nóng)機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈。勞動(dòng)生產(chǎn)力低下與我國(guó)花生種植面積和產(chǎn)量逐年增加之間的矛盾，全球化下我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械面臨著新機(jī)遇與嚴(yán)峻考驗(yàn)之間的矛盾，迫切要求發(fā)展花生收獲機(jī)械化[2]。

花生收獲是花生生產(chǎn)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，其適宜收獲期較短，過(guò)早或過(guò)晚收獲都會(huì)影響花生的品質(zhì)和產(chǎn)量，因此，抓住最佳收獲時(shí)機(jī)就顯得尤為關(guān)鍵。然而花生收獲環(huán)節(jié)復(fù)雜且難度大，需經(jīng)起挖、去土、鋪放、晾曬、撿拾、摘果和清選等多個(gè)工序。若靠人工進(jìn)行花生生產(chǎn)，收獲花生用工量約占整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程用工量1/3[3-4]。近幾年來(lái)，在農(nóng)業(yè)機(jī)械快速發(fā)展的同時(shí)，花生生產(chǎn)機(jī)械化水平也不斷提高?；ㄉ鷻C(jī)械化收獲方法有分段收獲、兩段收獲和聯(lián)合收獲3種，分段收獲即采用不同的機(jī)械相繼完成花生收獲的每個(gè)環(huán)節(jié)，所用的各種機(jī)械統(tǒng)稱為分段收獲機(jī)械；聯(lián)合收獲即用一種機(jī)械一次性完成花生收獲的全過(guò)程，這樣的機(jī)械稱為花生聯(lián)合收獲機(jī)；兩段收獲是指將花生收獲過(guò)程分為前、后兩個(gè)階段，前段即花生起挖、去土和鋪放晾曬，后段即花生植株的地面撿拾、摘果和清選等，完成前段和后段收獲環(huán)節(jié)的兩種機(jī)械分別稱為花生起收機(jī)和撿拾收獲機(jī)，統(tǒng)稱為兩段式花生收獲機(jī)械[3,5]。

農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝相結(jié)合是花生機(jī)械化收獲的重要前提，影響花生機(jī)械化收獲的問(wèn)題之一是缺乏適宜機(jī)械化收獲的品種，制約了我國(guó)全面實(shí)現(xiàn)花生機(jī)械化收獲[6]。在花生品種選擇方面，花生品種的果柄強(qiáng)度、結(jié)果范圍直接影響機(jī)械收獲效果，果柄強(qiáng)度低會(huì)造成落果，果柄強(qiáng)度過(guò)大會(huì)導(dǎo)致摘果時(shí)莢果的損傷[7-8]。此外，花生品種對(duì)目前市場(chǎng)上不同收獲機(jī)作業(yè)的適應(yīng)性也是實(shí)現(xiàn)花生機(jī)械化收獲的重要指標(biāo)。根據(jù)花生收獲機(jī)質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T502-2016，花生聯(lián)合收獲機(jī)一次完成花生植株撿拾、摘果、果雜分離、莢果收集和秧蔓處理等作業(yè)，作業(yè)品質(zhì)指標(biāo)要求總損失率≤5.0%，含雜率≤5.0%，破碎率≤2.0%；分段式收獲則先用花生挖掘機(jī)一次完成花生植株挖掘、抖土、鋪放，再用撿拾聯(lián)合收獲機(jī)一次完成花生植株撿拾、摘果、果雜分離、莢果收集和秧蔓處理等作業(yè)，挖掘機(jī)作業(yè)品質(zhì)要求總損失率≤3.0%，埋果率≤2.0%，帶土率≤20.0%，撿拾聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)品質(zhì)要求總損失率≤5.0%，含雜率≤8.0%，破碎率≤5.0%。

本研究對(duì)花育917花生品種的果柄強(qiáng)度、莢果破殼力以及結(jié)實(shí)范圍進(jìn)行測(cè)定和分析，利用分段式收獲研究該品種對(duì)目前市場(chǎng)上不同收獲機(jī)作業(yè)的適應(yīng)性，為花生機(jī)械化收獲提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試品種選用本研究團(tuán)隊(duì)培育的花育917，該品種是新型高油酸花生品種，株型小匍匐型，單株結(jié)果率高、耐瘠薄、產(chǎn)量高，適合精準(zhǔn)的單粒稀播技術(shù)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2019年和2020年在山東省青島市即墨潘家長(zhǎng)果生態(tài)農(nóng)業(yè)專業(yè)合作社開(kāi)展大區(qū)展示試驗(yàn)，機(jī)械單粒播種。壟寬85 cm，壟高20 cm。每壟2行，穴距20 cm，地膜覆蓋栽培，田間管理與一般大田生產(chǎn)保持一致，種植面積為6 667 m2。采用分段式收獲，首先利用花生挖掘機(jī)(4HW-150，豫長(zhǎng)春機(jī)械制造有限公司)進(jìn)行花生植株挖掘、抖土等，地里晾曬后利用撿拾聯(lián)合收獲機(jī)(5HZZJ-2500，河南德昌機(jī)械制造有限公司)進(jìn)行撿拾、摘果等。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 花生果柄強(qiáng)度和成熟度的測(cè)定

隨機(jī)選取5株長(zhǎng)勢(shì)一致的花生植株，對(duì)每株花生第一對(duì)側(cè)枝上的5個(gè)莢果采用SH-50型數(shù)顯式推拉力計(jì)(溫州山度儀器有限公司)測(cè)量果柄強(qiáng)度。記錄果柄斷裂時(shí)的最大拉力值，并記錄果柄斷裂部位(莖處或莢果處)，具體參考遲曉元等的方法[9]。隨后采用中果皮比色法進(jìn)行測(cè)定[10]，按照中果皮顏色將莢果劃分為兩類：褐色、黑色(成熟莢果)；黃色、白色(未熟莢果)。

1.3.2 花生莢果破殼力的測(cè)定

隨機(jī)選取15個(gè)成熟飽滿的雙仁鮮莢果，正壓(果嘴朝下放置)、側(cè)壓(果嘴朝外側(cè)放)和立壓(莢果站立放置)各測(cè)量5個(gè)。參照魯清等的方法[7]，將莢果放在數(shù)顯式測(cè)力器(YYD-1)測(cè)力桿下，緩慢壓下測(cè)力器，直至莢果破裂，記錄莢果破裂時(shí)的力。

1.3.3 花生莢果層厚度和高度的測(cè)定

選5株花育917進(jìn)行收獲，測(cè)定夾持狀態(tài)下莢果層的厚度和高度，測(cè)定過(guò)程參考遲曉元等方法[8]。

1.3.4 收獲機(jī)檢測(cè)方法

花生收獲機(jī)作業(yè)區(qū)內(nèi)隨機(jī)抽取3個(gè)小區(qū)進(jìn)行測(cè)試，每個(gè)小區(qū)長(zhǎng)度為20.00 m，寬度為花生收獲機(jī)作業(yè)幅寬。在每個(gè)小區(qū)內(nèi)沿長(zhǎng)度方向隨機(jī)取小樣區(qū)，寬度為機(jī)器作業(yè)幅寬(花生挖掘機(jī)作業(yè)幅寬為1壟，撿拾聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)幅寬為3壟)，用于評(píng)估收獲機(jī)作業(yè)品質(zhì)。

1.3.5 挖掘機(jī)地面落果率、埋果率、總損失率的測(cè)定

選取3個(gè)小樣區(qū)，長(zhǎng)度為2.00 m，寬度為花生挖掘機(jī)作業(yè)幅寬。拾起小樣區(qū)地面上的所有莢果(疵果及自然落果不計(jì))稱其鮮質(zhì)量m1，找出埋在小樣區(qū)土壤中的莢果稱其鮮質(zhì)量m2，摘下小樣區(qū)中花生植株上的莢果稱其鮮質(zhì)量m3。

地面落果率(D1)計(jì)算公式為：

D1/%=m1/(m1+m2+m3)×100……… (1)

埋果率(M)計(jì)算公式為：

M/%=m2/(m1+m2+m3)×100………(2)

挖掘機(jī)總損失率(S1)計(jì)算公式為：

S1/%=D1+M………………………… (3)

1.3.6 挖掘機(jī)帶土率的測(cè)定

選取3個(gè)小樣區(qū)，長(zhǎng)度為1.00 m，寬度為花生挖掘機(jī)作業(yè)幅寬。收集小樣區(qū)中的花生植株，不得抖動(dòng)，稱取樣品鮮質(zhì)量m5，然后抖動(dòng)花生植株進(jìn)行去土處理，稱取樣品中土的質(zhì)量m4。

帶土率(T)計(jì)算公式為：

T/%=m4/m5×100…………………… (4)

1.3.7 撿拾聯(lián)合收獲機(jī)破碎率、含雜率的測(cè)定

撿拾聯(lián)合收獲機(jī)在每小區(qū)內(nèi)所有收獲物，稱其質(zhì)量m11，隨機(jī)抽取3個(gè)樣品，每次取樣不少于2 000 g，對(duì)樣品進(jìn)行處理，分別稱取破損莢果的質(zhì)量m6，完整無(wú)破損莢果的質(zhì)量m7，雜質(zhì)質(zhì)量m8。

撿拾聯(lián)合收獲機(jī)破碎率(P)計(jì)算公式為：

P/%=m6/(m6+m7)×100…………… (5)

含雜率(Z)計(jì)算公式為：

Z/%=m8/(m6+m7+m8)×100………(6)

1.3.8 撿拾聯(lián)合收獲機(jī)地面落果率、未摘凈率、總損失率的測(cè)定

選取3個(gè)小樣區(qū)，長(zhǎng)度為2.00 m，寬度為花生撿拾聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)幅寬。拾起小樣區(qū)地面上的所有莢果(疵果及自然落果不計(jì))稱其質(zhì)量m9，收集小樣區(qū)中的花生植株，摘下植株上未被摘下的莢果稱其質(zhì)量m10。

撿拾聯(lián)合收獲機(jī)地面落果率(D2)計(jì)算公式為(其中D1為挖掘機(jī)的地面落果率)：

D2/%=m9/[m9+m10+0.1m11(1-Z)]×100-D1…………………………………………(7)

未摘凈率(W)計(jì)算公式為：

W/%=m10/[m9+m10+0.1m11(1-Z)]×100…………………………………………… (8)

撿拾聯(lián)合收獲機(jī)總損失率(S2)計(jì)算公式為：

S2/%=D2+W………………………… (9)

2 結(jié)果與分析

2.1 花育917莢果力學(xué)特性分析

花生果柄強(qiáng)度根據(jù)拉力值大小分為低(5.69～8.44 N)，中(8.45～13.96 N)，高(13.97～16.72 N)，極高(>16.72 N)4級(jí)[11]。經(jīng)檢測(cè)，花育917果柄強(qiáng)度為10.54 N，強(qiáng)度為中級(jí)。拉力檢測(cè)的25個(gè)花生莢果中，僅4個(gè)莢果的果柄斷裂發(fā)生在植株與果柄著生點(diǎn)，21個(gè)莢果果柄斷裂發(fā)生在果柄與莢果著生點(diǎn)，果柄-莢果脫落率達(dá)84.00%。破殼力分析發(fā)現(xiàn)，花育917在3個(gè)方向的莢果破殼力分別為正壓55.56 N、側(cè)壓70.92 N、立壓52.48 N。莢果成熟度檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，7個(gè)莢果的中果皮顏色為黃色，莢果未成熟，18個(gè)莢果為成熟莢果，中果皮顏色為棕色或黑色，莢果成熟率為72.00%。夾持狀態(tài)下花育917莢果層高度為6.33 cm，結(jié)果范圍為10.00 cm (表1)。

2.2 花育917分段式收獲特性分析

花育917采用分段式收獲方式進(jìn)行收獲。挖掘機(jī)進(jìn)行植株挖掘、抖土、鋪放，選取3個(gè)2.00 m小樣區(qū)進(jìn)行測(cè)定，撿拾小樣區(qū)內(nèi)的所有植株，分別稱取地面莢果、埋入土中莢果、植株上的莢果鮮質(zhì)量(表2)。結(jié)果表明花育917利用挖掘機(jī)作業(yè)時(shí)的平均落果率為1.06%，埋果率為1.67%，總損失率為2.73%。另外選取3個(gè)1.00 m小樣區(qū)，稱取小樣區(qū)內(nèi)所有植株鮮質(zhì)量及抖下的土的質(zhì)量，計(jì)算挖掘機(jī)的帶土率為17.00%。根據(jù)花生收獲機(jī)質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T502-2016的要求，花生挖掘機(jī)應(yīng)滿足總損失率≤3.0%、埋果率≤2.0%、帶土率≤20.0%，該挖掘機(jī)符合花生收獲機(jī)作業(yè)品質(zhì)指標(biāo)。以上結(jié)果表明花育917適宜花生挖掘機(jī)挖掘。

地里晾曬后，進(jìn)一步利用花生撿拾聯(lián)合收獲機(jī)對(duì)花生植株進(jìn)行撿拾、摘果、果雜分離、莢果收集和秧蔓處理。撿拾聯(lián)合收獲機(jī)在小區(qū)內(nèi)(20.00 m)作業(yè)后，稱取小區(qū)內(nèi)所有收獲物總質(zhì)量，隨后在小區(qū)所有收獲物中隨機(jī)抽取3個(gè)樣品，每次樣品取樣不少于2 000 g，再根據(jù)公式(5)和(6)計(jì)算花育917在撿拾收獲機(jī)作業(yè)時(shí)的破碎率和含雜率(表3)，結(jié)果表明撿拾聯(lián)合收獲機(jī)對(duì)花育917的破碎率和含雜率分別為4.85%和7.14%，符合花生撿拾聯(lián)合收獲機(jī)含雜率≤8%、破碎率≤5%的作業(yè)品質(zhì)要求。

表1 花育917果柄強(qiáng)度、結(jié)實(shí)范圍、莢果破殼力的均值和變幅 Table 1 Average and variation of peg strength, seed-setting range and pod rupture force of Huayu917

表2 花生挖掘機(jī)作業(yè)性能試驗(yàn)結(jié)果 Table 2 The test results of the peanut excavator

此外，在小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取3個(gè)2.00 m小樣區(qū)，撿拾小樣區(qū)地面上的所有莢果及花生植株，分別稱取地面莢果質(zhì)量和花生植株上未摘下莢果的質(zhì)量。表3可知，花育917在撿拾聯(lián)合收獲時(shí)的地面埋果率2.32%，未摘凈率1.79%，總損失率4.11%，符合花生收獲機(jī)質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T502-2016中撿拾聯(lián)合收獲機(jī)總損失率≤5%的品質(zhì)要求。由此表明花育917花生品種適宜用撿拾聯(lián)合收獲機(jī)進(jìn)行作業(yè)。

3 結(jié)論與討論

花生品種特性、種植模式、田間管理方式影響著機(jī)械化生產(chǎn)[12]?；ㄉ钠贩N和田間管理模式影響花生的品質(zhì)和產(chǎn)量，目前，在花生的品種選育、種植技術(shù)等方面關(guān)注較多的是花生的產(chǎn)量和品質(zhì)，忽略了機(jī)械化生產(chǎn)中裝備的適宜性，使農(nóng)藝與農(nóng)機(jī)相互脫節(jié)，給花生機(jī)械化收獲帶來(lái)很大困難。因此，培育篩選適宜機(jī)械化生產(chǎn)的花生品種，能促進(jìn)花生機(jī)械化收獲的推廣應(yīng)用。與傳統(tǒng)直立型花生相比，花育917株型為小匍匐型，形似傘狀，便于收獲時(shí)翻轉(zhuǎn)晾曬，極大減少了晾曬時(shí)黃曲霉污染問(wèn)題，提高了花生品質(zhì)安全性。

果柄強(qiáng)度是影響花生機(jī)械化收獲的重要農(nóng)藝性狀之一。收獲時(shí)若果柄強(qiáng)度偏低則易落果，造成莢果損失；若果柄強(qiáng)度偏高則導(dǎo)致果柄連在莢果上，不利于機(jī)械收獲?；ㄉ麣な潜Ｗo(hù)籽仁完整性的重要屏障，破殼力低的花生品種在機(jī)械化收獲過(guò)程中破損率高，不僅影響外觀品質(zhì)，而且易感染黃曲霉等病菌，降低籽仁品質(zhì)。本研究中，針對(duì)果柄強(qiáng)度、莢果壓縮破殼力、莢果層厚度和高度等機(jī)械化收獲特性力學(xué)指標(biāo)對(duì)花育917進(jìn)行分析，研究表明花育917果柄強(qiáng)度為中級(jí)(10.54 N)，84.00%果柄斷裂發(fā)生在果柄與莢果著生點(diǎn)處，72.00%的莢果達(dá)到成熟狀態(tài)，適宜機(jī)械化收獲對(duì)果柄強(qiáng)度的要求，這與前人得出的觀點(diǎn)相一致[7-9, 13-14]。花育917的莢果側(cè)壓破殼力>正壓>立壓，這與前人的研究結(jié)果相一致[8, 15-16]。

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)的發(fā)展變化，以及我國(guó)農(nóng)業(yè)科技水平的不斷提高，農(nóng)民種植花生的積極性越來(lái)越高，花生種植面積不斷擴(kuò)大，花生生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善，農(nóng)業(yè)機(jī)械在花生生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。但是，農(nóng)機(jī)在應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題也越來(lái)越突出。本研究通過(guò)對(duì)花育917進(jìn)行分段式收獲發(fā)現(xiàn)，挖掘機(jī)對(duì)花育917作業(yè)時(shí)的平均落果率為1.06%，埋果率為1.67%，總損失率為2.73%，均符合花生挖掘機(jī)作業(yè)品質(zhì)指標(biāo)，撿拾聯(lián)合收獲機(jī)的破碎率、含雜率和總損失率分別為4.85%、7.14%和4.11%，均在花生收獲作業(yè)品質(zhì)指標(biāo)范圍內(nèi)。因此，花育917花生品種適宜進(jìn)行機(jī)械化收獲，該結(jié)果為培育篩選適宜機(jī)械化收獲的花生品種提供了參考，相關(guān)研究方法和手段也可為花生株系特性研究提供借鑒。

表3 花生撿拾聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)性能試驗(yàn)結(jié)果 Table 3 The test results of picking device of peanut combine harvester