丘陵山區(qū)烤煙產(chǎn)業(yè)機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

姜鋮，湯穎力，胡陳君，黃海龍，朱冉志，張丹丹

（1.宜賓市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，四川宜賓 644000；2.四川省煙草公司宜賓市公司，四川宜賓 644000）

0 引言

鄉(xiāng)村振興需要烤煙產(chǎn)業(yè)為其添磚加瓦，為推動(dòng)烤煙產(chǎn)業(yè)又好又快發(fā)展，國家出臺(tái)相關(guān)政策。2020年全國煙葉工作會(huì)議指出：推動(dòng)轉(zhuǎn)型升級(jí)，加快建設(shè)現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)。加快煙葉生產(chǎn)作業(yè)方式轉(zhuǎn)型升級(jí)，提升煙葉生產(chǎn)機(jī)械化裝備水平，加大煙田宜機(jī)化改造力度，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝有機(jī)融合，向高效作業(yè)、輕松種煙邁進(jìn)[1]。丘陵山區(qū)烤煙產(chǎn)業(yè)受地理位置限制，存在機(jī)械投入不足、機(jī)械化服務(wù)體系薄弱、配套設(shè)施不完善、農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝融合性不高、機(jī)械設(shè)備實(shí)用性不強(qiáng)等問題。

烤煙作為主要的煙葉品種，其機(jī)械化生產(chǎn)對(duì)財(cái)政創(chuàng)收和煙農(nóng)增收，以及現(xiàn)代化煙草業(yè)發(fā)展有重大意義。加大對(duì)丘陵地區(qū)烤煙全程機(jī)械化程度研究力度，了解烤煙機(jī)械化存在的問題，解決烤煙全程機(jī)械化關(guān)鍵技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)“減工、降本、增效”目標(biāo)。

1 烤煙產(chǎn)業(yè)全程機(jī)械化現(xiàn)狀

由于烤煙種植區(qū)域多為丘陵、山區(qū)，因此在推進(jìn)全程機(jī)械化上存在較大的難度。發(fā)達(dá)國家對(duì)烤煙產(chǎn)業(yè)機(jī)械研究大多適用于平原地區(qū)，發(fā)展中國家由于工業(yè)基礎(chǔ)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的原因，無法進(jìn)行規(guī)模化、持續(xù)性地研究。導(dǎo)致目前烤煙產(chǎn)業(yè)機(jī)械化程度較低，全程機(jī)械化中很多環(huán)節(jié)的所需設(shè)備仍處于樣機(jī)或概念階段。

1.1 育苗環(huán)節(jié)

目前丘陵地區(qū)采用“濕潤育苗+滴灌”技術(shù)，可有效解決每個(gè)滴盤不均勻出水問題，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉與施肥。

1.2 土地耕整環(huán)節(jié)

土地耕作機(jī)具使用根據(jù)地塊大小及坡度情況確定。土塊面積較大，中小型拖拉機(jī)能去的較平地塊采用輪式拖拉機(jī)掛載旋耕刀或犁鏵進(jìn)行旋耕或深翻，較陡的地塊采用履帶式拖拉機(jī)掛載旋耕刀或犁鏵進(jìn)行旋耕或深翻。較窄、較陡地塊基本采用微型耕作機(jī)進(jìn)行土地翻耕旋耕。

丘陵山區(qū)，基本采用微耕機(jī)。其效率低，一天僅耕作0.07～0.13 hm2土地，且因坡度陡問題，機(jī)具不易操作，上坡耕地機(jī)具易下滑傷人，下坡耕地人工需施用更大的力壓住機(jī)具，若橫向操作存在傾翻危險(xiǎn)且耕作深度不一?，F(xiàn)土地耕作深度僅15 cm左右，未有深耕深翻，土壤存在病蟲害問題。

1.3 施肥環(huán)節(jié)

烤煙施肥分為液體施肥和固體施肥。液體施肥，目前丘陵山區(qū)采用背負(fù)式農(nóng)用施肥器，該裝置有四種施肥接頭，通過手柄開關(guān)控制流量，可以實(shí)現(xiàn)地上膜下施肥。但是流量不能精確控制，會(huì)造成肥料的浪費(fèi)。貴州大學(xué)研發(fā)一種山區(qū)烤煙液肥深施機(jī)，主要由肥液供給裝置、田間自適應(yīng)調(diào)節(jié)裝置和施肥裝置組成（如圖1所示）?？稍谧鳂I(yè)過程中根據(jù)所需施肥量進(jìn)行預(yù)設(shè)調(diào)節(jié)，達(dá)到了液肥精準(zhǔn)變量施肥的目的[2]。固體施肥，目前丘陵山區(qū)大多采用人工施肥為主，少部分使用背負(fù)式施肥器，其有兩種施肥接頭，通過按壓手柄開關(guān)控制施肥量。但是固體肥量不能精確控制，會(huì)造成肥料的浪費(fèi)。黔南州煙草公司獨(dú)山縣分公司一種烤煙施肥機(jī)，包括手推桿、料斗、支撐架、給料總成及行走輪，如圖2所示。該裝置能實(shí)現(xiàn)施肥均勻定量，并能記下每塊煙地能移栽的烤煙株數(shù)。

圖1 山區(qū)烤煙液肥深施機(jī)

圖2 烤煙施肥機(jī)機(jī)

1.4 起壟覆膜環(huán)節(jié)

烤煙種植土壤的起壟覆膜根據(jù)土壤的含水情況分為兩個(gè)模式，起壟時(shí)土壤達(dá)到要求的含水率可直接覆膜，該方式既可采用起壟覆膜一體機(jī)，也可用起壟機(jī)、覆膜機(jī)分段作業(yè)；若起壟時(shí)土壤含水率未達(dá)到，需等含水率達(dá)到要求后才覆膜，因此只能采用起壟機(jī)、覆膜機(jī)分段作業(yè)。先用起壟覆膜一體機(jī)基本為拖拉機(jī)掛載，且起壟方式采用直接作壟。單個(gè)的起壟機(jī)分為開溝單邊起壟和直接作壟等。

在丘陵山區(qū)，起壟覆膜一體機(jī)因較繁重未有使用，起壟方式采用的是開溝起壟，因坡度問題，操作較為困難，不能滿足起壟高度，覆膜因覆膜機(jī)在坡度較大地塊不能完全按壟型覆蓋，基本采用人工覆膜。

1.5 移栽環(huán)節(jié)

我國的早地移栽技術(shù)仍以半自動(dòng)移栽為主，全自動(dòng)高速移栽機(jī)的研究尚處于理論研究階段，市場上全自動(dòng)移栽機(jī)處于空白期。現(xiàn)有的半自動(dòng)和全自動(dòng)移栽機(jī)不能適用于丘陵地區(qū)，移栽機(jī)的研發(fā)處于萌芽狀態(tài)。

丘陵山區(qū)烤煙移栽方式分為大窩式移栽和井窖式移栽。大窩式移栽采用多功能手動(dòng)移栽器，由護(hù)苗碗口、把手、提手、腳踏、定矩尺等組成。井窖式移栽大多采用人工撒苗的方式，無機(jī)械裝置的使用。

1.6 培土環(huán)節(jié)

烤煙培土?xí)r基本煙葉已伸展出，且煙株行間距基本為1.2 m，損傷煙葉會(huì)降低品質(zhì)，產(chǎn)生病蟲害問題，因此培土基本采用微小型機(jī)具。在丘陵山區(qū)，微小型培土機(jī)具動(dòng)力不足，只能完成松土作業(yè)，不能一次性完成培土，且因坡度問題，機(jī)具不易操作，損傷煙葉概率較大，部分地區(qū)未使用機(jī)具。

1.7 噴藥環(huán)節(jié)

目前丘陵山區(qū)農(nóng)藥噴灑主要采用汽油彌霧機(jī)和無人機(jī)植保。彌霧機(jī)施藥效果好，但人行走速度跟不上迷霧機(jī)速度，會(huì)造成農(nóng)藥浪費(fèi)。無人機(jī)植保噴灑速度快，但是噴藥面不全，只能覆蓋上部葉。灌根采用背負(fù)式定量杯式灌根機(jī)淋根，每次淋根前需要把杯子裝滿，然后淋在烤煙根部，效率低且藥液僅在土皮表面。

1.8 打頂抹杈環(huán)節(jié)

目前丘陵山區(qū)打頂環(huán)節(jié)采用是人工摘去煙株頂部幼嫩的花蕾，抹芽環(huán)節(jié)采用的是杯淋法施用抑芽劑。人工強(qiáng)度大，農(nóng)藥浪費(fèi)多。

1.9 收獲環(huán)節(jié)

目前丘陵山區(qū)采摘煙葉采用人工采摘模式，人工成本高，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

1.10 拔桿環(huán)節(jié)

目前丘陵山區(qū)拔桿采用對(duì)人工用镢頭刨除的方式來清除煙葉秸稈，需反復(fù)彎腰拔出煙葉秸稈，費(fèi)工、費(fèi)力，并且力氣較小的老人、婦女不能操作利用杠桿原理。

1.11 烘干環(huán)節(jié)

目前丘陵山區(qū)在裝中上層的煙葉時(shí)，需要借助梯子等工具才能將掛煙桿掛上，存在費(fèi)時(shí)費(fèi)力以及效率低下的問題。

2 機(jī)械改進(jìn)與研發(fā)

2.1 撥桿機(jī)具

現(xiàn)有的煙草拔稈機(jī)大致可分為切割式、鏟切式、刨挖式和夾持拉拔式4種類型。切割式與鏟切式均是將煙桿切斷，會(huì)遺留根須在土壤中，不能解決清根問題。刨挖是采用旋轉(zhuǎn)式工作部件反向旋轉(zhuǎn)切入土壤底層將煙根向上挖出，夾持拉拔式是使用工作部件將煙桿夾緊向上連根拔起，均能實(shí)現(xiàn)較為干凈的清理煙兜。設(shè)計(jì)丘陵山區(qū)的煙草拔稈機(jī)采用手扶式拖拉機(jī)結(jié)合刨挖式或夾持拉拔式部件。刨挖式煙草拔稈機(jī)的結(jié)構(gòu)為手扶式拖拉機(jī)掛接旋轉(zhuǎn)部件，旋轉(zhuǎn)部件為旋轉(zhuǎn)刀輥帶釘齒。工作過程為兩行走輪騎行在壟上，機(jī)具后置限深輪亦位于兩側(cè)控制旋轉(zhuǎn)刀具深度，機(jī)具前端設(shè)計(jì)上下兩個(gè)煙桿導(dǎo)向叉，行走中將豎立煙桿壓在地面，旋轉(zhuǎn)刀輥反向鑿入土中，松散土塊，并將煙根由下向上刨出，最后平鋪在地面。夾持拉拔式拔桿機(jī)采用手扶式拖拉機(jī)結(jié)合液壓裝置，采用液壓機(jī)構(gòu)夾持煙桿底部，利用液壓力豎直將煙桿提起后高頻振動(dòng)分離大量土壤后放置于一旁。

2.2 煙株智能灌根裝置

通過改進(jìn)的方式，研發(fā)一種智能灌根裝置，該裝置由儲(chǔ)液箱、隔膜泵、控制板、連接軟管、施肥槍等組成。設(shè)計(jì)液位檢測及報(bào)警，流量和壓力檢測，以及對(duì)流量及壓力的閉環(huán)控制，同時(shí)將液位、流量、壓力、工作狀態(tài)等參數(shù)用液晶實(shí)時(shí)顯示。針對(duì)煙株能滿足根部施肥，實(shí)現(xiàn)精確的流量調(diào)節(jié)和壓力調(diào)節(jié)，效率高、節(jié)約肥料且數(shù)字化。（其結(jié)構(gòu)如圖3所示）。

圖3 智能灌根裝置

2.3 烤煙房煙架自動(dòng)升降裝置

烤煙房煙架自動(dòng)升降裝置整體設(shè)計(jì)思路為三層烤煙放置的結(jié)構(gòu)（如圖4-1所示）。圖中01、02、04、05、07、08、10、12為動(dòng)力鏈輪電機(jī)，其余03、06、09、11、13位普通從動(dòng)鏈輪，而裝置另外一面全為鏡像從動(dòng)鏈輪。煙草需要整體垂直懸掛，選用鏈桿輸送帶。烤煙夾與傳送帶相關(guān)聯(lián)，選用“S”型貨物掛鉤，能保證鏈桿傳送帶在運(yùn)動(dòng)過程中煙草始終在重力作用下保持垂直，又方便操作間工人取放煙夾。

圖4-1 烤煙房煙架自動(dòng)升降裝置示意圖

裝置工作示意圖（如圖4-2所示），左邊是第一層為放置煙夾區(qū)域（上煙區(qū)），右邊為取出烘烤結(jié)束的煙夾區(qū)域（取煙區(qū)）。無論放置還是取出烤煙，整個(gè)裝置的鏈桿傳送帶都以順時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)，其中01、02、07、08、10、12動(dòng)力電機(jī)以順時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)，04、05電機(jī)以逆時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)，且根據(jù)實(shí)際功率要求可減少動(dòng)力電機(jī)以節(jié)約成本。

圖4-2 裝置工作示意圖

2.4 山地小型履帶式犁耕機(jī)

研發(fā)一種適用于丘陵山區(qū)梯田，小塊地的小型履帶式犁耕機(jī)，單人能夠輕松地操作，解決作業(yè)時(shí)的行走和轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)彎的靈活性，能極大地減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)效率。該機(jī)器采用電啟動(dòng)，啟動(dòng)容易；整機(jī)機(jī)身長度160 cm，機(jī)身寬度30 cm，體積小、重量輕；把手上下可調(diào)寬度55 cm，履帶寬度16～20 cm，翻轉(zhuǎn)犁（犁面可左右、上下調(diào)節(jié)，深度可調(diào)10～30 cm），操作靈活，安全舒適。

3 建議

一是研究適用于丘陵山區(qū)的旋耕起壟施肥覆膜一體機(jī)，實(shí)現(xiàn)一機(jī)兩用到一機(jī)多用過渡，大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。二是烤煙全程機(jī)械化應(yīng)結(jié)合自動(dòng)控制技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全過程自動(dòng)化和智能化。