鄧干然，何曉明，呂以志，鄭 爽，崔振德，覃雙眉，何馮光

（1.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部熱帶作物農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 湛江 524091；2.湛江市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，廣東 湛江 524000）

【研究意義】木薯與馬鈴薯、甘薯被稱為世界三大薯類作物，是全球年產(chǎn)超億噸的七大作物之一，有“地下糧倉”“淀粉之王”的美稱。木薯在我國已有200年的栽培歷史［1］，除傳統(tǒng)華南熱作區(qū)種植，在長江以南與西南各?。?］甚至山東［3］都有成功種植的記錄。木薯過去作為糧食而栽培，改革開放后主要作為淀粉工業(yè)原料或燃料乙醇原料。由于國內(nèi)木薯深加工產(chǎn)業(yè)需求旺盛，木薯進(jìn)口量逐年上升且趨勢迅猛，2016年木薯干凈進(jìn)口量達(dá)到756萬t，木薯粉凈進(jìn)口量達(dá)到207萬t［4］。2007—2017年我國木薯貿(mào)易凈進(jìn)口量從524.32萬t增長到1 045.86萬t，年均增長7.15%，2017年木薯凈進(jìn)口量是當(dāng)年國內(nèi)產(chǎn)量的2倍多［5］。2017年9月，國家發(fā)展改革委、國家能源局等多個(gè)部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于擴(kuò)大生物燃料乙醇生產(chǎn)和推廣使用車用乙醇汽油的實(shí)施方案》，明確在全國范圍內(nèi)推廣車用乙醇汽油，到2020年基本實(shí)現(xiàn)全覆蓋。木薯作為一種優(yōu)良的燃料乙醇加工原料，我國的木薯需求還會進(jìn)一步擴(kuò)大。然而，與需求迅猛增加相反，木薯種植面積在我國卻持續(xù)減少。2000—2016年，我國木薯收獲面積占世界比重從1.41%下降到1.24%，產(chǎn)量也從2.17%下降到1.73%［5］。木薯種植面積縮減的原因，一方面是其他綜合效益更好的作物逐步替代了木薯；另一方面是木薯人工勞動(dòng)成本高，未能充分實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理機(jī)械化。目前我國在木薯生產(chǎn)過程中勞動(dòng)強(qiáng)度最大的是種植和收獲環(huán)節(jié)，分別占木薯生產(chǎn)總勞動(dòng)力的12%、61%［6］，人工收獲成本過高已是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸問題。【前人研究進(jìn)展】為解決木薯收獲機(jī)械化，近年來我國研發(fā)了多種木薯收獲機(jī)，這些收獲機(jī)主要以66.2 kW輪式拖拉機(jī)為牽引動(dòng)力，作業(yè)機(jī)組與目前中國木薯栽培農(nóng)藝不相適應(yīng)（農(nóng)藝上采用行距為80～100 cm的等行距平種），造成收獲機(jī)挖掘塊根時(shí)，拖拉機(jī)行走輪不可避免地碾壓在木薯行上而壓斷木薯塊根，造成塊根損失率高達(dá)17%［7］，收獲機(jī)具難以滿足實(shí)際生產(chǎn)的要求，推廣應(yīng)用進(jìn)展緩慢?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】推進(jìn)木薯生產(chǎn)機(jī)械化，農(nóng)機(jī)和農(nóng)藝融合統(tǒng)一是基礎(chǔ)，兩者只有高度結(jié)合才能充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)機(jī)械和種植技術(shù)的潛力［8］，而目前國內(nèi)外在木薯農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合的研究極少，沒有可以直接借鑒應(yīng)用的農(nóng)藝模式。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究旨在探索一種適宜機(jī)械化種植與收獲的木薯栽培新模式，并針對這種新模式研制了開發(fā)配套的木薯種植機(jī)械化技術(shù)，以期促進(jìn)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合、加快木薯收獲機(jī)械的推廣應(yīng)用。

1 常規(guī)木薯栽培模式及其對機(jī)械化作業(yè)的影響

1.1 常規(guī)木薯種植主要模式

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3種扦插形式［9］。鑒于不同品種木薯的生物性狀、栽培地域的氣候土壤條件，木薯栽培模式有一定的差異。謝向譽(yù)等［10］對華南205和新選048品種木薯，采用平插種植方式，株行距為80 cm×80 cm；周明強(qiáng)［11］對華南6號木薯采用株行距80～100 cm×100 cm； 劉連軍等［12］針對桂墾09-11木薯品種頂端分枝角度小、生長勢強(qiáng)、不宜密植的特點(diǎn)，采用株行距為100 cm×100 cm或100 cm×80 cm；嚴(yán)華兵等［13］對桂木薯6號采用株行距為100 cm×80 cm；嚴(yán)煒等［14］對新選048木薯品種采用株行距80 cm×100 cm；韋本輝等［15］對桂木薯1號品種采用的株行距一般為80cm×100cm或90 cm×90 cm；黃堂偉等［16］對南植199木薯品種采用的株行距為 100 cm×90 cm；IRIé R 等［17］采用的株行距為90 cm×90 cm；MAPITA等［18］采用100 cm×100 cm； Amponsah等［19］采用距行距為120 cm×80 cm。無論何種方式栽培，木薯常規(guī)種植都采用等行距種植，且主要依靠人工作業(yè)，種植的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范性差，行距寬窄偏差大、行向直線度差，不利于機(jī)械化作業(yè)。

1.2 常規(guī)木薯種植機(jī)械化作業(yè)存在主要問題

1.2.1 木薯行距與拖拉機(jī)輪距不匹配 常規(guī)等行距種植模式與66.2 kW拖拉機(jī)輪距不匹配，造成機(jī)械化作業(yè)時(shí)拖拉機(jī)輪胎壓行，壓傷木薯植株或壓斷木薯塊根，尤其是機(jī)械化收獲損失可高達(dá)17%。木薯種植區(qū)普遍在丘陵山區(qū)，目前生產(chǎn)上主流動(dòng)力設(shè)備為66.2 kW拖拉機(jī)，該型拖拉機(jī)性價(jià)比較高，適合多種作業(yè)。木薯機(jī)械化作業(yè)，瞄準(zhǔn)66.2 kW拖拉機(jī)，一是充分利用現(xiàn)有主流動(dòng)力拖拉機(jī)，不額外增加社會成本；二是根據(jù)作業(yè)性質(zhì)，低于66.2 kW或更小的拖拉機(jī)動(dòng)力不足支撐木薯聯(lián)合種植機(jī)、木薯?xiàng)U粉碎處理機(jī)和塊根挖掘收獲機(jī)的動(dòng)力要求。然而，常規(guī)木薯種植行距與66.2 kW拖拉機(jī)輪距不匹配，易造成機(jī)組作業(yè)困難、作業(yè)效率低，尤其是收獲作業(yè)質(zhì)量達(dá)不到要求。

1.2.2 拖拉機(jī)收獲作業(yè)對行困難 常規(guī)平種模式導(dǎo)致木薯塊根挖掘收獲時(shí)機(jī)組無法對行收獲，作業(yè)質(zhì)量差。木薯塊根挖掘收獲機(jī)作業(yè)前，必須事先將地上高大的木薯秸稈機(jī)械化粉碎處理。而平種木薯秸稈經(jīng)粉碎機(jī)粉碎作業(yè)后，耕地表面實(shí)際看不出任何壟形和行向，機(jī)組無法對行挖掘。據(jù)測定，木薯塊根分布幅寬平均約60 cm［20］，不對行挖掘的后果就是拖拉機(jī)輪胎壓碎壓斷木薯塊根，挖掘機(jī)挖斷木薯塊根、挖散木薯串，致使木薯機(jī)械化收獲損失率大、傷薯率高、撿拾困難，最終機(jī)械收獲不可實(shí)施。人工砍桿留茬方便對行挖掘，但每公頃數(shù)十噸的木薯秸稈人工成本高，從而降低木薯種植效益。

1.2.3 土壤板結(jié)收獲阻力大 常規(guī)平種模式土壤板結(jié)嚴(yán)重，導(dǎo)致木薯塊根收獲挖掘功耗大。木薯產(chǎn)區(qū)多在華南多雨和粘重土壤地帶，平種木薯地排水不暢易受澇，干旱時(shí)則造成粘重土壤板結(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。因此，常規(guī)木薯種植模式是目前制約木薯規(guī)?；蜋C(jī)械化發(fā)展的最主要原因，需要引入一種適宜全程機(jī)械化作業(yè)的新型木薯種植農(nóng)藝模式。

2 木薯寬窄雙行起壟栽培模式設(shè)計(jì)

2.1 種植模式

根據(jù)木薯常規(guī)種植對機(jī)械化作業(yè)的不利影響，為推進(jìn)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝結(jié)合，依據(jù)66.2 kW拖拉機(jī)的輪距規(guī)格，我們研究制定木薯寬窄雙行起壟種植的栽培模式，即起壟高25～30 cm、壟面寬90～100 cm的大壟，每個(gè)大壟上種植2行木薯，鄰壟木薯行距與壟上木薯行距不相等，構(gòu)成寬窄行。該模式考慮全程使用同型號機(jī)械化作業(yè)、挖掘收獲節(jié)能，并達(dá)到木薯穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)效果。該種植模式對常規(guī)木薯種植主要農(nóng)藝參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整改變（圖1）。

圖1 木薯寬窄雙行起壟種植模式Fig.1 Wide and narrow double-row ridging cultivation mode for cassava

2.2 主要農(nóng)藝參數(shù)

2.2.1 株行距要求 木薯寬窄雙行起壟種植采用寬行和窄行結(jié)合的方式，其中寬行距120 cm，窄行距60 cm。寬行內(nèi)供拖拉機(jī)輪胎行走，而拖拉機(jī)都是跨著窄行前進(jìn)作業(yè)，行走輪兩側(cè)均留出足夠的距離，以盡可能避免木薯挖掘收獲作業(yè)輪胎壓到木薯塊根，減少壓傷和壓斷。在株距方面，針對不同品種木薯，采用不同株距，如對株形較小的品種如南植199選擇60～70 cm的株距；對株形較大的品種，可選擇80 cm或更大株距。

2.2.2 壟形要求 根據(jù)株行距的要求，用起壟機(jī)起梯形大壟，1個(gè)大壟上種植2行木薯，此2行木薯構(gòu)成窄行。梯形壟的壟面寬度約90～100 cm，壟底寬度約120～130 cm，壟形高度約25～30 cm。拖拉機(jī)跨行行走時(shí)對壟底邊沿有一定的碾壓，但不影響種植作業(yè)，挖掘收獲時(shí)壓薯的機(jī)率也大大降低。選擇較高的壟形，一是便于營造松軟的土壤保證木薯生長期間雨季排水（木薯忌澇）；二是有利于壟形在雨水沖刷后仍能保持一定的高度，為后續(xù)挖掘收獲作業(yè)提供對行作業(yè)的條件；三是有利于降低土壤浸水板結(jié)，在木薯塊根收獲時(shí)可顯著減少拖拉機(jī)負(fù)荷和收獲機(jī)的過土負(fù)重；四是通過壟形設(shè)定一個(gè)特定的土壤空間，限制木薯塊根的生長范圍在大壟以內(nèi)（主要是長度），減少木薯塊根的長度而增加薯徑粗度，改善塊根的聚集度，可顯著減少機(jī)械挖掘的斷薯率和損失率，非常有利于機(jī)械化收獲。

2.2.3 種植密度要求 按照上述參數(shù)種植，以南植199品種為例，選擇70 cm株距時(shí)，木薯種植密度約15 750株/hm2，較常規(guī)等行距種植，單位面積實(shí)際木薯有效株數(shù)相當(dāng)，有利于穩(wěn)產(chǎn)保產(chǎn)。從實(shí)踐看，南植199株形較小、可密植（秸稈少、薯形?。?，更適宜機(jī)械化作業(yè)。

3 適用于寬窄雙行起壟栽培模式的木薯種植機(jī)械研制

3.1 1GL-180型木薯旋耕起壟機(jī)

根據(jù)木薯寬窄雙行起壟種植對壟形的要求，我們研制了專用的1GL-180型木薯旋耕起壟機(jī)，以66.2 kW拖拉機(jī)為動(dòng)力，生產(chǎn)效率為0.6～0.8 hm2/h。

1GL-180型木薯旋耕起壟機(jī)基于通用旋耕機(jī)進(jìn)行二次開發(fā)而成，在旋耕機(jī)后部加裝了一套成壟集土器。成壟集土器呈梯形體，頂部和兩側(cè)設(shè)有壓泥板，利用旋耕刀組的切土拋土的特性，在土壤松碎過程中，實(shí)現(xiàn)對土壤的輸送、堆積和整形［21］，獲得種植木薯所需、三面平整的壟形。旋耕刀片在刀軸上呈左右對向安裝，以形成兩側(cè)土壤向中間堆積的效果。土壤較松軟、耕層較深的木薯地，可用1GL-180型木薯旋耕起壟機(jī)一次作業(yè)即可獲得壟形。土壤較板結(jié)、耕層較淺的木薯地，需要先深松旋耕一次碎土并增加耕層土壤，使壟形成型好、壟面平整、覆蓋嚴(yán)密。

作業(yè)時(shí)，根據(jù)不同耕地土質(zhì)情況，起壟高度和壟面寬度有一定差異，較松軟或耕層較深的土質(zhì)起壟30 cm高度；較濕軟的泥土，壟面寬度保持較好；干燥土壤流動(dòng)性較大，壟面邊沿的泥土有下滑現(xiàn)象，壟面寬度將有所縮??；板結(jié)土質(zhì)或耕層較淺的土壤，起壟高度約在25 cm。在一定范圍內(nèi)的壟形變化，對木薯機(jī)械化種植和生長影響不大。

圖2 1GL-180型木薯旋耕起壟機(jī)及壟形效果Fig.2 1GL-180 cassava rotary tillage ridge machine and ridge effect

3.2 2CM-2型壟作式木薯聯(lián)合種植機(jī)

根據(jù)木薯寬窄雙行起壟種植壟形的要求，我們研制了2CM-2型壟作式木薯聯(lián)合種植機(jī)，以66.2 kW拖拉機(jī)為動(dòng)力，配備2名操作工，生產(chǎn)效率為0.6～0.7 hm2/h。2CM-2型壟作式木薯聯(lián)合種植機(jī)，由機(jī)架、驅(qū)動(dòng)地輪、開溝器、切種裝置、施肥機(jī)構(gòu)、種莖架、肥料箱、座椅、覆土機(jī)構(gòu)、護(hù)壟板等組成。作業(yè)時(shí)，種植機(jī)在大壟上沿縱向一次完成2行木薯的種植，包括開種植溝、木薯切種、下種、施肥和覆土。種植機(jī)切種機(jī)構(gòu)、施肥機(jī)構(gòu)依靠一對驅(qū)動(dòng)地輪獲得動(dòng)力，以鏈傳動(dòng)與齒輪傳動(dòng)相結(jié)合的傳動(dòng)方式，能夠適應(yīng)田間惡劣多變的作業(yè)環(huán)境；特殊設(shè)計(jì)的種莖切斷裝置，解決了切種過程中出現(xiàn)的漏切、堵塞等問題，種莖切斷長度16 cm，長度均勻度≥85%，種莖破損率≤4%［22］。為防止種植過程中壟形被破壞，木薯種植機(jī)設(shè)有1對保持壟形的側(cè)面護(hù)壟板和1片后壟面刮板，使種植前后壟形基本保持不變。

圖3 2CM-2壟作式木薯聯(lián)合種植機(jī)與木薯生長效果Fig.3 2CM-2 ridge combined planter and growth effect of cassava

為防止雜草先于木薯出苗而影響木薯生長，應(yīng)在木薯種植完成后5 d內(nèi)采取苗前土壤封閉除草劑來防控雜草。噴灑封閉除草劑，亦通過使用66.2 kW拖拉機(jī)后懸掛的市售噴桿噴藥機(jī)來完成，以保證噴藥過程作業(yè)機(jī)具不破壞壟形。

4 木薯寬窄雙行起壟栽培模式及機(jī)械化種植技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

4.1 試驗(yàn)與生產(chǎn)應(yīng)用情況

為評估驗(yàn)證木薯寬窄雙行起壟栽培模式及機(jī)械化種植技術(shù)的適應(yīng)性、可行性和機(jī)械化收獲效果，我們聯(lián)合相關(guān)單位，在2017年春季在國投廣東生物能源有限公司木薯生產(chǎn)基地（包括雷州、遂溪、電白等市縣）進(jìn)行400多hm2生產(chǎn)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，2018年春季分別在廣東湛江市麻章區(qū)湖光鎮(zhèn)、廣西北海市合浦縣石灣鎮(zhèn)、海南白沙縣邦溪鎮(zhèn)、云南保山市隆陽區(qū)潞江壩鎮(zhèn)等4個(gè)木薯產(chǎn)區(qū)，進(jìn)行30多hm2的適應(yīng)性試驗(yàn)示范，包括種植、木薯秸稈粉碎還田、挖掘收獲等全程機(jī)械化。4個(gè)木薯產(chǎn)區(qū)當(dāng)年收獲期測定木薯產(chǎn)量分別為42、33 、38 、39 t/hm2。參照試驗(yàn)地當(dāng)年產(chǎn)量，采用寬窄雙行起壟栽培模式和機(jī)械化種植技術(shù)，木薯產(chǎn)量與常規(guī)種植模式的產(chǎn)量總體相當(dāng)或更高，具有很好的生產(chǎn)適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)可行性。在機(jī)械化收獲方面，各試驗(yàn)基地均采用66.2 kW拖拉機(jī)牽引振動(dòng)鏈?zhǔn)侥臼硗诰蚴斋@機(jī)進(jìn)行收獲作業(yè)，有效避免機(jī)具碾壓木薯行、顯著減少斷薯，測定損失率均低于5%，達(dá)到生產(chǎn)要求。

4.2 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

前述人工種植存在標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范性差、行距寬窄偏差大、行向直線度差等問題，還存在種徑長度不一、種植深度不一、施肥不均勻、覆土不均勻等問題，種植質(zhì)量難以控制。而機(jī)械化種植標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范性好、行距寬窄偏差小、行向直線度好，種徑長度一致、種植深度一致，施肥、覆土比較均勻。各試驗(yàn)點(diǎn)的試驗(yàn)證明，機(jī)械化種植的木薯出苗、苗期生長均明顯優(yōu)于人工種植。

在種植效率方面，人工種植效率為0.067 hm2/人·天；2CM-2壟作式木薯聯(lián)合種植機(jī)以3人（1名機(jī)手、2名操作手）為一個(gè)作業(yè)組，一個(gè)作業(yè)組可種植0.6 hm2/h，每天（8 h）可種植4.8 hm2，人均種植效率為1.6 hm2/d，提高了23倍以上。

在種植成本方面，按照2018年的價(jià)格測算，人工種植木薯包括備種、開溝、下種、施肥、覆土，全程人工種植效率為0.067 hm2/人·d，人工費(fèi)用約150元/d，人工種植成本約為2 250元/hm2。機(jī)械化種植，1GL-180型木薯旋耕起壟機(jī)旋耕起壟作業(yè)成本450元/hm2，2CM-2壟作式木薯聯(lián)合種植機(jī)作業(yè)成本600元/hm2，合計(jì)種植成本為1 050元/hm2。機(jī)械化種植成本比人工種植成本低1 200元/hm2，節(jié)省成本超過50%。而且，隨著今后人工成本的進(jìn)一步上升，機(jī)械化種植的優(yōu)勢將更加突出。

5 討論

生產(chǎn)試驗(yàn)證明，木薯寬窄雙行起壟種植模式和機(jī)械化種植技術(shù)，是從源頭上解決木薯生產(chǎn)全程機(jī)械化農(nóng)機(jī)農(nóng)藝結(jié)合的可行之路。對于這種新型的栽培模式要全面取代現(xiàn)行的常規(guī)種植模式，還需要廣大科技工作者繼續(xù)深入研究和試驗(yàn)，如針對不同品種、不同區(qū)域、不同土壤等種植試驗(yàn)示范，配套這種模式的施肥、植保、中耕管理措施研究，基于這種模式下與其他作物的間套作研究，以及針對這一模式體系化設(shè)計(jì)研制配套的耕、種、管、收系列生產(chǎn)管理機(jī)械等。只有徹底解決機(jī)械化，我國木薯產(chǎn)業(yè)才有可能持續(xù)發(fā)展。

6 結(jié)論

木薯采用寬行距為120 cm、窄行距為60 cm、壟高為25～30 cm的寬窄雙行起壟種植方式，是一種適宜全程機(jī)械化、保證木薯產(chǎn)量的新型栽培模式。配套的1GL-180型木薯旋耕起壟機(jī)與2CM-2型壟作式木薯聯(lián)合種植機(jī)，可對這種栽培模式實(shí)施高效機(jī)械化作業(yè)。木薯寬窄雙行起壟種植，是解決木薯機(jī)械化收獲農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合的可行途徑，也為推進(jìn)木薯生產(chǎn)全程機(jī)械化創(chuàng)造了有利條件。