國內外的甜菜全程機械化生產現狀、趨勢分析
據了解,甜菜是制糖工業2 大重要糖料來源之一,其制糖量占我國糖總產量的17%左右。甜菜在我國新疆、黑龍江、內蒙古、河北、山西及甘肅等地廣泛種植。2007 年,甜菜的全球總收獲面積和產量分別為529 萬hm2、24 788 萬t,我國甜菜收獲面積和產量分別為16 萬hm2、893 萬t,占世界總量的比例分別為了3.0%、3.6%。在世界上,法國、俄羅斯、英國、德國、日本及荷蘭是甜菜的主要產區。甜菜播種、收獲季節性強,人工作業存在勞動強度高、效率低、收獲損失大和占用農時多等問題,這些問題制約了甜菜產業進一步發展。
加強對甜菜生產機械的研發,實現甜菜生產機械化,使甜菜生產從粗放型向集約型轉變,不僅是提高甜菜品質、實現甜菜生產現代化的關鍵所在,而且有利于提高生產率、節約勞力和降低勞動強度,將人們從繁重的甜菜生產勞動中解放出來。尤其是在當前我國農村勞動力資源結構性短缺的情況下,發展甜菜生產機械化,不僅意義重大,而且非常緊迫。因此,了解目前國內外甜菜機械化生產的現狀和發展動態,對研究和發展我國甜菜生產機械具有重要的現實意義。
1 國內外甜菜全程機械化生產現狀
甜菜全程機械化生產包括整地、播種、育苗移栽及收獲等機械化技術,從整地、播種、育苗移栽到收獲等生產環節采用機械化作業,省工、省力并節本增效,具有明顯的經濟效益和社會效益。
1.1 整地、播種
甜菜是高產經濟作物,增產潛力較大,但其對土壤要求較嚴格,尤其對除草劑反應敏感。甜菜種子較小,萌發時吸收水分較多,拱土能力較弱,出土深度淺。一般堅持前茬作物收獲后,及時深松、耙、耢及伏秋起壟。甜菜是深根系作物,要求土壤深厚、疏松、透氣和透水性良好,水肥供應適宜,雜草少。為達到以上要求,甜菜地深耕是必不可少的。播種前,需對甜菜種子進行加工處理,可大大提高良種的科技含量和商品價值,實現播前植保、帶肥下田,并為實現機械化精播奠定基礎,達到保苗、壯苗,增產、增收的目的。甜菜種子成套加工流水線一般包括磁選、預磨光、預清洗、(精)磨光、風篩清選、窩眼清選、圓筒篩分級、重力精選、包衣(或丸化)、包衣(丸化)后烘干及計量包裝等工序。
發達國家甜菜整地一般在翻后的土地上采用旋耕機、耙及鎮壓器等進行單項或復式作業,或使用聯合整地機整地,以滿足甜菜播種要求。美國四方公司的甜菜氣吸式精密播種機,可以對甜菜進行壟上平播作業,實現單苗帶的種子單粒等距播種作業,可以一次完成深施肥、開溝、播種、覆土、施肥及鎮壓等作業,大大提高了機械化播種的現代化水平。法國庫恩公司懸掛式FASTLINER100系列配有容量為1 000 L 的種箱,設計上特別適合高速播種要求。雙圓盤播種裝置(直徑350 mm)安裝在獨立的平行四連桿機構上,與鎮壓輪相結合,在各種地面情況下均能保證均勻播種。除此之外,日本THl824型、THSl828 型圓盤耙,TRD7 型、TRD8 型旋轉耙,德國的甜菜聯合整地機等均是較好的整地機械。
目前,我國甜菜整地機械通常使用重耙、輕耙、釘齒耙、V 形鎮壓器及環形鎮壓器等,分單項或復式作業,基本滿足了甜菜整地要求。在甜菜播種方面,我國機械化水平較高地區用機引播種機;水平低的地區用畜力播種機或舊式耬、耲耙等進行條播。播種后要及時鎮壓,機械播種多采用環形鎮壓器鎮壓,用耬播種的平作區多用石磙或木磙鎮壓;東北地區春季較干旱,一般在播種后,人工用腳在播種行上踩1~2 遍(踩格子),然后再用木磙鎮壓1 次。整地、播種方面,內蒙古農業大學自行研制的2BFD-213IC、2BP-2、2BP-8 型播種機可一次完成施肥、開溝、播種、覆土及鎮壓等工序,從而大大提高了作業速度,降低了作業強度。
1.2 育苗移栽
與傳統的直播栽培方式相比,育苗移栽技術可比直播甜菜延長生長期30~40 天,可減輕苗期病蟲害發生,易于培育壯苗。育苗移栽對延長甜菜生育期、提高甜菜的含糖量以及保苗率有重要意義。研究表明,甜菜經移栽后可比直播甜菜增產1~2 倍,提高塊根含糖0.7~1.5度。國外甜菜育苗移栽機械以日本的CT-4S 型和BTP-4型甜菜移栽機為代表。
國內甜菜移栽主要采用人工移栽方法,20 世紀后期,國內相關科研院所在引進、消化、吸收和創新的基礎上研發了適合我國甜菜種植的育苗移栽機。新疆農科院農機化研究所研制了2ZT-2 型移栽機,該移栽機由機架、移栽機構、施肥機構和傳動機構等組成。移栽機構主要由旋轉苗臺、橫向輸送帶、立式輸送帶、移栽盤、靴式開溝器、鎮壓輪和驅動輪組成;施肥機構由肥料箱、驅動輪和傳動鏈組成。工作時移栽機的行走輪將動力傳給送苗裝置和栽植部件。機具前進,開溝器在待栽地上開出栽植溝,用抓苗器或手工將苗箱內紙筒甜菜苗取出依次鋪放在橫向輸送帶上,運動著的橫向輸送帶把苗送到立式輸送帶之間,由其夾持并向下輸送,再由栽植盤夾住紙筒一端,轉動后落入開好的溝中,鎮壓輪覆土并壓實,完成移栽作業。除此之外,代表機型有TYM-5 型甜菜育苗墩土機,2ZT-2 型、2ZTK-2 型甜菜育苗移栽機等。
1.3 甜菜中耕管理機械
經中耕管理的甜菜與不進行中耕相比較,塊根產量增加24%,含糖量提高0.1%,塊根產糖量增加7.8%,糖的純度提高2.6%。因此,甜菜中耕管理是提高甜菜產量和含糖量的重要保障。
國外大都采用化學除草配合機械除草對甜菜進行中耕管理。在播前、播后出苗前和出苗后3 個階段進行化學除草,主要用噴霧機噴灑,機械除草一般使用彈齒式中耕機清除行間雜草。甜菜間苗機械國外亦有應用,德國費賽公司生產的MONOMAT‘S’型電子間苗機采用電子傳感系統進行間苗,該機器和現代化播種方式及和專門條播機相結合,走一趟可以間苗6 壟,一天可間苗0.5 hm2 左右,代替20 人勞動。除此之外,代表機型還有愛爾蘭Atkin 甜菜間苗機和德國的甜菜間苗機。近年來,由于普遍采用遺傳單粒種,甜菜間苗機很少使用。
我國甜菜中耕、施肥及植保機械可與大田作物通用,在播種機通用機架上安裝中耕、施肥部件或植保機械即可進行中耕管理作業。近年來,一些科研機構進行科研攻關,試制了甜菜間苗機械,如內蒙古農業大學機械廠研制的3ZF-4 型中耕施肥機,可完成甜菜的松土、施肥、中耕除草及培土等聯合作業,并且既可在覆膜地上作業,也可在露天地作業。由于我國甜菜播種主要采用甜菜多粒種,從而導致甜菜間苗工作量大、占用農時多。國內甜菜機械間苗少有報道,總體來看,國內甜菜間苗機械較少,還不夠成熟,需要進一步的研究和技術熟化。
1.4 甜菜收獲機械
收獲作業是甜菜生產的重要環節,甜菜收獲機也是甜菜生產機械中應重點突破解決的問題。同其他根莖類作物收獲一樣,甜菜收獲分為聯合收獲和分段收獲。法國、美國、英國及捷克等國家普遍采用聯合收獲方式。聯合收獲工藝即收獲中由1 臺機具完成切纓、挖掘、撿拾及清理裝載等全部工序,具有機械化程度高、用工少和生產效率高的特點。
其代表機型有白俄羅斯戈梅利“巴里西耶”牌KCH-6-3 型甜菜全自動收獲機。該機一次可完成甜菜除葉、去青頭、挖掘、清理及裝車等作業。美國爾斯惠公司生產的4600 型甜菜收獲機(如圖1 所示)有自己的清土系統,它的特點是把甜菜切削的非常干凈,可大大減輕勞動強度,促進秋收順利進行,效率高(收獲效率2.8hm2/h)、土雜少、尾根長,對甜菜損傷少;設備堅固耐用、維修成本低、維護方便且性價比高;收獲速度快,一天功效可抵500 個勞動力。德國荷馬公司Terra Dos 甜菜收獲機(如圖2 所示)可在車輪前一次性完成去菜葉、削菜頭及拔菜根等工序,省時又不破壞田地,同時還能用其打碎裝置擊碎甜菜葉,并把打碎的菜葉撥撒在田上或者直接將菜葉拋放平行駕駛的掛車中。
除此之外,捷克羅派(ROPA)甜菜收獲機,韓國東洋農機公司TBH-1 型甜菜收獲機,德國格力莫matron620 型自走式甜菜收獲機,法國agrifac ZA215 型甜菜收獲機、莫羅(MORE AU)公司AT64 型甜菜收獲機,德國克雷恩公司SF10 型甜菜收獲機以及荷蘭瑞克姆RBM300 型甜菜收獲機等,都是高效、可靠的甜菜聯合收獲機械。
我國甜菜機械收獲發展速度緩慢,多為分段收獲設備,聯合收獲機多為引進國外設備,自主研發的產品較少,并且機具性能較國外差距大。20 世紀70 年代末,新疆農墾科學院農機所開展甜菜收獲機械的研制,先后研制出4TQ-2 型切纓機、4TW-312 型圓盤式挖掘集條機及4TW-3
(2)B 型挖掘機。新疆農墾科學院農機所4TWZ-4型甜菜收獲機是用于甜菜分段收獲配套機具之一,主要用于挖掘收獲經切纓機切削清理過葉纓的甜菜。該機既可用于甜菜兩段式收獲工藝,一次完成甜菜挖掘、揀拾、清理輸送和裝車的聯合作業,也可用于甜菜3 段式收獲工藝,將挖掘出的甜菜塊根初步清理后集成堆堆放,以便于人工進行輔助清理。黑龍江省畜牧機械研究所研制的4TSL-2 型甜菜收獲機,可實現機械化挖掘甜菜,并可進行清理、裝箱,它既可用于甜菜兩段式收獲,也可用于3段式收獲,是較為方便的實用型收獲機械。
2 我國甜菜全程機械化發展意義及趨勢
發展甜菜生產機械化,對于解放農村勞動力,發展農村經濟,特別對推進農業產業結構調整,促進優質高效創匯農業的發展有著十分重要的意義。我國甜菜生產機械化技術應用市場前景看好,國內市場對甜菜全程機械化生產整體需求較大。因此,有必要從我國甜菜全程機械化實際情況出發,研制和推廣適合我國國情的新型甜菜生產機械,以滿足我國現階段廣大甜菜種植用戶的迫切需求,縮短我國與甜菜生產發達國家的差距。
我國甜菜全程機械化過程中,擁有自主知識產權的機械作業工具偏少,尤其是甜菜聯合收獲機械,目前國內的甜菜聯合收獲機械多從國外引進。今后,我國應堅持自主研制開發和引進國外先進技術裝備相結合的方針,建立健全以企業為中心,產、學、研聯合的技術創新體系,加強甜菜收獲機械裝備的技術創新能力。當前,農業機械裝備技術已逐步融合現代微電子技術、儀器與控制技術和信息技術,使農業機械向智能化、高效率和大型化方向發展。田間自動導航系統、機器視覺系統等研究成果已開始應用裝備到拖拉機與自走式農業機械上,正在實現農業機械化作業的高效率、高質量、低成本和改善操作者的舒適性與安全性。自動化程度提高,作業速度加快、復式作業機具和專業化生產機具協調發展,為在農業生產中推廣使用新技術、進一步降低作業成本創造了條件,也為提高社會化服務水平提供了空間。
隨著我國經濟的迅速發展和農業產業結構調整步伐的加快,國家對農業機械化的重視程度越來越高,各類優惠政策相繼出臺,我國農業機械化出現前所未有的利好前景。目前,我國的甜菜機械生產水平還很低,投入的研發資金和人力還很不足,生產過程中缺乏相應的專用生產機械,尤其是甜菜聯合收獲機械等關鍵技術裝備還完全依賴進口。各級政府應加強對甜菜生產的重視,通過必要的資金、政策扶持和引導,聯合科研院所、設備生產企業及應用單位對甜菜生產關鍵技術裝備進行攻關研發,提高設備技術性能與制造質量,提高設備可靠性,提升我國甜菜生產機械的自主研發水平和創新能力,盡快改變我國甜菜機械化生產的落后面貌。