浅谈云南省山地甘蔗机械化发展

刘高源，高欣欣，郭家文

（云南省农业科学院甘蔗研究所，云南 开远661699）

甘蔗是我国重要的产糖作物，目前种植区域主要集中于广西和云南两省。近年来由于我国制糖原料的成本高，在国际糖市中面临机械化程度高的对手时毫无竞争力。机械化是提高生产效率与降低人工成本的有效途径，是农业未来发展的必由方向。我国甘蔗机械化发展程度低的根本原因是我国耕地资源稀缺，适合发展机械化的优质耕地资源更稀缺，特别是在以丘陵山地地形为主的云南省，这一问题更为突出。在甘蔗产业中，由于甘蔗自身经济比值较其他经济作物低，所以有限的优质耕地必然要用于种植单位产值更高的作物。甘蔗由于适应性较强且具有一定经济效益而被种植于条件较差的坡地及山地上，云南省有80%~90%的甘蔗都种植在坡地及山地上。但是近年来其他甘蔗种植国的甘蔗机械化水平在具优势的耕地条件下有了显著的提高，制糖原料成本明显下降，国际糖价也随之下跌进而对国内市场造成强烈冲击。我国甘蔗仅有的经济效益优势已经丧失，整个产业面临着巨大的危机。但是另一方面，糖又是重要的战略物资，发展本国的蔗糖产业对于国家安全与稳定具有重要意义。因此，根据我国自身条件，发展符合我国国情的机械化道路是必要且迫切的。云南省是我国甘蔗种植的第二大省，云南省的甘蔗机械化进程对全国甘蔗产业的机械化发展有着很大的影响。云南省特殊的地形决定了常规的农机装备难以正常作业，需要另辟蹊径寻找合适的农机与方法，开辟出一条符合云南省特色的甘蔗产业机械化道路。

1　云南省甘蔗种植特点

农用机械的制造目的是辅助农业生产，在农机装备的使用上应遵循以设计农机适应农艺为主，改良农艺迎合农机为辅的原则。因此在进行机械设计与制造之前，了解机械未来将作业地区的特征与条件非常重要。云南省地处横断山区，海拔普遍偏高且差异较大，甘蔗种植的最高海拔可达1700m。山地地形决定了云南省的地形类型是坡地多平地少，全省的山地丘陵面积占全省国土面积的94%，平地区域只占6%，云南省甘蔗种植以旱坡地为主。此外，云南省多山多河流，耕地基本被河流与山脉分割成分散的小块耕地，大面积连片的耕地较少。总体而言，云南省甘蔗的种植区域即农机装备将面对的作业区域形状是分散不规则的，类型是复杂多变的。

2　云南省农机发展存在的问题

2.1　种类单一，专用机型匮乏

云南省的农机装备种类单一且以通用类的农机为主，常规条件下制式的装备拥有管理上的优势，但在云南省复杂特殊的环境中，现有农机的种类在功能上明显不能满足甘蔗种植业的需求。特殊多变的地形以及特殊的作物需要匹配专门且灵活的农机才能安全高效地工作，专门是指专门设计用来满足丘陵山地地形及甘蔗生产作业需要的机械，灵活是指机械的适应性与功能灵活，能适应云南复杂多变的土地条件。

2.2　以低端机械为主，技术含量不高

目前云南省的农机装备多为传统、低端的类型，缺少参数化、数字化及自动化技术支撑。机械化正在向数字化、智能化的方向发展。甘蔗产业的机械化进程发展程度虽然不高，但这并不影响高端技术的引进。云南省在自然环境及经济、技术条件等多方面因素的限制下高端技术研发比较落后。所以在机械设备发展的同时应注重前沿技术的开发与引进，从而缩小技术水平的差距。此外山地地形复杂，对于机手的要求很高，而高水平机手又十分稀缺。数字化、智能化等技术可以有效降低操作难度，进而降低对机手的要求，使机械具有普适性并易于推广。因此在技术层面上云南省的机械化需要跨越式的发展。

3　云南省甘蔗机械化发展方向

决定农用机械设计的因素主要有土地和作物两个。土地类型决定了机械的大小、结构、动力等基本参数，平整广阔的土地上大型机械有很高的使用效率且对于动力的要求相对较低。在山地坡地地形中空间相对狭小，机械的体积要有所限制。此外机械在坡地上行进发动机还需承受额外的重力分力，因而需要更强的动力。作物种类决定了对机械功能的要求，甘蔗种植过程中可以进行机械作业的有耕地、整地、开沟、播种、培土、收获、搬运几个环节。每个环节需要达到的目的不同，所需功能也不同。

3.1　依据地形因素分析

云南省甘蔗种植地块小且不规则，使得作业机械需要频繁转弯与掉头，同时地块狭小要求机械的转弯半径不能太大，因此山地专用型农机对机动性的要求是很高的。另一方面云南多坡地且坡度较大，这对机械的爬坡能力又有了很高的要求。云南属于高海拔地区，轮式机的适应性较差[1]。同时履带机的爬坡能力与转弯能力较强，且有研究表明履带式可实现全方位移动[2]。所以履带式平台更适合山地作业。此外，无论从地块还是坡度的角度考虑大型机械都不适合云南省甘蔗种植业。大型机械的高效率不仅无法在山地体现，还会对机械的机动与爬坡性能有负面影响，因此未来云南省甘蔗农机将以轻小型为主，这一观点已得到行业内的普遍认可。在动力方面，无论是机动性还是爬坡能力都要求机械有充足的动力，特别在复杂地形中高动力意味着更安全，因此云南省山地机械需要匹配大功率的发动机。地块分散带来的问题是机械无法连续作业，在某一区域作业完毕后还需将机械运输至另一地区，这也要求农机装备轻小易于运输。

3.2　依据甘蔗种植特点分析

甘蔗的种植模式与常见的谷物、大豆等机械化成熟的作物有较大的差别。耕地、整地与其它作物无差别，可直接使用同类机械。到了开沟阶段对甘蔗农机的作业需求开始有所不同，甘蔗种植采取的是营养繁殖，需将甘蔗茎秆深埋入土壤，因此需要挖较深的沟。在平地上可使用拖拉机牵引的开沟犁进行开沟，而开深沟所需的大功率拖拉机并不适合山地作业，目前云南省部分地区采用了挖掘机进行替代。使用挖掘机开沟将开沟犁的纵向作业调整为侧面作业，从而一定程度上规避了坡度的影响，而且挖机开沟所需动力不高，机械体积锐减。挖掘机虽然不如平地上开沟犁作业效率高，但使山地机械化开沟成为了可能，并且为山地农机发展提供了新的思路。播种环节是将甘蔗种放入沟中并盖土，动力要求不高，现已有多种成熟的机型。培土环节是在甘蔗生长期中进行，甘蔗种植行距决定了农机本身为小型机械和手扶式机械，此类机械灵活性强、适用范围广，也是发展山地农机的一个方向。收获环节为最重要的环节，因为收获阶段是消耗人工最多最主要的阶段，而且甘蔗与其它很多大田作物最大的区别在于它是多年生作物，收获后要留下土壤中的宿根用于来年的繁殖。这一特性给甘蔗的机械化收获造成了巨大的阻碍。一般情况下机械收获对作物的损害是毁灭性的，目前的甘蔗收割机经不断改良仍无法避免对甘蔗宿根的额外损伤，机收后甘蔗的破头率明显上升[3]，这一问题在山地与平地中是一样的。此外收获与搬运往往是同时进行的，在山地中收获环节还存在联合作业空间有限的问题。甘蔗收获的主要农机装备有收割机、搬运机和运输车辆。在山地中由于地形复杂且空间不足，很多时候多种车辆联合使用可能会出现互相影响的情况。此外现有的甘蔗运输车辆类型混杂，还容易出现与搬运机不匹配的问题。

4　结论与展望

经过不同角度的分析与论述，可总结出以下结论：第一，云南省甘蔗种植区域地形分散、复杂、以坡地为主，发展机械化条件困难。第二，云南省机械化基础薄弱，缺少相关装备、技术以及实践经验。第三，根据云南省地形特点，云南省机械化将向着高动力、轻小型的方向发展。第四，根据云南省甘蔗种植特性，目前制约甘蔗全程机械化发展存在问题较多的主要在收获环节。

在将来的云南省甘蔗机械化发展中，根据地区特点及存在的主要问题进行针对性探索与改良是科学有效的方法。今后云南省甘蔗机械化发展中要关注的几个重要方向是：①探索与改革适合山地坡地的作业模式。②设计研发高技术配套的轻小型农机装备。③重点关注甘蔗收获，这是甘蔗机械化的关键所在。

参考文献：

[1]许翔，刘瑞林，董素荣，等.轮式车辆高原环境适应性评价研究[J].装备环境工程，2014，11（4）：82-87.

[2]黄涛，张豫南，田鹏，等.一种履带式全方位移动平台的设计与运动学分析[J].机械工程学报，2014，50（21）：206-212.

[3]陈超君，梁和，何章飞，等.甘蔗机械收获对蔗蔸质量和宿根蔗生长影响初探[J].广东农业科学，2011，38（23）：26-30.