我国甘蔗机械化种植的发展情况

董学虎 ，刘信鹏2※，李 明，牛钊君，陈继色，韦丽娇，黄伟华，葛 畅

(1.中国热带农业科学院农业机械研究所，湛江 524091；2.广东海洋大学 机械与动力工程学院，湛江 524000；3.湛江市凯翔科技有限公司，湛江 524000)

0 引言

甘蔗作为我国主要经济作物之一，是我国重要的糖料作物，占我国常年糖料面积的85%以上，其产糖量占食糖总量的90%以上。世界主要产糖国如澳大利亚、巴西、古巴等已基本实现了机械化种植，所用的种植机主要有整杆式、实时切种式和预切种式。整杆式甘蔗种植机将蔗种整杆地摆放在由开沟器开出的沟内；实时切种式种植机作业时，整杆蔗种被喂入切种器，切成蔗段后摆放在开出的沟内；预切种式甘蔗种植机采用预先切好的蔗段，喂入摆种机构将蔗段摆放在沟内。我国甘蔗种植目前还处于机械（或畜力）开沟、人工摆种作业阶段，一些自主研发的机型和进口机型正在推广示范中[1-6]。

我国正在加快机械化甘蔗种植机与漏播检测、标记补位等智能化控制系统融合的步伐，以解决机械作业过程中遇到的漏播、排种不均匀等现象，提高了工作效率，减少了耗种量，降低了生产成本和劳动强度，为国内甘蔗种植机向全自动机械化种植的趋势发展提供理论依据。

1 我国甘蔗机械化种植技术的现状

近年来，随着我们国家有不少科研单位、高校、企业等通过自主研发或者是通过走引进、消化、吸收、再创造的技术路线，研制出大量适合我国国情的甘蔗种植机，如整杆式、实时切种式、预切种式甘蔗种植机，可以一次性完成开沟、施肥、淋水、切种、排种、消毒、覆土、盖膜、培土、镇压等工序。甘蔗机械化种植在提高作业效率的同时，也为我国甘蔗机械化发展奠定了基础。

1.1 整杆式甘蔗种植机

整杆式甘蔗种植机能够一次性完成开沟、整杆蔗种的喂入、施肥、摆种铺放、覆土、覆膜等工序，整杆蔗种装在种植机后面的蔗种种植箱内，蔗种箱前设计一个喂入辊筒，这样就可以将整杆的甘蔗种进行有序的梳理、输送，然后进入落种仓内再掉落在开好的沟内。整杆式甘蔗种植机机械化程度高，在种植过程中的开沟、整杆蔗种喂入、施肥、摆种铺放、覆土、盖膜等工序，不需要人工辅助操作，就可以自动化完成[7]。国内代表机型主要有2CZY-2型甘蔗种植机，见图1。

图1 2CZY-2型甘蔗种植机

1.2 实时切种式甘蔗种植机

实时切种式甘蔗种植机主要由开沟器、种箱、切种器、覆土装置、施肥装置、喷洒农药装置、淋水装置和铺膜装置等组成。其中种箱是用来放置整杆蔗种的。切种器是把种箱输送过来的整杆甘蔗种按一定的长度进行切段。实时切种式甘蔗种植机主要的工作原理是通过开沟器首先在前面进行破土开沟，施肥装置在后面将肥料定量的排入开沟器开好的沟里，再由淋水装置在开好的沟里进行适量的淋水，然后人工将整杆的甘蔗种喂入种箱，由2对输送胶辊将甘蔗种输送到带有切刀的旋转滚刀座进行等长度蔗种切割，经过切种箱切割后的甘蔗，根据牵引机和甘蔗种植机的速度按一定规律把蔗种排落到开好的沟里，进而由覆土装置进行覆土，喷洒农药装置进行农药喷洒，然后进行覆膜、培土，最后再进行镇压操作，这样就基本完成了甘蔗种植全过程[8]。国内代表机型如2CZX-2型甘蔗种植机，见图2。由于这种实时切种式甘蔗种植机种植方式对人工连续向蔗种箱内喂入蔗种的要求十分严格，而且劳动强度大，对经过切刀的蔗种造成的伤芽率很高，会影响甘蔗的出芽率。在播种的过程中，如果喂入动作稍有间断，就容易出现漏播的现象，而且由于种植箱比较小，甘蔗种植机工作时，会经常出现补种现象，进而导致工作效率不是很高。

图2 2CZX-2型甘蔗种植机

1.3 预切种式甘蔗种植机

预切种式甘蔗种植模式，多采用单芽段、双芽段、多芽段等蔗种，首先将整杆的蔗种切割成等长的蔗种段，每个蔗种段上留有一个蔗节，使用相应的药水对其消毒，这种处理技术使其具有发芽率高、成活率较高、病虫害少、分蘖率高、糖分含量和产量高等优势，再经过预切种式甘蔗种植机进行排种种植。以槽轮式甘蔗健康种苗种植机为例，主要由开沟器、施肥箱、排种箱、覆土装置、覆膜装置、喷洒农药装置、培土装置等构成，见图3。其工作模式主要是把需要种植的甘蔗种由人工或者机器预先砍成一段一段等长的符合甘蔗种植要求的蔗种，然后进行相应的消毒处理。开始种植时，通过开沟器在前面进行破土开沟，施肥装置在后面将肥料定量地排入开好的沟里，淋水装置在沟里进行适量的淋水，排种箱排好的蔗种按作业机行进的速度将蔗种按与之匹配的速度排落到开好的沟里，然后覆土装置进行覆土，覆膜装置进行覆膜，这样基本完成了甘蔗种植的全过程[9]。预切种式甘蔗种植机的种植模式需要人工把预先切好的甘蔗种一次性倒入排种箱，对工人的劳动强度要求相对较低。这种种植模式对甘蔗蔗种的伤芽率相对较低，是科研单位、高校、企业目前重点研发投入的方向，例如中国热带农业科学院农业机械研究所和八一农垦大学联合研制的槽轮式甘蔗健康种苗种植机[10]。

图3 槽轮式甘蔗健康种苗种植机

在机械化种植过程中会遇到卡种、漏播、排种不均匀、生产成本高、劳动强度高等问题，针对以上甘蔗机械化种植过程中遇到的问题，可以结合具有相应功能的智能化控制模块系统来解决。

2 智能化技术在甘蔗种植机方面的应用

随着人工智能技术的发展，针对以上甘蔗种植机在实际作业过程中出现的漏播、排种均匀度差、排种速度与作业机速度不一致等问题，华南农业大学王美美老师结合当前智能化技术，研制出一套实时切种式甘蔗种植机的漏播监测与标记系统[11，12]，如图4所示。该系统运用光幕传感器对下落蔗种的情况进行实时监测，当该甘蔗种植机发生漏播时，光幕传感器会把采集的信号信息传递给单片机，再由单片机给驱动电机发送起、停信号，进而通过驱动电机带动链传动来驱动2个滚轮向相反的方向旋转，以此带动装载箱内石灰向相反方向运动，通过下落的石灰对相应的甘蔗种植机漏播的位置进行标记，然后由人工进行补种。但排种均匀性较差、漏播率较高等问题依然存在，针对存在的问题王美美老师又提出将GPS信号接收器与光幕传感器应用于种植机上[13-16]，结合已开发的田间作业监测系统，能更准确、稳定地实时监测甘蔗种植时的漏播及行距均匀性情况，进一步提高了种植机排种均匀度、降低漏播率．通过标记装置，对漏播的蔗种的位置进行标记[17-24]，见图5。

图4 完善前的硬件结构图

图5 完善后的系统总体结构框图

结合预切种式单芽段甘蔗种植机[23]，在广东省湛江农垦广垦农机服务有限公司的试验基地进行了田间甘蔗种植试验，见图6—7。

图6 单芽段甘蔗田间种植实验

图7 甘蔗田间漏播检测系统

通过对装有GPS、漏播检测与标记装置的单芽段甘蔗种植机进行单因素和多因素实验，将多组实验数据进行分析，最终得到最优的数据组合，实现了机械化结合智能化控制系统来解决实践过程中遇到的问题。为全自动机械化种植发展提供了理论与实践依据。

3 我国甘蔗机械化种植存在的问题

虽然我国在甘蔗机械化种植过程中使用的机械化装备已经得到了跨越式的突破，在技术领域也得到了大幅度的进步和提升，但在推广甘蔗机械化种植机时，还存在以下客观性问题：①大部分甘蔗种植区的种植模式还是依靠密集型人工配合种植。②由于预切种式甘蔗种植机配套机械装备不完善，没能避免切种时对蔗种的伤芽。③甘蔗机械化种植模式和人工种植相比，种植过程中易出现漏播、排种不均匀现象。④蔗种在蔗种箱内进行排种，可视、可控程度低，大部分环节还需人工操作，易出现漏播现象。⑤甘蔗种植机对种植土地要求比较高，如果种植地的坡度过大或者有凹凸不平的地势，就不能保证种植的效果，对地块的适应性比较低。⑥由于机械装置生产成本比较高，所以很多种植户没能一次性买进。⑦购买者对机具性能和操作不熟悉。

4 对策及建议

1）对于甘蔗种漏播现象，可以在预切种式甘蔗种植机或实时切种式甘蔗种植机上加装漏播监测、标记装置系统，以改善漏播现象。

2）针对行距不均匀现象，可以通过在甘蔗种植机上加装可折叠收起的划行器或驱地轮装置进行解决，或者通过智能化控制实现对系统的行距控制或修正。

3）对甘蔗机械化种植的技术及装备进一步完善，使其向自动化、智能化、小型化、中型化、大型化、低成本的趋势发展，以解决山地、丘陵、平原地区对甘蔗种植机的市场需求。

4）进一步开发相关的配套设备，特别是与甘蔗机械化种植相关的智能化识别与智能化控制系统等方面的技术。

5）进一步了解种植户对种植机械的农艺要求，研发生产与农艺要求一致的机械化装置。

6）建立种植、管理、培训的合作社机制，有利于机械化设备的统一购买，及相关人员的使用操作技术培训，培养种植户的成本核算技能和管理技能，以进一步提高农户收益。

7）与相关高校、科研单位、企业建立技术人员流动咨询与交流站，把目前适合当地的先进技术传授给种植户的同时，也把种植户的问题意见收集起来，为今后的研发和生产提供宝贵的参考素材[25]。

5 总结

甘蔗机械化种植技术是提高甘蔗快速高效种植的主要措施之一，甘蔗机械化种植程度的高低，直接影响作业的效率和种植技术的推广应用。针对目前机械化作业过程中遇到的卡种、漏播、排种不均匀等现象，通过融合智能化控制模块与系统，对上述问题进行探索性解决，为进一步研究甘蔗种植机向全自动机械化方向发展提供参考依据。