木薯宽窄行种植及配套机械化技术研究

邓干然 ，黄 洁 ，黄应强 ，郑 爽 ，李国杰 ，崔振德 ，李 玲 ，郁昌的

（1.中国热带农业科学院农业机械研究所，湛江 524091；2.中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所，儋州 571737；3.湛江市农业技术推广中心，湛江 524000；4.国投广东生物能源有限公司，湛江 524018；5.农业部热带作物农业装备重点实验室，湛江 524091）

0 引言

木薯是世界三大薯类作物（木薯、马铃薯、甘薯）之一，也是全球年产超亿吨的七大作物之一，被誉为“地下粮仓”“淀粉之王”，是许多热带、亚热带国家重要的粮食作物和能源作物，在我国已有200年的栽培历史[1]。木薯作为能源作物，在我国具有巨大的发展潜力。2017年9月，国家发展改革委、国家能源局等多个部门联合印发《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》，明确在全国范围内推广使用车用乙醇汽油，到2020年基本实现全覆盖。目前国际市场玉米和木薯年贸易量达1.7亿t，是转化生物燃料乙醇的优质原料。我国生物燃料乙醇产业经过10多年发展，以玉米、木薯等为原料的1.0代和1.5代生产技术工艺成熟稳定。

广东省是我国木薯主产区之一，木薯被列为《广东燃料乙醇专项发展规划》[2009－2015]支持的生物质能源作物，国家开发投资公司在广东省湛江市已建成年产15万t木薯燃料乙醇的项目，已于2016年4月试车成功产出乙醇成品。广东省的木薯原料缺口巨大。目前广东省在木薯生产过程中，主要依靠人工作业，劳动强度大，种植和收获环节分别占木薯生产总劳动力的12%和61%[2]。广东省经济发展水平高，农业劳动力成本高于其他省份，这极大地限制了木薯产业的发展。因此，要提高木薯种植经济效益，机械化是必然选择，而发展机械化，农机和农艺融合统一是基础，两者只有高度结合才能充分发挥农业机械和种植技术的潜力[3]。研究探索一种适宜全程机械化作业的木薯种植模式，对木薯生产机械化具有重要意义。

1 传统木薯种植方法及其机械化存在的主要问题

传统木薯的种植方式一般采用平种或垄作（一行一垄，小垄），按种茎方向有平放、斜插和直插3种扦插形式[4]。传统种植方式下，一般都采取70～90 cm的等行距种植，种植的标准化和规范性差，行距宽窄偏差大、行向直线度差，垄形低，对实施机械化作业存在以下问题：

1）种植行距与拖拉机轮距及种植机械、管理机械、收获机械的轮距不匹配，造成机械化作业时拖拉机和农机具的轮胎不是压在垄沟里而是压在木薯垄上，压伤木薯植株或压碎木薯块根。

2）木薯挖掘收获机作业幅宽与木薯种植行距不匹配，无法对行挖掘、不易控制挖掘方向和深度，造成木薯块根易被收获机铲断，木薯机械化收获损失大。

3）垄形低，容易受涝，影响木薯产量且造成土壤板结，木薯挖掘收获机具工作阻力大，能耗高，机具磨损加快。

上述问题是制约木薯规模化和机械化生产的最主要原因。因此，需要引入一种适宜全程机械化作业的木薯种植农艺模式。

2 适宜机械化的木薯种植农艺模式设计

从有利于机械化作业且不影响木薯产量的角度出发，研究制定了“木薯宽窄双行起垄种植”的农艺模式。该农艺模式充分考虑全程适宜机械化和收获节能，要求木薯耕种管收全程均使用66.18 kW（90马力）轮式拖拉机作业，按照该型拖拉机的轮距参数，确定了木薯种植主要农艺参数，如图1所示。

图1 宽窄双行起垄种植模式示意

木薯宽窄双行起垄种植模式主要技术特点为：

2.1 垄形要求

起梯形大垄，垄面宽度约110 cm，垄底宽度约120 cm，垄沟宽约 50 cm，保证 66.18 kW（90 马力）拖拉机顺利跨行通过不压行，该型拖拉机内轮距约118 cm、轮胎宽约 45 cm；垄形高度为 25～30 cm，保证木薯生长期间雨季排水（木薯忌涝）以稳产，且在雨水冲刷后仍能保持一定的垄形高度。维持垄形高度的目的除了对农艺有利外，对机械化也比较有利，尤其在木薯块根收获时可显著减少挖掘作业土方量、减轻拖拉机负荷和收获机的过土负重，同时较高垄形排水顺畅，可使土壤保持松软，有利于挖掘过程中减少阻力。

2.2 种植密度

每个大垄要求种植2行，垄内行距约70 cm，邻垄行距约100 cm，株距约70 cm，构成典型的宽窄双行种植模式。按此计算每公顷种植木薯株数约16 000株，较传统种植90 cm（行距）×70 cm（株距），单位面积实际木薯株数相差不大，有利于稳产保产。

3 木薯生产全程机械化的设备配套

3.1 耕整地机械化

利用拖拉机后悬挂旋耕起垄机，对耕地进行旋耕碎土、平整，起梯形垄，垄体的两侧开有倒梯形垄沟供拖拉机行走。该旋耕起垄机由常规旋耕机增设2片集泥板改进而成，由集泥板从垄沟处刮取上层泥土堆集到垄上，形成梯形垄。

使用旋耕机，旋耕起垄处理的旋耕深度为25～30 cm，起垄垄体的垄面宽度为110 cm，垄底宽度为120 cm，垄体的垄高约为30 cm，垄沟的宽度为50 cm。视耕地土质情况，起垄高度和垄面宽度有一定的差异，较松软或耕层较深的土质起垄30 cm；较湿软的泥土，垄面宽度保持较好，但干燥泥土流动性较大，垄面边沿泥土有下滑情况，宽度将缩小；板结土质或耕层较浅的土壤，起垄高度约在25 cm。总之，在一定范围内的垄形变化，对机械化实施和作物生长影响不大。

3.2 木薯种植机械化

耕整好的木薯地，在大垄上沿纵向方向，利用实时切种式双行木薯种植机种出2行木薯。该木薯种植机后悬挂于拖拉机，作业时种植机在垄上一次完成开种植沟、木薯切种、施肥和覆土。木薯种植机的切种机构、施肥机构依靠一对驱动地轮获得动力，驱动地轮的内间距与垄底宽度相配合，驱动地轮完全行走在垄沟内。为防止种植过程中垄形被破坏，木薯种植机设有1对保持垄形的侧面护垄板和1片后垄面刮板，使种植前后垄形基本保持不变。

为防止杂草先于木薯出苗而影响木薯生长，木薯种植完成后，应及时采取苗前土壤封闭除草剂来防控杂草。喷洒封闭除草剂，亦通过拖拉机后悬挂的喷药机来完成，以保证喷药过程作业机具不破坏垄形。

3.3 苗期田间管理机械化

木薯出苗之后，利用拖拉机后悬挂中耕施肥培土机进行培土、护垄和除草，必要时使用喷药机进行除虫、防病。

3.4 木薯秸秆粉碎机械化

木薯块根成熟后，利用木薯秆粉碎还田机高效处理木薯秸秆。木薯秆粉碎还田机设计成仿垄形，粉碎机工作幅宽与垄面宽度相配合，仿垄的地轮完全行走在垄沟内，以66.18 kW（90马力）拖拉机为动力，作业时拖拉机的轮胎及粉碎机的地轮不压垄、不压土下的木薯块根。

3.5 木薯块根挖掘收获机械化

木薯秸秆处理后，留置1周左右，以降低未充分粉碎的木薯秆萌芽的可能性，再利用木薯挖掘收获机进行木薯块根收获。振动链式木薯收获机工作幅宽与垄面宽度相配合，同样由拖拉机牵引作业，拖拉机的轮胎及收获机的限深地轮均行走在垄沟内，不压垄、不压已经翻出的木薯块根。

4 木薯生产全程机械化的生产实践

4.1 试验与生产应用情况

按照前述的农艺模式和设计开发的相关作业机械，2017年在国投广东生物能源有限公司多个木薯种植基地（包括雷州、遂溪、电白等市县）进行全程农机农艺结合试验示范，应用面积近400 hm2。按照不同农艺环节作业面积累计，从耕整地、种植、培土、木薯秆粉碎和块根收获，相关机具实际完成作业近 2 000 hm2，收获期测定木薯产量在 20～ 40 t/hm2之间，产量在常规种植模式的范围之内。

4.2 主要技术经济性分析

按照2017年价格测算，以几个主要作业环节为例（1 亩 =0.067 hm2）：

1）人工种植木薯，种植效率为1亩/人·d，成本约为120元/亩。通过机械起垄种植，种植效率能达到27亩/人·d（含拖拉机手，以下同），“机械+人工”成本约为40元/亩。机械种植效率是人工种植的26倍，单位面积机械种植作业成本仅为人工种植的1/3。

2）人工砍运木薯秆，人工效率为2亩/人·d，成本约为80元/亩。采用机械粉碎木薯秆，机械作业效率为80亩/人·d，“机械+人工”成本约为20元/亩，机械作业效率是人工的40倍，单位面积机械作业成本仅为人工的1/4。

3）人工收获木薯，收获效率一般为0.6亩/人·d，成本约为150元/亩。采用机械收获，收获效率6亩/人·d，“机械+人工”成本为60元/亩。机械收获效率是人工的10倍，单位面积机械收获成本仅为人工的2/5。

5 小论

生产试验证明，采用适宜机械化的木薯宽窄双行起垄种植方法，配套针对这一模式设计研制开发的系列生产管理机械，可有效实现从整地、种植、田间管理、木薯秆粉碎以及木薯块根收获的全程机械化，总体木薯产量有保证，块根收获率高，技术易操作、生产效率高，做到农机农艺的高度融合，同时生产全程单位面积作业成本较人工降低了约2/3。