胡朝晖
(1广东省生物工程研究所(广州甘蔗糖业研究所),广东广州510316;2全国甘蔗糖业信息中心,广东广州510316)
近年来,随着社会经济的进一步发展,我国糖料蔗产业竞争力不高、生产劳动力紧缺、综合成本高的问题愈发突出,推进甘蔗生产的全程机械化是提升产业竞争力、解决劳动力短缺、节本增效的重要手段之一。然而,随着过去几年的大力推进,甘蔗生产全程机械化遇到了各种各样的问题,而机收则是最大的瓶颈。本文将从甘蔗生产全程机械化存在的各种问题出发,提出针对性建议,同时,就我国甘蔗生产全程机械化的发展前景做出分析,以期为行业提供一定的参考。
我国甘蔗生产机械化研究、示范和推广起步于上世纪 60年代,60~70年代主要是各研究单位的内部研究示范,例如蔗田机械深松底土、甘蔗剥叶机等在湛江地区徐闻县和遂溪县进行过合作试验示范工作,成绩较突出并取得一定推广的是机动船拖拉真空泵吸泥浆机,该机械主要适用于珠三角河纲区,用以将河床淤泥泵上蔗地,兼具清淤、增肥、灌溉排水、减少土壤酸化硬化等功效,同时在珠三角国营农场为主的蔗区,部分推广了甘蔗培土机和甘蔗联合下种机等[1],我国于1959年开始研究整秆式甘蔗收获机械技术[2],福建、广东和广西的很多单位参与了研发工作,部分单位先后研制出了小型割铺机和整秆式甘蔗联合收割机,但由于效率低及适应性不够,普遍没有得到较好的推广。
1974年9~10月,澳大利亚甘蔗农业机械展览会在北京举行,会后全部参展机械出售给中国农垦总会并运到湛江遂溪县的前进农场使用,包括甘蔗联合收获机、联合下种机、甘蔗培土机、大扬程喷水人工降雨机、甘蔗机械深松底土机等成套设备,这些设备使得前进农场在之后的很长一段时间内成为我国甘蔗生产机械化的示范基地,也是国内甘蔗生产机械化程度最高的蔗区。之后一直到90年代中后期,我国甘蔗生产机械化研究和推广工作力度小且进展缓慢,这期间,我国糖料蔗主产区逐步向西南转移,广西和云南成为糖料蔗主产区。
到21世纪00年代中前期,我国甘蔗生产机械化没有得到特别的重视,其发展进程和水平与主产区总体农业机械化近似,主要体现在机耕方面有较大幅度提升,到2010年前后,机耕率达到90%以上,但较早就开展实验与推进的机种方面进展缓慢,机收则更是处于在设备研发和试验阶段,以广西为例,2010年全区甘蔗生产的耕、种、管、收的综合机械化率仅为 27.3%,不过,一些适宜本地化的耕、管环节的小型机械得到推广并逐步进入加速发展期,小型农业机械的使用,有效解决了劳动力日益短缺的部分问题。00年代后期,劳动力成本不断提高且短缺更显突出,各方面将目光聚焦到甘蔗生产全程机械化上。
南宁糖业股份有限公司于2009和2010年分别购买日本HC-50NN和凯斯A4000进行国内机收及其应用前景实验验证[3];洛阳辰汉农业装备科技有限公司从2008年开始投身甘蔗收割机械化的研制,经过 8年 6轮的试验改进,2015年成功研制出4GQ-130型切段式甘蔗联合收割机;2012年3月,约翰迪尔针对中国市场研发的新一代小型甘蔗收割机在广西金光农场蔗区进行了现场作业展示,2013年12月,约翰迪尔CH330运抵广西宾阳,完成在我国的第一台销售交付;广州科利亚现代农业装备有限公司 2010~2014年投入资金建设甘蔗联合收割机生产基地,2015年1月,与华南农业大学联合研发的4GZ-91切段式甘蔗联合收割机通过鉴定;中联重机 2015年新品发布会上,“谷王”AS60(4GZ-6000)甘蔗收割机惊艳亮相;柳工农业机械股份有限公司于2016年2月成立,迅速成为一家生产覆盖甘蔗耕、种、管、收、运全程机械的大型农机公司;2016年 12月在柳州召开第一届“中国甘蔗机械博览会”。以上是过去10年我国甘蔗生产机械化特别是机械化收获发展的重要时间节点和事件。
2010年至今,是我国甘蔗生产全程机械化正式起步和快速发展的阶段,实现了甘蔗生产机耕、机种、机管、机收的全程机械化突破,2017/18年榨季,全国甘蔗种植机耕率达到95%,机种率达到30%,综合机械化率为50%,但机收率仅为约2%[4]。机种推广较快的湛江农垦蔗区,机种面积从 2004年的53.3 hm2扩大到 2015年的 3300 hm2,机种率为26.3%[5],至2018年更是提高到6067 hm2,机种率达到48.4%[6];各种适应小生产规模的小型农机,如小型开沟机、培土机、铲蔸机、小型割铺机、分段式收获机械、田间转运车、装蔗叉车、蔗叶粉碎机等农机具得到广泛应用;机收在探索和创新中百花齐放,除引进的凯斯和约翰迪尔外,国产联合收获机也出现了四龙共舞的局面,但是,机收的推进一直缓慢,由于榨季天气多雨,2018/19年榨季全国糖料蔗机收率(按入榨量算)仅为1.2%[7],2019/20年榨季机收率有所提升,但按入榨量估算依然在 2%以内,即使机收推进较好的广西扶绥县按入榨量算也仅有 6.57%的机收率,我国糖料蔗机收已经成为亟需突破的甘蔗生产全程机械化发展瓶颈问题,解决了机收的难题,才能真正实现我国甘蔗生产全程机械化。
当前,我国糖料蔗种植呈现户均规模小、土地细碎化、以旱坡地为主且部分蔗地坡度大等特征,严重限制了大型机械的作业,适宜大型机械作业的土地占比仅为约 10%[2]。我国甘蔗种植依然以小散户为主,户均规模小,全国甘蔗糖业信息中心采用现场调研与调查问卷相结合的方式对广西、云南和广东合计种植面积全国占比34.2%的16个糖料蔗主产县区进行相关调查,数据统计分析结果显示,我国糖料蔗种植以小散户为主,2018/19年榨季户均种植面积仅0.99 hm2,50亩以下规模的蔗户占总种植户数的 97.8%,此类蔗户合计种植面积占比达87.2%,且各主产省区情况基本一致。土地细碎化是我国南方蔗区耕地的本质特征,是我国南方地形地貌以及“分田到户”政策决定的,广西糖业发展办公室2017年年底《关于广西“双高”糖料蔗基地建设工作情况的报告》提到,到2017年年底的建设中期,完成“双高”基地建设17.09万hm2,实现地块小块并大块由338.03万块合并为32.05万块,地块平均面积由0.051 hm2提高了0.533 hm2。另外,国家糖料产业体系产业经济研究室2019年9~12月组织对广西335户蔗农进行调查,50亩以下的地块数量占 95.14%,农户拥有的最大地块的平均面积为0.935 hm2。据全国甘蔗生产信息监测网监测数据分析结果,2019/20年榨季,我国糖料蔗种植旱地占比为 81.7%,与上年持平,各省旱地占比分别为广东98.1%、广西84.9%、云南65.8%、海南60.7%,其中很大一部分旱坡地的坡度是超过适宜大型机械作业要求的13度,特别是云南,由于地形特点,坝子里基本都是水田,而旱坡地则是在高海拔的山坡上,大部分的坡度超过15度,甚至有超过45度的陡坡上还种植有甘蔗。
为解决耕作条件对农机作业的制约,我们要采取两条腿走路的方式来应对。一是改善耕作条件实现宜机化,如广西自2014年开始推进的糖料蔗“双高”基地建设,通过蔗地小块并大块、土地整治和蔗区道路建设等来实现宜机化,同时,要配套推进土地流转和农业合作社等生产模式的转变,提高种植规模化水平,才能推动可持续的机械化,在云南,则是以推进“坡改梯”为主的方式改造地块以实现宜机化。二是针对我国蔗户种植规模小、地块细碎化、蔗地坡度大等实际情况,研发和推广适宜我国耕作需求的中小型农机,优化生产流程提高生产效率,实现具有中国特色的甘蔗生产全程机械化。
一直以来,由于国外甘蔗农业机械的发展更早也相对成熟,我国甘蔗生产机械化发展的道路以核心设备和技术引进再消化为主、以小部分自主研发方式推进,但由于我国蔗区主要分布在山区或丘陵为主的地貌特征区域,人多地少且主要以农户小规模方式耕作,多以传统习惯的精细化方式管护,因此,从国外引进的以大型设备为主的甘蔗农业机械并不能适应我国的生产条件,无论是甘蔗联合收获机、联合种植机,还是中耕培土机、自走式喷水施药肥等设备,均一直存在“水土不服”的问题。过去5年,以甘蔗联合收获机为代表的国产中小型设备得到快速发展,但在生产实践中依然发现许多问题,例如轮式收获机在雨天和雨后土壤湿润的情况下无法开展作业,或者即使勉强开工,也会出现严重的高夹杂与高损耗问题;作业效率低下是最为普遍的问题,实验性测试实际功效仅为理论值的50%左右[3],复杂条件下实际功效更低,蔗区道路条件、作业地块形状与坡度、机械自身设计缺陷、机手操作水平等都是影响因素,作业效率低下也从另一个角度印证了农机农具与生产条件的不相匹配问题;实时截断式或整杆式甘蔗种植机均得到一定的推广,但至今未能解决即使下种量比人工大得多的情况下,依然由于人工操作不到位或技术缺陷导致频繁出现的断垄问题;适合山区作业的中小型整杆式、切断式收获机尚无成熟产品。
要解决农机农具与生产条件不相适应的问题,政府要进一步完善政策支持,相关单位要进一步加大关键环节相关农机具的研发投入和力度,充分调动各层级农机具研究与生产团队的积极性,制糖企业要主动参农机具的研发和实验推广,只有各方共同参与,才能在尽可能短的时间内提升现有农机具的适应性或研发出适应性更高的农机具,满足生产需求。适度改善生产条件是另一个解决问题的途径,但由于基础条件的限制,可以作为的空间有限,不能过于倚重。
农机农具与农艺的融合度不高一直是推动甘蔗生产全程机械化的障碍之一。
由于传统的小农户经营模式占主导,甘蔗种植缺乏为实现全程机械化而推行“一盘棋”的考虑,人工种植多坚持传统0.7~1.0 m小行距[8]密植的习惯,以及根据地块形状及坡度随意改变开沟走向而非尽量长距离直线开沟,这些种植习惯都严重阻碍了管护及收获机具的使用,近些年通过多方的努力,以实验结果告诉广大蔗农,大多数甘蔗品种对宽行距种植都具有良好的适应性,当种植行距增大到适宜大中型机械收获的1.3~1.4 m时,甘蔗产量不减产反而增产[9],同时,通过加大机种的推广,适宜机械化的宽行距种植比例逐年提高,行距与机具不配套的问题得到一定程度缓解,但当前依然有相当一部分的蔗农没有接受宽行距,并且一部分蔗地由于干旱贫瘠,过大的行距确实会导致减产,因此,对于行距的问题要因地制宜采取不同方案,建议在适宜大中型机具的蔗区推广1.2~1.4 m的宽行距种植[4],部分可以采用(1.4+0.5) m 的宽窄行种植方式[8],而在不适宜或不接受过宽行距的蔗区推行1.0~1.2 m行距[3],以适应中小型农机具的使用。
由于种植行距、蔗区气候、中耕管护的不同,我国不同蔗区采取了不同的培土措施,沿海多台风地区大多需要采取高培土耕作方式,而在云南的部分蔗区则可以不需要进行培土,近些年积极推行的糖料蔗轻简栽培技术[10],由于采用了多功能地膜覆盖和缓释肥等技术措施,不再进行中耕培土管护,不同垄高对于收获机械的刀盘刀具设计要求和操作方式都有所不同,机收技术和规范都需要进一步完善以适应不同耕作条件下的甘蔗收获,以期达到更好的截断效果,既要较少损耗和夹杂,又要避免高位截断和高破蔸率,当前部分甘蔗联合收获机还没有很好解决这个问题,需要对机具进行进一步的技术改进。
甘蔗机械化种植技术需要与栽培品种、种苗培育与处理方式、种植地块条件、后期管护等多方面相适应,要实现与农艺的高度融合,才能达到最佳的种植效果,例如沿海地区推行的深沟浅种大培土技术[11]和云南推行的轻简高效栽培技术[12]对于机种的开沟、覆土等均有不同要求,甘蔗机械化种植还需要不断总结提升,形成标准化的操作规程,以满足不同的需求。
促进农机农具与农艺融合的另一个重要途径就是选育和推广适宜全程机械化的新甘蔗品种,特别是要适宜机种和机收的要求,不过,品种选育是一个周期长、不稳定因素多的过程,当前适宜的品种不多。
甘蔗种植机自动化程度高,可以同时完成开沟、施肥、下种、覆土、盖膜等一系列任务,以下种方式不同而主要分为整杆式、实时截断式和预截断式3种[13],国内种植机普遍存在排种均匀性差、漏播、种箱卡种、辅助人工多等问题,当前认为预截断式是最佳选择。整杆式自动化程度高,无需人工喂料,但容易出现排种不均匀的而导致漏播的情况;实时截断式需要人工连续向蔗种箱内喂入蔗种,由于劳动强度大,很容易因为喂料操作不连贯而导致漏播,同时,截断时切刀的高伤芽率会影响甘蔗的出芽率;预截断式播种均匀且对蔗种的伤芽率最低,但需要预先对蔗种进行截断等处理。由于留种方式和对种苗进行预处理的条件限制,以前更多的是推广整杆式和实时截断式种植机,继续使用这些设备,则需要设法尽可能减少或避免出现漏播的问题,并适当增加下种量,以确保出芽率。近几年,预截断式种植机得到较好的发展,部分制糖企业或农机服务组织等建设了种苗加工车间,更多选取良繁基地提供的健康种苗,或选取质量优良的大田良种蔗进行合理截断和脱毒处理,栽种健康种苗是实现糖料蔗高产高糖的重要措施,预截断式将是未来甘蔗种植机的发展方向。
降本增效是推广甘蔗机械化收获的重要目标,过去几年,这个目标没有实现,甘蔗机收虽然解决了部分砍收人工不足的问题,但其综合经济效益暂未呈现出来。
首先是砍收成本没有真正下降。当前每吨蔗机收的费用比人工要低一点,近几年多在90元/t上下,但由于机收 10%~20%甚至更高的损耗,加上糖厂收购的高扣杂率,机收和人工砍收相比,蔗农实际要减少收入不低于 50元/t,2项相加,砍收成本实际不低于130元/t,而过去2个榨季的大多数时间,各蔗区人工砍收的成本也与此基本持平。2019/20年榨季,在整体单产相近的条件下,湛江某蔗区完成机收面积393.3 hm2,占比为2.52%,机收和人工砍收的平均单产分别为70.05和91.50 t/hm2,机收损耗高达21.45 t/hm2,减去扣杂 7.19%后,损耗率依然高达16.25%。
其次是机收服务收益低,甚至亏损。南宁糖业引进日本HC50-NN中型收获机,实验测算每榨季可砍收3500 t甘蔗,运行成本为88.49元/t,凯斯A4000测算按每榨季砍收6000 t甘蔗算,运行成本为50.11元/t[3],这是经过实际运行验证,再按照榨季时长在理想状态下测算出来的运行成本,由于榨季期间受天气、甘蔗单产、收获地块及种植条件,甚至收购政策等多方面因素影响,实际收获量往往要远远小于这个测算数据,2018/19年榨季,广西蔗区榨季期间长时间阴雨天,导致适宜机收作业时间不足 30天,机收服务板块全面亏损。2019/20年榨季,广西某农机服务公司2台额定工效可达80 t/h约翰迪尔CH330甘蔗收获机,2019年12月分别作业26和25天,仅收获甘蔗641.03和876.19 t,单台收获机榨季总作业量低于3000 t,该公司已经是连续第2个榨季亏损,该公司是广西具有代表性的甘蔗农机服务公司,而非个案。
再次是机收蔗入厂,给制糖企业带来损失。糖企的损失包括为了支持发展机收,部分企业设置机收蔗扣杂上限,而实际入厂夹杂物更高造成的原料成本提高,另一个就是机收蔗的高夹杂给现有制糖生产加工带来的压力,降低了回收率造成一定损失。
由于我国甘蔗糖厂绝大多数建于上世纪 90年代前,均以人工整杆砍收和低夹杂为原料标准来设计生产工艺,除最新建成和经过改造的少数几家糖厂外,全部采用“一步法”生产白砂糖或精制糖[14-16],这与国外普遍采用的“二步法”[15-17]工艺差别巨大,而当前甘蔗机收采用的主要是截断式收获机,机收入厂的原料蔗具有夹杂高[18]和切口多的特点,原有的制糖设备和工艺不能适应机收蔗的加工,这里面有2个层面的问题。一方面是原料蔗高夹杂,加大了压榨设备负荷,并从蔗汁中带走部分蔗糖分从而降低压榨回收率[19],更为严重的是给蔗汁和糖浆的过滤洁净工序带来巨大压力,需要投入更多的助剂等中间物料,提高了生产成本,甚至严重影响产能和产品质量;另一方面则是机收将原料蔗截断为大约30 cm长度的蔗段,十数倍增加的切口以及在砍收、装载、转运等过程导致切口进一步污染,切口在微生物作用下导致甘蔗品质快速劣变从而降低甘蔗糖分,导致产糖率损失,机收蔗原则上不能存放超过12 h[20],这对整个砍运调度和入厂压榨增加了管理难度。
当前解决高夹杂的问题,主要采取在压榨前设置除杂处理工序的方式,这几年广西加大了对制糖企业生产技术改造的扶持,到2017年,广西完成了47条生产线的压榨槽改造,增加了除杂系统,虽然取得一定成效,但解决糖料蔗高夹杂物与传统制糖工艺的矛盾是一个系统工程,一方面降低夹杂物总量,一定程度缓解了加工工艺的压力,但如果增大机收蔗的比例,后序工段依然无法承受,这也导致本榨季出现部分糖厂严格限制机收蔗入榨比例的问题,在崇左、湛江等地都出现了一台收获机2天仅拿到20 t (1张砍票)任务的现象,同时,在工厂增设除杂工序,清除出来的大量夹杂物的处理,又成为一个新的难题,为应对这个新问题,柳州地区出现了在蔗地建设除杂装置进行田间除杂后再运送回厂的方式,这是个不错的做法。
更深层次的是机收蔗对整个生产工艺的影响不仅仅局限于夹杂和回收率的问题,在当前全面放开蔗区与蔗价的政策下,糖料蔗砍运计划的实施更为困难,大量采用机收,原本就会限制制糖加工能力,原料供应的不稳定性,特别是已收割的糖料蔗长时间堆放,将会导致更大的损失,因此,从长远来看,将现有制糖工艺从“一步法”改造为“二步法”是一个选项,这将解除捆绑制糖压榨平衡的绳索,从而实现糖料蔗砍、运、榨的高效运转,助推甘蔗机收发展。
在积极推广甘蔗生产全程机械化的这几年,广西摸索和总结出了“制糖企业+农户”、“制糖企业+合作社+农户”、“制糖企业+农机作业服务公司+农户”、“制糖企业+农机作业服务公司”等多种农机化服务模式,从实践效果来看,部分模式运行效果并不理想,而其关键的不足在于各主体没有完全达到利益高度一致化,相互之间没有形成休戚与共的共生关系,种植、农机作业服务、制糖加工这3个产业环节大多数还是分属于不同的经营主体,没有形成某种合理的利益联动机制,也缺乏足够的统一协调机制确保三者之间的业务协同。以当前实际情况,除提倡制糖企业自己通过土地流转方式经营原料基地(农场)外,更要继续推行有保底保障的糖料蔗价格联动机制,确保蔗农收益以保持其种植积极性,同时,制糖企业要组建自己的农机作业服务部门或者与独立的农机服务公司建立联盟关系,向蔗农提供全程机械化服务,解除蔗农劳动力日益紧缺的后顾之忧。无论采取什么样的模式,制糖企业在其中要起到主导作用并承担更多的责任是成功的关键。
对于甘蔗生产全程机械化的迫切性认知不统一,是推进甘蔗生产全程机械化特别是种植和收获机械化的进展缓慢的重要原因。普遍的观点认为推进甘蔗生产全程机械化的出发点就是解决劳动力日益短缺的问题和实现降本增效,然而,正如前文分析的,这2个目标暂时都未能实现,而在推进过程中,机收存在的高损耗和高夹杂问题分别导致蔗农和糖厂对机收的排斥,那迫切性又在哪里呢?我们认为,当前最具紧迫感的可能是政府部门,为确保产业发展,政府有关部门制定了一系列推进农业机械化的规划目标与实施办法,加大农机购置以及作业补贴等等,都是为了推进机械化;其次,制糖企业部分有了紧迫感,劳动力短缺影响砍收、种植高成本低收益导致种植面积萎缩等等都严重威胁着企业的发展、乃至生存,然而,即使劳动力成本高,当前还是可以勉强解决需要的,加上机种机收等存在的问题没有得到有效解决,特别是机收,是一个系统化工程,既需要很好的组织与协调来确保高效运转,又需要大量资金和技术投入设备与工艺改造,在连续几年行业不景气的环境下,大部分制糖企业是有心无力的,只能边走边看的心态对待推进机收等核心问题;种植户也是有一定紧迫感的,但前提是确保收益,耕作机械化已经基本实现了,机种由于担心断垄造成低产,还是有限接受,种植对时间要求不如砍收紧张加上户均规模不大,因此,人工种植仍然占大多数,机收则由于高损耗问题没有得到解决,依然不被大多数散户接受,而一方面依然可以找到人工砍蔗、另一方面人工砍蔗综合成本不比机收高是关键因素。
全程机械化是提高糖料蔗生产效率的有效途径,但当前存在各种各样的问题,导致推进缓慢,部分地区甚至出现了倒退的现象,究其原因,就是推进甘蔗生产全程机械化还没有到逼不得已的程度,事物的发展是内因和外因共同作用的结果,推动甘蔗生产全程机械化的内因还没有达到促成转化的程度,而这个内因主要包括劳动力短缺和糖料蔗生产量萎缩2个方面。
虽然面临重重困难,但我国甘蔗生产全程机械化前景将是光明的,这是一个总的判断,同时,要实现我国真正意义上的甘蔗生产全程机械化,特别是全面推行机械化收获,预计这个时间需要10年以上,解决的时机取决于其关键性和紧迫性。
光明的前景首先是由需求来保障的,保障食糖供给是国家战略,目前我国食糖供给基本处于自给率 75%警戒线之下,因此,面对产业发展困境,国家多举措提升糖料蔗产业竞争力,确保产业可持续发展,要提高产业竞争力,农业现代化是必由之路,甘蔗生产全程机械化则是其核心内容之一,在基本完成《糖料蔗主产区生产发展规划(2015~2020年)》的目标任务之时,2020年年初,国家有关部门已经着手组织编撰《全国油料、糖料蔗生产基地建设规划(2021~2025年)》,规划的目标之一是确保建成120万 hm2糖料蔗生产基地,而宜机化的土地整治是重要建设内容,这将为实现全程机械化提供重要保障。同时,我国科技水平不断提升,先进制造业、智能化、信息化等技术已经处于世界先进甚至领先水平,糖料蔗产业将共享国家科技发展成果,未来的全程机械化将不仅仅是机械化,更是智能化的机械化,当前,产、学、研等相关单位大量投入研发,这个过程将不会很长的,目前应用北斗导航的无人驾驶拖拉机耕地和机种、无人机喷施药肥等就是序幕的开启。
事物的发展都要经过不同的阶段,甘蔗生产全程机械化也不例外,我们要从长远和全面的角度去分析当前的困难,抓住主要矛盾和矛盾的主要方面、抓重点去分步解决存在的问题,我们必须要有耐心,更需要积极主动推进。当前方方面面的问题,部分可能永远也不会得到彻底解决,例如机收的损耗问题,但它们都只是阶段性的问题,随着我国社会经济水平的进一步发展,农业劳动力必将更为紧缺且成本高企[21],高效率的机械必然取代人工,甘蔗生产全程机械化必将实现。我们要未雨绸缪,积极主动通过改造生产条件、提升技术水平来满足全程机械化的要求,推动全面的全程机械化尽早实现,同时,我们也必须要有足够的思想准备,无法改造以满足全程机械化的土地资源,退出糖料蔗种植也是必然的道路。