适宜咖啡机械化栽培模式和配套装备探讨

于飞　蒋快乐　王剑　陈治华　于英杰　赖庆辉

摘要 以实现机械化为目的，基于农机农艺融合原则，借鉴参考果树栽培形式，提出了适宜机械化栽培方式;对咖啡实现机械化的配套装备进行了初步探讨，探求农机农艺融合下的机械化作业新方式，为实现咖啡机械化和标准化的发展提供参考依据，加快云南咖啡产业健康发展。

关键词 小粒种咖啡;农机农艺融合;机械化栽培;咖啡机械化;配套装备

中图分类号 S 23文献标识码 A文章编号 0517-6611（2020）16-0201-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.16.057

Exploration on Mode and Supporting Equipment of Mechanization Cultivation of Coffee

YU Fei1， JIANG Kuai-le2， WANG Jian1 et al

（1.Faculty of Agriculture and Food，Kunming University of Science and Technology，Kunming，Yunnan 650500;2.College of Tropical Crop Science，Yunnan Agricultural University，Puer，Yunnan 665000）

Abstract From the perspective of mechanization， based on the principle of integration of agricultural machinery and agronomy， referring to the form of fruit tree cultivation， the suitable mechanized cultivation pattern mode was put forward.The supporting equipment for the mechanization of coffee was preliminarily discussed， and a new method of mechanized operation under the integration of agricultural machinery and agronomy was explored to provide a reference for the development of mechanization and standardization of coffee and accelerate the healthy development of the coffee industry in Yunnan.

Key words Coffea arabica;Combination of agricultural machinery and agronomy;Mechanized planting;Coffee mechanization;Supporting equipment

基金項目 云南省重大科技专项计划（2018ZC001-5）;昆明理工大学课外学术科技创新基金（2020YB283）。

作者简介 于飞（1992—），男，山东青岛人，硕士研究生，研究方向：农业机械装备设计制造。*通信作者，讲师，博士，从事农业机械设计制造研究。

收稿日期 2020-03-03

2020年中国咖啡种植面积将达到135万hm2，产量为20万t，总产值292亿元，在农业经济中具有重要地位[1]。云南省具有生产优质咖啡豆的自然环境和条件，目前云南省的咖啡种植面积和产量占全国的98%。近10年种植面积平均每年以5.5%的速度递增，消费市场潜力巨大[2]。咖啡的生产量和出口量都呈上升趋势，其经济效益非常可观[3]。咖啡属于常绿灌木或乔木，传统的种植栽培模式，树枝错综复杂，树形多样，行距和株距相对较小;采摘季节需要人工拿起单根枝条，选择成熟的果实进行采摘。咖啡机械化水平很低，最主要的原因是咖啡种植地区农艺不统一，种植方式单一，标准化程度低，而且种植地区坡耕地比重大，大中型机械难以行进[4]。农机与农艺之间的衔接和适应问题若得不到解决，导致咖啡生产作业过程中机械作业将难以实现，直接制约咖啡生产机械化的健康发展[5]。

因此，在保证产量和品质的情况下，实现农机农艺的融合，将咖啡的种植方式适应机械化生产，开发咖啡生产机械配套设备进行作业，减少种植成本，实现咖啡种植机械化。

1 国内外咖啡生产机械化现状

国外咖啡主要种植在美国夏威夷、巴西等国家的平原地区，机械化程度较高，尤其是在收获期间，将机器置于咖啡树之间，机器摇动树枝让所有的果实一次性脱落，收获效率很高[6]。但咖啡的种植、管理和收获还是主要依靠劳动力生产，管理和收获的农机具较少，造成劳动力的大量浪费。农机农艺融合种植栽培模式的研究比较少，从总体上，国外农机农艺融合发展的研究起步较早，很多政府部门和专家学者从不同角度对林果类的种植方式进行探讨。

日本人口密度大，人均耕地面积很少，从20世纪60年代对柑橘种植地进行土地改良，对不适合机械化的地块进行标准化和规格化，鼓励支持农村进行道路、水利等基础设施建设，从而为未来农业机械化创造了环境前提条件。韩国的改造始于20世纪70年代，扶持农户兴建沟渠、整治农地、修筑农田道路等，使得日本、韩国的林果类机械化飞速发展，现已达到先进国家机械化发展水平[7]。

中国机械化水平的高速发展促进了林果产业机械化水平的提升。浙江提出“特色精品，生态高效”为目标，采取建立“机器换人”标准示范基地;通过规范农艺，完善农机购置补贴政策，构建水果机械设备信息库，加快先进适用果园生产机械的普及应用[8];重庆市以特色农业优势产区为重点对象，制定高标准农田建设规划，加快土地流转，推进宜机化土地整治，建立标准农田，并根据不同的坡度制定不同的改造标准[9]。国内针对苹果和枸杞等经济作物的传统模式不利于机械化作业和管理，很多地区采用矮化及支柱篱架的种植栽培模式[10]，这种方式提高土地利用率，便于机械化施肥和采摘，实现优质高产[11]。

2 咖啡生产机械化中存在的问题

2.1 农机与农艺融合度低

农民缺乏实现机械化相关知识，农机农艺脱节现象比较严重。咖啡的种植地区主要分布在云南西南部的丘陵山地，地势起伏大，很多地方为了省时省力，开垦的咖啡种植台地并未到规定的宽度，再加上高丛密植，导致实现生产机械化难度较大。

2.2 病虫害综合防治技术落后

咖啡害虫的防治需要大规模及时的防治能力。在病虫害和感染期，农艺要求农民及时修剪咖啡枝，并采用农机植保来在最短的时间内全面、快速地喷洒农药。目前，大多数咖啡种植者仍使用传统方法来控制病虫害，特别是在疫情暴发的季节，而这些疾病往往不能及时有效地得到控制[12]。

2.3 收获技术滞后

咖啡主产区的咖啡果收获都是人工采摘，速度慢，用工多，成本高。咖啡果实属于呼吸跃变型果实，采摘下的成熟果实如果处理不当就会发酵，再加上初加工技术滞后，在咖啡果实集中采摘季节，往往产生增产不增收的现象，咖啡果实品质下降会导致市场收购价格难以提高。

3 咖啡生产中适合机械化栽培模式的对策

农艺技术包括品种育种、种植系统、耕作系统、土壤、肥料和水药管理等。种植系统是区域或生产单位的布局、成熟度与种植方法的总称，栽培模式包括行距、株距、种植密度和修剪形式等，这与机械化作业密切相关[5]。株距大小对动力机械影响较少，主要考虑种植密度和对咖啡产量的影响，根据行距，适当增加或缩减[13]。

喷药和采摘的机械化作业受种植栽培方式的影响比较明显。科学合理的种植栽培模式设计是引进农业机械化的关键因素之一，针对咖啡果实的生长特点和农艺的要求，借鉴現有成熟的果树栽培形式，提出3种栽培方式。

3.1 方形种植

借鉴现有的传统苹果树和柑橘的种植模式，平坦或平缓的斜坡地形适宜方形种植的模式。行距和植物间距取决于种植树种的类型。一般来说，推荐的最佳行距为2.0 m，株距为1.0 m或1.5 m（图1）。

方形种植受地形的影响较大，尤其在坡度较大地区，受台地的影响不利于机械行进，且行与行之间的空间容易被覆盖，影响咖啡的光照时长。

3.2 成对种植

在这种种植设计中（图2），两棵矮化咖啡植株对称种植，大密度长方形配置：株距2.0 m，行距为1.0 m，采用成对的种植设计可种植6 660株/hm2左右。这种种植设计的优点是任何2组成对的行距都很宽，可以方便移动小型或橡胶履带拖拉机。该种植系统可以更好地进行光照，更好地吸收营养，从而可以获得更高的产量。根据种植坡度适当修改种植的行距。但采用这种方式需要及时对咖啡的枝条进行修剪，实现“自然半圆形”和“纺锤形树形”。

3.3 篱架种植

篱架种植借鉴的是现代枸杞和苹果成熟的种植方式（图3～4），架面与地面垂直，咖啡树枝叶分布其上，像一道篱笆或篱壁，故称为“篱架”。篱架式需要对咖啡的枝条进行适当修剪，使咖啡主枝向上生长，接收更多阳光，同时使咖啡结果枝条分布在两侧，便于机械化作业。株距不受限制，为行间更宽的工作空间提供了条件。咖啡的树篱间距通常是2.0 m×1.0 m（图5）。高密度的种植能够保证较高的生产水平[14]。

综上所述，从机械化作业的角度提出了3种机械化栽培方式。减少分支之间的重叠可以更好地提高果实品质和产量，从而实现机械化，保持稳定的产量并提高整体经济效益。

4 咖啡机械化配套装备

根据对云南省主要小粒种咖啡种植基地咖啡园区机械化情况的调查，咖啡机械化的发展可以从动力机械装备、挖穴开沟装备、植保装备和收获装备4个方面来对咖啡机械化配套装备进行探讨。

4.1 动力机械装备

动力是咖啡在丘陵山区种植实现机械化作业的首要条件。由于咖啡的种植地受丘陵山区地形的限制，动力机械装备可采用爬坡能力强的履带型或手推式拖拉机，可以根据不同的作业需求，安装多种机具，完成挖穴、开沟施肥、植保等多种作业。

4.2 挖穴开沟装备

根据咖啡的农艺要求，咖啡在建园时在缓坡（坡度5°～15°）台地开挖定植穴，定植穴对咖啡树的前期生长状况起决定性作用[15]，螺旋式开沟机是目前适应性强、性能稳定的机型，它整车紧凑灵活，若采用履带式牵引可显著提高作业效率，减少人工的劳动强度[16]。

4.3 植保装备

咖啡病虫害已逐渐成为影响和制约咖啡产业发展的因素之一。咖啡的病虫害众多且复杂，在防治病虫害“四病三虫”上面，每年都需要耗费大量的人力，效率低，效果不理想[17]。为满足咖啡生产需要，要提高植保设备的使用率，尤其是定向地飞向靶标物，从而增强雾滴的附着率，在解决咖啡病害的同时，还能降低农药对环境的污染[18]。

4.4 收获装备

咖啡成熟期采摘成本高、劳动强度大，再加上地形差、路况差，人工采摘困难。如果不及时处理成熟的咖啡豆，其品质将会受到影响。采摘是咖啡作业的最后关键环节，采摘机械的类型及工作原理因树的种类、种植模式不同而变化[19]。国外的咖啡采摘收获机械体积大，不适合国内咖啡收获的机械化，所以使用轻便、实用的咖啡采摘收获装备对咖啡产业的良性发展具有重大意义。

5 结论

借鉴国内外现有的宜机化改造模式，提出咖啡农田和道路的宜机化的初步建设;借鉴其他果树栽培形式，提出了方式、成对式、篱架式3种栽培方式，从种植到收获4个方面分析，对实现机械化的配套装备进行了初步探讨，探索农机农艺融合下的机械化作业新模式，为实现咖啡机械化、标准化和产业化提供技术基础。

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