甜菜机械化栽培技术分析

周艳丽，刘 娜，张文彬，吴艳玲，卢秉福，刘晓雪

(1.黑龙江大学，哈尔滨 150080；2.北京工商大学，北京 100048)

0 引言

甜菜是我国第二大糖料作物，种植已有100多年的历史[1,2]。近年来甜菜种植逐渐向优势地区集中和转移，已成为黑龙江、内蒙古和新疆三省、区具有比较优势的经济作物，成为县域经济的重要支柱产业和农民收入的重要来源[3]。甜菜种植比较费工时，用工量分别比玉米高47%～58%、比小麦高72%～82%、比大豆高91%～156%[4]。甜菜机械化栽培主要作业环节包括耕翻、整地、播种、施药、施肥、灌溉、中耕、收获等环节，从农机与农艺融合的角度入手，根据甜菜栽培的农艺要求，开展甜菜生产作业各环节单项技术进行研究，形成农机与农艺结合技术[5,6]，促进甜菜栽培机械化技术发展，提高甜菜生产机械水平。

1 甜菜机械化栽培农机与农艺技术融合的特点

农机与农艺技术融合是实现甜菜生产机械化关键。农机技术对甜菜产质量的提升、减少损失、降低生产成本等有重要作用。然而，农机技术的复杂性、可操作性等因素会对农艺技术造成影响[6]，对农艺技术的效果有提升或受到限制作用。由于收益是甜菜生产的最终目标，而农机技术、农艺技术都服务于甜菜生产[7]，二者必然会受到效益指标的直接影响，因此，兼顾农艺技术与农机技术的农机与农艺融合模式成为甜菜生产机械化发展的方向。

2 机械化与甜菜生产农艺技术

2.1 甜菜整地的农机与农艺技术

整地主要是造成平整、细碎、松软和墒度适宜的播种层，以利播种或移栽作业，为甜菜播种创造良好的种床和为幼苗生长、发育创造良好的土壤条件[8]，在地表3 cm厚形成细碎而有一定紧密度的表土层，利于种子接触土壤以吸水分，减少土壤水分蒸发，在3～8 cm形成由小土块构成的透水层，源源不断地供给种子发芽所需的水分，第一层土壤通常用碎土器或碎土镇压器来完成，第二层是用各种耙来完成，使土壤达到平整、细碎、保墒，上虚下实，对保证种子萌发，促进其发芽、成苗有重要作用。一般情况下，整地质量好比整地质量差的地块可提高甜菜出苗率27.45%，提高保苗率18.6%[4,9]，见表1。

表1 不同整地质量对甜菜生产的影响

2.2 甜菜播种与移栽的农机与农艺技术

2.2.1 甜菜机械化播种适宜温度与深度

1)甜菜适宜播种温度

甜菜的播种期主要应按当地气候条件确定，即当早春连续5天5 cm深处土壤日平均温度达到5℃以上即可播种[10]。在土壤水分、空气适宜的条件下，甜菜出苗速度与温度高低呈正相关，与出苗所用日数呈负相关，即温度俞高，出苗速度越快，出苗所需天数越短。应用GTOP-4309型智能光照培养箱进行的盆栽甜菜播种试验，在5℃时甜菜出苗需29天，随温度升高，出苗所需时间相应地缩短，在15℃的温度条件下，最快7天，在25℃的温度条件下，仅需要3天，见表2。在土壤含水量适宜的情况下，最早播种期平均气温3～4℃，最适宜播种期为5～7℃，其次播种期为9～10℃。

表2 甜菜出苗与温度的关系

2)甜菜播种深度

甜菜种球内种子很小，破土能力较弱，因此播种时覆土切忌过深。室内盆栽试验表明，覆土深度1 cm比覆土深度3 cm、5 cm比较可提前出苗1天、2天，出苗50%分别提前1天、3天，而覆土深度达到6 cm与覆土深度1 cm比，甜菜出苗50%时间晚7天，并且出苗率没达到100%,仅为87.65%。田间试验结果表明，甜菜播种深度3 cm比深度5 cm可提前出苗2天，出苗50%可提前4天，出全苗可提前6天，并且可提高出苗率6.7%[4,11],见表3。因此，甜菜播深一般以3 cm左右为宜，在土壤墒情较好或粘性土壤，播种可适当浅些，播深在2 cm左右为宜；在春季干旱风大、土壤墒情不好的地区，覆土深度可以适当加深，但最深不能超过5 cm。

2.2.2 甜菜纸筒育苗移栽农机与农艺技术

甜菜纸筒育苗移栽机按自动化程度可分为人力纸筒育苗移栽机、半机械化纸筒育苗移栽机和全自动纸筒育苗移栽机，目前国内广泛使用的纸筒育苗移栽机绝大多数是半自动化甜菜纸筒育苗移栽机。采用机械移栽时要一次完成开沟、送苗、栽植、覆土、压实、浇水全部过程[12]，移栽后的甜菜应满足株行距和栽植深度均匀一致，无漏植和重植，甜菜秧苗基本上垂直地面，倾斜度最大不超过30°，无窝根现象，同时保证不伤苗，不损坏纸筒。田间试验调查，移栽机作业速度1.8 km/h,15 cm纸筒，设定株距20 cm，栽植株距合格率80%，栽植深度合格率50%；栽植倾斜率0-30°占90%；大于30°占10%；覆土合格率80%，纸筒折断、幼苗被埋个别情况时有发生。由于甜菜纸筒育苗移栽时土壤含水率达到25%-28%，含水率较高，影响了作业质量。收获时，甜菜青顶高出地面0-3 cm、3-6 cm、6-9 cm、大于9 cm分别占3.7%、37.04%、33.33%、25.93%，主要原因是栽植时栽植深度合格率较低以及中耕培土不够所致。青顶过高不利于切缨作业，容易造成推到、掰切等现象。

表3 不同覆土深度对甜菜出苗的影响

2.3 甜菜中耕与植保的农机与农艺技术

2.3.1 中耕机械化技术

甜菜是根深作物，中耕除草可以疏松土壤，使根系向下伸长，有利于土壤微生物活动和有机质分解，增加有效养分；除掉各种杂草，能保持地面干净，吸收更多的热量，提高地温，改善土壤的蓄水性和透气性，促进根系发育[13]。甜菜中耕机作业时，三角犁铧以铧刃刮切土壤，松土、除草，后由铲胸和培土板将松土分至两侧对甜菜进行培土；中耕机的幅宽、作业行数最好与播种机幅宽及作业行数应保持一致，或者为整数倍，可减少临界行处伤苗。近年来中耕追肥、中耕喷药联合作业普遍应用，如3ZF-6、3ZF-12型中耕施肥机，3ZQ-10、3ZQ-8型中耕施肥机等，作业行数4-12行，行距50-70 cm，工作幅2.6-9.6 m，起垄深度14-16 cm，施肥深度3-18 cm, 作业速度3-8 km/h，配套动力35-120 kW。

2.3.2 植保机械化技术

1)甜菜病虫害防治机械化

甜菜植物保护机械化作业应抢前抓早，以防为主，防治结合，力争不受损失，最大限度地提高了甜菜产量[14]，国外病虫害防治药械多向宽幅、高效、低量方向发展。甜菜植保机械基本与其他大田作物通用，目前有3WX系列悬挂式喷杆喷雾机、3WQX系列悬挂式风幕式喷杆喷雾机、3WQ系列牵引式喷杆喷雾机、TM系列、iXter B系列悬挂式喷杆喷雾机，以及WV-12型固定悬挂式机引喷雾机、3WH-10喷雾机、3WX-100型弥雾喷粉机等。甜菜植保机械工作阻力小，配套动力可选择12～70马力的拖拉机均可，选择大马力拖拉机可进行宽幅作业。作业速度不可超过6～7 km/h，因为作业速度、工作压力、喷嘴、幅宽、往返次数等因素均会影响药剂的耗量。正确设置喷嘴与甜菜叶片的距离、方向，喷束角度[15]，达到最佳喷施效果。

2)甜菜除草机械化

在哈尔滨市呼兰区进行甜菜除草试验，供试品种为甜研309，试验药剂为16%甜菜安、16%甜菜宁、20%拿扑净乳油、20%乙氧呋草黄乳油、160克/升甜菜安.甜菜宁乳油、21%甜菜安·甜菜宁·乙氧呋草黄乳油。防除杂草包括水稗(Beckmannia syzigachne Fern)、黎(Chenopodium album L.)、蓼(Polygonum hydropiper L.)、茼麻(Abutilon theophrasti Medic)、刺苋(Amaranthus spinosus L.)、龙葵(Solanum nigrum L.)等。施药方法，甜菜出苗后杂草处于2-4叶期按要求的剂量对水进行茎叶喷雾。先喷清水对照，再喷对照药剂。甜菜播种后25天，杂草处于2-4叶期施药一次。施药后1周左右调查药剂对禾本科草及阔叶草的防除效果。

试验结果表明：16%甜菜安、16%甜菜宁、160克/升甜菜安.甜菜宁乳油可有效控制黎、蓼、茼麻、灰菜等杂草，除草效果达90%以上，但对禾本科杂草效果一般，为60-80%；20%乙氧呋草黄乳油对黎、蓼、茼麻等杂草的除草效果为87-90%；20%拿扑净乳油仅对禾本科杂草有效，除草效果为84.88%； 21%甜菜安·甜菜宁·乙氧呋草黄乳油对一年生的阔叶杂草，如黎、蓼、茼麻、野芝麻、刺菜、苍耳、龙葵等进行有效地控制，防治效果可达90%以上，对禾本科杂草效果不理想，防治效果为65.32%，见表4。

表4 甜菜机械化施药除草效果

2.4 甜菜收获农机与农艺技术

2.4.1 甜菜机械化收获时期与标准

1)甜菜机械化收获时期

甜菜没有类似于谷物的判断成熟期的指标，其生物学成熟期的特征是，多数老叶变黄枯萎，叶丛疏散，叶子斜立或匍匐；叶柄用嘴嚼有明显的甜哧，而咸哧变淡；块根增长缓慢，并趋于停止，质地变脆，含糖率达到最高水平，纯度达85%左右;整个地块有80%以上植株具有以上特征即可收获[4]。甜菜收获需在霜冻前结束，应全面考虑早收获引起的产糖量下降和块根贮藏损失等不利因素，权衡利弊[16,17]，制定适宜的收获日期，见表5。

表5 甜菜确定收获日期的参考指标

2)甜菜机械化收获标准

甜菜收获是农民种植甜菜的最重要环节，是最后效益的体现，若果收获损失过多，农民难以接受。我国甜菜收购标准规定，甜菜块根重量应大于100克，尾根直径应大于1厘米[18]。甜菜产量为50 t/hm2时，甜菜切顶正常切削，甜菜产量无损失；多切1 cm，产量损失6.8%；多切2厘米，产量损失12.6%；多切3厘米，产量损失多达18.4%，并且块根切削高度低于正常切削面时含糖物质的损失接近8-15%[18]。在挖掘过程中，尾根直径为1 cm时，符合收购质量标准，对甜菜产量无影响；尾根直径为2.5 cm时，产量损失3%；尾根直径为3.5 cm时，产量损失达6%；尾根直径为5 cm时，产量损失达12%[19]。根据《甜菜收获机械作业质量NY/T1412-2018》的要求，甜菜机械化收获切顶合格率大于85%，块根损失率小于5%，破碎率低于2%，含杂率少于8%[20]。见表6。

表6 甜菜收获机作业技术指标

2.4.2 甜菜收获机械化方式

1)甜菜分段收获

甜菜机械化收获可分为联合收获和分段收获。分段收获分为两段式收获和三段式收获，二段式收获分别使用切缨机和挖掘机装载机、三段式收获分别使用切缨机、挖掘集条机和装载机完成切缨、挖掘、捡拾、清理、装运等工序。分段式收获作业对于清除块根泥土较为有利，生产效率低于联合收获机，作业次数较多，对土壤有压实作用，但是作业费用低，试验结果表明， 农甜4TQ-2型型甜菜切缨机作业行数2行，机组作业速度3.92 km/h，切削合格率85.6%。在完成切削的同时，还需跟头清理器进行清理，当清理器转动所在的平面与甜菜行中心线平行、垂直或成角度时，留在块根上的茎叶量与机器的作业速度的关系[4],如图1所示。对各种不同结构的清理器来说，随着机器工作速度的提高，清理根头的总的时间减少。对工作部件转动所在平面垂直于甜菜行中心线的清理器，当机器工作速度为2 m/s时，可以获得清理根头上植物混杂物的最好工作质量。

1——清理器转动所在的平面与甜菜行中心线垂直；2——清理器转动所在的平面与甜菜行中心线成一定角度；3——清理器转动所在的平面与甜菜行中心线平行。图1 根头上残留茎叶量与机器工作速度V的关系

甜菜挖掘机配套动力为50-120马力拖拉机，作业行数两行或三行挖掘集条机，梭形作业，挖掘机工作时速仍为3～6 km，此时需用并行装载和运输车辆配套运输。农甜4TW-2型甜菜挖掘机配套动力为40 kW拖拉机，挖掘深度215 mm，集条宽度450 mm，作业速度4.5 km/h，生产率0.63 hm2/h，挖掘合格率达98.01%[21]。

2014年肇东市尚家镇前进村种植860亩甜菜，品种甜研312，块根长度18.7 cm，直径8.25 cm，产量45 t/hm2,含糖率16.4%，收获土壤含水量16-18%。10月7日在此地块对圆盘式挖掘器和叉型开式挖掘器进行了对比试验，圆盘式挖掘器效果，漏检率2.01%，漏挖率0.46%，块根粘土率4.53%，铧式挖掘器，漏检率5.28%，0.83%，挖断率0.69%，块根粘土率5.52%，最大值9.62%。

捡拾装载机与挖掘集条机配套使用，捡拾器为指杆圆盘结构，传送机构为杆栅式。块根在捡拾和传送过程中进一步被去土、清杂，然后被送进集料箱。牵引式捡拾装载机配套动力采用与40 kW以上拖拉机。

2)甜菜联合收获

使用联合收获机一次性完成甜菜切缨、挖掘、捡拾、清理、装运等工序，自动化程度高，用工少，生产效率高[22-24]。目前国内甜菜产区甜菜联合收获机以进口为主，大型自走式甜菜联合收获机几乎全部为进口。

甜菜联合收获机主要为进口，尤其是大型自走式甜菜联合收获机几乎全部为进口产品，牵引式甜菜联合收获机目前国内有少量生产。六行自走式甜菜联合收获机在生产中不需要预留车道，仅需行走一次，即可完成甜菜收获作业。但行走长度受限于贮料箱容积，所以要计算出收获效率与收获行长的关系，轮胎的内胎气压要低。也有自走式、无贮料箱的甜菜联合收获机不必考虑农田的行长，因为块根转运车辆可以随时满足需要。LECTRAV2型全功能自走式甜菜收获机配有345马力六缸发动机，自重17 t，一次性可完成除叶、削头、挖掘、清理、收集装车等作业环节，它的作业幅宽3 m，垄距50 cm，作业最高时速6 km，每小时可收获甜菜1.5 hm2以上。

3 结论

3.1 甜菜机械化种植的经济效益与农机与农艺技术密切相关。农艺技术的人工和物资投入决定了其可操作性，高投入、高产出的农艺技术并不一定效益最好，农机技术虽然会降低生产成本，但也会造成的甜菜产量的损失，只有农机与农艺技术很好地融合，才能降低成本、减少损失、提升甜菜产质量，获得较好的甜菜种植效益。

3.2 甜菜种植要求较好的种床质量，做到土地平整细碎、上松下实、墒情适宜。选择优良甜菜品种，在土壤温度、湿度合适时及时播种，播深一般不超过3 cm。及时中耕除草，防治病虫草害。适时收获，根据甜菜长势、土壤类型、土壤湿度等选择合适机型，应做到切削符合糖厂要求，不漏挖、不埋藏、不破损、无破碎。

3.3 根据甜菜种植的农艺要求，使农机技术与农艺技术实现融合，解决农机与农艺之间的协调性、先进性、实用性、经济性等问题，实现农艺技术与农机技术融合的标准化模式，促进甜菜生产机械化的发展。