花育917机械化收获特性研究

许 静，陈明娜，陈 娜，潘丽娟，王 通，陈有庆，胡志超，邹宗峰，禹山林，崔凤高，迟晓元*

(1.山东省花生研究所，山东 青岛 266100； 2.农业农村部南京农业机械化研究所，江苏 南京 210014； 3.烟台市农业技术推广中心，山东 烟台 264001)

花生是我国重要的经济作物和油料作物，总产量和出口量均居世界首位，2019年全国花生播种面积达463.3万hm2，占农作物总播种面积的2.79%，占油料作物总播种面积的35.85%[1]，在改善人民生活水平上举足轻重。21世纪以来，随着我国城市化进程的快速推进，城乡人口比例发生了显著变化，农业生产劳动力不足的现象愈发突出。加之经济全球化的不断深入，农机市场竞争愈发激烈。劳动生产力低下与我国花生种植面积和产量逐年增加之间的矛盾，全球化下我国农业机械面临着新机遇与严峻考验之间的矛盾，迫切要求发展花生收获机械化[2]。

花生收获是花生生产的最后一个环节，其适宜收获期较短，过早或过晚收获都会影响花生的品质和产量，因此，抓住最佳收获时机就显得尤为关键。然而花生收获环节复杂且难度大，需经起挖、去土、铺放、晾晒、捡拾、摘果和清选等多个工序。若靠人工进行花生生产，收获花生用工量约占整个生产过程用工量1/3[3-4]。近几年来，在农业机械快速发展的同时，花生生产机械化水平也不断提高。花生机械化收获方法有分段收获、两段收获和联合收获3种，分段收获即采用不同的机械相继完成花生收获的每个环节，所用的各种机械统称为分段收获机械；联合收获即用一种机械一次性完成花生收获的全过程，这样的机械称为花生联合收获机；两段收获是指将花生收获过程分为前、后两个阶段，前段即花生起挖、去土和铺放晾晒，后段即花生植株的地面捡拾、摘果和清选等，完成前段和后段收获环节的两种机械分别称为花生起收机和捡拾收获机，统称为两段式花生收获机械[3,5]。

农机与农艺相结合是花生机械化收获的重要前提，影响花生机械化收获的问题之一是缺乏适宜机械化收获的品种，制约了我国全面实现花生机械化收获[6]。在花生品种选择方面，花生品种的果柄强度、结果范围直接影响机械收获效果，果柄强度低会造成落果，果柄强度过大会导致摘果时荚果的损伤[7-8]。此外，花生品种对目前市场上不同收获机作业的适应性也是实现花生机械化收获的重要指标。根据花生收获机质量评价技术规范和行业标准NY/T502-2016，花生联合收获机一次完成花生植株捡拾、摘果、果杂分离、荚果收集和秧蔓处理等作业，作业品质指标要求总损失率≤5.0%，含杂率≤5.0%，破碎率≤2.0%；分段式收获则先用花生挖掘机一次完成花生植株挖掘、抖土、铺放，再用捡拾联合收获机一次完成花生植株捡拾、摘果、果杂分离、荚果收集和秧蔓处理等作业，挖掘机作业品质要求总损失率≤3.0%，埋果率≤2.0%，带土率≤20.0%，捡拾联合收获机作业品质要求总损失率≤5.0%，含杂率≤8.0%，破碎率≤5.0%。

本研究对花育917花生品种的果柄强度、荚果破壳力以及结实范围进行测定和分析，利用分段式收获研究该品种对目前市场上不同收获机作业的适应性，为花生机械化收获提供理论依据和技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试品种选用本研究团队培育的花育917，该品种是新型高油酸花生品种，株型小匍匐型，单株结果率高、耐瘠薄、产量高，适合精准的单粒稀播技术。

1.2 试验设计

于2019年和2020年在山东省青岛市即墨潘家长果生态农业专业合作社开展大区展示试验，机械单粒播种。垄宽85 cm，垄高20 cm。每垄2行，穴距20 cm，地膜覆盖栽培，田间管理与一般大田生产保持一致，种植面积为6 667 m2。采用分段式收获，首先利用花生挖掘机(4HW-150，豫长春机械制造有限公司)进行花生植株挖掘、抖土等，地里晾晒后利用捡拾联合收获机(5HZZJ-2500，河南德昌机械制造有限公司)进行捡拾、摘果等。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 花生果柄强度和成熟度的测定

随机选取5株长势一致的花生植株，对每株花生第一对侧枝上的5个荚果采用SH-50型数显式推拉力计(温州山度仪器有限公司)测量果柄强度。记录果柄断裂时的最大拉力值，并记录果柄断裂部位(茎处或荚果处)，具体参考迟晓元等的方法[9]。随后采用中果皮比色法进行测定[10]，按照中果皮颜色将荚果划分为两类：褐色、黑色(成熟荚果)；黄色、白色(未熟荚果)。

1.3.2 花生荚果破壳力的测定

随机选取15个成熟饱满的双仁鲜荚果，正压(果嘴朝下放置)、侧压(果嘴朝外侧放)和立压(荚果站立放置)各测量5个。参照鲁清等的方法[7]，将荚果放在数显式测力器(YYD-1)测力杆下，缓慢压下测力器，直至荚果破裂，记录荚果破裂时的力。

1.3.3 花生荚果层厚度和高度的测定

选5株花育917进行收获，测定夹持状态下荚果层的厚度和高度，测定过程参考迟晓元等方法[8]。

1.3.4 收获机检测方法

花生收获机作业区内随机抽取3个小区进行测试，每个小区长度为20.00 m，宽度为花生收获机作业幅宽。在每个小区内沿长度方向随机取小样区，宽度为机器作业幅宽(花生挖掘机作业幅宽为1垄，捡拾联合收获机作业幅宽为3垄)，用于评估收获机作业品质。

1.3.5 挖掘机地面落果率、埋果率、总损失率的测定

选取3个小样区，长度为2.00 m，宽度为花生挖掘机作业幅宽。拾起小样区地面上的所有荚果(疵果及自然落果不计)称其鲜质量m1，找出埋在小样区土壤中的荚果称其鲜质量m2，摘下小样区中花生植株上的荚果称其鲜质量m3。

地面落果率(D1)计算公式为：

D1/%=m1/(m1+m2+m3)×100……… (1)

埋果率(M)计算公式为：

M/%=m2/(m1+m2+m3)×100………(2)

挖掘机总损失率(S1)计算公式为：

S1/%=D1+M………………………… (3)

1.3.6 挖掘机带土率的测定

选取3个小样区，长度为1.00 m，宽度为花生挖掘机作业幅宽。收集小样区中的花生植株，不得抖动，称取样品鲜质量m5，然后抖动花生植株进行去土处理，称取样品中土的质量m4。

带土率(T)计算公式为：

T/%=m4/m5×100…………………… (4)

1.3.7 捡拾联合收获机破碎率、含杂率的测定

捡拾联合收获机在每小区内所有收获物，称其质量m11，随机抽取3个样品，每次取样不少于2 000 g，对样品进行处理，分别称取破损荚果的质量m6，完整无破损荚果的质量m7，杂质质量m8。

捡拾联合收获机破碎率(P)计算公式为：

P/%=m6/(m6+m7)×100…………… (5)

含杂率(Z)计算公式为：

Z/%=m8/(m6+m7+m8)×100………(6)

1.3.8 捡拾联合收获机地面落果率、未摘净率、总损失率的测定

选取3个小样区，长度为2.00 m，宽度为花生捡拾联合收获机作业幅宽。拾起小样区地面上的所有荚果(疵果及自然落果不计)称其质量m9，收集小样区中的花生植株，摘下植株上未被摘下的荚果称其质量m10。

捡拾联合收获机地面落果率(D2)计算公式为(其中D1为挖掘机的地面落果率)：

D2/%=m9/[m9+m10+0.1m11(1-Z)]×100-D1…………………………………………(7)

未摘净率(W)计算公式为：

W/%=m10/[m9+m10+0.1m11(1-Z)]×100…………………………………………… (8)

捡拾联合收获机总损失率(S2)计算公式为：

S2/%=D2+W………………………… (9)

2 结果与分析

2.1 花育917荚果力学特性分析

花生果柄强度根据拉力值大小分为低(5.69～8.44 N)，中(8.45～13.96 N)，高(13.97～16.72 N)，极高(>16.72 N)4级[11]。经检测，花育917果柄强度为10.54 N，强度为中级。拉力检测的25个花生荚果中，仅4个荚果的果柄断裂发生在植株与果柄着生点，21个荚果果柄断裂发生在果柄与荚果着生点，果柄-荚果脱落率达84.00%。破壳力分析发现，花育917在3个方向的荚果破壳力分别为正压55.56 N、侧压70.92 N、立压52.48 N。荚果成熟度检测发现，7个荚果的中果皮颜色为黄色，荚果未成熟，18个荚果为成熟荚果，中果皮颜色为棕色或黑色，荚果成熟率为72.00%。夹持状态下花育917荚果层高度为6.33 cm，结果范围为10.00 cm (表1)。

2.2 花育917分段式收获特性分析

花育917采用分段式收获方式进行收获。挖掘机进行植株挖掘、抖土、铺放，选取3个2.00 m小样区进行测定，捡拾小样区内的所有植株，分别称取地面荚果、埋入土中荚果、植株上的荚果鲜质量(表2)。结果表明花育917利用挖掘机作业时的平均落果率为1.06%，埋果率为1.67%，总损失率为2.73%。另外选取3个1.00 m小样区，称取小样区内所有植株鲜质量及抖下的土的质量，计算挖掘机的带土率为17.00%。根据花生收获机质量评价技术规范和行业标准NY/T502-2016的要求，花生挖掘机应满足总损失率≤3.0%、埋果率≤2.0%、带土率≤20.0%，该挖掘机符合花生收获机作业品质指标。以上结果表明花育917适宜花生挖掘机挖掘。

地里晾晒后，进一步利用花生捡拾联合收获机对花生植株进行捡拾、摘果、果杂分离、荚果收集和秧蔓处理。捡拾联合收获机在小区内(20.00 m)作业后，称取小区内所有收获物总质量，随后在小区所有收获物中随机抽取3个样品，每次样品取样不少于2 000 g，再根据公式(5)和(6)计算花育917在捡拾收获机作业时的破碎率和含杂率(表3)，结果表明捡拾联合收获机对花育917的破碎率和含杂率分别为4.85%和7.14%，符合花生捡拾联合收获机含杂率≤8%、破碎率≤5%的作业品质要求。

表1 花育917果柄强度、结实范围、荚果破壳力的均值和变幅 Table 1 Average and variation of peg strength, seed-setting range and pod rupture force of Huayu917

表2 花生挖掘机作业性能试验结果 Table 2 The test results of the peanut excavator

此外，在小区内随机选取3个2.00 m小样区，捡拾小样区地面上的所有荚果及花生植株，分别称取地面荚果质量和花生植株上未摘下荚果的质量。表3可知，花育917在捡拾联合收获时的地面埋果率2.32%，未摘净率1.79%，总损失率4.11%，符合花生收获机质量评价技术规范和行业标准NY/T502-2016中捡拾联合收获机总损失率≤5%的品质要求。由此表明花育917花生品种适宜用捡拾联合收获机进行作业。

3 结论与讨论

花生品种特性、种植模式、田间管理方式影响着机械化生产[12]。花生的品种和田间管理模式影响花生的品质和产量，目前，在花生的品种选育、种植技术等方面关注较多的是花生的产量和品质，忽略了机械化生产中装备的适宜性，使农艺与农机相互脱节，给花生机械化收获带来很大困难。因此，培育筛选适宜机械化生产的花生品种，能促进花生机械化收获的推广应用。与传统直立型花生相比，花育917株型为小匍匐型，形似伞状，便于收获时翻转晾晒，极大减少了晾晒时黄曲霉污染问题，提高了花生品质安全性。

果柄强度是影响花生机械化收获的重要农艺性状之一。收获时若果柄强度偏低则易落果，造成荚果损失；若果柄强度偏高则导致果柄连在荚果上，不利于机械收获。花生果壳是保护籽仁完整性的重要屏障，破壳力低的花生品种在机械化收获过程中破损率高，不仅影响外观品质，而且易感染黄曲霉等病菌，降低籽仁品质。本研究中，针对果柄强度、荚果压缩破壳力、荚果层厚度和高度等机械化收获特性力学指标对花育917进行分析，研究表明花育917果柄强度为中级(10.54 N)，84.00%果柄断裂发生在果柄与荚果着生点处，72.00%的荚果达到成熟状态，适宜机械化收获对果柄强度的要求，这与前人得出的观点相一致[7-9, 13-14]。花育917的荚果侧压破壳力>正压>立压，这与前人的研究结果相一致[8, 15-16]。

近年来，随着国内外农产品市场的发展变化，以及我国农业科技水平的不断提高，农民种植花生的积极性越来越高，花生种植面积不断扩大，花生生产的产业链逐步完善，农业机械在花生生产各个环节中的应用也越来越广泛。但是，农机在应用过程中存在的问题也越来越突出。本研究通过对花育917进行分段式收获发现，挖掘机对花育917作业时的平均落果率为1.06%，埋果率为1.67%，总损失率为2.73%，均符合花生挖掘机作业品质指标，捡拾联合收获机的破碎率、含杂率和总损失率分别为4.85%、7.14%和4.11%，均在花生收获作业品质指标范围内。因此，花育917花生品种适宜进行机械化收获，该结果为培育筛选适宜机械化收获的花生品种提供了参考，相关研究方法和手段也可为花生株系特性研究提供借鉴。

表3 花生捡拾联合收获机作业性能试验结果 Table 3 The test results of picking device of peanut combine harvester