甘蔗不同收获方式作业效果综合分析

冯 健，吴传云，黄晓斌，黄 严，刘庆庭，莫 彧，莫清贵，郑崇宁，邓立高

(1农业农村部农业机械化总站，北京 100122；2广西壮族自治区农业机械化服务中心，广西南宁 530023；3华南农业大学，广东广州 510642；4柳州市农业机械化管理中心，广西柳州 545000；5广西大学，广西南宁 530004)

0 引言

甘蔗是我国主要的糖料作物，近年来，随着国家不断出台相关政策推进甘蔗行业发展，甘蔗全程机械化生产也进入一个新的发展阶段。得益于国家农机购置补贴政策支持和中央及地方政府扶持，我国甘蔗主产区农机具特别是收获机的数量增加很快，2020年糖料蔗主产区种植面积约120万hm2，甘蔗收割机拥有量达到2490万台，甘蔗耕、种、收的综合机械化率为51%，其中耕作95%、种植41%、收获3.28%，甘蔗机械化收获水平进展十分缓慢，这说明甘蔗收获机械化不仅仅是靠增加收获机的数量能够解决的[1]。

甘蔗机收作为甘蔗生产全程机械化的重点环节，也是最难以突破的瓶颈[2]，其衔接上游的农业生产(甘蔗种植)和下游的工业生产(制糖)，是一个系统的、复杂的工程，机收各项指标涉及到糖厂、蔗农、机收公司(或组织)等各方利益，特别是作业成本、作业效率、损失率、含杂率等关键指标的对比，对平衡各方利益和机收的发展起到关键作用。为推动甘蔗收获机高效使用，提高蔗区对机收的认可程度，切实提高甘蔗机收水平，农业农村部农业机械化总站设立甘蔗机械化收获对比试验项目，联合广西壮族自治区农业机械化服务中心、农业农村部甘蔗生产全程机械化推进行动专家指导组成员单位组成项目组，于2020/21年榨季在广西融安县开展了甘蔗机械化收获对比试验，通过田间试验和调查统计，对比分析了人工收获、切段式联合机收、整秆式带叶带梢机收3种收获方式的作业成本、作业效率、损失率、含杂率等关键指标，为甘蔗机收适宜模式遴选提供了数据支撑。

1 甘蔗机械化收获

1.1 甘蔗收获机械类型

甘蔗收获机械按照收获后茎秆的特征，可分为整秆式甘蔗收获机和切段式甘蔗收获机2种。用整秆式甘蔗收获机收获的甘蔗，茎秆保持完整，或者只切除了蔗梢；用切段式甘蔗收获机收获的甘蔗，茎秆一般被切成0.25～0.4 m的蔗段。其中，整秆式甘蔗收获机按所完成的作业工序不同，又可分为简单甘蔗收割机、甘蔗收割集条机、甘蔗捡拾剥叶集堆机、整秆式甘蔗割铺机和整秆式甘蔗联合收获机等。

切段式甘蔗联合收获机对整株弯曲或倒伏的甘蔗具有较好的适应性，作业质量良好且消耗动力相对较小，在蔗区应用较广。整秆式甘蔗收获机仅适用于直立的甘蔗，在适应性、可靠性等方面有待改进，推广应用程度不高。

1.2 甘蔗收获方式

按照完成甘蔗切割、剥皮、断尾、分离等收获作业工序的方式，甘蔗收获可分为人工收获、半机械化收获和机械化收获，其中机械化收获又可分为分段收获和联合收获2种[3]。

人工收获通过人力使用手工工具完成收获，具有收获含杂率低、劳动强度大、生产效率低等特点，适合在小地块作业；半机械化收获采用人工+简单甘蔗收割机+甘蔗剥叶机的方式完成收获，与人工收获相比，在一定程度上降低了劳动强度，提高了生产效率，适合在较大地块上作业；机械化分段收获采用整秆式甘蔗割铺机+整秆式甘蔗捡拾剥叶集堆机的方式完成，需要2次作业，相比半机械化收获，改善了劳动条件，提高了生产效率，且获得的整秆延长了甘蔗储放时间，是适应国内糖厂收榨的主要试验示范技术；机械化联合收获可采用整秆式联合收获机或切段式联合收获机完成收获，只需一次作业，生产效率高，适合大面积作业。但整秆式联合收获目前技术还不太成熟；切段式联合收获虽然是国内外主要机收方式，但含杂率、损失率较高，国内糖厂接受度不高[1]。本项目主要对人工收获、切段式联合收获、整秆割铺机械收获3种方式进行对比试验。

2 对比试验方法

2020年11～12月，项目组依据国家发布的相关标准和推广鉴定大纲，制定田间对比试验方法[4]。同时，结合典型甘蔗机收服务组织2020/21年榨季机收作业数据统计、连续3个榨季机收成本调查统计，以及广西全区连续4个榨季的65次机收作业田间质量调查统计等情况，进行3种收获方式作业效果对比分析。

2.1 田间对比试验方法

依据DG/T 117-2021《甘蔗收获机》[5]，在广西雒容镇思源农业基地，测定甘蔗生长密度、垄高、垄距、种植行距、倒伏、叶茎比等试验条件，对比测试人工收获、整秆割铺机械收获的作业时间、作业面积、作业质量、作业费用等，核算出作业效率、作业成本、损失率和含杂率等[6]。

2.2 调查统计方法

对于切段式联合收获方法，由于是广西甘蔗产区主要机械化收获方式，广西壮族自治区农业机械化服务中心一直进行了跟踪调查，宜采用调查统计的方法。为保证所调查情况真实可靠，选择已开展3个榨季以上甘蔗机收作业的服务组织进行调查，要求服务组织具有一定管理经验及操作水平，作业数据能真实地反映出机收实际作业情况。

3 对比试验结果与分析

3.1 试验条件测定

从表1可以看出，试验蔗地甘蔗生长密度为9.4株/m(有效株数为52665株/hm2)，垄高为17.7 cm，平均种植行距180 cm，属于宽窄行种植，窄行为50 cm，宽行为130 cm；单株蔗茎重量为1.36 kg/条，产量为71.55 t/hm2，叶茎比为19.88%，倒伏度为17.3°，倒伏程度较低。

表1 甘蔗收获田间试验条件测定结果

3.2 人工收获

人工收获采用人工“一刀斩”整秆收获和人工传统收获2种方式进行，人工“一刀斩”整秆收获是指人工整秆砍倒甘蔗、打捆收获，但不进行剥叶、断尾等处理；人工传统收获是指人工对整秆甘蔗进行砍倒、剥叶、断尾、打捆作业。均不含甘蔗搬运、装车作业工序。

3.2.1 人工“一刀斩”整秆收获

共计使用人工6人次，收获蔗地总面积约0.4 hm2，纯工作时间约9 h，收获整秆甘蔗毛重量为29.20 t，损失率为0%，含杂率在18%～21%(糖厂按18.4%进行扣杂)，收获甘蔗净重为23.83 t。经计算，单个人工收获甘蔗毛重作业效率为0.54 t/h (4.87 t/d)，净重作业效率为0.44 t/h (3.97 t/d)，单个人工费按130元/d计算，单个人工收获甘蔗净重作业成本为32.75元/t。

3.2.2 人工传统收获

表2为2种人工收获方式作业效率与成本情况。共计使用人工16人次，收获蔗地总面积约0.2 hm2，纯工作时间约9 h，收获甘蔗毛重量为18.10 t，损失率为0%，含杂率为1%(糖厂按1.22%进行扣杂)，收获甘蔗净重为17.88 t。经计算，单个人工收获甘蔗毛重作业效率为0.13 t/h (1.13 t/d)，净重作业效率为0.12 t/h (1.12 t/d)，单个人工费按130元/d计算，单个人工收获甘蔗净重成本为116.07元/t。

表2 甘蔗人工收获作业效率与成本情况

3.3 切段式联合收获

3.3.1 作业效率

表3是切段式联合收获作业效率测定结果，试验机具为柳工S718切段式甘蔗联合收获机；表4是典型甘蔗机收服务组织机收作业情况调查结果。被调查机型：柳工S718型切段式甘蔗联合收获机。

表3 切段式甘蔗联合收获机作业效率测定结果

表4 甘蔗机收服务组织机收作业数据调查结果(实际进糖厂数据)

从表3、表4可以看出，机收服务组织共开展机收作业20天，收割甘蔗净重为1900.48 t，因受蔗地条件、种植农艺、收割机性能稳定性、机手操作水平、运输车辆协调、天气情况等因素影响，单日单机作业量在20～50 t/台·d之间，单日单机平均作业量为31.67 t/台·d。通过对比切段式机收单机纯作业效率(21.98 t/h)和实际作业效率(31.67 t/台·d)，单台机器纯工作时间仅仅为1 h多，远远不能发挥甘蔗机械化收获作业的优势。 主要原因包括：一是糖厂对机收蔗日入厂量的限制影响到收割机的作业量严重不足；二是甘蔗地块面积偏小、土地宜机化条件程度不高，大部分工作时间消耗在转头、调整等环节，影响甘蔗机收作业效率。

3.3.2 作业成本

表5为甘蔗机收服务组织机切段式机收成本调查结果。通过对28家机收服务组织的2017/18～2019/20年连续3个榨季的作业情况、收支情况调查发现，近3年榨季甘蔗机收服务组织机械收割甘蔗(净重)平均成本为108.85元/t，平均收入为135.46元/t，赢利为26.6元/t。

表5 甘蔗机收服务组织切段式机收成本调查结果

3.3.3 作业质量

表6为切段式机收作业质量调查结果。通过对2017/18～2020/21年连续4个榨季的65次机收作业田间质量数据进行调查发现，机收含杂率为6.11%～7.97%，机收总损失率为6.95%～8.94%，经辅助人工捡拾后损失率可降低至2.39%～4.99%。

表6 切段式机收作业质量调查结果

3.4 整秆割铺机械收获

整秆割铺机械收获采用广西柳林广鹏4GP-1型甘蔗割铺机进行机收试验。表7为整秆甘蔗割铺机田间试验结果。

表7 整秆甘蔗割铺机田间试验结果

整秆甘蔗割铺机纯作业效率为13.12 t/h，明显小于切段式甘蔗联合收获机纯作业效率(21.98 t/h)。对于甘蔗未倒伏或轻微倒伏、培土高度基本一致的蔗田，甘蔗割铺机作业的损失率可忽略不计，含杂率与人工“一刀斩”整秆收获接近，一般为18%～21%。按1天9 h工作时间计，甘蔗割铺机每天用油量20.02 L，按4.7元/L，合计用油成本94.08元/d，加上机具折旧30元/d、机手200元/d、人工打捆20元/t，整秆割铺机械收获作业成本为23元/t。

4 结论

通过对人工收获、切段式联合收获、整秆割铺机械收获3种方式进行对比试验，得出：

⑴甘蔗收获作业效率及作业成本受蔗地条件、种植农艺、甘蔗长势、砍工水平、收割机性能稳定性、机手操作水平等因素影响。糖厂对机收蔗日入厂量的限制严重影甘蔗机收作业效率。

⑵在作业效率方面，切段式联合收获最高，人工传统收获最低。切段式联合收获作业效率(31.67 t/台·d)是人工“一刀斩”整秆收获的(3.97 t/d)的7.98倍，是人工传统收获作业效率(1.12 t/d)的28.28倍。

⑶在作业成本方面，人工传统收获最高，整秆式割铺机械收获最低。切段式联合收获作业成本(105.62元/t)比整秆式割铺机械收获(23元/t)高出82.62元/t，比人工传统收获(116.07元/t)减少10.45元/t。

⑷在作业质量方面，主要包括损失率和含杂率。对于损失率，切段式联合收获最高，约为7%～9%，整秆割铺机械收获与人工收获类似，损失率可忽略不计；对于含杂率，整秆割铺机械收获和人工“一刀斩”整秆收获最高，约为18%～21%，人工传统收获最低，约为1%，切段式联合收获居中，约为6%～8%。

综上所述，要解决我国甘蔗机收瓶颈问题，推进糖料蔗产业发展，在大力开展蔗地宜机化改造、加强甘蔗生产全程机械化技术集成与农艺配套研究、推进实现机收蔗无障碍进厂等措施的前提下[1]，要积极探索能够同时实现整秆、剥叶、去梢去尾的机械化联合收获方式，综合提高甘蔗机收作业效率、降低作业成本、提升作业质量。