垄作双行菠萝移栽机试验分析

经福林，张曼其，胡小忠，何冯光，崔振德，邓干然

（1.广东农垦热带农业研究院有限公司，广东 广州 511365；2.中国热带农业科学院农业机械研究所，广东 湛江 524091；3.农业农村部热带作物装备重点实验室，广东 湛江 524001）

0 引言

我国是世界十大菠萝主产国之一，菠萝种植地主要在广东、海南、广西、云南、福建省等地区，其中广东省2020 年菠萝种植面积达58.44 万亩（1 亩=0.066 7 hm2）、产量达121 万吨[1]。其中，广东农垦菠萝种植面积近18 万亩，约占全省菠萝种植面积的30%，产量占全省的35%[2]。然而我国菠萝机械化生产水平极低，当前菠萝生产推行的多种农艺并行的模式，并不适宜使用机械化作业[3]，田间生产管理过程如种植、采收仍然依赖人工。随着经济的发展与社会的进步，农村劳动力急剧老化和减少，劳动成本逐年增加，尤其是垦区用工难、用工成本高已成为菠萝产业持续发展的绊脚石。推进菠萝生产过程机械化，实现用工减量、劳动减轻、成本降低是菠萝产业发展必须解决的问题。广东农垦具有高度组织化的生产形式和良好的大田耕作条件，在菠萝生产机械化率先取得突破进而引领全国乃至全球发展具有重要意义。为推进广东垦区菠萝生产机械化，在广东农垦菠萝跨县集群产业园等项目支持下，组织开展了菠萝生产全程机械化技术研发。本文就研发的2ZB-130 型垄作双行菠萝移栽机大田试验情况进行较为系统的分析，以期为行业工作者提供参考。

1 总体结构及工作原理

2ZB-130 型垄作双行菠萝移栽机是根据湛江垦区“台农”品系菠萝起垄膜上双行移栽的农艺习惯要求而设计，以90～120 马力拖拉机为牵引动力，具备起垄、施肥、覆膜、铺滴管、栽植的联合作业功能，其核心部件为移栽机构[4]，如图1 所示。

图1 2ZB-130 型垄作双行菠萝移栽机移栽机

2ZB-130 型垄作双行菠萝移栽机设计成双工位形式，一次栽植2 行菠萝苗，满足行距为50 cm、株距为30～35 cm 的膜上栽植要求。该机包括机架、施肥装置、起垄装置、压土轮、导种槽、移栽装置、覆膜装置、铺滴管装置等，其中移栽装置采用鸭嘴式栽植机构，适用于膜上插孔扩穴，菠萝种苗由2 名乘坐于移栽机上的操作手人工投送，从导种槽中自由下落并在鸭嘴的作用下准确送入土穴中进行定植。2ZB-130 型垄作双行菠萝移栽机的主要设计技术参数如表1 所示。

表1 2ZB-130型垄作双行菠萝移栽机主要设计技术参数

2 作业技术条件

2.1 农艺模式

与传统“巴厘”菠萝品系的多行带状高密度种植方式不同（每亩4 000～4 500 株）[5]，湛江垦区“台农”品系菠萝种植一般采用起垄膜上双行移栽方式，每亩约3 000 株[6]。考虑到拖拉机作业时轮胎不能碾压到菠萝垄行，宜机化的农艺参数如图2 所示[7]。按此模式，从种植环节开始，到后面的田间管理，包括喷药、催花、喷施叶面肥，直至果实采收、种苗采收，建议采用轮距为130～135 cm 的窄轮距拖拉机为作业机具的配套动力。本试验采用常规的东方红LX904 轮式拖拉机（前后轮距为180 cm）为配套动力，为满足130～140 cm 窄行距的种植农艺要求，对2ZB-130 型垄作双行菠萝移栽机进行了3点悬挂机构的偏置设计。

图2 台农品系“宽窄行种植”模式示意图

2.2 菠萝地备耕

2ZB-130 型垄作双行菠萝移栽机采用鸭嘴式栽植机构，这种栽植机构需要依靠土壤的流动性来对菠萝苗根部进行回土并在压土轮的作用下压实，从而保证定植质量（如直立度高、不倒苗，种植深度足够等）。因此，要高标准整好菠萝地是2ZB-130型垄作双行菠萝移栽机获得高质量种植效果的基础条件。备耕时，土壤要充分深耕、旋耕细碎，耕层深度不小于30 cm，地面相对平整，土壤中不能带有过多的残膜、秸秆、石块等影响土壤流动性的异物。另外，移栽时土壤水分含量要适宜，一般要求在25%以下，比较干燥的土壤要确保合理的流动性从而保证回土质量，同时避免土壤粘结于鸭嘴式栽植机构上确保菠萝种植下落过程不发生卡阻而获得较好的栽植质量。

2.3 菠萝种苗

移栽机构有特定的尺寸参数，菠萝种苗的株形要与移栽机构的尺寸参数相匹配，才能获得较高的种植质量。因此，2ZB-130 型垄作双行菠萝移栽机对菠萝种苗株形要求比较严格。参照农业行业《NY/T 451—2011 菠萝 种苗》[8]，对菠萝（卡因业和皇后类）株形的要求规定了种苗高（一级≥30 cm，二级≥20 cm）、种苗茎粗（一级≥3.5 cm，二级≥3.0 cm），最长叶宽（一级≥4.0 cm，二级≥3.0 cm），以及海南省地方标准《DB 46/T 210—2011 台农 16 号菠萝生产技术规程》[9]，对菠萝种苗的要求是“按NY/T 451 的规定分级”。目前以菠萝果实采收后自然蓄养的种苗，在茎粗、高度、弯度等外观参数上差异很大，需要按标准进行合理分级。另外，在试验中发现，大部分种苗栽植效果好，而小部分栽植则达不到要求甚至出现重植、卡机、漏植的情况。栽植达不到要求或无法栽植的种苗，主要表现为茎粗过大、高度过高、弯度过大，不能与栽植机构有效匹配。要实施菠萝机械化种植，菠萝种苗相关标准也应进行必要的修订与完善，即在大小分级的基础上，剔除茎粗过大、高度过高、弯度过大的异形株，整体株形一致性相对较好，才能获得更理想的栽植质量。根据试验实践，2ZB-130 型垄作双行菠萝移栽机对菠萝种苗株形的要求如下，适合种苗高为：一级≤40 cm，二级＜30 cm ；适合种苗茎粗为：一级≤4.5 cm，二级＜3.5 cm ；适合最长叶宽为：一级≤5.0 cm，二级＜4.0 cm。

2.4 地膜要求

地膜主要有保水、保土、保肥、提高肥效、灭草、防病虫、改善近地面光热条件等作用。湛江垦区种植“台农”品系菠萝普遍采用反光地膜种植，反光地膜由于表面有较强的反射紫外线功能，除了具有常规地膜的作用外，还能有效驱避有翅蚜虫、蓟马等害虫[10]，从而减轻菠萝病虫害，同时还具有白天有效降低地温、夜晚提升地温的作用。为满足前述农艺要求，2ZB-130 型垄作双行菠萝移栽机采用宽度为1.40 m 的反光膜。地膜宽度过小，不利于覆膜装置的回土机构完整回土压膜，导致覆膜不严密而在大风天起膜、倒苗；宽度过大，除了造成浪费外，多余的地膜边缘容易在隔垄种植时被回土机构刮削、拉扯或者被拖拉机轮胎压到，破坏已覆好的地膜。另外，地膜要选择标准膜，保证足够的厚度和强度，否则容易被鸭嘴机构在插穴过程中拉破，甚至在株距过小的情况下整条地膜撕裂而无法有效覆膜。

3 试验方法与主要评定指标

3.1 试验总体情况

2ZB-130 型垄作双行菠萝移栽机大田试验共分2次进行。第1 次试验地点为湛江市麻章区湖光镇热科院农机所试验地内，试验时间为2022 年7 月下旬，试验作业面积约6 亩；第2 次试验地点为徐闻县曲界镇广垦海鸥农场14 队，试验时间为2022 年10 月下旬，试验作业面积约9 亩。两次试验种植的菠萝品种均为台农16 号。

3.2 试验方法及主要评定指标

3.2.1 试验方法

试验前，将专门设计的菠萝苗修剪机修剪高度调节机构调节至38 cm 位置，对经过炼苗处理的台农16 号品种菠萝苗进行批量修剪，切除多出的叶尖高度部分，修剪后种苗高度控制在38±3 cm，并人工剔除异形株。将调整好状态的移栽机配备相应的菠萝种苗以及肥料、地膜、滴管等种植材料后，经事前培训的机手和投苗操作手上机就位，机组进入试验地块，机组作业实况如图3 所示。

图3 机组田间作业实况

试验地块长度要求不低于100 m，地块两头留有约8 m 的掉头转弯空间。开始在地头试种10 m，然后停车检查种植质量和地膜、滴管铺设情况、肥料箱出肥情况是否正常，符合各项农艺要求后，机组再进入正常作业阶段。在拖拉机未安装有GPS 或北斗导航定位仪的情况下，人工驾驶拖拉机要求第一行程尽量走正走直，这样第二行程以后，均以前一行程的地轮痕迹为标志行走，保证整个地块的垄行直线度和垄间距离的一致性。

3.2.2 主要评定指标及测定方法

开展2ZB-130 型垄作双行菠萝移栽机大田试验，目的是考核评价其栽植质量与栽植效率是否满足实际生产的要求，主要包括株行距、栽植深度、种苗直立度、栽植合格率、栽植速度、作业效率等。具体评定指标及测定方法如表2 所示。

表2 2ZB-130型垄作双行菠萝移栽机主要评定指标及测定方法

4 试验结果与分析

4.1 试验结果

经过对2ZB-130 型垄作双行菠萝移栽机进行不同时间、不同地点的2 次系统试验，每次试验的测定数据如表3 所示，2 处大田栽植效果如图4 所示。

表3 2ZB-130型垄作双行菠萝移栽机试验数据

图4 2 处试验基地移栽效果

4.2 结果讨论与分析

1）株距：根据表3，2ZB-130 型垄作双行菠萝移栽机在正常栽植情况下，其株距在32～35 cm，与生产要求的株距大致相当。鉴于该机的工作原理与结构设计，种植株距由拖拉机前进速度决定，需要通过拖拉机手操作选择前进档位和油门大小来获得合理的株距尺寸。在操作实践中，拖拉机前进速度过快，菠萝苗的株距将增大；拖拉机前进速度变慢，菠萝苗的株距将减小；慢到某个程度，将显著增加重植率。因此，2ZB-130 型垄作双行菠萝移栽机在推广应用过程中，必须严格对机手进行技术培训，使其正确掌握拖拉机前进速度与菠萝苗株距的关系。

2）行距：根据表3，2ZB-130 型垄作双行菠萝移栽机的垄内行距保持50 cm，与设计尺寸基本一致。垄内行距由2 套相对独立的栽植机构的相对位置决定，而这个相对位置在机架上是刚性的连接，因此只要栽植正常，菠萝苗的垄内行距是固定不变的。2ZB-130 型垄作双行菠萝移栽机的垄间行距在83～89 cm，变化幅度较大，这跟拖拉机手的操作技术有重要关系。如果机手操作技术到位，每行作业都能以前一个行程的地轮轨迹为标志行走，地轮轨迹重复度越高，垄间行距的一致性就越好；反之，操作不到位做不到地轮轨迹的重复，垄间行距就出现较大的偏差，甚至偏离合理范围，造成压垄伤苗，或者偏离垄线造成垄间行距过大而浪费耕地。

3）种植深度：根据表3，2ZB-130 型垄作双行菠萝移栽机栽植深度在11～14 cm，与《DB 46/T 210-2011 台农16 号菠萝生产技术规程》要求的栽植深度6～8 cm 相比，栽植深度偏大。这主要是考虑到如果栽植深度在8 cm 以下时，由于菠萝种苗高度较大、重心偏高，机械移栽过程难以保证种苗的直立度，容易发生倾斜或倒苗，影响栽植质量。相对人工栽植，机械移栽时起垄与栽植是同步进行，两者基本没有时间差，起垄的泥土尚未有效沉降，因此在测量时显得栽植深度更大些。根据后期的观测，机械移栽的栽植深度对菠萝苗生长尚未观察到有异常情况。

4）直立度合格率：根据表3，2ZB-130 型垄作双行菠萝移栽机对菠萝移栽的直立度合格率达到96%以上，也基于前面的2 个前提：一是把异形株剔除，这种异形株用人工种植时也无法种出应有的直立度来；二是起码的栽植深度，依赖土壤的支撑作用来保证苗株的直立度。但在地块的两头，由于拖拉机多次行走碾压，土壤一般较紧实、土层浅，菠萝苗栽植深度不能保证、甚至苗根不入土而普遍倒苗，这局部地块需要在机械移栽以后另外人工补种。

5）栽植合格率：根据表3，2ZB-130 型垄作双行菠萝移栽机栽植合格率在96%以上。栽植不合格的情形分为种苗未正常入土穴、入土穴但倒伏、穴位缺苗3 种。种苗未正常入土穴的原因主要是种苗从导种槽下落过程中叶片被挂扯导致下落迟滞、不能与鸭嘴机构的开合动作同步；种苗入土穴但倒伏的主要原因是鸭嘴机构入土后再离土上升的过程中把种苗叶片或根须挂扯把种苗带起来；穴位缺苗的原因是种苗未能准确投入到导种槽中或人工投苗跟不上导种槽的旋转速度造成漏株。要克服种苗未正常入土穴、入土穴后倒伏的问题，需要在前期菠萝苗修剪处理过程中注意将散开下垂的多余叶片或过长的根须剪除。要解决穴位缺苗的问题，一方面需要依靠投苗操作手眼疾手快、训练有素，另一方面种苗要处理干净不缠结、供苗机构要做到人机结合便于快速取苗。

6）栽植速度：根据表3，2ZB-130 型垄作双行菠萝移栽机栽植速度为62～67 株/min（双工位），速度不算高。栽植速度一方面受到移栽机鸭嘴机构动作过程的限制，一个完整的动作周期包括下降、入土、张开、离土、提升、闭合6 个基本动作才能完成一次栽植。与鸭嘴机构配合动作的材料包括种苗、地膜、土壤，要提高速度，必然会引起鸭嘴机构与这3 种材料在时间、空间、姿态上的互相干扰，导致移植效果的不确定性大大增加。栽植速度另一方面还受到投苗操作手操作速度的限制。由于菠萝是大种苗，形状大且有一定重量，一只手一次只能抓一株苗，不比其他小苗类作物、一手抓一把，每一次栽植过程都包括取苗、移动、投苗，耗时约1.5～2.0 s，机器行驶速度过快，人的速度跟不上机器的速度就会造成漏株。因此，在2ZB-130 型垄作双行菠萝移栽机栽植结束后，最好人工复查种植质量，快速逐垄巡视一遍，将个别直立度不合格、未正常入土穴、入土穴但倒伏的菠萝种苗扶正入穴定植，或将缺苗的穴位补齐。

7）作业效率：根据表3，2ZB-130 型垄作双行菠萝移栽机作业效率1.33～1.41 亩/h，效率不算高。作业效率受栽植速度的限制，栽植速度难以大幅提升，作业效率也就无法显著提高。

4.3 节本增效初步分析

湛江垦区目前的台农菠萝种植方式是先用机械施肥起垄铺滴管，再人工定植菠萝苗。按2023 年初的菠萝种植作业服务收费标准，机械施肥起垄铺滴管的作业费用为160 元/亩，人工费290 元（人工定植的费用为0.10 元/株、亩植株数为2 900 株），每亩综合作业费用合计为450 元。

2ZB-130 型垄作双行菠萝移栽机与机械施肥起垄铺滴管的作业费用相同（均按160 元/ 亩计），这部分费用就不进行比较，主要比较定植部分的人工成本。按8h 工作计，机械移栽可作业面积约11 亩、耗费4 个人工共计600 元（2 人操作手，1人巡检补苗，1 人转移种苗、肥料，每人每天150 元，与人工移栽相当），计算亩均分摊的人工费用为55 元。按此计算，2ZB-130 型垄作双行菠萝移栽机每亩综合作业费用215 元，比人工移栽可节省50% 费用，在成千上万亩大面积种植条件下，其节支增收效果是显著的。

5 结论与展望

1）经过多轮生产试验和技术验证，2ZB-130 型垄作双行菠萝移栽机主要技术指标总体符合生产要求，具有较好的节本增收、提高工效的作用，可以扩大示范规模和投入生产应用。

2）为推进菠萝机械化移栽技术生产应用，建议加快制定相关2ZB-130 型垄作双行菠萝移栽机技术规范或标准，统一菠萝移栽机的设计、制造和使用，统一规范适宜机械化移栽的菠萝种植农艺、种苗形态，统一规范耕地准备、移栽质量评判方法等；并对现行相关菠萝种苗标准或栽培技术规程，根据与机械化移栽相衔接的要求，予以必要修订和完善，以提高标准的适用性。

3）我国菠萝生产机械化事业刚起步，还有很多技术问题亟待解决，跟上新时代我国农业机械化全面、全程发展的步伐，促进菠萝产业健康持续高质量发展，是菠萝产业未来的必由之路。