王 芳，吳雪梅，宋朱軍，劉紅蕓

(貴州大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

高粱是我國特色雜糧之一，也是栽培最古老的作物之一，具有抗旱、耐澇、耐鹽堿和適應(yīng)性強(qiáng)等特性[1-3]。白酒釀造是貴州省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的特色優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，優(yōu)質(zhì)籽粒的高粱是釀酒的基礎(chǔ)[4-5]。而優(yōu)質(zhì)籽粒高粱中的糯高粱是釀制茅臺酒、習(xí)酒等優(yōu)質(zhì)名酒的主要原料[6-8]，優(yōu)質(zhì)的醬香型白酒產(chǎn)業(yè)已成為拉動貴州經(jīng)濟(jì)發(fā)展的特色產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)支柱產(chǎn)業(yè)[9]。貴州省在2018年高粱的種植面積就高達(dá)9萬hm2，但目前高粱類小宗作物機(jī)械化生產(chǎn)的水平較低，主要依靠人工，勞動強(qiáng)度大且用工成本高。隨著白酒產(chǎn)量的激增，必然使釀造原材料——優(yōu)質(zhì)高粱的需求快速增長，人工栽種已不能滿足現(xiàn)實(shí)需求[10]，因此，解決這一問題的根本途徑是實(shí)現(xiàn)高粱生產(chǎn)全程機(jī)械化。本文主要針對紅茅糯2號糯高粱品種，采用生產(chǎn)率法以及各作業(yè)環(huán)節(jié)作業(yè)效果評價(jià)對農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行選型配置，選出一套滿足其農(nóng)藝要求的配套機(jī)具，并對所選機(jī)型進(jìn)行田間試驗(yàn)，通過試驗(yàn)測試，評價(jià)各環(huán)節(jié)作業(yè)機(jī)械的作業(yè)質(zhì)量能否達(dá)到高粱生產(chǎn)農(nóng)藝要求，滿足農(nóng)藝標(biāo)準(zhǔn)的程度；針對不同環(huán)節(jié)，比較與評價(jià)各選試機(jī)組的作業(yè)性能和作業(yè)效果，篩選出適合遵義縣高粱基地單元生產(chǎn)條件的環(huán)節(jié)作業(yè)機(jī)組類型，確保所選機(jī)具的適用性，為實(shí)現(xiàn)高粱栽培全程機(jī)械化和農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝融合提供參考。

1 高粱機(jī)械化栽培依托基地

高粱栽培全程機(jī)械化依托貴州省遵義縣33.33 hm2(500畝,1畝=0.066667 hm2)生產(chǎn)基地單元，地塊的基本信息如表1。該基地機(jī)耕道滿足單車道四級公路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，即路基寬度4.5 m，路面寬度3.5 m，在適宜的地方設(shè)置有錯(cuò)車道，錯(cuò)車道寬度6.5 m，長度不小于20 m。機(jī)耕道的出入口與公路相連接；生產(chǎn)基地基本上達(dá)到了“路相通、渠相連、旱能灌、澇能排”的目標(biāo)，適應(yīng)不同類型、不同型號機(jī)具開展機(jī)械作業(yè)。

試驗(yàn)地點(diǎn)也選在該基地，為便于進(jìn)行對比性試驗(yàn)，將試驗(yàn)地塊分為1號試驗(yàn)地塊0.78 畝，2號試驗(yàn)地塊0.81 畝和3號試驗(yàn)地塊0.86 畝。

表1 地塊基本信息Tab.1 Basic information of the plot

2 品種選擇及技術(shù)路線

2.1 品種選擇

貴州省目前主要栽培的高粱品種有紅纓子、紅茅糯2號、茅粱1號等[11]。其中紅茅糯2號品種綜合評述較好，單產(chǎn)較高[12-13]，是茅臺酒等醬香型酒用有機(jī)高粱最新品種。該品種抗性最強(qiáng)、產(chǎn)量最高、品種最好，全生育期132 d左右，株高240 cm左右，粉長40 cm左右，適宜在不同肥力和不同施肥水平地區(qū)種植。對其生育期進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果如表2。

表2 高粱生育期記載Tab.2 Records of sorghum growth period

2.2 高粱生產(chǎn)全程機(jī)械化技術(shù)路線

以實(shí)現(xiàn)機(jī)械與農(nóng)藝融合為目的，根據(jù)紅茅糯2號高粱栽培種植的要求，結(jié)合作業(yè)機(jī)械在田間的實(shí)際工作效果，主要從優(yōu)化配置、組裝成套角度出發(fā)，考慮高粱具體生產(chǎn)規(guī)模和設(shè)施條件，形成高粱生產(chǎn)全程機(jī)械化機(jī)具選型和配置方案。高粱生產(chǎn)全程機(jī)械化的技術(shù)路線如表3。

表3 高粱生產(chǎn)全程機(jī)械化技術(shù)路線Tab.3 Technical route of mechanization of sorghum production

3 機(jī)具選型配置及全程機(jī)械化作業(yè)

3.1 機(jī)型配置原則

(1)遵循“先進(jìn)、輕便、適用”原則。貴州省遵義縣生產(chǎn)基地單元條件相對較好，但是多數(shù)土地仍然是丘陵山區(qū)土地，大型作業(yè)機(jī)械無法全面覆蓋。因此，必須因地制宜配置山區(qū)適用，用得上、用得好的中小型農(nóng)業(yè)機(jī)械，以輕便適用為基本配置原則。

(2)注重“一機(jī)多能”配套機(jī)械，提高機(jī)器利用率。以拖拉機(jī)、小型動力機(jī)為基本動力單元，在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)配置模塊式、組合式農(nóng)機(jī)，使一個(gè)動力單元能夠搭配不同的作業(yè)機(jī)具，提高動力機(jī)具的利用效率。

(3)盤活存量，科學(xué)搭配。根據(jù)每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的農(nóng)機(jī)作業(yè)效率和農(nóng)藝要求作業(yè)時(shí)間，科學(xué)計(jì)算農(nóng)機(jī)的配置量，達(dá)到既滿足生產(chǎn)需要，又充分盤活設(shè)備存量的目的。

3.2 各環(huán)節(jié)作業(yè)時(shí)限及機(jī)具配置量計(jì)算

根據(jù)高粱生產(chǎn)的實(shí)際情況，各作業(yè)環(huán)節(jié)的作業(yè)時(shí)限分別設(shè)置如下：翻耕、整地環(huán)節(jié)，各10 d；施肥、移栽、中耕培土環(huán)節(jié)，各5 d；植保和收獲環(huán)節(jié)，各10 d。單天有效作業(yè)時(shí)間為8 h。由公式(1)計(jì)算出各環(huán)節(jié)機(jī)具配置量：

M=CB×L÷(T×e×W) 。

(1)

式中：M為機(jī)具配置數(shù)量，L為有效作業(yè)地的面積，T為機(jī)具作業(yè)時(shí)限，e為機(jī)具作業(yè)效率，W為單天有效工作時(shí)間，儲備系數(shù)CB=1.3[14]。各環(huán)節(jié)機(jī)具配置量的計(jì)算均取機(jī)具平均工作效率進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果取整。

3.3 機(jī)械化耕地及機(jī)具配置

3.3.1耕地作業(yè)技術(shù)要求

機(jī)械化耕翻不僅增加土壤的熟化能力，提高土壤的保水保肥能力，還可以保證苗全、苗齊、苗壯，為高粱高產(chǎn)打下基礎(chǔ)。耕翻一般在秋季收獲后(10月1日—11月20日)進(jìn)行，耕深以20～25 cm為宜。耕翻時(shí)應(yīng)內(nèi)翻法和外翻法相結(jié)合，耕寬應(yīng)穩(wěn)定，耕深一致，做到不留犁溝、殘茬、雜草，無重耕漏耕，耕后地面的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的高度差在3～5 cm為宜。

3.3.2耕地機(jī)具的配置

耕地作業(yè)環(huán)節(jié)可選擇的機(jī)械種類、規(guī)格繁多，不同的機(jī)械有其獨(dú)特的技術(shù)性能。因此，須根據(jù)基地高粱生產(chǎn)實(shí)際情況和土壤耕作的特點(diǎn)，合理制定機(jī)具的配置方案，得到作業(yè)效果最佳的配置機(jī)械。根據(jù)現(xiàn)有農(nóng)業(yè)機(jī)具的配置情況，耕地環(huán)節(jié)選擇東風(fēng)DF604拖拉機(jī)為動力來源，配套1L-4-25型鏵式犁、智農(nóng)牌JT10-A旋耕機(jī)以及豪野牌1WGB3-135-FC-Z型微耕機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)對比分析，試驗(yàn)結(jié)果如表4。

從表4可以看出鏵式犁碎土覆蓋性較好，作業(yè)質(zhì)量好，耕后地表較平整。而旋耕機(jī)旋耕深度不夠，耕后地表覆蓋不嚴(yán)。在較為平整且坡度不大的地塊，從翻耕效果、效率、經(jīng)濟(jì)性等方面綜合考慮，選擇以東風(fēng)DF604輪式拖拉機(jī)作為動力來源，配套機(jī)具為4鏵犁。

表4 翻耕環(huán)節(jié)機(jī)械配置試驗(yàn)參數(shù)Tab.4 The test parameter of cultivated land machine

3.4 整地作業(yè)技術(shù)要求及機(jī)具配置

耕地后的土垈間存在空隙，土塊較大，地面不夠平整，所以要對翻耕后的土地進(jìn)行整地作業(yè)。整地時(shí)間一般在春天2～3月，整地的深度在12～15 cm為宜，且耕深、耕幅要一致。

整地環(huán)節(jié)選擇東風(fēng)DF604輪式拖拉機(jī)配常旋系列1GQN200型旋耕機(jī)，智農(nóng)牌JT10-A旋耕機(jī)具進(jìn)行試驗(yàn)，如表5。從表5可以看出：1GQN200型旋耕機(jī)的碎土率與JT10-A旋耕機(jī)的碎土效率相當(dāng)；整地后的平整度，后者旋耕機(jī)好于前者旋耕機(jī)；1GQN200型旋耕機(jī)的作業(yè)效率要高于JT10-A型旋耕機(jī)。綜合考慮旋耕機(jī)的碎土效率、旋耕后的平整度、旋耕機(jī)的效率等因素，選擇的旋耕機(jī)型為1GQN型系列旋耕機(jī)。1GQN型系列旋耕機(jī)的適合水、旱地農(nóng)田耕作，碎土能力強(qiáng)，能縮短作業(yè)工序，減輕拖拉機(jī)對土壤的壓實(shí)。以DF604輪式拖拉機(jī)為動力源，配套1GQN200型的旋耕機(jī)，采用與拖拉機(jī)三點(diǎn)懸掛的鏈接方式。

3.5 施肥作業(yè)要求及機(jī)具配置

高粱在成長全過程中施用的肥料種類有液態(tài)肥、顆粒肥、粉末肥等，施肥方式有基肥、追肥、穗肥、粒肥。由于分層施肥能提高肥料的利用率，故一般采用分層施肥。高粱基肥施肥深度在種子下方12～15 cm，占種肥量的三分之二，追肥、穗肥、粒肥的施肥深度在苗側(cè)5 cm左右，占種肥量的三分之一。

表5 整地環(huán)節(jié)機(jī)械配置試驗(yàn)參數(shù)Tab.5 The test parameter of soil preparation machine

基肥包括人畜糞便、綠肥以及經(jīng)認(rèn)證的生物固態(tài)有機(jī)肥。貴州傳統(tǒng)的基肥施肥方法是利用人工進(jìn)行的，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。采用施肥機(jī)既省時(shí)省力，節(jié)約肥料，還能提高肥料的利用率。機(jī)械化基肥施肥主要是在移栽作業(yè)之前，利用施肥機(jī)將有機(jī)肥結(jié)合整地作業(yè)施入土壤。采用貴州大學(xué)自主研發(fā)的雙料箱施肥機(jī)與久泰JTF30進(jìn)行基肥施肥試驗(yàn)，結(jié)果如表6。由表6分析得出，兩種施肥機(jī)斷條率以及施肥均勻度相當(dāng)，而雙料箱施肥機(jī)的變異系數(shù)明顯小于JTF30施肥機(jī)。在滿足農(nóng)藝要求的前提下，作業(yè)效率是選擇農(nóng)業(yè)機(jī)械的首要考慮的因素之一，雙料箱的施肥效率是JTF30施肥機(jī)的3倍，針對高粱種植基地的特征，選擇以DF604輪式拖拉機(jī)為動力源，配套雙料箱施肥機(jī)。

表6 施肥環(huán)節(jié)機(jī)械配置試驗(yàn)參數(shù)Tab.6 The test parameter of fertilizer applicator

3.6 移栽技術(shù)要求及機(jī)具配置

3.6.1移栽技術(shù)要求

播種前要先選擇品種優(yōu)良的種子，曬種風(fēng)干，用清水浸種12 h以上，用拌種靈拌種。其次選擇細(xì)碎肥沃的沙土壤作為苗床，裝入育秧盤的穴中。按每穴播3～4粒的高粱種子，后鋪1～1.5 cm厚的細(xì)土，施足清糞水后覆蓋好地膜，出苗80%后及時(shí)揭膜。在出苗3～4葉時(shí)帶土移栽，采用雙株規(guī)范化移栽技術(shù)，移栽密度控制在每畝種植8 000～12 000株。

3.6.2移栽機(jī)具配置

JTBYZ-3半自動移栽機(jī)通過人工輔助喂苗，可實(shí)現(xiàn)半自動移栽，輪距可調(diào)，場地適應(yīng)性好；配有先進(jìn)的液壓自平衡系統(tǒng)，不但可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器在坡地上保持水平作業(yè)，同時(shí)，還可以根據(jù)壟高自行調(diào)整高低，保證了合適的移栽深度，株距可調(diào)，作業(yè)效率2～3畝/h。JTQYZ-A全自動移栽機(jī)具有液壓控制自平衡系統(tǒng)，機(jī)體高度、輪距、行距、株距、移栽深度均可調(diào)整，作業(yè)數(shù)據(jù)可由液晶屏幕顯示，適宜大面積的平整地塊作業(yè)，作業(yè)效率3～4畝/h，如表7所示。通過表7，對比兩種移栽機(jī)械的移栽數(shù)據(jù)，選擇JTQYZ-A全自動移栽機(jī)移栽較為適宜。

表7 移栽環(huán)節(jié)機(jī)具配置試驗(yàn)參數(shù)Tab.7 The test parameter of transplanter

3.7 機(jī)械化中耕培土機(jī)具配置

中耕培土環(huán)節(jié)是高粱成長必不可少的一個(gè)階段。中耕培土有發(fā)根壯苗，清除雜草，疏松土壤，增強(qiáng)植株抗倒伏能力的作用。貴州土壤屬于黏性土壤，易板結(jié)，因此高粱在成長期須進(jìn)行多次中耕作業(yè)，第一次中耕時(shí)間在移栽后的7～15 d，結(jié)合查苗補(bǔ)苗，遵循苗旁淺耕，行間深耕的原則，苗旁深2～3 cm，行間3～5 cm，避免損傷幼苗；二次中耕在拔節(jié)期進(jìn)行，耕深在10 cm左右；后期中耕在拔節(jié)孕穗期進(jìn)行，耕深4～6 cm為宜。

中耕培土環(huán)節(jié)使用的田間管理可選用柴油機(jī)作為動力的永動牌3PT320型耕作管理機(jī)和JT10AX型田間管理機(jī)。永動牌3PT320型耕作管理機(jī)的整機(jī)重量較輕，操作方便，動力輸出強(qiáng)勁，易于掉頭，機(jī)具的整體性能較好；JT10AX型田間管理機(jī)輕便小巧，操作平穩(wěn)，作業(yè)效果較好。對以上兩種中耕培土機(jī)進(jìn)行中耕培土試驗(yàn)，試驗(yàn)參數(shù)如表8。從表8可知3PT320型耕作管理機(jī)試驗(yàn)效果均優(yōu)于JT10AX型田間管理機(jī)。

表8 中耕培土機(jī)具的配置試驗(yàn)參數(shù)Tab.8 The test parameter of banking machine

3.8 機(jī)械化植保機(jī)具配置

紅茅糯2號高粱的抗性較強(qiáng)，通常在生育過程中較少發(fā)生病蟲害。生育的中后期要注意防治葉斑病、紫斑病、蚜蟲、黏蟲、炭疽病等病蟲害，孕穗期注意防治高粱螟蟲、黏蟲、炭疽病的危害。螟蟲、黏蟲危害，用2.5%魚藤酮乳油400～500倍液噴霧防治；炭疽病初期可用波爾多液160倍，每兩周噴一次，連續(xù)噴2～4次。

華盛泰山牌3WZ-6C型動力噴霧機(jī)屬于背負(fù)式噴霧機(jī)，具有輕便、靈活以及高效率的特點(diǎn)，適用于各種農(nóng)作物和經(jīng)濟(jì)作物。JTGC-A田間管理機(jī)適合用于大規(guī)模、集約化作物，其機(jī)型輕便、操作靈活，作業(yè)效果好。兩種機(jī)型的試驗(yàn)結(jié)果如表9。從表9可知，兩種植保機(jī)械的作業(yè)效果相當(dāng)，但是，JTGC-A田間管理機(jī)的工作效率是華盛泰山牌3WZ-6C型動力噴霧機(jī)的2倍。根據(jù)農(nóng)業(yè)機(jī)械的配置原則，即技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上減工降本原則，以及基地地塊的特點(diǎn)，優(yōu)先選用JTGC-A田間管理機(jī)。

表9 植保配置試驗(yàn)參數(shù)Tab.9 The test parameter of plant protection machine

3.9 機(jī)械化高粱收割機(jī)具配置

一般高粱蠟熟末期時(shí)人工收獲是最佳時(shí)期。而采用機(jī)械化收獲，最佳收獲期是高粱籽粒含水量在20%左右時(shí)，此時(shí)高粱籽粒硬度剛好，損失率低。采用龍舟4LZ-2.5谷物聯(lián)合收割機(jī)進(jìn)行收割，該聯(lián)合收割機(jī)采用寬幅履帶行走裝置，轉(zhuǎn)向方便，能夠在爛泥田等惡劣環(huán)境中工作平穩(wěn)，地頭轉(zhuǎn)彎時(shí)間短，工作效率高，適合山區(qū)、小地塊的田塊作業(yè)。在仁懷簸箕壩對該機(jī)進(jìn)行收割試驗(yàn)，如表10。

表10 全喂入聯(lián)合收割機(jī)主要試驗(yàn)參數(shù)Tab.10 The test parameter of whole feeding combine harvester

3.10 全程機(jī)械化機(jī)具配置結(jié)果

綜合考慮貴州山地高粱生產(chǎn)田間環(huán)境、各環(huán)節(jié)的作業(yè)內(nèi)容、配置機(jī)械的工作效率和地頭通過性，動力機(jī)械DF604拖拉機(jī)只配套鏵式犁、1GQN型旋耕機(jī)、雙料箱施肥機(jī)作業(yè)。由于拖拉機(jī)配置鏵式犁工作效率最低，因此拖拉機(jī)的臺數(shù)由鏵式犁的配置量決定。取鏵式犁的平均工作效率計(jì)算，得到500畝拖拉機(jī)鏵式犁配置量為3臺套。其他作業(yè)環(huán)節(jié)的機(jī)具動力均由機(jī)具自帶。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)選擇最優(yōu)機(jī)具進(jìn)行配置如表11。

表11 高粱生產(chǎn)全程機(jī)械化機(jī)具配置Tab.11 The whole course mechanization allocation of sorghum production

4 結(jié)語

機(jī)械化是農(nóng)業(yè)發(fā)展的根本，高粱生產(chǎn)全程機(jī)械化是多技術(shù)環(huán)節(jié)的集成。為深化高粱全程機(jī)械化的應(yīng)用，本文根據(jù)貴州高粱生產(chǎn)全程機(jī)械化的農(nóng)藝要求，對已有農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用性能進(jìn)行了分析比選，提出了適用于壩區(qū)地塊特點(diǎn)的最佳機(jī)具選型方案，并計(jì)算出了不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)農(nóng)機(jī)的配置數(shù)量，得到如下主要結(jié)論：

(1)高粱生產(chǎn)機(jī)具的選型不但應(yīng)考慮配套機(jī)械的數(shù)量，還應(yīng)考慮配套機(jī)械之間的作業(yè)方式、工作效率、生產(chǎn)機(jī)械化的質(zhì)量、作業(yè)時(shí)限和成本。

(2)本文通過田間對比試驗(yàn)，對高粱種植各環(huán)節(jié)的機(jī)械進(jìn)行選型評價(jià)，針對高粱種植的農(nóng)藝標(biāo)準(zhǔn)與作業(yè)效果的適應(yīng)性，選出最優(yōu)配置機(jī)械。

(3)本文所選機(jī)械僅針對于高粱作物，對于其他作物，需對種植的技術(shù)路線及農(nóng)藝要求重新分析，并通過田間試驗(yàn)對機(jī)械進(jìn)行實(shí)地測試選型。