經(jīng)福林，張曼其，胡小忠，何馮光，崔振德，鄧干然

（1.廣東農(nóng)墾熱帶農(nóng)業(yè)研究院有限公司，廣東 廣州 511365；2.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機械研究所，廣東 湛江 524091；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部熱帶作物裝備重點實驗室，廣東 湛江 524001）

0 引言

我國是世界十大菠蘿主產(chǎn)國之一，菠蘿種植地主要在廣東、海南、廣西、云南、福建省等地區(qū)，其中廣東省2020 年菠蘿種植面積達58.44 萬畝（1 畝=0.066 7 hm2）、產(chǎn)量達121 萬噸[1]。其中，廣東農(nóng)墾菠蘿種植面積近18 萬畝，約占全省菠蘿種植面積的30%，產(chǎn)量占全省的35%[2]。然而我國菠蘿機械化生產(chǎn)水平極低，當(dāng)前菠蘿生產(chǎn)推行的多種農(nóng)藝并行的模式，并不適宜使用機械化作業(yè)[3]，田間生產(chǎn)管理過程如種植、采收仍然依賴人工。隨著經(jīng)濟的發(fā)展與社會的進步，農(nóng)村勞動力急劇老化和減少，勞動成本逐年增加，尤其是墾區(qū)用工難、用工成本高已成為菠蘿產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的絆腳石。推進菠蘿生產(chǎn)過程機械化，實現(xiàn)用工減量、勞動減輕、成本降低是菠蘿產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須解決的問題。廣東農(nóng)墾具有高度組織化的生產(chǎn)形式和良好的大田耕作條件，在菠蘿生產(chǎn)機械化率先取得突破進而引領(lǐng)全國乃至全球發(fā)展具有重要意義。為推進廣東墾區(qū)菠蘿生產(chǎn)機械化，在廣東農(nóng)墾菠蘿跨縣集群產(chǎn)業(yè)園等項目支持下，組織開展了菠蘿生產(chǎn)全程機械化技術(shù)研發(fā)。本文就研發(fā)的2ZB-130 型壟作雙行菠蘿移栽機大田試驗情況進行較為系統(tǒng)的分析，以期為行業(yè)工作者提供參考。

1 總體結(jié)構(gòu)及工作原理

2ZB-130 型壟作雙行菠蘿移栽機是根據(jù)湛江墾區(qū)“臺農(nóng)”品系菠蘿起壟膜上雙行移栽的農(nóng)藝習(xí)慣要求而設(shè)計，以90～120 馬力拖拉機為牽引動力，具備起壟、施肥、覆膜、鋪滴管、栽植的聯(lián)合作業(yè)功能，其核心部件為移栽機構(gòu)[4]，如圖1 所示。

圖1 2ZB-130 型壟作雙行菠蘿移栽機移栽機

2ZB-130 型壟作雙行菠蘿移栽機設(shè)計成雙工位形式，一次栽植2 行菠蘿苗，滿足行距為50 cm、株距為30～35 cm 的膜上栽植要求。該機包括機架、施肥裝置、起壟裝置、壓土輪、導(dǎo)種槽、移栽裝置、覆膜裝置、鋪滴管裝置等，其中移栽裝置采用鴨嘴式栽植機構(gòu)，適用于膜上插孔擴穴，菠蘿種苗由2 名乘坐于移栽機上的操作手人工投送，從導(dǎo)種槽中自由下落并在鴨嘴的作用下準(zhǔn)確送入土穴中進行定植。2ZB-130 型壟作雙行菠蘿移栽機的主要設(shè)計技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 2ZB-130型壟作雙行菠蘿移栽機主要設(shè)計技術(shù)參數(shù)

2 作業(yè)技術(shù)條件

2.1 農(nóng)藝模式

與傳統(tǒng)“巴厘”菠蘿品系的多行帶狀高密度種植方式不同（每畝4 000～4 500 株）[5]，湛江墾區(qū)“臺農(nóng)”品系菠蘿種植一般采用起壟膜上雙行移栽方式，每畝約3 000 株[6]。考慮到拖拉機作業(yè)時輪胎不能碾壓到菠蘿壟行，宜機化的農(nóng)藝參數(shù)如圖2 所示[7]。按此模式，從種植環(huán)節(jié)開始，到后面的田間管理，包括噴藥、催花、噴施葉面肥，直至果實采收、種苗采收，建議采用輪距為130～135 cm 的窄輪距拖拉機為作業(yè)機具的配套動力。本試驗采用常規(guī)的東方紅LX904 輪式拖拉機（前后輪距為180 cm）為配套動力，為滿足130～140 cm 窄行距的種植農(nóng)藝要求，對2ZB-130 型壟作雙行菠蘿移栽機進行了3點懸掛機構(gòu)的偏置設(shè)計。

圖2 臺農(nóng)品系“寬窄行種植”模式示意圖

2.2 菠蘿地備耕

2ZB-130 型壟作雙行菠蘿移栽機采用鴨嘴式栽植機構(gòu)，這種栽植機構(gòu)需要依靠土壤的流動性來對菠蘿苗根部進行回土并在壓土輪的作用下壓實，從而保證定植質(zhì)量（如直立度高、不倒苗，種植深度足夠等）。因此，要高標(biāo)準(zhǔn)整好菠蘿地是2ZB-130型壟作雙行菠蘿移栽機獲得高質(zhì)量種植效果的基礎(chǔ)條件。備耕時，土壤要充分深耕、旋耕細(xì)碎，耕層深度不小于30 cm，地面相對平整，土壤中不能帶有過多的殘膜、秸稈、石塊等影響土壤流動性的異物。另外，移栽時土壤水分含量要適宜，一般要求在25%以下，比較干燥的土壤要確保合理的流動性從而保證回土質(zhì)量，同時避免土壤粘結(jié)于鴨嘴式栽植機構(gòu)上確保菠蘿種植下落過程不發(fā)生卡阻而獲得較好的栽植質(zhì)量。

2.3 菠蘿種苗

移栽機構(gòu)有特定的尺寸參數(shù)，菠蘿種苗的株形要與移栽機構(gòu)的尺寸參數(shù)相匹配，才能獲得較高的種植質(zhì)量。因此，2ZB-130 型壟作雙行菠蘿移栽機對菠蘿種苗株形要求比較嚴(yán)格。參照農(nóng)業(yè)行業(yè)《NY/T 451—2011 菠蘿 種苗》[8]，對菠蘿（卡因業(yè)和皇后類）株形的要求規(guī)定了種苗高（一級≥30 cm，二級≥20 cm）、種苗莖粗（一級≥3.5 cm，二級≥3.0 cm），最長葉寬（一級≥4.0 cm，二級≥3.0 cm），以及海南省地方標(biāo)準(zhǔn)《DB 46/T 210—2011 臺農(nóng) 16 號菠蘿生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程》[9]，對菠蘿種苗的要求是“按NY/T 451 的規(guī)定分級”。目前以菠蘿果實采收后自然蓄養(yǎng)的種苗，在莖粗、高度、彎度等外觀參數(shù)上差異很大，需要按標(biāo)準(zhǔn)進行合理分級。另外，在試驗中發(fā)現(xiàn)，大部分種苗栽植效果好，而小部分栽植則達不到要求甚至出現(xiàn)重植、卡機、漏植的情況。栽植達不到要求或無法栽植的種苗，主要表現(xiàn)為莖粗過大、高度過高、彎度過大，不能與栽植機構(gòu)有效匹配。要實施菠蘿機械化種植，菠蘿種苗相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)進行必要的修訂與完善，即在大小分級的基礎(chǔ)上，剔除莖粗過大、高度過高、彎度過大的異形株，整體株形一致性相對較好，才能獲得更理想的栽植質(zhì)量。根據(jù)試驗實踐，2ZB-130 型壟作雙行菠蘿移栽機對菠蘿種苗株形的要求如下，適合種苗高為：一級≤40 cm，二級＜30 cm ；適合種苗莖粗為：一級≤4.5 cm，二級＜3.5 cm ；適合最長葉寬為：一級≤5.0 cm，二級＜4.0 cm。

2.4 地膜要求

地膜主要有保水、保土、保肥、提高肥效、滅草、防病蟲、改善近地面光熱條件等作用。湛江墾區(qū)種植“臺農(nóng)”品系菠蘿普遍采用反光地膜種植，反光地膜由于表面有較強的反射紫外線功能，除了具有常規(guī)地膜的作用外，還能有效驅(qū)避有翅蚜蟲、薊馬等害蟲[10]，從而減輕菠蘿病蟲害，同時還具有白天有效降低地溫、夜晚提升地溫的作用。為滿足前述農(nóng)藝要求，2ZB-130 型壟作雙行菠蘿移栽機采用寬度為1.40 m 的反光膜。地膜寬度過小，不利于覆膜裝置的回土機構(gòu)完整回土壓膜，導(dǎo)致覆膜不嚴(yán)密而在大風(fēng)天起膜、倒苗；寬度過大，除了造成浪費外，多余的地膜邊緣容易在隔壟種植時被回土機構(gòu)刮削、拉扯或者被拖拉機輪胎壓到，破壞已覆好的地膜。另外，地膜要選擇標(biāo)準(zhǔn)膜，保證足夠的厚度和強度，否則容易被鴨嘴機構(gòu)在插穴過程中拉破，甚至在株距過小的情況下整條地膜撕裂而無法有效覆膜。

3 試驗方法與主要評定指標(biāo)

3.1 試驗總體情況

2ZB-130 型壟作雙行菠蘿移栽機大田試驗共分2次進行。第1 次試驗地點為湛江市麻章區(qū)湖光鎮(zhèn)熱科院農(nóng)機所試驗地內(nèi)，試驗時間為2022 年7 月下旬，試驗作業(yè)面積約6 畝；第2 次試驗地點為徐聞縣曲界鎮(zhèn)廣墾海鷗農(nóng)場14 隊，試驗時間為2022 年10 月下旬，試驗作業(yè)面積約9 畝。兩次試驗種植的菠蘿品種均為臺農(nóng)16 號。

3.2 試驗方法及主要評定指標(biāo)

3.2.1 試驗方法

試驗前，將專門設(shè)計的菠蘿苗修剪機修剪高度調(diào)節(jié)機構(gòu)調(diào)節(jié)至38 cm 位置，對經(jīng)過煉苗處理的臺農(nóng)16 號品種菠蘿苗進行批量修剪，切除多出的葉尖高度部分，修剪后種苗高度控制在38±3 cm，并人工剔除異形株。將調(diào)整好狀態(tài)的移栽機配備相應(yīng)的菠蘿種苗以及肥料、地膜、滴管等種植材料后，經(jīng)事前培訓(xùn)的機手和投苗操作手上機就位，機組進入試驗地塊，機組作業(yè)實況如圖3 所示。

圖3 機組田間作業(yè)實況

試驗地塊長度要求不低于100 m，地塊兩頭留有約8 m 的掉頭轉(zhuǎn)彎空間。開始在地頭試種10 m，然后停車檢查種植質(zhì)量和地膜、滴管鋪設(shè)情況、肥料箱出肥情況是否正常，符合各項農(nóng)藝要求后，機組再進入正常作業(yè)階段。在拖拉機未安裝有GPS 或北斗導(dǎo)航定位儀的情況下，人工駕駛拖拉機要求第一行程盡量走正走直，這樣第二行程以后，均以前一行程的地輪痕跡為標(biāo)志行走，保證整個地塊的壟行直線度和壟間距離的一致性。

3.2.2 主要評定指標(biāo)及測定方法

開展2ZB-130 型壟作雙行菠蘿移栽機大田試驗，目的是考核評價其栽植質(zhì)量與栽植效率是否滿足實際生產(chǎn)的要求，主要包括株行距、栽植深度、種苗直立度、栽植合格率、栽植速度、作業(yè)效率等。具體評定指標(biāo)及測定方法如表2 所示。

表2 2ZB-130型壟作雙行菠蘿移栽機主要評定指標(biāo)及測定方法

4 試驗結(jié)果與分析

4.1 試驗結(jié)果

經(jīng)過對2ZB-130 型壟作雙行菠蘿移栽機進行不同時間、不同地點的2 次系統(tǒng)試驗，每次試驗的測定數(shù)據(jù)如表3 所示，2 處大田栽植效果如圖4 所示。

表3 2ZB-130型壟作雙行菠蘿移栽機試驗數(shù)據(jù)

圖4 2 處試驗基地移栽效果

4.2 結(jié)果討論與分析

1）株距：根據(jù)表3，2ZB-130 型壟作雙行菠蘿移栽機在正常栽植情況下，其株距在32～35 cm，與生產(chǎn)要求的株距大致相當(dāng)。鑒于該機的工作原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計，種植株距由拖拉機前進速度決定，需要通過拖拉機手操作選擇前進檔位和油門大小來獲得合理的株距尺寸。在操作實踐中，拖拉機前進速度過快，菠蘿苗的株距將增大；拖拉機前進速度變慢，菠蘿苗的株距將減??；慢到某個程度，將顯著增加重植率。因此，2ZB-130 型壟作雙行菠蘿移栽機在推廣應(yīng)用過程中，必須嚴(yán)格對機手進行技術(shù)培訓(xùn)，使其正確掌握拖拉機前進速度與菠蘿苗株距的關(guān)系。

2）行距：根據(jù)表3，2ZB-130 型壟作雙行菠蘿移栽機的壟內(nèi)行距保持50 cm，與設(shè)計尺寸基本一致。壟內(nèi)行距由2 套相對獨立的栽植機構(gòu)的相對位置決定，而這個相對位置在機架上是剛性的連接，因此只要栽植正常，菠蘿苗的壟內(nèi)行距是固定不變的。2ZB-130 型壟作雙行菠蘿移栽機的壟間行距在83～89 cm，變化幅度較大，這跟拖拉機手的操作技術(shù)有重要關(guān)系。如果機手操作技術(shù)到位，每行作業(yè)都能以前一個行程的地輪軌跡為標(biāo)志行走，地輪軌跡重復(fù)度越高，壟間行距的一致性就越好；反之，操作不到位做不到地輪軌跡的重復(fù)，壟間行距就出現(xiàn)較大的偏差，甚至偏離合理范圍，造成壓壟傷苗，或者偏離壟線造成壟間行距過大而浪費耕地。

3）種植深度：根據(jù)表3，2ZB-130 型壟作雙行菠蘿移栽機栽植深度在11～14 cm，與《DB 46/T 210-2011 臺農(nóng)16 號菠蘿生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程》要求的栽植深度6～8 cm 相比，栽植深度偏大。這主要是考慮到如果栽植深度在8 cm 以下時，由于菠蘿種苗高度較大、重心偏高，機械移栽過程難以保證種苗的直立度，容易發(fā)生傾斜或倒苗，影響栽植質(zhì)量。相對人工栽植，機械移栽時起壟與栽植是同步進行，兩者基本沒有時間差，起壟的泥土尚未有效沉降，因此在測量時顯得栽植深度更大些。根據(jù)后期的觀測，機械移栽的栽植深度對菠蘿苗生長尚未觀察到有異常情況。

4）直立度合格率：根據(jù)表3，2ZB-130 型壟作雙行菠蘿移栽機對菠蘿移栽的直立度合格率達到96%以上，也基于前面的2 個前提：一是把異形株剔除，這種異形株用人工種植時也無法種出應(yīng)有的直立度來；二是起碼的栽植深度，依賴土壤的支撐作用來保證苗株的直立度。但在地塊的兩頭，由于拖拉機多次行走碾壓，土壤一般較緊實、土層淺，菠蘿苗栽植深度不能保證、甚至苗根不入土而普遍倒苗，這局部地塊需要在機械移栽以后另外人工補種。

5）栽植合格率：根據(jù)表3，2ZB-130 型壟作雙行菠蘿移栽機栽植合格率在96%以上。栽植不合格的情形分為種苗未正常入土穴、入土穴但倒伏、穴位缺苗3 種。種苗未正常入土穴的原因主要是種苗從導(dǎo)種槽下落過程中葉片被掛扯導(dǎo)致下落遲滯、不能與鴨嘴機構(gòu)的開合動作同步；種苗入土穴但倒伏的主要原因是鴨嘴機構(gòu)入土后再離土上升的過程中把種苗葉片或根須掛扯把種苗帶起來；穴位缺苗的原因是種苗未能準(zhǔn)確投入到導(dǎo)種槽中或人工投苗跟不上導(dǎo)種槽的旋轉(zhuǎn)速度造成漏株。要克服種苗未正常入土穴、入土穴后倒伏的問題，需要在前期菠蘿苗修剪處理過程中注意將散開下垂的多余葉片或過長的根須剪除。要解決穴位缺苗的問題，一方面需要依靠投苗操作手眼疾手快、訓(xùn)練有素，另一方面種苗要處理干凈不纏結(jié)、供苗機構(gòu)要做到人機結(jié)合便于快速取苗。

6）栽植速度：根據(jù)表3，2ZB-130 型壟作雙行菠蘿移栽機栽植速度為62～67 株/min（雙工位），速度不算高。栽植速度一方面受到移栽機鴨嘴機構(gòu)動作過程的限制，一個完整的動作周期包括下降、入土、張開、離土、提升、閉合6 個基本動作才能完成一次栽植。與鴨嘴機構(gòu)配合動作的材料包括種苗、地膜、土壤，要提高速度，必然會引起鴨嘴機構(gòu)與這3 種材料在時間、空間、姿態(tài)上的互相干擾，導(dǎo)致移植效果的不確定性大大增加。栽植速度另一方面還受到投苗操作手操作速度的限制。由于菠蘿是大種苗，形狀大且有一定重量，一只手一次只能抓一株苗，不比其他小苗類作物、一手抓一把，每一次栽植過程都包括取苗、移動、投苗，耗時約1.5～2.0 s，機器行駛速度過快，人的速度跟不上機器的速度就會造成漏株。因此，在2ZB-130 型壟作雙行菠蘿移栽機栽植結(jié)束后，最好人工復(fù)查種植質(zhì)量，快速逐壟巡視一遍，將個別直立度不合格、未正常入土穴、入土穴但倒伏的菠蘿種苗扶正入穴定植，或?qū)⑷泵绲难ㄎ谎a齊。

7）作業(yè)效率：根據(jù)表3，2ZB-130 型壟作雙行菠蘿移栽機作業(yè)效率1.33～1.41 畝/h，效率不算高。作業(yè)效率受栽植速度的限制，栽植速度難以大幅提升，作業(yè)效率也就無法顯著提高。

4.3 節(jié)本增效初步分析

湛江墾區(qū)目前的臺農(nóng)菠蘿種植方式是先用機械施肥起壟鋪滴管，再人工定植菠蘿苗。按2023 年初的菠蘿種植作業(yè)服務(wù)收費標(biāo)準(zhǔn)，機械施肥起壟鋪滴管的作業(yè)費用為160 元/畝，人工費290 元（人工定植的費用為0.10 元/株、畝植株數(shù)為2 900 株），每畝綜合作業(yè)費用合計為450 元。

2ZB-130 型壟作雙行菠蘿移栽機與機械施肥起壟鋪滴管的作業(yè)費用相同（均按160 元/ 畝計），這部分費用就不進行比較，主要比較定植部分的人工成本。按8h 工作計，機械移栽可作業(yè)面積約11 畝、耗費4 個人工共計600 元（2 人操作手，1人巡檢補苗，1 人轉(zhuǎn)移種苗、肥料，每人每天150 元，與人工移栽相當(dāng)），計算畝均分?jǐn)偟娜斯べM用為55 元。按此計算，2ZB-130 型壟作雙行菠蘿移栽機每畝綜合作業(yè)費用215 元，比人工移栽可節(jié)省50% 費用，在成千上萬畝大面積種植條件下，其節(jié)支增收效果是顯著的。

5 結(jié)論與展望

1）經(jīng)過多輪生產(chǎn)試驗和技術(shù)驗證，2ZB-130 型壟作雙行菠蘿移栽機主要技術(shù)指標(biāo)總體符合生產(chǎn)要求，具有較好的節(jié)本增收、提高工效的作用，可以擴大示范規(guī)模和投入生產(chǎn)應(yīng)用。

2）為推進菠蘿機械化移栽技術(shù)生產(chǎn)應(yīng)用，建議加快制定相關(guān)2ZB-130 型壟作雙行菠蘿移栽機技術(shù)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一菠蘿移栽機的設(shè)計、制造和使用，統(tǒng)一規(guī)范適宜機械化移栽的菠蘿種植農(nóng)藝、種苗形態(tài)，統(tǒng)一規(guī)范耕地準(zhǔn)備、移栽質(zhì)量評判方法等；并對現(xiàn)行相關(guān)菠蘿種苗標(biāo)準(zhǔn)或栽培技術(shù)規(guī)程，根據(jù)與機械化移栽相銜接的要求，予以必要修訂和完善，以提高標(biāo)準(zhǔn)的適用性。

3）我國菠蘿生產(chǎn)機械化事業(yè)剛起步，還有很多技術(shù)問題亟待解決，跟上新時代我國農(nóng)業(yè)機械化全面、全程發(fā)展的步伐，促進菠蘿產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展，是菠蘿產(chǎn)業(yè)未來的必由之路。