壟作式木薯種植機作業質量評價方法

覃雙眉，黃 潔，郁昌的，呂以志，崔振德，李國杰，鄭 爽，李 玲，何馮光，鄧干然

(1.中國熱帶農業科學院農業機械研究所，廣東 湛江 524091；2.中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所，?？?571101；3.國投廣東生物能源有限公司，廣東 湛江524018；4.湛江市農業技術推廣中心，廣東 湛江 524000；5.農業農村部熱帶作物農業裝備重點實驗室，廣東 湛江 524091)

0 引言

常規木薯的栽培模式一般采用平種模式，按種莖方向有平放、斜插和直插三種扦插形式[1]。鑒于不同品種木薯的生物性狀、栽培地域的氣候土壤條件，木薯平種模式有一定的差異，但主要差別是種植株距或行距的不同。對于同一品種、在同一栽培區域的木薯，生產上普遍采用等行距種植。木薯產區多在華南多雨和黏重土壤地帶，平種模式的木薯地排水不暢易受澇，干旱時則造成土壤板結，木薯挖掘收獲機具工作阻力大，薯、土分離困難，作業機組負荷大、能耗高，機具磨損加快[2]。另外，在等行距種植條件下，木薯行距與拖拉機輪距及種植機械、管理機械、收獲機械的輪距難以相匹配，造成機械化作業時拖拉機和農機具的輪胎壓在木薯壟上，壓傷木薯植株或壓碎木薯塊根，收獲損失大[3]。因此，傳統等行距、平種的木薯種植模式不適合機械化作業，是目前制約木薯機械化發展的主要原因。

按照農機農藝結合推進木薯生產全程機械化的要求，鄧干然等開展了寬窄雙行起壟栽培模式及機械化種植技術的研究，研制了2CML-2型壟作式木薯種植機，并在相關產區進行了區域試驗，豐富了我國木薯種植機的類型。我國開展木薯種植機械研發有十多年的歷史[4-7]，有幾種不同類型的機型在國內、國外得到一定的使用。但目前生產上尚未建立統一的評價木薯種植機作業質量的具體方法，不同機型、不同廠家之間的產品無法進行優劣比較，造成用戶難以選擇合適的產品，不利于規范木薯種植機產品設計、制造及檢驗，也不利于實現農藝標準化和農機農藝結合。國家能源局2018年發布了《木薯機械化種植技術規范》(NB/T 10064-2018)[8]，總體對木薯種植農藝方面作了相關的指標要求，但對主要指標的測試方法尚未明確，也沒有規定木薯種植機作業質量的評價方法。針對2CML-2型壟作式木薯種植機的試驗結果和實踐經驗，探討了木薯種植機作業質量評價指標與測試方法，以供其他木薯種植機相關業者參考。

1 2CML-2型壟作式木薯種植機概述

生產上以木薯桿為種植材料，木薯桿來源豐富，植后出苗快、生長快、產量高。因木薯種子來源稀少，植后出苗慢、生長緩慢、產量低，利用木薯種子種植主要應用在育種研究方面。傳統人工木薯種植，利用切刀將長度為100～200 cm的木薯桿切段為15～20 cm長度的種莖，再人工放種、施肥和覆土。機械化種植是利用專用的木薯種植機，實施切種、下種、施肥和覆土。按照切種的形式，木薯種植機可分為實時切種式和預切種式兩種機型。目前，技術相對成熟的是實時切種式種植機，作業時需要2名送種操作手坐在種植機上，隨種植機前進速度同步喂送木薯桿至切種機構，即時切種、下種。預切種式種植機還在研究攻關中，這種木薯種植機需要另外配套專用的種莖切段機[9]，預先將木薯桿切成所需長度的種莖，再在種植機上人工或自動排種、下種?；谧詣优欧N[10-11]的預切種式木薯種植機是未來的發展方向。

2CML-2型壟作式木薯種植機是一種實時切種式木薯種植機[12]，針對起壟雙行種植模式而研制。該型種植機與配套的旋耕起壟機或旋耕施肥起壟機、噴桿式噴霧機、木薯秸稈粉碎還田機或木薯秸稈粉碎收集機、振動鏈式木薯挖掘收獲機等進行了一體化設計，在工作幅寬、種植行距等主要參數方面互相銜接，可實現全程機械化。2CML-2型壟作式木薯種植機采用三點懸掛，由輪式拖拉機牽引，其主要結構如圖1所示。

1.施肥裝置；2.切種裝置；3.三點懸掛；4.切種驅動鏈；5.驅動地輪；6.壟側護壟板；7.導種槽；8.壟面覆土刮板；9.座椅；10.木薯桿支架圖1 2CML-2型壟作式木薯種植機結構簡圖

2CML-2型壟作式木薯種植機包括施肥裝置、切種裝置、三點懸掛、切種驅動鏈、驅動地輪、壟側護壟板、導種槽、壟面覆土刮板、座椅、木薯桿支架等組成。種植前預先用旋耕起壟機起好壟，作業時木薯種植機在拖拉機牽引下向前移動，坐在木薯種植機上的送種操作手向切種裝置內喂入木薯桿，在驅動地輪的作用下，切種裝置轉動，木薯桿不斷向下輸送，并被切成長度合適的種莖，種莖沿導種槽向下滑動，落入種植溝內，再由壟面覆土刮板刮取種植溝沿高出的土壤對種莖進行覆土。在開種植溝的同時，施肥裝置在地輪的驅動作用下，施肥器旋轉推擠出肥料，通過導肥管撒施在開溝器開出的溝底，并利用導種槽的下部對肥料進行初步覆土，實現種肥隔離，避免肥料與木薯種莖直接接觸，造成燒苗，影響木薯出苗率。在種植機開溝、下肥、下種、覆土過程中，由于壟側護壟板和壟面覆土刮板的仿壟保護作用，種植后壟體總體保持三面平整。

2 主要技術參數與種植質量指標

2.1 主要技術參數

2.1.1 配套動力

配套動力指用于掛載或牽引木薯種植機正常作業所需要的拖拉機型號，根據種植機的標識要求進行配置。2CML-2型壟作式木薯種植機，按照作業動力需求，配備66.2 kW(90馬力)拖拉機，即可有效滿足木薯種植過程中牽引、開溝、切種、施肥、覆土以及負重(2名操作手約150 kg、木薯桿約300 kg、肥料約300 kg)的動力需要。

2.1.2 種植行距與株距

2CML-2型壟作式木薯種植機用于寬窄雙行起壟種植模式。種植前用旋耕起壟機起梯形大壟，按照《木薯機械化種植技術規范》(NB/T 10064-2018)的定義，梯形大壟稱“播幅”， 1個播幅上種植2行木薯，同一播幅內2行木薯的垂直距離稱“幅內行距”(即窄行)，不同播幅之間相鄰2行木薯的垂直距離稱“鄰接行距”(即寬行)。根據壟形特點，種植機作業時在一個播幅內開2個深度約10～15 cm、寬度約15 cm小種植溝。由于播幅寬度有限，而且壟體邊緣要留出足夠的空間以保證種莖覆土良好，幅內行距選擇在60～70 cm，鄰接行距為110～120 cm。對于株距的確定，株形開放的開杈木薯品種，株距可以選擇在80～100 cm；而株形較小的直立木薯品種，株距可選擇在60～80 cm?？紤]到不同品種對行距、株距的不同要求，2CML-2型壟作式木薯種植機在設計上做成一定范圍內可調整的結構。

2.1.3 種植深度

2CML-2型壟作式木薯種植機下種方式為水平放種，種植深度是指木薯種莖下種覆土后，從種莖表面到覆土表面的垂直距離。木薯種莖的種植深度，根據不同的土壤、不同的氣候條件有一定的差別，種植深度范圍一般在5～8 cm之間。在沙壤土或雨水少的干燥天氣種植木薯，宜選擇較深的種植深度，以利于保水抗旱、避免種莖失水干枯不能出苗。在紅壤土或多雨天氣，用較淺的種植深度，有利于縮短出苗時間。2CML-2型壟作式木薯種植機的種植深度由開溝犁的開溝深度確定，開溝犁同樣設計成可調整，根據需要的種植深度，調節好后再正常作業。

2.1.4 切種長度

切種長度是木薯桿經切種機構切段后，所獲得的木薯種莖的長度。根據不同的土壤、不同的氣候條件切種長度有一定的差別，一般在15～20 cm之間。在沙壤土或雨水少干燥天氣種植，宜選擇較長的切種長度，以利于保水抗旱、避免種莖失水干枯不能出苗。在紅壤土或多雨天氣，出苗時間快，為節省用種量，可使用較短的切種長度。種植前如有條件將木薯桿用清水浸泡一定的時間，可大幅增加種莖的含水量，也可使切種長度縮短。2CML-2型壟作式木薯種植機的切種長度設計成可調整，根據需要調節好后再正常作業。

2.2 種植質量指標

2.2.1 莖段長度偏差與莖段合格率

莖段長度偏差是木薯種莖的實際切種長度L與種植機設定的切種長度L0的差異程度。合格莖段主要指木薯種莖的實際切種長度L在種植機設定切種長度L0允許偏差范圍內，并且切口平整、無影響出苗的機械傷芽、傷皮、破裂；莖段合格率是指合格莖段的數量占播種總數量的百分比。在《木薯機械化種植技術規范》(NB/T 10064-2018)中，規定莖段偏差△L≤2.0 cm，莖段合格率96.0%。莖段長度偏差與莖段合格率分別用△L和Lh表示為

△L=L-L0

(1)

(2)

只要莖段長度偏差△L≤2.0 cm，該莖段視為切種長度合格。莖段長度偏差與莖段合格率是評價種植機切種裝置可靠性的關鍵指標。莖段長度偏差小，說明切種裝置的可靠性高，切種穩定，株距也相對穩定。莖段合格率Lh越高，更容易獲得長勢比較整齊的木薯苗，對后期田間管理更有利。

2.2.2 漏播與漏播率

漏播是在超過種植機設定株距1.5倍距離內，沒有播下種莖的情況。比如，設定株距為80 cm，如果在120 cm的長度范圍內，沒有播下木薯種莖，該處即為1個漏播；在240 cm的長度范圍內，沒有播下木薯種莖，該處為2個漏播；依此類推。漏播的莖段數占應播種莖段總數量的百分比為漏播率，以B表示為

(3)

漏播率是評價木薯種植機的重要指標。漏播率低，表明種植機具有較高的整體可靠性，說明切種裝置、導種槽、開溝犁、覆土機構等協調良好。漏播率低，單位面積的木薯株數才能有效保證，株數有效保證產量才有基礎。反之，漏播率高，單位面積木薯有效株數將減少，從而影響產量，而且漏播處容易產生雜草危害，增加木薯園的管理難度。《木薯機械化種植技術規范》(NB/T 10064-2018)規定，漏播率應控制在2.0%以內。

2.2.3 露種與露種率

露種是指覆土后，裸露出土壤表面的種莖段，包括全部裸露和部分裸露的種莖段。露種率是指裸露出土壤表面的種莖段數量占播種莖段總數量的百分比，以S表示為

(4)

露種率是評價木薯種植機的重要指標，反映出種植機下種環節種莖接觸土壤瞬間的平穩性，也反映覆土機構的覆土可靠性。下種環節種莖接觸土壤瞬間的不平穩，引起種莖跳動，在覆土時造成種莖段一頭高一頭低，甚至跳出土壤；覆土機構覆土時對種莖產生直接或間接接觸作用力、引起種莖空間位置變化、上浮出泥面，均會造成露種。露種率高將會降低木薯出苗率，尤其是干旱陽光暴曬造成種莖干枯無法出苗，或者木薯在表土出苗，根系難以發育，影響植株生長，二者均會嚴重影響最終產量?！赌臼頇C械化種植技術規范》(NB/T 10064-2018)規定，露種率應控制在1.0%以內。

2.2.4 株行距偏差與種植深度偏差

株行距偏差與種植深度偏差是指實際株距、行距和種植深度與種植機設定的株距、行距和種植深度參數之間的差值。按照前述，行距偏差包括幅內行距偏差△r、鄰接行距偏差△R，株距偏差用△D、種植深度偏差用△d表示，用r、r0分別表示實際幅內行距、設定幅內行距，用R、R0分別表示實際鄰接行距、設定鄰接行距，用D、D0分別表示實際株距、設定株距，用d、d0分別表示實際種植深度、設定種植深度，則

△r=r-r0

(5)

△R=R-R0

(6)

△D=D-D0

(7)

△d=d-d0

(8)

上述偏差控制中，根據《木薯機械化種植技術規范》(NB/T 10064-2018)規定，△r≤5.0 cm，△R≤15.0 cm，△D≤5.0 cm，△d≤3.0 cm。△D與△d小，表明種植機在播種規格方面的工作穩定性好，植后的木薯出苗時間比較統一，株行間距比較整齊，非常有利于后續噴藥、中耕、秸稈處理、收獲等機械化作業。

3 木薯種植機試驗測定方法

3.1 試驗地塊的選擇

選擇的試驗地應該具有一定的代表性，且符合木薯種植機作業的要求，應選擇坡度不大、相對平坦的耕地，地塊的長度要30 m以上，以充分減少種植機組起步階段和準備掉頭轉彎階段的非正常作業狀態的影響。

3.2 試驗地基本情況調查

試驗地條件是影響種植機作業質量的重要因素，試驗地的土壤類型需要標明，土壤含水率需要測定。由于木薯種植壟體高度一般不超過30 cm，土壤含水率測定可按3個層次來測定，為0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm，取3個層次的平均值確定為土壤含水率。

3.3 種桿條件調查

種桿條件主要包括種植木薯的品種和種桿參數。種桿參數包括種桿平均直徑和種桿平均長度。種桿平均直徑包括大、中、小三種不同規格的木薯種桿，取其長度的中心點測量其直徑，三種直徑的平均值即為一次測量值，重復3次即為該批種桿的平均直徑(測量時應避開突出的芽眼)。種桿平均長度包括長、中、短三種不同長度的木薯種桿，取三種長度的平均值，即為一次測量值，重復3次即為該批種桿的平均長度。

3.4 種植質量指標測定

試驗時種植機組往返行走至少3個行程，留出兩端調整區長度10 m以排除地頭、地尾機具非正常作業姿態造成的影響(《木薯機械化種植技術規范》(NB/T 10064-2018)規定，種植機進入地塊后，應在地頭試種10 m，檢查合格后方可作業)。在中間穩定區內按1個行程隨機選取1個小區，每個小區長度10 m，寬度為種植機1個播幅，標記為測試小區。每個小區先檢查記錄露種的種莖數量，再取3個點測定種植深度，然后由人工使用手持小鏟刮走表面土壤層，直至所有木薯種莖露出土壤，直接測定莖段長度、株距、幅內行距，同時檢查漏種數量，最后根據測定數據，計算各項種植質量指標。3個小區各項指標的平均值即為該次種植機試驗的種植質量指標。

關于每個小區長度的確定，如果測試長度選的太小，測定區域內木薯的株數就會過少，會出現較大的誤差。小區長度選擇10 m，按照木薯種植株距在60～90 cm，株數一般在11～16株，測定的各項指標應該更接近實際。

4 結論與分析

4.1 土壤類型對種植質量的影響

一般情況下，沙壤土較紅壤土可獲得較好的開溝和覆土效果，種植質量較好。沙壤土比較松軟，開溝的溝寬、溝深比較一致，種植深度一致性好、露種率低；種莖下落觸地平穩、跳動小、不移位，可獲得較好的株行距；覆土時，覆土機構對種莖產生作用力較小、不拖帶種莖、露種少。對于紅壤土，前期旋耕整地要充分，土壤盡量細碎，否則粗硬泥塊多，開溝和覆土效果不好，種莖下落接觸硬土塊也容易引起種莖跳動和移位，種植深度一致性差，露種率將明顯提高。

4.2 土壤含水率對種植質量的影響

對同一種土壤，在含水量適中的時候，可獲得較好的開溝和覆土效果，種植質量較好。過于干燥的土壤或含水率過大的土壤，種植質量較差。當土壤含水率大于25%以上時，尤其是黏性較重的紅壤土，2CML-2型壟作式木薯種植機的開溝犁、導種槽、壟面覆土刮板、壟側護壟板等觸土部件上將粘附濕土，從而改變原有的物理形狀而影響種植效果，對各項種植質量指標均產生不利影響。

4.3 壟形質量對種植質量的影響

2CML-2型壟作式木薯種植機針對預先使用旋耕起壟機起好壟的木薯地種植木薯，壟形質量對種植質量有較大的關系。壟形規格主要包括壟體的壟面寬度、壟底寬度、壟面高度、壟間距離，起壟質量與起壟機操作與機手作業技術水平有關系。一般地，壟面寬為90～110 cm，壟底寬度為140～160 cm，壟高為25～30 cm，壟溝的寬度為40～50 cm，可滿足2CML-2型壟作式木薯種植機的作業要求。壟形不規則，尤其是壟間距離不一致，直接造成鄰接行距偏差，不規范的鄰接行距也將影響木薯的機械化采收作業質量。

4.4 送種操作對種植質量的影響

2CML-2型壟作式木薯種植機由人工將整條木薯桿喂入切種機構進行切種，作業時需要2名操作工人坐在種植機上，分別負責對其中一個切種機構投喂木薯桿，操作工人的操作準確性和及時性對漏播情況有重大影響。木薯桿喂送不及時，切種機構將空切，無種可下，此時將發生漏播，空切時間越長，漏播率越高。因此，種植機作業時，要求操作工人密切觀察切種機構運轉情況，手中隨時持木薯桿，保持送種不間斷，可大幅減少甚至避免漏播。

5 結語

2CML-2型壟作式木薯種植機作為與寬窄雙行起壟種植模式配套的專用設備，其在廣東、廣西、海南、云南等省區以及柬埔寨都作了適應性試驗和生產應用，種植質量、木薯生長、產量、經濟性以及與機械化收獲的協調配套性均優于人工種植的木薯，也優于平種式木薯種植機。采用本文闡述的種植質量評價方法，總體可反映出木薯種植機的實際工作性能和種植效果，為國家能源行業標準《木薯機械化種植技術規范》(NB/T 10064-2018)的貫徹提供了一種可借鑒、可操作的檢驗技術方法。