甘蔗不同收獲方式作業效果綜合分析

馮 健，吳傳云，黃曉斌，黃 嚴，劉慶庭，莫 彧，莫清貴，鄭崇寧，鄧立高

(1農業農村部農業機械化總站，北京 100122；2廣西壯族自治區農業機械化服務中心，廣西南寧 530023；3華南農業大學，廣東廣州 510642；4柳州市農業機械化管理中心，廣西柳州 545000；5廣西大學，廣西南寧 530004)

0 引言

甘蔗是我國主要的糖料作物，近年來，隨著國家不斷出臺相關政策推進甘蔗行業發展，甘蔗全程機械化生產也進入一個新的發展階段。得益于國家農機購置補貼政策支持和中央及地方政府扶持，我國甘蔗主產區農機具特別是收獲機的數量增加很快，2020年糖料蔗主產區種植面積約120萬hm2，甘蔗收割機擁有量達到2490萬臺，甘蔗耕、種、收的綜合機械化率為51%，其中耕作95%、種植41%、收獲3.28%，甘蔗機械化收獲水平進展十分緩慢，這說明甘蔗收獲機械化不僅僅是靠增加收獲機的數量能夠解決的[1]。

甘蔗機收作為甘蔗生產全程機械化的重點環節，也是最難以突破的瓶頸[2]，其銜接上游的農業生產(甘蔗種植)和下游的工業生產(制糖)，是一個系統的、復雜的工程，機收各項指標涉及到糖廠、蔗農、機收公司(或組織)等各方利益，特別是作業成本、作業效率、損失率、含雜率等關鍵指標的對比，對平衡各方利益和機收的發展起到關鍵作用。為推動甘蔗收獲機高效使用，提高蔗區對機收的認可程度，切實提高甘蔗機收水平，農業農村部農業機械化總站設立甘蔗機械化收獲對比試驗項目，聯合廣西壯族自治區農業機械化服務中心、農業農村部甘蔗生產全程機械化推進行動專家指導組成員單位組成項目組，于2020/21年榨季在廣西融安縣開展了甘蔗機械化收獲對比試驗，通過田間試驗和調查統計，對比分析了人工收獲、切段式聯合機收、整稈式帶葉帶梢機收3種收獲方式的作業成本、作業效率、損失率、含雜率等關鍵指標，為甘蔗機收適宜模式遴選提供了數據支撐。

1 甘蔗機械化收獲

1.1 甘蔗收獲機械類型

甘蔗收獲機械按照收獲后莖稈的特征，可分為整稈式甘蔗收獲機和切段式甘蔗收獲機2種。用整稈式甘蔗收獲機收獲的甘蔗，莖稈保持完整，或者只切除了蔗梢；用切段式甘蔗收獲機收獲的甘蔗，莖稈一般被切成0.25～0.4 m的蔗段。其中，整稈式甘蔗收獲機按所完成的作業工序不同，又可分為簡單甘蔗收割機、甘蔗收割集條機、甘蔗撿拾剝葉集堆機、整稈式甘蔗割鋪機和整稈式甘蔗聯合收獲機等。

切段式甘蔗聯合收獲機對整株彎曲或倒伏的甘蔗具有較好的適應性，作業質量良好且消耗動力相對較小，在蔗區應用較廣。整稈式甘蔗收獲機僅適用于直立的甘蔗，在適應性、可靠性等方面有待改進，推廣應用程度不高。

1.2 甘蔗收獲方式

按照完成甘蔗切割、剝皮、斷尾、分離等收獲作業工序的方式，甘蔗收獲可分為人工收獲、半機械化收獲和機械化收獲，其中機械化收獲又可分為分段收獲和聯合收獲2種[3]。

人工收獲通過人力使用手工工具完成收獲，具有收獲含雜率低、勞動強度大、生產效率低等特點，適合在小地塊作業；半機械化收獲采用人工+簡單甘蔗收割機+甘蔗剝葉機的方式完成收獲，與人工收獲相比，在一定程度上降低了勞動強度，提高了生產效率，適合在較大地塊上作業；機械化分段收獲采用整稈式甘蔗割鋪機+整稈式甘蔗撿拾剝葉集堆機的方式完成，需要2次作業，相比半機械化收獲，改善了勞動條件，提高了生產效率，且獲得的整稈延長了甘蔗儲放時間，是適應國內糖廠收榨的主要試驗示范技術；機械化聯合收獲可采用整稈式聯合收獲機或切段式聯合收獲機完成收獲，只需一次作業，生產效率高，適合大面積作業。但整稈式聯合收獲目前技術還不太成熟；切段式聯合收獲雖然是國內外主要機收方式，但含雜率、損失率較高，國內糖廠接受度不高[1]。本項目主要對人工收獲、切段式聯合收獲、整稈割鋪機械收獲3種方式進行對比試驗。

2 對比試驗方法

2020年11～12月，項目組依據國家發布的相關標準和推廣鑒定大綱，制定田間對比試驗方法[4]。同時，結合典型甘蔗機收服務組織2020/21年榨季機收作業數據統計、連續3個榨季機收成本調查統計，以及廣西全區連續4個榨季的65次機收作業田間質量調查統計等情況，進行3種收獲方式作業效果對比分析。

2.1 田間對比試驗方法

依據DG/T 117-2021《甘蔗收獲機》[5]，在廣西雒容鎮思源農業基地，測定甘蔗生長密度、壟高、壟距、種植行距、倒伏、葉莖比等試驗條件，對比測試人工收獲、整稈割鋪機械收獲的作業時間、作業面積、作業質量、作業費用等，核算出作業效率、作業成本、損失率和含雜率等[6]。

2.2 調查統計方法

對于切段式聯合收獲方法，由于是廣西甘蔗產區主要機械化收獲方式，廣西壯族自治區農業機械化服務中心一直進行了跟蹤調查，宜采用調查統計的方法。為保證所調查情況真實可靠，選擇已開展3個榨季以上甘蔗機收作業的服務組織進行調查，要求服務組織具有一定管理經驗及操作水平，作業數據能真實地反映出機收實際作業情況。

3 對比試驗結果與分析

3.1 試驗條件測定

從表1可以看出，試驗蔗地甘蔗生長密度為9.4株/m(有效株數為52665株/hm2)，壟高為17.7 cm，平均種植行距180 cm，屬于寬窄行種植，窄行為50 cm，寬行為130 cm；單株蔗莖重量為1.36 kg/條，產量為71.55 t/hm2，葉莖比為19.88%，倒伏度為17.3°，倒伏程度較低。

表1 甘蔗收獲田間試驗條件測定結果

3.2 人工收獲

人工收獲采用人工“一刀斬”整稈收獲和人工傳統收獲2種方式進行，人工“一刀斬”整稈收獲是指人工整稈砍倒甘蔗、打捆收獲，但不進行剝葉、斷尾等處理；人工傳統收獲是指人工對整稈甘蔗進行砍倒、剝葉、斷尾、打捆作業。均不含甘蔗搬運、裝車作業工序。

3.2.1 人工“一刀斬”整稈收獲

共計使用人工6人次，收獲蔗地總面積約0.4 hm2，純工作時間約9 h，收獲整稈甘蔗毛重量為29.20 t，損失率為0%，含雜率在18%～21%(糖廠按18.4%進行扣雜)，收獲甘蔗凈重為23.83 t。經計算，單個人工收獲甘蔗毛重作業效率為0.54 t/h (4.87 t/d)，凈重作業效率為0.44 t/h (3.97 t/d)，單個人工費按130元/d計算，單個人工收獲甘蔗凈重作業成本為32.75元/t。

3.2.2 人工傳統收獲

表2為2種人工收獲方式作業效率與成本情況。共計使用人工16人次，收獲蔗地總面積約0.2 hm2，純工作時間約9 h，收獲甘蔗毛重量為18.10 t，損失率為0%，含雜率為1%(糖廠按1.22%進行扣雜)，收獲甘蔗凈重為17.88 t。經計算，單個人工收獲甘蔗毛重作業效率為0.13 t/h (1.13 t/d)，凈重作業效率為0.12 t/h (1.12 t/d)，單個人工費按130元/d計算，單個人工收獲甘蔗凈重成本為116.07元/t。

表2 甘蔗人工收獲作業效率與成本情況

3.3 切段式聯合收獲

3.3.1 作業效率

表3是切段式聯合收獲作業效率測定結果，試驗機具為柳工S718切段式甘蔗聯合收獲機；表4是典型甘蔗機收服務組織機收作業情況調查結果。被調查機型：柳工S718型切段式甘蔗聯合收獲機。

表3 切段式甘蔗聯合收獲機作業效率測定結果

表4 甘蔗機收服務組織機收作業數據調查結果(實際進糖廠數據)

從表3、表4可以看出，機收服務組織共開展機收作業20天，收割甘蔗凈重為1900.48 t，因受蔗地條件、種植農藝、收割機性能穩定性、機手操作水平、運輸車輛協調、天氣情況等因素影響，單日單機作業量在20～50 t/臺·d之間，單日單機平均作業量為31.67 t/臺·d。通過對比切段式機收單機純作業效率(21.98 t/h)和實際作業效率(31.67 t/臺·d)，單臺機器純工作時間僅僅為1 h多，遠遠不能發揮甘蔗機械化收獲作業的優勢。 主要原因包括：一是糖廠對機收蔗日入廠量的限制影響到收割機的作業量嚴重不足；二是甘蔗地塊面積偏小、土地宜機化條件程度不高，大部分工作時間消耗在轉頭、調整等環節，影響甘蔗機收作業效率。

3.3.2 作業成本

表5為甘蔗機收服務組織機切段式機收成本調查結果。通過對28家機收服務組織的2017/18～2019/20年連續3個榨季的作業情況、收支情況調查發現，近3年榨季甘蔗機收服務組織機械收割甘蔗(凈重)平均成本為108.85元/t，平均收入為135.46元/t，贏利為26.6元/t。

表5 甘蔗機收服務組織切段式機收成本調查結果

3.3.3 作業質量

表6為切段式機收作業質量調查結果。通過對2017/18～2020/21年連續4個榨季的65次機收作業田間質量數據進行調查發現，機收含雜率為6.11%～7.97%，機收總損失率為6.95%～8.94%，經輔助人工撿拾后損失率可降低至2.39%～4.99%。

表6 切段式機收作業質量調查結果

3.4 整稈割鋪機械收獲

整稈割鋪機械收獲采用廣西柳林廣鵬4GP-1型甘蔗割鋪機進行機收試驗。表7為整稈甘蔗割鋪機田間試驗結果。

表7 整稈甘蔗割鋪機田間試驗結果

整稈甘蔗割鋪機純作業效率為13.12 t/h，明顯小于切段式甘蔗聯合收獲機純作業效率(21.98 t/h)。對于甘蔗未倒伏或輕微倒伏、培土高度基本一致的蔗田，甘蔗割鋪機作業的損失率可忽略不計，含雜率與人工“一刀斬”整稈收獲接近，一般為18%～21%。按1天9 h工作時間計，甘蔗割鋪機每天用油量20.02 L，按4.7元/L，合計用油成本94.08元/d，加上機具折舊30元/d、機手200元/d、人工打捆20元/t，整稈割鋪機械收獲作業成本為23元/t。

4 結論

通過對人工收獲、切段式聯合收獲、整稈割鋪機械收獲3種方式進行對比試驗，得出：

⑴甘蔗收獲作業效率及作業成本受蔗地條件、種植農藝、甘蔗長勢、砍工水平、收割機性能穩定性、機手操作水平等因素影響。糖廠對機收蔗日入廠量的限制嚴重影甘蔗機收作業效率。

⑵在作業效率方面，切段式聯合收獲最高，人工傳統收獲最低。切段式聯合收獲作業效率(31.67 t/臺·d)是人工“一刀斬”整稈收獲的(3.97 t/d)的7.98倍，是人工傳統收獲作業效率(1.12 t/d)的28.28倍。

⑶在作業成本方面，人工傳統收獲最高，整稈式割鋪機械收獲最低。切段式聯合收獲作業成本(105.62元/t)比整稈式割鋪機械收獲(23元/t)高出82.62元/t，比人工傳統收獲(116.07元/t)減少10.45元/t。

⑷在作業質量方面，主要包括損失率和含雜率。對于損失率，切段式聯合收獲最高，約為7%～9%，整稈割鋪機械收獲與人工收獲類似，損失率可忽略不計；對于含雜率，整稈割鋪機械收獲和人工“一刀斬”整稈收獲最高，約為18%～21%，人工傳統收獲最低，約為1%，切段式聯合收獲居中，約為6%～8%。

綜上所述，要解決我國甘蔗機收瓶頸問題，推進糖料蔗產業發展，在大力開展蔗地宜機化改造、加強甘蔗生產全程機械化技術集成與農藝配套研究、推進實現機收蔗無障礙進廠等措施的前提下[1]，要積極探索能夠同時實現整稈、剝葉、去梢去尾的機械化聯合收獲方式，綜合提高甘蔗機收作業效率、降低作業成本、提升作業質量。