贵州高粱生产全程机械化农机配置

王 芳，吴雪梅，宋朱军，刘红芸

(贵州大学 机械工程学院，贵州 贵阳 550025)

高粱是我国特色杂粮之一，也是栽培最古老的作物之一，具有抗旱、耐涝、耐盐碱和适应性强等特性[1-3]。白酒酿造是贵州省经济发展的特色优势产业，优质籽粒的高粱是酿酒的基础[4-5]。而优质籽粒高粱中的糯高粱是酿制茅台酒、习酒等优质名酒的主要原料[6-8]，优质的酱香型白酒产业已成为拉动贵州经济发展的特色产业和传统支柱产业[9]。贵州省在2018年高粱的种植面积就高达9万hm2，但目前高粱类小宗作物机械化生产的水平较低，主要依靠人工，劳动强度大且用工成本高。随着白酒产量的激增，必然使酿造原材料——优质高粱的需求快速增长，人工栽种已不能满足现实需求[10]，因此，解决这一问题的根本途径是实现高粱生产全程机械化。本文主要针对红茅糯2号糯高粱品种，采用生产率法以及各作业环节作业效果评价对农业机械进行选型配置，选出一套满足其农艺要求的配套机具，并对所选机型进行田间试验，通过试验测试，评价各环节作业机械的作业质量能否达到高粱生产农艺要求，满足农艺标准的程度；针对不同环节，比较与评价各选试机组的作业性能和作业效果，筛选出适合遵义县高粱基地单元生产条件的环节作业机组类型，确保所选机具的适用性，为实现高粱栽培全程机械化和农机与农艺融合提供参考。

1 高粱机械化栽培依托基地

高粱栽培全程机械化依托贵州省遵义县33.33 hm2(500亩,1亩=0.066667 hm2)生产基地单元，地块的基本信息如表1。该基地机耕道满足单车道四级公路的设计标准，即路基宽度4.5 m，路面宽度3.5 m，在适宜的地方设置有错车道，错车道宽度6.5 m，长度不小于20 m。机耕道的出入口与公路相连接；生产基地基本上达到了“路相通、渠相连、旱能灌、涝能排”的目标，适应不同类型、不同型号机具开展机械作业。

试验地点也选在该基地，为便于进行对比性试验，将试验地块分为1号试验地块0.78 亩，2号试验地块0.81 亩和3号试验地块0.86 亩。

表1 地块基本信息Tab.1 Basic information of the plot

2 品种选择及技术路线

2.1 品种选择

贵州省目前主要栽培的高粱品种有红缨子、红茅糯2号、茅粱1号等[11]。其中红茅糯2号品种综合评述较好，单产较高[12-13]，是茅台酒等酱香型酒用有机高粱最新品种。该品种抗性最强、产量最高、品种最好，全生育期132 d左右，株高240 cm左右，粉长40 cm左右，适宜在不同肥力和不同施肥水平地区种植。对其生育期进行调查，结果如表2。

表2 高粱生育期记载Tab.2 Records of sorghum growth period

2.2 高粱生产全程机械化技术路线

以实现机械与农艺融合为目的，根据红茅糯2号高粱栽培种植的要求，结合作业机械在田间的实际工作效果，主要从优化配置、组装成套角度出发，考虑高粱具体生产规模和设施条件，形成高粱生产全程机械化机具选型和配置方案。高粱生产全程机械化的技术路线如表3。

表3 高粱生产全程机械化技术路线Tab.3 Technical route of mechanization of sorghum production

3 机具选型配置及全程机械化作业

3.1 机型配置原则

(1)遵循“先进、轻便、适用”原则。贵州省遵义县生产基地单元条件相对较好，但是多数土地仍然是丘陵山区土地，大型作业机械无法全面覆盖。因此，必须因地制宜配置山区适用，用得上、用得好的中小型农业机械，以轻便适用为基本配置原则。

(2)注重“一机多能”配套机械，提高机器利用率。以拖拉机、小型动力机为基本动力单元，在此基础上重点配置模块式、组合式农机，使一个动力单元能够搭配不同的作业机具，提高动力机具的利用效率。

(3)盘活存量，科学搭配。根据每个生产环节的农机作业效率和农艺要求作业时间，科学计算农机的配置量，达到既满足生产需要，又充分盘活设备存量的目的。

3.2 各环节作业时限及机具配置量计算

根据高粱生产的实际情况，各作业环节的作业时限分别设置如下：翻耕、整地环节，各10 d；施肥、移栽、中耕培土环节，各5 d；植保和收获环节，各10 d。单天有效作业时间为8 h。由公式(1)计算出各环节机具配置量：

M=CB×L÷(T×e×W) 。

(1)

式中：M为机具配置数量，L为有效作业地的面积，T为机具作业时限，e为机具作业效率，W为单天有效工作时间，储备系数CB=1.3[14]。各环节机具配置量的计算均取机具平均工作效率进行计算，计算结果取整。

3.3 机械化耕地及机具配置

3.3.1耕地作业技术要求

机械化耕翻不仅增加土壤的熟化能力，提高土壤的保水保肥能力，还可以保证苗全、苗齐、苗壮，为高粱高产打下基础。耕翻一般在秋季收获后(10月1日—11月20日)进行，耕深以20～25 cm为宜。耕翻时应内翻法和外翻法相结合，耕宽应稳定，耕深一致，做到不留犁沟、残茬、杂草，无重耕漏耕，耕后地面的最高点和最低点的高度差在3～5 cm为宜。

3.3.2耕地机具的配置

耕地作业环节可选择的机械种类、规格繁多，不同的机械有其独特的技术性能。因此，须根据基地高粱生产实际情况和土壤耕作的特点，合理制定机具的配置方案，得到作业效果最佳的配置机械。根据现有农业机具的配置情况，耕地环节选择东风DF604拖拉机为动力来源，配套1L-4-25型铧式犁、智农牌JT10-A旋耕机以及豪野牌1WGB3-135-FC-Z型微耕机进行试验对比分析，试验结果如表4。

从表4可以看出铧式犁碎土覆盖性较好，作业质量好，耕后地表较平整。而旋耕机旋耕深度不够，耕后地表覆盖不严。在较为平整且坡度不大的地块，从翻耕效果、效率、经济性等方面综合考虑，选择以东风DF604轮式拖拉机作为动力来源，配套机具为4铧犁。

表4 翻耕环节机械配置试验参数Tab.4 The test parameter of cultivated land machine

3.4 整地作业技术要求及机具配置

耕地后的土垈间存在空隙，土块较大，地面不够平整，所以要对翻耕后的土地进行整地作业。整地时间一般在春天2～3月，整地的深度在12～15 cm为宜，且耕深、耕幅要一致。

整地环节选择东风DF604轮式拖拉机配常旋系列1GQN200型旋耕机，智农牌JT10-A旋耕机具进行试验，如表5。从表5可以看出：1GQN200型旋耕机的碎土率与JT10-A旋耕机的碎土效率相当；整地后的平整度，后者旋耕机好于前者旋耕机；1GQN200型旋耕机的作业效率要高于JT10-A型旋耕机。综合考虑旋耕机的碎土效率、旋耕后的平整度、旋耕机的效率等因素，选择的旋耕机型为1GQN型系列旋耕机。1GQN型系列旋耕机的适合水、旱地农田耕作，碎土能力强，能缩短作业工序，减轻拖拉机对土壤的压实。以DF604轮式拖拉机为动力源，配套1GQN200型的旋耕机，采用与拖拉机三点悬挂的链接方式。

3.5 施肥作业要求及机具配置

高粱在成长全过程中施用的肥料种类有液态肥、颗粒肥、粉末肥等，施肥方式有基肥、追肥、穗肥、粒肥。由于分层施肥能提高肥料的利用率，故一般采用分层施肥。高粱基肥施肥深度在种子下方12～15 cm，占种肥量的三分之二，追肥、穗肥、粒肥的施肥深度在苗侧5 cm左右，占种肥量的三分之一。

表5 整地环节机械配置试验参数Tab.5 The test parameter of soil preparation machine

基肥包括人畜粪便、绿肥以及经认证的生物固态有机肥。贵州传统的基肥施肥方法是利用人工进行的，费时费力。采用施肥机既省时省力，节约肥料，还能提高肥料的利用率。机械化基肥施肥主要是在移栽作业之前，利用施肥机将有机肥结合整地作业施入土壤。采用贵州大学自主研发的双料箱施肥机与久泰JTF30进行基肥施肥试验，结果如表6。由表6分析得出，两种施肥机断条率以及施肥均匀度相当，而双料箱施肥机的变异系数明显小于JTF30施肥机。在满足农艺要求的前提下，作业效率是选择农业机械的首要考虑的因素之一，双料箱的施肥效率是JTF30施肥机的3倍，针对高粱种植基地的特征，选择以DF604轮式拖拉机为动力源，配套双料箱施肥机。

表6 施肥环节机械配置试验参数Tab.6 The test parameter of fertilizer applicator

3.6 移栽技术要求及机具配置

3.6.1移栽技术要求

播种前要先选择品种优良的种子，晒种风干，用清水浸种12 h以上，用拌种灵拌种。其次选择细碎肥沃的沙土壤作为苗床，装入育秧盘的穴中。按每穴播3～4粒的高粱种子，后铺1～1.5 cm厚的细土，施足清粪水后覆盖好地膜，出苗80%后及时揭膜。在出苗3～4叶时带土移栽，采用双株规范化移栽技术，移栽密度控制在每亩种植8 000～12 000株。

3.6.2移栽机具配置

JTBYZ-3半自动移栽机通过人工辅助喂苗，可实现半自动移栽，轮距可调，场地适应性好；配有先进的液压自平衡系统，不但可以实现机器在坡地上保持水平作业，同时，还可以根据垄高自行调整高低，保证了合适的移栽深度，株距可调，作业效率2～3亩/h。JTQYZ-A全自动移栽机具有液压控制自平衡系统，机体高度、轮距、行距、株距、移栽深度均可调整，作业数据可由液晶屏幕显示，适宜大面积的平整地块作业，作业效率3～4亩/h，如表7所示。通过表7，对比两种移栽机械的移栽数据，选择JTQYZ-A全自动移栽机移栽较为适宜。

表7 移栽环节机具配置试验参数Tab.7 The test parameter of transplanter

3.7 机械化中耕培土机具配置

中耕培土环节是高粱成长必不可少的一个阶段。中耕培土有发根壮苗，清除杂草，疏松土壤，增强植株抗倒伏能力的作用。贵州土壤属于黏性土壤，易板结，因此高粱在成长期须进行多次中耕作业，第一次中耕时间在移栽后的7～15 d，结合查苗补苗，遵循苗旁浅耕，行间深耕的原则，苗旁深2～3 cm，行间3～5 cm，避免损伤幼苗；二次中耕在拔节期进行，耕深在10 cm左右；后期中耕在拔节孕穗期进行，耕深4～6 cm为宜。

中耕培土环节使用的田间管理可选用柴油机作为动力的永动牌3PT320型耕作管理机和JT10AX型田间管理机。永动牌3PT320型耕作管理机的整机重量较轻，操作方便，动力输出强劲，易于掉头，机具的整体性能较好；JT10AX型田间管理机轻便小巧，操作平稳，作业效果较好。对以上两种中耕培土机进行中耕培土试验，试验参数如表8。从表8可知3PT320型耕作管理机试验效果均优于JT10AX型田间管理机。

表8 中耕培土机具的配置试验参数Tab.8 The test parameter of banking machine

3.8 机械化植保机具配置

红茅糯2号高粱的抗性较强，通常在生育过程中较少发生病虫害。生育的中后期要注意防治叶斑病、紫斑病、蚜虫、黏虫、炭疽病等病虫害，孕穗期注意防治高粱螟虫、黏虫、炭疽病的危害。螟虫、黏虫危害，用2.5%鱼藤酮乳油400～500倍液喷雾防治；炭疽病初期可用波尔多液160倍，每两周喷一次，连续喷2～4次。

华盛泰山牌3WZ-6C型动力喷雾机属于背负式喷雾机，具有轻便、灵活以及高效率的特点，适用于各种农作物和经济作物。JTGC-A田间管理机适合用于大规模、集约化作物，其机型轻便、操作灵活，作业效果好。两种机型的试验结果如表9。从表9可知，两种植保机械的作业效果相当，但是，JTGC-A田间管理机的工作效率是华盛泰山牌3WZ-6C型动力喷雾机的2倍。根据农业机械的配置原则，即技术上先进，经济上减工降本原则，以及基地地块的特点，优先选用JTGC-A田间管理机。

表9 植保配置试验参数Tab.9 The test parameter of plant protection machine

3.9 机械化高粱收割机具配置

一般高粱蜡熟末期时人工收获是最佳时期。而采用机械化收获，最佳收获期是高粱籽粒含水量在20%左右时，此时高粱籽粒硬度刚好，损失率低。采用龙舟4LZ-2.5谷物联合收割机进行收割，该联合收割机采用宽幅履带行走装置，转向方便，能够在烂泥田等恶劣环境中工作平稳，地头转弯时间短，工作效率高，适合山区、小地块的田块作业。在仁怀簸箕坝对该机进行收割试验，如表10。

表10 全喂入联合收割机主要试验参数Tab.10 The test parameter of whole feeding combine harvester

3.10 全程机械化机具配置结果

综合考虑贵州山地高粱生产田间环境、各环节的作业内容、配置机械的工作效率和地头通过性，动力机械DF604拖拉机只配套铧式犁、1GQN型旋耕机、双料箱施肥机作业。由于拖拉机配置铧式犁工作效率最低，因此拖拉机的台数由铧式犁的配置量决定。取铧式犁的平均工作效率计算，得到500亩拖拉机铧式犁配置量为3台套。其他作业环节的机具动力均由机具自带。根据实验数据选择最优机具进行配置如表11。

表11 高粱生产全程机械化机具配置Tab.11 The whole course mechanization allocation of sorghum production

4 结语

机械化是农业发展的根本，高粱生产全程机械化是多技术环节的集成。为深化高粱全程机械化的应用，本文根据贵州高粱生产全程机械化的农艺要求，对已有农业机械的使用性能进行了分析比选，提出了适用于坝区地块特点的最佳机具选型方案，并计算出了不同生产环节农机的配置数量，得到如下主要结论：

(1)高粱生产机具的选型不但应考虑配套机械的数量，还应考虑配套机械之间的作业方式、工作效率、生产机械化的质量、作业时限和成本。

(2)本文通过田间对比试验，对高粱种植各环节的机械进行选型评价，针对高粱种植的农艺标准与作业效果的适应性，选出最优配置机械。

(3)本文所选机械仅针对于高粱作物，对于其他作物，需对种植的技术路线及农艺要求重新分析，并通过田间试验对机械进行实地测试选型。