垄作式木薯种植机作业质量评价方法

覃双眉，黄 洁，郁昌的，吕以志，崔振德，李国杰，郑 爽，李 玲，何冯光，邓干然

(1.中国热带农业科学院农业机械研究所，广东 湛江 524091；2.中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所，海口 571101；3.国投广东生物能源有限公司，广东 湛江524018；4.湛江市农业技术推广中心，广东 湛江 524000；5.农业农村部热带作物农业装备重点实验室，广东 湛江 524091)

0 引言

常规木薯的栽培模式一般采用平种模式，按种茎方向有平放、斜插和直插三种扦插形式[1]。鉴于不同品种木薯的生物性状、栽培地域的气候土壤条件，木薯平种模式有一定的差异，但主要差别是种植株距或行距的不同。对于同一品种、在同一栽培区域的木薯，生产上普遍采用等行距种植。木薯产区多在华南多雨和黏重土壤地带，平种模式的木薯地排水不畅易受涝，干旱时则造成土壤板结，木薯挖掘收获机具工作阻力大，薯、土分离困难，作业机组负荷大、能耗高，机具磨损加快[2]。另外，在等行距种植条件下，木薯行距与拖拉机轮距及种植机械、管理机械、收获机械的轮距难以相匹配，造成机械化作业时拖拉机和农机具的轮胎压在木薯垄上，压伤木薯植株或压碎木薯块根，收获损失大[3]。因此，传统等行距、平种的木薯种植模式不适合机械化作业，是目前制约木薯机械化发展的主要原因。

按照农机农艺结合推进木薯生产全程机械化的要求，邓干然等开展了宽窄双行起垄栽培模式及机械化种植技术的研究，研制了2CML-2型垄作式木薯种植机，并在相关产区进行了区域试验，丰富了我国木薯种植机的类型。我国开展木薯种植机械研发有十多年的历史[4-7]，有几种不同类型的机型在国内、国外得到一定的使用。但目前生产上尚未建立统一的评价木薯种植机作业质量的具体方法，不同机型、不同厂家之间的产品无法进行优劣比较，造成用户难以选择合适的产品，不利于规范木薯种植机产品设计、制造及检验，也不利于实现农艺标准化和农机农艺结合。国家能源局2018年发布了《木薯机械化种植技术规范》(NB/T 10064-2018)[8]，总体对木薯种植农艺方面作了相关的指标要求，但对主要指标的测试方法尚未明确，也没有规定木薯种植机作业质量的评价方法。针对2CML-2型垄作式木薯种植机的试验结果和实践经验，探讨了木薯种植机作业质量评价指标与测试方法，以供其他木薯种植机相关业者参考。

1 2CML-2型垄作式木薯种植机概述

生产上以木薯杆为种植材料，木薯杆来源丰富，植后出苗快、生长快、产量高。因木薯种子来源稀少，植后出苗慢、生长缓慢、产量低，利用木薯种子种植主要应用在育种研究方面。传统人工木薯种植，利用切刀将长度为100～200 cm的木薯杆切段为15～20 cm长度的种茎，再人工放种、施肥和覆土。机械化种植是利用专用的木薯种植机，实施切种、下种、施肥和覆土。按照切种的形式，木薯种植机可分为实时切种式和预切种式两种机型。目前，技术相对成熟的是实时切种式种植机，作业时需要2名送种操作手坐在种植机上，随种植机前进速度同步喂送木薯杆至切种机构，即时切种、下种。预切种式种植机还在研究攻关中，这种木薯种植机需要另外配套专用的种茎切段机[9]，预先将木薯杆切成所需长度的种茎，再在种植机上人工或自动排种、下种。基于自动排种[10-11]的预切种式木薯种植机是未来的发展方向。

2CML-2型垄作式木薯种植机是一种实时切种式木薯种植机[12]，针对起垄双行种植模式而研制。该型种植机与配套的旋耕起垄机或旋耕施肥起垄机、喷杆式喷雾机、木薯秸秆粉碎还田机或木薯秸秆粉碎收集机、振动链式木薯挖掘收获机等进行了一体化设计，在工作幅宽、种植行距等主要参数方面互相衔接，可实现全程机械化。2CML-2型垄作式木薯种植机采用三点悬挂，由轮式拖拉机牵引，其主要结构如图1所示。

1.施肥装置；2.切种装置；3.三点悬挂；4.切种驱动链；5.驱动地轮；6.垄侧护垄板；7.导种槽；8.垄面覆土刮板；9.座椅；10.木薯杆支架图1 2CML-2型垄作式木薯种植机结构简图

2CML-2型垄作式木薯种植机包括施肥装置、切种装置、三点悬挂、切种驱动链、驱动地轮、垄侧护垄板、导种槽、垄面覆土刮板、座椅、木薯杆支架等组成。种植前预先用旋耕起垄机起好垄，作业时木薯种植机在拖拉机牵引下向前移动，坐在木薯种植机上的送种操作手向切种装置内喂入木薯杆，在驱动地轮的作用下，切种装置转动，木薯杆不断向下输送，并被切成长度合适的种茎，种茎沿导种槽向下滑动，落入种植沟内，再由垄面覆土刮板刮取种植沟沿高出的土壤对种茎进行覆土。在开种植沟的同时，施肥装置在地轮的驱动作用下，施肥器旋转推挤出肥料，通过导肥管撒施在开沟器开出的沟底，并利用导种槽的下部对肥料进行初步覆土，实现种肥隔离，避免肥料与木薯种茎直接接触，造成烧苗，影响木薯出苗率。在种植机开沟、下肥、下种、覆土过程中，由于垄侧护垄板和垄面覆土刮板的仿垄保护作用，种植后垄体总体保持三面平整。

2 主要技术参数与种植质量指标

2.1 主要技术参数

2.1.1 配套动力

配套动力指用于挂载或牵引木薯种植机正常作业所需要的拖拉机型号，根据种植机的标识要求进行配置。2CML-2型垄作式木薯种植机，按照作业动力需求，配备66.2 kW(90马力)拖拉机，即可有效满足木薯种植过程中牵引、开沟、切种、施肥、覆土以及负重(2名操作手约150 kg、木薯杆约300 kg、肥料约300 kg)的动力需要。

2.1.2 种植行距与株距

2CML-2型垄作式木薯种植机用于宽窄双行起垄种植模式。种植前用旋耕起垄机起梯形大垄，按照《木薯机械化种植技术规范》(NB/T 10064-2018)的定义，梯形大垄称“播幅”， 1个播幅上种植2行木薯，同一播幅内2行木薯的垂直距离称“幅内行距”(即窄行)，不同播幅之间相邻2行木薯的垂直距离称“邻接行距”(即宽行)。根据垄形特点，种植机作业时在一个播幅内开2个深度约10～15 cm、宽度约15 cm小种植沟。由于播幅宽度有限，而且垄体边缘要留出足够的空间以保证种茎覆土良好，幅内行距选择在60～70 cm，邻接行距为110～120 cm。对于株距的确定，株形开放的开杈木薯品种，株距可以选择在80～100 cm；而株形较小的直立木薯品种，株距可选择在60～80 cm。考虑到不同品种对行距、株距的不同要求，2CML-2型垄作式木薯种植机在设计上做成一定范围内可调整的结构。

2.1.3 种植深度

2CML-2型垄作式木薯种植机下种方式为水平放种，种植深度是指木薯种茎下种覆土后，从种茎表面到覆土表面的垂直距离。木薯种茎的种植深度，根据不同的土壤、不同的气候条件有一定的差别，种植深度范围一般在5～8 cm之间。在沙壤土或雨水少的干燥天气种植木薯，宜选择较深的种植深度，以利于保水抗旱、避免种茎失水干枯不能出苗。在红壤土或多雨天气，用较浅的种植深度，有利于缩短出苗时间。2CML-2型垄作式木薯种植机的种植深度由开沟犁的开沟深度确定，开沟犁同样设计成可调整，根据需要的种植深度，调节好后再正常作业。

2.1.4 切种长度

切种长度是木薯杆经切种机构切段后，所获得的木薯种茎的长度。根据不同的土壤、不同的气候条件切种长度有一定的差别，一般在15～20 cm之间。在沙壤土或雨水少干燥天气种植，宜选择较长的切种长度，以利于保水抗旱、避免种茎失水干枯不能出苗。在红壤土或多雨天气，出苗时间快，为节省用种量，可使用较短的切种长度。种植前如有条件将木薯杆用清水浸泡一定的时间，可大幅增加种茎的含水量，也可使切种长度缩短。2CML-2型垄作式木薯种植机的切种长度设计成可调整，根据需要调节好后再正常作业。

2.2 种植质量指标

2.2.1 茎段长度偏差与茎段合格率

茎段长度偏差是木薯种茎的实际切种长度L与种植机设定的切种长度L0的差异程度。合格茎段主要指木薯种茎的实际切种长度L在种植机设定切种长度L0允许偏差范围内，并且切口平整、无影响出苗的机械伤芽、伤皮、破裂；茎段合格率是指合格茎段的数量占播种总数量的百分比。在《木薯机械化种植技术规范》(NB/T 10064-2018)中，规定茎段偏差△L≤2.0 cm，茎段合格率96.0%。茎段长度偏差与茎段合格率分别用△L和Lh表示为

△L=L-L0

(1)

(2)

只要茎段长度偏差△L≤2.0 cm，该茎段视为切种长度合格。茎段长度偏差与茎段合格率是评价种植机切种装置可靠性的关键指标。茎段长度偏差小，说明切种装置的可靠性高，切种稳定，株距也相对稳定。茎段合格率Lh越高，更容易获得长势比较整齐的木薯苗，对后期田间管理更有利。

2.2.2 漏播与漏播率

漏播是在超过种植机设定株距1.5倍距离内，没有播下种茎的情况。比如，设定株距为80 cm，如果在120 cm的长度范围内，没有播下木薯种茎，该处即为1个漏播；在240 cm的长度范围内，没有播下木薯种茎，该处为2个漏播；依此类推。漏播的茎段数占应播种茎段总数量的百分比为漏播率，以B表示为

(3)

漏播率是评价木薯种植机的重要指标。漏播率低，表明种植机具有较高的整体可靠性，说明切种装置、导种槽、开沟犁、覆土机构等协调良好。漏播率低，单位面积的木薯株数才能有效保证，株数有效保证产量才有基础。反之，漏播率高，单位面积木薯有效株数将减少，从而影响产量，而且漏播处容易产生杂草危害，增加木薯园的管理难度。《木薯机械化种植技术规范》(NB/T 10064-2018)规定，漏播率应控制在2.0%以内。

2.2.3 露种与露种率

露种是指覆土后，裸露出土壤表面的种茎段，包括全部裸露和部分裸露的种茎段。露种率是指裸露出土壤表面的种茎段数量占播种茎段总数量的百分比，以S表示为

(4)

露种率是评价木薯种植机的重要指标，反映出种植机下种环节种茎接触土壤瞬间的平稳性，也反映覆土机构的覆土可靠性。下种环节种茎接触土壤瞬间的不平稳，引起种茎跳动，在覆土时造成种茎段一头高一头低，甚至跳出土壤；覆土机构覆土时对种茎产生直接或间接接触作用力、引起种茎空间位置变化、上浮出泥面，均会造成露种。露种率高将会降低木薯出苗率，尤其是干旱阳光暴晒造成种茎干枯无法出苗，或者木薯在表土出苗，根系难以发育，影响植株生长，二者均会严重影响最终产量。《木薯机械化种植技术规范》(NB/T 10064-2018)规定，露种率应控制在1.0%以内。

2.2.4 株行距偏差与种植深度偏差

株行距偏差与种植深度偏差是指实际株距、行距和种植深度与种植机设定的株距、行距和种植深度参数之间的差值。按照前述，行距偏差包括幅内行距偏差△r、邻接行距偏差△R，株距偏差用△D、种植深度偏差用△d表示，用r、r0分别表示实际幅内行距、设定幅内行距，用R、R0分别表示实际邻接行距、设定邻接行距，用D、D0分别表示实际株距、设定株距，用d、d0分别表示实际种植深度、设定种植深度，则

△r=r-r0

(5)

△R=R-R0

(6)

△D=D-D0

(7)

△d=d-d0

(8)

上述偏差控制中，根据《木薯机械化种植技术规范》(NB/T 10064-2018)规定，△r≤5.0 cm，△R≤15.0 cm，△D≤5.0 cm，△d≤3.0 cm。△D与△d小，表明种植机在播种规格方面的工作稳定性好，植后的木薯出苗时间比较统一，株行间距比较整齐，非常有利于后续喷药、中耕、秸秆处理、收获等机械化作业。

3 木薯种植机试验测定方法

3.1 试验地块的选择

选择的试验地应该具有一定的代表性，且符合木薯种植机作业的要求，应选择坡度不大、相对平坦的耕地，地块的长度要30 m以上，以充分减少种植机组起步阶段和准备掉头转弯阶段的非正常作业状态的影响。

3.2 试验地基本情况调查

试验地条件是影响种植机作业质量的重要因素，试验地的土壤类型需要标明，土壤含水率需要测定。由于木薯种植垄体高度一般不超过30 cm，土壤含水率测定可按3个层次来测定，为0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm，取3个层次的平均值确定为土壤含水率。

3.3 种杆条件调查

种杆条件主要包括种植木薯的品种和种杆参数。种杆参数包括种杆平均直径和种杆平均长度。种杆平均直径包括大、中、小三种不同规格的木薯种杆，取其长度的中心点测量其直径，三种直径的平均值即为一次测量值，重复3次即为该批种杆的平均直径(测量时应避开突出的芽眼)。种杆平均长度包括长、中、短三种不同长度的木薯种杆，取三种长度的平均值，即为一次测量值，重复3次即为该批种杆的平均长度。

3.4 种植质量指标测定

试验时种植机组往返行走至少3个行程，留出两端调整区长度10 m以排除地头、地尾机具非正常作业姿态造成的影响(《木薯机械化种植技术规范》(NB/T 10064-2018)规定，种植机进入地块后，应在地头试种10 m，检查合格后方可作业)。在中间稳定区内按1个行程随机选取1个小区，每个小区长度10 m，宽度为种植机1个播幅，标记为测试小区。每个小区先检查记录露种的种茎数量，再取3个点测定种植深度，然后由人工使用手持小铲刮走表面土壤层，直至所有木薯种茎露出土壤，直接测定茎段长度、株距、幅内行距，同时检查漏种数量，最后根据测定数据，计算各项种植质量指标。3个小区各项指标的平均值即为该次种植机试验的种植质量指标。

关于每个小区长度的确定，如果测试长度选的太小，测定区域内木薯的株数就会过少，会出现较大的误差。小区长度选择10 m，按照木薯种植株距在60～90 cm，株数一般在11～16株，测定的各项指标应该更接近实际。

4 结论与分析

4.1 土壤类型对种植质量的影响

一般情况下，沙壤土较红壤土可获得较好的开沟和覆土效果，种植质量较好。沙壤土比较松软，开沟的沟宽、沟深比较一致，种植深度一致性好、露种率低；种茎下落触地平稳、跳动小、不移位，可获得较好的株行距；覆土时，覆土机构对种茎产生作用力较小、不拖带种茎、露种少。对于红壤土，前期旋耕整地要充分，土壤尽量细碎，否则粗硬泥块多，开沟和覆土效果不好，种茎下落接触硬土块也容易引起种茎跳动和移位，种植深度一致性差，露种率将明显提高。

4.2 土壤含水率对种植质量的影响

对同一种土壤，在含水量适中的时候，可获得较好的开沟和覆土效果，种植质量较好。过于干燥的土壤或含水率过大的土壤，种植质量较差。当土壤含水率大于25%以上时，尤其是黏性较重的红壤土，2CML-2型垄作式木薯种植机的开沟犁、导种槽、垄面覆土刮板、垄侧护垄板等触土部件上将粘附湿土，从而改变原有的物理形状而影响种植效果，对各项种植质量指标均产生不利影响。

4.3 垄形质量对种植质量的影响

2CML-2型垄作式木薯种植机针对预先使用旋耕起垄机起好垄的木薯地种植木薯，垄形质量对种植质量有较大的关系。垄形规格主要包括垄体的垄面宽度、垄底宽度、垄面高度、垄间距离，起垄质量与起垄机操作与机手作业技术水平有关系。一般地，垄面宽为90～110 cm，垄底宽度为140～160 cm，垄高为25～30 cm，垄沟的宽度为40～50 cm，可满足2CML-2型垄作式木薯种植机的作业要求。垄形不规则，尤其是垄间距离不一致，直接造成邻接行距偏差，不规范的邻接行距也将影响木薯的机械化采收作业质量。

4.4 送种操作对种植质量的影响

2CML-2型垄作式木薯种植机由人工将整条木薯杆喂入切种机构进行切种，作业时需要2名操作工人坐在种植机上，分别负责对其中一个切种机构投喂木薯杆，操作工人的操作准确性和及时性对漏播情况有重大影响。木薯杆喂送不及时，切种机构将空切，无种可下，此时将发生漏播，空切时间越长，漏播率越高。因此，种植机作业时，要求操作工人密切观察切种机构运转情况，手中随时持木薯杆，保持送种不间断，可大幅减少甚至避免漏播。

5 结语

2CML-2型垄作式木薯种植机作为与宽窄双行起垄种植模式配套的专用设备，其在广东、广西、海南、云南等省区以及柬埔寨都作了适应性试验和生产应用，种植质量、木薯生长、产量、经济性以及与机械化收获的协调配套性均优于人工种植的木薯，也优于平种式木薯种植机。采用本文阐述的种植质量评价方法，总体可反映出木薯种植机的实际工作性能和种植效果，为国家能源行业标准《木薯机械化种植技术规范》(NB/T 10064-2018)的贯彻提供了一种可借鉴、可操作的检验技术方法。