湛江市菠萝田间生产机械化需求分析与展望

陈敏忠，郑 爽，邓干然，崔振德，李 玲，覃双眉

（1.农业农村部热带作物农业装备重点实验室，广东 湛江 524091；2.中国热带农业科学院农业机械研究所，广东 湛江 524091；3.湛江市农业技术推广中心，广东 湛江 524000）

1 湛江市菠萝生产概况

菠萝是世界第三大、我国第四大热带水果，是我国热带、亚热带地区最具特色和优势的热带水果品种之一，它富含多种对人体有益的微量元素，因清甜、舒爽的口感深受人们喜爱[1]。我国是十大菠萝主产国之一，主要种植地区有广东、海南、广西、云南、福建等省区，其中广东地区种植面积最大、产量最多[2-4]。据统计，全国65%以上的菠萝产于广东，而广东菠萝九成产于湛江。广东省湛江市徐闻县被誉为“中国菠萝之乡”，是中国最大的菠萝生产基地，种植面积约35 万亩（1 亩=0.067 hm2），年产量90多万t。

湛江市徐闻县已形成菠萝规模化全产业链式生产，为当地农村经济发展、促进农民增收和扩大城乡居民就业做出了重要贡献[5]。但菠萝田间机械化生产、管理技术仍比较落后，田间生产管理过程主要依赖人工。随着经济发展、社会进步，农村劳动力大量流失，用工成本逐年增加，用工难、效益低已成为菠萝产业健康持续发展的绊脚石。研发设计菠萝生产管理机械化技术与装备，实现菠萝生产全程机械化，是建立现代化菠萝产业的重要基础性工作。

2 菠萝生产农艺模式与生产机械化技术需求分析

菠萝属凤梨科凤梨属，目前约有60～70 个栽培品种，一般分为皇后、卡因、西班牙和杂交种4 类[6]。菠萝需要合理密植，因品种不同，种植农艺各有不同，不同品种3 000～5 000 株/亩不等，种植方式通常采用双行品字形定植[7,8]。菠萝的田间生产过程主要包括整地、种植、中期管理、收获与茎叶处理5大环节。种植农艺多样化，使机械化生产管理难以实施。当前除耕整地与茎叶处理已基本实现机械化外，菠萝的种植、中期管理（施肥、催花、护果等）、收获等环节基本依靠人工完成。

2.1 整地

菠萝种植前需提前2～3 个月完成整地，并清除杂草。犁地深松与两次旋耕耙平，每次间隔时间15 d以上，深度为30～35 cm[9]。若新园建设，需提前清除树根、石头、蔗头等可能影响机械化作业的杂物。整地后土壤细碎、疏松、平整，利于根系生长，促进土壤有机质分解[10]。坡地种植通常采用平种的方式，直接在平整土地上开浅沟或挖穴种植；易积水地块必须起垄种植，先起垄，在垄上开浅沟或挖穴种植，实际作业过程中，在垄宽、垄高等具体参数方面比较随意，不同品种之间差异大，无统一标准。

2.2 种植

菠萝是无性繁殖作物，通常采用苗芽进行培育[11]。菠萝植株从上到下有冠芽、裔芽、吸芽、地芽等可以用于移栽，使用较多的是吸芽[12]。种植前选择健康种苗，按大小分级种植，这样种后生长整齐一致便于后期管理。种植时要浅种定植，种得太浅容易被风吹倒，也不易长根成活；种得太深影响发根抽叶，甚至几年都难结果。因此吸芽种植深度为5～6 cm，苗的生长点露在地面[13]。菠萝的种植作业过程中，从选苗、开沟（挖穴）到下苗、覆土等环节完全依靠人工，需要消耗大量的劳动力。在当前劳动力日益匮乏的农村，研究专用的菠萝种植机械，有利于在生产中提高工作效率、降低人工成本和劳动强度，促进菠萝产业健康发展。

2.3 中期管理

菠萝生长期管理工序繁多，包含除草、松土、施肥、催花、病虫害防治等。管理方式比较精细，且基本依靠人工完成，占全部生产劳动成本的50%。除草、施肥是劳动强度较高的工作，当前农村劳动力普遍不足，若管理不到位则易导致菠萝产量下降、品质降低，严重影响其经济效益，研制开发相应的菠萝田间管理机械以降低田间管理成本是菠萝产业发展过程待解决的关键问题之一。

2.4 收获

菠萝种植后1～2 年内即可成熟，其叶细长，形似利剑，叶边缘有锯齿，成熟菠萝植株叶片长度可达1 m，采收时植株间叶片互相交错，工人难以进入完成采收。菠萝大批量上市时间为6～7 月份，此时正炎热夏季，工人需要加穿护具，穿过茂密的叶片，进入菠萝地进行采收，并且人工搬运果实到地边进行分拣。劳动强度大，作业环境恶劣，作业效率低，人工采收菠萝人均仅0.5 亩/天，人工采收成本约800 元/亩。因菠萝采收期极短，过早采摘品质不佳，稍晚则果实易腐烂，因此采收需要大量劳动力。随着农村劳动力的日渐缺乏，难以雇到足量合适的劳工，收获成本亦持续攀升。

菠萝采收是整个菠萝生产过程中用工最多、劳动强度最大，作业环境最恶劣的环节，约占整个生产过程劳动成本的40%[14]。当前菠萝收获过程中劳动力短缺、人工成本高、效率低已严重影响菠萝产业的健康发展，菠萝收获机械化技术与装备的研发与设计是当前菠萝产业发展的最迫切需求。

2.5 植株处理

菠萝收获后植株需要继续保留，用以培养种苗，种苗采收后再进行植株清理。淘汰植株含水量多，生物质量大，且含有大量植物纤维，处理难度高。传统的处理方式是人工清除植株，集中堆放地头晾晒后焚烧。焚烧会产生大量有害气体，对环境造成污染，并且有可能造成其它人为灾害。我国近年来多次严令禁止秸秆焚烧，响应国家政策，中国热带农业科学院农业机械研究所等单位在菠萝茎叶处理方面开展了大量工作，包括菠萝茎叶粉碎还田、菠萝叶提取纤维、菠萝叶残渣发酵饲料等，取得一系列研究成果，为菠萝茎叶综合利用提供了生产适用的方法、技术和装备。

3 菠萝生产机械化技术发展思路

3.1 农机农艺结合的菠萝种植模式考虑

发展农业机械离不开农艺，农机和农艺结合是发展的根本，两者只有高度融合才能充分发挥农业机械和种植技术的潜力，推动农村农业发展[15]。当前菠萝品种繁多，种植模式多样化无统一标准，致使菠萝机械化田间管理和采收难度较大，特别是种植行距不规范，造成菠萝田间管理过程和收获过程中，机械无法进入田间作业。鉴于这些问题，菠萝实现生产机械化的基本考虑是实现菠萝生产的种植农艺标准化。

根据上述分析，当前菠萝生产推行的多种农艺并行的模式，显然不适宜使用机械化作业，要实现菠萝生产机械化，必须根据农机农艺结合的基本原理，充分考虑菠萝生产综合经济效益的前提，另行研究制定新型菠萝栽培模式。从有利于机械化生产管理的角度考虑，特定的宽窄行菠萝种植模式更利于实现菠萝生产全程机械化，以下主要从宽窄行种植农艺模式考虑菠萝种植、管理、收获等环节的机械化技术思路。

3.2 菠萝种植机械化

菠萝种植可起垄种植亦可平种。起垄种植包括施肥、起垄、覆膜和种植等环节，覆膜的主要作用是保温、保水与防止杂草生长，可根据实际需要增减。起垄种植可采用种植前起垄，或者起垄种植一体机。当前施肥起垄覆膜一体机技术比较成熟，考虑到湛江市徐闻地区土壤和气候特点，建议采用旋耕起垄结合转盘施肥的方式，结合适宜菠萝生产机械化的农艺模式，充分考虑后续菠萝的种植、管理、收获机械化配套问题，设计相应的垄型。菠萝的种植包含开沟（挖穴）、下种、覆土等环节，要求浅种定植，当前主要采用链夹式移栽与穴播式移栽两种方式。链夹式移栽不可用于膜上种植。菠萝种苗形状复杂，叶片交错，自动下种难度较大，设计人工辅助放种的半自动菠萝种植机具较高的可行性。

3.3 菠萝田间管理机械化

菠萝中期管理工序较多，综合考虑需要两大主要功能，即水剂喷施与固体肥条施。水剂喷施可采用技术成熟的喷药设备，根据菠萝标准种植农艺进行改进。追施固体肥，根据菠萝生长形态，追施肥要求靠近菠萝根系浅施肥，且不可伤根。可参考甘蔗中耕施肥机工作原理，研发浅施肥技术，特制开沟犁头，结合转盘式施肥机构，研制菠萝开沟施肥机。若种植园条件允许，追施固体肥可更换成易溶于水的水溶肥，在铺设滴灌设施的前提下，采用水肥一体化技术灌溉、施肥，既省肥节水、省工省力，又减轻病害、增产增收。

3.4 菠萝采收机械化

现阶段，因农村劳动力减少，老龄化严重，机械化技术在菠萝采收中的应用已不可或缺。我国从21 世纪初开始菠萝采摘机械的研究，以各大高校研究为主，各种自动采摘技术层出不穷[16,17]。然而，这些技术大多停留在基础研究或试验阶段，高精尖的集成技术与装备仍是空中楼台，全自动菠萝采摘技术与装备从研发到推广应用还需漫长的过程。为尽快解决当前菠萝采收面临的困境，应从尽量减少劳动力，降低劳动强度出发，以减少投入成本、提高经济效益为目的进行设备研发。

菠萝采收包括采摘与田间转运两部分。其中田间转运劳动强度大，需壮劳力才可完成，占采收成本的70%。针对采收环节的田间转运部分，以机械替代人工完全可行，且容易实现，对降低劳动强度，减少采收成本，提高采收效率有很好的促进作用。菠萝采收时果实生长高度在80 cm 左右，在保证不伤果的情况下，传统的农用车与拖拉机因底盘高度不够无法使用，因此研制一种高地隙田间转运设备尤为重要。

4 菠萝生产机械化技术展望

菠萝是广东省湛江市徐闻县的传统特色产业，也是湛江市重要的农业支柱产业之一。现代化农村农业离不开农业机械化。近年土地流转政策的推行，使大面积、规模化土地生产管理得以实现，为机械化技术推广提供了先行条件。当前多样化的菠萝种植农艺模式，严重制约了农业机械化生产管理，影响菠萝产业的健康持续发展；因此，建立适宜生产机械化的菠萝种植农艺，设计研发适合菠萝生产管理的机械技术与设备，在农机农艺有效结合的前提下，发展菠萝生产管理机械，是推动菠萝生产现代化进程的重要措施。