设施草莓生产破垄、起垄关键环节机械化作业对比试验

王媛媛，张 岚，李志强，王立成，杨 烨，宋爱敏，王晓平

（北京市农业机械试验鉴定推广站，北京 100079）

草莓营养丰富、色彩艳丽、香味浓郁，种植收益高、见效快，是京郊采摘的主要果品，已经成为提高农民收入的重要经济作物。随着种植面积的逐年快速增长，草莓产业已成为北京市农业主导产业。现阶段，京郊基本上采用日光温室种植草莓，草莓种植仍以人工为主，人工成本逐年增加，草莓生产成本也随之水涨船高；加之草莓种植中耕整地、起垄、破垄等关键环节劳动强度大，人工作业效率低，作业质量不能满足农艺要求，种植户对关键环节农机作业社会化服务需求非常强烈。因此，开展草莓生产关键环节农机化作业规范化和社会化服务运行模式示范研究，对有效解决草莓生产对机械化和社会化农机作业服务需求非常必要。

本研究针对目前京郊草莓生产关键环节缺少适宜机具问题，选用2台草莓破垄机具、3台草莓起垄机具，分别开展草莓机械化破垄与人工对比试验以及草莓机械化起垄与人工对比试验，通过检测破垄作业后碎土率、地表平整度以及起垄作业后土垄横截面尺寸、土垄垄形一致性以及土壤容重变化率等指标，明确适宜京郊草莓种植应用的农机装备。

1 材料和方法

1.1 试验时间和地点

破垄试验时间为2022年7月13日，起垄试验时间为8月23日。地点均为北京市克满农机专业合作社，土质为砂壤土，7月13日土壤含水率26%，8月23日土壤含水率28%，符合机具作业要求。

1.2 参试农机具

试验农机具型号和主要技术参数见表1。

表1 机具主要技术参数

1.3 试验方法

破垄试验采用BCS拖拉机（K600）配牵引式破垄机1GQN-140、BCS拖拉机（K600）配套高密度精度灭茬机YTMC-140，共计2台机器与人工进行对比试验。2台草莓破垄机与人工分别在3个不同日光温室进行作业，共计3次作业，不设重复。试验需测试其田间作业性能，包括作业效率、作业质量（碎土率、地表平整度和旋耕深度），并计算作业成本。

起垄试验由草莓起垄机YT8-K30型、K802P型草莓开沟起垄机以及TT4-604E型草莓起垄机，共计3台机器与人工进行对比试验。3台草莓起垄机与人工分别在同一园区的4个日光温室进行作业，其中K802P型草莓开沟起垄机以及YT8-K30型草莓起垄机分别开展东西和南北作业，共计6次作业，不设重复。试验需测试其田间作业性能，包括作业效率、作业质量（土垄横截面尺寸、土垄垄形一致性及土壤容重变化率），并计算作业成本。

1.4 调查项目及方法

1.4.1 作业质量测试

1.4.1.1 破垄试验 破垄试验完成后当天，沿地块长宽方向的中点连十字线，将地块划为4块，随机选取对角的2块作为检测样本，采用5点法测定。具体方法：在四方形的试验区内找到2条对角线（非四方形试验区近似按四方形对待），2条对角线的交点作为1个取样点，然后，在2条对角线上，距4个顶点距离约为对角线长的1/4处取另外4个点作为取样点进行取样和测量，测量旋耕深度，计算碎土率和地表平整度。

碎土率计算：每个检测点面积取0.5 m×0.5 m，在其全耕层内，以最长边小于4 cm的土块质量占总质量的百分比为该点的碎土率，求5点平均值。

地表平整度计算：破垄后地表线的最高点以上取一水平基准线，在其适当位置取一定宽度（大于破垄机幅宽），分成十等分，并在等分点上作垂线与地表线相交，分别量出破垄后地表线上各交点至基准线的距离，以标准差表示该点的平整度，求5点的平均值。

1.4.1.2 起垄试验 土垄横截面尺寸、土垄垄形一致性测试：作业后，分别测量土垄的横截面尺寸，包括上底宽度、下底宽度、土垄高度。求5点的平均值（取样方法同1.4.1.1）。计算各测量尺寸平均值及各横截面面积，按照下式计算土垄垄形一致性：土垄垄形一致性＝（1－土垄横截面面积标准差/土垄横截面面积平均值）×100%。

土壤容重变化率测定：在测定区内，沿前进方向测量20 cm长度土段质量，每行程各垄随机测取5点，按下式计算：土壤容重＝测点土段质量/（土垄横截面面积×20）；土壤容重变化率＝（1－土垄的土壤容重平均值/原始土壤容重）×100%。

1.4.2 作业效率测试

为保证试验数据采集的科学性和有效性，破垄和起垄作业必须连续进行完试验，不能中途停止。

机械作业效率＝Σ（作业面积）/Σ（作业时间）；人工破垄效率＝Σ（作业面积）/Σ（作业时间）/用工数量。

1.4.3 作业成本测试

以作业的整体面积作为测试区域。机械作业成本＝（机手人工费＋折旧费＋燃油费）/作业面积。人工破垄成本：人工按破1条垄8元，1个棚53个垄，每个棚人工费用为424元。

2 结果与分析

2.1 机械破垄与人工破垄试验对比

2.1.1 机械破垄与人工破垄作业效率对比

由表2可知，1GQN-140型破垄机作业效率956.97 m2/h，YTMC-140型灭茬机作业效率955.75 m2/h，人工单人破垄效率68.09 m2/h，机械化作业效率大约为人工的14倍。

2.1.2 机械破垄与人工破垄作业成本对比

由表2可知，1GQN-140型破垄机667 m2作业成本为65.17元，YTMC-140型灭茬机667 m2作业成本65.14元，人工破垄作业成本887.46元，人工作业成本大概是机械化作业成本的13倍。

2.1.3 机械破垄与人工破垄作业质量对比

由表2可知，机械破垄碎土率和耕后地表平整度要优于人工破垄。1GQN-140型破垄机作业后旋耕深度为26.33 cm，碎土率为95.15%，均高于YTMC-140型灭茬机，且耕后地表平整度更好。

2.2 机械起垄与人工起垄试验对比

2.2.1 机械起垄与人工起垄作业效率对比

由表3可知，3台草莓起垄机中，草莓起垄机TT4-604E型作业效率最高，约为975.917 m2/h；人工作业效率最低，为31.533 m2/h；而YT8-K30型机械作业和K802P两种机型作业效率相当；TT4-604E型起垄机东西作业效率是人工作业的30倍。在实际生产中，草莓起垄机由于体积大容易造成温室两端作业留白，因此起垄机的实际工作中还需一定的人工辅助，整体起垄效率会有所下降。

2.2.2 机械起垄与人工起垄作业成本对比

由表3可知，南北机械化作业中，人工作业成本最高，每667 m2作业成本为1 268.50元，大约是YT8-K30型起垄机和K802P型起垄机南北化作业的4倍；YT8-K30型起垄机和K802P型起垄机东西机械化作业成本均低于南北化作业成本。

表3 机械起垄与人工起垄作业效率、作业成本对比

2.2.3 机械起垄与人工起垄作业质量对比

由表4可知，机械化作业比人工作业土壤容重变化率更大，说明机械化起垄土壤紧实，起垄效果好，更适宜草莓栽植农艺要求；YT8-K30型和K802P型机械化作业后土壤容重变化率要大于TT4-604E型。

表4 机械起垄与人工起垄土壤容重变化率

由图1可知，TT4-604E型机械化起垄与人工起垄因为是一次性成型，土壤垄型一致性稍高些，而YT8-K30型和K802P型起垄机属于垄沟行走，一次作业形成2个半垄，完成整垄需要2次作业，所以垄型一致性就稍差一些。

图1 机械起垄与人工起垄土壤垄型一致性

3 结论与讨论

根据试验数据表明，破垄机械化作业效率大概是人工的14倍，人工成本大约是机械化的13倍。机械化碎土率达到90%以上，大约是人工碎土率的2倍。YTMC-140灭茬机用于草莓温室破垄灭茬作业，能够在一次作业中完成灭茬、旋耕、整平3道工序，提高了农业生产效率，降低了农业生产成本。

起垄机械化作业与人工作业对比，从土壤紧实度上看，因为YT8-K30型、K802P型起垄机配有土垄拍实装置，因此所起土垄较实，未出现塌垄现象，TT4-604E型起垄机起垄因垄侧、垄顶经过设备挤压，土垄不够疏松，但是符合“垄侧实、垄顶虚”的农艺要求；从作业效率来看，同一种农机设备东西作业比南北作业效率高，TT4-604E型起垄机东西作业效率是人工作业的30倍。综合来看，YT8-K30型和K802P型草莓起垄机所起的土垄在高度、宽度、紧实度等方面能够完全满足京郊草莓的农艺种植要求，同时机型适宜日光温室进出、作业，且除机手外基本不需要额外的人工辅助，对于提高作业效率、减少生产成本、减轻作业强度等方面具有显著作用。

通过调研与试验研究表明，相对于南北向方式，东西向草莓种植有以下优势：一是更适于机械化作业，尤其是在起垄、破垄等劳动强度大的环节，作业效率高、劳动强度低、生产成本低，以起垄环节为例，使用草莓起垄机进行东西向起垄，作业时间较南北向起垄可节省30%以上；二是更加方便管理，东西长垄可以减少管理人员在疏花疏果、去叶打药时的跨垄次数，有效避免来回跨垄对草莓植株造成的伤害；三是能够保障产量，东西向种植草莓时，通常每棚草莓种植数量会有所减少，但草莓单株果品产量增大，同时病虫害发生率有所降低，因此，相较于南北向种植总量并没有显著减少。然而，由于种植习惯、传统观念以及对草莓产量、甜度等方面的考虑，当前京郊大部分草莓园区及农户还是采用南北向土壤种植的模式，仅有一小部分园区及农户接受了草莓东西向种植模式。本次试验通过园区进行试验示范，最后进行示范推广，对于有效推动北京市乃至全国草莓产业发展具有极大的促进作用。