岳建榮　郭輝　楊宛章

摘要：棉花生產(chǎn)中人工收獲制約棉花生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大。概述國(guó)內(nèi)外機(jī)械化采棉的現(xiàn)狀，結(jié)合實(shí)際對(duì)機(jī)采棉的特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，分析發(fā)展機(jī)械化采棉過(guò)程中存在的問(wèn)題，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，為加快新疆采棉機(jī)械化提供參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)械化；采棉技術(shù)；精準(zhǔn)收獲；節(jié)本增效

中圖分類號(hào)：S225.91+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2016）01-0030-03

20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)作為世界上棉花生產(chǎn)的大國(guó)，種植面積穩(wěn)定在533.33 hm2左右，皮棉產(chǎn)量達(dá)到580萬(wàn)t。我國(guó)主要棉花生產(chǎn)區(qū)包括長(zhǎng)江棉區(qū)、黃淮棉區(qū)和新疆棉區(qū)。

新疆作為我國(guó)最具優(yōu)勢(shì)的棉花產(chǎn)區(qū)以及優(yōu)質(zhì)棉的主要出口基地，棉花產(chǎn)量幾乎占據(jù)了全國(guó)棉花總產(chǎn)量的“半壁江山”。近20 a來(lái)，新疆棉花始終保持面積、單產(chǎn)、總產(chǎn)、調(diào)劑量全國(guó)第一。國(guó)家連續(xù)3個(gè)五年計(jì)劃均對(duì)建設(shè)新疆優(yōu)質(zhì)棉基地進(jìn)行扶持；“十二五”期間新疆棉花種植總面積維持在166.7萬(wàn)hm2左右。作為新疆的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，種棉收入占農(nóng)民收入的35%左右，其中南疆部分地區(qū)達(dá)到50%～70%。但是，勞動(dòng)力缺乏始終制約著新疆棉花種植產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。每逢采棉季節(jié)，除參加搶收的干部和學(xué)生外，大量勞動(dòng)力均來(lái)自外省。勞動(dòng)力的不足使采棉期延長(zhǎng)，影響棉花質(zhì)量，阻礙秋耕灌溉以及翌年的春耕生產(chǎn)。因此，實(shí)現(xiàn)采棉機(jī)械自動(dòng)化和智能化是解決勞動(dòng)力匱乏的最佳方案。研究及開發(fā)機(jī)械化采棉技術(shù)，對(duì)解放勞動(dòng)力、降低生產(chǎn)成本、保證棉花品質(zhì)具有重要的意義。

1 國(guó)內(nèi)外機(jī)械化采棉的概況

前蘇聯(lián)和美國(guó)都是機(jī)采棉技術(shù)較發(fā)達(dá)的國(guó)家，在擁有健全機(jī)采棉技術(shù)的同時(shí)，還有透明、公平的機(jī)采棉交易規(guī)則。美國(guó)是最早開始從事棉花采摘機(jī)試驗(yàn)與研究的國(guó)家，其工作可以追溯到1850年，并于20世紀(jì)40年代開始批量生產(chǎn)采棉機(jī)械，1964年基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械采棉。截止20年70年代末，美國(guó)的棉花采摘機(jī)械化程度達(dá)到100%，居世界第一。目前，美國(guó)擁有兩大采棉機(jī)生產(chǎn)公司：約翰迪爾（John Deere Co.）和凱斯公司（JI Case Co.）。前蘇聯(lián)于1924年開始研制采棉機(jī)械，1970年機(jī)采棉機(jī)械化程度達(dá)到31.6%。烏茲別克共和國(guó)是前蘇聯(lián)機(jī)械化植棉、采棉及清理加工技術(shù)設(shè)備的研究與生產(chǎn)中心，1936年開始設(shè)計(jì)雙行水平摘錠采棉機(jī)。1939年又研制出垂直摘錠式采棉機(jī)，這種機(jī)型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、價(jià)格低的特點(diǎn)，因而得到了重視和發(fā)展。1948年定型生產(chǎn)CXM—48型采棉機(jī)，1965年進(jìn)行改進(jìn)和系列化設(shè)計(jì)，使采棉機(jī)得到進(jìn)一步推廣使用，使該國(guó)機(jī)械化采棉面積達(dá)90%以上。

目前，我國(guó)棉花生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，棉田耕整、播種、植保、排灌等已基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)。制缽、移栽、拔棉桿等環(huán)節(jié)已研制出多種機(jī)型，處于試驗(yàn)與完善階段。而在收獲環(huán)節(jié)，除新疆棉區(qū)承擔(dān)“九五”國(guó)家專攻專項(xiàng)項(xiàng)目引進(jìn)美國(guó)約翰迪爾公司和凱斯公司價(jià)值1.66億元的摘棉機(jī)外，其他棉區(qū)尚沒有棉花采摘收獲機(jī)械。

我國(guó)采棉機(jī)械研究始于20世紀(jì)50年代初期，最初是對(duì)引進(jìn)的采棉機(jī)械進(jìn)行試驗(yàn)研究。1954年，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)引進(jìn)37臺(tái)前蘇聯(lián)生產(chǎn)的CXM—48M型單行垂直摘錠后懸掛式采棉機(jī)。1961年農(nóng)墾部又為兵團(tuán)引進(jìn)15臺(tái)前蘇聯(lián)生產(chǎn)的XRC—112型雙行垂直采摘錠自走式采棉機(jī)。1990年從烏茲別克引進(jìn)全套棉田作業(yè)機(jī)械。1993年新疆農(nóng)科院農(nóng)機(jī)研究所引進(jìn)美國(guó)2022型采棉機(jī)在瑪納斯進(jìn)行機(jī)械采棉和清理加工試驗(yàn)。1996年，自走式采棉機(jī)研制被列入國(guó)家科技部“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，我國(guó)從此正式開始進(jìn)行國(guó)家級(jí)棉花采摘收獲機(jī)的研究。1999年5月，4MZ-3型自走式采棉機(jī)通過(guò)新產(chǎn)品鑒定，標(biāo)志著我國(guó)真正意義上的自走式采棉機(jī)從此誕生。

21世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)推廣使用的采棉機(jī)械都是由國(guó)外提供的。2002年，由中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院與貴州平水機(jī)械有限責(zé)任公司共同研制的4MZ-5型采棉機(jī)通過(guò)鑒定。2005年，“平水”牌4MZ-5型自走式采棉機(jī)開始投入市場(chǎng)，至此，國(guó)外采棉機(jī)對(duì)中國(guó)市場(chǎng)的壟斷局面被打破。目前，國(guó)內(nèi)主要棉花采摘機(jī)型有：4MZ-5型采棉機(jī)，美國(guó)凱斯公司2155型、2555型采棉機(jī)，迪爾公司生產(chǎn)的9965型、9970型、9976型采棉機(jī)械。

受材料、制造工藝以及設(shè)計(jì)理念等條件的制約，國(guó)產(chǎn)采棉機(jī)械與進(jìn)口采棉機(jī)存在很大的差異。但就機(jī)具本身而言，在能滿足棉花采摘基本要求的前提下，又具有自身的特點(diǎn)。

由貴行研制并生產(chǎn)的采棉機(jī)采凈率平均達(dá)到95.8%，該機(jī)使用兩極采摘方式進(jìn)行采摘，功率強(qiáng)大且能耗較低，適應(yīng)性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單。

美國(guó)凱斯公司生產(chǎn)的采棉機(jī)使用了可靠性高的采摘頭、發(fā)動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)；配備了可靠的液壓與電氣系統(tǒng)；裝備了大容量燃料箱、清洗液存儲(chǔ)箱及潤(rùn)滑脂箱的棉花采摘機(jī)在田間連續(xù)作業(yè)時(shí)長(zhǎng)達(dá)14 h。對(duì)置式采摘滾筒的布置方式使采棉機(jī)在工作時(shí)，前后采摘滾筒同時(shí)從植株的兩側(cè)進(jìn)行采摘，保證摘錠能最大范圍地穿透棉株，將田間損失降到最小。采集棉頭和底盤潤(rùn)滑于一體的林肯潤(rùn)滑系統(tǒng)、采棉頭液壓伸展、最新改進(jìn)的可旋出式濕潤(rùn)刷柱以及多功能的線控保養(yǎng)開關(guān)，可將采棉機(jī)保養(yǎng)工作量降到最小，大大降低了駕駛員的田間勞動(dòng)強(qiáng)度。

迪爾公司采棉機(jī)裝配了電控采棉頭高度調(diào)整系統(tǒng)。302.8 L的摘錠潤(rùn)滑脂箱使摘棉機(jī)的作業(yè)時(shí)間得到延長(zhǎng)。為提高采棉效率和降低駕駛員的疲勞強(qiáng)度，還有可選裝的采棉導(dǎo)航系統(tǒng)。

2 機(jī)械化采棉的特點(diǎn)

2.1 效率高，緩解人力短缺與需求量之間的矛盾

采花時(shí)間短，任務(wù)重，人力緊缺是每個(gè)棉農(nóng)在收獲季節(jié)都煩惱的事情。每年的采花季節(jié)，新疆縣（團(tuán)）管轄內(nèi)的機(jī)關(guān)人員和學(xué)生都會(huì)協(xié)助棉農(nóng)采花，但仍需從內(nèi)地雇請(qǐng)拾花工。而一臺(tái)采棉機(jī)的日工作量相當(dāng)于750～1 000個(gè)拾花工（平均拾花75 kg/d）的采摘量。因此，機(jī)采棉在很大程度上解決了勞動(dòng)強(qiáng)度大及勞動(dòng)力短缺的矛盾。

2.2 降低成本，實(shí)現(xiàn)農(nóng)民增收

人工采摘費(fèi)在0.8元/kg左右，在近幾年拾花勞動(dòng)力緊缺的情況下，人工費(fèi)達(dá)1.0元/kg以上，而機(jī)采棉的相關(guān)費(fèi)用僅為0.4元/kg。

2.3 有效調(diào)節(jié)農(nóng)時(shí)，縮短拾花時(shí)間

棉花作為季節(jié)性強(qiáng)的農(nóng)作物，對(duì)采摘期的要求十分嚴(yán)格。北疆的初霜來(lái)得早，拾花期短，機(jī)采棉有助于充分利用拾花時(shí)間。南疆的機(jī)采棉縮短了收獲時(shí)間，可及時(shí)滿足冬灌需要，有效調(diào)節(jié)農(nóng)時(shí)。

2.4 精準(zhǔn)收獲，加速實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化

機(jī)采棉的普及在帶動(dòng)精準(zhǔn)播種、精準(zhǔn)灌溉、精準(zhǔn)施肥的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)收獲，提高了植棉的機(jī)械化水平，使農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展步伐加快。

2.5 采棉質(zhì)量低，可紡性下降

造成機(jī)采棉質(zhì)量低于手采棉質(zhì)量的原因：一是不同成熟期的棉花品質(zhì)有所差異，手采棉往往能對(duì)同一塊地進(jìn)行多次采摘，有利于區(qū)分不同等級(jí)的棉花；而機(jī)采棉需要對(duì)早熟與晚熟的棉花同時(shí)噴灑催熟劑，然后進(jìn)行一次性采摘，導(dǎo)致棉花成熟度下降，混等混批，可紡性下降。二是機(jī)采棉含有大量的棉枝、棉葉，后續(xù)加工使纖維受損程度增加，強(qiáng)力偏低。

2.6 地膜污染，污染環(huán)境

在新疆，棉花種植普遍采用地膜技術(shù)，增產(chǎn)效果明顯，但同時(shí)也帶來(lái)嚴(yán)重的污染，殘膜回收迫在眉睫，但目前仍缺乏解決殘膜污染問(wèn)題的有效方法。

3 機(jī)械化采棉存在的問(wèn)題及改進(jìn)措施

3.1 存在的問(wèn)題

1） 機(jī)采棉的含雜率較高。與手采棉相比，機(jī)采棉雖然減少了“三絲”的數(shù)量，但不可避免地混有殘膜。目前，機(jī)采棉加工工藝及設(shè)備尚不完善，不能有效清除地膜殘片等雜質(zhì)。

2） 機(jī)采棉價(jià)格偏低造成銷售困難。機(jī)采棉清理過(guò)程復(fù)雜工序，造成棉纖維損失近1 mm。短纖維含量增加，殘膜等雜質(zhì)含有量超標(biāo)，使機(jī)采棉加工等級(jí)降低，銷售價(jià)格偏低，嚴(yán)重影響機(jī)采棉技術(shù)的推廣。

3） 配套的采棉機(jī)械沒有得到補(bǔ)貼。機(jī)械化采棉需要較大的投入，而在實(shí)際操作中，政府只重視采棉機(jī)械的補(bǔ)貼，忽視機(jī)采籽棉裝卸、拉運(yùn)和棉花脫葉催熟等配套設(shè)備的補(bǔ)貼，使一次性采棉的采凈率和機(jī)采籽棉的含雜率受到影響。

3.2 改進(jìn)措施

1） 改進(jìn)機(jī)采棉加工工藝，扎實(shí)穩(wěn)妥推進(jìn)機(jī)械化采棉技術(shù)。改進(jìn)現(xiàn)有機(jī)采棉清理加工生產(chǎn)線。解決籽棉皮棉清理程序過(guò)多降低皮棉內(nèi)在品質(zhì)的問(wèn)題，改進(jìn)加工環(huán)節(jié)皮棉加濕技術(shù)和機(jī)采棉異性纖維清理技術(shù)。引進(jìn)皮棉加濕器，對(duì)回潮較低的籽棉進(jìn)行加濕回潮；同時(shí)，引進(jìn)異性纖維清理機(jī)，加大對(duì)棉花加工設(shè)備的檢修與維護(hù)力度，做好設(shè)備調(diào)試工作，進(jìn)一步完善工藝流程，在收獲季節(jié)前清理地膜及其他雜質(zhì)。機(jī)械化采棉技術(shù)不能盲目推進(jìn)，應(yīng)該有選擇地在示范區(qū)先行推廣。

2） 制定并推出機(jī)采棉的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)有的棉花評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)里沒有對(duì)機(jī)采棉分級(jí)做出規(guī)定，致使機(jī)采棉等級(jí)普遍低下，出售價(jià)低，打擊了棉農(nóng)的積極性，不利于機(jī)械化采棉的發(fā)展。國(guó)家應(yīng)該出臺(tái)相關(guān)的政策和機(jī)采棉等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，用以規(guī)范機(jī)采棉的采收。

3） 加大對(duì)采棉機(jī)及其配套器械的補(bǔ)貼。鼓勵(lì)個(gè)人以股份、集資等方式購(gòu)置采棉機(jī)械及配套脫葉劑噴施機(jī)械等，充分利用現(xiàn)有的國(guó)家農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼政策，優(yōu)先保證對(duì)機(jī)采棉配套機(jī)械進(jìn)行補(bǔ)貼。

為提高皮棉品級(jí)，促進(jìn)機(jī)械化采棉的發(fā)展，也可采取以下措施：一是完善栽培技術(shù)措施，在有限的積溫條件下確保棉鈴成熟；二是選擇綜合性狀好的機(jī)采棉品種，如新陸早43號(hào)、44號(hào)、45號(hào)；三是綜合調(diào)控，避免因水肥運(yùn)籌不當(dāng)造成棉花生長(zhǎng)不良；四是選擇理想的脫葉劑劑型，提高脫葉質(zhì)量；五是改進(jìn)噴霧機(jī)械，改善霧化效果；六是適期采收，加快采收進(jìn)度，嚴(yán)格控制采收時(shí)的含水率和含雜率；七是精心儲(chǔ)運(yùn)，防止霉變及異性纖維混入；八是對(duì)機(jī)采棉加工設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，減少加工過(guò)程對(duì)棉花纖維的損傷，爭(zhēng)取使機(jī)采棉衣分率不低于39%，綜合等級(jí)率不低于90%。

機(jī)采棉采摘與加工是一項(xiàng)多學(xué)科、綜合性的技術(shù)，要提高加工質(zhì)量，必須從選種、種植、采收、儲(chǔ)運(yùn)、加工等方面全盤考慮，這樣才能保證采棉的品質(zhì)與質(zhì)量，有利于機(jī)械化采棉的發(fā)展。

4 機(jī)械化采棉發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)有的采棉機(jī)采摘方式主要有垂直摘輥式、水平摘輥式、氣吸式和氣吹式等，但應(yīng)用比較成熟的還是水平摘輥式采棉機(jī)。采棉機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方向：

1） 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的應(yīng)用。凱斯公司與AGLEADER公司合作開發(fā)了當(dāng)今采棉領(lǐng)域具有世界領(lǐng)先水平的棉花產(chǎn)量監(jiān)測(cè)及信息收集系統(tǒng)——?jiǎng)P斯精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。1999年，美國(guó)已有13臺(tái)凱斯2555型采棉機(jī)成功運(yùn)用這套系統(tǒng)。目前，澳大利亞、巴西等國(guó)也在采棉機(jī)上應(yīng)用了此系統(tǒng)，并開始與AFS精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)配套，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

2） 采棉機(jī)器人呼之欲出。針對(duì)我國(guó)棉花品種多、纖維短、收獲期長(zhǎng)等特點(diǎn)，在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法改變棉花農(nóng)藝的情況下，研制智能采棉機(jī)器人迫在眉睫。東南大學(xué)和南京工學(xué)院的韋皆頂、費(fèi)樹岷等已有了初步設(shè)計(jì)。智能型采棉機(jī)器人綜合人工采摘與機(jī)械式采摘的優(yōu)勢(shì)，具備棉農(nóng)采棉的專業(yè)知識(shí)，可保證棉花的品質(zhì)，其高效性可節(jié)省大量的人力財(cái)力，從根本上解決棉花采摘的效率與品質(zhì)之間的矛盾，具有極其深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。

3） 采棉機(jī)械的操作日漸優(yōu)化，勞動(dòng)保護(hù)設(shè)施越來(lái)越細(xì)致。在我國(guó)采棉機(jī)還處于研究機(jī)械部分的時(shí)候，國(guó)外研究人員已在優(yōu)化設(shè)計(jì)采棉機(jī)。作為人工操作使用的機(jī)械，采棉機(jī)的人性化設(shè)計(jì)和勞動(dòng)保護(hù)措施日益受到重視，也成為采棉機(jī)的發(fā)展方向。

5 結(jié)語(yǔ)

棉花是新疆的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，實(shí)施機(jī)械化采棉對(duì)帶動(dòng)新疆社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)實(shí)力、促進(jìn)社會(huì)與生態(tài)協(xié)調(diào)具有重要的意義。因此，在制定機(jī)械化采棉戰(zhàn)略時(shí)要進(jìn)行全方位的分析與思考，既不能好大喜功，也不能半途而廢，應(yīng)該在探索中不斷穩(wěn)步前進(jìn)。