劉高源，高欣欣，郭家文

（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所，云南 開(kāi)遠(yuǎn)661699）

甘蔗是我國(guó)重要的產(chǎn)糖作物，目前種植區(qū)域主要集中于廣西和云南兩省。近年來(lái)由于我國(guó)制糖原料的成本高，在國(guó)際糖市中面臨機(jī)械化程度高的對(duì)手時(shí)毫無(wú)競(jìng)爭(zhēng)力。機(jī)械化是提高生產(chǎn)效率與降低人工成本的有效途徑，是農(nóng)業(yè)未來(lái)發(fā)展的必由方向。我國(guó)甘蔗機(jī)械化發(fā)展程度低的根本原因是我國(guó)耕地資源稀缺，適合發(fā)展機(jī)械化的優(yōu)質(zhì)耕地資源更稀缺，特別是在以丘陵山地地形為主的云南省，這一問(wèn)題更為突出。在甘蔗產(chǎn)業(yè)中，由于甘蔗自身經(jīng)濟(jì)比值較其他經(jīng)濟(jì)作物低，所以有限的優(yōu)質(zhì)耕地必然要用于種植單位產(chǎn)值更高的作物。甘蔗由于適應(yīng)性較強(qiáng)且具有一定經(jīng)濟(jì)效益而被種植于條件較差的坡地及山地上，云南省有80%~90%的甘蔗都種植在坡地及山地上。但是近年來(lái)其他甘蔗種植國(guó)的甘蔗機(jī)械化水平在具優(yōu)勢(shì)的耕地條件下有了顯著的提高，制糖原料成本明顯下降，國(guó)際糖價(jià)也隨之下跌進(jìn)而對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)造成強(qiáng)烈沖擊。我國(guó)甘蔗僅有的經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢(shì)已經(jīng)喪失，整個(gè)產(chǎn)業(yè)面臨著巨大的危機(jī)。但是另一方面，糖又是重要的戰(zhàn)略物資，發(fā)展本國(guó)的蔗糖產(chǎn)業(yè)對(duì)于國(guó)家安全與穩(wěn)定具有重要意義。因此，根據(jù)我國(guó)自身?xiàng)l件，發(fā)展符合我國(guó)國(guó)情的機(jī)械化道路是必要且迫切的。云南省是我國(guó)甘蔗種植的第二大省，云南省的甘蔗機(jī)械化進(jìn)程對(duì)全國(guó)甘蔗產(chǎn)業(yè)的機(jī)械化發(fā)展有著很大的影響。云南省特殊的地形決定了常規(guī)的農(nóng)機(jī)裝備難以正常作業(yè)，需要另辟蹊徑尋找合適的農(nóng)機(jī)與方法，開(kāi)辟出一條符合云南省特色的甘蔗產(chǎn)業(yè)機(jī)械化道路。

1　云南省甘蔗種植特點(diǎn)

農(nóng)用機(jī)械的制造目的是輔助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，在農(nóng)機(jī)裝備的使用上應(yīng)遵循以設(shè)計(jì)農(nóng)機(jī)適應(yīng)農(nóng)藝為主，改良農(nóng)藝迎合農(nóng)機(jī)為輔的原則。因此在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)與制造之前，了解機(jī)械未來(lái)將作業(yè)地區(qū)的特征與條件非常重要。云南省地處橫斷山區(qū)，海拔普遍偏高且差異較大，甘蔗種植的最高海拔可達(dá)1700m。山地地形決定了云南省的地形類(lèi)型是坡地多平地少，全省的山地丘陵面積占全省國(guó)土面積的94%，平地區(qū)域只占6%，云南省甘蔗種植以旱坡地為主。此外，云南省多山多河流，耕地基本被河流與山脈分割成分散的小塊耕地，大面積連片的耕地較少?？傮w而言，云南省甘蔗的種植區(qū)域即農(nóng)機(jī)裝備將面對(duì)的作業(yè)區(qū)域形狀是分散不規(guī)則的，類(lèi)型是復(fù)雜多變的。

2　云南省農(nóng)機(jī)發(fā)展存在的問(wèn)題

2.1　種類(lèi)單一，專(zhuān)用機(jī)型匱乏

云南省的農(nóng)機(jī)裝備種類(lèi)單一且以通用類(lèi)的農(nóng)機(jī)為主，常規(guī)條件下制式的裝備擁有管理上的優(yōu)勢(shì)，但在云南省復(fù)雜特殊的環(huán)境中，現(xiàn)有農(nóng)機(jī)的種類(lèi)在功能上明顯不能滿足甘蔗種植業(yè)的需求。特殊多變的地形以及特殊的作物需要匹配專(zhuān)門(mén)且靈活的農(nóng)機(jī)才能安全高效地工作，專(zhuān)門(mén)是指專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用來(lái)滿足丘陵山地地形及甘蔗生產(chǎn)作業(yè)需要的機(jī)械，靈活是指機(jī)械的適應(yīng)性與功能靈活，能適應(yīng)云南復(fù)雜多變的土地條件。

2.2　以低端機(jī)械為主，技術(shù)含量不高

目前云南省的農(nóng)機(jī)裝備多為傳統(tǒng)、低端的類(lèi)型，缺少參數(shù)化、數(shù)字化及自動(dòng)化技術(shù)支撐。機(jī)械化正在向數(shù)字化、智能化的方向發(fā)展。甘蔗產(chǎn)業(yè)的機(jī)械化進(jìn)程發(fā)展程度雖然不高，但這并不影響高端技術(shù)的引進(jìn)。云南省在自然環(huán)境及經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件等多方面因素的限制下高端技術(shù)研發(fā)比較落后。所以在機(jī)械設(shè)備發(fā)展的同時(shí)應(yīng)注重前沿技術(shù)的開(kāi)發(fā)與引進(jìn)，從而縮小技術(shù)水平的差距。此外山地地形復(fù)雜，對(duì)于機(jī)手的要求很高，而高水平機(jī)手又十分稀缺。數(shù)字化、智能化等技術(shù)可以有效降低操作難度，進(jìn)而降低對(duì)機(jī)手的要求，使機(jī)械具有普適性并易于推廣。因此在技術(shù)層面上云南省的機(jī)械化需要跨越式的發(fā)展。

3　云南省甘蔗機(jī)械化發(fā)展方向

決定農(nóng)用機(jī)械設(shè)計(jì)的因素主要有土地和作物兩個(gè)。土地類(lèi)型決定了機(jī)械的大小、結(jié)構(gòu)、動(dòng)力等基本參數(shù)，平整廣闊的土地上大型機(jī)械有很高的使用效率且對(duì)于動(dòng)力的要求相對(duì)較低。在山地坡地地形中空間相對(duì)狹小，機(jī)械的體積要有所限制。此外機(jī)械在坡地上行進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)還需承受額外的重力分力，因而需要更強(qiáng)的動(dòng)力。作物種類(lèi)決定了對(duì)機(jī)械功能的要求，甘蔗種植過(guò)程中可以進(jìn)行機(jī)械作業(yè)的有耕地、整地、開(kāi)溝、播種、培土、收獲、搬運(yùn)幾個(gè)環(huán)節(jié)。每個(gè)環(huán)節(jié)需要達(dá)到的目的不同，所需功能也不同。

3.1　依據(jù)地形因素分析

云南省甘蔗種植地塊小且不規(guī)則，使得作業(yè)機(jī)械需要頻繁轉(zhuǎn)彎與掉頭，同時(shí)地塊狹小要求機(jī)械的轉(zhuǎn)彎半徑不能太大，因此山地專(zhuān)用型農(nóng)機(jī)對(duì)機(jī)動(dòng)性的要求是很高的。另一方面云南多坡地且坡度較大，這對(duì)機(jī)械的爬坡能力又有了很高的要求。云南屬于高海拔地區(qū)，輪式機(jī)的適應(yīng)性較差[1]。同時(shí)履帶機(jī)的爬坡能力與轉(zhuǎn)彎能力較強(qiáng)，且有研究表明履帶式可實(shí)現(xiàn)全方位移動(dòng)[2]。所以履帶式平臺(tái)更適合山地作業(yè)。此外，無(wú)論從地塊還是坡度的角度考慮大型機(jī)械都不適合云南省甘蔗種植業(yè)。大型機(jī)械的高效率不僅無(wú)法在山地體現(xiàn)，還會(huì)對(duì)機(jī)械的機(jī)動(dòng)與爬坡性能有負(fù)面影響，因此未來(lái)云南省甘蔗農(nóng)機(jī)將以輕小型為主，這一觀點(diǎn)已得到行業(yè)內(nèi)的普遍認(rèn)可。在動(dòng)力方面，無(wú)論是機(jī)動(dòng)性還是爬坡能力都要求機(jī)械有充足的動(dòng)力，特別在復(fù)雜地形中高動(dòng)力意味著更安全，因此云南省山地機(jī)械需要匹配大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)。地塊分散帶來(lái)的問(wèn)題是機(jī)械無(wú)法連續(xù)作業(yè)，在某一區(qū)域作業(yè)完畢后還需將機(jī)械運(yùn)輸至另一地區(qū)，這也要求農(nóng)機(jī)裝備輕小易于運(yùn)輸。

3.2　依據(jù)甘蔗種植特點(diǎn)分析

甘蔗的種植模式與常見(jiàn)的谷物、大豆等機(jī)械化成熟的作物有較大的差別。耕地、整地與其它作物無(wú)差別，可直接使用同類(lèi)機(jī)械。到了開(kāi)溝階段對(duì)甘蔗農(nóng)機(jī)的作業(yè)需求開(kāi)始有所不同，甘蔗種植采取的是營(yíng)養(yǎng)繁殖，需將甘蔗莖稈深埋入土壤，因此需要挖較深的溝。在平地上可使用拖拉機(jī)牽引的開(kāi)溝犁進(jìn)行開(kāi)溝，而開(kāi)深溝所需的大功率拖拉機(jī)并不適合山地作業(yè)，目前云南省部分地區(qū)采用了挖掘機(jī)進(jìn)行替代。使用挖掘機(jī)開(kāi)溝將開(kāi)溝犁的縱向作業(yè)調(diào)整為側(cè)面作業(yè)，從而一定程度上規(guī)避了坡度的影響，而且挖機(jī)開(kāi)溝所需動(dòng)力不高，機(jī)械體積銳減。挖掘機(jī)雖然不如平地上開(kāi)溝犁作業(yè)效率高，但使山地機(jī)械化開(kāi)溝成為了可能，并且為山地農(nóng)機(jī)發(fā)展提供了新的思路。播種環(huán)節(jié)是將甘蔗種放入溝中并蓋土，動(dòng)力要求不高，現(xiàn)已有多種成熟的機(jī)型。培土環(huán)節(jié)是在甘蔗生長(zhǎng)期中進(jìn)行，甘蔗種植行距決定了農(nóng)機(jī)本身為小型機(jī)械和手扶式機(jī)械，此類(lèi)機(jī)械靈活性強(qiáng)、適用范圍廣，也是發(fā)展山地農(nóng)機(jī)的一個(gè)方向。收獲環(huán)節(jié)為最重要的環(huán)節(jié)，因?yàn)槭斋@階段是消耗人工最多最主要的階段，而且甘蔗與其它很多大田作物最大的區(qū)別在于它是多年生作物，收獲后要留下土壤中的宿根用于來(lái)年的繁殖。這一特性給甘蔗的機(jī)械化收獲造成了巨大的阻礙。一般情況下機(jī)械收獲對(duì)作物的損害是毀滅性的，目前的甘蔗收割機(jī)經(jīng)不斷改良仍無(wú)法避免對(duì)甘蔗宿根的額外損傷，機(jī)收后甘蔗的破頭率明顯上升[3]，這一問(wèn)題在山地與平地中是一樣的。此外收獲與搬運(yùn)往往是同時(shí)進(jìn)行的，在山地中收獲環(huán)節(jié)還存在聯(lián)合作業(yè)空間有限的問(wèn)題。甘蔗收獲的主要農(nóng)機(jī)裝備有收割機(jī)、搬運(yùn)機(jī)和運(yùn)輸車(chē)輛。在山地中由于地形復(fù)雜且空間不足，很多時(shí)候多種車(chē)輛聯(lián)合使用可能會(huì)出現(xiàn)互相影響的情況。此外現(xiàn)有的甘蔗運(yùn)輸車(chē)輛類(lèi)型混雜，還容易出現(xiàn)與搬運(yùn)機(jī)不匹配的問(wèn)題。

4　結(jié)論與展望

經(jīng)過(guò)不同角度的分析與論述，可總結(jié)出以下結(jié)論：第一，云南省甘蔗種植區(qū)域地形分散、復(fù)雜、以坡地為主，發(fā)展機(jī)械化條件困難。第二，云南省機(jī)械化基礎(chǔ)薄弱，缺少相關(guān)裝備、技術(shù)以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。第三，根據(jù)云南省地形特點(diǎn)，云南省機(jī)械化將向著高動(dòng)力、輕小型的方向發(fā)展。第四，根據(jù)云南省甘蔗種植特性，目前制約甘蔗全程機(jī)械化發(fā)展存在問(wèn)題較多的主要在收獲環(huán)節(jié)。

在將來(lái)的云南省甘蔗機(jī)械化發(fā)展中，根據(jù)地區(qū)特點(diǎn)及存在的主要問(wèn)題進(jìn)行針對(duì)性探索與改良是科學(xué)有效的方法。今后云南省甘蔗機(jī)械化發(fā)展中要關(guān)注的幾個(gè)重要方向是：①探索與改革適合山地坡地的作業(yè)模式。②設(shè)計(jì)研發(fā)高技術(shù)配套的輕小型農(nóng)機(jī)裝備。③重點(diǎn)關(guān)注甘蔗收獲，這是甘蔗機(jī)械化的關(guān)鍵所在。

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