盧秉福，劉 娜，於麗華，張文彬，劉曉雪

（1黑龍江大學/國家糖料改良中心，哈爾濱 150080；2北京工商大學經濟學院，北京 100048）

0 引言

蔗糖是食品加工行業(yè)中不可替代的重要原料。蔗糖產業(yè)看似小，卻事關國家發(fā)展大局，與老百姓的實際生活息息相關[1]。甜菜作為制糖的重要原料之一，在中國種植已有116年的歷史[2-3]，已成為黑龍江、內蒙古和新疆及鄰近省、區(qū)的優(yōu)勢農作物[4-5]，甜菜制糖亦成為當地發(fā)展區(qū)域經濟的支柱產業(yè)[6-7]。甜菜種植比玉米、小麥、大豆、馬鈴薯等作物更費工時[8]，隨著農村勞動力價格的急劇上升[9-10]，在主要競爭作物基本實現機械化的情況下，加快甜菜生產機械化的發(fā)展已成為唯一選擇。目前中國甜菜生產機械化水平已達到90%[11-12]，個別地區(qū)甚至達到95%以上，在此背景下，依據甜菜機械作業(yè)效率優(yōu)化機組配置，減低作業(yè)成本、提高生產效率具有重要意義。至今為止，中國甜菜機械作業(yè)效率方面的研究工作尚屬空白，但中國學者在玉米、小麥、大豆等作物領域亦開展了相關的研究工作，孔德剛等[13-14]對小麥、大豆播種和小麥收獲機組作業(yè)分別進行了分析，找出了影響作業(yè)效率和經濟性的原因，提出了機組的合理運用模式；黃小毛等[15]利用計算機技術優(yōu)化組作業(yè)模式，為提高機組作業(yè)效率提供了解決方案；黃小毛等[16]在給出作業(yè)路徑規(guī)劃優(yōu)化目標模型的基礎上，提出“兩步優(yōu)化法”，先以最短路徑為優(yōu)化目標規(guī)劃初始作業(yè)路徑，然后考慮消耗品的補給與續(xù)作問題；王濤等[17]、楊博等[18]利用北斗導航技術、GIS技術、無線通訊技術和網絡技術系統(tǒng)幫助農機組織實施精準調度、實時監(jiān)控、統(tǒng)計分析、地圖查詢，合理安排作業(yè)，提高了機組作業(yè)效率。20世紀80年代日本就已經對甜菜機組作業(yè)效率開展了全方位的研究[19]，確定了機組的標準（平均）作業(yè)效率和高、低作業(yè)效率的參考值，為機組合理配備提供了依據。甜菜機械化作業(yè)具有較強的季節(jié)性，特別是播種和收獲作業(yè)對甜菜產質量影響很大[20]。為了科學合理運用甜菜生產機具，最大程度地發(fā)揮其潛力，本研究借鑒日本甜菜機械和國內大田作物機械作業(yè)效率方面的研究經驗，開展甜菜機械作業(yè)效率方面的研究工作，科學分析影響機組作業(yè)因素，合理匹配工作機具和編制機組，為提高甜菜機械化作業(yè)的生產率提供參考和依據。

1 材料與方法

1.1 試驗時間與地點

2019年5月5日—6日在黑龍江省依安縣紅星鄉(xiāng)互助村和紅旗村進行甜菜播種機組作業(yè)效率實驗測試，2019年10月5日—8日在上述地塊測試甜菜切頂機和挖掘裝載機機組作業(yè)效率，測試地塊面積分別為20 hm2和16 hm2，壟長分別為620 m和500 m，行距66 cm，株距18 cm。

1.2 試驗機組

甜菜播種機組配套動力為Deer554拖拉機，播種機為2BFMQ-2型氣吸式精量播種機，種子為荷蘭安地公司H809丸化單粒種，肥料為顆粒狀甜菜專用肥，機組作業(yè)人數2人，駕駛員為男性41歲農機手，有10年以上的農機駕駛經驗，技術熟練；甜菜切頂機組配套動力為Deer554拖拉機，切頂機為4TQ-2型甜菜打葉切頂機，前端旋轉鏈條將甜菜莖葉打碎，尾端切刀將甜菜青頂切除，機組作業(yè)人數1人，駕駛員為男性28歲農機手，技術熟練；甜菜收獲機組配套動力為Deer554拖拉機，收獲機為4TW-2型甜菜挖掘裝載機，輪式挖掘器，挖掘作業(yè)時配2臺四輪拖拉機牽引載重4 t料箱裝運甜菜，機組作業(yè)人數3人，駕駛員為男性25～40歲農機手，技術熟練。

1.3 測試方法

測試儀器及工具主要有秒表、皮尺、鋼卷尺等。通過資料調查和現場測試，查明機組作業(yè)地塊的面積、壟長、行距、株距等參數。使用秒表記錄機組作業(yè)過程中的總作業(yè)、田間轉向、故障排除、檢查調整、加種子肥料、異常停機、更換地塊等內容的時間，并記錄作業(yè)現場發(fā)生的詳細事項，然后進行匯總分析，計算出甜菜機械機組作業(yè)效率，見公式(1)。

1.4 數據處理

實際測得的數據采用Excel軟件處理。

2 結果與分析

2.1 機組作業(yè)的影響因素

甜菜播種是甜菜生產機械化作業(yè)最為關鍵的技術環(huán)節(jié)，播種質量的好壞直接影響甜菜出苗率和成苗率，對甜菜產量有著至關重要的影響；甜菜收獲是甜菜生產的最后環(huán)節(jié)，在收獲條件適宜的情況下，甜菜機械收獲損失率為5%左右，而在收獲條件不適宜的情況下，甜菜機械收獲損失率高達18%[21]。在保證作業(yè)質量的前提下，甜菜播種與收獲作業(yè)中，影響機組作業(yè)效率的主要因素有土壤條件、農藝技術、機組配置、作業(yè)時間4個一級指標以及地塊的大小與形狀、土壤含水量、整地質量、作業(yè)精度、株行距配置、配套動力、工作部件類型、作業(yè)速度、故障排除時間和機手技術水平等32項二級指標和64項三級指標，見表2。在一級指標中土壤條件和機組配置是影響甜菜收獲機械作業(yè)質量的關鍵影響因素，在二級指標中，地塊的大小和形狀、土壤含水量、整地質量、作業(yè)精度、配套動力、工作部件類型、作業(yè)速度、機手技術水平是影響機組作業(yè)效率的重要因素。分析機組作業(yè)效率的影響因素，研究提高甜菜播種與收獲機組作業(yè)效率的方法，科學合理地制定機具的選型配備計劃，保障機組的牽引效率，應盡可能實現機組大型化、高速化、復合化，以提高作業(yè)效率。

表2 甜菜播種與收獲作業(yè)效率的影響因素

2.2 機組作業(yè)時間

甜菜機組在作業(yè)時間內純作業(yè)時間與總作業(yè)時間之比稱為作業(yè)效率。機組作業(yè)時間可分為總作業(yè)時間、實際作業(yè)時間、輔助作業(yè)時間和承接作業(yè)時間，其中實際作業(yè)時間包括純作業(yè)時間和田間調頭時間，輔助作業(yè)時間包括故障排除時間、檢查調整時間、加種子肥料時間，承接作業(yè)時間包括異常停機時間和地塊轉移時間。在田間以外的機組檢查調整時間、技術保養(yǎng)時間、加油時間和機庫到田間所耗時間不予考慮。表3為實測的甜菜播種機組、甜菜打葉切頂機組和甜菜挖掘裝載機組作業(yè)時間。

表3 甜菜播種和收獲機組作業(yè)時間 s

3 甜菜播種與收獲機作業(yè)效率

3.1 甜菜播種機作業(yè)效率

甜菜播種機組作業(yè)中純作業(yè)時間、田間調頭時間、故障排除時間、檢查調整時間、加種子肥料時間、異常停機時間和地塊轉移時間占總作業(yè)時間的比率見圖1。由圖1可知甜菜播種機組作業(yè)效率為63.99%，略低于日本甜菜播種作業(yè)效率的69%[22]。在播種作業(yè)中實際作業(yè)時間占79.40%，田間調頭占比較高，達15.41%，這受地塊的大小、形狀和田間道路影響較大[23]；輔助作業(yè)時間占12.51%，其中故障排除、檢查調整和加種子肥料時間分別占4.87%、3.52%和4.12%；承接作業(yè)時間占8.09%，其中異常停機和地塊轉移分別占2.38%和5.71%。除實際作業(yè)時間外，故障排除和檢查調整用時最多，占比達8.39%，機組發(fā)生故障、檢查調整與機組人員技術水平和機組可靠性有關，尤其是機組的技術水平和可靠性更為重要[24]，這也說明機組人員技術水平和機組技術的先進性、作業(yè)的可靠性還有待提高；地塊轉移時間占比達5.71%，這與地塊大小和機組實際作業(yè)生產率有關，加種子肥料時間占4.12%，甜菜播種為精量點播，丸?；N子，播種量較小，肥料為專用肥，加肥時較費體力和時間，異常停機主要是由于因組織管理不善引起的待工和機手休息時間，如物料運送不及時等[25]，占比達到2.38%，在實際作業(yè)時需要合理安排和管理。

圖1 甜菜播種機組各項作業(yè)時間分布

3.2 甜菜打葉切頂機作業(yè)效率

甜菜打葉切頂機組作業(yè)中純作業(yè)時間、田間調頭時間、故障排除時間、檢查調整時間、加種子肥料時間、異常停機時間和地塊轉移時間占總作業(yè)時間的比率見圖2。由圖2可知甜菜打葉切頂機組作業(yè)效率為60.51%，介于日本甜菜分段式收獲標準作業(yè)效率55%和較高作業(yè)效率66%之間[22]。在打葉切頂作業(yè)中實際作業(yè)時間占72.30%，其中田間調頭時間占11.79%；輔助作業(yè)時間占15.29%，其中故障排除和檢查調整時間分別占8.26%和7.03%；承接作業(yè)時間占12.47%，其中異常停機和地塊轉移分別占4.71%和7.70%。除實際作業(yè)時間外，故障排除和檢查調整用時最多，這與機組人員技術水平和機組可靠性有關，主要原因還是國產甜菜打葉切頂機質量與國外甜菜收獲機比較質量還處于較低水平，故障多、可靠性差[26]，機組人員技術水平和機組作業(yè)的可靠性還有待提高；地塊轉移時間占比達7.70%，這與甜菜規(guī)?；N植有關；異常停機主要是由于因組織管理不善造成的窩工和機手休息時間，占比達到4.71%，在實際作業(yè)時需要合理安排和管理。

圖2 甜菜打葉切頂機組各項作業(yè)時間分布

3.3 甜菜挖掘裝載機作業(yè)效率

甜菜挖掘裝載機組作業(yè)中純作業(yè)時間、田間調頭時間、故障排除時間、檢查調整時間、異常停機時間和地塊轉移時間占總作業(yè)時間的比率見圖3。由圖3可知甜菜播種機組作業(yè)效率為64.32%，介于日本甜菜分段式收獲標準作業(yè)效率55%和較高作業(yè)效率66%之間[22]。在甜菜挖掘裝載作業(yè)中實際作業(yè)時間占74.24%，其中田間調頭時間占9.92%；輔助作業(yè)時間占12.54%，其中故障排除、檢查調整和加種子肥料時間分別占7.01%和5.53%；承接作業(yè)時間占13.22%，其中異常停機和地塊轉移分別占5.15%和8.07%。除實際作業(yè)時間外，地塊轉移用時最多，盡管甜菜種植規(guī)模較大，但地塊較小是地塊轉移耗時較多的主要原因，異常停機主要是由于因組織管理不善引起的待工和機手休息時間，以及運轉車與挖掘機配合不夠默契，銜接耗時較多的原因。故障排除和檢查調整用時較多，引起原因與打葉切頂機的原因一致，急需提高甜菜挖裝載機技術水平和產品質量；在挖掘裝載過程中，2臺四輪拖拉機配合挖掘機作業(yè)運送甜菜，在銜接上也會影響作業(yè)效率[27]。此外，收獲損失率也比較高，農戶在收獲后的地塊有雇工和運輸車撿拾漏挖、漏檢的塊根，這也從另一方面證明國產甜菜收獲機的質量有待提高。

圖3 甜菜挖掘裝載機組各項作業(yè)時間分布

4 討論

4.1 提高機組純作業(yè)時間的比率

目前中國甜菜生產機械化水平已達到90%以上，甜菜播種機與收獲機以國產為主[28-29]，與進口甜菜播種機與收獲機比較[30]，無論是技術水平、產品質量，還是機械可靠性等方面都有很大差距[31-32]，因此，可以說中國甜菜機械化是建立在低技術水平和產品質量上的較高的機械化作業(yè)水平。此外，目前甜菜作業(yè)機組的動力機械以中小型拖拉機為主，大型拖拉機較少[33]，配套的甜菜播種機和收獲機不足且不均衡，在播種和收獲季節(jié)，經常發(fā)生不能在最佳時期進行作業(yè)，造成甜菜減產[34]。在生產中應盡可能降低輔助作業(yè)和承接作業(yè)時間比率，提高機組純作業(yè)時間的比率可直接提高作業(yè)時間利用率。例如：優(yōu)化機組的運用管理，減少停機等待種子、化肥時間；提前檢修作業(yè)機械，保持技術完好狀態(tài)，避免出現排種、排肥堵塞，切刀與挖掘器堵塞等故障，減少故障排除和檢查調整時間；合理安排作業(yè)地塊，減少地塊轉移時間等。

4.2 甜菜作業(yè)機組合理配置

甜菜播種機和收獲機機組的動力選擇要根據土壤比阻、地塊的形狀和大小，田間道路等因素綜合平衡來選擇合適的拖拉機和配套農具[35]，甜菜播種機既有通用型，也有專用型，而甜菜收獲機則屬于甜菜專用設備[36]。一般情況下，大型拖拉機功率大、附著性好，生產效率高，機組適于較大且規(guī)整地塊作業(yè)，但靈活性差、田間轉彎困難，作業(yè)成本高、易出現動力過剩等問題；而小型拖拉機功率小，生產效率低，與大型拖拉機組相比較更適于小土壤比阻、小地塊作業(yè)，小型拖拉機靈活性好，但易出現動力不足現象。中型拖拉機剛好在大型和小型二者之間。此外，甜菜播種機和收獲機作業(yè)時最好能夠實行聯合作業(yè)，以減少機組進地次數，降低土壤壓實，同時也能夠提高甜菜機組生產率。

5 結論

（1）甜菜播種與收獲機械作業(yè)效率受地塊的大小和形狀、土壤含水量、整地質量、作業(yè)精度、配套動力、工作部件類型、作業(yè)速度、機手技術水平等因素的影響較大，在研究機組作業(yè)效率時應準確評估機組作業(yè)效率的影響因素，科學分析機組純作業(yè)時間、田間調頭時間、故障排除時間、檢查調整時間、加種子肥料時間、異常停機時間和地塊轉移時間占總作業(yè)事件的比率，努力克服不利因素的影響，保障機組的牽引效率，以提高作業(yè)效率。

（2）甜菜播種機組作業(yè)效率為63.99%，甜菜打葉切頂機組作業(yè)效率為60.51%，甜菜挖掘裝載機組作業(yè)效率為64.32%。在機組作業(yè)過程中田間調頭、地塊轉移時間占比較高，故障排除和檢查調整用時亦較多。田間調頭和地塊轉移時間占比較高與甜菜種植地塊大小、形狀、分布和機組作業(yè)幅寬等因素有關，故障排除和檢查調整用時較多與國產甜菜機械技術先進性、制造質量還處于較低水平以及機組人員技術素質不夠高有關。今后提高甜菜機械技術水平和產品質量及機手素質是主要發(fā)展方向。

（3）甜菜機械作業(yè)效率對機組的配置十分重要，在甜菜播種與收獲機組配置時，要根據機組作業(yè)效率等因素對大、中、小型拖拉機和播種機、收獲機進行合理配置，同時優(yōu)化機組的運用管理，提前檢修作業(yè)機械，保持技術完好狀態(tài)，合理安排作業(yè)地塊，確保甜菜機械作業(yè)期內可完成的作業(yè)面積。中國甜菜生產機械化水平已達到90%以上，但國產甜菜機械的整體技術水平和質量還處于較低水平。未來隨著甜菜生產機械技術水平的提高，在使用過程中盡可能實現大型化、高速化，以提高作業(yè)效率，最大發(fā)揮機器優(yōu)勢。