張華偉，吳建明，張勝忠，等. 整稈式甘蔗收割機收割效果研究［J］. 廣西糖業(yè)，2024，44（2）：93-96.

DOI：10.3969/j.issn.2095-820X.2024.02.004

摘要：廣西蔗區(qū)生產(chǎn)上普遍使用中大型切斷式收割機收割甘蔗，存在含雜率和損失率高、影響宿根蔗的生長和產(chǎn)量等問題，導(dǎo)致蔗區(qū)機械收割水平低，機收推進緩慢。本研究利用中小型整稈式收割機開展甘蔗收割試驗，分析其收割效果及對甘蔗品質(zhì)和翌年宿根蔗生長的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，中小型整稈式收割機的甘蔗收割效率較高，單位時間內(nèi)的收割效果相當(dāng)于40個工人的砍收量，含雜率僅2.71%，損失率僅2.98%，留茬高度和破蔸率總體上優(yōu)于人工砍收，未對甘蔗糖分、宿根蔗發(fā)株和生長造成不利影響，有較好的應(yīng)用前景。建議進一步加大中小型整稈式收割機研發(fā)和推廣應(yīng)用的支持力度，加強對收割效率、機械運行穩(wěn)定性、倒伏甘蔗的收割、適合機收甘蔗品種和農(nóng)機農(nóng)藝融合技術(shù)等研究，并開展機械收割標準化基地建設(shè)與示范，多途徑促進蔗區(qū)機收水平提升，為甘蔗生產(chǎn)上進一步優(yōu)化升級和推廣應(yīng)用中小型整稈式收割機提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：甘蔗；整稈式收割機；含雜率；蔗糖分；宿根蔗

中圖分類號：S225.53"""""""""""""""""""" 文獻標志碼：A 文章編號：2095-820X（2024）02-0093-04

收稿日期：2024-02-22

基金項目：崇左市科技計劃項目（崇科2023ZY0501）；中國科學(xué)院華南植物園重點項目（E36101）；廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)費項目（2024YP029）；廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技成果轉(zhuǎn)化基金項目（NCZ202412）；國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系廣西甘蔗創(chuàng)新團隊建設(shè)項目（nycytxgxcxtd-2021-03）

通訊作者：鄧宇馳（1984-），男，碩士，高級農(nóng)藝師，主要從事甘蔗育種與栽培技術(shù)研究工作，E-mail：dyxj_32@163.com

第一作者：張華偉（1986-），男，主要從事甘蔗機械自動化研究工作，E-mail：286731963@qq.com

0 引言

甘蔗是我國的主要糖料作物，廣西是我國最大的蔗糖產(chǎn)區(qū)，蔗糖業(yè)是廣西的支柱產(chǎn)業(yè)和重要特色優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)［1-2］，其健康、穩(wěn)定發(fā)展對保障國家食糖安全、穩(wěn)定就業(yè)和促進鄉(xiāng)村振興具有重要意義。但廣西蔗糖業(yè)面臨勞動力緊缺、生產(chǎn)成本高等突出問題。隨著人口老齡化的加劇及愿意從事農(nóng)業(yè)工作年輕人的逐步減少，蔗區(qū)的勞動力日趨緊缺，勞動力價格逐年上漲，請工難、請工貴現(xiàn)象凸顯，甘蔗生產(chǎn)成本隨之逐年升高，種蔗收益減少，降低了農(nóng)戶種蔗積極性，尤其在種植和收獲等農(nóng)忙季節(jié)，勞動力緊缺還會導(dǎo)致甘蔗管護、收獲不及時，嚴重影響甘蔗正常生產(chǎn)，而甘蔗生產(chǎn)機械化是目前普遍認可解決甘蔗產(chǎn)業(yè)勞動力緊缺、生產(chǎn)成本高的有效措施和必然途徑。

迄今，廣西甘蔗生產(chǎn)中的耕地、種植、培土和管護等環(huán)節(jié)已基本實現(xiàn)機械化，但整體機械化程度仍處于較低水平，其瓶頸在機械收獲環(huán)節(jié)。收獲是甘蔗生產(chǎn)中勞動強度最大（占生產(chǎn)總用工量的1/3以上）、最艱苦、占甘蔗生產(chǎn)成本比例最高（占總費用的40%以上）的環(huán)節(jié)，目前主要依靠人工砍收，機械收獲率不到5%，導(dǎo)致生產(chǎn)效率極低，因此，提高甘蔗收獲機械化水平勢在必行。為此，諸多學(xué)者開展了機械收割對蔗地和甘蔗生長影響［3-6］、不同甘蔗品種對機械收割適應(yīng)性影響［7-11］、不同類型收割機的收割效果［12］、收割機關(guān)鍵部位和功能研發(fā)升級［13-16］等大量研究，也為提升機械收割水平提出了諸多建議［17-19］，但由于多方面因素影響，研究進展緩慢。綜合前人研究結(jié)果，目前，在機械收割甘蔗的蔗區(qū)，主要采用中大型切斷式收割機，收割效果差、機收碾壓影響宿根蔗生長等缺陷制約了收獲機械化的發(fā)展，而中小型整稈式收割機目前在生產(chǎn)中沒有成熟運行的機型。廣西科創(chuàng)農(nóng)業(yè)科技集團有限責(zé)任公司與廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所聯(lián)合研發(fā)團隊在前期研究的基礎(chǔ)上，針對廣西蔗區(qū)地形地貌的實際情況，研發(fā)生產(chǎn)出中小型整稈式收割機應(yīng)用于收割甘蔗，并分析其收割效果及對甘蔗品質(zhì)和宿根蔗生長的影響，為甘蔗生產(chǎn)上同類型收割機的研發(fā)改進及推廣應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2023—2024年在廣西崇左市江州區(qū)瀨湍鎮(zhèn)蔗區(qū)進行。供試甘蔗品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N桂糖42號，種植行距為1.2 m。中小型整稈式收割機為由廣西科創(chuàng)農(nóng)業(yè)科技集團有限責(zé)任公司與廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所聯(lián)合研發(fā)生產(chǎn)的4GL-KC98.6型整稈式收獲機（圖1），結(jié)構(gòu)型式為自走式，功率98.6 kW，整機重量6500 kg。

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圖 1 4GL-KC98.6型整稈式收割機

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗設(shè)機械收獲和人工收獲2種方式。挑選工作經(jīng)驗豐富的熟練機手，選擇4個地塊進行收獲試驗，地塊面積均在0.67 hm2以上，以抽樣方式測試不同收獲方式的收割效果。

1.2.2 測定項目及方法

調(diào)查機械收獲的收割效率、原料蔗含雜率和損失率，測定機械收獲和人工收獲的甘蔗蔗糖分，調(diào)查翌年宿根蔗發(fā)株率。

收割效率：各地塊甘蔗收割后過磅稱重，計算單位時間內(nèi)收割的實際原料蔗產(chǎn)量（t/h），取平均值作為收割效率。

含雜率：人工清理原料蔗含雜物［包括蔗梢（梢頭）、葉鞘、蔗葉、根須（氣根）和泥沙等］，計算原料蔗含雜率。含雜率（%）=樣品中含雜物重量/樣品重量×100。

損失率：人工收集單位面積蔗地內(nèi)漏砍、掉落的甘蔗，以及留茬高于地面的部分，合并計算損失的原料蔗重量，計算單位面積損失率。損失率（%）=損失量/單位面積產(chǎn)量×100。

留茬高度和破蔸率：均參照JB/T 6275—2007《甘蔗收獲機械試驗方法》進行調(diào)查。

甘蔗蔗糖分：甘蔗收獲后將原料蔗于室外自然條件下堆放，在0、24、48、72和96 h后分別隨機選取機械收獲和人工收獲的原料蔗各6條，分析甘蔗蔗糖分。

翌年宿根蔗萌發(fā)時調(diào)查發(fā)株率。宿根發(fā)株率（%）=宿根發(fā)株數(shù)/收獲前有效莖數(shù)×100。

2 結(jié)果與分析

2.1 收割效率比較

由表1可知，整稈式甘蔗收割機實際平均收割效率為5.31 t/h，按每天工作8 h計算，收割效率為42.48 t/d，而常規(guī)人工砍收一般為1.00～1.10 t/d，說明每臺收割機可完成相當(dāng)于40個砍蔗工人的收割量，效率較高；各地塊收割機的收割效率差異不明顯，說明該收割機運行較穩(wěn)定。

表 1 各地塊的甘蔗收割效率比較

[地塊""""" 收割時間（h）"""" 收割重量（t）""""" 收割效率（t/h）"" 1"""" 6"""" 31.80""""" 5.30 2"""" 6"""" 32.46""""" 5.41 3"""" 6"""""" 31.38""""" 5.23 4"""" 8"""" 42.48""""" 5.31 平均"""""" -""""" -""""" 5.31 ]

2.2 收割質(zhì)量比較

由表2可知，各整稈式收割機收獲地塊的甘蔗含雜率為1.87%～3.26%，平均為2.71%，整體含雜率處于較低水平，說明收割的原料蔗質(zhì)量較好；各整稈式收割機收獲地塊的甘蔗損失率為2.12%～4.06%，平均為2.98%，損失率較低；整稈式收割機收獲甘蔗的平均留茬高度為1.33 cm，比人工收獲低2.14 cm，平均破蔸率為6.34%，比人工收獲低1.74%（絕對值），說明整稈式收割機收獲甘蔗的留茬高度和破蔸率總體上均優(yōu)于人工收獲。究其原因，本研究使用的整稈式收割機研發(fā)配套了機械式探測蔗地起伏裝置，可控制切割刀盤自動適應(yīng)地形變化而實時調(diào)節(jié)，實現(xiàn)隨時貼地或入土切割，留茬高度較低，從而減少破蔸率和損耗率。此外，相比人工使用的普通砍蔗刀具，整稈式收割機對切割刀片的要求更高，切割效果更好，而人工砍收受刀具質(zhì)量及砍蔗工人實際操作等因素影響，砍收時留茬高度和破蔸率波動較大。

2.3 整稈式收割機收獲對甘蔗品質(zhì)的影響

各地塊機械收獲和人工收獲的甘蔗蔗糖分見圖2。由于甘蔗收獲期相對集中（一般為11月中下旬—次年2月），蔗區(qū)面積較大，加上受制糖企業(yè)壓榨調(diào)度和整體安排的影響，甘蔗收獲后一般需等待1～2 d才能入廠壓榨，如遇多雨天氣，或蔗農(nóng)提前砍收，入廠壓榨前的留存時間更長，因此，收獲后甘蔗留存階段的蔗糖分變化情況對制糖企業(yè)出糖率和效益具有較大影響。本研究中，各地塊人工和機械收獲甘蔗的蔗糖分隨著甘蔗留存時間的延長呈先升高后降低變化趨勢，均在留存48 h時達最高水平，在留存96 h時與剛收獲時無明顯差異。說明本研究條件下整稈式收割機收獲對甘蔗蔗糖分無負面影響。

2.4 整稈式收割機收獲對宿根蔗發(fā)株的影響

甘蔗生產(chǎn)中一般根據(jù)宿根蔗發(fā)株情況決定是否繼續(xù)留宿根，發(fā)株率高、發(fā)株數(shù)多的可繼續(xù)保留，發(fā)株數(shù)不足的一般產(chǎn)量較低，需翻蔸新植。從圖3可看出，不同地塊整稈式收割機收獲和人工收獲甘蔗的宿根發(fā)株率差異不明顯，但整稈式收割機收獲的平均發(fā)株率略高于人工收獲。說明相比人工收獲，本研究條件下的整稈式收割機收獲對宿根發(fā)株影響不明顯，可能與收割機重量較輕、蔗地行距適宜機械運行及機手作業(yè)熟練避免了對蔗蔸造成碾壓有關(guān)。

3 討論

收獲機械化是我國甘蔗產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，黨中央、國務(wù)院、有關(guān)國家部委及甘蔗主產(chǎn)區(qū)政府多次印發(fā)文件推進甘蔗收獲機械化［17］，提出甘蔗機收率應(yīng)達30.0%以上的要求，但近幾個榨季廣西蔗區(qū)機收率仍在5%左右。目前，各蔗區(qū)的收割機主要為中大型切斷式收割機，機械收獲涉及的主體有制糖企業(yè)和種蔗戶，二者均因為機收含雜高［17］、損失率高［8］及機收對原料蔗品質(zhì)和宿根蔗生長產(chǎn)生不良影響［20］而接受意愿不強，導(dǎo)致機收進展緩慢。廣西蔗區(qū)地形地貌復(fù)雜多樣，中大型收割機在面積小和山地丘陵蔗地的適應(yīng)性較差。

本研究采用整稈式甘蔗收割機，每臺的機收效率相當(dāng)于40個勞動力，可極大地緩解實際生產(chǎn)中人工緊缺的困境；機收含雜率僅2.71%，且雜質(zhì)主要為葉鞘和葉梢，極少含泥沙，對制糖企業(yè)的出糖率影響不明顯，根據(jù)種植戶和制糖企業(yè)的反饋，2023/2024年榨季整稈式甘蔗收割機收割的原料蔗入廠扣雜率僅1.5%～2.5%，獲得制糖企業(yè)的認可；機收損失率僅2.98%，處于較低水平，如條件允許還可安排人工收集漏砍、掉落的甘蔗，實現(xiàn)零損失；相比人工砍收，整稈式收割機收獲對甘蔗蔗糖分變化無影響，可留存較長時間，與蔣姣麗等［17］、王智能等［21］的研究結(jié)果一致，因此，即使出現(xiàn)整稈式收割機收獲原料蔗量較多未能及時入廠壓榨也不會造成甘蔗蔗糖分損失，而且在榨季中遇到雨天時，整稈式收割機收獲可提前儲存原料蔗，便于制糖企業(yè)原料蔗調(diào)運安排，避免斷槽，相比切斷式機收具有較大優(yōu)勢。此外，整稈式收割機對蔗地碾壓較輕，未影響宿根蔗發(fā)株，推測宿根蔗產(chǎn)量不會受到影響，避免因宿根蔗產(chǎn)量降低、宿根年限縮短而引起蔗農(nóng)和制糖企業(yè)對機械收割產(chǎn)生不良情緒。因此，中小型整稈式收割機在收割質(zhì)量和宿根蔗發(fā)株率方面均具有優(yōu)勢，有很好的發(fā)展前景。由此可見，研發(fā)具備機型小、重量輕、坡度作業(yè)能力強及適應(yīng)丘陵山地立地條件和廣西多雨天氣的中小型整稈式收割機是全面推進甘蔗機收的必然要求，成熟的整稈式收割機將在蔗區(qū)機械收割中扮演重要角色，應(yīng)進一步加大中小型整稈式收割機研發(fā)與推廣應(yīng)用的支持力度，助力蔗區(qū)機收水平提升。

中小型整稈式收割機的收割效率與中大型切斷式收割機100.0 t/d的收割量相比存在較大差距，可進一步在收割效率、機械運行穩(wěn)定性等方面完善整稈式收割機的研發(fā)；本研究選用抗倒伏能力強的桂糖42號甘蔗品種開展試驗，蔗地培土效果好，收割時各地塊甘蔗未有倒伏或僅有輕微倒伏現(xiàn)象，各項條件均符合機收要求，因此收割效率、含雜率和損失率等指標均表現(xiàn)良好，但機收效果受甘蔗品種、栽培措施多方面因素的綜合影響，如遇到甘蔗倒伏、培土出現(xiàn)“火山口”及行距過窄等情況，收割效果會大打折扣。適宜的行距、標準的蔗壟形狀與尺寸、適合機收的品種等農(nóng)機農(nóng)藝融合措施是實現(xiàn)降雜減損高效機收的有效途徑［17-18］，應(yīng)加強機械收割標準化基地的建設(shè)與示范，同時，針對不同地形地貌、不同品種及甘蔗倒伏等情況繼續(xù)開展收割效果檢驗，以便對整稈式甘蔗收割機進一步優(yōu)化升級，加強其適應(yīng)性，更好地為蔗區(qū)服務(wù)。

4 結(jié)論

從長遠來看，機收是甘蔗產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然選擇，也是提升蔗糖產(chǎn)業(yè)競爭力的必然要求。中小型整稈式收割機具有含雜率低、損失率低及不影響原料蔗品質(zhì)和宿根蔗發(fā)株生長的優(yōu)勢，具有很好的發(fā)展前景，應(yīng)進一步加大對其研發(fā)與推廣應(yīng)用的支持力度，加強對收割效率、機械運行穩(wěn)定性、倒伏甘蔗的收割、機收甘蔗品種和農(nóng)機農(nóng)藝融合技術(shù)等方面的研究，并開展機械收割標準化基地建設(shè)與示范，多途徑促進蔗區(qū)機收水平提升。

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（責(zé)任編輯 思利華）