甘蔗中耕施肥培土技术及发展趋势分析
2017/6/16 10:28:26   农宏亮 曾伯胜 范雨杭   字体大小:  

甘蔗是我国主要的糖料作物,主要产区集中分布在广西、云南及广东等地,其产业已成为我国主产区经济发展的重要支柱和农民增收的主要来源,[1] [2]更是关系国家糖业安全、影响国家战略部署的关键产业。甘蔗中耕管理是甘蔗生产的重要环节,对促进甘蔗分蘖、根系生长,增强甘蔗抗旱、抗倒伏能力,提高单产等具有重要意义。甘蔗中耕管理主要包括破垄或开沟、松土、碎土、除草、施肥、培土等作业[3] [4],劳动强度大、作业环境恶劣。甘蔗中耕机械化是全程机械化生产的重要组成部分,中耕施肥培土机械化能有效地提高工作效率及作业质量,是解决甘蔗管理人工短缺和节本增效的有效途径。

一、国外发展现状及特点

(一)国外发展现状

国外发达国家的农业生产以土地广袤平整,耕地种植规模巨大,机械化管理高效著称。其农机生产企业特别重视提髙机具的标准化、通用化和系列化水平。农业机械的使用可靠性、安全性和舒适性也得以提高。中耕管理机械种类繁多,机型及重量大、结构复杂、工作幅宽、技术先进、价格较高。

国外中耕管理机的土壤工作部件主要是采用铲式部件且大多数均已安装弹簧松脱等安全保护装置及各种类型的弹性铲柄如S形振动弹齿。培土部件多数采用单、双翼铲或各式先进的护苗器。[5]

国外发达国家重视农业生产施用肥料环节,着力通过精准农业技术及提高肥料的品质以减少化肥的使用量。目前,国外施肥装置的类型和使用范围主要有以下形式:(1)离心转盘式等撒肥机。该装置结构简单广泛使用,有单、双圆盘、撒施幅度大和生产效率高。(2)气力式宽幅撒肥机。该装置是利用高速旋转的风机所产生的高速气流,并配以机械式排肥器和喷头实现大幅宽、高效率撒施化肥。[6] [7]

(二)国外中耕机械发展特点

1.向宽幅高效能发展。大力发展大功率、高效能联合作业机具,一机多用。增加机组作业耕幅,提高作业速度,寻求作业速度与幅宽间的最佳配置,节能高效。

2.采用智能全电液控制技术,愈加重视环保。采用苗带识别等智能技术和精准变量配混施肥全电液控制技术,机手操作方便、自动识别或避让苗带,精准施肥,减少伤苗情况,注重环境保护及可持续性发展。

二、国内发展现状及存在问题

我国对中耕培土机械经过多年研究与探索及引进国外先进技术,已经成功研制了不同类型,适宜各地区需要的中耕管理机械。比如任志强等研制的3ZF系列中耕施肥机,中国农机院研制的变量配肥施肥机。[8] [9]当前在甘蔗主产区使用的中耕管理机具按照配套动力主要划分为两类:一是采用大中型拖拉机悬挂中耕管理机,在农场、中、大规模的缓坡地等条件较好的蔗地使用,如图1所示的3ZFS-2型甘蔗中耕施肥培土机;二是在丘陵、坡耕地以及小地块采用的与微耕机或手扶拖拉机配套的中耕施肥培土机,如图2所示的广西农机研究院研制的3ZFS-1型甘蔗中耕施肥培土机。

当前甘蔗中耕施肥培土机械化进程中主要存在以下几个问题:

(一)工作性能及可靠性差,功能单一,自动化程度低。种类繁多且各个机型适应性不同,难以一机多用;犁刀、刀盘等培土部件易被杂草缠绕或碰到坚硬异物易发生崩坏现象;机架离地间隙低而伤苗率高;缺乏高地隙大马力拖拉机及其配套的大培土机具;缺乏自动识别或避让苗带、精准、精量施肥的智能化、自动化程度高的中耕施肥培土机。

(二)施肥过程不科学、粗放,排肥装置精度低,排肥不均匀。多数机具由于没有搅拌机构,仍需人工预搅拌肥料,受动力限制,肥料箱容积小,造成田间装肥次数多,人工劳动强度大;有些机具仍存在施肥不均匀,甚至出现肥料结块架空、断条或堵塞等现象。

(三)甘蔗主产区的自然条件严重制约了甘蔗中耕机械化发展。甘蔗主产区地理环境比较特殊,多处于丘陵坡地,蔗田规划不合理,不利于机械化连片作业,种植行距及农艺不规范、不标准化,难以满足机械化作业要求和发挥机具效率。

三、甘蔗机械中耕施肥培土技术分析

(一)甘蔗机械中耕施肥培土技术要求

甘蔗机械中耕、培土(破垄)、施肥技术是指利用甘蔗中耕培土机械在甘蔗行间进行破垄、松(碎)土、除草、施肥、培土作业的技术。新植甘蔗在生长过程中按农艺要求需小、中、大3次培土,尤其是第三次追肥及大培土很重要,不但可以抑制无效分蘖,还可以让更多的根系与土层接触,以后长出更多的新根,帮助吸收水分和养分,还能起到抗旱保湿,抗风防倒伏等作用。[10] [11]

(二)机械开沟培土技术与结构

当前应用推广的机械开沟培土技术与结构,在土壤工作部件中,使用最多的开沟培土结构有犁铲式、螺旋式、圆盘式等结构。[12]

1.犁铲式

前端用先开沟犁铧或凿形犁破垄疏松垄沟土壤及铲除杂草,形成施肥沟槽。后端使用培土犁犁尖铲除行间及两侧的杂草,同时通过左右对称的双犁壁式曲面型铲翼,将已疏松的垄沟土壤沿铲胸向上推移,逐渐抬升到翼部后抛向垄顶,达到培土效果。该结构对原土移动少,可以保持已有的肥力在原来的位置,但碎土能力差。

2.螺旋式

采用高速旋转旋耕刀或螺旋片除草、切碎、疏松垄沟土壤,犁刀或螺旋片在自身回转运动和随机组的前进运动复合作用下切削垄沟土壤,切碎土壤。在犁刀弯弧或螺旋刀面的作用下沿着培土转子轴线方向抛掷,通过后端的导流板或培土器配合作用,控制土壤流向垄顶,达到培土效果。该结构特点是碎土性能好,除草彻底,但垄形适应性差、耗能大,土壤抛洒流向不易控制,土壤高速飞溅,易造成造作物茎叶损伤及人身安全,难以满足大田作业。

3.圆盘式

利用缺口圆盘犁具有较强的入土和翻土能力,破坏表土板结层,疏松土壤,切断杂草。随着机组不断前进,圆盘犁把土层切开破碎、滚动翻起并抛出,后置双圆盘耙片将来土抛回蔗株基部,得到畦形饱满、土壤疏松、杂草覆盖完整而严密的高培土质量。通过适当调节圆盘培土器偏角及两组圆盘间的距离,可达到甘蔗苗期的松土除草及中、大培土的满意效果。

(三)施肥技术分析

甘蔗苗期施肥大多数采用尿素、磷肥、钾肥等进行混合施放,比例按生长期不同调节,目前大多采用人工搅拌配混施肥,肥料的吸湿性、粘结性、架空性等因素影响着化肥的流动性,对排肥装置性能要求较高。目前使用的化肥排肥装置种类很多,常用的有转盘刮板式、外槽轮式、螺旋式等几种。[13] [14] [15]

1.转盘刮板式

转盘刮板式排肥器安装在蜗轮蜗杆减速器输出轴上,组成肥料箱的一部分。转盘在动力作用下转动,同时驱动肥料箱内的搅拌叶片转动,肥料箱内的肥料依靠重力下落进入转盘,并在离心力作用下外排至转盘外沿。随着转盘转动,使肥料沿固定刮板相对上升并侧向偏移,最后肥料离开刮板下落至肥料漏斗,经排肥管落入已开好的沟中,如图3所示。该排肥装置结构、使用简单,但排肥均匀度低、调整不方便。

2.外槽轮式

外槽轮式排肥器的工作原理和结构与外槽轮排种器相似,如图4所示。在排肥轴带动下,肥料落入间槽容腔中,将沿输肥管流入施肥开沟器开好的土壤沟槽中。该排肥装置肥料排出均匀,肥量可调,适用于排流动性好的松散化肥和复合粒肥。排粉状及潮湿的化肥时,易出现架空和断条等现象,且槽轮易被肥料粘附而堵塞,失去排肥能力。

3.螺旋式

主要工作部件是水平配置的排肥螺旋管。工作时随着排肥螺旋旋转,肥箱底部的肥料均匀地输送到排肥口,通过输肥管落入沟内。排肥螺旋有叶片式、中空叶片式和钢丝弹賛式等。[16]排肥量由排肥口插板调节。该装置特点是结构紧凑,施肥量大、适应施肥种类多,排肥过程稳定连续。

四、甘蔗中耕施肥培土技术发展趋势探讨

甘蔗中耕施肥培土机械化的实施是一项系统综合性工作,需从人机成本、肥料、配套动力及甘蔗种植模式等多方面因素考虑,向着低成本、多功能、智能化、自动化、实用、高效和易推广的方向发展,将有力促进甘蔗生产全程机械化进程。

(一)提升机具结构设计及配套水平,实现一机多能

坚持自主研发的同时要借鉴吸收国外先进技术,模块化设计开放性多功能机架,着重完善其中耕培土适应性及性能,能配套高地隙动力及适应不同培土阶段及不同土壤特性地块的需要。提高培土速度和质量,使之具有包括除草、起垄、施肥、喷药等多种联合作业功能。

(二)精量配混施肥,实现智能化检测控制

随着精准农业技术的快速发展,变量施肥技术日趋成熟,应加强精量配混施肥装置的研制。根据各地块对不同肥料的实际需求量和不同肥料的不同流动特性,实现智能化、自动化混合肥料以精准的比例调节控制施肥量;实现替代人工,降低作业成本,提高排肥均匀度和可靠性,减少化肥用量。对主要部件及主要作业参数进行实时监测控制,实现开沟培土部件自动对行、调节耕深、自控排肥及故障诊断等功能。

五、结束语

甘蔗中耕施肥培土是甘蔗种植农艺方面的要求,其机械化水平的高低,直接影响中耕管理作业效率和质量,也影响该技术的推广和应用。甘蔗中耕管理是全程机械化的重要环节之一,是稳产高产必不可少的重要措施,精准施肥又是我国发展可持续农业的必然环节,为提高甘蔗中耕施肥培土技术的综合经济效益,本着实用高效和重视原始创新的原则,突破以往中耕施肥技术的瓶颈,向着低成本、智能化、高效、便于使用和普及的方向迈进,是实现甘蔗生产全程机械化的必经之路。