周艷麗，劉 娜，張文彬，吳艷玲，盧秉福，劉曉雪

(1.黑龍江大學(xué)，哈爾濱 150080；2.北京工商大學(xué)，北京 100048)

0 引言

甜菜是我國(guó)第二大糖料作物，種植已有100多年的歷史[1,2]。近年來(lái)甜菜種植逐漸向優(yōu)勢(shì)地區(qū)集中和轉(zhuǎn)移，已成為黑龍江、內(nèi)蒙古和新疆三省、區(qū)具有比較優(yōu)勢(shì)的經(jīng)濟(jì)作物，成為縣域經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)和農(nóng)民收入的重要來(lái)源[3]。甜菜種植比較費(fèi)工時(shí)，用工量分別比玉米高47%～58%、比小麥高72%～82%、比大豆高91%～156%[4]。甜菜機(jī)械化栽培主要作業(yè)環(huán)節(jié)包括耕翻、整地、播種、施藥、施肥、灌溉、中耕、收獲等環(huán)節(jié)，從農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝融合的角度入手，根據(jù)甜菜栽培的農(nóng)藝要求，開(kāi)展甜菜生產(chǎn)作業(yè)各環(huán)節(jié)單項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行研究，形成農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝結(jié)合技術(shù)[5,6]，促進(jìn)甜菜栽培機(jī)械化技術(shù)發(fā)展，提高甜菜生產(chǎn)機(jī)械水平。

1 甜菜機(jī)械化栽培農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝技術(shù)融合的特點(diǎn)

農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝技術(shù)融合是實(shí)現(xiàn)甜菜生產(chǎn)機(jī)械化關(guān)鍵。農(nóng)機(jī)技術(shù)對(duì)甜菜產(chǎn)質(zhì)量的提升、減少損失、降低生產(chǎn)成本等有重要作用。然而，農(nóng)機(jī)技術(shù)的復(fù)雜性、可操作性等因素會(huì)對(duì)農(nóng)藝技術(shù)造成影響[6]，對(duì)農(nóng)藝技術(shù)的效果有提升或受到限制作用。由于收益是甜菜生產(chǎn)的最終目標(biāo)，而農(nóng)機(jī)技術(shù)、農(nóng)藝技術(shù)都服務(wù)于甜菜生產(chǎn)[7]，二者必然會(huì)受到效益指標(biāo)的直接影響，因此，兼顧農(nóng)藝技術(shù)與農(nóng)機(jī)技術(shù)的農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝融合模式成為甜菜生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展的方向。

2 機(jī)械化與甜菜生產(chǎn)農(nóng)藝技術(shù)

2.1 甜菜整地的農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝技術(shù)

整地主要是造成平整、細(xì)碎、松軟和墑度適宜的播種層，以利播種或移栽作業(yè)，為甜菜播種創(chuàng)造良好的種床和為幼苗生長(zhǎng)、發(fā)育創(chuàng)造良好的土壤條件[8]，在地表3 cm厚形成細(xì)碎而有一定緊密度的表土層，利于種子接觸土壤以吸水分，減少土壤水分蒸發(fā)，在3～8 cm形成由小土塊構(gòu)成的透水層，源源不斷地供給種子發(fā)芽所需的水分，第一層土壤通常用碎土器或碎土鎮(zhèn)壓器來(lái)完成，第二層是用各種耙來(lái)完成，使土壤達(dá)到平整、細(xì)碎、保墑，上虛下實(shí)，對(duì)保證種子萌發(fā)，促進(jìn)其發(fā)芽、成苗有重要作用。一般情況下，整地質(zhì)量好比整地質(zhì)量差的地塊可提高甜菜出苗率27.45%，提高保苗率18.6%[4,9]，見(jiàn)表1。

表1 不同整地質(zhì)量對(duì)甜菜生產(chǎn)的影響

2.2 甜菜播種與移栽的農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝技術(shù)

2.2.1 甜菜機(jī)械化播種適宜溫度與深度

1)甜菜適宜播種溫度

甜菜的播種期主要應(yīng)按當(dāng)?shù)貧夂驐l件確定，即當(dāng)早春連續(xù)5天5 cm深處土壤日平均溫度達(dá)到5℃以上即可播種[10]。在土壤水分、空氣適宜的條件下，甜菜出苗速度與溫度高低呈正相關(guān)，與出苗所用日數(shù)呈負(fù)相關(guān)，即溫度俞高，出苗速度越快，出苗所需天數(shù)越短。應(yīng)用GTOP-4309型智能光照培養(yǎng)箱進(jìn)行的盆栽甜菜播種試驗(yàn)，在5℃時(shí)甜菜出苗需29天，隨溫度升高，出苗所需時(shí)間相應(yīng)地縮短，在15℃的溫度條件下，最快7天，在25℃的溫度條件下，僅需要3天，見(jiàn)表2。在土壤含水量適宜的情況下，最早播種期平均氣溫3～4℃，最適宜播種期為5～7℃，其次播種期為9～10℃。

表2 甜菜出苗與溫度的關(guān)系

2)甜菜播種深度

甜菜種球內(nèi)種子很小，破土能力較弱，因此播種時(shí)覆土切忌過(guò)深。室內(nèi)盆栽試驗(yàn)表明，覆土深度1 cm比覆土深度3 cm、5 cm比較可提前出苗1天、2天，出苗50%分別提前1天、3天，而覆土深度達(dá)到6 cm與覆土深度1 cm比，甜菜出苗50%時(shí)間晚7天，并且出苗率沒(méi)達(dá)到100%,僅為87.65%。田間試驗(yàn)結(jié)果表明，甜菜播種深度3 cm比深度5 cm可提前出苗2天，出苗50%可提前4天，出全苗可提前6天，并且可提高出苗率6.7%[4,11],見(jiàn)表3。因此，甜菜播深一般以3 cm左右為宜，在土壤墑情較好或粘性土壤，播種可適當(dāng)淺些，播深在2 cm左右為宜；在春季干旱風(fēng)大、土壤墑情不好的地區(qū)，覆土深度可以適當(dāng)加深，但最深不能超過(guò)5 cm。

2.2.2 甜菜紙筒育苗移栽農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝技術(shù)

甜菜紙筒育苗移栽機(jī)按自動(dòng)化程度可分為人力紙筒育苗移栽機(jī)、半機(jī)械化紙筒育苗移栽機(jī)和全自動(dòng)紙筒育苗移栽機(jī)，目前國(guó)內(nèi)廣泛使用的紙筒育苗移栽機(jī)絕大多數(shù)是半自動(dòng)化甜菜紙筒育苗移栽機(jī)。采用機(jī)械移栽時(shí)要一次完成開(kāi)溝、送苗、栽植、覆土、壓實(shí)、澆水全部過(guò)程[12]，移栽后的甜菜應(yīng)滿足株行距和栽植深度均勻一致，無(wú)漏植和重植，甜菜秧苗基本上垂直地面，傾斜度最大不超過(guò)30°，無(wú)窩根現(xiàn)象，同時(shí)保證不傷苗，不損壞紙筒。田間試驗(yàn)調(diào)查，移栽機(jī)作業(yè)速度1.8 km/h,15 cm紙筒，設(shè)定株距20 cm，栽植株距合格率80%，栽植深度合格率50%；栽植傾斜率0-30°占90%；大于30°占10%；覆土合格率80%，紙筒折斷、幼苗被埋個(gè)別情況時(shí)有發(fā)生。由于甜菜紙筒育苗移栽時(shí)土壤含水率達(dá)到25%-28%，含水率較高，影響了作業(yè)質(zhì)量。收獲時(shí)，甜菜青頂高出地面0-3 cm、3-6 cm、6-9 cm、大于9 cm分別占3.7%、37.04%、33.33%、25.93%，主要原因是栽植時(shí)栽植深度合格率較低以及中耕培土不夠所致。青頂過(guò)高不利于切纓作業(yè)，容易造成推到、掰切等現(xiàn)象。

表3 不同覆土深度對(duì)甜菜出苗的影響

2.3 甜菜中耕與植保的農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝技術(shù)

2.3.1 中耕機(jī)械化技術(shù)

甜菜是根深作物，中耕除草可以疏松土壤，使根系向下伸長(zhǎng)，有利于土壤微生物活動(dòng)和有機(jī)質(zhì)分解，增加有效養(yǎng)分；除掉各種雜草，能保持地面干凈，吸收更多的熱量，提高地溫，改善土壤的蓄水性和透氣性，促進(jìn)根系發(fā)育[13]。甜菜中耕機(jī)作業(yè)時(shí)，三角犁鏵以鏵刃刮切土壤，松土、除草，后由鏟胸和培土板將松土分至兩側(cè)對(duì)甜菜進(jìn)行培土；中耕機(jī)的幅寬、作業(yè)行數(shù)最好與播種機(jī)幅寬及作業(yè)行數(shù)應(yīng)保持一致，或者為整數(shù)倍，可減少臨界行處傷苗。近年來(lái)中耕追肥、中耕噴藥聯(lián)合作業(yè)普遍應(yīng)用，如3ZF-6、3ZF-12型中耕施肥機(jī)，3ZQ-10、3ZQ-8型中耕施肥機(jī)等，作業(yè)行數(shù)4-12行，行距50-70 cm，工作幅2.6-9.6 m，起壟深度14-16 cm，施肥深度3-18 cm, 作業(yè)速度3-8 km/h，配套動(dòng)力35-120 kW。

2.3.2 植保機(jī)械化技術(shù)

1)甜菜病蟲(chóng)害防治機(jī)械化

甜菜植物保護(hù)機(jī)械化作業(yè)應(yīng)搶前抓早，以防為主，防治結(jié)合，力爭(zhēng)不受損失，最大限度地提高了甜菜產(chǎn)量[14]，國(guó)外病蟲(chóng)害防治藥械多向?qū)挿⒏咝?、低量方向發(fā)展。甜菜植保機(jī)械基本與其他大田作物通用，目前有3WX系列懸掛式噴桿噴霧機(jī)、3WQX系列懸掛式風(fēng)幕式噴桿噴霧機(jī)、3WQ系列牽引式噴桿噴霧機(jī)、TM系列、iXter B系列懸掛式噴桿噴霧機(jī)，以及WV-12型固定懸掛式機(jī)引噴霧機(jī)、3WH-10噴霧機(jī)、3WX-100型彌霧噴粉機(jī)等。甜菜植保機(jī)械工作阻力小，配套動(dòng)力可選擇12～70馬力的拖拉機(jī)均可，選擇大馬力拖拉機(jī)可進(jìn)行寬幅作業(yè)。作業(yè)速度不可超過(guò)6～7 km/h，因?yàn)樽鳂I(yè)速度、工作壓力、噴嘴、幅寬、往返次數(shù)等因素均會(huì)影響藥劑的耗量。正確設(shè)置噴嘴與甜菜葉片的距離、方向，噴束角度[15]，達(dá)到最佳噴施效果。

2)甜菜除草機(jī)械化

在哈爾濱市呼蘭區(qū)進(jìn)行甜菜除草試驗(yàn)，供試品種為甜研309，試驗(yàn)藥劑為16%甜菜安、16%甜菜寧、20%拿撲凈乳油、20%乙氧呋草黃乳油、160克/升甜菜安.甜菜寧乳油、21%甜菜安·甜菜寧·乙氧呋草黃乳油。防除雜草包括水稗(Beckmannia syzigachne Fern)、黎(Chenopodium album L.)、蓼(Polygonum hydropiper L.)、茼麻(Abutilon theophrasti Medic)、刺莧(Amaranthus spinosus L.)、龍葵(Solanum nigrum L.)等。施藥方法，甜菜出苗后雜草處于2-4葉期按要求的劑量對(duì)水進(jìn)行莖葉噴霧。先噴清水對(duì)照，再噴對(duì)照藥劑。甜菜播種后25天，雜草處于2-4葉期施藥一次。施藥后1周左右調(diào)查藥劑對(duì)禾本科草及闊葉草的防除效果。

試驗(yàn)結(jié)果表明：16%甜菜安、16%甜菜寧、160克/升甜菜安.甜菜寧乳油可有效控制黎、蓼、茼麻、灰菜等雜草，除草效果達(dá)90%以上，但對(duì)禾本科雜草效果一般，為60-80%；20%乙氧呋草黃乳油對(duì)黎、蓼、茼麻等雜草的除草效果為87-90%；20%拿撲凈乳油僅對(duì)禾本科雜草有效，除草效果為84.88%； 21%甜菜安·甜菜寧·乙氧呋草黃乳油對(duì)一年生的闊葉雜草，如黎、蓼、茼麻、野芝麻、刺菜、蒼耳、龍葵等進(jìn)行有效地控制，防治效果可達(dá)90%以上，對(duì)禾本科雜草效果不理想，防治效果為65.32%，見(jiàn)表4。

表4 甜菜機(jī)械化施藥除草效果

2.4 甜菜收獲農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝技術(shù)

2.4.1 甜菜機(jī)械化收獲時(shí)期與標(biāo)準(zhǔn)

1)甜菜機(jī)械化收獲時(shí)期

甜菜沒(méi)有類似于谷物的判斷成熟期的指標(biāo)，其生物學(xué)成熟期的特征是，多數(shù)老葉變黃枯萎，葉叢疏散，葉子斜立或匍匐；葉柄用嘴嚼有明顯的甜哧，而咸哧變淡；塊根增長(zhǎng)緩慢，并趨于停止，質(zhì)地變脆，含糖率達(dá)到最高水平，純度達(dá)85%左右;整個(gè)地塊有80%以上植株具有以上特征即可收獲[4]。甜菜收獲需在霜凍前結(jié)束，應(yīng)全面考慮早收獲引起的產(chǎn)糖量下降和塊根貯藏?fù)p失等不利因素，權(quán)衡利弊[16,17]，制定適宜的收獲日期，見(jiàn)表5。

表5 甜菜確定收獲日期的參考指標(biāo)

2)甜菜機(jī)械化收獲標(biāo)準(zhǔn)

甜菜收獲是農(nóng)民種植甜菜的最重要環(huán)節(jié)，是最后效益的體現(xiàn)，若果收獲損失過(guò)多，農(nóng)民難以接受。我國(guó)甜菜收購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，甜菜塊根重量應(yīng)大于100克，尾根直徑應(yīng)大于1厘米[18]。甜菜產(chǎn)量為50 t/hm2時(shí)，甜菜切頂正常切削，甜菜產(chǎn)量無(wú)損失；多切1 cm，產(chǎn)量損失6.8%；多切2厘米，產(chǎn)量損失12.6%；多切3厘米，產(chǎn)量損失多達(dá)18.4%，并且塊根切削高度低于正常切削面時(shí)含糖物質(zhì)的損失接近8-15%[18]。在挖掘過(guò)程中，尾根直徑為1 cm時(shí)，符合收購(gòu)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)甜菜產(chǎn)量無(wú)影響；尾根直徑為2.5 cm時(shí)，產(chǎn)量損失3%；尾根直徑為3.5 cm時(shí)，產(chǎn)量損失達(dá)6%；尾根直徑為5 cm時(shí)，產(chǎn)量損失達(dá)12%[19]。根據(jù)《甜菜收獲機(jī)械作業(yè)質(zhì)量NY/T1412-2018》的要求，甜菜機(jī)械化收獲切頂合格率大于85%，塊根損失率小于5%，破碎率低于2%，含雜率少于8%[20]。見(jiàn)表6。

表6 甜菜收獲機(jī)作業(yè)技術(shù)指標(biāo)

2.4.2 甜菜收獲機(jī)械化方式

1)甜菜分段收獲

甜菜機(jī)械化收獲可分為聯(lián)合收獲和分段收獲。分段收獲分為兩段式收獲和三段式收獲，二段式收獲分別使用切纓機(jī)和挖掘機(jī)裝載機(jī)、三段式收獲分別使用切纓機(jī)、挖掘集條機(jī)和裝載機(jī)完成切纓、挖掘、撿拾、清理、裝運(yùn)等工序。分段式收獲作業(yè)對(duì)于清除塊根泥土較為有利，生產(chǎn)效率低于聯(lián)合收獲機(jī)，作業(yè)次數(shù)較多，對(duì)土壤有壓實(shí)作用，但是作業(yè)費(fèi)用低，試驗(yàn)結(jié)果表明， 農(nóng)甜4TQ-2型型甜菜切纓機(jī)作業(yè)行數(shù)2行，機(jī)組作業(yè)速度3.92 km/h，切削合格率85.6%。在完成切削的同時(shí)，還需跟頭清理器進(jìn)行清理，當(dāng)清理器轉(zhuǎn)動(dòng)所在的平面與甜菜行中心線平行、垂直或成角度時(shí)，留在塊根上的莖葉量與機(jī)器的作業(yè)速度的關(guān)系[4],如圖1所示。對(duì)各種不同結(jié)構(gòu)的清理器來(lái)說(shuō)，隨著機(jī)器工作速度的提高，清理根頭的總的時(shí)間減少。對(duì)工作部件轉(zhuǎn)動(dòng)所在平面垂直于甜菜行中心線的清理器，當(dāng)機(jī)器工作速度為2 m/s時(shí)，可以獲得清理根頭上植物混雜物的最好工作質(zhì)量。

1——清理器轉(zhuǎn)動(dòng)所在的平面與甜菜行中心線垂直；2——清理器轉(zhuǎn)動(dòng)所在的平面與甜菜行中心線成一定角度；3——清理器轉(zhuǎn)動(dòng)所在的平面與甜菜行中心線平行。圖1 根頭上殘留莖葉量與機(jī)器工作速度V的關(guān)系

甜菜挖掘機(jī)配套動(dòng)力為50-120馬力拖拉機(jī)，作業(yè)行數(shù)兩行或三行挖掘集條機(jī)，梭形作業(yè)，挖掘機(jī)工作時(shí)速仍為3～6 km，此時(shí)需用并行裝載和運(yùn)輸車輛配套運(yùn)輸。農(nóng)甜4TW-2型甜菜挖掘機(jī)配套動(dòng)力為40 kW拖拉機(jī)，挖掘深度215 mm，集條寬度450 mm，作業(yè)速度4.5 km/h，生產(chǎn)率0.63 hm2/h，挖掘合格率達(dá)98.01%[21]。

2014年肇東市尚家鎮(zhèn)前進(jìn)村種植860畝甜菜，品種甜研312，塊根長(zhǎng)度18.7 cm，直徑8.25 cm，產(chǎn)量45 t/hm2,含糖率16.4%，收獲土壤含水量16-18%。10月7日在此地塊對(duì)圓盤式挖掘器和叉型開(kāi)式挖掘器進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，圓盤式挖掘器效果，漏檢率2.01%，漏挖率0.46%，塊根粘土率4.53%，鏵式挖掘器，漏檢率5.28%，0.83%，挖斷率0.69%，塊根粘土率5.52%，最大值9.62%。

撿拾裝載機(jī)與挖掘集條機(jī)配套使用，撿拾器為指桿圓盤結(jié)構(gòu)，傳送機(jī)構(gòu)為桿柵式。塊根在撿拾和傳送過(guò)程中進(jìn)一步被去土、清雜，然后被送進(jìn)集料箱。牽引式撿拾裝載機(jī)配套動(dòng)力采用與40 kW以上拖拉機(jī)。

2)甜菜聯(lián)合收獲

使用聯(lián)合收獲機(jī)一次性完成甜菜切纓、挖掘、撿拾、清理、裝運(yùn)等工序，自動(dòng)化程度高，用工少，生產(chǎn)效率高[22-24]。目前國(guó)內(nèi)甜菜產(chǎn)區(qū)甜菜聯(lián)合收獲機(jī)以進(jìn)口為主，大型自走式甜菜聯(lián)合收獲機(jī)幾乎全部為進(jìn)口。

甜菜聯(lián)合收獲機(jī)主要為進(jìn)口，尤其是大型自走式甜菜聯(lián)合收獲機(jī)幾乎全部為進(jìn)口產(chǎn)品，牽引式甜菜聯(lián)合收獲機(jī)目前國(guó)內(nèi)有少量生產(chǎn)。六行自走式甜菜聯(lián)合收獲機(jī)在生產(chǎn)中不需要預(yù)留車道，僅需行走一次，即可完成甜菜收獲作業(yè)。但行走長(zhǎng)度受限于貯料箱容積，所以要計(jì)算出收獲效率與收獲行長(zhǎng)的關(guān)系，輪胎的內(nèi)胎氣壓要低。也有自走式、無(wú)貯料箱的甜菜聯(lián)合收獲機(jī)不必考慮農(nóng)田的行長(zhǎng)，因?yàn)閴K根轉(zhuǎn)運(yùn)車輛可以隨時(shí)滿足需要。LECTRAV2型全功能自走式甜菜收獲機(jī)配有345馬力六缸發(fā)動(dòng)機(jī)，自重17 t，一次性可完成除葉、削頭、挖掘、清理、收集裝車等作業(yè)環(huán)節(jié)，它的作業(yè)幅寬3 m，壟距50 cm，作業(yè)最高時(shí)速6 km，每小時(shí)可收獲甜菜1.5 hm2以上。

3 結(jié)論

3.1 甜菜機(jī)械化種植的經(jīng)濟(jì)效益與農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝技術(shù)密切相關(guān)。農(nóng)藝技術(shù)的人工和物資投入決定了其可操作性，高投入、高產(chǎn)出的農(nóng)藝技術(shù)并不一定效益最好，農(nóng)機(jī)技術(shù)雖然會(huì)降低生產(chǎn)成本，但也會(huì)造成的甜菜產(chǎn)量的損失，只有農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝技術(shù)很好地融合，才能降低成本、減少損失、提升甜菜產(chǎn)質(zhì)量，獲得較好的甜菜種植效益。

3.2 甜菜種植要求較好的種床質(zhì)量，做到土地平整細(xì)碎、上松下實(shí)、墑情適宜。選擇優(yōu)良甜菜品種，在土壤溫度、濕度合適時(shí)及時(shí)播種，播深一般不超過(guò)3 cm。及時(shí)中耕除草，防治病蟲(chóng)草害。適時(shí)收獲，根據(jù)甜菜長(zhǎng)勢(shì)、土壤類型、土壤濕度等選擇合適機(jī)型，應(yīng)做到切削符合糖廠要求，不漏挖、不埋藏、不破損、無(wú)破碎。

3.3 根據(jù)甜菜種植的農(nóng)藝要求，使農(nóng)機(jī)技術(shù)與農(nóng)藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)融合，解決農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝之間的協(xié)調(diào)性、先進(jìn)性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)農(nóng)藝技術(shù)與農(nóng)機(jī)技術(shù)融合的標(biāo)準(zhǔn)化模式，促進(jìn)甜菜生產(chǎn)機(jī)械化的發(fā)展。