適宜咖啡機(jī)械化栽培模式和配套裝備探討

于飛　蔣快樂　王劍　陳治華　于英杰　賴慶輝

摘要 以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化為目的，基于農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合原則，借鑒參考果樹栽培形式，提出了適宜機(jī)械化栽培方式;對咖啡實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的配套裝備進(jìn)行了初步探討，探求農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合下的機(jī)械化作業(yè)新方式，為實(shí)現(xiàn)咖啡機(jī)械化和標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展提供參考依據(jù)，加快云南咖啡產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞 小粒種咖啡;農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合;機(jī)械化栽培;咖啡機(jī)械化;配套裝備

中圖分類號(hào) S 23文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 0517-6611（2020）16-0201-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.16.057

Exploration on Mode and Supporting Equipment of Mechanization Cultivation of Coffee

YU Fei1， JIANG Kuai-le2， WANG Jian1 et al

（1.Faculty of Agriculture and Food，Kunming University of Science and Technology，Kunming，Yunnan 650500;2.College of Tropical Crop Science，Yunnan Agricultural University，Puer，Yunnan 665000）

Abstract From the perspective of mechanization， based on the principle of integration of agricultural machinery and agronomy， referring to the form of fruit tree cultivation， the suitable mechanized cultivation pattern mode was put forward.The supporting equipment for the mechanization of coffee was preliminarily discussed， and a new method of mechanized operation under the integration of agricultural machinery and agronomy was explored to provide a reference for the development of mechanization and standardization of coffee and accelerate the healthy development of the coffee industry in Yunnan.

Key words Coffea arabica;Combination of agricultural machinery and agronomy;Mechanized planting;Coffee mechanization;Supporting equipment

基金項(xiàng)目 云南省重大科技專項(xiàng)計(jì)劃（2018ZC001-5）;昆明理工大學(xué)課外學(xué)術(shù)科技創(chuàng)新基金（2020YB283）。

作者簡介 于飛（1992—），男，山東青島人，碩士研究生，研究方向：農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備設(shè)計(jì)制造。*通信作者，講師，博士，從事農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造研究。

收稿日期 2020-03-03

2020年中國咖啡種植面積將達(dá)到135萬hm2，產(chǎn)量為20萬t，總產(chǎn)值292億元，在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)中具有重要地位[1]。云南省具有生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)咖啡豆的自然環(huán)境和條件，目前云南省的咖啡種植面積和產(chǎn)量占全國的98%。近10年種植面積平均每年以5.5%的速度遞增，消費(fèi)市場潛力巨大[2]。咖啡的生產(chǎn)量和出口量都呈上升趨勢，其經(jīng)濟(jì)效益非常可觀[3]?？Х葘儆诔＞G灌木或喬木，傳統(tǒng)的種植栽培模式，樹枝錯(cuò)綜復(fù)雜，樹形多樣，行距和株距相對較小;采摘季節(jié)需要人工拿起單根枝條，選擇成熟的果實(shí)進(jìn)行采摘?？Х葯C(jī)械化水平很低，最主要的原因是咖啡種植地區(qū)農(nóng)藝不統(tǒng)一，種植方式單一，標(biāo)準(zhǔn)化程度低，而且種植地區(qū)坡耕地比重大，大中型機(jī)械難以行進(jìn)[4]。農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝之間的銜接和適應(yīng)問題若得不到解決，導(dǎo)致咖啡生產(chǎn)作業(yè)過程中機(jī)械作業(yè)將難以實(shí)現(xiàn)，直接制約咖啡生產(chǎn)機(jī)械化的健康發(fā)展[5]。

因此，在保證產(chǎn)量和品質(zhì)的情況下，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝的融合，將咖啡的種植方式適應(yīng)機(jī)械化生產(chǎn)，開發(fā)咖啡生產(chǎn)機(jī)械配套設(shè)備進(jìn)行作業(yè)，減少種植成本，實(shí)現(xiàn)咖啡種植機(jī)械化。

1 國內(nèi)外咖啡生產(chǎn)機(jī)械化現(xiàn)狀

國外咖啡主要種植在美國夏威夷、巴西等國家的平原地區(qū)，機(jī)械化程度較高，尤其是在收獲期間，將機(jī)器置于咖啡樹之間，機(jī)器搖動(dòng)樹枝讓所有的果實(shí)一次性脫落，收獲效率很高[6]。但咖啡的種植、管理和收獲還是主要依靠勞動(dòng)力生產(chǎn)，管理和收獲的農(nóng)機(jī)具較少，造成勞動(dòng)力的大量浪費(fèi)。農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合種植栽培模式的研究比較少，從總體上，國外農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合發(fā)展的研究起步較早，很多政府部門和專家學(xué)者從不同角度對林果類的種植方式進(jìn)行探討。

日本人口密度大，人均耕地面積很少，從20世紀(jì)60年代對柑橘種植地進(jìn)行土地改良，對不適合機(jī)械化的地塊進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)格化，鼓勵(lì)支持農(nóng)村進(jìn)行道路、水利等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，從而為未來農(nóng)業(yè)機(jī)械化創(chuàng)造了環(huán)境前提條件。韓國的改造始于20世紀(jì)70年代，扶持農(nóng)戶興建溝渠、整治農(nóng)地、修筑農(nóng)田道路等，使得日本、韓國的林果類機(jī)械化飛速發(fā)展，現(xiàn)已達(dá)到先進(jìn)國家機(jī)械化發(fā)展水平[7]。

中國機(jī)械化水平的高速發(fā)展促進(jìn)了林果產(chǎn)業(yè)機(jī)械化水平的提升。浙江提出“特色精品，生態(tài)高效”為目標(biāo)，采取建立“機(jī)器換人”標(biāo)準(zhǔn)示范基地;通過規(guī)范農(nóng)藝，完善農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼政策，構(gòu)建水果機(jī)械設(shè)備信息庫，加快先進(jìn)適用果園生產(chǎn)機(jī)械的普及應(yīng)用[8];重慶市以特色農(nóng)業(yè)優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)為重點(diǎn)對象，制定高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)規(guī)劃，加快土地流轉(zhuǎn)，推進(jìn)宜機(jī)化土地整治，建立標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田，并根據(jù)不同的坡度制定不同的改造標(biāo)準(zhǔn)[9]。國內(nèi)針對蘋果和枸杞等經(jīng)濟(jì)作物的傳統(tǒng)模式不利于機(jī)械化作業(yè)和管理，很多地區(qū)采用矮化及支柱籬架的種植栽培模式[10]，這種方式提高土地利用率，便于機(jī)械化施肥和采摘，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)[11]。

2 咖啡生產(chǎn)機(jī)械化中存在的問題

2.1 農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝融合度低

農(nóng)民缺乏實(shí)現(xiàn)機(jī)械化相關(guān)知識(shí)，農(nóng)機(jī)農(nóng)藝脫節(jié)現(xiàn)象比較嚴(yán)重?？Х鹊姆N植地區(qū)主要分布在云南西南部的丘陵山地，地勢起伏大，很多地方為了省時(shí)省力，開墾的咖啡種植臺(tái)地并未到規(guī)定的寬度，再加上高叢密植，導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械化難度較大。

2.2 病蟲害綜合防治技術(shù)落后

咖啡害蟲的防治需要大規(guī)模及時(shí)的防治能力。在病蟲害和感染期，農(nóng)藝要求農(nóng)民及時(shí)修剪咖啡枝，并采用農(nóng)機(jī)植保來在最短的時(shí)間內(nèi)全面、快速地噴灑農(nóng)藥。目前，大多數(shù)咖啡種植者仍使用傳統(tǒng)方法來控制病蟲害，特別是在疫情暴發(fā)的季節(jié)，而這些疾病往往不能及時(shí)有效地得到控制[12]。

2.3 收獲技術(shù)滯后

咖啡主產(chǎn)區(qū)的咖啡果收獲都是人工采摘，速度慢，用工多，成本高。咖啡果實(shí)屬于呼吸躍變型果實(shí)，采摘下的成熟果實(shí)如果處理不當(dāng)就會(huì)發(fā)酵，再加上初加工技術(shù)滯后，在咖啡果實(shí)集中采摘季節(jié)，往往產(chǎn)生增產(chǎn)不增收的現(xiàn)象，咖啡果實(shí)品質(zhì)下降會(huì)導(dǎo)致市場收購價(jià)格難以提高。

3 咖啡生產(chǎn)中適合機(jī)械化栽培模式的對策

農(nóng)藝技術(shù)包括品種育種、種植系統(tǒng)、耕作系統(tǒng)、土壤、肥料和水藥管理等。種植系統(tǒng)是區(qū)域或生產(chǎn)單位的布局、成熟度與種植方法的總稱，栽培模式包括行距、株距、種植密度和修剪形式等，這與機(jī)械化作業(yè)密切相關(guān)[5]。株距大小對動(dòng)力機(jī)械影響較少，主要考慮種植密度和對咖啡產(chǎn)量的影響，根據(jù)行距，適當(dāng)增加或縮減[13]。

噴藥和采摘的機(jī)械化作業(yè)受種植栽培方式的影響比較明顯?？茖W(xué)合理的種植栽培模式設(shè)計(jì)是引進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的關(guān)鍵因素之一，針對咖啡果實(shí)的生長特點(diǎn)和農(nóng)藝的要求，借鑒現(xiàn)有成熟的果樹栽培形式，提出3種栽培方式。

3.1 方形種植

借鑒現(xiàn)有的傳統(tǒng)蘋果樹和柑橘的種植模式，平坦或平緩的斜坡地形適宜方形種植的模式。行距和植物間距取決于種植樹種的類型。一般來說，推薦的最佳行距為2.0 m，株距為1.0 m或1.5 m（圖1）。

方形種植受地形的影響較大，尤其在坡度較大地區(qū)，受臺(tái)地的影響不利于機(jī)械行進(jìn)，且行與行之間的空間容易被覆蓋，影響咖啡的光照時(shí)長。

3.2 成對種植

在這種種植設(shè)計(jì)中（圖2），兩棵矮化咖啡植株對稱種植，大密度長方形配置：株距2.0 m，行距為1.0 m，采用成對的種植設(shè)計(jì)可種植6 660株/hm2左右。這種種植設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是任何2組成對的行距都很寬，可以方便移動(dòng)小型或橡膠履帶拖拉機(jī)。該種植系統(tǒng)可以更好地進(jìn)行光照，更好地吸收營養(yǎng)，從而可以獲得更高的產(chǎn)量。根據(jù)種植坡度適當(dāng)修改種植的行距。但采用這種方式需要及時(shí)對咖啡的枝條進(jìn)行修剪，實(shí)現(xiàn)“自然半圓形”和“紡錘形樹形”。

3.3 籬架種植

籬架種植借鑒的是現(xiàn)代枸杞和蘋果成熟的種植方式（圖3～4），架面與地面垂直，咖啡樹枝葉分布其上，像一道籬笆或籬壁，故稱為“籬架”?；h架式需要對咖啡的枝條進(jìn)行適當(dāng)修剪，使咖啡主枝向上生長，接收更多陽光，同時(shí)使咖啡結(jié)果枝條分布在兩側(cè)，便于機(jī)械化作業(yè)。株距不受限制，為行間更寬的工作空間提供了條件?？Х鹊臉浠h間距通常是2.0 m×1.0 m（圖5）。高密度的種植能夠保證較高的生產(chǎn)水平[14]。

綜上所述，從機(jī)械化作業(yè)的角度提出了3種機(jī)械化栽培方式。減少分支之間的重疊可以更好地提高果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，保持穩(wěn)定的產(chǎn)量并提高整體經(jīng)濟(jì)效益。

4 咖啡機(jī)械化配套裝備

根據(jù)對云南省主要小粒種咖啡種植基地咖啡園區(qū)機(jī)械化情況的調(diào)查，咖啡機(jī)械化的發(fā)展可以從動(dòng)力機(jī)械裝備、挖穴開溝裝備、植保裝備和收獲裝備4個(gè)方面來對咖啡機(jī)械化配套裝備進(jìn)行探討。

4.1 動(dòng)力機(jī)械裝備

動(dòng)力是咖啡在丘陵山區(qū)種植實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)的首要條件。由于咖啡的種植地受丘陵山區(qū)地形的限制，動(dòng)力機(jī)械裝備可采用爬坡能力強(qiáng)的履帶型或手推式拖拉機(jī)，可以根據(jù)不同的作業(yè)需求，安裝多種機(jī)具，完成挖穴、開溝施肥、植保等多種作業(yè)。

4.2 挖穴開溝裝備

根據(jù)咖啡的農(nóng)藝要求，咖啡在建園時(shí)在緩坡（坡度5°～15°）臺(tái)地開挖定植穴，定植穴對咖啡樹的前期生長狀況起決定性作用[15]，螺旋式開溝機(jī)是目前適應(yīng)性強(qiáng)、性能穩(wěn)定的機(jī)型，它整車緊湊靈活，若采用履帶式牽引可顯著提高作業(yè)效率，減少人工的勞動(dòng)強(qiáng)度[16]。

4.3 植保裝備

咖啡病蟲害已逐漸成為影響和制約咖啡產(chǎn)業(yè)發(fā)展的因素之一。咖啡的病蟲害眾多且復(fù)雜，在防治病蟲害“四病三蟲”上面，每年都需要耗費(fèi)大量的人力，效率低，效果不理想[17]。為滿足咖啡生產(chǎn)需要，要提高植保設(shè)備的使用率，尤其是定向地飛向靶標(biāo)物，從而增強(qiáng)霧滴的附著率，在解決咖啡病害的同時(shí)，還能降低農(nóng)藥對環(huán)境的污染[18]。

4.4 收獲裝備

咖啡成熟期采摘成本高、勞動(dòng)強(qiáng)度大，再加上地形差、路況差，人工采摘困難。如果不及時(shí)處理成熟的咖啡豆，其品質(zhì)將會(huì)受到影響。采摘是咖啡作業(yè)的最后關(guān)鍵環(huán)節(jié)，采摘機(jī)械的類型及工作原理因樹的種類、種植模式不同而變化[19]。國外的咖啡采摘收獲機(jī)械體積大，不適合國內(nèi)咖啡收獲的機(jī)械化，所以使用輕便、實(shí)用的咖啡采摘收獲裝備對咖啡產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展具有重大意義。

5 結(jié)論

借鑒國內(nèi)外現(xiàn)有的宜機(jī)化改造模式，提出咖啡農(nóng)田和道路的宜機(jī)化的初步建設(shè);借鑒其他果樹栽培形式，提出了方式、成對式、籬架式3種栽培方式，從種植到收獲4個(gè)方面分析，對實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的配套裝備進(jìn)行了初步探討，探索農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合下的機(jī)械化作業(yè)新模式，為實(shí)現(xiàn)咖啡機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化提供技術(shù)基礎(chǔ)。

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