甘蔗不同收獲方式作業(yè)效果綜合分析

馮 健，吳傳云，黃曉斌，黃 嚴(yán)，劉慶庭，莫 彧，莫清貴，鄭崇寧，鄧立高

(1農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)機(jī)械化總站，北京 100122；2廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化服務(wù)中心，廣西南寧 530023；3華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣東廣州 510642；4柳州市農(nóng)業(yè)機(jī)械化管理中心，廣西柳州 545000；5廣西大學(xué)，廣西南寧 530004)

0 引言

甘蔗是我國(guó)主要的糖料作物，近年來(lái)，隨著國(guó)家不斷出臺(tái)相關(guān)政策推進(jìn)甘蔗行業(yè)發(fā)展，甘蔗全程機(jī)械化生產(chǎn)也進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。得益于國(guó)家農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼政策支持和中央及地方政府扶持，我國(guó)甘蔗主產(chǎn)區(qū)農(nóng)機(jī)具特別是收獲機(jī)的數(shù)量增加很快，2020年糖料蔗主產(chǎn)區(qū)種植面積約120萬(wàn)hm2，甘蔗收割機(jī)擁有量達(dá)到2490萬(wàn)臺(tái)，甘蔗耕、種、收的綜合機(jī)械化率為51%，其中耕作95%、種植41%、收獲3.28%，甘蔗機(jī)械化收獲水平進(jìn)展十分緩慢，這說(shuō)明甘蔗收獲機(jī)械化不僅僅是靠增加收獲機(jī)的數(shù)量能夠解決的[1]。

甘蔗機(jī)收作為甘蔗生產(chǎn)全程機(jī)械化的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，也是最難以突破的瓶頸[2]，其銜接上游的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)(甘蔗種植)和下游的工業(yè)生產(chǎn)(制糖)，是一個(gè)系統(tǒng)的、復(fù)雜的工程，機(jī)收各項(xiàng)指標(biāo)涉及到糖廠、蔗農(nóng)、機(jī)收公司(或組織)等各方利益，特別是作業(yè)成本、作業(yè)效率、損失率、含雜率等關(guān)鍵指標(biāo)的對(duì)比，對(duì)平衡各方利益和機(jī)收的發(fā)展起到關(guān)鍵作用。為推動(dòng)甘蔗收獲機(jī)高效使用，提高蔗區(qū)對(duì)機(jī)收的認(rèn)可程度，切實(shí)提高甘蔗機(jī)收水平，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)機(jī)械化總站設(shè)立甘蔗機(jī)械化收獲對(duì)比試驗(yàn)項(xiàng)目，聯(lián)合廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化服務(wù)中心、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部甘蔗生產(chǎn)全程機(jī)械化推進(jìn)行動(dòng)專家指導(dǎo)組成員單位組成項(xiàng)目組，于2020/21年榨季在廣西融安縣開(kāi)展了甘蔗機(jī)械化收獲對(duì)比試驗(yàn)，通過(guò)田間試驗(yàn)和調(diào)查統(tǒng)計(jì)，對(duì)比分析了人工收獲、切段式聯(lián)合機(jī)收、整稈式帶葉帶梢機(jī)收3種收獲方式的作業(yè)成本、作業(yè)效率、損失率、含雜率等關(guān)鍵指標(biāo)，為甘蔗機(jī)收適宜模式遴選提供了數(shù)據(jù)支撐。

1 甘蔗機(jī)械化收獲

1.1 甘蔗收獲機(jī)械類型

甘蔗收獲機(jī)械按照收獲后莖稈的特征，可分為整稈式甘蔗收獲機(jī)和切段式甘蔗收獲機(jī)2種。用整稈式甘蔗收獲機(jī)收獲的甘蔗，莖稈保持完整，或者只切除了蔗梢；用切段式甘蔗收獲機(jī)收獲的甘蔗，莖稈一般被切成0.25～0.4 m的蔗段。其中，整稈式甘蔗收獲機(jī)按所完成的作業(yè)工序不同，又可分為簡(jiǎn)單甘蔗收割機(jī)、甘蔗收割集條機(jī)、甘蔗撿拾剝?nèi)~集堆機(jī)、整稈式甘蔗割鋪機(jī)和整稈式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)等。

切段式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)對(duì)整株彎曲或倒伏的甘蔗具有較好的適應(yīng)性，作業(yè)質(zhì)量良好且消耗動(dòng)力相對(duì)較小，在蔗區(qū)應(yīng)用較廣。整稈式甘蔗收獲機(jī)僅適用于直立的甘蔗，在適應(yīng)性、可靠性等方面有待改進(jìn)，推廣應(yīng)用程度不高。

1.2 甘蔗收獲方式

按照完成甘蔗切割、剝皮、斷尾、分離等收獲作業(yè)工序的方式，甘蔗收獲可分為人工收獲、半機(jī)械化收獲和機(jī)械化收獲，其中機(jī)械化收獲又可分為分段收獲和聯(lián)合收獲2種[3]。

人工收獲通過(guò)人力使用手工工具完成收獲，具有收獲含雜率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低等特點(diǎn)，適合在小地塊作業(yè)；半機(jī)械化收獲采用人工+簡(jiǎn)單甘蔗收割機(jī)+甘蔗剝?nèi)~機(jī)的方式完成收獲，與人工收獲相比，在一定程度上降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，適合在較大地塊上作業(yè)；機(jī)械化分段收獲采用整稈式甘蔗割鋪機(jī)+整稈式甘蔗撿拾剝?nèi)~集堆機(jī)的方式完成，需要2次作業(yè)，相比半機(jī)械化收獲，改善了勞動(dòng)條件，提高了生產(chǎn)效率，且獲得的整稈延長(zhǎng)了甘蔗儲(chǔ)放時(shí)間，是適應(yīng)國(guó)內(nèi)糖廠收榨的主要試驗(yàn)示范技術(shù)；機(jī)械化聯(lián)合收獲可采用整稈式聯(lián)合收獲機(jī)或切段式聯(lián)合收獲機(jī)完成收獲，只需一次作業(yè)，生產(chǎn)效率高，適合大面積作業(yè)。但整稈式聯(lián)合收獲目前技術(shù)還不太成熟；切段式聯(lián)合收獲雖然是國(guó)內(nèi)外主要機(jī)收方式，但含雜率、損失率較高，國(guó)內(nèi)糖廠接受度不高[1]。本項(xiàng)目主要對(duì)人工收獲、切段式聯(lián)合收獲、整稈割鋪機(jī)械收獲3種方式進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

2 對(duì)比試驗(yàn)方法

2020年11～12月，項(xiàng)目組依據(jù)國(guó)家發(fā)布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和推廣鑒定大綱，制定田間對(duì)比試驗(yàn)方法[4]。同時(shí)，結(jié)合典型甘蔗機(jī)收服務(wù)組織2020/21年榨季機(jī)收作業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、連續(xù)3個(gè)榨季機(jī)收成本調(diào)查統(tǒng)計(jì)，以及廣西全區(qū)連續(xù)4個(gè)榨季的65次機(jī)收作業(yè)田間質(zhì)量調(diào)查統(tǒng)計(jì)等情況，進(jìn)行3種收獲方式作業(yè)效果對(duì)比分析。

2.1 田間對(duì)比試驗(yàn)方法

依據(jù)DG/T 117-2021《甘蔗收獲機(jī)》[5]，在廣西雒容鎮(zhèn)思源農(nóng)業(yè)基地，測(cè)定甘蔗生長(zhǎng)密度、壟高、壟距、種植行距、倒伏、葉莖比等試驗(yàn)條件，對(duì)比測(cè)試人工收獲、整稈割鋪機(jī)械收獲的作業(yè)時(shí)間、作業(yè)面積、作業(yè)質(zhì)量、作業(yè)費(fèi)用等，核算出作業(yè)效率、作業(yè)成本、損失率和含雜率等[6]。

2.2 調(diào)查統(tǒng)計(jì)方法

對(duì)于切段式聯(lián)合收獲方法，由于是廣西甘蔗產(chǎn)區(qū)主要機(jī)械化收獲方式，廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化服務(wù)中心一直進(jìn)行了跟蹤調(diào)查，宜采用調(diào)查統(tǒng)計(jì)的方法。為保證所調(diào)查情況真實(shí)可靠，選擇已開(kāi)展3個(gè)榨季以上甘蔗機(jī)收作業(yè)的服務(wù)組織進(jìn)行調(diào)查，要求服務(wù)組織具有一定管理經(jīng)驗(yàn)及操作水平，作業(yè)數(shù)據(jù)能真實(shí)地反映出機(jī)收實(shí)際作業(yè)情況。

3 對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 試驗(yàn)條件測(cè)定

從表1可以看出，試驗(yàn)蔗地甘蔗生長(zhǎng)密度為9.4株/m(有效株數(shù)為52665株/hm2)，壟高為17.7 cm，平均種植行距180 cm，屬于寬窄行種植，窄行為50 cm，寬行為130 cm；單株蔗莖重量為1.36 kg/條，產(chǎn)量為71.55 t/hm2，葉莖比為19.88%，倒伏度為17.3°，倒伏程度較低。

表1 甘蔗收獲田間試驗(yàn)條件測(cè)定結(jié)果

3.2 人工收獲

人工收獲采用人工“一刀斬”整稈收獲和人工傳統(tǒng)收獲2種方式進(jìn)行，人工“一刀斬”整稈收獲是指人工整稈砍倒甘蔗、打捆收獲，但不進(jìn)行剝?nèi)~、斷尾等處理；人工傳統(tǒng)收獲是指人工對(duì)整稈甘蔗進(jìn)行砍倒、剝?nèi)~、斷尾、打捆作業(yè)。均不含甘蔗搬運(yùn)、裝車(chē)作業(yè)工序。

3.2.1 人工“一刀斬”整稈收獲

共計(jì)使用人工6人次，收獲蔗地總面積約0.4 hm2，純工作時(shí)間約9 h，收獲整稈甘蔗毛重量為29.20 t，損失率為0%，含雜率在18%～21%(糖廠按18.4%進(jìn)行扣雜)，收獲甘蔗凈重為23.83 t。經(jīng)計(jì)算，單個(gè)人工收獲甘蔗毛重作業(yè)效率為0.54 t/h (4.87 t/d)，凈重作業(yè)效率為0.44 t/h (3.97 t/d)，單個(gè)人工費(fèi)按130元/d計(jì)算，單個(gè)人工收獲甘蔗凈重作業(yè)成本為32.75元/t。

3.2.2 人工傳統(tǒng)收獲

表2為2種人工收獲方式作業(yè)效率與成本情況。共計(jì)使用人工16人次，收獲蔗地總面積約0.2 hm2，純工作時(shí)間約9 h，收獲甘蔗毛重量為18.10 t，損失率為0%，含雜率為1%(糖廠按1.22%進(jìn)行扣雜)，收獲甘蔗凈重為17.88 t。經(jīng)計(jì)算，單個(gè)人工收獲甘蔗毛重作業(yè)效率為0.13 t/h (1.13 t/d)，凈重作業(yè)效率為0.12 t/h (1.12 t/d)，單個(gè)人工費(fèi)按130元/d計(jì)算，單個(gè)人工收獲甘蔗凈重成本為116.07元/t。

表2 甘蔗人工收獲作業(yè)效率與成本情況

3.3 切段式聯(lián)合收獲

3.3.1 作業(yè)效率

表3是切段式聯(lián)合收獲作業(yè)效率測(cè)定結(jié)果，試驗(yàn)機(jī)具為柳工S718切段式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)；表4是典型甘蔗機(jī)收服務(wù)組織機(jī)收作業(yè)情況調(diào)查結(jié)果。被調(diào)查機(jī)型：柳工S718型切段式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)。

表3 切段式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)效率測(cè)定結(jié)果

表4 甘蔗機(jī)收服務(wù)組織機(jī)收作業(yè)數(shù)據(jù)調(diào)查結(jié)果(實(shí)際進(jìn)糖廠數(shù)據(jù))

從表3、表4可以看出，機(jī)收服務(wù)組織共開(kāi)展機(jī)收作業(yè)20天，收割甘蔗凈重為1900.48 t，因受蔗地條件、種植農(nóng)藝、收割機(jī)性能穩(wěn)定性、機(jī)手操作水平、運(yùn)輸車(chē)輛協(xié)調(diào)、天氣情況等因素影響，單日單機(jī)作業(yè)量在20～50 t/臺(tái)·d之間，單日單機(jī)平均作業(yè)量為31.67 t/臺(tái)·d。通過(guò)對(duì)比切段式機(jī)收單機(jī)純作業(yè)效率(21.98 t/h)和實(shí)際作業(yè)效率(31.67 t/臺(tái)·d)，單臺(tái)機(jī)器純工作時(shí)間僅僅為1 h多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能發(fā)揮甘蔗機(jī)械化收獲作業(yè)的優(yōu)勢(shì)。 主要原因包括：一是糖廠對(duì)機(jī)收蔗日入廠量的限制影響到收割機(jī)的作業(yè)量嚴(yán)重不足；二是甘蔗地塊面積偏小、土地宜機(jī)化條件程度不高，大部分工作時(shí)間消耗在轉(zhuǎn)頭、調(diào)整等環(huán)節(jié)，影響甘蔗機(jī)收作業(yè)效率。

3.3.2 作業(yè)成本

表5為甘蔗機(jī)收服務(wù)組織機(jī)切段式機(jī)收成本調(diào)查結(jié)果。通過(guò)對(duì)28家機(jī)收服務(wù)組織的2017/18～2019/20年連續(xù)3個(gè)榨季的作業(yè)情況、收支情況調(diào)查發(fā)現(xiàn)，近3年榨季甘蔗機(jī)收服務(wù)組織機(jī)械收割甘蔗(凈重)平均成本為108.85元/t，平均收入為135.46元/t，贏利為26.6元/t。

表5 甘蔗機(jī)收服務(wù)組織切段式機(jī)收成本調(diào)查結(jié)果

3.3.3 作業(yè)質(zhì)量

表6為切段式機(jī)收作業(yè)質(zhì)量調(diào)查結(jié)果。通過(guò)對(duì)2017/18～2020/21年連續(xù)4個(gè)榨季的65次機(jī)收作業(yè)田間質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，機(jī)收含雜率為6.11%～7.97%，機(jī)收總損失率為6.95%～8.94%，經(jīng)輔助人工撿拾后損失率可降低至2.39%～4.99%。

表6 切段式機(jī)收作業(yè)質(zhì)量調(diào)查結(jié)果

3.4 整稈割鋪機(jī)械收獲

整稈割鋪機(jī)械收獲采用廣西柳林廣鵬4GP-1型甘蔗割鋪機(jī)進(jìn)行機(jī)收試驗(yàn)。表7為整稈甘蔗割鋪機(jī)田間試驗(yàn)結(jié)果。

表7 整稈甘蔗割鋪機(jī)田間試驗(yàn)結(jié)果

整稈甘蔗割鋪機(jī)純作業(yè)效率為13.12 t/h，明顯小于切段式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)純作業(yè)效率(21.98 t/h)。對(duì)于甘蔗未倒伏或輕微倒伏、培土高度基本一致的蔗田，甘蔗割鋪機(jī)作業(yè)的損失率可忽略不計(jì)，含雜率與人工“一刀斬”整稈收獲接近，一般為18%～21%。按1天9 h工作時(shí)間計(jì)，甘蔗割鋪機(jī)每天用油量20.02 L，按4.7元/L，合計(jì)用油成本94.08元/d，加上機(jī)具折舊30元/d、機(jī)手200元/d、人工打捆20元/t，整稈割鋪機(jī)械收獲作業(yè)成本為23元/t。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)人工收獲、切段式聯(lián)合收獲、整稈割鋪機(jī)械收獲3種方式進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，得出：

⑴甘蔗收獲作業(yè)效率及作業(yè)成本受蔗地條件、種植農(nóng)藝、甘蔗長(zhǎng)勢(shì)、砍工水平、收割機(jī)性能穩(wěn)定性、機(jī)手操作水平等因素影響。糖廠對(duì)機(jī)收蔗日入廠量的限制嚴(yán)重影甘蔗機(jī)收作業(yè)效率。

⑵在作業(yè)效率方面，切段式聯(lián)合收獲最高，人工傳統(tǒng)收獲最低。切段式聯(lián)合收獲作業(yè)效率(31.67 t/臺(tái)·d)是人工“一刀斬”整稈收獲的(3.97 t/d)的7.98倍，是人工傳統(tǒng)收獲作業(yè)效率(1.12 t/d)的28.28倍。

⑶在作業(yè)成本方面，人工傳統(tǒng)收獲最高，整稈式割鋪機(jī)械收獲最低。切段式聯(lián)合收獲作業(yè)成本(105.62元/t)比整稈式割鋪機(jī)械收獲(23元/t)高出82.62元/t，比人工傳統(tǒng)收獲(116.07元/t)減少10.45元/t。

⑷在作業(yè)質(zhì)量方面，主要包括損失率和含雜率。對(duì)于損失率，切段式聯(lián)合收獲最高，約為7%～9%，整稈割鋪機(jī)械收獲與人工收獲類似，損失率可忽略不計(jì)；對(duì)于含雜率，整稈割鋪機(jī)械收獲和人工“一刀斬”整稈收獲最高，約為18%～21%，人工傳統(tǒng)收獲最低，約為1%，切段式聯(lián)合收獲居中，約為6%～8%。

綜上所述，要解決我國(guó)甘蔗機(jī)收瓶頸問(wèn)題，推進(jìn)糖料蔗產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在大力開(kāi)展蔗地宜機(jī)化改造、加強(qiáng)甘蔗生產(chǎn)全程機(jī)械化技術(shù)集成與農(nóng)藝配套研究、推進(jìn)實(shí)現(xiàn)機(jī)收蔗無(wú)障礙進(jìn)廠等措施的前提下[1]，要積極探索能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)整稈、剝?nèi)~、去梢去尾的機(jī)械化聯(lián)合收獲方式，綜合提高甘蔗機(jī)收作業(yè)效率、降低作業(yè)成本、提升作業(yè)質(zhì)量。