膜上開(kāi)溝栽植工藝的設(shè)計(jì)

李俊虹++任萍++李俊偉++羅昕

摘要：針對(duì)目前新疆地區(qū)育苗移栽采用的膜上打孔栽植方式存在栽植效率低、栽后膜上覆土不實(shí)等問(wèn)題，從改變穴苗栽植工藝入手，綜合對(duì)比分析裸地開(kāi)溝與膜上打孔栽植工藝，提出膜上開(kāi)溝栽植新思路，設(shè)計(jì)膜上開(kāi)溝栽植工藝，并分析基于膜上開(kāi)溝栽植的工藝特點(diǎn)及工藝難點(diǎn)，最后經(jīng)過(guò)膜上開(kāi)溝種植試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)對(duì)象（包括棵均種植時(shí)間、地膜切口間距以及秧苗長(zhǎng)勢(shì)）的考察來(lái)探究膜上開(kāi)溝栽植工藝的可行性。試驗(yàn)結(jié)果初步驗(yàn)證了膜上開(kāi)溝栽植的可行性。

關(guān)鍵詞：覆膜栽植；裸地開(kāi)溝；膜上打孔栽植；對(duì)比分析；種植試驗(yàn)

中圖分類號(hào)： S641.204文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2017）06-0204-03

番茄是新疆主要的經(jīng)濟(jì)作物，種植規(guī)模和制品出口量占全國(guó)的90%以上，占世界的30%[1]。覆膜栽植是新疆番茄種植發(fā)展的主要方式，克服了新疆干旱半干旱的氣候特點(diǎn)[2-4]。目前國(guó)內(nèi)外栽植技術(shù)主要?dú)w納為覆膜栽植與裸地開(kāi)溝栽植兩大類。新疆覆膜栽植的普遍方式為膜上打孔（別稱穴開(kāi)孔），存在的問(wèn)題主要有：（1）基于膜上打孔栽植工藝的移栽作業(yè)覆土不實(shí)，易吊苗，造成移栽苗成活率低，補(bǔ)苗作業(yè)頻繁；（2）一孔一苗作業(yè)效率低，且造成揭膜困難，致使殘膜回收效果差。而上述的問(wèn)題直接制約了新疆經(jīng)濟(jì)作物機(jī)械化育苗技術(shù)的應(yīng)用與推廣[5-6]。基于國(guó)內(nèi)外覆膜栽植、打孔栽植實(shí)例，項(xiàng)目組結(jié)合裸地開(kāi)溝栽植工藝與膜上成穴開(kāi)孔栽植工藝的技術(shù)思想，創(chuàng)新提出膜上開(kāi)溝栽植工藝方案。本研究著重對(duì)膜上開(kāi)溝栽植工藝進(jìn)行初步探索，推進(jìn)了后續(xù)研究。

1膜上開(kāi)溝栽植工藝設(shè)計(jì)

膜上開(kāi)溝栽植方式的工藝路線包括平地碎土工序、鋪設(shè)滴灌帶工序、鋪膜工序、膜邊覆土工序、膜上壓槽工序、槽內(nèi)覆土工序、分膜開(kāi)溝工序、投苗工序、回土工序和鎮(zhèn)壓工序。

1.1工序的內(nèi)容及作用

平地碎土工序是將所要種植的土地進(jìn)行平整、打破大塊土壤、破解板結(jié)土塊，使土地平整、疏松，為覆膜栽植做好前提準(zhǔn)備；鋪設(shè)滴灌帶工序是將滴灌管按照栽植模式鋪設(shè)到平整好的土地上，為種植作物的后續(xù)田間管理做好設(shè)備支持；鋪膜工序是在土地上對(duì)應(yīng)好滴灌管的位置鋪設(shè)地膜；膜邊覆土工序是在地膜兩端覆上碎土，保證地膜定位；膜上壓槽工序是在鋪好的地膜上壓出溝槽，做為苗溝；槽內(nèi)覆土工序是將碎土輸入到溝槽內(nèi)；分膜開(kāi)溝工序是用不等直徑雙圓盤栽植器將所覆土壤下面的地膜劃開(kāi)，并分開(kāi)地膜和土壤，形成苗溝；投苗工序是利用導(dǎo)苗管將穴盤苗導(dǎo)入到苗溝；回土工序是將溝槽內(nèi)所分出的土壤重新覆到溝內(nèi)；鎮(zhèn)壓工序就是將溝槽內(nèi)土壤壓實(shí)。

1.2工藝分析

1.2.1與膜上打孔對(duì)比（1）省去了膜上打孔的工序，節(jié)約了栽植時(shí)間，提高了栽植效率；（2）引進(jìn)了膜上壓槽工序和分膜開(kāi)溝工序，整合了開(kāi)溝栽植和覆膜栽植工藝。

1.2.2工藝難點(diǎn)（1）膜上壓槽時(shí)會(huì)發(fā)生地膜中間部分下陷，會(huì)不會(huì)引起地膜的兩端往中間收縮以及收縮量是關(guān)鍵問(wèn)題；（2）分膜開(kāi)溝時(shí)因地膜處于覆土之下，能不能順利將膜劃開(kāi)，地膜劃開(kāi)后地膜會(huì)不會(huì)往兩端收縮是關(guān)鍵問(wèn)題。

2基于膜上開(kāi)溝栽植工藝的種植試驗(yàn)

在分膜栽植工藝設(shè)計(jì)以及分析工藝難點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比來(lái)驗(yàn)證分膜過(guò)程中地膜是否收縮以及收縮量、地膜能否順利劃開(kāi)以及分膜栽植的高效性，并統(tǒng)計(jì)秧苗長(zhǎng)勢(shì)情況。

2.1試驗(yàn)設(shè)備和材料

本試驗(yàn)采用的主要設(shè)備和材料為鐵锨、山地自行車（胎寬為5.08 cm）、秒表、游標(biāo)卡尺，卷尺（測(cè)量范圍為0～5 m），普通白色聚乙烯超薄農(nóng)用地膜，寬度為1 m、苗齡50 d的“里格爾87-5”番茄穴盤苗，番茄苗生長(zhǎng)所需復(fù)合肥10 kg。

2.2試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.2.1試驗(yàn)主要評(píng)價(jià)指標(biāo)（1）栽植時(shí)間。高效栽植主要取決于栽植時(shí)間的長(zhǎng)短[6-7]，本試驗(yàn)的對(duì)照組和試驗(yàn)組分別為膜上打孔栽植與膜上開(kāi)溝栽植。其中，膜上打孔栽植所需的栽植時(shí)間為打孔所需時(shí)間與栽植時(shí)間之和；膜上開(kāi)溝栽植所需時(shí)間為分膜開(kāi)溝時(shí)間與栽植時(shí)間之和。

膜上打孔栽植株均所用栽植時(shí)間：

式中：t1為打出n1個(gè)穴坑所需的時(shí)間，s； t11為栽植n1棵穴盤苗所需的時(shí)間，s；n1為膜上打孔栽植株數(shù)，株；t2為同等種植長(zhǎng)度分膜開(kāi)溝所需時(shí)間，s；t22為栽植n2株穴盤苗所需時(shí)間，s；n2為分膜開(kāi)溝栽植株數(shù)，株。

（2）分膜后兩膜邊間距。分膜開(kāi)溝由于在膜上壓槽時(shí)地膜中間部分下陷，地膜兩端產(chǎn)生對(duì)中間下陷部分的拉伸力，在拉伸力的作用下地膜中間部分會(huì)被拉向兩側(cè)，用分膜后兩膜邊之間的距離來(lái)表征地膜分開(kāi)后的回彈程度。試驗(yàn)采用樣本點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，最后計(jì)算各樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)的平均值、各樣本點(diǎn)偏離均值量、方差和標(biāo)準(zhǔn)差。通過(guò)各項(xiàng)參數(shù)的大小對(duì)地膜被分開(kāi)后的回彈情況進(jìn)行評(píng)估。

式中：d為各樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)的平均值，mm；Δ為樣本點(diǎn)偏離均值量，mm；s2為各樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)的方差，mm2；σ為各樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差，mm；di為第i個(gè)樣本點(diǎn)所測(cè)得的數(shù)據(jù)，mm；n為樣本點(diǎn)的個(gè)數(shù)，個(gè)。

（3）通過(guò)調(diào)研，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用莖稈直徑、秧苗高度、葉片數(shù)量來(lái)衡量秧苗的長(zhǎng)勢(shì)情況。

2.2.2試驗(yàn)方案試驗(yàn)地點(diǎn)為石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院工廠后邊的空地，規(guī)格為5 m×6 m（圖1）。首先，人工將試驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行整地，使其平整、疏松；然后將地膜覆上，總共覆3張膜，其中兩側(cè)的2張膜為膜上開(kāi)溝栽植，中間1張膜為膜上打孔栽植；覆膜后用山地自行車在兩側(cè)地膜的中間位置分別壓出溝槽，溝槽寬度為5.08 cm，同時(shí)將土覆到溝槽內(nèi)；用雙圓盤開(kāi)溝器在溝槽內(nèi)由人工進(jìn)行分膜開(kāi)溝，并記錄由雙圓盤開(kāi)溝器分膜開(kāi)溝所需的時(shí)間；最后將穴盤苗按照株距25 cm由人工進(jìn)行溝內(nèi)栽植，并記錄時(shí)間；對(duì)于中間1張地膜，首先由人工進(jìn)行打孔，按照25 cm的栽植株距，并記錄打孔所需的時(shí)間；最后由人工進(jìn)行穴盤苗栽植，并記錄栽植時(shí)間。

試驗(yàn)過(guò)程中在分膜開(kāi)溝之后對(duì)覆土之下的地膜的分開(kāi)距離d進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)采取樣本點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，每隔50 cm選取1個(gè)樣本點(diǎn)，共取12個(gè)樣本點(diǎn)。最后計(jì)算出通過(guò)樣本點(diǎn)所測(cè)得所有數(shù)據(jù)的平均值，以平均值對(duì)地膜被分開(kāi)后的回彈程度進(jìn)行評(píng)估。

試驗(yàn)過(guò)程中，以10 d為1個(gè)周期對(duì)秧苗的長(zhǎng)勢(shì)進(jìn)行測(cè)量，衡量秧苗長(zhǎng)勢(shì)的具體指標(biāo)為莖稈直徑、秧苗高度、葉片數(shù)量。測(cè)量莖稈直徑用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量的位置統(tǒng)一為秧苗莖稈距離地面4 cm處。秧苗高度使用卷尺進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)卷尺保持豎直，以自然狀態(tài)下的秧苗最頂端位置的高度作為秧苗的高度。葉片數(shù)量的測(cè)量采用查數(shù)法，通過(guò)人工查取每株秧苗的葉片數(shù)量來(lái)計(jì)數(shù)。

為了保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在整個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)，膜上開(kāi)溝栽植的秧苗與膜上打孔栽植的秧苗采用同樣的田間管理措施，具體表現(xiàn)在相同時(shí)間和等量的澆水、施肥、除草、搭架。

3結(jié)果與分析

3.1不同栽植方式各工序所需時(shí)間

由表1分析可知，栽植同樣數(shù)量的番茄苗，膜上開(kāi)溝栽植所需要的總時(shí)間少于膜上打孔栽植所需的總時(shí)間。從栽植工序消耗時(shí)間上來(lái)看，2種栽植方式栽植相同數(shù)量的番茄苗所需的時(shí)間基本一致，但是膜上打孔栽植方式打孔所消耗的時(shí)間多于膜上開(kāi)溝栽植方式開(kāi)溝所消耗的時(shí)間。因此，平均到單株秧苗所需要消耗的栽植時(shí)間表現(xiàn)為膜上開(kāi)溝栽植所消耗的時(shí)間小于膜上打孔所消耗的時(shí)間。

3.2膜邊間距

通過(guò)對(duì)選取的樣本點(diǎn)所得數(shù)據(jù)處理（表2）可以得出，地膜被分開(kāi)后形成的2張膜邊之間的距離平均為54 mm，新疆穴盤苗培育所用的穴盤規(guī)格為30 mm×30 mm×45 mm，54 mm 的膜間寬度能夠容納基質(zhì)上端面為30 mm×30 mm的穴盤苗，兩膜之間的距離過(guò)大會(huì)導(dǎo)致后期的跑墑嚴(yán)重，影響作

物的生長(zhǎng)，兩膜之間的距離過(guò)小也會(huì)為秧苗落入兩膜之間增加難度。54 mm的寬度能夠使穴盤苗落在兩膜之間，經(jīng)過(guò)鎮(zhèn)壓能夠使兩膜之間距離縮小，使覆膜更為有效。兩膜間距基本處于50～60 mm 的范圍內(nèi)，波動(dòng)小，變化平穩(wěn)。樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)的方差為14.5，標(biāo)準(zhǔn)差為3.8 mm，同樣可以發(fā)現(xiàn)樣本數(shù)據(jù)的波動(dòng)性小，樣本數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定。

由圖2可知，膜上開(kāi)溝栽植與膜上打孔栽植所種植的秧苗平均直徑都是在前30 d迅速增大，在30～60 d增大速度變緩，但二者的增加趨勢(shì)是一致的，且二者的水平基本保持一致，在整個(gè)生長(zhǎng)階段二者莖稈平均直徑?jīng)]有較大差距。

3.4栽植方式對(duì)秧苗平均高度的影響

從秧苗平均高度對(duì)比折線圖（圖3）可以得出，膜上開(kāi)溝栽植與膜上打孔栽植所種植的秧苗在試驗(yàn)期間高度一直增加，兩者高度水平及其變化趨勢(shì)基本保持一致，且在同一時(shí)期高度無(wú)明顯差異。

3.5栽植方式對(duì)葉片數(shù)量的影響

從秧苗葉片平均數(shù)量對(duì)比折線圖（圖4）可以得出，膜上開(kāi)溝栽植與膜上打孔栽植所種植的秧苗在試驗(yàn)期內(nèi)葉片數(shù)量在不斷增加，兩者葉片數(shù)量水平及增長(zhǎng)速度趨勢(shì)基本一致，且在同一時(shí)期葉片數(shù)量無(wú)明顯差異。

由本試驗(yàn)可以得出，在分膜栽植過(guò)程中地膜能夠被分開(kāi)，分開(kāi)后的地膜兩膜邊間距平均為54 mm，能夠滿足穴盤苗正常落入兩膜之間。通過(guò)對(duì)比栽植試驗(yàn)得出膜上開(kāi)溝栽植棵均栽植時(shí)間少于膜上打孔栽植棵均栽植時(shí)間，初步顯示了膜上

開(kāi)溝栽植的高效性。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)期內(nèi)秧苗生長(zhǎng)過(guò)程中各項(xiàng)指標(biāo)的記錄統(tǒng)計(jì)與分析，得出膜上開(kāi)溝栽植與膜上打孔栽植所種植的秧苗在生長(zhǎng)過(guò)程中長(zhǎng)勢(shì)基本保持一致，同一生長(zhǎng)期各項(xiàng)指標(biāo)均無(wú)明顯差異。

4結(jié)論

基于對(duì)國(guó)內(nèi)裸地開(kāi)溝與膜上打孔栽植實(shí)例的分析與對(duì)比，提出了膜上開(kāi)溝栽植方式，并對(duì)膜上開(kāi)溝栽植方式進(jìn)行了工藝設(shè)計(jì)，并分析了工藝特點(diǎn)及工藝難點(diǎn)。針對(duì)工藝難點(diǎn)，進(jìn)行了基于膜上開(kāi)溝栽植工藝的種植試驗(yàn)，通過(guò)種植試驗(yàn)驗(yàn)證了膜上開(kāi)溝栽植方式是可行的，并論證了膜上開(kāi)溝栽植方式的高效性以及膜上開(kāi)溝栽植方式所種植的秧苗生長(zhǎng)狀況與膜上打孔栽植所種植的秧苗生長(zhǎng)狀況基本一致。本研究為基于膜上開(kāi)溝栽植工藝配套的裝置的設(shè)計(jì)及研制提供了理論分析基礎(chǔ)。

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doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2017.06.054