苔麩機(jī)械化裝備發(fā)展現(xiàn)狀及國際合作建議

王 博， 尚小龍， 馬 騰

（1. 中工國際工程股份有限公司，北京 100080； 2. 中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，北京 100083）

0 引言

苔麩（Teff）是一種生長在高原地帶的禾本科作物。作為埃塞俄比亞6 大主糧（大麥、小麥、谷子、高粱、玉米、苔麩）之一，苔麩在埃塞俄比亞廣泛種植，其種植面積達(dá)300 萬hm2，有近5 000 萬人以苔麩為重要食物來源[1-2]。目前，苔麩生產(chǎn)仍然延續(xù)傳統(tǒng)農(nóng)耕模式，勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低，機(jī)械化生產(chǎn)迫在眉睫。

1 苔麩種植條件及發(fā)展需求

苔麩又被稱為“埃塞俄比亞畫眉草”，據(jù)史料記載，早在公元前1 000 年前埃塞俄比亞北部已有廣泛種植，19 世紀(jì)初傳至其他國家。苔麩籽粒長0.9～1.7 mm，寬0.7～1.0 mm，千粒質(zhì)量約0.3 g，150 顆籽粒體積與1 粒小麥相當(dāng)。目前，作為主要糧食作物，苔麩除在埃塞俄比亞、厄立特里亞廣泛種植外，在美國、澳大利亞、印度、肯尼亞、南非等國也有種植。

研究表明，苔麩營養(yǎng)成分均衡，含8 種必需氨基酸及膳食纖維和多種礦物質(zhì)，其鈣含量是小麥的6 倍，鐵含量約為小麥的2 倍，近年來受到了食品研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注[1]。除籽粒外，苔麩秸稈茸柔綿軟，蛋白質(zhì)含量高，營養(yǎng)均衡，適口性好，是優(yōu)良動物飼草來源。

從生長條件看，苔麩主要生長在海拔1 500～2 300 m的高原地區(qū)，年降水量750～850 mm、生育期降水量450～550 mm、溫度10～27 ℃的條件即可滿足生長需求，一般在7?8 月播種，10?12 月收獲，傳統(tǒng)耕作平均產(chǎn)量為890 kg/hm2[2]。苔麩特性與雜草類似，耐瘠薄、澇漬和干旱，抗逆性強(qiáng)、適應(yīng)性廣，大部分地區(qū)一年一熟。現(xiàn)有種植方式以撒播為主，種植密度大、株行距小、易倒伏，人工除草困難。

2 苔麩機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)顯示，非洲農(nóng)業(yè)機(jī)械化尚處于初級階段。受限于非洲地區(qū)種植條件和技術(shù)水平，目前苔麩生產(chǎn)過程仍然以人工和畜力作業(yè)為主，機(jī)械化水平是限制苔麩規(guī)模化生產(chǎn)的主要障礙[3-4]。

近些年，為了增加苔麩產(chǎn)量、減少倒伏現(xiàn)象，埃塞俄比亞農(nóng)業(yè)部門經(jīng)過不斷研究，提出了苔麩條播種植方式，并開展了相關(guān)裝備的研制工作。從播種機(jī)研究情況看，埃塞俄比亞國內(nèi)設(shè)備以人畜力為主，設(shè)備本身存在地輪粘土、無排種器或排種器精度較低等問題，排種均勻性差、缺苗斷壟現(xiàn)象嚴(yán)重；進(jìn)口設(shè)備存在地輪粘土、排種器性能不穩(wěn)定、機(jī)型較大等問題，在黏性土壤條件下無法推廣使用[5]。

為幫助非洲提高苔麩生產(chǎn)機(jī)械化水平，2015 年蓋茨基金會、中國科技部、中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院（以下簡稱中國農(nóng)機(jī)院）共同出資，啟動了“埃塞俄比亞苔麩小型機(jī)械發(fā)展項目”，該項目致力于埃塞俄比亞苔麩種植的土壤條件和農(nóng)藝特點(diǎn)，從耕整地、播種到收割脫粒等方面，提出苔麩機(jī)械化種植技術(shù)方案。2017 年12 月，由中國農(nóng)機(jī)院研制的苔麩施肥播種機(jī)、苔麩聯(lián)合收割機(jī)、苔麩脫粒清選機(jī)正式亮相埃塞俄比亞亞的斯亞貝巴，代表了苔麩生產(chǎn)全程機(jī)械化最高技術(shù)與裝備水平。

2.1 苔麩施肥播種機(jī)

充分利用種肥兼施技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了不同土壤條件下種肥合理配比，對預(yù)防中后期倒伏、提高產(chǎn)量起到了關(guān)鍵作用。苔麩施肥播種機(jī)采用牽引式結(jié)構(gòu)，主要由排種器、開溝器和PLC 控制器等關(guān)鍵部件組成。播種機(jī)工作時，首先通過懸掛架與拖拉機(jī)懸掛裝置連接，在人機(jī)交互界面中設(shè)定播種量、拖拉機(jī)地輪直徑和轉(zhuǎn)速傳感器檢測點(diǎn)數(shù)；PLC 控制器根據(jù)安裝轉(zhuǎn)速傳感器的拖拉機(jī)地輪直徑和轉(zhuǎn)速傳感器檢測點(diǎn)數(shù)處理得到拖拉機(jī)前進(jìn)速度，并通過速度信號和人機(jī)界面中設(shè)定的播種量分析得到排種軸轉(zhuǎn)速，將轉(zhuǎn)速信號傳輸?shù)津?qū)動器控制伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)動，通過排種軸帶動排種輪將種子精少量排出；采用單圓盤開溝器完成開溝破土，種子和肥料分別落在種溝內(nèi)，實(shí)現(xiàn)苔麩精少量施肥播種。田間試驗(yàn)株距分布統(tǒng)計結(jié)果表明，苗株數(shù)約1 700 萬株/hm2，田間播種均勻性變異系數(shù)20.4%，能夠滿足苔麩在黑黏土、壤土和砂壤土種植環(huán)境下的農(nóng)藝要求[5]。

2.2 苔麩聯(lián)合收割機(jī)

苔麩聯(lián)合收割機(jī)采用履帶自走式結(jié)構(gòu)，整體設(shè)計包括行走底盤和割臺裝置、第1 輸禾裝置及脫粒裝置，行走底盤上設(shè)有清選裝置，用于分離脫粒后的籽粒穎殼。割臺裝置包括割臺、撥禾輪和第2 輸禾裝置。第2 輸禾裝置位于割臺中，且喂入口與第1 輸禾裝置連接。撥禾輪包括撥禾輪架和偏心回轉(zhuǎn)架，撥禾輪架通過一升降裝置設(shè)置在割臺的上部，偏心回轉(zhuǎn)架設(shè)置在撥禾輪架的兩端內(nèi)側(cè)。偏心回轉(zhuǎn)架的中部設(shè)有偏心旋轉(zhuǎn)軸，偏心回轉(zhuǎn)架上設(shè)有多個沿其圓周分布的撥禾軸，撥禾軸上間隔設(shè)置有若干個角度可調(diào)的撥禾彈齒[6]。該設(shè)備的雙輸禾裝置設(shè)計極大地增強(qiáng)倒伏苔麩收獲能力，能夠一次性完成收割與脫粒、清選的聯(lián)合作業(yè)，極大提高了生產(chǎn)效率。苔麩聯(lián)合收割機(jī)如圖1 所示。

圖1 苔麩聯(lián)合收割機(jī)Fig. 1 Teff combine harvester

2.3 清選設(shè)備

由于苔麩籽粒細(xì)小，單次脫粒清選得到的苔麩含雜率高，一般很難達(dá)到潔凈率要求，因此在普遍采用的振動篩式清選機(jī)設(shè)計上，采用二次清選，設(shè)計上采用電機(jī)驅(qū)動，振動篩的振動頻率和傾斜角度可根據(jù)清選需求調(diào)節(jié)。苔麩清選機(jī)如圖2 所示。

圖2 苔麩清選機(jī)Fig. 2 Teff cleaning machine

3 存在的問題

機(jī)械化是提高苔麩生產(chǎn)效率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收的重要手段之一，但由于缺乏有效工具，絕大部分地區(qū)的苔麩生產(chǎn)依然停留在牛耕、人撒、鐮割、腳踩、驢運(yùn)的落后生產(chǎn)階段，機(jī)械化生產(chǎn)推廣普及仍然面臨較大基礎(chǔ)障礙。

3.1 當(dāng)?shù)毓I(yè)基礎(chǔ)薄弱，無法支撐相關(guān)本土轉(zhuǎn)化

非洲只有少數(shù)國家具備生產(chǎn)和裝配農(nóng)機(jī)的能力，大部分農(nóng)機(jī)都依靠國外進(jìn)口[7-9]。總體來看，現(xiàn)有工業(yè)基礎(chǔ)無法支撐農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)的消化吸收和生產(chǎn)制造，嚴(yán)重制約農(nóng)業(yè)機(jī)械化與現(xiàn)代化進(jìn)程，農(nóng)業(yè)機(jī)械短缺成為制約苔麩種植業(yè)發(fā)展的一個主要原因。

3.2 分散經(jīng)營模式阻礙了生產(chǎn)與技術(shù)之間的有效聯(lián)系

農(nóng)業(yè)是埃塞俄比亞國民經(jīng)濟(jì)的支柱，但農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以小農(nóng)耕種為主，耕作方式落后，灌溉面積小，抵御自然災(zāi)害能力較差[7]。目前，埃塞俄比亞部分農(nóng)戶的小規(guī)模、分散化經(jīng)營在一定程度上導(dǎo)致農(nóng)戶與市場、生產(chǎn)與技術(shù)、政府與農(nóng)民之間缺乏有效聯(lián)系，制約了農(nóng)業(yè)專業(yè)化、規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展[8]。

非洲農(nóng)業(yè)組織分布廣、規(guī)模小、粗放程度高，嚴(yán)重降低生產(chǎn)效率，加上地塊不平整、機(jī)耕道路不完善、缺乏電力等諸多因素，使農(nóng)機(jī)的推廣使用受到極大限制[9]。與此同時，由于缺乏基礎(chǔ)的農(nóng)業(yè)機(jī)械使用、維修專業(yè)人員，苔麩生產(chǎn)裝備的普及應(yīng)用同樣面臨極大挑戰(zhàn)。

4 苔麩機(jī)械化國際化發(fā)展建議

苔麩食物屬性獨(dú)特、營養(yǎng)物質(zhì)均衡，已經(jīng)成為全球備受關(guān)注的功能性食品和動物飼草料來源，其機(jī)械化生產(chǎn)水平的高低，不僅事關(guān)埃塞俄比亞和厄立特里亞兩國的糧食安全，更影響其作為良好食物來源的全球性推廣，推進(jìn)苔麩機(jī)械化事業(yè)發(fā)展意義重大。

4.1 積極推動“機(jī)藝”融合

單戶種植規(guī)模小、農(nóng)機(jī)人才匱乏、設(shè)備購買力弱是世界苔麩主產(chǎn)區(qū)的最主要特征，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民思想傳統(tǒng)保守，糧食耕作與生產(chǎn)技術(shù)落后，普遍仍采取刀耕火種、靠天吃飯的耕種方式。

中國農(nóng)機(jī)企業(yè)要充分考慮當(dāng)?shù)剞r(nóng)耕系統(tǒng)、農(nóng)場規(guī)模、市場、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展等問題，根據(jù)非洲農(nóng)機(jī)產(chǎn)品市場“中小功率、操作簡單且性價比高”的需求特點(diǎn)，仔細(xì)分析當(dāng)?shù)赝寥罈l件、種植模式、拖拉機(jī)動力/電力/畜力匹配情況，結(jié)合苔麩條播農(nóng)藝要求，以牧草、芝麻等國內(nèi)成熟農(nóng)牧業(yè)裝備技術(shù)為基礎(chǔ)，率先研發(fā)推廣苔麩條播機(jī)、清選機(jī)、噴霧機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)等小型農(nóng)機(jī)具產(chǎn)品，以適應(yīng)當(dāng)?shù)噩F(xiàn)實(shí)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要[9]。產(chǎn)品設(shè)計上，要摒棄小型農(nóng)機(jī)等同于低次品的傳統(tǒng)觀念，嚴(yán)格控制產(chǎn)品成本，切實(shí)提高設(shè)備的可靠性、耐用性、便捷性，以更好應(yīng)對當(dāng)?shù)剞r(nóng)機(jī)人員缺乏的現(xiàn)實(shí)情況，初步建立良好品牌形象。

4.2 發(fā)揮援非示范農(nóng)場案例作用

中國對埃塞俄比亞農(nóng)業(yè)援助的類型較發(fā)達(dá)國家和地區(qū)豐富，包括無償援助（無償資金援助、無償物資設(shè)備援助及無償項目援助等）、無息貸款等無償性援助，優(yōu)惠貸款等有償性援助，還包括農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施及示范農(nóng)場、農(nóng)業(yè)技術(shù)示范中心、技術(shù)合作項目，專家技術(shù)援助、農(nóng)業(yè)職業(yè)教育項目、能力建設(shè)等開發(fā)性援助等[10]。農(nóng)機(jī)產(chǎn)品一直以來都是中國對非農(nóng)業(yè)援助和投資的主要物資，也是推動非洲農(nóng)業(yè)機(jī)械化和現(xiàn)代化的重要因素。苔麩設(shè)備企業(yè)應(yīng)積極跟蹤并充分利用對非援助項目，通過參與國家設(shè)備無償援助、農(nóng)業(yè)示范中心建設(shè)、農(nóng)技職業(yè)教育等積極開展示范應(yīng)用，同時積極培養(yǎng)精通農(nóng)機(jī)技術(shù)和多國語言文化的專門人才，解決交流溝通過程中的語言障礙，強(qiáng)化農(nóng)機(jī)技術(shù)推廣與服務(wù)能力，加快苔麩機(jī)械化裝備普及應(yīng)用。

4.3 探索本地化合作建廠和良種引進(jìn)試驗(yàn)項目

一方面，從埃塞俄比亞當(dāng)前農(nóng)機(jī)工業(yè)基礎(chǔ)來看，當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有的技術(shù)資源難以較快承接苔麩生產(chǎn)技術(shù)裝備的吸收轉(zhuǎn)化，為此，相關(guān)企業(yè)應(yīng)該通過中國政府援助、與當(dāng)?shù)仄髽I(yè)合資建廠等模式，努力實(shí)現(xiàn)技術(shù)本土化進(jìn)程。

另一方面，由于苔麩籽料良好的食物特性和秸稈飼料特性，相關(guān)企業(yè)可以深入研究種源引進(jìn)培育的可能性，在我國西部高原地區(qū)開展規(guī)模種植，豐富糧食及飼料品類。以此，實(shí)現(xiàn)苔麩生產(chǎn)裝備的本土化研發(fā)、試驗(yàn)及應(yīng)用。

2018 年10 月，聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織與非盟共同發(fā)布了《可持續(xù)農(nóng)業(yè)機(jī)械化：非洲框架》，該框架指出，成功的國家機(jī)械化戰(zhàn)略有助于解決關(guān)鍵的可持續(xù)問題。近些年，非盟和一些非洲國家相繼出臺了一些推動農(nóng)業(yè)機(jī)械化的頂層設(shè)計和政策舉措，為加快實(shí)施農(nóng)業(yè)機(jī)械化提供了支持，在很多非洲國家加大了機(jī)械化生產(chǎn)步伐，更適應(yīng)非洲當(dāng)?shù)厣a(chǎn)條件的中國農(nóng)機(jī)扮演了重要角色。根據(jù)國際經(jīng)驗(yàn)，很多國家政府在多樣化補(bǔ)貼政策支持下，農(nóng)業(yè)機(jī)械化得到較快發(fā)展[11]。但整體上，缺乏財政支持（政府撥款/補(bǔ)貼/社會資本貸款）是阻礙非洲農(nóng)業(yè)機(jī)械化進(jìn)程的一個重要因素，相關(guān)企業(yè)應(yīng)深入研究苔麩主產(chǎn)區(qū)的農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼政策，積極推介中國農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼政策的成功經(jīng)驗(yàn)，幫助非洲完善農(nóng)機(jī)市場發(fā)展環(huán)境，提高農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)投資吸引力，進(jìn)而推進(jìn)苔麩生產(chǎn)機(jī)械化進(jìn)程。

5 結(jié)束語

苔麩作為一種世界稀有的禾本科作物，其作物屬性獨(dú)特、營養(yǎng)物質(zhì)均衡，具備良好的籽粒食物和秸稈飼料特性，是埃塞俄比亞、厄立特里亞兩國主要糧食作物之一，與此同時，廣受美國、澳大利亞、印度等國關(guān)注，但受限于非洲主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展水平，苔麩生產(chǎn)裝備研發(fā)、推廣尚處于初級階段。

在中國科技部、蓋茨基金會的支持下，中國農(nóng)機(jī)院研發(fā)的苔麩施肥播種機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)、清選機(jī)處于領(lǐng)先水平。為進(jìn)一步推進(jìn)相關(guān)科技項目落地，建議國內(nèi)相關(guān)企業(yè)，積極踐行《中非合作2035 年愿景》和“一帶一路”倡議，以“機(jī)藝”融合為重點(diǎn)，充分利用對非農(nóng)業(yè)和農(nóng)村發(fā)展援助機(jī)制，在充分尊重產(chǎn)區(qū)農(nóng)耕文化、理解產(chǎn)區(qū)技術(shù)基礎(chǔ)、了解產(chǎn)區(qū)技術(shù)能力基礎(chǔ)上，針對當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展階段，通過設(shè)備援助、試驗(yàn)示范、職業(yè)教育和合資建廠等方式，推動相關(guān)技術(shù)本土化落地，同時積極推薦中國農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼政策發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，為苔麩產(chǎn)區(qū)提供全程機(jī)械化解決方案，有效幫助受援國改善民生，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)自主發(fā)展能力。與此同時，探索苔麩種源引進(jìn)培育方式，豐富我國糧食及飼料品類。