我國大蒜全程機械化生產現狀、問題與對策*

崔志超，劉先才，陳永生，2，管春松，楊雅婷，許斌星

(1.農業農村部南京農業機械化研究所,南京市,210014;2.江蘇現代園藝工程技術中心,江蘇鎮江,212400)

0 引言

我國是世界上最大的大蒜生產和消費國,種植面積、產量、出口量以及出口額均居世界首位,為農民增收,國家創匯做出了積極貢獻[1-2]。相對于大蒜產業的快速發展,大蒜機械化生產條件滯后成為制約大蒜產業瓶頸問題,目前大蒜生產機械化技術個別環節雖然有所突破,但全程機械化整體水平較低。隨著國家對農機裝備整體水平的轉型升級,傳統大蒜生產方式已無法滿足市場需要,推進大蒜全程機械化生產愈發顯得尤為重要,攻克大蒜正芽播種、聯合收獲、蒜薹收獲等關鍵技術,優化耕整地、田間管理、產后處理等裝備水平,完善大蒜全程機械化中的不足,實現勞動生產率提高,農民節本增收,對大蒜產業穩步發展具有促進作用[3-4]。本文通過調研了解我國大蒜產業和機械化研究現狀,分析大蒜全程機械化生產面臨的主要問題并提出對策建議,旨在為我國大蒜生產裝備的研究提供系統參考。

1 大蒜產業現狀

據農業農村部統計,近幾年全國年種植大蒜面積穩定在800 khm2左右[5]。山東、河南、江蘇是核心種植區,占全國種植面積50%以上[6-7]。山東是全國大蒜產業的領頭羊,各地市基本都有大蒜種植,有3個全國著名的大蒜種植區,近年來年大蒜種植面積約200 khm2[8]。魯西南大蒜種植區：以金鄉縣為核心的濟寧市、菏澤市大蒜種植區,面積超過133.3 khm2,其種植大蒜的品種以及種植模式基本一致[9-10]。該地區大蒜以收獲蒜頭為主,品種多為“雜交紅蒜”以及“金鄉白皮大蒜”。紅皮大蒜蒜薹產量一般在3 750～6 000 kg/hm2,蒜頭產量在15 000～21 000 kg/hm2;白皮大蒜蒜薹產量較低,約750～2 250 kg/hm2,可忽略不計,蒜頭產量16 500～22 500 kg/hm2。白皮大蒜價格較紅皮稍高,不同地區種植喜好不同。魯南大蒜種植區：以蘭陵縣為核心地的臨沂市大蒜種植區,面積約7 500 khm2[8,11]。該地區大蒜以收獲蒜薹為主,品種以“二水早”以及“蒼山大蒜”為主。“二水早”為密植型大蒜,蒜薹產量一般在15 000～19 500 kg/hm2,蒜頭產量在12 000～15 000 kg/hm2,蒜薹收獲早,價格高,經濟效益也高;蒼山大蒜蒜薹一般在12 000～15 000 kg/hm2,蒜頭產量15 000～16 500 kg/hm2,該品種蒜薹蒜頭均高產,經濟效益也很好。魯中、西北大蒜種植區：以萊蕪、聊城、濟南商河為代表的大蒜種植區,面積約13 500 khm2,該地區大蒜品種更為復雜,有“金鄉紅皮大蒜”“白皮大蒜”以及“蒼山大蒜”等[8]。

河南省大蒜種植面積30 000 khm2,主要分布在杞縣、通許、開封、中牟等地[12]。該種植區可分為早熟蒜和晚熟蒜：早熟蒜比晚熟蒜大約提前收獲20多天,量少;主要是晚熟蒜,收獲期比山東、江蘇略早幾天。

江蘇省大蒜種植面積約30 000 khm2,可分為邳州、鹽城2大種植區,二個區域的種植模式略有差異[13]。邳州大蒜種植區：以邳州市為核心地的徐州大蒜種植區,面積15 000 khm2,占江蘇省大蒜總面積近七成,大蒜以收獲蒜頭為主,品種多為雜交紅蒜以及金鄉白皮大蒜。鹽城大蒜種植區：主要包括射陽和大豐兩個縣,該地區大蒜以收獲鮮蒜頭為主,也是蒜薹專業化產區,蒜薹產量一般在6 000～9 000 kg/hm2不等,鮮蒜頭產量在15 000～22 500 kg/hm2左右。

2 大蒜主要種植模式

大蒜的播種期因地區和品種而異,可分為秋播和春播。以北緯35°～38°為大蒜春播和秋播的分界線,北緯35°以南地區冬季不太寒冷,大蒜幼苗可自然露地越冬,多以秋播為主,來年初夏收獲。北緯38°以北或高海拔地區,冬季嚴寒,幼苗不能安全越冬,秋播易遭凍害,宜在早春播種,夏中或夏末收獲。北緯35°～38°之間的地區春、秋播均可。雖然各地的具體播種期千差萬別,但春播時的日平均溫度一般在3 ℃～6 ℃之間;秋播時的日平均溫度約在20 ℃～22 ℃之間。春播大蒜的生育期,尤其是幼苗生長期比秋播大蒜顯著縮短,所以應盡量早播,以滿足發育過程中對低溫的要求,使大蒜抽苔、分瓣。如春播過晚,勢必影響產品的形成,降低產量。

大蒜生產流程如圖1所示。

圖1 大蒜主要生產流程Fig.1 Main production process of garlic

1) 壟(畦)型：大蒜是好水性植物,種植有露地平作,也有起壟或作畦,以便于田間管理時人機作業。一般缺水地區作畦,豐水地區起壟。各地因為種植習慣不同,壟或畦寬度、高度并不一致,并無特殊農藝上的要求。盡管壟畦型各種各樣,然而在一定區域內,行株距的范圍是大致統一的。確定行株距的習慣一是密植高產,二是為套種作物預留合理種植行距。

2) 定植：蘇魯豫大蒜主要栽培模式為秋播大蒜。秋播大蒜需要經過冬季,生長期長。9月底10月初是集中種植時間,播種作業期10 d以上。播期主要作業環節包括：整地—播種—噴除草劑—澆水—覆膜,播完到覆膜周期需一周左右。定植密度通常45～52.5萬株/hm2,部分品種可以達75萬株/hm2。常見行距：180～220 mm;株距：80～180 mm。也有間作套種選擇寬窄行(如射陽：150 mm-300 mm-150 mm-300 mm)。有起壟、也有不起壟。灌溉一般為漫灌,少數采用噴灌。

3) 覆膜：種植習慣上,大蒜播種期有覆膜和不覆膜之分。覆膜有利于增加產量,使收獲期提前,兼有壓制雜草生長功能,目前多數地區已習慣覆膜種植。據金正大公司在山東蘭陵種植實驗,對比不覆膜,覆膜后抽薹提前6～10 d;蒜頭成熟提前5～8 d;蒜薹增產55.35%;蒜頭增產44.8%。

4) 收獲：收獲期一般為10 d,晚蒜品種干銷為主、產量高,5月20日開始收獲,月底結束。開封地區早蒜品種4月20左右開始收獲,收獲期10 d左右,鮮銷為主,產量略小,但銷售價格較高。人工收獲作業環節主要包括：挖拔—晾曬—剪莖去胡—收集裝袋—運送—收集處理秸稈及殘膜。

5) 輪茬套種：大蒜通常與其他作物輪作,不同地區輪作作物不同。輪茬并需套作作物常見的有玉米、辣椒、棉花、花生等。種植戶基于經濟效益考慮,80%～90%采取套作方式,給推廣機械化收獲造成很大困難。

3 大蒜全程機械化現狀

我國大蒜機械化總體水平較低。整地、植保、灌溉、施肥、運輸等環節機械化作業因為機械設備的通用性和使用率高,目前已達到較高水平;播種機械化有較快發展,機械裝備也日漸成熟,規模種植戶使用率較高;大蒜全程機械化瓶頸是蒜頭田間收獲、蒜頭莖胡整理、蒜頭干燥及蒜薹田間收獲四個環節。從生產成本分析,近年來人工費用絕對值和相對比例逐年增長,規模種植戶在收獲季節無工可雇傭已成為常態,尤其是人工收獲方式中的收獲環節人工費用一般占生產全程人工費用的50%。實現機械完全替代人工收獲,是大蒜機械化發展的重點和難點。

3.1 大蒜播種機械

大蒜播種方式可以分人工播種和機械播種,機械播種又分正芽(蒜種芽尖朝上)播種和隨機性播種兩類[14]。正芽播種一直是困擾廣大科研工作者的難題,崔志超等[15]運用大蒜弓背特征,基于多層弧形料斗+鴨嘴直立栽插的原理,設計了牽引式大蒜播種機,機具作業速度在0.5～0.9 km/h時立直率95%以上;崔榮江等[16]運用大蒜芽尖特征設計了弧形開口換向器,結合鴨嘴式栽植器,實現正芽率90%以上;侯加林等[17]基于圖像識別與正芽方法設計了試驗臺,正芽率90.56%。實際生產中,選擇正芽播種還是隨機性播種,取決于種植戶對分別使用兩類機械投資收益水平及后期生長差異的經驗性比較。

由于正芽播種機對蒜種形態一致性要求較高,而大多數實際使用蒜種外形、大小差異性顯著,加之整地質量不高的影響,正芽播種機往往難以達到預期的正芽效果,種植戶對價格偏高的正芽播種機接受度較低;比較而言、隨機性播種機具有購機費用低、種子預處理要求低、操作輕簡易上手、田塊適應性好的優勢,易被中小種植戶接受。據調查,目前機械化播種中采用隨機性播種機比例占80%以上。

據現有研究和種植戶反映,同等田間管理條件下,正芽播種導致大蒜前期生長發育整齊,蒜頭、蒜薹的優品比率較高。雖然采用正芽播種和隨機性播種使大蒜品質、產量或有差異,但是對于種植戶總體經濟效益的影響并不顯著[18-19]。

大蒜機械化播種節本增效十分顯著,近幾年機械化播種率正快速提升,部分主產區播種機械化水平已經接近70%。調研了不同產區的10個大蒜種植基地,結果表明：人工播種效率是0.026～0.033 hm2/d,人工播種費用3 000～6 000元/hm2(不同地區人工成本差距導致人工播種費用存有差異);6～10行正芽播種機(瑪利亞系列及同類機型)效率是1.33～1.66 hm2/d,8行左右隨機性播種機(得易播系列及同類機型)效率是1.67～2.67 hm2/d,在當季機械10 d滿負荷作業情況下,正芽機械播種綜合費用不超過人工播種費用1/2,隨機性機械播種綜合費用通常只有人工費用的1/4～1/3。

3.2 蒜頭收獲機械

蒜頭收獲分人工收獲、半機械化收獲和機械化收獲。

人工收獲使用工具是挖蒜鏟、剪莖剪胡的剪刀或小鍘刀。采用手工夾持作業方式的臺式電動剪胡機盡管存安全隱患,也有大量使用。挖掘和剪莖剪胡裝袋可同日進行,也可田間帶莖稈晾曬蒜頭1～2 d后分段作業。

半機械化收獲方式是采用機械挖掘,有的機械挖掘同時完成剪莖,再人工剪莖去胡后裝袋,完成收獲作業。大蒜聯合收獲機目前處于試用階段,實際應用面積不大,聯合收獲機械推廣進展緩慢有種植模式不適應和機械性能不完善雙方面原因。現有聯合收獲機開發的技術路徑有夾持式收獲和挖掘式收獲兩種[20-22]。其中,夾持式收獲作業主要包括“松土夾秧—拔蒜輸送—剪秧去胡—蒜頭集裝—運輸車離田”過程;挖掘式收獲包括“剪秧—挖掘—蒜土篩分—蒜頭集裝—運輸車離田”過程。李超[23]研發了手扶式大蒜夾持收獲機,可實現夾拔、切秧、切胡等功能,收獲成功率98%左右;于昭洋等[24]基于挖掘鏟+夾持鏈,設計了組合式大蒜聯合收獲機,實現鏟出、夾送、切秧、收集功能,傷蒜率在2.78%左右。

國內目前針對蒜頭收獲已經開發的幾種聯合收獲機多采用夾持方式收獲。夾持式收獲機關鍵機構是“夾”,優點是機械傷蒜輕、剪莖合格率較高。缺點是在蒜秧不完整情況下將出現較高漏夾漏收率,因為一般天氣條件下,覆膜大蒜在5月中下旬收獲,這時植株葉片大部分已經枯干,假莖變軟,若主桿枯萎,對夾持式收獲不利。夾持式收獲機需要較高的莖稈完好率,收獲宜早不宜遲。

挖掘式聯合收獲機較夾持式聯合收獲機理論上作業效率更高,機械結構相對簡單,是大蒜聯合收獲機開發值得重視的方向。

國際上根莖類聯合收獲機對于收土豆、胡蘿卜等已有相當成熟技術裝備,國內大蒜挖掘機加人工撿拾模式在實際生產中已有較高的普及率。因此,在土壤性狀合適條件下,通過“清膜、剪莖、挖掘、篩分、裝袋、運輸”,實現蒜頭一次性收獲在技術上是完全可行的。

挖掘式聯合收獲機關鍵機構是“篩”,實現已去莖蒜頭與土壤有效分分離。該方式優點是對大蒜收獲期莖稈性狀沒有要求,缺點是對土壤要求高,在黏土和土壤含水量過高時篩分效果不好。另外,蒜土篩分過程中易撞擊碰擦傷蒜,留莖長度可能合格率不高,莖稈再次整理工作量大等。

為獲得挖掘式聯合收獲機較佳收獲效果,要做好農機農藝融合,例如進行耕地前期精整、改良土壤性狀。另外,殘余地膜對于篩分效果會有影響,可用機械或人工方法進行清理。

調查對比大蒜人工收獲與機械收獲的成本與效率,大致結論如下。

人工收獲作業包括挖掘、剪胡剪莖與蒜頭裝袋環節,一般效率為0.026 hm2/d,費用通常12 000～15 000元/hm2,視勞動力供給情況或有波動。

半機械化收獲作業模式比較普遍,主要是挖掘和剪莖使用專用機械或根莖類蔬菜兼用型挖掘機(有的機械僅完成挖掘),其余仍由人工完成。這種收獲模式與全人工作業模式比較,能顯著降低挖掘勞動強度,工效略有提高,但增效節本并不明顯。

聯合收獲機收獲模式目前仍在試用階段,沒有大面積使用相關數據。據豐縣、金鄉縣夾持式6行以上自走式聯合收獲機樣機小面積試用結果推演,如機械化收獲達到設計性能并完成當季作業總量13.33 hm2(日均1.33 hm2)以上,預期綜合收獲成本可控制在9 000元/hm2以下。

正是由于機械化聯合收獲模式預期綜合效率不低于純人工效率15倍,收獲成本較純人工收獲降低25%以上的誘人前景,我們認為開發先進適用的高效大蒜聯合收獲機是當務之急。

3.3 蒜薹收獲機械

蒜薹是大蒜植株上抽出的花莖,作為一種傳統特色蔬菜,是大蒜產業的主要產品之一。蒜薹采收是大蒜生產中常有的作業環節,其季節性強,收獲時間短而集中。長期以來,蒜農主要依靠手工方式或簡易工具抽取蒜薹,作業效率低,勞動強度大,生產成本高,采收質量參差不齊難以保障,蒜薹及蒜頭產量、質量均受到嚴重制約[25]。近年來,蒜薹采收人費用本甚至占生產成本八成,受人工費用增長和勞動力短缺制約,部分地區甚至放棄蒜薹收獲。

由于蒜薹采收時既要不重傷蒜莖,使蒜頭后期生長不受影響,又要將蒜薹較完整取出,機械化作業難度較大,耿令新等[26]基于人工抽薹原理設計了具有劃莖夾薹功能的蒜薹收獲機,試驗抽薹成功率89.1%,損傷率20.55%;劉龍[27]設計了一種具有針扎和抽拔功能的電動蒜薹收獲機,試驗成功率僅16%,關于蒜薹收獲機械目前還停留在研究試驗階段,期待有實質性的技術突破。

4 大蒜全程機械化發展主要問題

大蒜全程機械化是一個系統工程,其障礙不僅限于機械技術,還受到經營規模、種植模式的制約。與之相比,機械化自身的技術難點或不是癥結所在。

4.1 種植規模小

種植戶規模化經營是大蒜生產全程機械化的基本前提,建立在兼業農戶和分散小農戶基礎上的機械化生產是不可能實現的。目前經營規模0.2～0.53 hm2小農戶占經營面積比重在90%以上,10 hm2以上的種植大戶并不多,農機裝備如投資在10萬元以上對于小農戶則不具有機械化的規模經濟性。對于10 hm2以上大規模經營戶,機械化替代人工效益則十分顯著,建議政府做好主產區產業帶規劃,引導蒜農土地流轉相對集中經營、推廣專業化標準化生產、并發展以機械化為主導的社會化服務合作社,同時還要加大機械購置補貼。

4.2 種植模式與規范不統一

大蒜套種種植模式采用比例太高,是推進大蒜全程機械化的重大難題。據蘇、魯、豫等主產區調查,大蒜與其他連茬作物如辣椒、玉米、棉花、花生等等套種,導致收獲機無法下地,全程機械化無從下手。另外,起壟、作畦規格不統一,或采取寬窄行形式種植,也不便于播種、收獲及田間管理機械的系列化定型。金鄉縣、邳州市、杞縣等大蒜主產區近年來分別制定了大蒜全程機械化種植模式與技術規范,并進行試驗示范推廣,已經收到一定效果。目前,全國性的機械化種植模式與規范仍然缺乏,需要跨區域進行農機農藝大融合,從制種、種植、到商品初加工形態,提出共性的技術標準。

4.3 機械性能與效率低下

大蒜全程機械化要做到有機可用、有機好用。當前,機械設備供給與生產需求還有很大缺口。首先,正芽播種機需要適應不同類型的種子,蒜種的正芽技術還有待完善;其次,蒜薹收獲難題至今沒有解決,需要機械技術或生產模式上有所創新;第三、蒜頭的機械損傷機理缺乏深入研究,不利于從機收環節降低蒜頭損傷率;第四、推行聯合收獲機,需要改變蒜頭田間干燥傳統做法,開發與之配套的蒜頭輕簡節能低成本干燥技術及其操作標準。

5 促進大蒜全程機械化的對策建議

5.1 推廣宜機化種植模式

推廣宜機化種植模式一是要引導蒜農土地流轉集中,推進種植戶的規模化經營;二是為了便于機械化播種及機械化收獲,在全國主產區推廣大蒜非套作的種植模式;三是開展耕地宜機化改造,完善機耕路規劃建設、小田塊并大田塊、避免插花地種植。

5.2 制定主產區通用的機械化種植規范

在種植模式規范化基礎上,要對整地起壟、播種覆膜、收獲機械的系列作業進行標準和配套統一。鑒于收獲環節是全程機械化的核心和重心,建議兼顧收獲機單機價格與單機作業效率兩個主要因素,制定適合收獲機的壟寬系列標準,例可以以壟寬1.5 m、一壟6行種植為基本型,以作為國內通用型大蒜收獲機及播種機及其他有關田間作業機具的開發制造依據。

5.3 完善聯合收獲成套的技術與裝備

發展大蒜聯合機收獲是替代人工、提高效率、降低成本的必由之路。需要繼續支持產學研開發完善夾持式聯合收獲機、掘式聯合收獲機、試驗優化輕簡高效烘干技術、探索蒜苗收獲技術裝備。

5.4 抓好基地建設示范推廣

從農業生產實際和農村經濟發展階段看,我國大蒜全程機械化是個漸進過程,不可一蹴而就。必須由政府主導建立標準化全程機械化示范基地,先行先試,以帶動大蒜主產區全程機械化漸次發展。政府要從種植戶購機補貼、機械作業補貼、技術技能培訓等方面對大蒜機械化進行大力扶持。要提升農機作業的社會化服務水平,大力推廣“農業機械+綜合農事”服務中心,以解決中小種植戶配置大型高效機械后面臨經營規模不經濟的矛盾。