丘陵山区烤烟产业机械化发展现状与趋势

2022-04-21姜铖汤颖力胡陈君黄海龙朱冉志张丹丹

农业开发与装备 2022年3期

姜铖，汤颖力，胡陈君，黄海龙，朱冉志，张丹丹

（1.宜宾市农业科学院，四川宜宾 644000；2.四川省烟草公司宜宾市公司，四川宜宾 644000）

0 引言

乡村振兴需要烤烟产业为其添砖加瓦，为推动烤烟产业又好又快发展，国家出台相关政策。2020年全国烟叶工作会议指出：推动转型升级，加快建设现代烟草农业。加快烟叶生产作业方式转型升级，提升烟叶生产机械化装备水平，加大烟田宜机化改造力度，实现农机与农艺有机融合，向高效作业、轻松种烟迈进[1]。丘陵山区烤烟产业受地理位置限制，存在机械投入不足、机械化服务体系薄弱、配套设施不完善、农机与农艺融合性不高、机械设备实用性不强等问题。

烤烟作为主要的烟叶品种，其机械化生产对财政创收和烟农增收，以及现代化烟草业发展有重大意义。加大对丘陵地区烤烟全程机械化程度研究力度，了解烤烟机械化存在的问题，解决烤烟全程机械化关键技术难题，实现“减工、降本、增效”目标。

1 烤烟产业全程机械化现状

由于烤烟种植区域多为丘陵、山区，因此在推进全程机械化上存在较大的难度。发达国家对烤烟产业机械研究大多适用于平原地区，发展中国家由于工业基础和经济发展的原因，无法进行规模化、持续性地研究。导致目前烤烟产业机械化程度较低，全程机械化中很多环节的所需设备仍处于样机或概念阶段。

1.1 育苗环节

目前丘陵地区采用“湿润育苗+滴灌”技术，可有效解决每个滴盘不均匀出水问题，实现精准灌溉与施肥。

1.2 土地耕整环节

土地耕作机具使用根据地块大小及坡度情况确定。土块面积较大，中小型拖拉机能去的较平地块采用轮式拖拉机挂载旋耕刀或犁铧进行旋耕或深翻，较陡的地块采用履带式拖拉机挂载旋耕刀或犁铧进行旋耕或深翻。较窄、较陡地块基本采用微型耕作机进行土地翻耕旋耕。

丘陵山区，基本采用微耕机。其效率低，一天仅耕作0.07～0.13 hm2土地，且因坡度陡问题，机具不易操作，上坡耕地机具易下滑伤人，下坡耕地人工需施用更大的力压住机具，若横向操作存在倾翻危险且耕作深度不一。现土地耕作深度仅15 cm左右，未有深耕深翻，土壤存在病虫害问题。

1.3 施肥环节

烤烟施肥分为液体施肥和固体施肥。液体施肥，目前丘陵山区采用背负式农用施肥器，该装置有四种施肥接头，通过手柄开关控制流量，可以实现地上膜下施肥。但是流量不能精确控制，会造成肥料的浪费。贵州大学研发一种山区烤烟液肥深施机，主要由肥液供给装置、田间自适应调节装置和施肥装置组成（如图1所示）。可在作业过程中根据所需施肥量进行预设调节，达到了液肥精准变量施肥的目的[2]。固体施肥，目前丘陵山区大多采用人工施肥为主，少部分使用背负式施肥器，其有两种施肥接头，通过按压手柄开关控制施肥量。但是固体肥量不能精确控制，会造成肥料的浪费。黔南州烟草公司独山县分公司一种烤烟施肥机，包括手推杆、料斗、支撑架、给料总成及行走轮，如图2所示。该装置能实现施肥均匀定量，并能记下每块烟地能移栽的烤烟株数。

图1 山区烤烟液肥深施机

图2 烤烟施肥机机

1.4 起垄覆膜环节

烤烟种植土壤的起垄覆膜根据土壤的含水情况分为两个模式，起垄时土壤达到要求的含水率可直接覆膜，该方式既可采用起垄覆膜一体机，也可用起垄机、覆膜机分段作业；若起垄时土壤含水率未达到，需等含水率达到要求后才覆膜，因此只能采用起垄机、覆膜机分段作业。先用起垄覆膜一体机基本为拖拉机挂载，且起垄方式采用直接作垄。单个的起垄机分为开沟单边起垄和直接作垄等。

在丘陵山区，起垄覆膜一体机因较繁重未有使用，起垄方式采用的是开沟起垄，因坡度问题，操作较为困难，不能满足起垄高度，覆膜因覆膜机在坡度较大地块不能完全按垄型覆盖，基本采用人工覆膜。

1.5 移栽环节

我国的早地移栽技术仍以半自动移栽为主，全自动高速移栽机的研究尚处于理论研究阶段，市场上全自动移栽机处于空白期。现有的半自动和全自动移栽机不能适用于丘陵地区，移栽机的研发处于萌芽状态。

丘陵山区烤烟移栽方式分为大窝式移栽和井窖式移栽。大窝式移栽采用多功能手动移栽器，由护苗碗口、把手、提手、脚踏、定矩尺等组成。井窖式移栽大多采用人工撒苗的方式，无机械装置的使用。

1.6 培土环节

烤烟培土时基本烟叶已伸展出，且烟株行间距基本为1.2 m，损伤烟叶会降低品质，产生病虫害问题，因此培土基本采用微小型机具。在丘陵山区，微小型培土机具动力不足，只能完成松土作业，不能一次性完成培土，且因坡度问题，机具不易操作，损伤烟叶概率较大，部分地区未使用机具。

1.7 喷药环节

目前丘陵山区农药喷洒主要采用汽油弥雾机和无人机植保。弥雾机施药效果好，但人行走速度跟不上迷雾机速度，会造成农药浪费。无人机植保喷洒速度快，但是喷药面不全，只能覆盖上部叶。灌根采用背负式定量杯式灌根机淋根，每次淋根前需要把杯子装满，然后淋在烤烟根部，效率低且药液仅在土皮表面。

1.8 打顶抹杈环节

目前丘陵山区打顶环节采用是人工摘去烟株顶部幼嫩的花蕾，抹芽环节采用的是杯淋法施用抑芽剂。人工强度大，农药浪费多。

1.9 收获环节

目前丘陵山区采摘烟叶采用人工采摘模式，人工成本高，劳动强度大。

1.10 拔杆环节

目前丘陵山区拔杆采用对人工用镢头刨除的方式来清除烟叶秸秆，需反复弯腰拔出烟叶秸秆，费工、费力，并且力气较小的老人、妇女不能操作利用杠杆原理。

1.11 烘干环节

目前丘陵山区在装中上层的烟叶时，需要借助梯子等工具才能将挂烟杆挂上，存在费时费力以及效率低下的问题。

2 机械改进与研发

2.1 拨杆机具

现有的烟草拔秆机大致可分为切割式、铲切式、刨挖式和夹持拉拔式4种类型。切割式与铲切式均是将烟杆切断，会遗留根须在土壤中，不能解决清根问题。刨挖是采用旋转式工作部件反向旋转切入土壤底层将烟根向上挖出，夹持拉拔式是使用工作部件将烟杆夹紧向上连根拔起，均能实现较为干净的清理烟兜。设计丘陵山区的烟草拔秆机采用手扶式拖拉机结合刨挖式或夹持拉拔式部件。刨挖式烟草拔秆机的结构为手扶式拖拉机挂接旋转部件，旋转部件为旋转刀辊带钉齿。工作过程为两行走轮骑行在垄上，机具后置限深轮亦位于两侧控制旋转刀具深度，机具前端设计上下两个烟杆导向叉，行走中将竖立烟杆压在地面，旋转刀辊反向凿入土中，松散土块，并将烟根由下向上刨出，最后平铺在地面。夹持拉拔式拔杆机采用手扶式拖拉机结合液压装置，采用液压机构夹持烟杆底部，利用液压力竖直将烟杆提起后高频振动分离大量土壤后放置于一旁。

2.2 烟株智能灌根装置

通过改进的方式，研发一种智能灌根装置，该装置由储液箱、隔膜泵、控制板、连接软管、施肥枪等组成。设计液位检测及报警，流量和压力检测，以及对流量及压力的闭环控制，同时将液位、流量、压力、工作状态等参数用液晶实时显示。针对烟株能满足根部施肥，实现精确的流量调节和压力调节，效率高、节约肥料且数字化。（其结构如图3所示）。

图3 智能灌根装置

2.3 烤烟房烟架自动升降装置

烤烟房烟架自动升降装置整体设计思路为三层烤烟放置的结构（如图4-1所示）。图中01、02、04、05、07、08、10、12为动力链轮电机，其余03、06、09、11、13位普通从动链轮，而装置另外一面全为镜像从动链轮。烟草需要整体垂直悬挂，选用链杆输送带。烤烟夹与传送带相关联，选用“S”型货物挂钩，能保证链杆传送带在运动过程中烟草始终在重力作用下保持垂直，又方便操作间工人取放烟夹。

图4-1 烤烟房烟架自动升降装置示意图

装置工作示意图（如图4-2所示），左边是第一层为放置烟夹区域（上烟区），右边为取出烘烤结束的烟夹区域（取烟区）。无论放置还是取出烤烟，整个装置的链杆传送带都以顺时针方向运动，其中01、02、07、08、10、12动力电机以顺时针方向运动，04、05电机以逆时针方向运动，且根据实际功率要求可减少动力电机以节约成本。

图4-2 装置工作示意图

2.4 山地小型履带式犁耕机

研发一种适用于丘陵山区梯田，小块地的小型履带式犁耕机，单人能够轻松地操作，解决作业时的行走和转移、转弯的灵活性，能极大地减轻劳动强度，提高劳动效率。该机器采用电启动，启动容易；整机机身长度160 cm，机身宽度30 cm，体积小、重量轻；把手上下可调宽度55 cm，履带宽度16～20 cm，翻转犁（犁面可左右、上下调节，深度可调10～30 cm），操作灵活，安全舒适。