【種植機】國內馬鈴薯種植機械研究進展 甘蔗種植機存在的問題及解決方案

國內馬鈴薯種植機械研究進展

馬鈴薯是我國主要的經濟作物，其種植面積和產量位居世界前列，但馬鈴薯的機械化生產水平較低。為了滿足馬鈴薯產業(yè)發(fā)展需要，我國引進了國外的一些馬鈴薯種植機，如德國Grimme公司的馬鈴薯種植機、意大利Spedo公司的SPA-2型馬鈴薯種植機、挪威Kverneland公司的馬鈴薯種植機等，這些產品是馬鈴薯種植機產品的代表，也是我國馬鈴薯種植機的發(fā)展方向。國外產品技術雖然先進，但是價格很高，機具適應性和零配件供應不暢是用戶使用中面臨的較大問題。

鈴薯種植機發(fā)展現(xiàn)狀

研究概況

20世紀80年代以來，馬鈴薯播種機械化得到快速發(fā)展，國內陸續(xù)有10多家科研院所和生產企業(yè)研制馬鈴薯播種機，取得突破性進展。其中中機美諾科技股份有限公司在馬鈴薯種植機的研發(fā)方面處于領先地位，2004—2006年，該公司成功開發(fā)了2CM-2型雙行馬鈴薯種植機，采用了交叉取種技術和種、肥分施技術；2006—2008年，開發(fā)出適用于特定馬鈴薯種植區(qū)域的大壟雙行機型；2008—2011年，開發(fā)出2CM-4型馬鈴薯種植機，作業(yè)效率大大提高，用戶反饋良好。在后續(xù)的產品改進過程中，又增加了覆膜和噴藥作業(yè)附件，增強了機具的適應性。2012—2013年，在2CM-4型產品的基礎上增設了播種自動監(jiān)控系統(tǒng)，降低了重播率和漏播率，提高了播種精度。2013年之后，該公司一直持續(xù)不斷地對2CM-4型產品進行改進，目前已有2CM-4B型新產品在市場上銷售。2014年，青島農業(yè)大學研究設計出一種馬鈴薯播種施肥聯(lián)合作業(yè)機，可一次完成開溝、施肥、播種、覆土、起壟和覆膜等作業(yè)。該機采用獨特的手指狀取種播種機構，使漏播率和重播率降低；使用旋耕起壟裝置，在實現(xiàn)種溝均勻覆土的同時能夠完成起壟作業(yè)。2014年，黑龍江省農業(yè)機械工程研究院在研學外國先進技術的基礎上，設計研究開發(fā)了集開溝施肥、仿形開溝、播種薯（薯塊）、起壟（培土）于一體的大型4行牽引式馬鈴薯種植機，通用機架為基礎進行各零部件間的變換與組合，實現(xiàn)各種不同作業(yè)的要求；為實現(xiàn)播深一致及對種植深度進行精確調整控制，創(chuàng)新設計播種機構單體仿形裝置。2015年，山東農業(yè)大學改進設計了一種補償式馬鈴薯播種機，添加補償播種裝置，采用激光對射傳感器和步進電機，能有效實現(xiàn)馬鈴薯的自動補償播種，降低了漏播率。2016年，?？档葹榱颂岣哝溕资今R鈴薯排種裝置排種性能，使用EDEM軟件建立了排種裝置數(shù)值模型，設計了具有雙層種箱結構的排種裝置，以空種率和重種率為性能指標，試驗研究了排種速度、種勺直徑和充種高度對充種性能的影響規(guī)律，對雙層種箱式排種裝置進行了優(yōu)化設計。

技術發(fā)展趨勢

1、播種精度控制技術

該技術利用磁效應原理設計馬鈴薯播種監(jiān)測系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)采用接觸式傳感器，主要包括主控制器、傳感器及線束。主控制器是基于數(shù)字控制技術的核心，全模塊化設計，帶液晶顯示屏。每行實時漏播報警提示，并自行計算漏播率及記錄每個工作段的面積。工作中，接觸式傳感器檢測種杯中的種薯信號，播種正常時，傳感器有一系列的連續(xù)脈沖信號傳遞給控制器。當漏播時，控制器接收不到脈沖信號，液晶顯示屏無監(jiān)測數(shù)據(jù)，此時系統(tǒng)報警，提示工作人員停機檢查。該系統(tǒng)分行實時監(jiān)測感應數(shù)據(jù)，并可直接將數(shù)據(jù)輸入控制器進行運算和邏輯判斷，控制器元件包括組合旋鈕、電源開關、監(jiān)測啟停、液晶顯示屏等，控制器將傳感器傳遞的脈沖信號進行轉換，在液晶顯示屏上顯示監(jiān)測到的數(shù)據(jù)。

2、鏈耙網(wǎng)仿形施肥技術

采用鏈耙網(wǎng)仿形施肥技術可以避免傳統(tǒng)外槽輪排肥器易堵塞，面肥、有機肥無法施撒的問題；解決了施肥機構通過性差的問題；增大最大施肥量，滿足農藝要求；仿形通過能力強，實現(xiàn)了雙側深施肥，解決種肥混施、燒種現(xiàn)象嚴重的問題。

3、開溝技術

馬鈴薯的種薯不同于小麥、玉米、大豆等作物，其形狀、大小、物理特性比較復雜，因此設計一種靴式開溝器，該開溝器開溝阻力較小，開出的溝能夠很好地穩(wěn)住排種器排出的種薯，有效控制種薯的運動，保證種薯的播種株距。

近幾年，國內的馬鈴薯種植機械發(fā)展速度很快，馬鈴薯種植機生產企業(yè)從幾家迅速擴張到幾十家，但從產品結構和功能來看，相似度較高，90%以上的產品仍停留在機械設計的改進方面，在播種精度檢測和監(jiān)控方面，還處于探索階段，有待于進一步研究。

甘蔗種植機

甘蔗種植機械化技術是甘蔗生產機械化的一個關鍵環(huán)節(jié)，也是難實現(xiàn)的一個環(huán)節(jié)，甘蔗機械化種植在發(fā)達國家已經得到廣泛應用，而我國甘蔗種植機實際推廣應用的幾乎沒有，依然采用機械開溝，人工種植為主，種植技術主要包括開溝、施肥、切種下種、蓋膜、培土等工序，是勞動密集型的作業(yè)工序。人工種植的效率低，而且勞動強度大，生產成本高，是制約我國糖蔗產業(yè)國際競爭力的重要技術瓶頸，因此，甘蔗種植機械化技術的推廣與應用已成為甘蔗生產機械化亟待解決的主要問題之一。近年來，我國有不少企業(yè)與科研單位通過自主研發(fā)或引進、吸收、消化國外先進技術，在甘蔗種植機械領域已經積累了較多的經驗，并設計了不少的甘蔗種植機型，但能推廣應用的卻依然沒有，只有少數(shù)國營農場與農村合作社在使用示范，甘蔗種植機械化技術得不到有效推廣。

典型的甘蔗種植機設計機型

目前我國研發(fā)生產的甘蔗種植機按工作方式的不同主要分為兩大類：一種是邊砍邊種模式，另一種是預先砍種再種植模式。

（1）邊砍邊種模式。邊砍邊種的種植模式的種植機主要包含的結構有：開溝器，排肥箱，切種箱，覆土裝置等，一些廠家生產的還有噴灑農藥裝置和覆膜裝置。此種模式的工作原理主要為通過開溝器在前方開溝，排肥箱將肥料排入開好的溝中，人工將整條蔗種喂入切種箱，由兩對輸送膠輥夾持蔗苗，同時旋轉的割刀切成一段段等長的蔗段，甘蔗通過切種箱后按一定的規(guī)律排落到開好的溝中，此時再經過覆土裝置進行覆土，由噴灑農藥裝置和覆膜裝置再進行噴灑農藥與覆膜，就完成了對甘蔗的種植，此種模式對人工的連續(xù)喂入要求高，勞動強度大，對蔗種的傷芽率高，目前已逐步被淘汰與邊沿化。

（2）預先砍種再種植模式。預先砍種再種模式的種植機主要包含的結構有：開溝器，排肥箱，排種箱，覆土裝置等，一些廠家生產的還有噴灑農藥裝置和覆膜裝置。此種模式的工作原理主要為對用于種植的甘蔗種采用人工或機器先預先砍成一段段等長的符合種植要求的蔗種，種植時，通過開溝器在前方開溝，排肥箱將肥料排入開好的溝中，人工將一段段蔗種連續(xù)不斷地放入排種箱中，通過排種箱將蔗種排入開好的溝中，此時再經過覆土裝置進行覆土，由噴灑農藥裝置和覆膜裝置再進行噴灑農藥與覆膜，就完成了對甘蔗的種植，此種模式對人工的連續(xù)喂入要求更高，勞動強度也相對較大，對蔗種的傷芽率低，目前是企業(yè)與科研機構重點研究的方向。

甘蔗種植機存在的主要問題

盡管我國在甘蔗種植機研發(fā)過程中有了跨越式的發(fā)展技術日趨成熟，但推廣的過程中還是發(fā)現(xiàn)了許多問題，制約了我國甘蔗全程機械化種植的進程。目前我國比較主流的甘蔗種植機推廣過程中主要存在以下問題：

（1）需要較多的人工配合，過分依賴人工手工協(xié)助整個種植過程，人工勞動強度大，種植成本高。目前對于種植過程，還是依靠人工來對蔗種進行擺放與搬運，機械化程度非常低，放種過程幾乎完全依靠人工進行，而且種植過程動作要連續(xù)，稍有疏忽就會有漏播的情況，人工勞動強度大，操作人工多，種植成本高。

（2）切種傷芽率高，配套機械不足。因采用等距切割，就不可避免地產生切到芽的現(xiàn)象，這勢必影響甘蔗的出芽率，減少出芽數(shù)量，不能達到人工種植的技術要求，目前除采用人工砍斷外，均采用機器等距切割，用于切割蔗種的成熟機械還沒有出現(xiàn)。

（3）不符合農民的種植農藝，與農民需求的實際情況不符。大多情況下農民會用整根的甘蔗作為蔗種，但實際操作中，糖廠都會鼓勵農民用蔗梢作為蔗種，大部分種植機不能滿足用蔗梢作為蔗種的要求，蔗梢作為蔗種出苗率高，出苗時間快，而且長期以來農民也已經形成了用蔗梢作為蔗種的習慣，因蔗梢短，大大影響了種植效率，只有預先砍種再種模式的種植機才符合要求。

（4）可視可控性低，過分依賴人工操作。因種植過程很短，排種大多在箱內進行，無法對種植過程的排種質量進行監(jiān)控，采用人工排種的方式，工作一次性通過，沒有查缺補漏的環(huán)節(jié)，可視可控性差，完全依靠人工排放。

（5）適用性差，對地塊的坡度要求高。幾乎所有的種植機都要求地塊的坡度要小于12°，因坡度過大容易造成不能種植，所開的溝深淺不能統(tǒng)一，培土、回土效果差，且容易造成翻車。

（6）結構復雜，生產成本高，推廣難度大。因目前甘蔗種植機還處在研發(fā)推廣階段，生產成本相對較高，且甘蔗種植戶還是以單個農戶生產為主，種植量少，每個農戶擁有一臺甘蔗種植機不太現(xiàn)實。

解決方案

（1）深入改造現(xiàn)有種植機械，向自動化、低人工、低成本種植方向發(fā)展。通過加大載種量與載肥量，采用自動排種機構進行自動排種，減少種植過程人工協(xié)助的工作量，減少配備人員，從而達到解放勞動力，降低種植成本的目的。

（2）深入開發(fā)配套機械，特別是帶有蔗芽識別功能的切種機。采用紅外影像成形等識別技術，通過對蔗芽的識別從而達到精準切割蔗種的目的，通過減少作業(yè)過程對蔗芽的傷害，提高種植質量，從而達到提高出芽率的目的。向智能化、數(shù)字化種植機械方向發(fā)展。

（3）深入了解農民的種植農藝，與糖廠進行技術交流，改進現(xiàn)有甘蔗種植機，使其滿足以蔗梢作為蔗種進行種植的目的。蔗梢含糖量相對較低，若用于榨糖，得到的糖量肯定相對較少，若用蔗梢作為蔗種，而取而代之的是蔗梢以下的部分用于榨糖，一方面得到的糖量相對較多，另一方面所種的甘蔗出苗率也相對較高，糖廠與農民都達到了增收的目的。

（4）改進現(xiàn)有排種方式，改造成觀察性效果好、能自動或人工進行補蔗種的排種方式。通過參照土豆種植機的工作原理，以機械排種為主，人工補漏為輔的排種方式或通過傳感器感應機械自動補漏的排種方式，達到種植過程可視可控，讓種植戶對種植效果有所了解，消除種植戶的疑慮。

（5）大力推廣土地平整力度，對蔗田進行規(guī)劃與整治，鼓勵農民參加農業(yè)生產合作社，因地制宜，有針對性地研發(fā)符合地區(qū)生產需求的甘蔗種植機。一方面土地平整后對農機的要求相對較低，通過參加生產合作社，向規(guī)模化、集約化種植方向發(fā)展，有利于規(guī)?；N植，提高經濟效益。另一方面有針對性地研發(fā)種植機，使得適用性更強，有利于推廣應用。