馬鈴薯機(jī)械化收獲關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)

丁全利，郭鳳艷

(1.通化縣農(nóng)業(yè)綜合行政執(zhí)法大隊(duì)，吉林 通化 134100；2.通化縣快大茂鎮(zhèn)綜合服務(wù)中心，吉林 通化 134100)

0 引言

馬鈴薯是世界重要的糧食作物之一[1]，在我國(guó)產(chǎn)量?jī)H次于玉米、小麥和水稻。我國(guó)馬鈴薯種植面積位于世界之首，但是，目前馬鈴薯機(jī)械化程度較低，除耕整地環(huán)節(jié)機(jī)械化率相對(duì)較高外，播種收獲等作業(yè)環(huán)節(jié)機(jī)械化率遠(yuǎn)低于小麥、水稻。2021年馬鈴薯耕種收綜合機(jī)械化率較2020年提高2個(gè)百分點(diǎn)。馬鈴薯收獲基本依靠人工進(jìn)行，隨著人工費(fèi)用的逐漸提升，勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移等，人工生產(chǎn)成本較高，馬鈴薯生產(chǎn)整體經(jīng)濟(jì)效益無(wú)法提升，因此，提高馬鈴薯機(jī)械化生產(chǎn)效率已經(jīng)刻不容緩[2]。

國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)技術(shù)相對(duì)較為成熟，機(jī)械化水平較高，田間作業(yè)效果較好，但是國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)不能適應(yīng)我國(guó)馬鈴薯種植農(nóng)藝要求[3]。我國(guó)馬鈴薯收獲機(jī)正處于蓬勃發(fā)展時(shí)期，主要包括適應(yīng)北方馬鈴薯生產(chǎn)的大型牽引式馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)，可一次性完成碎土、挖掘、分離及轉(zhuǎn)運(yùn)；另外還有中型分段式馬鈴薯收獲機(jī)及小型馬鈴薯挖掘機(jī)[4]。

1 馬鈴薯機(jī)械化收獲的基本條件

1.1 耕地條件

1.1.1 地塊坡度小

馬鈴薯一般在丘陵寒涼地區(qū)進(jìn)行大面積種植，為了提高馬鈴薯收獲機(jī)的田間作業(yè)質(zhì)量，應(yīng)沿著坡地的方向進(jìn)行收獲作業(yè)，安全坡度值一般≤8°[5]，若坡度過(guò)大馬鈴薯收獲機(jī)在進(jìn)行田間作業(yè)時(shí)，重心會(huì)發(fā)生偏移，一方面會(huì)影響收獲質(zhì)量與效率，另一方面，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致機(jī)組側(cè)翻，造成人員傷害。

1.1.2 地面平整

馬鈴薯收獲機(jī)進(jìn)行田間作業(yè)時(shí)，應(yīng)保證地面平整，不能出現(xiàn)大的石塊、障礙物或坑洼，這是保證馬鈴薯收獲機(jī)田間作業(yè)效率及工作質(zhì)量的基本條件之一。當(dāng)?shù)孛娉霈F(xiàn)較大障礙物或者坑洼時(shí)，會(huì)導(dǎo)致馬鈴薯挖掘深度不穩(wěn)定，出現(xiàn)漏收或者馬鈴薯塊莖的收獲損傷，增大馬鈴薯的收獲損傷率，產(chǎn)生機(jī)組“趴窩”現(xiàn)象及降低馬鈴薯的凈收獲率。

1.1.3 采收面積大，交通便利

為了充分發(fā)揮馬鈴薯收獲機(jī)的作業(yè)優(yōu)勢(shì)，應(yīng)選擇在大面積的馬鈴薯種植地進(jìn)行機(jī)械收獲作業(yè)，同時(shí)，應(yīng)保證馬鈴薯收獲機(jī)在地塊之間的交通便利，適應(yīng)機(jī)組行走，保障機(jī)組在轉(zhuǎn)移、行駛過(guò)程中的安全性。

1.1.4 土壤濕度適宜

馬鈴薯收獲機(jī)收獲時(shí)應(yīng)達(dá)到土壤濕度適宜，當(dāng)土壤含水率較低時(shí)，土壤較為堅(jiān)硬，使挖掘過(guò)程阻力較大；當(dāng)土壤含水率較高時(shí)，土壤較為細(xì)軟、黏稠，土壤與馬鈴薯不易分離，且容易附著在馬鈴薯收獲機(jī)部件上，增加馬鈴薯收獲機(jī)的收獲阻力。

1.1.5 清理土壤中雜物

馬鈴薯收獲機(jī)作業(yè)時(shí)，通過(guò)馬鈴薯挖掘鏟進(jìn)行馬鈴薯的挖掘，轉(zhuǎn)動(dòng)篩及擺動(dòng)篩實(shí)現(xiàn)馬鈴薯與土壤的分離，當(dāng)土壤中出現(xiàn)石塊、雜草、地膜等雜物時(shí)，會(huì)影響挖掘鏟的運(yùn)動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成轉(zhuǎn)動(dòng)篩等機(jī)構(gòu)的堵塞及卡死，影響馬鈴薯的收獲作業(yè)質(zhì)量與效率。

1.2 馬鈴薯機(jī)械化收獲的農(nóng)藝條件

1.2.1 種植深度

馬鈴薯在進(jìn)行田間種植時(shí)，不宜種植過(guò)深，否則不利于后續(xù)馬鈴薯收獲機(jī)的收獲。

1.2.2 種植行距

馬鈴薯之間的種植行距過(guò)窄會(huì)影響馬鈴薯收獲機(jī)田間的行走，增大馬鈴薯收獲機(jī)對(duì)馬鈴薯塊莖的損傷；種植行距過(guò)寬會(huì)降低馬鈴薯的產(chǎn)量。當(dāng)前最適宜的馬鈴薯種植方式是寬窄行密植，在保證馬鈴薯產(chǎn)量的同時(shí)，便于馬鈴薯收獲機(jī)作業(yè)。

1.2.3 馬鈴薯種植模式

馬鈴薯在我國(guó)不同地區(qū)都有種植，但是由于氣候、品種及土壤類型不同，目前馬鈴薯的種植方式主要包括平植、壟植及地膜種植3種模式，因此，不同馬鈴薯種植模式都應(yīng)該與馬鈴薯收獲技術(shù)相適應(yīng)與配套。

1)平植模式。在我國(guó)東北及西北寒冷地區(qū)，主要采用馬鈴薯平植模式，核心技術(shù)主要是少翻動(dòng)土壤，采用寬窄行密植，種植寬行為60 cm，窄行為40 cm。

2)壟植模式。在我國(guó)南方水肥條件較好的地區(qū)采用馬鈴薯壟植模式，核心技術(shù)為起壟種植，一般要求馬鈴薯的種植寬度大于60 cm，該種植模式下，馬鈴薯收獲機(jī)的動(dòng)力消耗較小，馬鈴薯收獲率較高。

3)地膜種植模式。采用地膜種植方式，可以保證馬鈴薯提前上市，增加經(jīng)濟(jì)收益，種植模式示意圖，如圖1所示，在該種植模式下，應(yīng)該選擇分離效果較好的馬鈴薯收獲機(jī)，在進(jìn)行田間收獲時(shí)，應(yīng)避免雜物及地膜纏繞機(jī)器。

1.馬鈴薯塊莖；2.馬鈴薯殘秧；3.苗帶附圖；4.地膜

2 馬鈴薯機(jī)械化收獲方案的制定

2.1 地塊準(zhǔn)備

當(dāng)馬鈴薯種植區(qū)域較為分散時(shí)，會(huì)給馬鈴薯收獲機(jī)在不同地塊之間的轉(zhuǎn)移帶來(lái)困難，為了提高馬鈴薯收獲機(jī)的田間工作效率，應(yīng)提前規(guī)劃好馬鈴薯收獲地塊，確保馬鈴薯收獲機(jī)在不同地塊之間的不間斷工作，提高馬鈴薯收獲機(jī)的田間作業(yè)效率與經(jīng)濟(jì)效益。提前評(píng)估好不同地塊的坡度、地界及面積，仔細(xì)檢查地塊里面是否有石塊、障礙物等及時(shí)進(jìn)行清理，如果不能清理應(yīng)進(jìn)行障礙物標(biāo)記。為了便于馬鈴薯收獲機(jī)在地塊掉頭，應(yīng)將地塊兩頭寬度設(shè)置為馬鈴薯收獲機(jī)機(jī)組長(zhǎng)度的2倍。

2.2 機(jī)械化裝備的準(zhǔn)備

收獲前，為了保證馬鈴薯收獲質(zhì)量符合農(nóng)藝要求，要提前做好馬鈴薯收獲機(jī)相關(guān)準(zhǔn)備工作。首先要保證馬鈴薯收獲機(jī)良好的工作狀態(tài)，各項(xiàng)工作參數(shù)符合農(nóng)藝要求，相關(guān)配套農(nóng)業(yè)機(jī)械，如拖拉機(jī)等，應(yīng)保證其安全性與可靠性，部件完整，操作靈活；最后做好充足的燃油儲(chǔ)備及相關(guān)的潤(rùn)滑油供應(yīng)。

2.3 機(jī)組人員準(zhǔn)備

馬鈴薯收獲機(jī)操作人員的技術(shù)熟練程度及專業(yè)素質(zhì)直接影響馬鈴薯收獲質(zhì)量與工作效率，因此，不僅要求馬鈴薯收獲機(jī)操作人員具備操作技能，還應(yīng)具備一定的農(nóng)業(yè)知識(shí)與馬鈴薯收獲機(jī)維修、保養(yǎng)等相關(guān)知識(shí)，機(jī)組人員至少配備兩名專業(yè)工作人員，相互配合，完成馬鈴薯收獲作業(yè)。

2.4 輔助人員準(zhǔn)備

輔助人員主要是對(duì)散落田間的馬鈴薯進(jìn)行撿拾，提高收獲效率，避免馬鈴薯長(zhǎng)期鋪放在地表，由于風(fēng)吹日曬等導(dǎo)致品質(zhì)下降，影響經(jīng)濟(jì)收益。一般小型馬鈴薯收獲機(jī)應(yīng)配備3～6名輔助工作人員，大型馬鈴薯收獲機(jī)需配備6～8名輔助人員。

2.5 包裝運(yùn)輸機(jī)械準(zhǔn)備

收獲后，應(yīng)及時(shí)完成馬鈴薯包裝及運(yùn)輸，保障及時(shí)運(yùn)送到市場(chǎng)售賣(mài)、加工或儲(chǔ)藏等，防止馬鈴薯變質(zhì)引起品質(zhì)下降。

2.6 收獲路線的制定

提前規(guī)劃好馬鈴薯收獲機(jī)田間行走路線，減少田間轉(zhuǎn)彎、掉頭的難度，避免空行。常見(jiàn)的馬鈴薯收獲路線包括離心法、向心法和分區(qū)收獲法。離心法、向心法比較簡(jiǎn)單，馬鈴薯收獲機(jī)在田間容易轉(zhuǎn)彎；分區(qū)收獲法田間收獲效率高，適宜于大面積馬鈴薯收獲。

3 馬鈴薯收獲機(jī)存在的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)

國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)研究起步較早，收獲質(zhì)量好、效率高、可靠性較強(qiáng)，且收獲機(jī)種類齊全，技術(shù)先進(jìn)，但是市場(chǎng)售價(jià)偏高。目前，國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)主要企業(yè)包括美國(guó)的Double L公司、Carry公司、洛甘農(nóng)機(jī)公司、US Small Farm Equipment公司、帕梅公司(PARMA COMPANY)，德國(guó)的格瑞莫公司等。我國(guó)馬鈴薯收獲機(jī)技術(shù)及水平也正在逐步向高水平方向發(fā)展，但是與小麥、水稻、玉米等主要農(nóng)作物相比，馬鈴薯機(jī)械化收獲水平還比較低，2021年馬鈴薯機(jī)械化收獲率為32%左右。目前，國(guó)內(nèi)馬鈴薯收獲機(jī)主要品牌及企業(yè)包括美諾、德沃、洪珠、樂(lè)陵、海山等，基本具備了國(guó)外同類型馬鈴薯收獲機(jī)的生產(chǎn)水平。目前馬鈴薯收獲機(jī)的研制及生產(chǎn)更加注重農(nóng)機(jī)農(nóng)藝的相互融合，相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)與生產(chǎn)不再局限于馬鈴薯播種、收獲作業(yè)環(huán)節(jié)，已經(jīng)逐步延伸至馬鈴薯的田間轉(zhuǎn)運(yùn)、分級(jí)和倉(cāng)儲(chǔ)等機(jī)械化生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)。

3.1 存在的問(wèn)題

3.1.1 馬鈴薯種植區(qū)域發(fā)展不均衡

我國(guó)北方地區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化綜合水平較高，目前已經(jīng)形成了較為完善的馬鈴薯耕種收機(jī)械化水平，如黑龍江、內(nèi)蒙古、新疆等，但是在我國(guó)西南地區(qū)，農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平整體較為落后，高山及陡坡地面積較廣，農(nóng)業(yè)機(jī)械化基礎(chǔ)較弱，當(dāng)前，適合南方丘陵小地塊馬鈴薯收獲機(jī)型號(hào)較少，導(dǎo)致西南地區(qū)機(jī)械化水平較低。

3.1.2 馬鈴薯關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)發(fā)展不平衡

當(dāng)前，馬鈴薯播種及收獲作業(yè)環(huán)節(jié)機(jī)械化水平最為薄弱，在馬鈴薯種植方面，我國(guó)主要以馬鈴薯細(xì)切芽塊拌種播種為主，催芽等技術(shù)不標(biāo)準(zhǔn)，不能為高速精量馬鈴薯播種機(jī)提供標(biāo)準(zhǔn)的馬鈴薯塊莖；在馬鈴薯機(jī)械化收獲等方面，馬鈴薯收獲屬于半機(jī)械化狀態(tài)，主要是先采用打秧機(jī)滅秧，再采用馬鈴薯分段收獲機(jī)(挖掘機(jī))完成薯塊的挖掘、分離等作業(yè)工序，最后人工撿拾裝袋，聯(lián)合收獲機(jī)械化水平較低。

3.1.3 馬鈴薯收獲機(jī)規(guī)?；a(chǎn)企業(yè)較少

目前，我國(guó)馬鈴薯生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模較小、技術(shù)較弱，知名品牌企業(yè)較少，與國(guó)外機(jī)械差距較大。

3.2 發(fā)展趨勢(shì)

在當(dāng)前馬鈴薯收獲機(jī)的基礎(chǔ)上，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)馬鈴薯收獲機(jī)的智能化，并逐步將新材料、新工藝融入到馬鈴薯收獲機(jī)械中。在馬鈴薯機(jī)械化收獲作業(yè)環(huán)節(jié)中，以減少馬鈴薯塊莖的漏收率及損傷率為研究重點(diǎn)，開(kāi)展馬鈴薯收獲機(jī)高效低損技術(shù)的研究，逐步將仿生技術(shù)、機(jī)器視覺(jué)、人工智能等應(yīng)用到馬鈴薯收獲機(jī)的作業(yè)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)高效低損傷收獲，結(jié)合馬鈴薯品種及生產(chǎn)地區(qū)發(fā)展聯(lián)合收獲機(jī)械，針對(duì)西南丘陵地區(qū)馬鈴薯種植區(qū)域，重點(diǎn)解決馬鈴薯收獲過(guò)程中損傷問(wèn)題。

4 結(jié)論

馬鈴薯是我國(guó)第四大糧食作物，是世界重要的糧食作物之一，馬鈴薯在我國(guó)產(chǎn)量?jī)H次于玉米、小麥及水稻。但是目前馬鈴薯收獲機(jī)械化水平較低，在各個(gè)地區(qū)發(fā)展不平衡，尤其是在西南丘陵山區(qū)，馬鈴薯收獲基本依靠人工進(jìn)行，馬鈴薯生產(chǎn)整體經(jīng)濟(jì)效益無(wú)法提升，提高馬鈴薯生產(chǎn)機(jī)械化水平已經(jīng)刻不容緩。因此應(yīng)加強(qiáng)馬鈴薯收獲機(jī)智能化及電動(dòng)化，開(kāi)展馬鈴薯收獲機(jī)高效低損技術(shù)的研究，逐步將仿生技術(shù)、機(jī)器視覺(jué)、人工智能等應(yīng)用到馬鈴薯收獲機(jī)的作業(yè)過(guò)程中，提升我國(guó)馬鈴薯機(jī)械化收獲水平。