【種植機(jī)】國內(nèi)馬鈴薯種植機(jī)械研究進(jìn)展 甘蔗種植機(jī)存在的問題及解決方案

國內(nèi)馬鈴薯種植機(jī)械研究進(jìn)展

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

鈴薯種植機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

研究概況

20世紀(jì)80年代以來，馬鈴薯播種機(jī)械化得到快速發(fā)展，國內(nèi)陸續(xù)有10多家科研院所和生產(chǎn)企業(yè)研制馬鈴薯播種機(jī)，取得突破性進(jìn)展。其中中機(jī)美諾科技股份有限公司在馬鈴薯種植機(jī)的研發(fā)方面處于領(lǐng)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(jī)，采用了交叉取種技術(shù)和種、肥分施技術(shù)；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(jī)型；2008—2011年，開發(fā)出2CM-4型馬鈴薯種植機(jī)，作業(yè)效率大大提高，用戶反饋良好。在后續(xù)的產(chǎn)品改進(jìn)過程中，又增加了覆膜和噴藥作業(yè)附件，增強了機(jī)具的適應(yīng)性。2012—2013年，在2CM-4型產(chǎn)品的基礎(chǔ)上增設(shè)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(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)，目前已有2CM-4B型新產(chǎn)品在市場上銷售。2014年，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)研究設(shè)計出一種馬鈴薯播種施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)，可一次完成開溝、施肥、播種、覆土、起壟和覆膜等作業(yè)。該機(jī)采用獨特的手指狀取種播種機(jī)構(gòu)，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(nóng)業(yè)機(jī)械工程研究院在研學(xué)外國先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)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(jī)，通用機(jī)架為基礎(chǔ)進(jìn)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(jìn)行精確調(diào)整控制，創(chuàng)新設(shè)計播種機(jī)構(gòu)單體仿形裝置。2015年，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)改進(jìn)設(shè)計了一種補償式馬鈴薯播種機(jī)，添加補償播種裝置，采用激光對射傳感器和步進(jìn)電機(jī)，能有效實現(xiàn)馬鈴薯的自動補償播種，降低了漏播率。2016年，牛康等為了提高鏈勺式馬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(shè)計了具有雙層種箱結(jié)構(gòu)的排種裝置，以空種率和重種率為性能指標(biāo)，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(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。

技術(shù)發(fā)展趨勢

1、播種精度控制技術(shù)

該技術(shù)利用磁效應(yīng)原理設(shè)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(shù)的核心，全模塊化設(shè)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(dāng)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(jī)檢查。該系統(tǒng)分行實時監(jiān)測感應(yīng)數(shù)據(jù)，并可直接將數(shù)據(jù)輸入控制器進(jìn)行運算和邏輯判斷，控制器元件包括組合旋鈕、電源開關(guān)、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(jìn)行轉(zhuǎn)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(shù)

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

3、開溝技術(shù)

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(fù)雜，因此設(shè)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(nèi)的馬鈴薯種植機(jī)械發(fā)展速度很快，馬鈴薯種植機(jī)生產(chǎn)企業(yè)從幾家迅速擴(kuò)張到幾十家，但從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和功能來看，相似度較高，90%以上的產(chǎn)品仍停留在機(jī)械設(shè)計的改進(jìn)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(jìn)一步研究。

甘蔗種植機(jī)

甘蔗種植機(jī)械化技術(shù)是甘蔗生產(chǎn)機(jī)械化的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是難實現(xiàn)的一個環(huán)節(jié)，甘蔗機(jī)械化種植在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，而我國甘蔗種植機(jī)實際推廣應(yīng)用的幾乎沒有，依然采用機(jī)械開溝，人工種植為主，種植技術(shù)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(chǎn)成本高，是制約我國糖蔗產(chǎn)業(yè)國際競爭力的重要技術(shù)瓶頸，因此，甘蔗種植機(jī)械化技術(shù)的推廣與應(yīng)用已成為甘蔗生產(chǎn)機(jī)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(jìn)、吸收、消化國外先進(jìn)技術(shù)，在甘蔗種植機(jī)械領(lǐng)域已經(jīng)積累了較多的經(jīng)驗，并設(shè)計了不少的甘蔗種植機(jī)型，但能推廣應(yīng)用的卻依然沒有，只有少數(shù)國營農(nóng)場與農(nóng)村合作社在使用示范，甘蔗種植機(jī)械化技術(shù)得不到有效推廣。

典型的甘蔗種植機(jī)設(shè)計機(jī)型

目前我國研發(fā)生產(chǎn)的甘蔗種植機(jī)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(yù)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(jī)主要包含的結(jié)構(gòu)有：開溝器，排肥箱，切種箱，覆土裝置等，一些廠家生產(chǎn)的還有噴灑農(nóng)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(zhuǎn)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(jīng)過覆土裝置進(jìn)行覆土，由噴灑農(nóng)藥裝置和覆膜裝置再進(jìn)行噴灑農(nóng)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(yù)先砍種再種植模式。預(yù)先砍種再種模式的種植機(jī)主要包含的結(jié)構(gòu)有：開溝器，排肥箱，排種箱，覆土裝置等，一些廠家生產(chǎn)的還有噴灑農(nóng)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(jī)器先預(yù)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(jīng)過覆土裝置進(jìn)行覆土，由噴灑農(nóng)藥裝置和覆膜裝置再進(jìn)行噴灑農(nóng)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(jī)構(gòu)重點研究的方向。

甘蔗種植機(jī)存在的主要問題

盡管我國在甘蔗種植機(jī)研發(fā)過程中有了跨越式的發(fā)展技術(shù)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(jī)械化種植的進(jìn)程。目前我國比較主流的甘蔗種植機(jī)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(jìn)行擺放與搬運，機(jī)械化程度非常低，放種過程幾乎完全依靠人工進(jìn)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(jī)械不足。因采用等距切割，就不可避免地產(chǎn)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(dá)到人工種植的技術(shù)要求，目前除采用人工砍斷外，均采用機(jī)器等距切割，用于切割蔗種的成熟機(jī)械還沒有出現(xiàn)。

（3）不符合農(nóng)民的種植農(nóng)藝，與農(nóng)民需求的實際情況不符。大多情況下農(nóng)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(nóng)民用蔗梢作為蔗種，大部分種植機(jī)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(nóng)民也已經(jīng)形成了用蔗梢作為蔗種的習(xí)慣，因蔗梢短，大大影響了種植效率，只有預(yù)先砍種再種模式的種植機(jī)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(nèi)進(jìn)行，無法對種植過程的排種質(zhì)量進(jìn)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(jī)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(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，推廣難度大。因目前甘蔗種植機(jī)還處在研發(fā)推廣階段，生產(chǎn)成本相對較高，且甘蔗種植戶還是以單個農(nóng)戶生產(chǎn)為主，種植量少，每個農(nóng)戶擁有一臺甘蔗種植機(jī)不太現(xiàn)實。

解決方案

（1）深入改造現(xiàn)有種植機(jī)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(jī)構(gòu)進(jìn)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(dá)到解放勞動力，降低種植成本的目的。

（2）深入開發(fā)配套機(jī)械，特別是帶有蔗芽識別功能的切種機(jī)。采用紅外影像成形等識別技術(shù)，通過對蔗芽的識別從而達(dá)到精準(zhǔn)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(zhì)量，從而達(dá)到提高出芽率的目的。向智能化、數(shù)字化種植機(jī)械方向發(fā)展。

（3）深入了解農(nóng)民的種植農(nóng)藝，與糖廠進(jìn)行技術(shù)交流，改進(jìn)現(xiàn)有甘蔗種植機(jī)，使其滿足以蔗梢作為蔗種進(jìn)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(nóng)民都達(dá)到了增收的目的。

（4）改進(jìn)現(xiàn)有排種方式，改造成觀察性效果好、能自動或人工進(jìn)行補蔗種的排種方式。通過參照土豆種植機(jī)的工作原理，以機(jī)械排種為主，人工補漏為輔的排種方式或通過傳感器感應(yīng)機(jī)械自動補漏的排種方式，達(dá)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(jìn)行規(guī)劃與整治，鼓勵農(nóng)民參加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)合作社，因地制宜，有針對性地研發(fā)符合地區(qū)生產(chǎn)需求的甘蔗種植機(jī)。一方面土地平整后對農(nóng)機(jī)的要求相對較低，通過參加生產(chǎn)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(jīng)濟(jì)效益。另一方面有針對性地研發(fā)種植機(jī)，使得適用性更強，有利于推廣應(yīng)用。