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國內甘薯生產收獲機械化制因思索與探討


來源/作者:農業部南京農業機械化研究所  胡良龍日期:2019-04-08【字體:    打印本頁 關閉本頁 分享


引言

甘薯(sweet potato)屬旋花科甘薯屬,一年生或多年生蔓生草本,又名山芋、紅芋、番薯、紅薯、白薯、白芋、地瓜、紅苕等,因地區不同而稱謂各異。甘薯起源于南美洲,現已在100多個國家廣有種植,16世紀末從南洋傳入中國福建、廣東,而后向長江、黃河流域及臺灣省等地傳播[1,2]。

世界甘薯主要產區分布在北緯40度以南。栽培面積以亞洲最多,非洲次之,美洲居第三。FAO 2009年數據顯示,世界甘薯栽培面積為8.53Mhm2,總產量為108Mt。

甘薯是重要的糧食、飼料、工業原料及新型能源用原料, 是世界糧食生產的底線作物和極具競爭力的優質能源作物,亦是優質的抗癌保健食品(日本《朝日新聞》稱甘薯是“準完全食品”)[3,4],是欠發達地區主要經濟收入之一,因此研究和推廣甘薯生產機械具有重要的現實意義。

1.我國甘薯生產概況

我國是全球最大的甘薯生產國, 常年種植面積約為4666.67~5333.33khm2, 約占世界的60%, 年生產量為85Mt,約占世界的79%。 甘薯在我國糧食作物生產總量中僅次于水稻、小麥、玉米。

甘薯在我國分布較廣,以淮海平原、長江流域和東南沿海各省最多,種植面積較大的省份有四川、河南、山東、重慶、廣東、安徽等。根據我國氣候條件、甘薯生態型、行政區劃、栽培習慣等,現在一般將甘薯種植區劃為三大區:北方春夏薯區(占45%)、長江中下游流域夏薯區(占35%)、南方薯區(占20%)。

根據作業環節劃分, 甘薯田間生產機械主要包括育苗、耕整、起壟、施肥、排種、剪苗、移栽、田間管理(灌溉、植保機械等)、收獲(切蔓、挖掘、撿拾、收集)等作業機具,其中耕整、起壟、施肥、田間管理等機具為通用型農業機械,而其它環節則需針對甘薯特點采用專用機型。上述環節中,收獲、種植是最重要的生產環節,而收獲又是重中之重,其用工量占生產全過程42%左右,作業成本占生產總成本50%左右。


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集起壟、旋耕、種植于一體的富來威甘薯復式作業移栽機

美、日、加拿大等發達國家對甘薯生產機械化技術及裝備研發起步早、投入大、發展快,已形成排種機、剪苗機、起壟機、移栽機、切蔓機、收獲機(分段收獲、聯合收獲)等系列產品,甘薯生產機械早已實現專用化、標準化,其作業工效是傳統人工的數十倍。

我國雖是甘薯生產大國, 但其機械化生產技術卻十分落后,作業機具的專用化、高效化、系列化程度還較低,其耕種收綜合機械化水平距離國家平均水平(52%)尚有較大距離,并且區域發展不平衡,國內平原(砂壤土)地區明顯高于丘陵山區。 尤其是用工量和勞動強度最大的收獲環節,目前國內仍以人工為主,部分平原地區采用簡易挖掘犁,少數地區采用小型切蔓機、挖掘犁、收獲機,且其作業性能尚需進一步改進提升,而高性能機械化聯合收獲裝備還為空白。采用人工收獲存在著勞動強度大、效率低、損失大、作業成本高(雇工收高達2700元/hm2)、綜合效益低下等問題 ,已成為制約甘薯生產機械化發展的主要技術瓶頸。

隨著我國農村勞動力結構短缺矛盾的加劇, 農民熱切盼望甘薯能早日像小麥、 玉米和水稻一樣實現機械化收獲,降低勞動強度、提高生產效率,市場對發展甘薯收獲機械化的呼聲越來越高,需求十分迫切。


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富來威雙壟切蔓挖掘復式作業機

2.甘薯收獲技術制因研析

旺盛的市場需求與實際生產的相對落后, 形成甘薯產業發展的一對矛盾,因此積極探索制約甘薯收獲技術發展的因素,尋求新的解決方法,具有重要現實意義。

2.1.長期歷史欠賬造成甘薯作業機具研發生產嚴重滯后

長期以來,各級政府及農機科研機構關注的重點是稻麥、玉米、油菜等主要糧油作物的生產問題,政策制定、立項支持和平臺建設都給予了傾斜,且“先平原、后山區”,致使在丘陵薄地占有較大種植比例的甘薯行業缺少專業的機械研發隊伍、研究平臺、生產企業和資金支持,造成生產機械化發展長期滯后。近年,隨著主要糧油作物生產機械化的逐步解決, 甘薯等土下果實生產機械化, 尤其是收獲機械化已逐步成為政府部門和農機化研究領域關注的難點和熱點問題, 國內甘薯生產機械化的研發生產也開始起步。

2.2.甘薯自身生理性狀決定其機械化收獲的難度

1) 甘薯體形大、分量重、生長深、結薯范圍寬。 甘薯因品種、土壤和栽培條件不同而分為紡錘形、圓筒形、球形和塊形等,單個平均重量超過250g, 生長深度約20~28cm,結薯范圍達25~35cm。機械化挖掘收獲時土、薯分離量很大,據Hechelmann研究:馬鈴薯(與甘薯壟塌后的生長情形類似)挖深從12cm增14cm時,過篩分離的土壤將從975t/hm2增至1245t/hm2[5]。 因分離的土壤多,故作業時易造成土壤埋薯,機具作業的明薯率相對較低;機具的前行挖掘、分離負荷過大,易造成鏈桿、齒輪、軸承等運動件磨損嚴重,且機具配套動力要求大、零部件材質要求高,造成機具相對其他作物同類產品的價格要高。

2) 甘薯皮薄易蹭傷 ,對鮮薯 、種薯的貯藏和鮮薯出口不利,故而對機具輸送、分離等工作部件的振頻、振幅、速度等參數研究和材質選擇提出了更高要求。

3) 甘薯藤蔓生長茂盛,且匍匐纏繞嚴重 。 甘薯藤蔓通常長到1.5~2.5m,每畝莖蔓產量多達2000kg[6],且相互纏繞,不宜分離。 機械切割粉碎量較大,尤其是壟溝起伏不定、形狀復雜,難以切除干凈,纏繞的依然不少,壟溝碎秧鋪放堆積多,易阻擋或懸掛在收獲機前端兩側輻板上,大大增加了機具的前行阻力。

4) 甘薯壟易塌陷、壟行不規則,給仿形切蔓 、挖掘帶來難度。 甘薯有壟作和平作兩種方式,但以壟作為主, 如黃淮地區, 一般小壟寬在60~85cm, 壟高為30cm。 由于風吹日曬雨淋,薯壟在后期塌陷較嚴重,且塌陷的程度不一致,后期一般的壟高僅為15~20cm,且有一定起伏, 致使仿形過程中切蔓割刀的高度不宜控制,要不秧蔓留得過長,要不切得短、割刀易入土,造成振動大、易傷薯、易傷刀,甚至損傷機具。

2.3.甘薯種植分布區域土壤千差萬別 ,機具的適應性難解決

甘薯在平原、丘陵、山地皆有種植,其種植土壤主要為砂土、砂壤土、砂石土、壤土、粘土,一種機具難以適應多種不同土壤的作業;此外,甘薯種植田塊大小不一,尤其是丘陵山區道路崎嶇、田塊細碎,中大型機具難以適應多地區作業。因此,只有依據不同地區土壤類型、田塊大小等特點開發相應的機具(材質、結構、動力皆有區別),造成機具規格繁、型號多、批量小、服務半徑大、售后成本高、制造成本高,嚴重制約機具的推廣應用,并制約生產企業積極性提高和生產規模的擴大。

此外,土壤墑情對挖掘收獲的影響也至關重要。對于壤土、粘土而言,濕度過大會引起堵塞篩面、薯土分離不開、機具負荷增大等問題,濕度過小則挖掘阻力增大、薯土分離不開、篩面負荷增大,進一步制約了機具作業的適應性,故而應選擇合適的墑情收獲。

2.4.種植農藝不規范制約收獲機具發展

甘薯壟作、平作皆有,以壟作為例,種植規格就有大壟單行、小壟單行、大壟雙行等,壟寬在60~100cm(以75~85cm的壟寬居多),壟高為25~33cm[7]。各種植區的壟形、壟寬差距較大,與國內現有的拖拉機型譜難以匹配,致使配套機具與動力難以選擇。作業幅寬大的機具,需配套動力大,而動力大的拖拉機輪距大,易壓鄰行傷薯;動力小的拖拉機,抗超載荷能力弱,在土質偏粘或挖掘深度較深的情況下,難以拖動,影響作業順暢性和拖拉機壽命。以現行種植形式較多的小壟單行為例,其壟寬以60~85cm的居多,較適合配套的拖拉機應為254型、280型、300型、304型, 但上述機型的前輪輪距一般在107cm左右, 后輪輪距一般在108cm左右,極易壓臨行而傷薯。

此外,各地選育的種植品種較多,不少粉用甘薯個頭大、生長深,大大增加了挖掘收獲負荷,并使破損率上升,與之相適應的配套動力就更難選擇了。

2.5.缺少專業的生產企業,且企業母體偏小

我國薯類、 花生等土下果實生產機具的制造企業多為中小型企業,甘薯亦不例外,其機具生產企業母體偏小,特別缺少上規模的大中型企業, 大多原為馬鈴薯、花生的設備生產廠,多為小型的,缺少必要的創新能力、制造手段、生產資金、輻射能力和社會影響力。

2.6現有機具可靠性差,適宜推廣的產品十分稀缺

目前,國內甘薯收獲機具生產企業雖有幾十家,產品型號也多達數十種,但由于結構設計、制造工藝、選材用材等因素,造成機具作業可靠性存在較大問題,適宜較大范圍推廣的機具少之有少。

3.相關建議針對上述制因, 對甘薯收獲機械化發展提出若干淺見:

1) 加強宣傳和溝通 ,增強各級管理部門對甘薯生產意義的認知,爭取政策扶持和立項支持,并在國內組建專業的甘薯機械化研發隊伍和技術平臺。

2) 對細碎不平整 、缺少機耕道等種植區進行農地重劃;對粘重土壤種植區進行土壤改良,使之適宜機械化作業。

3) 農機農藝相融合。 將有利于機械化作業作為甘薯育種、栽培研究的重要指標之一來考慮[8],如:選育薯形較小、生長集中、長度適中、生長深度淺、不易破皮的品種;在栽培種植上可做到:種植密度適宜、壟距適中,應適宜拖拉機行走;壟體不易塌陷等;并實行區域化統一種植規格,為研制和推廣甘薯生產機具創造有利的先決條件。

4) 消化借鑒與自主創新并舉。 目前,日、美等國甘薯生產機械化技術較為先進,其切蔓形式、挖掘撿拾一體化等技術對國內具有較強的借鑒意義,但必須結合我國的土壤類型、種植模式、收獲茬口、消費需求等特點,仔細研析甘薯生產機械化的制約因素,自主創新,優化產品設計,從結構、工藝、材質、操作、農藝等多方面進行系統研發,開發適合國情的中小型、輕簡型生產作業機具,避免急于求成。

5) 扶持、培育和壯大有潛力的專業性甘薯機具生產企業,使創新能力、加工能力、售后服務能滿足甘薯機械化生產要求。

6) 隨著農村土地流轉政策的推進 ,甘薯種植大戶不斷涌現, 其對甘薯發展生產機械化的需求和愿望更為迫切。研發生產單位應加強與之合作,理論與實踐充分結合,研發生產與示范應用有效結合,加快新技術、新機型的研發熟化推廣進程。


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