365bet信号源

国内甘薯生产收获机械化制因思索与探讨


来源/作者:农业部南京农业机械化研究所  胡良龙日期:2019-04-08【字体:    打印本页 关闭本页 分享


引言

甘薯(sweet potato)属旋花科甘薯属,一年生或多年生蔓生草本,又名山芋、红芋、番薯、红薯、白薯、白芋、地瓜、红苕等,因地区不同而称谓各异。甘薯起源于南美洲,现已在100多个国家广有种植,16世纪末从南洋传入中国福建、广东,而后向长江、黄河流域及台湾省等地传播[1,2]。

世界甘薯主要产区分布在北纬40度以南。栽培面积以亚洲最多,非洲次之,美洲居第三。FAO 2009年数据显示,世界甘薯栽培面积为8.53Mhm2,总产量为108Mt。

甘薯是重要的粮食、饲料、工业原料及新型能源用原料, 是世界粮食生产的底线作物和极具竞争力的优质能源作物,亦是优质的抗癌保健食品(日本《朝日新闻》称甘薯是“准完全食品”)[3,4],是欠发达地区主要经济收入之一,因此研究和推广甘薯生产机械具有重要的现实意义。

1.我国甘薯生产概况

我国是全球最大的甘薯生产国, 常年种植面积约为4666.67~5333.33khm2, 约占世界的60%, 年生产量为85Mt,约占世界的79%。 甘薯在我国粮食作物生产总量中仅次于水稻、小麦、玉米。

甘薯在我国分布较广,以淮海平原、长江流域和东南沿海各省最多,种植面积较大的省份有四川、河南、山东、重庆、广东、安徽等。根据我国气候条件、甘薯生态型、行政区划、栽培习惯等,现在一般将甘薯种植区划为三大区:北方春夏薯区(占45%)、长江中下游流域夏薯区(占35%)、南方薯区(占20%)。

根据作业环节划分, 甘薯田间生产机械主要包括育苗、耕整、起垄、施肥、排种、剪苗、移栽、田间管理(灌溉、植保机械等)、收获(切蔓、挖掘、捡拾、收集)等作业机具,其中耕整、起垄、施肥、田间管理等机具为通用型农业机械,而其它环节则需针对甘薯特点采用专用机型。上述环节中,收获、种植是最重要的生产环节,而收获又是重中之重,其用工量占生产全过程42%左右,作业成本占生产总成本50%左右。


富来威陈建华荣膺


集起垄、旋耕、种植于一体的富来威甘薯复式作业移栽机

美、日、加拿大等发达国家对甘薯生产机械化技术及装备研发起步早、投入大、发展快,已形成排种机、剪苗机、起垄机、移栽机、切蔓机、收获机(分段收获、联合收获)等系列产品,甘薯生产机械早已实现专用化、标准化,其作业工效是传统人工的数十倍。

我国虽是甘薯生产大国, 但其机械化生产技术却十分落后,作业机具的专用化、高效化、系列化程度还较低,其耕种收综合机械化水平距离国家平均水平(52%)尚有较大距离,并且区域发展不平衡,国内平原(砂壤土)地区明显高于丘陵山区。 尤其是用工量和劳动强度最大的收获环节,目前国内仍以人工为主,部分平原地区采用简易挖掘犁,少数地区采用小型切蔓机、挖掘犁、收获机,且其作业性能尚需进一步改进提升,而高性能机械化联合收获装备还为空白。采用人工收获存在着劳动强度大、效率低、损失大、作业成本高(雇工收高达2700元/hm2)、综合效益低下等问题 ,已成为制约甘薯生产机械化发展的主要技术瓶颈。

随着我国农村劳动力结构短缺矛盾的加剧, 农民热切盼望甘薯能早日像小麦、 玉米和水稻一样实现机械化收获,降低劳动强度、提高生产效率,市场对发展甘薯收获机械化的呼声越来越高,需求十分迫切。


QQ截图20161116140148


富来威双垄切蔓挖掘复式作业机

2.甘薯收获技术制因研析

旺盛的市场需求与实际生产的相对落后, 形成甘薯产业发展的一对矛盾,因此积极探索制约甘薯收获技术发展的因素,寻求新的解决方法,具有重要现实意义。

2.1.长期历史欠账造成甘薯作业机具研发生产严重滞后

长期以来,各级政府及农机科研机构关注的重点是稻麦、玉米、油菜等主要粮油作物的生产问题,政策制定、立项支持和平台建设都给予了倾斜,且“先平原、后山区”,致使在丘陵薄地占有较大种植比例的甘薯行业缺少专业的机械研发队伍、研究平台、生产企业和资金支持,造成生产机械化发展长期滞后。近年,随着主要粮油作物生产机械化的逐步解决, 甘薯等土下果实生产机械化, 尤其是收获机械化已逐步成为政府部门和农机化研究领域关注的难点和热点问题, 国内甘薯生产机械化的研发生产也开始起步。

2.2.甘薯自身生理性状决定其机械化收获的难度

1) 甘薯体形大、分量重、生长深、结薯范围宽。 甘薯因品种、土壤和栽培条件不同而分为纺锤形、圆筒形、球形和块形等,单个平均重量超过250g, 生长深度约20~28cm,结薯范围达25~35cm。机械化挖掘收获时土、薯分离量很大,据Hechelmann研究:马铃薯(与甘薯垄塌后的生长情形类似)挖深从12cm增14cm时,过筛分离的土壤将从975t/hm2增至1245t/hm2[5]。 因分离的土壤多,故作业时易造成土壤埋薯,机具作业的明薯率相对较低;机具的前行挖掘、分离负荷过大,易造成链杆、齿轮、轴承等运动件磨损严重,且机具配套动力要求大、零部件材质要求高,造成机具相对其他作物同类产品的价格要高。

2) 甘薯皮薄易蹭伤 ,对鲜薯 、种薯的贮藏和鲜薯出口不利,故而对机具输送、分离等工作部件的振频、振幅、速度等参数研究和材质选择提出了更高要求。

3) 甘薯藤蔓生长茂盛,且匍匐缠绕严重 。 甘薯藤蔓通常长到1.5~2.5m,每亩茎蔓产量多达2000kg[6],且相互缠绕,不宜分离。 机械切割粉碎量较大,尤其是垄沟起伏不定、形状复杂,难以切除干净,缠绕的依然不少,垄沟碎秧铺放堆积多,易阻挡或悬挂在收获机前端两侧辐板上,大大增加了机具的前行阻力。

4) 甘薯垄易塌陷、垄行不规则,给仿形切蔓 、挖掘带来难度。 甘薯有垄作和平作两种方式,但以垄作为主, 如黄淮地区, 一般小垄宽在60~85cm, 垄高为30cm。 由于风吹日晒雨淋,薯垄在后期塌陷较严重,且塌陷的程度不一致,后期一般的垄高仅为15~20cm,且有一定起伏, 致使仿形过程中切蔓割刀的高度不宜控制,要不秧蔓留得过长,要不切得短、割刀易入土,造成振动大、易伤薯、易伤刀,甚至损伤机具。

2.3.甘薯种植分布区域土壤千差万别 ,机具的适应性难解决

甘薯在平原、丘陵、山地皆有种植,其种植土壤主要为砂土、砂壤土、砂石土、壤土、粘土,一种机具难以适应多种不同土壤的作业;此外,甘薯种植田块大小不一,尤其是丘陵山区道路崎岖、田块细碎,中大型机具难以适应多地区作业。因此,只有依据不同地区土壤类型、田块大小等特点开发相应的机具(材质、结构、动力皆有区别),造成机具规格繁、型号多、批量小、服务半径大、售后成本高、制造成本高,严重制约机具的推广应用,并制约生产企业积极性提高和生产规模的扩大。

此外,土壤墒情对挖掘收获的影响也至关重要。对于壤土、粘土而言,湿度过大会引起堵塞筛面、薯土分离不开、机具负荷增大等问题,湿度过小则挖掘阻力增大、薯土分离不开、筛面负荷增大,进一步制约了机具作业的适应性,故而应选择合适的墒情收获。

2.4.种植农艺不规范制约收获机具发展

甘薯垄作、平作皆有,以垄作为例,种植规格就有大垄单行、小垄单行、大垄双行等,垄宽在60~100cm(以75~85cm的垄宽居多),垄高为25~33cm[7]。各种植区的垄形、垄宽差距较大,与国内现有的拖拉机型谱难以匹配,致使配套机具与动力难以选择。作业幅宽大的机具,需配套动力大,而动力大的拖拉机轮距大,易压邻行伤薯;动力小的拖拉机,抗超载荷能力弱,在土质偏粘或挖掘深度较深的情况下,难以拖动,影响作业顺畅性和拖拉机寿命。以现行种植形式较多的小垄单行为例,其垄宽以60~85cm的居多,较适合配套的拖拉机应为254型、280型、300型、304型, 但上述机型的前轮轮距一般在107cm左右, 后轮轮距一般在108cm左右,极易压临行而伤薯。

此外,各地选育的种植品种较多,不少粉用甘薯个头大、生长深,大大增加了挖掘收获负荷,并使破损率上升,与之相适应的配套动力就更难选择了。

2.5.缺少专业的生产企业,且企业母体偏小

我国薯类、 花生等土下果实生产机具的制造企业多为中小型企业,甘薯亦不例外,其机具生产企业母体偏小,特别缺少上规模的大中型企业, 大多原为马铃薯、花生的设备生产厂,多为小型的,缺少必要的创新能力、制造手段、生产资金、辐射能力和社会影响力。

2.6现有机具可靠性差,适宜推广的产品十分稀缺

目前,国内甘薯收获机具生产企业虽有几十家,产品型号也多达数十种,但由于结构设计、制造工艺、选材用材等因素,造成机具作业可靠性存在较大问题,适宜较大范围推广的机具少之有少。

3.相关建议针对上述制因, 对甘薯收获机械化发展提出若干浅见:

1) 加强宣传和沟通 ,增强各级管理部门对甘薯生产意义的认知,争取政策扶持和立项支持,并在国内组建专业的甘薯机械化研发队伍和技术平台。

2) 对细碎不平整 、缺少机耕道等种植区进行农地重划;对粘重土壤种植区进行土壤改良,使之适宜机械化作业。

3) 农机农艺相融合。 将有利于机械化作业作为甘薯育种、栽培研究的重要指标之一来考虑[8],如:选育薯形较小、生长集中、长度适中、生长深度浅、不易破皮的品种;在栽培种植上可做到:种植密度适宜、垄距适中,应适宜拖拉机行走;垄体不易塌陷等;并实行区域化统一种植规格,为研制和推广甘薯生产机具创造有利的先决条件。

4) 消化借鉴与自主创新并举。 目前,日、美等国甘薯生产机械化技术较为先进,其切蔓形式、挖掘捡拾一体化等技术对国内具有较强的借鉴意义,但必须结合我国的土壤类型、种植模式、收获茬口、消费需求等特点,仔细研析甘薯生产机械化的制约因素,自主创新,优化产品设计,从结构、工艺、材质、操作、农艺等多方面进行系统研发,开发适合国情的中小型、轻简型生产作业机具,避免急于求成。

5) 扶持、培育和壮大有潜力的专业性甘薯机具生产企业,使创新能力、加工能力、售后服务能满足甘薯机械化生产要求。

6) 随着农村土地流转政策的推进 ,甘薯种植大户不断涌现, 其对甘薯发展生产机械化的需求和愿望更为迫切。研发生产单位应加强与之合作,理论与实践充分结合,研发生产与示范应用有效结合,加快新技术、新机型的研发熟化推广进程。


内容审核:zll176
欢迎分享,转载请保留出处及作者。 农业农村部农机推广与监理网(http://came.net.cn/)。 请在微信公众账号中搜索「中国365bet信号源_365bet体育官网_日博官网 365bet」,或用手机扫描左方二维码,即可获得信息推送。