主要薯類作物收獲機(jī)械及發(fā)展建議,農(nóng)業(yè)機(jī)械化論文

主要薯類作物收獲機(jī)械及發(fā)展建議,農(nóng)業(yè)機(jī)械化論文薯類作物是土下果實(shí)非常重要的一類,主要包括馬鈴薯、甘薯、木薯以及其它芋(芋頭、魔芋)和薯蕷(山藥、藥用薯蕷)等.華而不實(shí),最為重要且種植面積最大的是馬鈴薯和甘薯,它們既是重要的糧食作物,又是重要的工業(yè)原料、蔬菜和飼料.甘薯還是優(yōu)質(zhì)抗癌保健食品,兩者種植面積和總產(chǎn)約占我們國(guó)家糧食作物的10%左右.馬鈴薯和甘薯機(jī)械化生產(chǎn)環(huán)節(jié)主要有起壟(或覆膜起壟)、播種(或移栽)、中耕植保、去秧蔓及挖掘收獲等.華而不實(shí),去秧蔓、挖掘收獲等收獲環(huán)節(jié)用工量最多、勞動(dòng)強(qiáng)度最大,約占生產(chǎn)全程的45%左右.隨著我們國(guó)家土地流轉(zhuǎn)政策的推進(jìn)和農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移的加速,使得馬鈴薯和甘薯生產(chǎn)正朝著規(guī)?；?、集約化方向發(fā)展.1主要薯類作物種植大概情況1.1馬鈴薯和甘薯種植特性馬鈴薯和甘薯有較大的類似性,兩者分別為塊莖和塊根植物.馬鈴薯又名土豆、洋芋、藩芋、荷蘭薯、山藥蛋等,是僅次于小麥、水稻、玉米的第4大作物;甘薯又名山芋、紅薯、白薯、地瓜等,兩者的原產(chǎn)地都是南美洲,均廣泛種植于世界各地,全世界有超過(guò)2/3的國(guó)家和地區(qū)種植馬鈴薯,有超過(guò)1/2的國(guó)家和地區(qū)種植甘薯.馬鈴薯和甘薯的種植方式有壟作和平作兩種,當(dāng)前兩者都以壟作為主,以利于提高產(chǎn)量.我們國(guó)家大部分地區(qū)馬鈴薯種植采用單行或雙行高壟栽培形式,壟高一般在10~15cm,單行壟作行距60cm左右;雙行壟作采用寬窄行,寬行70~80cm,窄行30~40cm,種植深度一般為8~10cm[1].甘薯以高壟種植為主,種植規(guī)格有大壟單行、小壟單行、大壟雙行,壟寬在60~100cm,壟高為25~33cm[2].甘薯平均質(zhì)量超過(guò)250g,生長(zhǎng)深度約20~28cm,結(jié)薯范圍達(dá)25~35cm.由于其體形大、質(zhì)量重、生長(zhǎng)深、結(jié)薯范圍寬,收獲時(shí)入土較深及負(fù)荷較大.1.2全球馬鈴薯和甘薯種植大概情況據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì),2020年全球馬鈴薯種植面積約為19.20Mhm,總產(chǎn)量為365Mt.華而不實(shí),亞洲收獲面積最大,其次為歐洲.全世界馬鈴薯收獲面積前10位的國(guó)家分別為:中國(guó)、俄羅斯、印度、烏克蘭、美國(guó)、孟加拉國(guó)、波蘭、白俄羅斯、秘魯、尼日利亞.生產(chǎn)總量居前10的國(guó)家依次是:中國(guó)85.86Mt、印度45Mt、俄羅斯29.53Mt、烏克蘭23.25Mt、美國(guó)19.17Mt、德國(guó)10.67Mt、波蘭9.09Mt、孟加拉國(guó)8.21Mt、白俄羅斯6.91Mt、荷蘭6.77Mt.華而不實(shí),中國(guó)、印度、俄羅斯、烏克蘭4國(guó)產(chǎn)量約占世界的50%,如此圖1所示.2020年,全球甘薯收獲面積約為8.09Mhm,總產(chǎn)量為103Mt,主要集中在亞洲、非洲等.全世界甘薯收獲面積前10位的國(guó)家分別為:中國(guó)、尼日利亞、坦桑利亞、烏干達(dá)、印尼、越南、馬達(dá)加斯加、安哥拉、莫桑比克、巴布亞新幾內(nèi)亞.生產(chǎn)總量居世界前10的國(guó)家依次是:中國(guó)73.14Mt、尼日利亞3.4Mt、坦桑尼亞3.02Mt、烏干達(dá)2.65Mt、印尼2.48Mt、越南1.42Mt、美國(guó)1.2Mt、埃塞俄比亞1.19Mt、印度1.1Mt、盧旺達(dá)1.01Mt.華而不實(shí),中國(guó)的產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他國(guó)家,占世界總產(chǎn)量的71%.1.3國(guó)內(nèi)馬鈴薯和甘薯種植大概情況馬鈴薯和甘薯在我們國(guó)家的種植歷史相當(dāng),始于16世紀(jì)末,大約在明朝萬(wàn)歷年間引入國(guó)內(nèi),距今已有400年多的栽培歷史.當(dāng)前,馬鈴薯和甘薯的種植已普遍達(dá)到全國(guó)絕大部分省區(qū),因適宜性強(qiáng)、產(chǎn)量高、營(yíng)養(yǎng)豐富的特點(diǎn),使得其成為宜糧、宜菜、宜飼、宜加工的多用處作物[3].我們國(guó)家是薯類生產(chǎn)大國(guó),據(jù)FAO統(tǒng)計(jì),2020年我們國(guó)家馬鈴薯和甘薯種植面積分別約為5.43Mhm和3.47Mhm,生產(chǎn)總量分別為85.86Mt和73.14Mt,種植面積及產(chǎn)量均居世界第一,在保證國(guó)內(nèi)糧食安全、能源安全和消除貧困中發(fā)揮重要作用.馬鈴薯在我們國(guó)家主要分布在北方一作區(qū)、中原二作區(qū)、南方冬作區(qū)和西南混作區(qū),主要省份有貴州、內(nèi)蒙、甘肅、云南、四川、重慶、黑龍江、山西、陜西及湖北等.甘薯的主產(chǎn)區(qū)主要分布在黃淮海平原、長(zhǎng)江流域和東南沿海,四川、河南、山東、重慶、廣東、安徽等都是甘薯種植大省.如今甘薯種植區(qū)的劃分在充分考慮氣候條件、栽培技術(shù)及行政區(qū)劃等因素下將全國(guó)劃為3大區(qū):北方春夏薯區(qū)(占45%)、長(zhǎng)江中下游流域夏薯區(qū)(占35%)、南方薯區(qū)(占20%)[4].固然我們國(guó)家馬鈴薯和甘薯種植面積和總產(chǎn)量都位居世界第一,但單產(chǎn)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距還很大.比方,我們國(guó)家馬鈴薯單產(chǎn)只要15.82t/hm,而第1名新西蘭的單產(chǎn)水平為47.5t/hm,是我們國(guó)家單產(chǎn)水平的3倍.歐美發(fā)達(dá)國(guó)家馬鈴薯和甘薯產(chǎn)量之所以如此高,華而不實(shí)最重要的因素是薯種培育和機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用.2主要薯類作物收獲機(jī)械2.1馬鈴薯和甘薯收獲機(jī)械大概情況薯類收獲機(jī)械一般分為分段收獲和聯(lián)合收獲兩種.機(jī)械化分段收獲即由多種不同設(shè)備分別完成割秧、挖掘、去土、撿拾、分選及集果等收獲作業(yè);分段收獲設(shè)備通常有割秧機(jī)、挖掘犁、挖掘(收獲)機(jī)及撿拾機(jī)等.分段收獲設(shè)備中的挖掘(收獲)機(jī)對(duì)生長(zhǎng)深度、形體尺寸比擬接近的不同作物具有一定的通用性和適應(yīng)性,但對(duì)作物的標(biāo)準(zhǔn)化種植程度要求相對(duì)較高,如需保證行距一致和預(yù)留機(jī)收道(畦作)等,除此之外使用的設(shè)備多、下地次數(shù)多.機(jī)械化聯(lián)合收獲是由一臺(tái)設(shè)備一次完成去秧、挖掘、輸送、去土、清選、收集等收獲作業(yè),而兩段式聯(lián)合收獲一般還需配套收獲前去秧蔓設(shè)備.薯類聯(lián)合收獲按收獲機(jī)與底盤(pán)(拖拉機(jī))配置方式不同,又可分為牽引式和自走式:牽引式對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化種植有一定要求,且田間轉(zhuǎn)彎半徑較大;自走式構(gòu)造復(fù)雜、價(jià)格昂貴.2.2國(guó)外馬鈴薯和甘薯收獲機(jī)械歐美發(fā)達(dá)國(guó)家薯類機(jī)械化收獲起步早、發(fā)展快、技術(shù)水平高.前蘇聯(lián)和美國(guó)在20世紀(jì)40年代初就開(kāi)場(chǎng)研制并推廣應(yīng)用馬鈴薯收獲機(jī)械,用20年時(shí)間基本實(shí)現(xiàn)馬鈴薯生產(chǎn)機(jī)械化;德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)等歐洲國(guó)家以及日本和韓國(guó)等亞洲國(guó)家也在20世紀(jì)70-80年代相繼實(shí)現(xiàn)了馬鈴薯生產(chǎn)機(jī)械化.發(fā)達(dá)國(guó)家薯類收獲機(jī)械運(yùn)用了大量的高新技術(shù),如采用振動(dòng)、液壓技術(shù)進(jìn)行挖掘;采用氣壓、氣流、光電技術(shù)進(jìn)行碎土和分離;采用傳感技術(shù)控制挖掘深度、馬鈴薯傳運(yùn)量以及分級(jí)裝載;利用微機(jī)進(jìn)行監(jiān)控操作[5].當(dāng)前,發(fā)達(dá)國(guó)家馬鈴薯和甘薯機(jī)械化收獲以聯(lián)合收獲為主,分為牽引式和自走式兩種.代表機(jī)型有美國(guó)LoganfarmEquipmentCO.LTD生產(chǎn)的能一次完成切蔓、挖掘、分離、篩選、分級(jí)、提升、卸料等作業(yè)的W9038四行收獲機(jī),配套動(dòng)力為90~111.9kW.該機(jī)型功能強(qiáng)大,但是體積大、能耗大,僅合適大型農(nóng)場(chǎng)使用,不合適中小地塊[6].加拿大WillsieEquipmentSalesInc生產(chǎn)的兩行牽引式甘薯聯(lián)合收獲機(jī)需采用切蔓機(jī)先行去除甘薯莖葉,然后完成挖掘、輸送、分揀、集果裝箱等作業(yè).德國(guó)格雷莫(GRIMME)公司是馬鈴薯和甜菜收獲機(jī)械的領(lǐng)先者,其SE150―6型牽引式馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī),可同時(shí)包容6個(gè)人在作業(yè)平臺(tái)上工作.新型TECTRON415全功能4行收獲機(jī),如此圖2所示.其在配有10t料箱的同時(shí)還裝備側(cè)提升臂,進(jìn)而使得該機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)不間斷作業(yè).同時(shí),該機(jī)自動(dòng)化程度極高、易操作(調(diào)頭半徑僅1.1m),可兼收馬鈴薯、胡蘿卜以及甜菜等作物,利用效率更高層次[7].亞洲生產(chǎn)薯類收獲機(jī)械的國(guó)家以韓國(guó)和日本為代表,起步相對(duì)西方發(fā)達(dá)國(guó)家較晚,但發(fā)展速度比擬快.由于受地形、種植規(guī)模等因素影響,韓國(guó)和日本的研發(fā)對(duì)象主要是一些小型薯類挖掘機(jī).如韓國(guó)高山機(jī)械公司生產(chǎn)的小型單、雙行馬鈴薯、甘薯挖掘機(jī);日本從1960年便開(kāi)場(chǎng)對(duì)根菜(青芋、蘿卜、山藥等)收獲機(jī)械進(jìn)行研究,當(dāng)前也生產(chǎn)類似的小型收獲機(jī).上述機(jī)型比擬合適中小地塊適用.2.3國(guó)內(nèi)馬鈴薯和甘薯收獲機(jī)械我們國(guó)家大陸對(duì)馬鈴薯、甘薯收獲機(jī)械的研制起步晚,發(fā)展慢,至今仍主要集中在中小型收獲機(jī)的研制和推廣上,大中型聯(lián)合收獲機(jī)的研制推廣較少.建國(guó)初期,我們國(guó)家馬鈴薯和甘薯收獲采用人工刨和犁耕挖掘的落后方式.20世紀(jì)60年代中期,馬鈴薯收獲機(jī)具的研制工作才逐步發(fā)展,國(guó)內(nèi)農(nóng)機(jī)部門(mén)引進(jìn)了瑞士SamroJunior、英國(guó)Johson、前蘇聯(lián)KTH―2、波蘭RCF―2以及西德VR―2型馬鈴薯收獲機(jī),進(jìn)行了生產(chǎn)性能試驗(yàn)研究和吸收消化.隨著手扶拖拉機(jī)在20世紀(jì)70年代中期的大量推廣與應(yīng)用,與其相配套的馬鈴薯收獲機(jī)的研制到達(dá)了高潮,并成功研制了鼠籠式馬鈴薯收獲機(jī)[5].20世紀(jì)80年代,我們國(guó)家又引進(jìn)了配套動(dòng)力為30kW的瑞士SUPERB型、西德RM―R型馬鈴薯集條收獲機(jī).黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院以瑞士SUPERB型機(jī)為原型,設(shè)計(jì)出了4UTL―2型塊莖作物收獲機(jī),用于收獲馬鈴薯和甜菜等.到20世紀(jì)90年代中期,研制馬鈴薯收獲機(jī)在國(guó)產(chǎn)小四輪拖拉機(jī)的大量推廣應(yīng)用下被重視起來(lái).此后,因市場(chǎng)需求旺盛,小型振動(dòng)式馬鈴薯收獲機(jī)和升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)先后投放市場(chǎng).這些機(jī)型性能可靠、操作簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)[9].近年來(lái),國(guó)內(nèi)馬鈴薯和甘薯收獲機(jī)研發(fā)主要集中在中型和小型收獲機(jī)以及少量動(dòng)力不大、自動(dòng)化程度不高的聯(lián)合收獲機(jī)方面,大型聯(lián)合收獲機(jī)仍然完全依靠進(jìn)口.代表機(jī)型有:中機(jī)美諾公司生產(chǎn)的1700和1710系列馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī),實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)中大型國(guó)產(chǎn)馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)的突破.該機(jī)可一次性完成挖掘、輸送分離、除秧及側(cè)輸出作業(yè),并裝有組合挖掘機(jī)構(gòu),保證挖掘深度一致.同時(shí),該機(jī)采用浮動(dòng)圓盤(pán)刀設(shè)計(jì),更有效切斷雜草,減少挖掘阻力;1710在1700的基礎(chǔ)上安裝了側(cè)提升臂,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工作經(jīng)過(guò)中升運(yùn)裝車,在馬鈴薯運(yùn)輸車的配合下,可大大節(jié)省勞動(dòng)力[10],如此圖3所示.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院研制的4UFD-1400型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)能一次性完成馬鈴薯挖掘、土薯分離、雜草、莖稈及地膜的分離、薯塊輸送升運(yùn)、薯塊分級(jí),以及收集裝袋等工序,同時(shí)實(shí)現(xiàn)分級(jí)裝袋,使得馬鈴薯收獲的生產(chǎn)效率得到顯著提高[11].同時(shí),該機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮中國(guó)國(guó)情,使得其能夠方便地與45~58.8kW拖拉機(jī)配套,知足中等地塊的作業(yè)要求農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研發(fā)的4GS-1500型甘薯寬幅收獲機(jī),適用于平原壩區(qū)和丘陵緩坡等大田塊沙壤或沙漿黑土地作業(yè),采用了兩段式輸送構(gòu)造的升運(yùn)系統(tǒng),前段保障分離效果,后段保障輸送效果,并安裝了防纏繞裝置和漏土柵,提高了生產(chǎn)率和作業(yè)質(zhì)量.總體看來(lái),我們國(guó)家大陸馬鈴薯、甘薯等機(jī)械化收獲技術(shù)的研發(fā)還處于發(fā)展初期,而聯(lián)合收獲設(shè)備仍以消化吸收為主,且種類稀少,減阻、降耗、防堵技術(shù)尚需進(jìn)一步完善.3發(fā)展建議3.1互相借鑒,一機(jī)多用馬鈴薯、甘薯在種植生產(chǎn)方式上有很多類似之處,在挖掘收獲技術(shù)方面可互相借鑒、吸收.在沙壤土區(qū)亦可設(shè)計(jì)制造一機(jī)多用的薯類作物收獲機(jī),在通用機(jī)架和部件的基礎(chǔ)上,根據(jù)不同品種的馬鈴薯或甘薯更換其相對(duì)應(yīng)的專用部件來(lái)實(shí)現(xiàn)作物的收獲.3.2推進(jìn)農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝融合建議不斷優(yōu)化我們國(guó)家薯類產(chǎn)業(yè)布局,并盡快制定出我們國(guó)家馬鈴薯和甘薯的發(fā)展規(guī)劃及農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝相融合技術(shù)方案,積極推進(jìn)規(guī)?；蜆?biāo)準(zhǔn)化種植,為機(jī)械作業(yè)創(chuàng)造條件.如培育根塊短、生長(zhǎng)集中、適宜機(jī)械化作業(yè)的品種,大力推廣普及馬鈴薯和甘薯機(jī)械化種植形式,為實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ).3.3提高機(jī)具性能薯類收獲機(jī)械的工作條件惡劣,入土和與(接)觸土部件較多,強(qiáng)度大、易腐蝕、易磨損.為提高機(jī)具適應(yīng)性、可靠性、順暢性,在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從構(gòu)造特性、制造工藝和材料處理等幾方面綜合分析.如采用虛擬仿真技術(shù)優(yōu)化機(jī)身構(gòu)造;對(duì)易損件可采用外表鈍化及噴涂等技術(shù),改善外表質(zhì)量、提遐齡命及減少維護(hù)費(fèi)用[13]等.3.4加強(qiáng)馬鈴薯和甘薯收獲新機(jī)具的研究隨著我們國(guó)家馬鈴薯和甘薯生產(chǎn)向規(guī)?；?、集約化、產(chǎn)業(yè)化種植方向發(fā)展,對(duì)能一次性完成切蔓、挖掘、分離、清選和輸送等作業(yè)的中大型聯(lián)合收獲機(jī)的需求將漸趨迫切.應(yīng)通過(guò)產(chǎn)學(xué)研有效合作,加快此類機(jī)型的研發(fā)進(jìn)程,運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)制造理念,采用液壓技術(shù)和電子技術(shù),提高設(shè)備的技術(shù)性能和制造質(zhì)量,有效縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家差距.以下為參考文獻(xiàn):[1]胡志超,王海鷗,胡良龍,等.馬鈴薯機(jī)械化收獲技術(shù)大概情況與發(fā)展[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械,2007(4):63-65.[2]張松樹(shù).甘薯良種栽培及加工關(guān)鍵技術(shù)[M].北京:中國(guó)三峽出版社,2006.[3]呂世安.中國(guó)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)在狀況與趨勢(shì)[J].湖北民族學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2002,20(4):29-34.[4]胡良龍,田立佳.國(guó)內(nèi)甘薯生產(chǎn)收獲機(jī)械化制因思考與討論[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào),2018(3):16-18.[5]王福義.馬鈴薯收獲機(jī)械發(fā)展研究[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備,2018(12):83-84.[6]高明珠.馬鈴薯收獲機(jī)械發(fā)展討論[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備,2018(12):31-33.[7]史明明,魏宏安.國(guó)內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)械發(fā)展現(xiàn)在狀況[J].農(nóng)機(jī)化研究,2020,35(10):213-217.[8]薛蒙生.國(guó)內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)械發(fā)展大概情況與研制推廣[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械,2001(11):32