彭發(fā)智 張秀平 常震 陳林 常吉武

1、河北省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所有限公司 2、石家莊市鹿泉區(qū)吉武農(nóng)產(chǎn)品專業(yè)合作社

隨著山區(qū)農(nóng)村勞動(dòng)力的大量減少，勞動(dòng)力成本上升，山區(qū)農(nóng)村甘薯發(fā)展的加快，針對(duì)山區(qū)甘薯生產(chǎn)機(jī)械十分短缺，特別是山地小型機(jī)械的嚴(yán)重短缺，生產(chǎn)成本居高不下，經(jīng)濟(jì)效益差。甘薯種植模式多為機(jī)械起壟覆膜、人工種植、機(jī)械殺秧+收獲，提高作業(yè)性能，減少人工投入、降低勞動(dòng)強(qiáng)度及促進(jìn)甘薯生產(chǎn)機(jī)械化，讓甘薯成為帶動(dòng)山區(qū)村民致富的“金疙瘩”。

甘薯又名甜薯，有著豐富營(yíng)養(yǎng)，可以預(yù)防一些疾病，所以它有非常高食用價(jià)值。旋花科薯蕷屬纏繞草質(zhì)藤本，地下塊莖頂分枝末端膨大成卵球形的塊莖，外皮淡黃色，光滑。莖左旋，基部有刺，被丁字形柔毛。單葉互生，闊心臟形；雄花序?yàn)樗霠罨ㄐ?，單生，雄花無梗或具極短的梗；苞片卵形，頂端漸尖；花被淺杯狀，被短柔毛；蒴果三棱形，頂端微凹，基部截形，每棱翅狀；種子圓形，具翅?；ㄆ诔跸摹Ｎ覈?guó)是世界上甘薯生產(chǎn)大國(guó)，每年生產(chǎn)的甘薯總產(chǎn)量大約有1000萬噸左右。甘薯對(duì)環(huán)境的要求不是很大，所以甘薯的種植面積廣、產(chǎn)量很高，管理方便等，甘薯是一種多樣化的種植模式作物。甘薯的種植工序比較復(fù)雜并且技術(shù)也不夠成熟，所以我國(guó)甘薯在機(jī)械化生產(chǎn)時(shí)一直受到限制，相對(duì)復(fù)雜的種植環(huán)節(jié)和大量的人工勞力，進(jìn)一步增加了甘薯的種植成本，阻礙了廣大用戶對(duì)甘薯種植的積極性，影響了甘薯種植業(yè)的向好發(fā)展。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外甘薯種植模式，農(nóng)機(jī)農(nóng)藝相結(jié)合的技術(shù)要求和我國(guó)的甘薯種植特點(diǎn)，對(duì)甘薯機(jī)械進(jìn)行對(duì)比和分析，總結(jié)山丘區(qū)甘薯機(jī)械化種植中所存在的主要問題，促進(jìn)山丘區(qū)甘薯機(jī)械化未來的發(fā)展方向。

1 國(guó)內(nèi)甘薯機(jī)械化發(fā)展?fàn)顩r

我國(guó)雖是甘薯種植大國(guó)，也是一種勞動(dòng)強(qiáng)度大生產(chǎn)工序復(fù)雜的農(nóng)作物，但是甘薯機(jī)械化程度一直非常低，主要依賴勞動(dòng)力，其中主要種植環(huán)節(jié)包括起壟覆膜、移栽種植、噴藥、除草、耕中管理、殺秧，以及收獲后的清洗分級(jí)等。大面積的甘薯種植面臨著勞動(dòng)力短缺和用工成本增加，阻礙了甘薯種植產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。傳統(tǒng)的農(nóng)用工具工作效率低和種植環(huán)境的限制，現(xiàn)有工作只能滿足一家一戶小面積小數(shù)量的使用。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展和農(nóng)機(jī)具的推廣，不斷地更新一些種植環(huán)節(jié)機(jī)具更多地替代了人力和畜力，特別是在平原甘薯種植較多，山丘區(qū)的干樹種植機(jī)械受到一些限制，主要實(shí)現(xiàn)在耕整、翻、鉤蔓等一些環(huán)節(jié)，單翻犁收獲作業(yè)效率比較低，收獲損傷和漏收率高，但能減小勞動(dòng)強(qiáng)度。后續(xù)相繼出現(xiàn)各種新型機(jī)器，但在作業(yè)質(zhì)量上仍然不高。直到20世紀(jì)末，甘薯機(jī)械化一直沒有亮點(diǎn)，尤其是在山丘區(qū)種植的甘薯，特殊的地形限制了機(jī)械化的發(fā)展，加上繁重的勞動(dòng)強(qiáng)度和不斷提高的勞動(dòng)成本。隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展和改進(jìn)，在20世紀(jì)90年代甘薯機(jī)械化有了明顯加快，一些地區(qū)出現(xiàn)了多樣式的工具。最具有代表性的是環(huán)形刀形收獲機(jī)具，收獲困難的局面得到了改變，這項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)極大程度上推動(dòng)甘薯的種植和生產(chǎn)，該設(shè)計(jì)新奇、特有，通過改變傳統(tǒng)收獲犁的鏟頭式設(shè)計(jì)，改變了薯塊丟失率及破損率，經(jīng)過試驗(yàn)對(duì)比和分析該機(jī)具效率可達(dá)到3～4畝／小時(shí)，甘薯的丟失和破損率均低于1%，可大幅度地減輕勞動(dòng)強(qiáng)度及提高工作效率，適合推廣市場(chǎng)應(yīng)用。傳統(tǒng)大型的甘薯機(jī)械在丘陵地形的使用受到很大的影響，主要原因?yàn)椴僮鞑环奖?，回轉(zhuǎn)半徑大等問題，為了更好地解決山丘區(qū)甘薯機(jī)械化的問題，正在設(shè)計(jì)開發(fā)中耕管理機(jī)旋耕起壟施肥機(jī)、小型收獲機(jī)和切蔓機(jī)、回收型切蔓機(jī)等。調(diào)研考察生產(chǎn)小型振動(dòng)篩收獲機(jī)，與小四輪配套適應(yīng)性差，故障率高，推廣困難。

雖然，這些年以來我國(guó)在甘薯機(jī)械化生產(chǎn)上有了很多成績(jī)，但與國(guó)外相比較，我國(guó)的甘薯機(jī)械化生產(chǎn)比較落后，而且生產(chǎn)出來的產(chǎn)品無論是從外形上還是從各功能上對(duì)比，跟國(guó)外還有一定的距離。但隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷地調(diào)整，甘薯機(jī)械化的發(fā)展趨勢(shì)日益顯著，為新型高效率甘薯機(jī)械化的開啟了有利的創(chuàng)造與發(fā)展的空間。

2 國(guó)外甘薯機(jī)械化現(xiàn)狀

甘薯是高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)作物之一，具有適應(yīng)性廣、抗逆性強(qiáng)、耐旱、耐瘠薄、病蟲害少等特點(diǎn)，起源于南美洲，其主要分布在亞洲、非洲，其次為美洲，而歐洲、大洋洲種植面積較少，現(xiàn)已在100多個(gè)國(guó)家廣有種植。

美、加、日等發(fā)達(dá)國(guó)家甘薯生產(chǎn)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合度高，其甘薯生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)及裝備研發(fā)始于20世紀(jì)30年代到20世紀(jì)40年代，現(xiàn)已形成了排種機(jī)、剪苗機(jī)、起壟機(jī)、移栽機(jī)、切蔓機(jī)、收獲機(jī)等系列產(chǎn)品，基本實(shí)現(xiàn)專用化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，其作業(yè)工效是傳統(tǒng)人工的數(shù)十倍。大型多壟起壟作業(yè)機(jī)，形成了系列產(chǎn)品。日本等國(guó)家開發(fā)的多功能起壟機(jī)，在起壟同時(shí)將肥料等施入壟溝內(nèi)，保持肥效利用最大化，另外配以起壟鎮(zhèn)壓技術(shù)以及適應(yīng)不同壟形的起壟機(jī)，很好地滿足了生產(chǎn)需要。國(guó)外薯秧處理機(jī)械主要是作業(yè)部件前端兩側(cè)的叉桿挑起壟溝內(nèi)的薯秧，夾持向上輸送，圓盤切刀將薯秧根部切斷，夾持鏈繼續(xù)向后輸送或鋪于地面或粉碎收集；直接采用收集機(jī)將薯秧、薯塊同時(shí)收起，在輸送過程中將薯塊與薯秧強(qiáng)制拉斷，這種機(jī)型的輸送裝置較長(zhǎng)。小型甘薯收獲機(jī)以日韓產(chǎn)品為代表，主要完成挖掘和輸送，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。國(guó)外現(xiàn)有的甘薯生產(chǎn)機(jī)械裝備中，歐美的甘薯生產(chǎn)機(jī)具多以大型化為主，適宜大規(guī)模集約化生產(chǎn)，對(duì)我國(guó)北方薯區(qū)的規(guī)模化成片種植具有借鑒意義；而日韓等亞洲地區(qū)則以小型化為主，適宜中小田塊作業(yè)，對(duì)我國(guó)多數(shù)甘薯種植區(qū)都有較大的借鑒價(jià)值。

2.1 苗床覆土機(jī)

目前主要由國(guó)外一些大型農(nóng)場(chǎng)使用。為了提高工作效率，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，一般苗床長(zhǎng)度長(zhǎng)達(dá)數(shù)百米。一是將甘薯的種薯塊隨機(jī)放入機(jī)器上，然后利用拖拉機(jī)的驅(qū)動(dòng)將甘薯種薯塊均勻整齊地排放在苗床中，二是將苗床兩側(cè)的碎土厚度均勻的覆蓋到種薯塊上，該機(jī)具適合大型農(nóng)場(chǎng)不適合小型規(guī)模的甘薯生產(chǎn)。

2.2 移栽機(jī)

在國(guó)外甘薯移栽機(jī)主要有兩種，一種是牽引式。該機(jī)具的移苗、分苗時(shí)都有隨行人員操作，秧苗的丟失率很低，株距均勻，工作效率高，節(jié)省勞動(dòng)力，栽插、覆土、鎮(zhèn)壓同時(shí)完成。機(jī)器的前進(jìn)速度為20m/min,另一種是在80年代初開發(fā)應(yīng)用的新型高效移栽機(jī)，最高栽插速度達(dá)到70～80株/分鐘/人。

2.3 去蔓機(jī)

甘薯是一種藤蔓生長(zhǎng)作物，藤蔓生長(zhǎng)比較茂盛，生長(zhǎng)旺期的時(shí)候甘薯藤蔓能達(dá)到4米以上。在甘薯收獲的時(shí)候去藤蔓是一項(xiàng)很大的工作量，有些地方為了讓甘薯藤蔓實(shí)現(xiàn)自身的價(jià)值收集起來制作成飼料，但也有的地方更多的是將其隨意亂放，不僅浪費(fèi)、還增大工作量又影響了下次的耕作和污染環(huán)境。國(guó)外跟國(guó)內(nèi)相比較就不同了，它們不會(huì)將甘薯藤蔓制作飼料或其他用途，大多情況是直接將藤蔓粉碎到田間當(dāng)作肥料用了。它是一種消耗地力很強(qiáng)作物。藤蔓中含有大量的營(yíng)養(yǎng)成分，粉碎后直接灑在地上可起到培養(yǎng)地力，增加養(yǎng)分，對(duì)土壤也能起到松動(dòng)的作用。國(guó)外一般常用坪地機(jī)式去蔓機(jī)，按照壟形運(yùn)用高速旋轉(zhuǎn)的刀片將藤蔓切碎均勻撒入田中。兩側(cè)各有一個(gè)鏟直接將溝底的蔓挑起，送到高速旋轉(zhuǎn)的切刀中能將約95%的藤蔓切斷。另一種是類似旋耕機(jī)。由拖拉機(jī)牽引后輸出驅(qū)動(dòng)，效果也是非常理想的。由于采用機(jī)械去蔓，工作效率大幅度提高，處理過的田塊有利于下一環(huán)節(jié)的機(jī)械收獲。目前，在采用機(jī)械去蔓已經(jīng)不將藤蔓的長(zhǎng)度及茂盛程度作為選擇機(jī)械品種的指標(biāo)。

2.4 收獲機(jī)

早在20世紀(jì)30年代國(guó)外的甘薯種植實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。機(jī)械化作業(yè)和人工做作業(yè)相比，大大提高了工作效率縮短了工作的時(shí)間。減少了用工量，降低成本投入，作業(yè)速度速度可達(dá)0.2～0.25 hm2/h,不僅工作效率高，而且對(duì)薯塊破損率和丟失率也有很大的降低，這樣也就提高了甘薯的附加值。增加了用戶對(duì)甘薯種植的信心。目前在發(fā)達(dá)國(guó)家中比如日、美等已有較多的地區(qū)使用甘薯機(jī)械，使用的機(jī)械有兩種，一是傳統(tǒng)的拖控機(jī)牽引式收獲犁。犁尖是由兩塊沖壓拼接在組合在一起從兩側(cè)將土翻起，將甘薯翻起后露在地表面后由人工把薯塊撿拾分級(jí)收集起來。另一種是振動(dòng)式收獲機(jī)，同樣也是由拖拉機(jī)牽引，后輸出鏈接動(dòng)力，用平鏟將土層鏟起后分開，隨后自動(dòng)落到后面的鏈篩篦上，通過鏈篩將圖和甘薯分離，土壤自由落到下面，甘薯通過篩子勻速的送到地表面，工作效率更高的有薯類聯(lián)合收獲機(jī)，該機(jī)具的前端為兩個(gè)錐形麻花鉆也就是人們常說的擁土器，將土壤與薯塊通過蓖狀式傳送帶機(jī)構(gòu)提升向上運(yùn)輸，在提升過程中土壤從縫隙中掉落下來，薯塊被運(yùn)輸?shù)胶蟛坑筛S人員撿拾后裝入分揀需要的袋子或者是筐內(nèi)。雖然該機(jī)具的工作效率較高，但由于其特殊性只能用在土壤松散的田塊種植的甘薯使用，該設(shè)備的價(jià)格比較昂貴，需要對(duì)工作人員要求比較，用機(jī)前的專業(yè)培訓(xùn)，實(shí)際操作，故障分析，維護(hù)保養(yǎng)，從而降低機(jī)器的故障率，增加機(jī)器的使用壽命，小型簡(jiǎn)單收獲機(jī)普遍用于國(guó)外的一些小農(nóng)戶，主要為了降低成本減少資金投入。

2.5 清洗機(jī)

清洗機(jī)多用于根莖、蘿卜等一些需要上市前的作物清洗。甘薯是一種塊莖作物，其特點(diǎn)是皮薄，容易受損，內(nèi)外組織不同，破皮后的甘薯不僅影響外觀，還影響甘薯的存儲(chǔ)時(shí)間。在國(guó)外甘薯清洗技術(shù)比較領(lǐng)先，通過流水式的方法和用柔軟的毛刷擦拭，這樣不會(huì)對(duì)甘薯表皮組織產(chǎn)生損傷等，將附著在表面的土及細(xì)沙土等清洗干凈，這些不僅是取決于機(jī)械因素，而且還跟甘薯生長(zhǎng)的形狀、甘薯的品種、清洗時(shí)的水溫等因素有關(guān)。

2.6 甘薯起壟機(jī)

早在多年前國(guó)外甘薯起壟機(jī)技術(shù)比較成熟，尤其是日、韓兩國(guó)所設(shè)計(jì)的甘薯起壟機(jī)，都符合當(dāng)前的農(nóng)機(jī)農(nóng)藝要求，一次性完成起壟、覆膜、鋪設(shè)滴灌帶、施肥、噴灑農(nóng)藥，減少去地的次數(shù)，避免對(duì)壟體的損壞，并充分實(shí)現(xiàn)每一層的肥力，使甘薯在每一個(gè)時(shí)期得到不同養(yǎng)分，同時(shí)還預(yù)防病蟲害，仿生機(jī)械設(shè)計(jì)減少機(jī)械動(dòng)力，技術(shù)相對(duì)比較穩(wěn)定，也降低了成本投入。一般都是以單壟或者雙壟作業(yè)為主，起壟時(shí)將肥料全部用于壟中，保證充足的施肥量，還能將壟形壓實(shí)鎮(zhèn)壓好，能夠很好地滿足現(xiàn)在的需求。

目前國(guó)內(nèi)甘薯起壟機(jī)械發(fā)展也比較快，生產(chǎn)廠家較多，機(jī)械起壟不論是形狀還是工作效率和人工相比較，提高了工作效率，節(jié)約勞動(dòng)成本，雖然總體上效果都差不多，機(jī)械效率高，作業(yè)均勻不浪費(fèi)土地。

近些年，有些公司也開始生產(chǎn)甘薯多行聯(lián)合起壟覆膜機(jī)，能夠高效率地完成甘薯的起壟覆膜和鋪設(shè)滴灌帶的工作。技術(shù)還不夠成熟，機(jī)具比較笨重，做工粗糙，經(jīng)過長(zhǎng)期的試驗(yàn)和不斷的優(yōu)化更新，機(jī)具越來越成熟完善，增加一些新的功能。研制一代安裝了形狀棍、壓膜棍和壓膜橡膠輪，改善了壟形，提高效率，起到了壟頂壟底壓實(shí)效果，防止甘薯在下扎的時(shí)候受阻，提高了起壟覆膜筑型的效率，每條壟寬窄較為均勻，都符合農(nóng)機(jī)農(nóng)藝相結(jié)合的要求。

3 國(guó)內(nèi)甘薯機(jī)械化發(fā)展思路

我國(guó)甘薯機(jī)械研究起步比較晚，主要是先從病蟲害打藥機(jī)械開始，比如手持式打藥機(jī)，半自動(dòng)式，后續(xù)從國(guó)外引進(jìn)動(dòng)力式打藥機(jī)、植保機(jī)械、除草、殺秧等。尤其是山丘區(qū)甘薯機(jī)械化促進(jìn)了甘薯機(jī)械化的發(fā)展。

甘薯種植面積和產(chǎn)量我國(guó)均居世界首位。甘薯在我國(guó)已有四百多年的種植歷史，除青藏高寒地區(qū)外，我國(guó)大江南北均有種植，其種植面積僅次于水稻、小麥和玉米，居第四位。甘薯既是糧食作物，又是飼料和工業(yè)原料作物，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。甘薯獨(dú)具超高產(chǎn)能力、廣泛的適應(yīng)性和易恢復(fù)生長(zhǎng)等特點(diǎn)，適宜邊際土地種植，具有較強(qiáng)的生產(chǎn)貯備能力和特有的救災(zāi)功能，我國(guó)許多地區(qū)把甘薯作為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中的優(yōu)勢(shì)作物，甘薯正逐步向效益型經(jīng)濟(jì)作物轉(zhuǎn)變。隨著甘薯種植專業(yè)合作社、種植大戶和企業(yè)規(guī)?；?、土地流轉(zhuǎn)，中小規(guī)模集約種植面積占種植總面積已達(dá)到75%左右。規(guī)?；?、集約化的種植模式迫切需要機(jī)械裝備參與其生產(chǎn)全過程。目前受作業(yè)環(huán)境等因素影響，國(guó)內(nèi)甘薯起壟覆膜機(jī)械在作業(yè)質(zhì)量、整體結(jié)構(gòu)等方面仍需提升。在我市周邊地區(qū)種植地塊小，且春季多風(fēng)，現(xiàn)有起壟覆膜機(jī)械整體尺寸大，轉(zhuǎn)彎半徑長(zhǎng)，壟溝翻土壓膜方式難以適應(yīng)山區(qū)小地塊多風(fēng)季節(jié)作業(yè)需求。甘薯收獲主要涉及薯秧處理和薯塊挖掘收集兩個(gè)環(huán)節(jié)。在一家一戶的小面積種植模式下，人工割薯秧，采用犁翻或人工挖掘的方式進(jìn)行收獲，勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、損失大、作業(yè)成本高、綜合效益低下，嚴(yán)重制約甘薯生產(chǎn)機(jī)械化的發(fā)展進(jìn)程。推進(jìn)甘薯收獲作業(yè)機(jī)械化，目前需要解決的問題是機(jī)械與種植農(nóng)藝相融合，形成與種植機(jī)械配套的收獲機(jī)械產(chǎn)品，并在最大程度上降低機(jī)械損傷，以保證甘薯收獲品質(zhì)。

目前石家莊優(yōu)質(zhì)紅薯種植區(qū)多為丘陵山區(qū)，種植面積廣，地塊分布較小，甘薯種植機(jī)械嚴(yán)重缺乏，機(jī)械化起壟覆膜、殺秧、收獲作業(yè)是必然趨勢(shì)。實(shí)現(xiàn)符合我市周邊丘陵地帶種植甘薯“一條龍”機(jī)械化生產(chǎn)要求