浅析马铃薯机械化收获

张娟

摘要：本文以马铃薯机械收获为研究对象，发现由于农艺因素、生产因素、机械因素等方面的制约，严重制约马铃薯机械化生产的推广，进而提出应采取推行马铃薯的统一种植模式、加大马铃薯收获机的基础研发、提升收获机的可靠性等措施，形成适宜在本地区推广和应用的马铃薯机械化收获方案，为马铃薯机械化收获的现代化进程提供依据。

关键词：马铃薯;机械化收获;限制因素;解决策略

1 国内外马铃薯机械化收获现状

1.1 国外马铃薯机械化收获现状分析

国外马铃薯收获机研发较早，在20世纪30年代末、40年代初，美国等国家即投入大量资金对马铃薯收获机进行研制，至20世纪60年代初，两国基本实现马铃薯的全自动机械化收获。其主要代表机械为以下几种：（1）由俄罗斯农机研究所牵头研制的KCK-4A-1型、KCK4-1型的自走式马铃薯联合收获机，具有功率大（发动机功率达110kW）、收获效率高（可连续收获4行马铃薯，每小时作业达1.5hm）、马铃薯损失率较低（破损率<3%、损失率<3%）等优势;（2）由美国 Loganfarm Equipment CO.LTD、 Double L Co.LTD研制的W9034型、 W9038型、W973型等马铃薯联合收获机，具有功率大（发动机动力为90～120kW），作业效率高，减少薯块损伤以及薯块损失等优势。20世纪70年代末至80年代初，德国、日本、意大利、挪威等国家也相继进行马铃薯自动收获机的研发，其主要代表机械有以下几种：（1）挪威 Kverneland Narbo AS CO.LTD研发的UN2600型马铃薯联合收获机具有可以依据地形调整挖掘深度、对马铃薯分级效果好（分离栅参数、茎叶清除辊角度可调节）、可以适用于多种地理环境（底盘高度可调整）等优势;由Italian farm machinery Itd co.研制的Cpp-BD-150/S型马铃薯机械联合收获机具有结构简单、动力较小（发动机36.75kW）、价格便宜等优势，可以一次完成马铃薯的挖掘、薯块分离以及装货作业。不难看出，农业发达国家的马铃薯收获已经形成一套以“大型自动化联合收获机为基础、多种小型半自动化收获机相配合”的相对完善机械化收获体系，且伴随着传感技术、液压技术、人工智能技术（简称：AI）的引入，已经逐步实现马铃薯收获过程中的自动切蔓、挖掘、薯块分离、分级筛选等作业，极大的节约劳动力以及提升马铃薯收获效率[1]。

1.2 我国马铃薯机械化收获现状

20世纪50年代末、60年代初，我国开始以原苏联技术为基础，进行马铃薯收获机的研发工作，但是由于存在机器吨位较大（接近10t）、马铃薯的破损率以及损失率较高等问题，再加上那个时期，我国的马铃薯种植相对分散，最终导致其没有实际投产。近年来，伴随着我国马铃薯集约化、规模化栽培模式的形成，其传统的以人工为主的马铃薯收获技术不仅成本较高，而且效率较低，在这种背景下，相关科研单位（中国农业机械化科学研究院、國农业机械化科学研究院、国农业机械化科学研究院等）和科技型公司，加大了对马铃薯自动收获机的研发，但是由于缺乏理论指导和先进的研发经验，其与农业发达国家相比较，我国的马铃薯收获机存在功力较小（一般发动机配套功率不超过60kW）、自动化程度偏低（一般完成马铃薯的挖掘、碎土、输送、分离等步骤，但是仍需人工捡拾、除茎装箱）、作业速度较慢（一般作业宽幅为1.5m左右）、分离效果不好、马铃薯损失严重等问题。导致现阶段，虽然部分地区已经试行马铃薯的半机械收获，但普及率不高，从大环境来看，马铃薯仍以人工挖掘为主[2]。

2 制约我国马铃薯机械化收获的因素

2.1 农艺因素制约

农艺的多样性是制约马铃薯机械化的重要因素，主要可以从以下几方面进行分析：（1）自1978年，家庭联产承包责任制实行以来，极大的激发了农民的工作积极性，我国农业经济得到快速发展，但是也造成我国的农业种植业呈现相对分散、种植模式不统一的问题，导致现阶段，我国并未形成一套相对成熟的可以在各地区推广的马铃薯栽培体系，各地区的马铃薯种植过程中，其薯块种植模式、种植密度、起垄高度与宽度有所不同，大幅度提高了标准化马铃薯自动收获机研发的难度系数;（2）我国地域广袤，囊括温带季风气候、亚热带季风气候、大陆性季风气候等多种气候类型，受不同气候特征的影响以及当地市场的制约，各地区种植马铃薯的品种差异性较大，导致其薯块大小、形状、结薯位置、薯皮的耐磨程度差异性较大，导致马铃薯自主研发过程中的参数设定缺乏统一的标准，对通用性马铃薯联合收获机的推广有较大的限制[3]。

2.2 生产因素制约

制约我国马铃薯机械化收获的生产因素主要包括以下几方面：（1）我国农耕地相对紧缺，在划分过程中，其方正性、整齐性较差，农民为提升对土地的利用空间，在马铃薯种植过程中，起垄弯曲现象较为普遍，导致采用马铃薯自动联合收获机进行作业时难度较大;（2）部分地区（比如丘陵、山区等）马铃薯种植地相对较小，再加上地形的限制，需要频繁掉头，大型马铃薯联合收获机无法进去作业，只能配备底盘尺寸较小、功率不大的小型半自动化马铃薯收获机，不仅作业效率较低，而且对马铃薯种皮损伤率以及薯块损失率均较高;（3）部分南方地区（江苏、浙江等）采取的是“春季马铃薯—水稻—秋季马铃薯”的轮作模式，其土壤粘性大，且垄沟填没现象较为普遍，其复杂的地形以及高粘度的土壤，进一步对马铃薯收获机的整体性能提出了新的挑战。

2.3 机械设备的制约

机械设备对于我国马铃薯机械化收获推广的限制主要体现在以下几方面：（1）美国、荷兰等农业发达国家研发的全自动化大型马铃薯联合收获机，对于马铃薯的种植品种、栽培模式、栽培规模、土壤土质有较高要求，与我国马铃薯的种植现状匹配性较低，并不适合大规模的推广;（2）我国自主研发半自动性、小型马铃薯收获机，在北方一些马铃薯种植地已经进行了示范性推广，但是由于存在作业效率提升有效、马铃薯的损失率较大以及可靠性较低等问题，并未形成全国范围内的大规模推广[4]。

3 我国马铃薯机械收获机应用现状分析

3.1 配套动力不足

足够的配套动力是提升马铃薯收获效率、降低损失率的有效措施之一。由于马铃薯收获机的挖掘犁、震动装置等装置的机械功能损耗较大，需要匹配大型拖拉机，才可以保证动力的充足。我国农村多以中小型拖拉机为主，我国马铃薯收获机配套动力不足的现象较为普遍，容易导致马铃薯收获效率较低、损失率较高等问题[5]。

3.2 机械稳定性较差

调查研究发现，我国的马铃薯收获机在作业过程中出现故障的几率较高。主要体现在以下几方面：（1）部分地区马铃薯栽培地土壤板结严重或者土壤粘性过大，在收获机匹配动力不足的情况下，容易熄火;（2）杂草容易缠绕仿形轮、挖掘铲等机械部位，导致其机器需间断性停止运作，进行人工清理;（3）石块一旦卷入输送带、升运器等机械部位，容易造成其零部件的彻底损坏;（4）马铃薯的收获期较短，部分收获机由于闲置过久、疏于维护，而故障率较高。不难看出，马铃薯收获机稳定性较差是制约其推广与应用的重要因素。

3.3 经济效益较低

进行马铃薯机械化收获推广的重要原因之一是提高收获效率以及经济效益，然而现阶段，收获机在实际应用中对于经济效益的提升比较有限。主要可以从以下几方面进行分析：（1）马铃薯收获机在作业过程中，其较高的薯皮破损率以及薯块损失率，必然导致单位面积马铃薯的实际收益[6];（2）半自动化马铃薯收获机，仍然需要雇佣“人力”才可以完成马铃薯的整个收获阶段，其节约的成本有限;（3）马铃薯种植规模较小，且相对分散的种植模式导致收获机的均摊成本较高，再加上部分机械操作员由于缺乏专业的培训，对于收获机的使用以及维护不到位，导致其使用寿命相对有限，进一步增加马铃薯收获的成本[7]。

4 加速我国马铃薯机械化生产的策略研究

4.1 进行马铃薯种植模式的统一

加速马铃薯集约化、规模化进程，逐步实现马铃薯的规范化、标准化种植是加速马铃薯机械化收获进程的重要因素。主要可以从以下几方面着手：（1）借助“土地流转”的东风，通过采取“招商引资”的方式，形成“政府引领与支持—企业投资与管理—农民入股与分红”的现代化马铃薯种植基地，大幅度提升其栽培面积，统一马铃薯的种植品种，起垄的高度、宽度与深度，马铃薯的栽培密度等农艺技术，为现代化马铃薯联合收获机的研发与应用奠定基础;（2）当地农技推广中心应充分发挥其功能，依据本地区的气候特征（光照强度、日照时长、温度、湿度）、土壤墒情（酸碱度、温湿度），逐步推广适宜在该地区栽培以及经济效益较高的马铃薯品种以及农艺技术，形成相对统一和完善的现代化马铃薯种植模式。

4.2 加大马铃薯收获机的基础研发

加大马铃薯收获机的基础研发，生产出适宜在我国推广和应用的现代化机械，从而为马铃薯机械化的推广奠定坚实的基础。因此充分发挥“产、学、研”的优势，加强校企合作，以《马铃薯收获机质量评价技术规范》为基础，结合当地马铃薯种植现状以及需求，进行现代化马铃薯联合收获机的研发，以确保其在收获过程中，马铃薯的损失率、伤薯率、含杂率均低于5%。具体可以从以下几方面着手：（1）通过在收获机上安装检测、传感、控制、驱动动力以及执行机构等零部件，实现马铃薯收获过程中的自动对垄，不仅可以有效降低马铃薯的损失率和破损率，而且可以大幅度提升作业效率和机械的稳定性;（2）通过加大对仿形轮的研发、合理布置仿形结构的位置与数量，从而形成与马铃薯地垄匹配性较高的仿壟形技术，全面提升收获机对复杂工况的应对性;（3）通过提高拖拉机输出动力、增强分离装置的吃土能力、提升收获机收获效果来提升对挖掘深度控制的精准度，在保证可以将所有马铃薯全部挖出的情况下，降低吃土量和能量消耗;（4）通过加强对粘性土壤的结构、物理性状、力学性能的研究，全面提升其在粘性土壤的工作速率以及清洗效率，从而保证收获过程中的明薯率和收净率。

4.3 提升收获机的可靠性、增强其经济效益

可以从以下几方面提升马铃薯收获机的可靠性，提升其经济效益：（1）依据不同地区土壤土质，通过采用高强度材料以及提升工艺的方法，提高零部件的耐磨性和使用寿命;（2）要对马铃薯收获机的技术人员进行专项的培训，提升其使用、维护、保养方面的技巧，延长机械的施用寿命。

4.4 充分发挥政府的领导功能

各地区的政府应充分发挥在马铃薯机械化技术推广与应用过程中的领导作用：（1）加大资金投入，通过担保低息贷款或者批复项目基金的方式，加大科研机构以及高新技术企业对于高端马铃薯收获机的开发;（2）可以通过加强购机补贴的方式，刺激马铃薯收获机的购买、应用与推广。

4.5 做好机械化收获前的准备工作

做好收获前的准备工作，创造利于马铃薯收获机作业的环境是提高作业效率、降低马铃薯损失率以及破损率的关键因素之一。具体可以从以下几方面着手：（1）对马铃薯秧子进行割除，留茬5～8cm，对种植地的薄膜、杂草以及石块进行清理;（2）将土壤的含水率控制在10%～15%之间，避免土块板结造成功率的损耗，或者过于潮湿，造成机械打滑以及薯块清土困难;（3）要在地头提前留出收获机掉头转弯的空间（一般2～3m）;（4）要对机械进行检修，确定各部位连接牢固、无松动、卡滞现象;（5）将牵引机械与收货机械做好连接，依据马铃薯种类、栽培密度、土壤土质进行收获机各部位进行调整，并低俗试运行5min，以确定达到最佳的工作状态。

5 结语

在以“内循环为主、内外循环相结合”的经济发展模式下，马铃薯对于农业经济的稳定发展的促进作用日益凸显，因此各地区的农业部门应采取切实有效的措施，制定马铃薯机械化收获的科学方案，为高品质马铃薯的有效供给保驾护航。

参考文献

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[3] 蔡仁祥，吴早贵，周建祥，等.中国马铃薯主食化——浙江 省的发展对策[J].基因组学与应用生物学，2016，35（2）：567-471.

[4] 贾晶霞，张东兴，桑永英，等.马铃薯挖掘铲计算机辅助 分析与模拟试验研究[J].农业工程学报，2006，22（8）：106-110.

[5] 刘平义，王春燕，李海涛，等.丘陵山区农用仿形行走动态调平底盘设计与试验[J].农业机械学报，2018，49（2）：74-81.

[6] 逄锦超，蒋金琳，王公仆.手扶式小型薯类收获机的设计 与试验 [J].中国农机化学报，2013，34（6）：163-165，179.

[7] 刘海超，王春光，顾丽霞.马铃薯在摆动分离筛上的动力学试验研究[J].中国农机化学报，2013，34（1）：70-72，81.