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　　馬鈴薯機(jī)械化薯秧處理現(xiàn)狀與發(fā)展

馬鈴薯是僅次于小麥、稻谷和玉米的全球第四大重要的糧食作物。其培育過程主要包括：播種、切塊、栽種、放苗、施肥、中耕和收獲等，其中馬鈴薯的收獲過程勞動量最大。適時割秧，可以促使馬鈴薯的嫩皮老化變硬，減少挖掘時對表皮的損壞；防止莖葉部分的病害向薯塊傳播；莖葉還田，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤肥力。馬鈴薯的殺秧時間對馬鈴薯的成熟度與產(chǎn)量有直接影響。

國內(nèi)外目前研制的大部分中小型馬鈴薯收獲機(jī)在收獲前不打秧，挖掘作業(yè)時薯秧和雜草易進(jìn)入到振動篩上，造成拖堆堵塞，行進(jìn)阻力增大，難以保證收獲作業(yè)的順利進(jìn)行，影響馬鈴薯的挖掘。只能依靠收獲前人工割秧或化學(xué)滅秧，專門的馬鈴薯殺秧機(jī)械普及率較低，缺少適合我國國情的聯(lián)合式收獲機(jī)，馬鈴薯機(jī)械化生產(chǎn)問題亟待解決。

1 馬鈴薯種植概況與農(nóng)藝要求

1.1 馬鈴薯種植概況

根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）數(shù)據(jù)顯示，截至到2017年全世界馬鈴薯種植面積為1 930.3萬hm2，總產(chǎn)量達(dá)38 819.1萬t。中國是世界馬鈴薯總產(chǎn)最多的國家，2017年我國馬鈴薯收獲面積為576.7萬hm2，總產(chǎn)量達(dá)9 920.6萬t，單產(chǎn)量達(dá)17.2 t/hm2?？偖a(chǎn)量自2010年呈上升趨勢，趨勢平穩(wěn)。

1.2 馬鈴薯種植農(nóng)藝要求

馬鈴薯種植方式也隨著我國農(nóng)村種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整逐漸呈現(xiàn)出多元化發(fā)展趨勢。種植方式主要有以下3種。

（1）露地與地膜覆蓋。這種模式在馬鈴薯栽培中最常見。在馬鈴薯生長前期覆膜可提高表層土壤日平均溫度，有利于根系早期的生長，對馬鈴薯的地上部和地下部生長均有明顯影響。

（2）寬壟與窄壟。壟寬對于馬鈴薯塊莖大小、產(chǎn)量和病蟲害情況有重要影響。我國不同地區(qū)根據(jù)地形氣候特點與馬鈴薯品種采用不同壟寬。

（3）起壟種植和平作。相對平作而言，馬鈴薯起壟種植更加常見。壟作的種植方式能提高土壤溫度，提高馬鈴薯對光、溫、水、肥等的利用效果，有利于馬鈴薯的生長。我國多數(shù)地區(qū)采用單行或雙行高壟栽培。

根據(jù)馬鈴薯種植農(nóng)藝要求，我國多采用的起壟加地膜覆蓋種植方式，同時依據(jù)馬鈴薯秧莖特點設(shè)計通用型馬鈴薯薯秧處理設(shè)備，我國現(xiàn)有的殺秧設(shè)備也多為仿壟型設(shè)計。

2 國內(nèi)外馬鈴薯薯秧處理機(jī)械研究現(xiàn)狀

當(dāng)前國內(nèi)外已有的馬鈴薯殺秧機(jī)存在作業(yè)效率較低、留茬高度不均勻、薯秧易纏繞機(jī)器與帶薯率高等問題。且相當(dāng)一部分馬鈴薯由于田間管理不當(dāng)?shù)仍蛟斐缮L分布較淺，甚至裸露于壟頂表層。另外，若殺秧時間與田間收獲時間間隔太短，殘留莖稈與薯塊之間仍存在營養(yǎng)供給，薯皮老化不完全，機(jī)械收獲過程中易傷薯。

2.1 國外馬鈴薯薯秧處理機(jī)械特點與不足

國外對馬鈴薯全程機(jī)械化的研發(fā)起步很早，各環(huán)節(jié)研究都較成熟，已生產(chǎn)出不同型號、系列的機(jī)具且產(chǎn)品生產(chǎn)效率、技術(shù)水平與穩(wěn)定性較高。在馬鈴薯殺秧機(jī)產(chǎn)品方面，德國Grimme公司、美國Reekie公司、荷蘭APH公司和比利時AVR公司等都代表世界先進(jìn)技術(shù)水平的農(nóng)機(jī)企業(yè)。

如圖1所示，專用馬鈴薯殺秧裝備以GRIMME（格立莫）KS3600馬鈴薯殺秧機(jī)為代表。采用前后懸掛的三點懸掛支架，4條重負(fù)荷V型膠帶傳動，帶自由輪的雙側(cè)驅(qū)動的甩刀軸，92個甩刀，2個支撐輪。作業(yè)行距為4行，85/90 cm，配套動力為55 kW（最?。┩侠瓩C(jī)。該機(jī)型在沒有使用除秧分秧網(wǎng)的收獲機(jī)或在薯秧量極大時，在收獲前殺秧有較好的收獲效果。不足是所需配套拖拉機(jī)動力較大，價格昂貴，小型農(nóng)用拖拉機(jī)難以牽引作業(yè)，難以滿足我國國情需求。

圖1 GRIMME KS3600 馬鈴薯殺秧機(jī)

馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)以比利時AVR-PUMA3自走式馬鈴薯四行收獲機(jī)為代表。作業(yè)行距為4行，75/90 cm，儲存?zhèn)}容量為8 t，采用IVECO-6發(fā)動機(jī)。此機(jī)型收獲效率高，機(jī)器操縱靈活，自然環(huán)境適應(yīng)力較強(qiáng)，目前同類機(jī)型中全球銷量第一。

國外關(guān)于馬鈴薯殺秧機(jī)與聯(lián)合收獲機(jī)的各類產(chǎn)品很多，但是其主要適用于大塊地作業(yè)，我國薯類種植區(qū)除北方一作區(qū)外多為中小地塊，國外成熟大型殺秧機(jī)難以適應(yīng)我國的種植區(qū)域特點，適應(yīng)性較差；價格昂貴，難以被普通種植戶接受；另外，零配件供應(yīng)渠道也不暢通，維修與保養(yǎng)問題突出。因此，亟需開發(fā)研制適合我國國情的馬鈴薯殺秧機(jī)。

2.2 國內(nèi)馬鈴薯薯秧處理研究進(jìn)展

我國的薯秧處理從傳統(tǒng)的人工割秧、木磙壓秧到機(jī)械粉碎殺秧；殺秧技術(shù)從刀片式還田殺秧、錘爪式還田殺秧到如今的仿壟形機(jī)械殺秧技術(shù)，在短短幾年間有了飛躍進(jìn)步。雖存在問題較多，但已填補(bǔ)了我國殺秧機(jī)及殺秧技術(shù)的空白。

當(dāng)前我國設(shè)計的殺秧機(jī)整機(jī)由懸掛架、機(jī)架總成、護(hù)罩、傳動系統(tǒng)和刀輥系統(tǒng)等組成。其中，刀輥系統(tǒng)由無縫鋼管及短軸、立式甩刀和刀座等組成。刀輥系統(tǒng)中甩刀的刀片形狀與排列方式對殺秧效果有重要影響，因此現(xiàn)有研究中的馬鈴薯殺秧機(jī)主要對甩刀結(jié)構(gòu)形狀與刀輥排列進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化。

2.2.1 甩刀結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀

（1）仿壟專用刀片式。仿壟專用刀片式是目前國內(nèi)的主要殺秧形式，可實現(xiàn)壟臺壟溝全方位殺秧。此殺秧機(jī)主要采用多種不同形狀的專用刀片，通過適應(yīng)壟寬壟幅來排列組合實現(xiàn)仿壟形殺秧。壟頂短刀、壟側(cè)刀、壟溝長條折彎刀、壟溝長條刀和壟溝短條刀等根據(jù)工作面設(shè)計成不同弧度與斜度，充分適應(yīng)殺秧刀在不同位置與薯秧的接觸。殺秧機(jī)刀片總裝效果如圖2所示。

圖2 殺秧機(jī)刀片總裝效果圖

（2）仿壟形長短刀片式。仿壟專用刀片式雖得到廣泛應(yīng)用但也存在一些問題，一是由多種刀片組合而成，難以保證整機(jī)動平衡，刀輥加工難，要求較高；二是低速運轉(zhuǎn)時薯秧粉碎效果不理想，影響收獲效率。因此現(xiàn)有公司著手研究仿壟形長短刀片式結(jié)構(gòu)，代表機(jī)型有黑龍江德沃4MFS-4馬鈴薯專用殺秧機(jī)（圖3），4種長短殺秧刀按照不同行距的馬鈴薯壟形進(jìn)行分布和排列，實現(xiàn)仿壟仿形。該機(jī)器動力適應(yīng)范圍較大，作業(yè)效率高，地區(qū)適應(yīng)性較強(qiáng)。不足是對壟距要求較高，配套動力較高。

圖3 黑龍江德沃 4MFS 系列馬鈴薯專用殺秧機(jī)

（3）定刀片與動刀片組合結(jié)構(gòu)。改變了傳統(tǒng)殺秧機(jī)單純依靠甩刀殺秧的工作模式，在殺秧機(jī)腔體內(nèi)增設(shè)了與甩刀配合作業(yè)的仿壟形定刀。動定刀的組合結(jié)構(gòu)增加了對秧稈的粉碎能力。動刀片為仿壟形組合，有效提高了碎秧效果，定刀片一端固定于殺秧機(jī)腔體，一端為定刀端切割

進(jìn)入殺秧機(jī)腔體內(nèi)的秧稈。田間生產(chǎn)試驗檢測表明，打碎長度合格率為90.4%，拋撒不均勻率為11.2%，漏打率為0.4%，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2.2 甩刀刀片排列方式研究現(xiàn)狀

刀輥上甩刀刀片的排列方式直接影響參與殺秧的刀片數(shù)量，決定了殺秧機(jī)的殺秧效果。目前馬鈴薯殺秧機(jī)刀片的排列方式有單螺線排列、雙螺線排列、對稱排列和交錯平衡排列等。選擇排列方式時必須考慮保持刀輥的平衡，特別是刀片在轉(zhuǎn)動過程中的平衡性。不能保持平衡性會在軸上產(chǎn)生嚴(yán)重振動負(fù)荷，長期累積將會造成刀輥軸的斷裂。

當(dāng)前我國馬鈴薯殺秧機(jī)械主要采用雙螺線排列結(jié)構(gòu)，代表機(jī)型有中機(jī)美諾1804型馬鈴薯殺秧機(jī)。甩刀按雙螺旋線排列在刀輥軸上，保證刀輥受力均勻；作業(yè)效率高，莖稈粉碎效果好。據(jù)田間試驗測得，該機(jī)械切碎長度合格率為92%，割茬平均高度75 mm，可靠性有效度95%，滿足我國標(biāo)準(zhǔn)要求。

單、雙螺線排列雖應(yīng)用廣泛，但在殺秧過程中需注意馬鈴薯薯秧側(cè)向移動現(xiàn)象，保持機(jī)具平衡。

2.2.3 存在的不足

國內(nèi)目前小型殺秧機(jī)品種較少，多依據(jù)秸稈還田機(jī)或甘薯碎蔓機(jī)改裝而成，技術(shù)尚未成熟且普及率較低。通過分析，目前我國殺秧機(jī)主要機(jī)型雖可實現(xiàn)馬鈴薯機(jī)械化薯秧處理，但借助拖拉機(jī)帶動仍存在機(jī)械配套動力不足、收獲成本較高和農(nóng)機(jī)功能較單一等弊端。與以俄羅斯為代表的大功率自走式聯(lián)合收獲機(jī)或以德國、挪威為代表的中型拖拉機(jī)配套的牽引式馬鈴薯收獲機(jī)相比，還存在進(jìn)步空間。

3 馬鈴薯機(jī)械化薯秧處理發(fā)展方向

（1）提高馬鈴薯薯秧處理機(jī)械的適應(yīng)性與專用性。根據(jù)不同地區(qū)種植模式與土壤特點設(shè)計專用機(jī)械，提高設(shè)備使用性能與利用率。同時，加強(qiáng)收獲其他薯類等作物的適應(yīng)性研究。

（2）實現(xiàn)馬鈴薯聯(lián)合收獲作業(yè)。積極發(fā)展?fàn)恳?、自走式等馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)，一次性完成薯秧處理、挖掘鏟土、土薯分離、果實輸送和升運裝車等工序，提高勞動生產(chǎn)率。

（3）實現(xiàn)自動控制。根據(jù)壟形、行距、薯秧類型、地形、土壤條件和殺秧收獲間隔時間，實現(xiàn)自動調(diào)整刀片排列和分布、整機(jī)離地高度、刀軸轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)方向。

（4）實現(xiàn)智能監(jiān)控。采用刀片刀軸自動停機(jī)保護(hù)，刀片磨損自動報警等，提高操作安全性與設(shè)備使用壽命。

4 結(jié)語

隨著“十三五”農(nóng)業(yè)科技發(fā)展規(guī)劃的實行，馬鈴薯種植與收獲重點著眼于農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)開發(fā)、優(yōu)化配置與技術(shù)創(chuàng)新。馬鈴薯機(jī)械化薯秧處理的研發(fā)工作對于實現(xiàn)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)輕簡化生產(chǎn)技術(shù)產(chǎn)生巨大的推動作用，對馬鈴薯生產(chǎn)節(jié)本增效、提高總產(chǎn)量與生產(chǎn)率，滿足我國馬鈴薯食用與加工需求具有廣闊的市場前景與深遠(yuǎn)意義。

（文章來源：《農(nóng)業(yè)機(jī)械》11期

作者：宋 佳 呂釗欽 穆桂脂 張廣玲 辛青青）