主要薯類作物收獲機械及發(fā)展建議,農(nóng)業(yè)機械化論文

主要薯類作物收獲機械及發(fā)展建議,農(nóng)業(yè)機械化論文薯類作物是土下果實非常重要的一類,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,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)約占我們國家糧食作物的10%左右.馬鈴薯和甘薯機械化生產(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,去秧蔓、挖掘收獲等收獲環(huán)節(jié)用工量最多、勞動強度最大,約占生產(chǎn)全程的45%左右.隨著我們國家土地流轉(zhuǎn)政策的推進和農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移的加速,使得馬鈴薯和甘薯生產(chǎn)正朝著規(guī)模化、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2/3的國家和地區(qū)種植馬鈴薯,有超過1/2的國家和地區(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250g,生長深度約20~28cm,結(jié)薯范圍達25~35cm.由于其體形大、質(zhì)量重、生長深、結(jié)薯范圍寬,收獲時入土較深及負荷較大.1.2全球馬鈴薯和甘薯種植大概情況據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織統(tǒng)計,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,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位的國家分別為:中國、俄羅斯、印度、烏克蘭、美國、孟加拉國、波蘭、白俄羅斯、秘魯、尼日利亞.生產(chǎn)總量居前10的國家依次是:中國85.86Mt、印度45Mt、俄羅斯29.53Mt、烏克蘭23.25Mt、美國19.17Mt、德國10.67Mt、波蘭9.09Mt、孟加拉國8.21Mt、白俄羅斯6.91Mt、荷蘭6.77Mt.華而不實,中國、印度、俄羅斯、烏克蘭4國產(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位的國家分別為:中國、尼日利亞、坦桑利亞、烏干達、印尼、越南、馬達加斯加、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的國家依次是:中國73.14Mt、尼日利亞3.4Mt、坦桑尼亞3.02Mt、烏干達2.65Mt、印尼2.48Mt、越南1.42Mt、美國1.2Mt、埃塞俄比亞1.19Mt、印度1.1Mt、盧旺達1.01Mt.華而不實,中國的產(chǎn)量遠遠大于其他國家,占世界總產(chǎn)量的71%.1.3國內(nèi)馬鈴薯和甘薯種植大概情況馬鈴薯和甘薯在我們國家的種植歷史相當(dāng),始于16世紀末,大約在明朝萬歷年間引入國內(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到全國絕大部分省區(qū),因適宜性強、產(chǎn)量高、營養(yǎng)豐富的特點,使得其成為宜糧、宜菜、宜飼、宜加工的多用處作物[3].我們國家是薯類生產(chǎn)大國,據(jù)FAO統(tǒng)計,2020年我們國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)劃等因素下將全國劃為3大區(qū):北方春夏薯區(qū)(占45%)、長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)達國家的差距還很大.比方,我們國家馬鈴薯單產(chǎn)只要15.82t/hm,而第1名新西蘭的單產(chǎn)水平為47.5t/hm,是我們國家單產(chǎn)水平的3倍.歐美發(fā)達國家馬鈴薯和甘薯產(chǎn)量之所以如此高,華而不實最重要的因素是薯種培育和機械化生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用.2主要薯類作物收獲機械2.1馬鈴薯和甘薯收獲機械大概情況薯類收獲機械一般分為分段收獲和聯(lián)合收獲兩種.機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、挖掘犁、挖掘(收獲)機及撿拾機等.分段收獲設(shè)備中的挖掘(收獲)機對生長深度、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,但對作物的標(biāo)準(zhǔn)化種植程度要求相對較高,如需保證行距一致和預(yù)留機收道(畦作)等,除此之外使用的設(shè)備多、下地次數(shù)多.機械化聯(lián)合收獲是由一臺設(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)合收獲按收獲機與底盤(拖拉機)配置方式不同,又可分為牽引式和自走式:牽引式對標(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、價格昂貴.2.2國外馬鈴薯和甘薯收獲機械歐美發(fā)達國家薯類機械化收獲起步早、發(fā)展快、技術(shù)水平高.前蘇聯(lián)和美國在20世紀40年代初就開場研制并推廣應(yīng)用馬鈴薯收獲機械,用20年時間基本實現(xiàn)馬鈴薯生產(chǎn)機械化;德國、法國、英國等歐洲國家以及日本和韓國等亞洲國家也在20世紀70-80年代相繼實現(xiàn)了馬鈴薯生產(chǎn)機械化.發(fā)達國家薯類收獲機械運用了大量的高新技術(shù),如采用振動、液壓技術(shù)進行挖掘;采用氣壓、氣流、光電技術(shù)進行碎土和分離;采用傳感技術(shù)控制挖掘深度、馬鈴薯傳運量以及分級裝載;利用微機進行監(jiān)控操作[5].當(dāng)前,發(fā)達國家馬鈴薯和甘薯機械化收獲以聯(lián)合收獲為主,分為牽引式和自走式兩種.代表機型有美國LoganfarmEquipmentCO.LTD生產(chǎn)的能一次完成切蔓、挖掘、分離、篩選、分級、提升、卸料等作業(yè)的W9038四行收獲機,配套動力為90~111.9kW.該機型功能強大,但是體積大、能耗大,僅合適大型農(nóng)場使用,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)合收獲機需采用切蔓機先行去除甘薯莖葉,然后完成挖掘、輸送、分揀、集果裝箱等作業(yè).德國格雷莫(GRIMME)公司是馬鈴薯和甜菜收獲機械的領(lǐng)先者,其SE150―6型牽引式馬鈴薯聯(lián)合收獲機,可同時包容6個人在作業(yè)平臺上工作.新型TECTRON415全功能4行收獲機,如此圖2所示.其在配有10t料箱的同時還裝備側(cè)提升臂,進而使得該機能夠?qū)崿F(xiàn)不間斷作業(yè).同時,該機自動化程度極高、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)薯類收獲機械的國家以韓國和日本為代表,起步相對西方發(fā)達國家較晚,但發(fā)展速度比擬快.由于受地形、種植規(guī)模等因素影響,韓國和日本的研發(fā)對象主要是一些小型薯類挖掘機.如韓國高山機械公司生產(chǎn)的小型單、雙行馬鈴薯、甘薯挖掘機;日本從1960年便開場對根菜(青芋、蘿卜、山藥等)收獲機械進行研究,當(dāng)前也生產(chǎn)類似的小型收獲機.上述機型比擬合適中小地塊適用.2.3國內(nèi)馬鈴薯和甘薯收獲機械我們國家大陸對馬鈴薯、甘薯收獲機械的研制起步晚,發(fā)展慢,至今仍主要集中在中小型收獲機的研制和推廣上,大中型聯(lián)合收獲機的研制推廣較少.建國初期,我們國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60年代中期,馬鈴薯收獲機具的研制工作才逐步發(fā)展,國內(nèi)農(nóng)機部門引進了瑞士SamroJunior、英國Johson、前蘇聯(lián)KTH―2、波蘭RCF―2以及西德VR―2型馬鈴薯收獲機,進行了生產(chǎn)性能試驗研究和吸收消化.隨著手扶拖拉機在20世紀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的研制到達了高潮,并成功研制了鼠籠式馬鈴薯收獲機[5].20世紀80年代,我們國家又引進了配套動力為30kW的瑞士SUPERB型、西德RM―R型馬鈴薯集條收獲機.黑龍江省農(nóng)業(yè)機械工程科學(xué)研究院以瑞士SUPERB型機為原型,設(shè)計出了4UTL―2型塊莖作物收獲機,用于收獲馬鈴薯和甜菜等.到20世紀90年代中期,研制馬鈴薯收獲機在國產(chǎn)小四輪拖拉機的大量推廣應(yīng)用下被重視起來.此后,因市場需求旺盛,小型振動式馬鈴薯收獲機和升運鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機先后投放市場.這些機型性能可靠、操作簡單、實用性強[9].近年來,國內(nèi)馬鈴薯和甘薯收獲機研發(fā)主要集中在中型和小型收獲機以及少量動力不大、自動化程度不高的聯(lián)合收獲機方面,大型聯(lián)合收獲機仍然完全依靠進口.代表機型有:中機美諾公司生產(chǎn)的1700和1710系列馬鈴薯聯(lián)合收獲機,實現(xiàn)了國內(nèi)中大型國產(chǎn)馬鈴薯聯(lián)合收獲機的突破.該機可一次性完成挖掘、輸送分離、除秧及側(cè)輸出作業(yè),并裝有組合挖掘機構(gòu),保證挖掘深度一致.同時,該機采用浮動圓盤刀設(shè)計,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,進而實現(xiàn)工作經(jīng)過中升運裝車,在馬鈴薯運輸車的配合下,可大大節(jié)省勞動力[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、薯塊分級,以及收集裝袋等工序,同時實現(xiàn)分級裝袋,使得馬鈴薯收獲的生產(chǎn)效率得到顯著提高[11].同時,該機在設(shè)計時充分考慮中國國情,使得其能夠方便地與45~58.8kW拖拉機配套,知足中等地塊的作業(yè)要求農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所研發(fā)的4GS-1500型甘薯寬幅收獲機,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,我們國家大陸馬鈴薯、甘薯等機械化收獲技術(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)尚需進一步完善.3發(fā)展建議3.1互相借鑒,一機多用馬鈴薯、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)計制造一機多用的薯類作物收獲機,在通用機架和部件的基礎(chǔ)上,根據(jù)不同品種的馬鈴薯或甘薯更換其相對應(yīng)的專用部件來實現(xiàn)作物的收獲.3.2推進農(nóng)機與農(nóng)藝融合建議不斷優(yōu)化我們國家薯類產(chǎn)業(yè)布局,并盡快制定出我們國家馬鈴薯和甘薯的發(fā)展規(guī)劃及農(nóng)機與農(nóng)藝相融合技術(shù)方案,積極推進規(guī)模化和標(biāo)準(zhǔn)化種植,為機械作業(yè)創(chuàng)造條件.如培育根塊短、生長集中、適宜機械化作業(yè)的品種,大力推廣普及馬鈴薯和甘薯機械化種植形式,為實現(xiàn)全程機械化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ).3.3提高機具性能薯類收獲機械的工作條件惡劣,入土和與(接)觸土部件較多,強度大、易腐蝕、易磨損.為提高機具適應(yīng)性、可靠性、順暢性,在設(shè)計時應(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)化機身構(gòu)造;對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費用[13]等.3.4加強馬鈴薯和甘薯收獲新機具的研究隨著我們國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)合收獲機的需求將漸趨迫切.應(yīng)通過產(chǎn)學(xué)研有效合作,加快此類機型的研發(fā)進程,運用先進的設(shè)計制造理念,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)達國家差距.以下為參考文獻:[1]胡志超,王海鷗,胡良龍,等.馬鈴薯機械化收獲技術(shù)大概情況與發(fā)展[J].農(nóng)業(yè)機械,2007(4):63-65.[2]張松樹.甘薯良種栽培及加工關(guān)鍵技術(shù)[M].北京:中國三峽出版社,2006.[3]呂世安.中國馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)在狀況與趨勢[J].湖北民族學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版,2002,20(4):29-34.[4]胡良龍,田立佳.國內(nèi)甘薯生產(chǎn)收獲機械化制因思考與討論[J].中國農(nóng)機化學(xué)報,2018(3):16-18.[5]王福義.馬鈴薯收獲機械發(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.國內(nèi)外馬鈴薯收獲機械發(fā)展現(xiàn)在狀況[J].農(nóng)機化研究,2020,35(10):213-217.[8]薛蒙生.國內(nèi)外馬鈴薯收獲機械發(fā)展大概情況與研制推廣[J].農(nóng)業(yè)機械,2001(11):32