[科普中国]-种植机

国内马铃薯种植机械研究进展

马铃薯是我国主要的经济作物，其种植面积和产量位居世界前列，但马铃薯的机械化生产水平较低。为了满足马铃薯产业发展需要，我国引进了国外的一些马铃薯种植机，如德国Grimme公司的马铃薯种植机、意大利Spedo公司的SPA-2型马铃薯种植机、挪威Kverneland公司的马铃薯种植机等，这些产品是马铃薯种植机产品的代表，也是我国马铃薯种植机的发展方向。国外产品技术虽然先进，但是价格很高，机具适应性和零配件供应不畅是用户使用中面临的较大问题。1

发展现状1、研究概况

20世纪80年代以来，马铃薯播种机械化得到快速发展，国内陆续有10多家科研院所和生产企业研制马铃薯播种机，取得突破性进展。其中中机美诺科技股份有限公司在马铃薯种植机的研发方面处于领先地位，2004—2006年，该公司成功开发了2CM-2型双行马铃薯种植机，采用了交叉取种技术和种、肥分施技术；2006—2008年，开发出适用于特定马铃薯种植区域的大垄双行机型；2008—2011年，开发出2CM-4型马铃薯种植机，作业效率大大提高，用户反馈良好。在后续的产品改进过程中，又增加了覆膜和喷药作业附件，增强了机具的适应性。2012—2013年，在2CM-4型产品的基础上增设了播种自动监控系统，降低了重播率和漏播率，提高了播种精度。2013年之后，该公司一直持续不断地对2CM-4型产品进行改进，目前已有2CM-4B型新产品在市场上销售。2014年，青岛农业大学研究设计出一种马铃薯播种施肥联合作业机，可一次完成开沟、施肥、播种、覆土、起垄和覆膜等作业。该机采用独特的手指状取种播种机构，使漏播率和重播率降低； 使用旋耕起垄装置，在实现种沟均匀覆土的同时能够完成起垄作业。2014年，黑龙江省农业机械工程研究院在研学外国先进技术的基础上，设计研究开发了集开沟施肥、仿形开沟、播种薯 （ 薯块）、起垄 （ 培土） 于一体的大型4行牵引式马铃薯种植机，通用机架为基础进行各零部件间的变换与组合，实现各种不同作业的要求； 为实现播深一致及对种植深度进行精确调整控制，创新设计播种机构单体仿形装置。2015年，山东农业大学改进设计了一种补偿式马铃薯播种机，添加补偿播种装置，采用激光对射传感器和步进电机，能有效实现马铃薯的自动补偿播种，降低了漏播率。2016年，牛康等为了提高链勺式马铃薯排种装置排种性能，使用EDEM软件建立了排种装置数值模型，设计了具有双层种箱结构的排种装置，以空种率和重种率为性能指标，试验研究了排种速度、种勺直径和充种高度对充种性能的影响规律，对双层种箱式排种装置进行了优化设计。1

2、典型产品

（1）美诺1240B型马铃薯种植机。

该机配套动力≥73.5kW，工作效率0.8～1.2hm2/h，行距80、90cm，株距14～35cm。可一次完成开沟、播种、施肥和培土作业； 播种精度高，漏播率≤5%，出苗率高；可选装喷药机构； 链耙式施肥机构，无堵肥现象； 自带离合器，可以倒车。

（2）德沃2CMZ-4型马铃薯播种机。

该机可一次完成开沟、播种、施肥和覆土等作业，配套动力≥88.2kW，作业速度3～5km/h，作业效率1.04～1.56hm2/h。采用独立的播种单体结构，根据不同种植模式调整垄距和株距； 采用高频电机振动装置，确保播种精度，适应性强； 采用独立施肥结构，有效防止种、肥混合； 配备圆盘式起垄覆土部件，形成的垄形好，覆土均匀。

（3）五征2CMF-2型马铃薯种植机。

该机能一次完成播种、覆土、施肥等工序； 播种深度、株距可调； 工作效率高、结构紧凑、体积小、质量小和操作灵活，适用于平整土地上的大规模作业。配套动力≥44.1kW，工作幅宽1800mm，行距900mm可调，作业效率0.3～0.6hm2/h。

（4）希森天成2CMX-2B型马铃薯播种机。

该机配套动力≥45kW，适用行距900mm，工作幅宽1800mm，适应株距145～470mm，作业速度3.5～6km/h，纯工作生产率0.6 ～0.9hm2/h。1

技术发展趋势1、播种精度控制技术

该技术利用磁效应原理设计马铃薯播种监测系统，其中控制系统采用接触式传感器，主要包括主控制器、传感器及线束。主控制器是基于数字控制技术的核心，全模块化设计，带液晶显示屏。每行实时漏播报警提示，并自行计算漏播率及记录每个工作段的面积。工作中，接触式传感器检测种杯中的种薯信号，播种正常时，传感器有一系列的连续脉冲信号传递给控制器。当漏播时，控制器接收不到脉冲信号，液晶显示屏无监测数据，此时系统报警，提示工作人员停机检查。该系统分行实时监测感应数据，并可直接将数据输入控制器进行运算和逻辑判断，控制器元件包括组合旋钮、电源开关、监测启停、液晶显示屏等，控制器将传感器传递的脉冲信号进行转换，在液晶显示屏上显示监测到的数据。

2、链耙网仿形施肥技术

采用链耙网仿形施肥技术可以避免传统外槽轮排肥器易堵塞，面肥、有机肥无法施撒的问题； 解决了施肥机构通过性差的问题； 增大最大施肥量，满足农艺要求； 仿形通过能力强，实现了双侧深施肥，解决种肥混施、烧种现象严重的问题。

3、开沟技术

马铃薯的种薯不同于小麦、玉米、大豆等作物，其形状、大小、物理特性比较复杂，因此设计一种靴式开沟器，该开沟器开沟阻力较小，开出的沟能够很好地稳住排种器排出的种薯，有效控制种薯的运动，保证种薯的播种株距。

近几年，国内的马铃薯种植机械发展速度很快，马铃薯种植机生产企业从几家迅速扩张到几十家，但从产品结构和功能来看，相似度较高，90%以上的产品仍停留在机械设计的改进方面，在播种精度检测和监控方面，还处于探索阶段，有待于进一步研究。1

甘蔗种植机甘蔗种植机械化技术是甘蔗生产机械化的一个关键环节，也是难实现的一个环节，甘蔗机械化种植在发达国家已经得到广泛应用，而我国甘蔗种植机实际推广应用的几乎没有，依然采用机械开沟，人工种植为主，种植技术主要包括开沟、施肥、切种下种、盖膜、培土等工序，是劳动密集型的作业工序。人工种植的效率低，而且劳动强度大，生产成本高，是制约我国糖蔗产业国际竞争力的重要技术瓶颈，因此，甘蔗种植机械化技术的推广与应用已成为甘蔗生产机械化亟待解决的主要问题之一。近年来，我国有不少企业与科研单位通过自主研发或引进、吸收、消化国外先进技术，在甘蔗种植机械领域已经积累了较多的经验，并设计了不少的甘蔗种植机型，但能推广应用的却依然没有，只有少数国营农场与农村合作社在使用示范，甘蔗种植机械化技术得不到有效推广。

典型的甘蔗种植机设计机型目前我国研发生产的甘蔗种植机按工作方式的不同主要分为两大类：一种是边砍边种模式，另一种是预先砍种再种植模式。

（1）边砍边种模式。边砍边种的种植模式的种植机主要包含的结构有：开沟器，排肥箱，切种箱，覆土装置等，一些厂家生产的还有喷洒农药装置和覆膜装置。此种模式的工作原理主要为通过开沟器在前方开沟，排肥箱将肥料排入开好的沟中，人工将整条蔗种喂入切种箱，由两对输送胶辊夹持蔗苗，同时旋转的割刀切成一段段等长的蔗段，甘蔗通过切种箱后按一定的规律排落到开好的沟中，此时再经过覆土装置进行覆土，由喷洒农药装置和覆膜装置再进行喷洒农药与覆膜，就完成了对甘蔗的种植，此种模式对人工的连续喂入要求高，劳动强度大，对蔗种的伤芽率高，目前已逐步被淘汰与边沿化。

（2）预先砍种再种植模式。预先砍种再种模式的种植机主要包含的结构有：开沟器，排肥箱，排种箱，覆土装置等，一些厂家生产的还有喷洒农药装置和覆膜装置。此种模式的工作原理主要为对用于种植的甘蔗种采用人工或机器先预先砍成一段段等长的符合种植要求的蔗种，种植时，通过开沟器在前方开沟，排肥箱将肥料排入开好的沟中，人工将一段段蔗种连续不断地放入排种箱中，通过排种箱将蔗种排入开好的沟中，此时再经过覆土装置进行覆土，由喷洒农药装置和覆膜装置再进行喷洒农药与覆膜，就完成了对甘蔗的种植，此种模式对人工的连续喂入要求更高，劳动强度也相对较大，对蔗种的伤芽率低，目前是企业与科研机构重点研究的方向。2

目前主要研制的种植机技术（1）采用预先砍种再种植模式，取消排种箱的甘蔗种植机，依靠人工直接将蔗种放到开好的沟里的方式进行排种，从而减少蔗种排放过程中的损伤，而且蔗种摆放的样式与密集程度可控，排放过程可视性强，此项技术在日本已经得到推广与应用，也是比较容易让农民接受的技术，农民参与性强，技术含量相对较低。

（2）采用预先砍种再种植模式，采用单芽段种植技术，通过将蔗种砍成一小段等长的蔗段，每根蔗段上只有一个蔗节，经特制的药水消毒后，采用与土豆种植机工作方式类似的种植机进行种植，此种技术发芽率与成活率高，种植过程可控性强，人工劳动强度低，甚至可以达到精量化种植，也是目前比较主流的研究方向，此项技术在巴西已经得到推广与应用，技术含量相对较高。2

甘蔗种植机存在的主要问题尽管我国在甘蔗种植机研发过程中有了跨越式的发展技术日趋成熟，但推广的过程中还是发现了许多问题，制约了我国甘蔗全程机械化种植的进程。目前我国比较主流的

甘蔗种植机推广过程中主要存在以下问题：

（1）需要较多的人工配合，过分依赖人工手工协助整个种植过程，人工劳动强度大，种植成本高。目前对于种植过程，还是依靠人工来对蔗种进行摆放与搬运，机械化程度非常低，放种过程几乎完全依靠人工进行，而且种植过程动作要连续，稍有疏忽就会有漏播的情况，人工劳动强度大，操作人工多，种植成本高。

（2）切种伤芽率高，配套机械不足。因采用等距切割，就不可避免地产生切到芽的现象，这势必影响甘蔗的出芽率，减少出芽数量，不能达到人工种植的技术要求，目前除采用人工砍断外，均采用机器等距切割，用于切割蔗种的成熟机械还没有出现。

（3）不符合农民的种植农艺，与农民需求的实际情况不符。大多情况下农民会用整根的甘蔗作为蔗种，但实际操作中，糖厂都会鼓励农民用蔗梢作为蔗种，大部分种植机不能满足用蔗梢作为蔗种的要求，蔗梢作为蔗种出苗率高，出苗时间快，而且长期以来农民也已经形成了用蔗梢作为蔗种的习惯，因蔗梢短，大大影响了种植效率，只有预先砍种再种模式的种植机才符合要求。

（4）可视可控性低，过分依赖人工操作。因种植过程很短，排种大多在箱内进行，无法对种植过程的排种质量进行监控，采用人工排种的方式，工作一次性通过，没有查缺补漏的环节，可视可控性差，完全依靠人工排放。

（5）适用性差，对地块的坡度要求高。几乎所有的种植机都要求地块的坡度要小于12°，因坡度过大容易造成不能种植，所开的沟深浅不能统一，培土、回土效果差，且容易造成翻车。

（6）结构复杂，生产成本高，推广难度大。因目前甘蔗种植机还处在研发推广阶段，生产成本相对较高，且甘蔗种植户还是以单个农户生产为主，种植量少，每个农户拥有一台甘蔗种植机不太现实。2

解决方案（1）深入改造现有种植机械，向自动化、低人工、低成本种植方向发展。通过加大载种量与载肥量，采用自动排种机构进行自动排种，减少种植过程人工协助的工作量，减少配备人员，从而达到解放劳动力，降低种植成本的目的。

（2）深入开发配套机械，特别是带有蔗芽识别功能的切种机。采用红外影像成形等识别技术，通过对蔗芽的识别从而达到精准切割蔗种的目的，通过减少作业过程对蔗芽的伤害，提高种植质量，从而达到提高出芽率的目的。向智能化、数字化种植机械方向发展。

（3）深入了解农民的种植农艺，与糖厂进行技术交流，改进现有甘蔗种植机，使其满足以蔗梢作为蔗种进行种植的目的。蔗梢含糖量相对较低，若用于榨糖，得到的糖量肯定相对较少，若用蔗梢作为蔗种，而取而代之的是蔗梢以下的部分用于榨糖，一方面得到的糖量相对较多，另一方面所种的甘蔗出苗率也相对较高，糖厂与农民都达到了增收的目的。

（4）改进现有排种方式，改造成观察性效果好、能自动或人工进行补蔗种的排种方式。通过参照土豆种植机的工作原理，以机械排种为主，人工补漏为辅的排种方式或通过传感器感应机械自动补漏的排种方式，达到种植过程可视可控，让种植户对种植效果有所了解，消除种植户的疑虑。

（5）大力推广土地平整力度，对蔗田进行规划与整治，鼓励农民参加农业生产合作社，因地制宜，有针对性地研发符合地区生产需求的甘蔗种植机。一方面土地平整后对农机的要求相对较低，通过参加生产合作社，向规模化、集约化种植方向发展，有利于规模化种植，提高经济效益。另一方面有针对性地研发种植机，使得适用性更强，有利于推广应用。2