山丘区甘薯机械化现状与展望

彭发智 张秀平 常震 陈林 常吉武

1、河北省农业机械化研究所有限公司 2、石家庄市鹿泉区吉武农产品专业合作社

随着山区农村劳动力的大量减少，劳动力成本上升，山区农村甘薯发展的加快，针对山区甘薯生产机械十分短缺，特别是山地小型机械的严重短缺，生产成本居高不下，经济效益差。甘薯种植模式多为机械起垄覆膜、人工种植、机械杀秧+收获，提高作业性能，减少人工投入、降低劳动强度及促进甘薯生产机械化，让甘薯成为带动山区村民致富的“金疙瘩”。

甘薯又名甜薯，有着丰富营养，可以预防一些疾病，所以它有非常高食用价值。旋花科薯蓣属缠绕草质藤本，地下块茎顶分枝末端膨大成卵球形的块茎，外皮淡黄色，光滑。茎左旋，基部有刺，被丁字形柔毛。单叶互生，阔心脏形；雄花序为穗状花序，单生，雄花无梗或具极短的梗；苞片卵形，顶端渐尖；花被浅杯状，被短柔毛；蒴果三棱形，顶端微凹，基部截形，每棱翅状；种子圆形，具翅。花期初夏。我国是世界上甘薯生产大国，每年生产的甘薯总产量大约有1000万吨左右。甘薯对环境的要求不是很大，所以甘薯的种植面积广、产量很高，管理方便等，甘薯是一种多样化的种植模式作物。甘薯的种植工序比较复杂并且技术也不够成熟，所以我国甘薯在机械化生产时一直受到限制，相对复杂的种植环节和大量的人工劳力，进一步增加了甘薯的种植成本，阻碍了广大用户对甘薯种植的积极性，影响了甘薯种植业的向好发展。本文结合国内外甘薯种植模式，农机农艺相结合的技术要求和我国的甘薯种植特点，对甘薯机械进行对比和分析，总结山丘区甘薯机械化种植中所存在的主要问题，促进山丘区甘薯机械化未来的发展方向。

1 国内甘薯机械化发展状况

我国虽是甘薯种植大国，也是一种劳动强度大生产工序复杂的农作物，但是甘薯机械化程度一直非常低，主要依赖劳动力，其中主要种植环节包括起垄覆膜、移栽种植、喷药、除草、耕中管理、杀秧，以及收获后的清洗分级等。大面积的甘薯种植面临着劳动力短缺和用工成本增加，阻碍了甘薯种植产业的发展。传统的农用工具工作效率低和种植环境的限制，现有工作只能满足一家一户小面积小数量的使用。随着现代科技的发展和农机具的推广，不断地更新一些种植环节机具更多地替代了人力和畜力，特别是在平原甘薯种植较多，山丘区的干树种植机械受到一些限制，主要实现在耕整、翻、钩蔓等一些环节，单翻犁收获作业效率比较低，收获损伤和漏收率高，但能减小劳动强度。后续相继出现各种新型机器，但在作业质量上仍然不高。直到20世纪末，甘薯机械化一直没有亮点，尤其是在山丘区种植的甘薯，特殊的地形限制了机械化的发展，加上繁重的劳动强度和不断提高的劳动成本。随着科学技术不断发展和改进，在20世纪90年代甘薯机械化有了明显加快，一些地区出现了多样式的工具。最具有代表性的是环形刀形收获机具，收获困难的局面得到了改变，这项技术的出现极大程度上推动甘薯的种植和生产，该设计新奇、特有，通过改变传统收获犁的铲头式设计，改变了薯块丢失率及破损率，经过试验对比和分析该机具效率可达到3～4亩／小时，甘薯的丢失和破损率均低于1%，可大幅度地减轻劳动强度及提高工作效率，适合推广市场应用。传统大型的甘薯机械在丘陵地形的使用受到很大的影响，主要原因为操作不方便，回转半径大等问题，为了更好地解决山丘区甘薯机械化的问题，正在设计开发中耕管理机旋耕起垄施肥机、小型收获机和切蔓机、回收型切蔓机等。调研考察生产小型振动筛收获机，与小四轮配套适应性差，故障率高，推广困难。

虽然，这些年以来我国在甘薯机械化生产上有了很多成绩，但与国外相比较，我国的甘薯机械化生产比较落后，而且生产出来的产品无论是从外形上还是从各功能上对比，跟国外还有一定的距离。但随着我国农业产业结构不断地调整，甘薯机械化的发展趋势日益显著，为新型高效率甘薯机械化的开启了有利的创造与发展的空间。

2 国外甘薯机械化现状

甘薯是高产稳产作物之一，具有适应性广、抗逆性强、耐旱、耐瘠薄、病虫害少等特点，起源于南美洲，其主要分布在亚洲、非洲，其次为美洲，而欧洲、大洋洲种植面积较少，现已在100多个国家广有种植。

美、加、日等发达国家甘薯生产农机农艺融合度高，其甘薯生产机械化技术及装备研发始于20世纪30年代到20世纪40年代，现已形成了排种机、剪苗机、起垄机、移栽机、切蔓机、收获机等系列产品，基本实现专用化、标准化和系列化，其作业工效是传统人工的数十倍。大型多垄起垄作业机，形成了系列产品。日本等国家开发的多功能起垄机，在起垄同时将肥料等施入垄沟内，保持肥效利用最大化，另外配以起垄镇压技术以及适应不同垄形的起垄机，很好地满足了生产需要。国外薯秧处理机械主要是作业部件前端两侧的叉杆挑起垄沟内的薯秧，夹持向上输送，圆盘切刀将薯秧根部切断，夹持链继续向后输送或铺于地面或粉碎收集；直接采用收集机将薯秧、薯块同时收起，在输送过程中将薯块与薯秧强制拉断，这种机型的输送装置较长。小型甘薯收获机以日韩产品为代表，主要完成挖掘和输送，结构简单。国外现有的甘薯生产机械装备中，欧美的甘薯生产机具多以大型化为主，适宜大规模集约化生产，对我国北方薯区的规模化成片种植具有借鉴意义；而日韩等亚洲地区则以小型化为主，适宜中小田块作业，对我国多数甘薯种植区都有较大的借鉴价值。

2.1 苗床覆土机

目前主要由国外一些大型农场使用。为了提高工作效率，实现机械化作业，一般苗床长度长达数百米。一是将甘薯的种薯块随机放入机器上，然后利用拖拉机的驱动将甘薯种薯块均匀整齐地排放在苗床中，二是将苗床两侧的碎土厚度均匀的覆盖到种薯块上，该机具适合大型农场不适合小型规模的甘薯生产。

2.2 移栽机

在国外甘薯移栽机主要有两种，一种是牵引式。该机具的移苗、分苗时都有随行人员操作，秧苗的丢失率很低，株距均匀，工作效率高，节省劳动力，栽插、覆土、镇压同时完成。机器的前进速度为20m/min,另一种是在80年代初开发应用的新型高效移栽机，最高栽插速度达到70～80株/分钟/人。

2.3 去蔓机

甘薯是一种藤蔓生长作物，藤蔓生长比较茂盛，生长旺期的时候甘薯藤蔓能达到4米以上。在甘薯收获的时候去藤蔓是一项很大的工作量，有些地方为了让甘薯藤蔓实现自身的价值收集起来制作成饲料，但也有的地方更多的是将其随意乱放，不仅浪费、还增大工作量又影响了下次的耕作和污染环境。国外跟国内相比较就不同了，它们不会将甘薯藤蔓制作饲料或其他用途，大多情况是直接将藤蔓粉碎到田间当作肥料用了。它是一种消耗地力很强作物。藤蔓中含有大量的营养成分，粉碎后直接洒在地上可起到培养地力，增加养分，对土壤也能起到松动的作用。国外一般常用坪地机式去蔓机，按照垄形运用高速旋转的刀片将藤蔓切碎均匀撒入田中。两侧各有一个铲直接将沟底的蔓挑起，送到高速旋转的切刀中能将约95%的藤蔓切断。另一种是类似旋耕机。由拖拉机牵引后输出驱动，效果也是非常理想的。由于采用机械去蔓，工作效率大幅度提高，处理过的田块有利于下一环节的机械收获。目前，在采用机械去蔓已经不将藤蔓的长度及茂盛程度作为选择机械品种的指标。

2.4 收获机

早在20世纪30年代国外的甘薯种植实现了机械化。机械化作业和人工做作业相比，大大提高了工作效率缩短了工作的时间。减少了用工量，降低成本投入，作业速度速度可达0.2～0.25 hm2/h,不仅工作效率高，而且对薯块破损率和丢失率也有很大的降低，这样也就提高了甘薯的附加值。增加了用户对甘薯种植的信心。目前在发达国家中比如日、美等已有较多的地区使用甘薯机械，使用的机械有两种，一是传统的拖控机牵引式收获犁。犁尖是由两块冲压拼接在组合在一起从两侧将土翻起，将甘薯翻起后露在地表面后由人工把薯块捡拾分级收集起来。另一种是振动式收获机，同样也是由拖拉机牵引，后输出链接动力，用平铲将土层铲起后分开，随后自动落到后面的链筛篦上，通过链筛将图和甘薯分离，土壤自由落到下面，甘薯通过筛子匀速的送到地表面，工作效率更高的有薯类联合收获机，该机具的前端为两个锥形麻花钻也就是人们常说的拥土器，将土壤与薯块通过蓖状式传送带机构提升向上运输，在提升过程中土壤从缝隙中掉落下来，薯块被运输到后部由跟随人员捡拾后装入分拣需要的袋子或者是筐内。虽然该机具的工作效率较高，但由于其特殊性只能用在土壤松散的田块种植的甘薯使用，该设备的价格比较昂贵，需要对工作人员要求比较，用机前的专业培训，实际操作，故障分析，维护保养，从而降低机器的故障率，增加机器的使用寿命，小型简单收获机普遍用于国外的一些小农户，主要为了降低成本减少资金投入。

2.5 清洗机

清洗机多用于根茎、萝卜等一些需要上市前的作物清洗。甘薯是一种块茎作物，其特点是皮薄，容易受损，内外组织不同，破皮后的甘薯不仅影响外观，还影响甘薯的存储时间。在国外甘薯清洗技术比较领先，通过流水式的方法和用柔软的毛刷擦拭，这样不会对甘薯表皮组织产生损伤等，将附着在表面的土及细沙土等清洗干净，这些不仅是取决于机械因素，而且还跟甘薯生长的形状、甘薯的品种、清洗时的水温等因素有关。

2.6 甘薯起垄机

早在多年前国外甘薯起垄机技术比较成熟，尤其是日、韩两国所设计的甘薯起垄机，都符合当前的农机农艺要求，一次性完成起垄、覆膜、铺设滴灌带、施肥、喷洒农药，减少去地的次数，避免对垄体的损坏，并充分实现每一层的肥力，使甘薯在每一个时期得到不同养分，同时还预防病虫害，仿生机械设计减少机械动力，技术相对比较稳定，也降低了成本投入。一般都是以单垄或者双垄作业为主，起垄时将肥料全部用于垄中，保证充足的施肥量，还能将垄形压实镇压好，能够很好地满足现在的需求。

目前国内甘薯起垄机械发展也比较快，生产厂家较多，机械起垄不论是形状还是工作效率和人工相比较，提高了工作效率，节约劳动成本，虽然总体上效果都差不多，机械效率高，作业均匀不浪费土地。

近些年，有些公司也开始生产甘薯多行联合起垄覆膜机，能够高效率地完成甘薯的起垄覆膜和铺设滴灌带的工作。技术还不够成熟，机具比较笨重，做工粗糙，经过长期的试验和不断的优化更新，机具越来越成熟完善，增加一些新的功能。研制一代安装了形状棍、压膜棍和压膜橡胶轮，改善了垄形，提高效率，起到了垄顶垄底压实效果，防止甘薯在下扎的时候受阻，提高了起垄覆膜筑型的效率，每条垄宽窄较为均匀，都符合农机农艺相结合的要求。

3 国内甘薯机械化发展思路

我国甘薯机械研究起步比较晚，主要是先从病虫害打药机械开始，比如手持式打药机，半自动式，后续从国外引进动力式打药机、植保机械、除草、杀秧等。尤其是山丘区甘薯机械化促进了甘薯机械化的发展。

甘薯种植面积和产量我国均居世界首位。甘薯在我国已有四百多年的种植历史，除青藏高寒地区外，我国大江南北均有种植，其种植面积仅次于水稻、小麦和玉米，居第四位。甘薯既是粮食作物，又是饲料和工业原料作物，在我国国民经济中占有重要的地位。甘薯独具超高产能力、广泛的适应性和易恢复生长等特点，适宜边际土地种植，具有较强的生产贮备能力和特有的救灾功能，我国许多地区把甘薯作为农业产业结构调整中的优势作物，甘薯正逐步向效益型经济作物转变。随着甘薯种植专业合作社、种植大户和企业规模化、土地流转，中小规模集约种植面积占种植总面积已达到75%左右。规模化、集约化的种植模式迫切需要机械装备参与其生产全过程。目前受作业环境等因素影响，国内甘薯起垄覆膜机械在作业质量、整体结构等方面仍需提升。在我市周边地区种植地块小，且春季多风，现有起垄覆膜机械整体尺寸大，转弯半径长，垄沟翻土压膜方式难以适应山区小地块多风季节作业需求。甘薯收获主要涉及薯秧处理和薯块挖掘收集两个环节。在一家一户的小面积种植模式下，人工割薯秧，采用犁翻或人工挖掘的方式进行收获，劳动强度大、效率低、损失大、作业成本高、综合效益低下，严重制约甘薯生产机械化的发展进程。推进甘薯收获作业机械化，目前需要解决的问题是机械与种植农艺相融合，形成与种植机械配套的收获机械产品，并在最大程度上降低机械损伤，以保证甘薯收获品质。

目前石家庄优质红薯种植区多为丘陵山区，种植面积广，地块分布较小，甘薯种植机械严重缺乏，机械化起垄覆膜、杀秧、收获作业是必然趋势。实现符合我市周边丘陵地带种植甘薯“一条龙”机械化生产要求