種植機

馬鈴薯是我國主要的經濟作物，其種植面積和產量位居世界前列，但馬鈴薯的機械化生產水平較低。為了滿足馬鈴薯產業發展需要，我國引進了國外的一些馬鈴薯種植機，如德國Grimme公司的馬鈴薯種植機、義大利Spedo公司的SPA-2型馬鈴薯種植機、挪威Kverneland公司的馬鈴薯種植機等，這些產品是馬鈴薯種植機產品的代表，也是我國馬鈴薯種植機的發展方向。國外產品技術雖然先進，但是價格很高，機具適應性和零配件供應不暢是用戶使用中面臨的較大問題。

1、研究概況

20世紀80年代以來，馬鈴薯播種機械化得到快速發展，國內陸續有10多家科研院所和生產企業研製馬鈴薯播種機，取得突破性進展。其中中機美諾科技股份有限公司在馬鈴薯種植機的研發方面處於領先地位，2004—2006年，該公司成功開發了2CM-2型雙行馬鈴薯種植機，採用了交叉取種技術和種、肥分施技術；2006—2008年，開發出適用於特定馬鈴薯種植區域的大壟雙行機型；2008—2011年，開發出2CM-4型馬鈴薯種植機，作業效率大大提高，用戶反饋良好。在後續的產品改進過程中，又增加了覆膜和噴葯作業附件，增強了機具的適應性。2012—2013年，在2CM-4型產品的基礎上增設了播種自動監控系統，降低了重播率和漏播率，提高了播種精度。2013年之後，該公司一直持續不斷地對2CM-4型產品進行改進，目前已有2CM-4B型新產品在市場上銷售。2014年，青島農業大學研究設計出一種馬鈴薯播種施肥聯合作業機，可一次完成開溝、施肥、播種、覆土、起壟和覆膜等作業。該機採用獨特的手指狀取種播種機構，使漏播率和重播率降低；使用旋耕起壟裝置，在實現種溝均勻覆土的同時能夠完成起壟作業。2014年，黑龍江省農業機械工程研究院在研學外國先進技術的基礎上，設計研究開發了集開溝施肥、仿形開溝、播種薯（薯塊）、起壟（培土）於一體的大型4行牽引式馬鈴薯種植機，通用機架為基礎進行各零部件間的變換與組合，實現各種不同作業的要求；為實現播深一致及對種植深度進行精確調整控制，創新設計播種機構單體仿形裝置。2015年，山東農業大學改進設計了一種補償式馬鈴薯播種機，添加補償播種裝置，採用激光對射感測器和步進電機，能有效實現馬鈴薯的自動補償播種，降低了漏播率。2016年，牛康等為了提高鏈勺式馬鈴薯排種裝置排種性能，使用EDEM軟體建立了排種裝置數值模型，設計了具有雙層種箱結構的排種裝置，以空種率和重種率為性能指標，試驗研究了排種速度、種勺直徑和充種高度對充種性能的影響規律，對雙層種箱式排種裝置進行了優化設計。

2、典型產品

（1）美諾1240B型馬鈴薯種植機。

該機配套動力≥73.5kW，工作效率0.8～1.2hm/h，行距80、90cm，株距14～35cm。可一次完成開溝、播種、施肥和培土作業；播種精度高，漏播率≤5%，出苗率高；可選裝噴葯機構；鏈耙式施肥機構，無堵肥現象；自帶離合器，可以倒車。

（2）德沃2CMZ-4型馬鈴薯播種機。

該機可一次完成開溝、播種、施肥和覆土等作業，配套動力≥88.2kW，作業速度3～5km/h，作業效率1.04～1.56hm/h。採用獨立的播種單體結構，根據不同種植模式調整壟距和株距；採用高頻電機振動裝置，確保播種精度，適應性強；採用獨立施肥結構，有效防止種、肥混合；配備圓盤式起壟覆土部件，形成的壟形好，覆土均勻。

（3）五征2CMF-2型馬鈴薯種植機。

該機能一次完成播種、覆土、施肥等工序；播種深度、株距可調；工作效率高、結構緊湊、體積小、質量小和操作靈活，適用於平整土地上的大規模作業。配套動力≥44.1kW，工作幅寬1800mm，行距900mm可調，作業效率0.3～0.6hm/h。

（4）希森天成2CMX-2B型馬鈴薯播種機。

該機配套動力≥45kW，適用行距900mm，工作幅寬1800mm，適應株距145～470mm，作業速度3.5～6km/h，純工作生產率0.6 ～0.9hm/h。

1、播種精度控制技術

該技術利用磁效應原理設計馬鈴薯播種監測系統，其中控制系統採用接觸式感測器，主要包括主控制器、感測器及線束。主控制器是基於數字控制技術的核心，全模塊化設計，帶液晶顯示屏。每行實時漏播報警提示，並自行計算漏播率及記錄每個工作段的面積。工作中，接觸式感測器檢測種杯中的種薯信號，播種正常時，感測器有一系列的連續脈衝信號傳遞給控制器。當漏播時，控制器接收不到脈衝信號，液晶顯示屏無監測數據，此時系統報警，提示工作人員停機檢查。該系統分行實時監測感應數據，並可直接將數據輸入控制器進行運算和邏輯判斷，控制器元件包括組合旋鈕、電源開關、監測啟停、液晶顯示屏等，控制器將感測器傳遞的脈衝信號進行轉換，在液晶顯示屏上顯示監測到的數據。

2、鏈耙網仿形施肥技術

採用鏈耙網仿形施肥技術可以避免傳統外槽輪排肥器易堵塞，面肥、有機肥無法施撒的問題；解決了施肥機構通過性差的問題；增大最大施肥量，滿足農藝要求；仿形通過能力強，實現了雙側深施肥，解決種肥混施、燒種現象嚴重的問題。

3、開溝技術

馬鈴薯的種薯不同於小麥、玉米、大豆等作物，其形狀、大小、物理特性比較複雜，因此設計一種靴式開溝器，該開溝器開溝阻力較小，開出的溝能夠很好地穩住排種器排出的種薯，有效控制種薯的運動，保證種薯的播種株距。

近幾年，國內的馬鈴薯種植機械發展速度很快，馬鈴薯種植機生產企業從幾家迅速擴張到幾十家，但從產品結構和功能來看，相似度較高，90%以上的產品仍停留在機械設計的改進方面，在播種精度檢測和監控方面，還處於探索階段，有待於進一步研究。

甘蔗種植機械化技術是甘蔗生產機械化的一個關鍵環節，也是難實現的一個環節，甘蔗機械化種植在發達國家已經得到廣泛應用，而我國甘蔗種植機實際推廣應用的幾乎沒有，依然採用機械開溝，人工種植為主，種植技術主要包括開溝、施肥、切種下種、蓋膜、培土等工序，是勞動密集型的作業工序。人工種植的效率低，而且勞動強度大，生產成本高，是制約我國糖蔗產業國際競爭力的重要技術瓶頸，因此，甘蔗種植機械化技術的推廣與應用已成為甘蔗生產機械化亟待解決的主要問題之一。近年來，我國有不少企業與科研單位通過自主研發或引進、吸收、消化國外先進技術，在甘蔗種植機械領域已經積累了較多的經驗，並設計了不少的甘蔗種植機型，但能推廣應用的卻依然沒有，只有少數國營農場與農村合作社在使用示範，甘蔗種植機械化技術得不到有效推廣。

典型的甘蔗種植機設計機型

目前我國研發生產的甘蔗種植機按工作方式的不同主要分為兩大類：一種是邊砍邊種模式，另一種是預先砍種再種植模式。

（1）邊砍邊種模式。邊砍邊種的種植模式的種植機主要包含的結構有：開溝器，排肥箱，切種箱，覆土裝置等，一些廠家生產的還有噴灑農藥裝置和覆膜裝置。此種模式的工作原理主要為通過開溝器在前方開溝，排肥箱將肥料排入開好的溝中，人工將整條蔗種喂入切種箱，由兩對輸送膠輥夾持蔗苗，同時旋轉的割刀切成一段段等長的蔗段，甘蔗通過切種箱后按一定的規律排落到開好的溝中，此時再經過覆土裝置進行覆土，由噴灑農藥裝置和覆膜裝置再進行噴灑農藥與覆膜，就完成了對甘蔗的種植，此種模式對人工的連續喂入要求高，勞動強度大，對蔗種的傷芽率高，目前已逐步被淘汰與邊沿化。

（2）預先砍種再種植模式。預先砍種再種模式的種植機主要包含的結構有：開溝器，排肥箱，排種箱，覆土裝置等，一些廠家生產的還有噴灑農藥裝置和覆膜裝置。此種模式的工作原理主要為對用於種植的甘蔗種採用人工或機器先預先砍成一段段等長的符合種植要求的蔗種，種植時，通過開溝器在前方開溝，排肥箱將肥料排入開好的溝中，人工將一段段蔗種連續不斷地放入排種箱中，通過排種箱將蔗種排入開好的溝中，此時再經過覆土裝置進行覆土，由噴灑農藥裝置和覆膜裝置再進行噴灑農藥與覆膜，就完成了對甘蔗的種植，此種模式對人工的連續喂入要求更高，勞動強度也相對較大，對蔗種的傷芽率低，目前是企業與科研機構重點研究的方向。

目前主要研製的種植機技術

（1）採用預先砍種再種植模式，取消排種箱的甘蔗種植機，依靠人工直接將蔗种放到開好的溝里的方式進行排種，從而減少蔗種排放過程中的損傷，而且蔗種擺放的樣式與密集程度可控，排放過程可視性強，此項技術在日本已經得到推廣與應用，也是比較容易讓農民接受的技術，農民參與性強，技術含量相對較低。

（2）採用預先砍種再種植模式，採用單芽段種植技術，通過將蔗種砍成一小段等長的蔗段，每根蔗段上只有一個蔗節，經特製的藥水消毒后，採用與土豆種植機工作方式類似的種植機進行種植，此種技術發芽率與成活率高，種植過程可控性強，人工勞動強度低，甚至可以達到精量化種植，也是目前比較主流的研究方向，此項技術在巴西已經得到推廣與應用，技術含量相對較高。

甘蔗種植機存在的主要問題

儘管我國在甘蔗種植機研發過程中有了跨越式的發展技術日趨成熟，但推廣的過程中還是發現了許多問題，制約了我國甘蔗全程機械化種植的進程。目前我國比較主流的

甘蔗種植機推廣過程中主要存在以下問題：

（1）需要較多的人工配合，過分依賴人工手工協助整個種植過程，人工勞動強度大，種植成本高。目前對於種植過程，還是依靠人工來對蔗種進行擺放與搬運，機械化程度非常低，放種過程幾乎完全依靠人工進行，而且種植過程動作要連續，稍有疏忽就會有漏播的情況，人工勞動強度大，操作人工多，種植成本高。

（2）切種傷芽率高，配套機械不足。因採用等距切割，就不可避免地產生切到芽的現象，這勢必影響甘蔗的出芽率，減少出芽數量，不能達到人工種植的技術要求，目前除採用人工砍斷外，均採用機器等距切割，用於切割蔗種的成熟機械還沒有出現。

（3）不符合農民的種植農藝，與農民需求的實際情況不符。大多情況下農民會用整根的甘蔗作為蔗種，但實際操作中，糖廠都會鼓勵農民用蔗梢作為蔗種，大部分種植機不能滿足用蔗梢作為蔗種的要求，蔗梢作為蔗種出苗率高，出苗時間快，而且長期以來農民也已經形成了用蔗梢作為蔗種的習慣，因蔗梢短，大大影響了種植效率，只有預先砍種再種模式的種植機才符合要求。

（4）可視可控性低，過分依賴人工操作。因種植過程很短，排種大多在箱內進行，無法對種植過程的排種質量進行監控，採用人工排種的方式，工作一次性通過，沒有查缺補漏的環節，可視可控性差，完全依靠人工排放。

（5）適用性差，對地塊的坡度要求高。幾乎所有的種植機都要求地塊的坡度要小於12°，因坡度過大容易造成不能種植，所開的溝深淺不能統一，培土、回土效果差，且容易造成翻車。

（6）結構複雜，生產成本高，推廣難度大。因目前甘蔗種植機還處在研發推廣階段，生產成本相對較高，且甘蔗種植戶還是以單個農戶生產為主，種植量少，每個農戶擁有一台甘蔗種植機不太現實。

解決方案

（1）深入改造現有種植機械，向自動化、低人工、低成本種植方向發展。通過加大載種量與載肥量，採用自動排種機構進行自動排種，減少種植過程人工協助的工作量，減少配備人員，從而達到解放勞動力，降低種植成本的目的。

（2）深入開發配套機械，特別是帶有蔗芽識別功能的切種機。採用紅外影像成形等識別技術，通過對蔗芽的識別從而達到精準切割蔗種的目的，通過減少作業過程對蔗芽的傷害，提高種植質量，從而達到提高出芽率的目的。向智能化、數字化種植機械方向發展。

（3）深入了解農民的種植農藝，與糖廠進行技術交流，改進現有甘蔗種植機，使其滿足以蔗梢作為蔗種進行種植的目的。蔗梢含糖量相對較低，若用於榨糖，得到的糖量肯定相對較少，若用蔗梢作為蔗種，而取而代之的是蔗梢以下的部分用於榨糖，一方面得到的糖量相對較多，另一方面所種的甘蔗出苗率也相對較高，糖廠與農民都達到了增收的目的。

（4）改進現有排種方式，改造成觀察性效果好、能自動或人工進行補蔗種的排種方式。通過參照土豆種植機的工作原理，以機械排種為主，人工補漏為輔的排種方式或通過感測器感應機械自動補漏的排種方式，達到種植過程可視可控，讓種植戶對種植效果有所了解，消除種植戶的疑慮。

（5）大力推廣土地平整力度，對蔗田進行規劃與整治，鼓勵農民參加農業生產合作社，因地制宜，有針對性地研發符合地區生產需求的甘蔗種植機。一方面土地平整后對農機的要求相對較低，通過參加生產合作社，向規模化、集約化種植方向發展，有利於規模化種植，提高經濟效益。另一方面有針對性地研發種植機，使得適用性更強，有利於推廣應用。