马铃薯是我国第四大农作物,总种植面积达8600多万亩,总产量1亿多吨,均居全球第一。马铃薯种植60%集中在干旱、半干旱地区,主要划分为北方一季作区、西南一二季混作区、中原二季作区和南方冬作区等四大生产区域。

国外马铃薯生产机械化发展起步早、机具效率高

国外马铃薯生产机械化起步早、发展快、技术水平高。20世纪40年代初,前苏联、美国开始研制推广马铃薯收获机;到50年代末,前苏联、美国全面实现了生产机械化;70-80年代,德国、英国、法国、意大利、瑞士、波兰、匈牙利、日本和韩国等国也相继实现了马铃薯生产机械化。其中,德国、美国等国家以大中型马铃薯种植、收获机械为主,意大利、日本、韩国等国家以中小型马铃薯种植、收获机械为主。

目前,国外马铃薯机具质量好、效率高,种类齐全,技术先进,但价格偏高。国外马铃薯机械生产企业主要集中在美国、德国,如美国的Double L公司、Carry公司、洛甘农机公司、US Small Farm Equipment公司、帕梅公司(PARMA COMPANY),德国的格瑞莫公司等。

国内马铃薯生产机械化正向高水平迈进

与小麦、水稻、玉米等其他农作物相比,我国马铃薯生产全程机械化水平还比较低。据2018年统计年报数据,马铃薯耕种收综合机械化率为42.61%,其中,机耕率68.99%,机播率25.07%,机收率24.99%。

机具研发上,我国对收获机械较早开展研究,20世纪80年代中期,中国农机院就成功研制了马铃薯收获机械。对于播种机械,我国研究起步较晚,但进步较快。整体而言,目前我国马铃薯生产机械正从低水平、分散研发,向高水平、重点研发迈进。特别是在马铃薯播种(含播前准备)和收获机械这两个主要环节,走上了“生产一代,研发一代,预研一代”良性循环的发展道路。在国家“十三五”计划支持下,将自动化、智能化技术融入马铃薯精量播种、高效收获、防损伤等环节,基础理论、关键结构和整机研发等已接近国际同行业先进水平,一批具有自主知识产权的核心技术正逐渐形成。2019年,国内先后有多家科研单位和企业研制了低损马铃薯收获机械,实现了收获过程的柔性输送,并对地面进行了镇压,挖掘分选后的马铃薯更容易捡拾装袋。

现阶段,国内马铃薯机械生产厂家越来越多,国内品牌所占比重越来越大,如美诺、德沃、洪珠、乐陵、海山等厂家生产的机具品质持续提升,中、低端机型的成熟度、适用性、实用性、与拖拉机配套性和可靠性等方面,已具备了国外同类机型水平。机具设计生产更加注重农机农艺融合,如四川根据自身种植土壤密植与收获防伤皮要求,开发出了高厢起垄双行播种、挖掘铺放分段收获机具;部分厂商根据南方丘陵山地条件,努力改进小型机具。同时,联合收获机的研制推广越来越得到认同和重视,相关产品研发不再局限于播种、收获两个环节,已经延伸到马铃薯田间转运、分级和仓储等方面。

我国马铃薯生产机械化仍面临不少发展瓶颈

当前,我国马铃薯生产全程机械化主要体现在两个方面。一方面,种植区域发展不均衡。北方一季作区已具备产业化基础,形成了相对标准化的机械化种植模式,耕种收综合机械化水平在60%左右,有的区域如黑龙江加格达奇、内蒙古乌兰察布、新疆昭苏、河北张家口等地区,机械化程度可达80%以上;西南一二季混作区机械化发展严重滞后,大多还停留在人工作业状态。主要表现为地块细碎、高山及陡坡种植面积占比高,机械化立地条件差,适合在南方作业的小型机械缺乏且作业效率较低,社会化生产服务和机械维修服务不到位。

另一方面,关键环节发展不平衡。机械化播种、收获仍是最薄弱环节,西南混作区和南方冬作区机播、机收仅为5%左右。机械化播种方面,我国与国外播种方式不同,主要以细切芽块拌种播种为主,不标准的催芽、不一致的手切芽块,使得不能为高速、精量播种提供规范的切块种薯,给播种机具带来了单块播种技术难题。机械化收获方面,我国绝大部分产区马铃薯收获以分段式收获为主,属于半机械化状态,即先采用打秧机灭秧,再采用分段收获机(挖掘机)完成薯块的挖掘、分离、铺放集条作业,最后人工捡拾装袋。由于马铃薯绝大多数是收获后贮藏再逆季节销售,收获过程中容易导致马铃薯破损霉变进而影响销售,这就使得大多数现有的马铃薯收获机因碰撞伤过高农民不愿使用。

此外,规模化生产企业较少。尽管当前我国马铃薯机械生产企业数量并不少,但整体而言还处于小、散、弱的状态,没有形成规模,品牌企业不多,高端机具技术上较之国外先进水平还存在一定差距,这与我国马铃薯种植大国的地位是不相符的。

应将智能化等先进技术融入播种、收获机械

试验证明,马铃薯机械化播种可以省种10公斤/亩,机收可减少漏收损失30公斤/亩,减少伤损20公斤/亩。与人工作业相比,马铃薯机播可提高工效3倍,机械收获生产效率可提高4倍,机械收获每亩比人工收获平均节约成本25元左右。由此可见,推行马铃薯生产全程机械化对于发展国内马铃薯产业、增加农民收入有着至关重要的作用。

当前,提高马铃薯耕种收综合机械化水平的重点还是在于播种和收获两个环节,在高速、精量播种研究的基础上,需进一步将自动化、智能化、新材料、新工艺融入到马铃薯播种、收获机械中。

播种环节。主要是持续加大高速精量播种机和马铃薯切块机的研发、设计、制造,针对种薯人工切块不均匀、效率低、严重影响高速精量播种作业等问题,开展种薯切割运动学与动力学、不规则形状种薯分级与整列、种薯定位切割等核心技术研究及原理性试验,为高速、精量播种机具提供规范的切块种薯。针对北方规模化种植区,主要研究方向是以信息化智能化技术提高机器作业效率、减少播种漏播重播和穴距一致性;针对西北干沟壑区,需要解决地膜覆盖、膜上点播种与玉米倒茬、一膜两用垄侧点播种植等方面存在的机械问题;针对西南丘陵山地,需要解决小型动力与播种机配套问题以及种植、繁育、播种等方面的机械化难题。

收获环节。需要将减少漏薯率、伤薯率作为后续研发的重点,开展高效低损伤收获技术研究,将仿生技术、机器视觉、人工智能等技术,应用于马铃薯联合收获机的挖掘、升运、以及土、秧、薯分离过程,实现高效低损伤收获。针对北方规模种植,仍需提高挖掘铺放机械作业效率、作业可靠性问题,发展捡拾收获装箱(袋)机械,结合品种发展联合收获机械,提升分段与联合收获机械化设备的智能化水平;针对南方种植区域,主要解决收获过程中损伤问题和适应田间套作配套机械化设备与农艺融合等问题。

(作者单位:农业农村部农业机械化管理司)