西南丘陵山区马铃薯机械化杀秧研究进展

所属栏目：作物生产科学论文
发布时间：2022-02-11 10:06:31  更新时间：2022-02-11 10:06:31

　　马铃薯是我国第四大粮食作物，2020年我国马铃薯种植面积 536万 hm2 以上，鲜薯产量超过 1亿吨[1]。我国有四大马铃薯种植区，分别为北方一季作区、西南混作区、中原二季作区和南方冬作区 [2]，分别占我国马铃薯总面积的 50%、35%、10%和 5%。西南混作区包括四川、重庆、云南、贵州、西藏以及湖南和湖北的部分地区，该区域马铃薯四季可种，生产的马铃薯主要用于鲜食消费[3]。其中，贵州威宁被誉为“中国马铃薯之乡”。重庆市常年马铃薯种植面积约 33.5万 hm2 ，鲜薯产量 600万吨左右，种植面积和产量均居全国第六位 [4]。马铃薯是重庆乡村振兴的重要产业，重庆“巫溪洋芋”“城口洋芋”已经获得国家地理标志认证。机械化杀秧是马铃薯机械化收获前必不可少的重要准备环节，通过机械化杀秧割除马铃薯地表秧蔓(茎叶)，能有效减少马铃薯收获时的负荷、卡堵，大大提高薯土分离质量和收获效率。同时，杀秧过程割除马铃薯秧蔓，可以促进马铃薯表皮老化、硬化，能增加马铃薯的防损能力[5]。国外发达国家马铃薯生产已经普遍采用机械化杀秧，例如美国、荷兰和法国等，积累了相当的经验，其技术较为先进。我国马铃薯机械化杀秧的研究虽然起步较晚，但也取得了较大的进步，在北方平原地区达到了较高的机械化水平。西南丘陵山区马铃薯种植地块细碎、土壤黏重、土地不平整、秧苗高度不一致，品种多、种植标准化程度低、秧苗生长状况差异较大[2]，这些因素致使国外和北方大中型马铃薯杀秧机在西南丘陵山区的适应性差，难以应用。本文综述了西南丘陵山区马铃薯种植农艺、机械化杀秧技术需求和机械化杀秧研究进展，为构建西南丘陵山区马铃薯种植全程机械化体系提供基础参考。

　　1 马铃薯种植农艺

　　西南丘陵山区自然条件优越，一年四季均有马铃薯种植和收获。根据不同海拔高度，一二季混作，盆周山区和高原区一般种植一季春马铃薯，平坝丘陵区一般种植秋、冬二季马铃薯[6]。

　　1.1 主要种植模式

　　1.1.1 春马铃薯盆周山区和高原区：采用“春马铃薯/玉米”模式，1.5 m 或 2.0 m开箱，马铃薯和玉米带各占一半，2∶2行比。马铃薯和玉米带隔年交替，马铃薯和玉米分带间套轮作。在茬口衔接上，马铃薯 2月中下旬播种，6月中下旬、7月上旬收获;玉米 3月下旬、4月播种，8、9月收获。也可采用“春马铃薯/大豆”模式，马铃薯与大豆的行比为 1∶1或 1∶2。平坝丘陵区：稻田采用“早春马铃薯 -水稻 -秋马铃薯(或秋菜)”模式，地膜覆盖，净作。一般在 12月中、下旬播种，次年 4月上、中旬收获。马铃薯收获后种植水稻，水稻收获后再种植秋马铃薯(或秋菜)。旱地采用“早春马铃薯 / 玉米 /大豆(或甘薯)+秋马铃薯(或秋菜)”模式，早春马铃薯于 12月中下旬采用地膜覆盖栽培，次年 3月下旬、4月上中旬在马铃薯行间种玉米。马铃薯收获后种植大豆(或甘薯)，玉米收获后再种植秋马铃薯(或秋菜)[5-6]。

　　1.1.2 秋马铃薯在海拔 300 m～800 m的丘陵山区，农业生产三季不足，两季有余。利用水稻、玉米收获后，小春作物播栽前的空闲时间，通过合理间套，增种秋马铃薯。稻田采用“中稻 - 秋马铃薯 / 油菜”模式，秋马铃薯在 8月下旬、9月上中旬播种，10月下旬、11月上旬套栽油菜， 12月中下旬收获马铃薯。旱地采用“小麦/玉米/甘薯(大豆)/秋马铃薯”模式[6-7]。

　　1.1.3 冬马铃薯 “小麦 +马铃薯/玉米/甘薯(大豆)”：在“小麦/玉米/甘薯”模式基础上，利用改制后预留空行增种一季冬马铃薯。 “冬马铃薯 - 水稻”：适用于水稻收获后不能蓄水过冬的高塝田、漏筛田，冬马铃薯净作。 “果树(桑树、林木)+冬马铃薯”：适用于幼龄果园、桑园和苗木地，冬马铃薯间作[6-7]。

　　1.2 主推技术

　　西南丘陵山区马铃薯的主要种植模式都根据本区域自然条件、海拔高度、地块条件和品种等因地制宜选择，以提高土地利用率、高产和抗病为主要目标，农机农艺不协调，融合低，使本区域马铃薯耕种收综合机械化水平低，特别是种收机械化水平很低，仅为 5%左右[7-8]。制约机械化水平提高的主要因素包括机械化立地条件支撑性、间套轮作差异性、品种多样性、种植不规范性等。地块细碎、土壤黏重、土地不平整，高山及陡坡种植面积占比高，机械化立地条件差。主要种植模式中，仅“早春马铃薯 -水稻 -秋马铃薯(或秋菜)”“冬马铃薯 -水稻”为马铃薯净作，间套轮作不利于机械化作业。对于品种多样性，如重庆优先推广品种便有“鄂马铃薯 5 号”“渝马铃薯 1 号”“中薯 3 号”“费乌瑞它”“青薯 9 号”“紫云 1 号”等，品种多样性限制了作业机械的适应性。对于种植不规范性，“窝播平作”“沟播垄作”并存，且平作行距、窝距不规范(或稀大窝种植)，垄作垄距不标准(如垄距为 0.6 m、0.7 m、0.8 m到 1.0m)，导致机收困难。为此，西南丘陵山区都在积极探索先进适宜技术，为马铃薯种植机械化作业创造条件。例如，四川马铃薯种植 4套主推技术中包含马铃薯机械化高产栽培技术，重庆马铃薯种植 4套主推技术中包含丘陵山区马铃薯高垄双行覆膜机播机收高效栽培技术，云南、贵州马铃薯种植主推技术中包含冬马铃薯机械化栽培技术[6]。

　　1.3 机械化种植生产路线

　　起垄播种技术路线为本区域马铃薯机械化种植主推生产路线，即机械耕整地→机械化起垄施肥播种→机械化中耕→机械喷药→机械杀秧→机械收获。机械耕整地：耕深 0.2 m～0.25 m(旋耕)，地表平整，有条件应全方位深松，耕深 0.45 m～0.55 m。机械化起垄施肥播种：垄高 0.2 m～0.25 m，双行垄作的垄距为 0.8 m～1.0 m，单行垄作的垄距为 0.7 m～0.9 m，种块覆土深度大于 0.1 m为宜。复式作业播种机一次完成开沟、施肥、播种、起垄、铺膜等作业。机械化中耕：苗期进行扶垄除草作业，花期进行追肥培土作业。追肥深度 0.06 m～0.1 m，追肥部位离植株行侧 0.1 m～0.2 m，培土厚度 0.05 m，地表起伏不超过 0.04 m。机械喷药：起垄后苗期喷药作业有效覆盖密度≥ 20雾滴/cm2 ，药液在植株上的覆盖率 100%。机械杀秧：露出垄型，保持垄型完整，不伤垄。茎叶杂草去除率≥ 80%，切碎长度≤ 0.15 m，割茬高度≤ 0.15 m。机械收获：挖净率≥ 9 8%，明薯率≥ 9 7%，伤薯率 ≤ 3%，薯块带土率≤ 15%[9]。

　　2 马铃薯机械化杀秧技术需求

　　马铃薯机械化杀秧应满足一定的技术需求。据笔者查阅了部分相关标准文献，如表 1 所示。包括 3 项国家标准(标准序号 1～3)、6项农业行业标准(标准序号 4～9)、8项西南混作区地方标准(标准序号 10～16)和 4项其他区域地方标准(标准序号 17～20)，这些标准对杀秧时间的选择、杀秧作业质量要求、杀秧作业技术规范或杀秧刀具、机具等进行了规定。从表 1 中的相关规定可知，国家标准对马铃薯杀秧机(或茎叶切碎器)的安全防护进行了强制性规定(标准序号 1)，对马铃薯脱毒种薯和商品薯生产的杀秧环节和杀秧方式进行推荐(标准序号 2、3)。

　　根据马铃薯主粮战略、机械化生产、全程机械化生产的技术需求，农业行业标准适时先后制定了马铃薯生产技术规程、种薯生产技术操作规程、马铃薯机械化收获作业技术规范、收获机作业质量、马铃薯打秧机质量评价技术规范、马铃薯全程机械化生产技术规范等(标准序号 4～9)，对于机械化杀秧技术，主要规定包括：一般收获前 7 d～10 d 杀秧、茎叶打碎长度合格率≥ 80%(打碎长度≤ 0.15m)、漏打率≤ 8%、留茬长度≤ 0.15 m、伤薯率≤ 1%。

　　对于西南混作区(湖北部分地区属于该区域)，仅湖北制定了《马铃薯机械化生产技术规程》地方标准，规定了机械化杀秧的技术需求。四川、贵州、西藏仅制定了马铃薯生产技术规程、栽培技术规程等，未涉及机械化杀秧技术需求(标准序号 10～16)，而重庆、云南未根据地方需求制定相关技术规程。这些充分说明西南丘陵山区马铃薯机械化生产和马铃薯机械化杀秧方面，与《国务院关于加快推进农业机械化和农机装备产业转型升级的指导意见》(国发〔2018〕 42号)中制定的“2025年丘陵山区农作物耕种收综合机械化率达到 55%的发展目标”还有很大差距。

　　相比西南丘陵山区省市区，辽宁、内蒙古、青海、黑龙江制定了马铃薯机械化杀秧作业技术规范、操作规范，以及全程机械化种植技术规程(标准序号 17～20)，在马铃薯机械化杀秧标准制定、全程机械化及转型升级方面走在了全国前列。

　　3 马铃薯机械化杀秧研究进展

　　丘陵山区马铃薯机械化杀秧、机械化生产、全程机械化种植是我国马铃薯产业发展的国家战略，体现了马铃薯种植技术的发展方向。而且，国家正在大力推进丘陵山区开展农田“宜机化”改造，扩展大中型农机运用空间，加快补齐丘陵山区农业机械化基础条件薄弱的短板，能为丘陵山区马铃薯生产机械化水平提升创造良好条件。

　　3.1 国外机械化杀秧进展国外马铃薯杀秧机发展起步较早，具有成熟的作业技术。德国 Grimme、荷兰 APH、比利时 AVR 和美国 Reekie 等公司配套设施完备，形成了完整的作业体系，开发出不同系列不同型号杀秧机，作业稳定，杀秧效率较高。德国 Grimme 具有 KS6000、KS5400、KS4500、KS3600 等马铃薯杀秧机系列产品，如 KS3600 型杀秧机，双侧驱动，适于行宽 0.85/0.9 m 垄作，一次完成 4 行作业 [29]。荷兰APH具有 4LKB-370、4LK-320、4LK-310、2LKB-190、2LK-170等马铃薯杀秧机系列产品，如 4LK-310 型杀秧机，一侧驱动，适于行宽 0.75 m，一次完成 4 行作业[30]。美国Reekie具有 RHT2200、RHT1900SD等不同型号杀秧机，如 RHT2200型杀秧机，一侧驱动，具有高速动态平衡刀轴，打碎效果好，工作幅宽 2.2 m，可前挂，避免拖拉机对秧蔓的碾压而影响杀秧效果[5]。2011年，德国 Grimme在我国建立格立莫农业机械(北京)有限公司，2017年在天津建立格立莫农业技术(天津)有限公司，为中国用户提供本土化需求的高端马铃薯设备，目前用户主要集中在新疆、内蒙等北方一季作区。

　　3.2 国内机械化杀秧进展国内马铃薯杀秧机发展起步较晚，技术不够成熟。中机美诺、青岛洪珠、山东德州希森天成等公司都开发出不同型号杀秧机，基本达到杀秧作业要求。中机美诺具有 1802、 1804 等型号杀秧机，如 1802 型杀秧机，双侧驱动，适于行宽 0.8/0.9 m 垄作，一次完成 2 行作业，其甩刀结构型式多样，配置有导流隔板，可将打碎茎叶分流至两侧垄沟[31]。青岛洪珠具有 1JH-100、1JH-110和 1JH-360等型号杀秧机，如 1JH-100型杀秧机，一侧驱动，工作幅宽 1.0 m，适于单行垄业，刀轴 2 000 r/min高速旋转，配套动力 14.7～26 kW[32]。山东希成具有 4JM-180、4JM-360B等型号杀秧机，如 4JM360B型号杀秧机，双侧驱动，工作幅宽 3.6 m，适于行宽 0.9 m垄作，一次完成 4行作业，刀轴转速 1 300 r/min，按照薯垄特点双螺旋对称布置杀秧刀，配置有导流隔板[33]。与国外先进机械化杀秧作业技术相比，我国马铃薯机械化杀秧机还存在一些问题，主要体现在：秧蔓由高速旋转甩刀打断，再由高速旋转的甩刀形成的负压吸入罩壳进一步切碎，功率消耗较高;作业中秧蔓易缠绕在刀轴上，进一步增加作业阻力;甩刀结构不完善，不能达到高质量作业要求，且甩刀磨损严重[5]。

　　3.3 丘陵山区机械化杀秧进展全程机械化生产是西南丘陵山区马铃薯生产的发展趋势。四川省农机化技术推广总站在多年试验示范基础上，提出了西南地区马铃薯机械化生产技术路线，包括耕整地、播种、中耕培土、植保、收获 5 大关键农机技术，给出了适应丘陵山区马铃薯机械化生产 4套主流机具配套方案。对于机械化收获关键农机技术，建议收获前 7 d采用横轴立刀式杀秧机杀秧，露出垄型，保持垄型完整不伤，杀秧作业质量满足：茎叶杂草去除率≥ 80%，切碎长度≤ 0.15 m，割茬高度≤ 0.15 m。对于主流机具配套方案：山区小地块(或间套作)马铃薯生产(海拔 800 m～1 000 m，田块面积≤ 0.067 hm2 ，单垄双行，垄距 0.7 m～0.8 m)，采用单行杀秧机作业，幅宽 1.0m;丘陵区马铃薯生产方案一(海拔 800 m～1 000 m，田块面积≥ 0.067 hm2 ，大垄双行，垄距 0.9 m～1.0 m)，采用单行杀秧机作业，幅宽 1.0 m;丘陵区马铃薯生产方案二(海拔≤ 600 m，田块面积≥ 0.067 hm2 ，单垄双行，垄距 0.8 m～ 0.9 m)，采用双行杀秧机作业，幅宽 1.6 m～1.8 m;高原马铃薯生产(海拔高度≥ 2 200 m，田块面积≥ 0.067 hm2 ，单垄单行，垄距 0.9 m)，采用双行杀秧机作业，幅宽 1.8 m[9]。根据推荐的主流机具配套方案，中机美诺、青岛洪珠、山东德州希森天成等公司的单行或双行杀秧机可供西南丘陵山区马铃薯机械化杀秧试验。但是，由于西南丘陵山区机械化立地条件、间套轮作模式、品种多样性、种植不规范性等限制了本区域马铃薯机械化杀秧的推广应用。而且，收获前的机械化杀秧环节增加了作业成本，其经济性较低，加大了其推广应用难度。因此，重庆市科学技术局和四川省科学技术厅 2019 年和 2021 年先后立项研发集杀秧、挖掘、分离和收集功能于一体的马铃薯联合收获机，并开展马铃薯机械化技术及装备集成示范，积极推进马铃薯生产机械化及其装备的转型升级。

　　4 总结

　　1)西南丘陵山区是我国马铃薯主要种植区，其收获机械化水平很低，严重阻碍了马铃薯产业的发展。制约本区域收获机械化水平提高的主要因素包括机械化立地条件支撑性、间套轮作差异性、品种多样性、种植不规范性等。 2)西南丘陵山区缺乏马铃薯机械化生产技术规程、机械化杀秧作业技术规范、全程机械化种植技术规程等地方标准，应加强本区域相关地方标准的制定，提高对马铃薯种植机械化水平提升的支撑，以及对马铃薯机械化生产的引领。 3)全程机械化生产是西南丘陵山区马铃薯生产的发展趋势，推广起垄播种技术路线，规范机械化种植模式，根据主流机具配套方案，加强西南丘陵山区杀秧机研制、试验和适应性改进，可促进本区域马铃薯生产机械化及其装备的转型升级。

　　参考文献：

　　[1] 新华网 .2020 年中国马铃薯大会：全国鲜薯产量稳定在上亿吨 [EB/OL]. http://www.gs.xinhuanet.com/news/2020-09/26/ c_1126543438.htm, 2020-09-26/2021-05-01.

　　[2] GB/T 31753-2015. 马铃薯商品薯生产技术规程 [S].

　　[3] 唐兴隆，任桂英，张涛，等. 西南地区马铃薯收获损伤原因综述 [J]. 农业开发与装备，2020(9)：93-94.

　　《西南丘陵山区马铃薯机械化杀秧研究进展 》来源：《南方论坛》，作者：杨明金 1 ， 杨 仕 1 ， 李守太 1 ， 陈子文 1 ， 杨 玲 1 ， 张 涛 2 ， 庞有伦 2

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