0引言
截至2013年的統計數據，我國馬鈴薯種植面積約0．067億hm2，總產量為1億t左右，是世界上馬鈴薯種植面積及產量最大的國家。我國馬鈴薯的產區分布如圖1所示。
按照馬鈴薯生產的農藝過程，可將馬鈴薯機械分為播種機械、中耕機械及收獲機械3大類。其中，播種機械、收獲機械在馬鈴薯生產機械化過程中所占比例最大，也是馬鈴薯生產機械化的關鍵機具。因此，本文針對馬鈴薯生產的主要機具的發展現狀、存在問題和發展趨勢進行詳細論述［1－4］。
1播種機具
圖1中，北方一季作區地勢相對比較平坦，地塊面積也較大，適合大型機械化播種。有資料顯示，該地區的機械化播種作業率已達80%以上。作業機具主要有4行、2行施肥種植機，一次完成施肥、開溝、播種、覆土、鎮壓等作業［5，9］。典型代表機具如圖2所示。
1．1大型自動化播種機
德國GL34T為4行牽引式馬鈴薯施肥種植機，配套動力88．2kW以上，種箱一次可加載3500kg種薯;行距75～90cm，株距14．7～47cm;一次完成施肥、開溝、播種、覆土、做壟型\\(選裝\\)作業，可選裝噴藥系統，是大規模播種作業較為理想的機具。該系列播種機通過更換安裝在播種帶上的不同大小的舀勺，對應不同形狀和尺寸的種薯，如圖3所示;每個播種單元采用獨立的平行四邊形仿形機構，保證播深的一致性，如圖4所示。
針對馬鈴薯施肥量大的特點，配置了螺旋推進式施肥系統，配合傳動比的調整，可以滿足大施肥量精確施肥，如圖5、圖6所示。
該系列播種機的另外一大特點就是提供了多種電子監視、控制裝置，供用戶選裝，以滿足不同用戶對自動化作業程度的要求［6］。這些監控設備均由安裝在拖拉機駕駛室內的GBT750控制終端來操控，如圖7所示。
操作者在拖拉機駕駛室內，通過操作該終端就可以實現諸多信息的采集與控制，包括單獨停止某個播種單元工作、漏播監視、播種帶振動強度控制、料斗升降操作、播種面積顯示、劃印器升降控制、單位面積種子數量監測和噴藥系統控制等。
該系列播種機采用牽引式驅動，相對于同等規模的懸掛式播種機而言，對拖拉機的動力要求較小;但牽引式結構同時也伴隨著機組地頭轉彎半徑較大的問題，對于壟長較短的地塊造成了一定程度的土地資源浪費。
居于類似水平的進口機具還有Double9500系列播種機\\(美國\\)、MarathonTH系列播種機\\(荷蘭APH\\)及MiedemaCP系列播種機\\(荷蘭\\)等。
國產2CMF4型4行自動施肥種植機采用三點式懸掛結構，配套動力102．9kW以上，能夠一次完成施肥、開溝、播種、覆土及鎮壓作業。與傳統人工、半機械化或小型機械化種植方式相比，其不僅大大減輕了人員勞動強度，也減少了拖拉機攜帶機械的進地次數，更重要的是提高了作業效率和種植精度，搶回了農時。該機具有結構緊湊、使用操作簡單方便、運輸容易、動力適應范圍大、側施底肥均勻、肥量調節范圍大、使用安全可靠、生產率高和地區適應性強等諸多優點。尤其是獨特設計的導種及清種機構能最大限度地保證作業質量好、株距合格率高、重種率和漏種率低。適應行距70～90cm，株距調整范圍12．1～40cm。該機采用外槽輪式排肥裝置，施肥量為150～800kg/hm2;排種器采用帶振動電機的播種帶式排種器，每個播種帶上配置36個舀勺;重播率＜12%，漏播率＜8%;作業效率可達1．0～1．5hm2/h。
清種裝置作為標準配置，配置在該機種箱的下部，如圖8所示。此裝置包括截流、導種、清種等機構，而舀勺式取種方式及種粒的單一化目標只有通過這些機構聯動才可能實現。截流采用轉動托板與膠板來控制供種量，導種采用擺桿不斷撥動種薯下移，清種通過分離桿撥動與電振動相結合來保證舀勺取種的單?；?］。
由于采用三點懸掛結構，減少了機具的地頭轉彎半徑，最大限度地提高了土地利用率，但同時對拖拉機的動力和軸距要求也相對提高。
類似水平的國產播種機還有美諾1204系列播種機及德沃2CMZ－4系列等。
縱觀大型自動化馬鈴薯播種機的發展現狀，國產機具在機械結構、性能方面，與國際上先進的大型自動化馬鈴薯播種機的差距已經越來越小，零部件的材料、制造工藝也逐漸接近國際水平，在價格上也比進口播種機占有優勢。但是，上述幾款國產大型播種機，在電子監視和控制方面、機—電—液聯合驅動和控制方面，與國際先進水平還有很大的差距。隨著我國北方一季作區馬鈴薯產業規模的發展，人機環境友好、自動化、智能化的大型馬鈴薯播種機，在這一區域將會逐漸投入使用。
【圖略】
1．2中型播種機具
相對于大規模種植者，種植面積在66．7～133．3hm2左右的中等規模馬鈴薯種植戶，或者耕地坡度不大的丘陵地帶的馬鈴薯種植戶，更傾向于選擇具有一定自動化程度的中型馬鈴薯播種機。該類機具以2行懸掛式居多，典型代表機型有德國GrimmeGL32F\\(E\\)系列，以及國產2CMF2、洪珠2MB－1/2、美諾1220等。
圖9所示為德國GrimmeGL32F雙行播種機。該機自重650kg，適應行距65～90cm，株距調節范圍14．5～47cm;使用與GL34T完全相同的螺旋推進式施肥系統，施肥量200～1500kg/hm2，配套動力50kW/68PS;一次完成施肥、開溝、播種、覆土及做壟型\\(選裝\\)作業，可選裝噴藥系統。
在該播種機后部，除了標準配置的圓盤式覆土器，還配置了后懸掛支架系統，為用戶提供了豐富的選裝部件，如做壟型、鎮壓等，如圖10所示。
GrimmeGL32E為GL32F的經濟版，去掉了GL32F的施肥系統，其余功能與GrimmeGL32F基本相同。
國產2CMF2型2行馬鈴薯施肥種植機如圖2\\(c\\)所示。該機基本結構原理與2CMF4型相同;自重900kg，適應行距70～90cm，株距調節范圍12．1～39．7cm;采用外槽輪式排肥器，排肥量150～800kg/hm2;重播率＜7%，漏播率＜3%，作業效率0．7hm2/h;配套動力47．8kW以上。
除一般馬鈴薯播種機所具有的功能外，該機型特別針對丘陵地和粘重土壤，采用鏵式覆土器，適應北方一季作區的中等規模種植戶的需求。
幾年前，有國內馬鈴薯種植戶引進了德國GrimmeGB系列帶式高速播種機，如圖11所示。該系列播種機所采用的取種方式與前述各種播種機不同，采用的是水平差速傳送帶取種，代表機型有2行懸掛式GB215型、2行牽引式GB230型、3行懸掛式GB330和4行牽引式GB430型。
該系列帶式高速取種原理如圖12所示。其工作原理是:種薯從傾斜料斗中滑落到供料傳送帶上，料位傳感器以無級變速的方式控制供料傳送帶的輸送速度，以適應種薯送進皮帶的取種量;種薯在種薯送進皮帶上面排成1行，種薯間距取決于種薯自身的尺寸和機器相應的設置;多余的種薯則滾落到兩側的逆向傳送帶上面，并隨著逆向傳送帶被送到端部的螺旋滾筒;在螺旋滾筒的作用下，種薯再次被推上種薯送進皮帶;泡沫輥與送進皮帶接觸，并以相同線速度轉動，迫使種薯沿切向下落，其速度可以根據種薯尺寸進行3級設定。
GB215帶式高速播種機自重1600kg，適應行距70～90cm，種箱容量1500kg，配套動力60kW以上，并要求連續液壓輸出40l/min以上;全部操作通過VC50操作終端，在拖拉機駕駛室內操作。由于國內中型拖拉機基本不具備連續液壓輸出功能，加之操作者的技術水平限制，該機型在國內應用較少。
綜合考慮播種機的性價比，以國產2CMF2型2行馬鈴薯施肥種植機為代表的國產機型目前在北方一季作區的中等規模種植戶當中應用最為廣泛。
1．3半自動播種機
在西南一、二季混作區和南方冬作區，由于地塊較小、坡度較大，大中型播種機具難以適應。針對該地區的作業特點和農藝要求，作者研發了兩種半自動馬鈴薯播種機，圖13和圖14所示。
此類播種機一次作業可完成馬鈴薯\\(包括種薯、切塊薯、微型薯\\)開溝、施肥、播種、覆土及鎮壓等多項作業，搶農時、效率高，且農機農藝相結合適應性強，保證了馬鈴薯先進栽培技術的實施和播種質量，為馬鈴薯高產、增產、增收奠定了良好基礎。
其采用圓盤式半自動播種部件，解決了微型薯、微型薯與切塊薯、切塊薯與切塊薯之間尺寸規格差異大無法通用的技術難題，降低了漏播率和重播率，提高了播種性能。
1．4小結
馬鈴薯播種機具從大、中型自動化到小型半自動化，基本上覆蓋了北方一季作區的80%以上，并正朝著其他作業區域發展。從今后發展趨勢上看，北方一季作區大型、智能化、高速化播種機的使用量將會逐年上升，傳統的純機械結構的播種機在中小規模種植戶當中仍將有一定的市場。
2收獲機具
目前，北方一季作區的機械化收獲率，已達60%以上，但仍以分段式收獲為主，大型聯合作業機具較少。原因如下:一方面與傳統作業方式有關，另一方面則是機具投入成本與人力成本之間的平衡。而在西南一、二季混作區和南方冬作區，由于地理條件和作業方式的限制，機械化收獲率仍然極低。今后，隨著勞動力成本的逐年上升，當機具投入成本與人力成本之間的平衡點發生變化時，適應該地區實際條件的收獲機具將會逐步替代傳統的人工收獲［8－9］。
2．1分段式收獲機具
分段式收獲即由拖拉機牽引收獲機具，可完成除秧、挖掘、土薯分離及放鋪等作業，再進行人工撿拾。代表機具有GrimmrRL1700\\(德國\\)、4KJW1800\\(國產\\)、4U2A\\(國產\\)等，如圖15和圖16所示。
以筆者研發的4U2A型懸掛式2行馬鈴薯收獲機為例，該機采用全懸掛雙行升運鏈式結構，用于分段收獲馬鈴薯。
該機具采用新型挖掘鏟，很好地解決了挖掘鏟與升運鏈之間容易壅堵的問題;采用拔草輪結構，很好地解決了升運鏈驅動輪位置易堵塞問題。因此，該機具地區適應性較強，一般條件下土壤含水量25%以下的粘重土壤、輕粘土、砂壤土地區皆可使用，作業質量高;能一次完成收獲、升運分離及放鋪等收獲工藝。
該機具適應行距70～90cm，作業寬度161cm，挖掘深度30cm;生產率0．3～0．7hm2/h，明薯率≥98．5%，傷薯率≤0．5%，埋薯率≤1%，漏挖率≤0．14%;配套動力58．8kW以上。
GrimmeRL1700的尾部提供了多種選裝裝置，供用戶選擇。圖17所示為土薯分離裝置，圖18所示為橫向雙行歸一放鋪裝置等。該類選裝裝置在提高土薯分離質量、減輕勞動強度方面有顯著的效果;但同時也增加了機具的質量，使機具重心后移，提高了連續液壓輸出及對拖拉機的動力要求。
上述此類機型配合馬鈴薯莖葉切碎機，在北方一季作區應用廣泛，基本上能夠滿足大、中型馬鈴薯種植戶的生產需求。
2．2聯合收獲機
在一些馬鈴薯生產比較發達的國家\\(如德國、荷蘭、比利時、美國等\\)，大型聯合收獲機具占有較大比例。典型代表機型有GrimmeSE260\\(德國\\)、AVRPu-ma\\(比利時\\)、Double883\\(美國\\)及dewulf\\(APHGroup荷蘭\\)等，如圖19所示。
這些大型聯合收獲機有的為牽引式，有的為自走式，其共同特點是:馬力大\\(147kW以上\\)、效率高，可同時一次完成莖葉切除、挖掘、升運、土薯分離、去石、分檢及裝載等功能，勞動力需求低，自動化、智能化水平高，適合大規模種植戶使用。
由于機具本身成本昂貴，在北方一季作區僅有個別資金雄厚的大規模馬鈴薯種植戶使用。隨著北方一季作區馬鈴薯種植規模的發展，預計在“十三五”期間，大型聯合收獲機的用戶會逐步增加;同時，性價比合適的國產大型聯合收獲機也將會出現在該作業區域。
2．3小型收獲機
針對西南一、二季混作區和南方冬作區的地理條件和作業方式，筆者研發了4U1Z型單行振動式馬鈴薯收獲機，配套14．7～18．4kW小型拖拉機，作業寬度48cm，挖掘深度20～25cm，振動頻率9Hz;可在丘陵山地、多石地等小規模、復雜地況下完成馬鈴薯的挖掘、土薯分離及放鋪作業。
3結論
“十二五”期間，我國馬鈴薯機械取得了長足的發展，特別是在北方一季作區，播種、中耕、植保、收獲等作業中，中、大型機具的使用率正在逐年提高。
該地區的馬鈴薯機械化綜合作業率，已達到80%以上。而在其他作業區域，仍以小農戶分散經營為主，栽培模式多、雜;地塊小、不規則;耕地分散、坡度大;農機作業轉彎、轉移等耗工多，機械基本無法作業。同時，國內機具型式上小型的多、大中型少;低端產品多，高新技術產品少，生產馬鈴薯機械的專業企業數量更少。
從今后的發展來看，筆者認為:馬鈴薯機械用戶與馬鈴薯機械生產、研發單位，應該本著“各自調整，相輔相成，融為一體，共同為農業生產的綜合效益服務”的原則，一方面積極整合不同地區的不同栽培模式，大力推廣高產、優質、高效的適合機械化作業的栽培模式，促進機械化發展;另一方面，以產學研技術聯合為主體，致力于自動控制技術、智能農業技術及物聯網技術在農業機械上的應用研究，為大型聯合馬鈴薯機械裝備的研制打下堅實的基礎。
參考文獻:
［1］蔣亦元．農機科技創新中的農機與農藝相結合問題［J］．農業機械學報，2007，38\\(3\\):179－181．
［2］張勛．馬鈴薯生產機械化與產業發展戰略［J］．農機化研究，2008\\(1\\):1－6．
［3］宋言明，王芬娥．國內外馬鈴薯機械的發展概況［J］．農機化研究，2008\\(9\\):224－227．
［4］屈冬玉，謝開云，金黎平，等．中國馬鈴薯產業與現代農業［M］．哈爾濱:哈爾濱工程大學出版社，2007．
［5］劉全威，吳建民，王蒂，等．馬鈴薯播種機的研究現狀及進展［J］．農機化研究，2013，35\\(6\\):238－241．
