馬鈴薯微型原種播種機的研究現狀與展望

張 勇， 李麗霞*， 韓宏宇， 杜木軍， 竇鈺程

(1.昆明理工大學現代農業工程學院，云南昆明 650500；2.黑龍江省農業機械工程科學研究院，黑龍江哈爾濱 150040)

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馬鈴薯微型原種播種機的研究現狀與展望

張 勇1， 李麗霞1*， 韓宏宇2， 杜木軍2， 竇鈺程2

(1.昆明理工大學現代農業工程學院，云南昆明 650500；2.黑龍江省農業機械工程科學研究院，黑龍江哈爾濱 150040)

馬鈴薯脫毒微型原種繁育技術的不斷進步，大大提高了脫毒微型原種的產量，降低了成本，微型原種的種植是馬鈴薯生產中一項有效的增產措施，馬鈴薯脫毒微型原種播種機的研制勢在必行。歐美地區馬鈴薯脫毒微型原種播種機械已形成產業化，而國內還處于起步階段，與國外播種機有一定差距，筆者介紹國內外馬鈴薯微型原種播種機的研究現狀，研究和推廣適合我國的、融合農藝的微型馬鈴薯播種機和高效生產的機械化技術，對于推進我國馬鈴薯全程機械化發展進程具有積極作用。

馬鈴薯微型原種；播種機；現狀；展望

馬鈴薯是僅次于水稻、玉米和小麥的4大農作物之一，可為人類提供豐富的營養能源，含有大量淀粉和多種氨基酸、維生素，有“地下蘋果”之稱[1]，同時也可帶來巨大的經濟效益，其規模化種植生產和商業程度潛力巨大。

2013年中國馬鈴薯的種植面積據估計已達到585.6萬hm2，產量達到10 380萬t，兩項數據均居世界首列，馬鈴薯產業技術體系首席科學家金黎平研究員在2014中國馬鈴薯大會主題報告中指出。但是，我國馬鈴薯平均單產量僅為17.7 t/hm2，而發達國家平均單產可比我國單產量高出27 t/hm2左右。差距如此之大，主要是因為我國脫毒種薯種植面積小，脫毒種薯種植面積僅為國內馬鈴薯種植面積的25%左右，而發達國家多在90%以上，脫毒種薯具有質量好、無病毒感染等優良性狀，可使馬鈴薯單位面積產量達到原產量的1.3～1.5倍，高的可增產3～4倍[2]。然而，我國每年一級脫毒種薯的生產繁育水平較低，其供應量僅可達脫毒馬鈴薯市場需求量的20%[3]，同時《國家馬鈴薯加工業“十二·五”發展規劃》指出，2015年脫毒馬鈴薯的種植面積將達到400萬hm2以上，占我國馬鈴薯種植面積的一半以上，提高我國馬鈴薯生產水平，脫毒種薯的種植面積的大幅增加，這也將加劇脫毒種薯的供不應求。因此，我國需要提高微型原種的種植面積和種植水平，來保障我國一級種薯的供需量，才更有利于大力推廣脫毒種薯的種植，進而提高我國馬鈴薯的生產水平和經濟效益。

我國以馬鈴薯微型原種為播種對象的種植機械還處于起步階段，目前大都還采用人工作業方式種植種薯，這種方式不足以保證農藝規范的株距和行距均勻一致、播深統一的要求，而且勞動強度大,生產效率低，遠不能滿足馬鈴薯產業快速發展的需要[4-5]。我國為保障脫毒種薯的市場需求量，微型原種的種植面積將會大幅增加，其種植將會向規模化、規范化方向發展，馬鈴薯微型原種的機械化種植勢在必行。同時，我國農機補貼政策的深入實施推進農業機械裝備的現代化，2013年農業機械購置補貼額度就已達到217.5億元，這也將推動馬鈴薯微型原種播種機械的進一步發展。馬鈴薯種植機械化以機械載體把先進高效高產的農藝技術應用到馬鈴薯生產實踐中，降低農民的勞動強度和生產成本，大幅度提高了單位面積產量從而提升馬鈴薯種植的生產水平[6]，同時馬鈴薯種植農藝中的高產高效措施還要實現標準化，如播種的行距、株距和種植深度等具體參數的標準統一化，綜合考慮馬鈴薯播種實際作業的需要，創新農機農藝融合的新體制，為馬鈴薯機械化生產提供便利[7～9]。因此，生產我國專用的、融合農藝的微型馬鈴薯播種機研究和研制成為了重要課題，對于推進我國馬鈴薯微型原種生產的全程機械化具有重要現實意義。

1 馬鈴薯微型原種研究現狀

馬鈴薯為無性繁殖的根莖類作物，被侵染病毒后極易在植株內不斷積累并會逐代進行傳遞[10]，降低馬鈴薯的品質，易出現爛薯等現象，造成馬鈴薯產量大幅度降低，嚴重制約馬鈴薯產業的發展。馬鈴薯微型原種的研究與利用，為解決馬鈴薯病毒感染、品種退化和提高馬鈴薯產量等提供了有效途經。

近年來我國馬鈴薯種薯繁育體系不斷完善，體系可分為網室生產、原種繁殖、1級種薯生產、2級種薯生產、3級種薯生產, 一級種薯的質量好壞直接影響大田生產的產量水平，是馬鈴薯種薯繁體系中的重要環節[11]。要保障一級種薯的優良性狀和供應量，就要提高脫毒馬鈴薯微型原種種植比例，生產更多品質優良的脫毒種薯。馬鈴薯脫毒微型原種繁育技術不斷進步使得馬鈴薯脫毒微型原種的生產效率得到提高，李東方等人對馬鈴薯脫毒微型薯網室繁育技術進行了研究[12]；肖英奎研究綜述了馬鈴薯微型原種的氣霧栽培營養液法，該法可提高微型原種的產量和質量[13]；羅彩虹等人探討了馬鈴薯脫毒試管薯溫室無土栽培生產微型薯技術[14]；韓宗安探討了馬鈴薯脫毒微型薯霧培法生產新技術[15]。綜合上述可以看出，完善國內馬鈴薯微型原種的繁育技術，節約微型原種生產成本，也有利于馬鈴薯微型原種的規模化種植，推進我國馬鈴薯種薯繁育體系的進步。

馬鈴薯微型原種是由馬鈴薯脫毒組培苗經過煉苗、移栽、保護地隔離種植長出的微型薯，其薯型整齊、體重均勻，通過微型薯種出的后代具有脫毒、品種好、整齊均勻、商品性狀好等優良性狀，受到種植戶的青睞[16]。微型原種的種用價值高且具有大種薯的特性，可以在田間直接播種，單位面積播種量為112.5 kg/hm2，大種薯單位面積用種量至少2.2 t/hm2，出苗率可達到100%，微型原種種植產量可達30～45 t/hm2[17]。馬鈴薯微型原種的種植不僅減少的單位土地面積的種用量，提高了單產水平，還生產出質量好、無病毒感染的一級優良脫毒種薯，保障了我國脫毒馬鈴薯的市場需求，利于國內脫毒馬鈴薯的規模化、規范化種植。馬鈴薯微型原種的生產種植離不開高產高效農藝技術。對于我國馬鈴薯微型原種的高產種植農藝措施已有相關研究進行梳理，發現徐景賢已對馬鈴薯微型薯播種深度等配套農藝技術進行了試驗認為，深度一般以8～10 cm為宜, 細土覆蓋厚度為3～5 cm，并保持一定的濕度，微型薯94 500～97 500株/hm2(每畝種植6 300～6 500株)，株距20～25 cm，小行30～40 cm，大行50～60 cm為宜[18]。這為馬鈴薯微型原種種植戶提供了高產高效的農藝措施，也為馬鈴薯微型原種播種機的研制提供了種植參考指標。此外，國內馬鈴薯微型原種的基本物理特性也有相關研究，如謝靜波等人得出馬鈴薯微型原種的機械物理特性參數，平均質量值為4.83 g，球形度平均值為0.74，容積密度平均值為633.07 kg/m3，粒子密度平均值為1 058.29 kg/m3，含水率平均值為82.62%(BW)[19]，為馬鈴薯微型原種播種機的排種器、種箱等設計提供了基礎參數。

2 國內外馬鈴薯微型原種播種機發展現狀

2.1 國外馬鈴薯微型播種機的發展現狀馬鈴薯機械化播種是一項集施肥、播種、施藥等作業于一體的綜合機械化壟作種植技術，要求播種過程具有不傷種、株行距均勻一致、播種深淺統一、高效率、漏播率和重播率低等特點[20]。

馬鈴薯種植機械化是馬鈴薯栽培過程中極為重要的一環，也是馬鈴薯收獲機械化的基礎，其種植方式和質量不僅直接關系到整個生產過程的機械化，而且直接影響產量的高低[21]。第2次世界大戰后，許多歐美發達國家先后完成了由傳統農業向現代農業的過度和轉化的進程，經過幾十年不斷地研究發展，其機械水平和農藝水平己經達到了相當完善的程度，同時農機和農藝也得到更好的融合，無論是農機的作業效率、工作性能、播種質量、通用性和適應性方面，還是農藝的高產高效措施的標準化，都做得比較好，這對降低漏種率、種子損傷率和提高單產量都有很大的促進作用[22～23]。

法國ERME氣力式微型原種播種機采用氣吸式排種方式實現對微型原種的精密高速播種，能通過調換吸種盤排種不同大小的微型原種；在排種盤前設計了盛放圓盤，對微型原種進行排種、投種，確保微型原種種植的株距。該機構還存在一定的缺點，播種之前需要對不同大小的微型原種篩選分級，需根據不同大小的微型原種的種植需要頻繁更換吸種盤。荷蘭APH帶式微型原種播種機采用輸送帶式排種方式實現對不同大小微型原種的播種，微型原種在輸送帶上排種輸送，不需考慮微型原種的大小，同時播種過程中對微型原種的損傷率較小。該機具也存在一些缺點，拖拉機行進速度變化會影響微型原種播種的株距，降低了微型原種的播種質量。采用輸送帶式排種方式的代表機型還有荷蘭Miedema公司生產的播種機，其實現了種薯的播種和施肥一體化，采用寬種箱便于種薯的裝填，采用紅外計數傳感器進行準確監控，增設泡沫輥保證種薯的種植間距和降低對種薯的損傷，同時在斜坡地也可實現精確播種。英國 STANDEN ENGINEERING LIMITED開發的SP系列馬鈴薯播種機通過種杯對種薯進行高速高精確播種，采用大碗口和適宜材質降低對種薯的損傷，同時為準確保證馬鈴薯種薯的種植，采用大種箱增加播種時間，牢固的底盤保障播種機在不同地形中平穩運行。加拿大McLeod C D等人研究開發了一種氣力式馬鈴薯排種器, 以負壓實現吸種和攜種過程，正壓實現對種子的排種過程，實現了單粒種子的高速高精密排種[24]。Dale E. Wilkins等人發明的一種播種器，其優點是實現精確種植，每行種子均勻分布, 有一個統一的下降路徑和統一的深度, 以盡量確保沒有重播現象；同時這項發明可以提高播種速度，使種子保持垂直于土壤表面，實現種子的高效種植[25]。M. Anantachar等人通過人工神經網絡預測一個斜板種子計量裝置的性能參數及其反向映射優化設計，人工神經網絡(ANN)模型預測計量裝置的性能參數優于使用回歸分析的統計模型預測的結果，神經網絡模型(ANN)可以捕捉排種過程中上的輸入——輸出關系，使排種機構對種子的尺寸有了很好地適應[26]。W. J. Grant等人對于馬鈴薯的種植提出最低耕作播種機制，減少工作時間和成本，減少對田地耕作踏壓次數，防止土壤侵蝕，保護土層結構，利于作物種植[27]。

2.2 國內馬鈴薯微型原種播種機的發展現狀馬鈴薯屬于根莖類作物，我國的馬鈴薯播種大都以塊莖播種為主，相對應的馬鈴薯塊薯播種機械研究發展較好，已從引進國外機械階段發展到國內自主研發階段，代表機型有黑龍江省德沃科技開發有限公司生產的2CMZ-2/4型馬鈴薯施肥播種機和中機美諾科技股份有限公司研制的2CM-4B型牽引式馬鈴薯種植機[28]。這類機型大都采用種杯交叉取種的方式播種切成塊狀的馬鈴薯種薯，輔以電子震動裝置，保證切塊種薯的精確播種，完成施肥、播種、噴藥等作業。

但是微型薯種植是整薯種植，同時要求播種精度高，不傷皮等，而國內的馬鈴薯播種機以薯塊播種、機械式排種為主，不適合馬鈴薯微型原種的種植。

我國馬鈴薯微型種薯的種植仍主要以人工種植為主，采用這種方式會增加作業強度和生產成本，還會因種植深度、株距和行距等因素影響馬鈴薯產量，因此我國專用的、融合農藝的微型馬鈴薯播種機研究和研制勢在必行。微型原種種植的機械化有利于減少作業強度與投入，降低成本，增加農民收入。

國內馬鈴薯微型種薯種植的機械化尚處于初級階段，一般采用兩行種植方式。張寶庫根據進口馬鈴薯微型原種的種植情況設計了2CM-2型馬鈴薯種薯播種機[29]。該機具需與施拉機配套使用，微型原種播種的同時完成施肥、施藥作業，微型原種經人工輔助從種箱里取出，放入轉盤的格內，轉盤轉動將微型原種撥入種薯管，微型原種通過種薯管播種到種床上，實現播種，解決了微型原種播種過程中的漏播重播及傷皮問題。但該機也存在一些問題，如種植機需要人工輔助取種放種。馬學峰設計的取種轉盤式半自動馬鈴薯播種機，也需人工協助取種、放種，可對不規則的、不同大小的種薯進行播種，且播種時不存在機械取種放種造成的破損，同時降低了漏播率和重播率[30]。青河縣金豆種業有限公司設計的一種馬鈴薯微型原種播種機的取種機構，可根據微型原種的大小調整取種凹孔的大小，實現對不同大小微型原種的精量播種[31]。毛瓊設計出一種脫毒微型馬鈴薯氣力式播種機[32]，為單壟雙行寬窄行播種作業方式，利用氣力式原理來實現微型原種的吸種、攜種、排種過程，降低了微型原種排種過程中的破損率，但仍會在微型原種帶芽播種過程發生種薯表皮破損和種薯芽的損傷現象，同時種箱設計小不能攜帶大量種薯，不適于大塊土地的種植。總之目前國內的微型種薯種植機機型少，在播種過程仍存在人工取種、破損、漏播等現象，針對這些現象還需加大對核心部件排種機構的設計，提高播種精度、降低破損率、漏播率和重播率，實現馬鈴薯微型原種播種的高速精密、無損傷作業。

馬鈴薯微型原種播種機的關鍵技術在排種器部件上。探究對馬鈴薯微型原種排種方式的選取，無論是微型原種的保護性還是播種精度方面，機械式排種方式不如氣力式更適合馬鈴薯微型原種的播種。常用的機械式馬鈴薯排種方式為鏈勺式排種方式、勺盤式排種方式、刺針式排種方式、板閥式排種方式、取種轉盤式排種方式和輸送帶式排種方式，采用機械式排種方式易造成種薯病毒感染，脫毒種薯便失去脫毒意義[33]，降低微型原種質量，影響馬鈴薯產量。氣吸式排種器對馬鈴薯微型原種的形狀大小適應性強，漏播、重播率低，播種速度比機械式更快，利于實現單粒精密高速播種。毛瓊等人設計了一種氣力式傾斜圓盤排種器，通過單因素試驗及正交試驗得出氣吸式排種器最佳參數組合為排種盤傾斜角度45°，排種軸轉速10 r/min，排種盤型孔形式9×φ12 mm圓柱孔[34]，該氣吸式排種器可實現對馬鈴薯微型原種的精確播種，能適應不規則、粒大的馬鈴薯微型原種的播種，有利于提高馬鈴薯微型原種的播種水平和播種質量。

我國應圍繞影響微型原種播種機械化發展的重點難點問題，創新農機和農藝的融合體制，研制馬鈴薯微型原種播種機，實現微型原種播種過程中的施肥、開溝、播種、噴藥和覆土等聯合作業，設計微型種薯專用排種器，解決播種過程中易傷皮、株距不均等問題，減少傷種、漏播和重播現象，實現馬鈴薯微型原種播種的機械化作業，進而實現馬鈴薯生產全程機械化作業。

3 展望

隨著馬鈴薯脫毒微型薯繁育技術的不斷進步， 馬鈴薯脫毒微型薯栽培技術體系和質量監督體系的構建，大大提高了微型原種產量和質量,降低了成本，提高了用戶對原種播種機的購買能力。該技術有利于推廣應用馬鈴薯脫毒微型原種，擴大生產無病毒污染、品種優良的脫毒馬鈴薯，不需再依賴容易感染病毒的切塊種薯，進而大幅度提高馬鈴薯產量。由于全球氣候環境的變化，溫度升高、農業用水減少和耕地面積的下降，將使我國2050年的糧食總生產水平比2005年下降14%～23%[35]。應該增加馬鈴薯微型原種的種植面積，推廣品質好的脫毒馬鈴薯種植，提高馬鈴薯增產幅度，進而增大糧食產量。農機和農藝組合配套，馬鈴薯微型原種播種機械研制應遵循農藝高產高效技術；同時應農藝制定的株距、行距和播深等高產高效措施還要綜合考慮微型原種播種機播種作業的需要，從而促進馬鈴薯微型原種播種機的研制進程。

我國馬鈴薯微型原種播種機機型嚴重匱乏，馬鈴薯微型原種仍大都采用人工種植模式，加大了作業強度，增加了勞作成本，不易于馬鈴薯微型原種的推廣種植，同時也制約了脫毒馬鈴薯的規模化種植和阻礙了馬鈴薯產業的全程機械化、標準化發展進程。應大力發展、引進馬鈴薯微型原種種植機械，重點研制新型排種機構，降低馬鈴薯微型原種播種過程的傷薯率，降低漏播率和重播率，提高播種速度與精度，適應于個體差異性大、不規則馬鈴薯微型原種的排種，降低對馬鈴薯微型原種的分級要求；應研制監測自動補償系統，降低馬鈴薯微型原種播種過程出現的漏播情況，減少浪費土地資源。因為采用人工補種方式來降低漏播率，會增加農民的作業強度和種植成本，同時排種器取種運動速度快給人工取種補種增加難度，因而采用與播種機配備性能完善、可靠性高的監測自動補償系統對漏播進行自動補償，對提高作業質量，最終實現智能化播種具有重要意義[36～37]；研制適合各地形的多種機型，且有大中小型播種機可供農戶選擇使用。

總之，我國要實現馬鈴薯微型原種播種機的精確播種、高速播種、無損播種、株距播深可調、實時控制、監測自動補償、無人智能操作，降低人工作業強度和成本，提高機械作業的效率，實現對馬鈴薯微型原種的現代化種植。

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Development Status and Prospect of Mechanized Planting Micro Potato

ZHANG Yong1, LI Li-xia1*, HAN Hong-yu2et al

(1. Faculty of Modern Agricultural Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming, Yunnan 650500; 2. Heilongjiang Institute of Agricultural Machinery Engineering Science, Harbin, Heilongjiang 150040)

Along with the development of high-efficiency and low-cost propagation technologies, it has reduced production costs and improved the production of virus-free minituber. It was imperative to carry out the micro potato planting with the application of minituber improving the production effectively. The virus-free minituber planter has formed the industrialization in European and American area, while still in its infancy in China. So this paper introduces the development status about virus-free minituber seeding machine at home and abroad, and puts forward developing some study about virus-free minituber seeding machine. At the same time, it plays a positive role to promote the development of potato industry with the combination of farming machinery with agronomy technic.

Minituber; Planter; Development status; Prospect

云南省省級人培項目(201323006)；黑龍江省應用技術研究與開發計劃項目(2013G0426)。

張勇(1987- )，男，山東濟寧人，在讀碩士研究生，研究方向：農業機械化研究。*通訊作者，李麗霞，博士，講師，從事農業機械、農產品加工機械和生物質材料研究。

2014-12-11

S 223.2

A

0517-6611(2015)04-372-04