西南丘陵山區馬鈴薯機械化殺秧研究進展＊

楊明金，楊 仕，李守太，陳子文，楊 玲，張 濤，龐有倫

（1.西南大學工程技術學院，重慶 400715；2.重慶市農業科學院，重慶 401329）

0 引言

馬鈴薯是我國第四大糧食作物，2020 年我國馬鈴薯種植面積536 萬hm2以上，鮮薯產量超過1 億噸[1]。我國有四大馬鈴薯種植區，分別為北方一季作區、西南混作區、中原二季作區和南方冬作區[2]，分別占我國馬鈴薯總面積的50%、35%、10%和5%。西南混作區包括四川、重慶、云南、貴州、西藏以及湖南和湖北的部分地區，該區域馬鈴薯四季可種，生產的馬鈴薯主要用于鮮食消費[3]。其中，貴州威寧被譽為“中國馬鈴薯之鄉”。重慶市常年馬鈴薯種植面積約33.5 萬hm2，鮮薯產量600 萬噸左右，種植面積和產量均居全國第六位[4]。馬鈴薯是重慶鄉村振興的重要產業，重慶“巫溪洋芋”“城口洋芋”已經獲得國家地理標志認證。機械化殺秧是馬鈴薯機械化收獲前必不可少的重要準備環節，通過機械化殺秧割除馬鈴薯地表秧蔓（莖葉），能有效減少馬鈴薯收獲時的負荷、卡堵，大大提高薯土分離質量和收獲效率。同時，殺秧過程割除馬鈴薯秧蔓，可以促進馬鈴薯表皮老化、硬化，能增加馬鈴薯的防損能力[5]。國外發達國家馬鈴薯生產已經普遍采用機械化殺秧，例如美國、荷蘭和法國等，積累了相當的經驗，其技術較為先進。我國馬鈴薯機械化殺秧的研究雖然起步較晚，但也取得了較大的進步，在北方平原地區達到了較高的機械化水平。西南丘陵山區馬鈴薯種植地塊細碎、土壤黏重、土地不平整、秧苗高度不一致，品種多、種植標準化程度低、秧苗生長狀況差異較大[2]，這些因素致使國外和北方大中型馬鈴薯殺秧機在西南丘陵山區的適應性差，難以應用。本文綜述了西南丘陵山區馬鈴薯種植農藝、機械化殺秧技術需求和機械化殺秧研究進展，為構建西南丘陵山區馬鈴薯種植全程機械化體系提供基礎參考。

1 馬鈴薯種植農藝

西南丘陵山區自然條件優越，一年四季均有馬鈴薯種植和收獲。根據不同海拔高度，一二季混作，盆周山區和高原區一般種植一季春馬鈴薯，平壩丘陵區一般種植秋、冬二季馬鈴薯[6]。

1.1 主要種植模式

1.1.1 春馬鈴薯

盆周山區和高原區：采用“春馬鈴薯/玉米”模式，1.5 m或2.0 m開箱，馬鈴薯和玉米帶各占一半，2∶2行比。馬鈴薯和玉米帶隔年交替，馬鈴薯和玉米分帶間套輪作。在茬口銜接上，馬鈴薯2 月中下旬播種，6 月中下旬、7 月上旬收獲；玉米3 月下旬、4 月播種，8、9 月收獲。也可采用“春馬鈴薯/大豆”模式，馬鈴薯與大豆的行比為1∶1或1∶2。

平壩丘陵區：稻田采用“早春馬鈴薯-水稻-秋馬鈴薯（或秋菜）”模式，地膜覆蓋，凈作。一般在12 月中、下旬播種，次年4 月上、中旬收獲。馬鈴薯收獲后種植水稻，水稻收獲后再種植秋馬鈴薯（或秋菜）。旱地采用“早春馬鈴薯/玉米/大豆（或甘薯）+秋馬鈴薯（或秋菜）”模式，早春馬鈴薯于12 月中下旬采用地膜覆蓋栽培，次年3 月下旬、4 月上中旬在馬鈴薯行間種玉米。馬鈴薯收獲后種植大豆（或甘薯），玉米收獲后再種植秋馬鈴薯（或秋菜）[5-6]。

1.1.2 秋馬鈴薯

在海拔300 m～800 m的丘陵山區，農業生產三季不足，兩季有余。利用水稻、玉米收獲后，小春作物播栽前的空閑時間，通過合理間套，增種秋馬鈴薯。

稻田采用“中稻-秋馬鈴薯/油菜”模式，秋馬鈴薯在8 月下旬、9 月上中旬播種，10 月下旬、11 月上旬套栽油菜，12月中下旬收獲馬鈴薯。

旱地采用“小麥/玉米/甘薯（大豆）/秋馬鈴薯”模式[6-7]。

1.1.3 冬馬鈴薯

“小麥+馬鈴薯/玉米/甘薯（大豆）”：在“小麥/玉米/甘薯”模式基礎上，利用改制后預留空行增種一季冬馬鈴薯。

“冬馬鈴薯-水稻”：適用于水稻收獲后不能蓄水過冬的高塝田、漏篩田，冬馬鈴薯凈作。

“果樹（桑樹、林木）+冬馬鈴薯”：適用于幼齡果園、桑園和苗木地，冬馬鈴薯間作[6-7]。

1.2 主推技術

西南丘陵山區馬鈴薯的主要種植模式都根據本區域自然條件、海拔高度、地塊條件和品種等因地制宜選擇，以提高土地利用率、高產和抗病為主要目標，農機農藝不協調，融合低，使本區域馬鈴薯耕種收綜合機械化水平低，特別是種收機械化水平很低，僅為5%左右[7-8]。

制約機械化水平提高的主要因素包括機械化立地條件支撐性、間套輪作差異性、品種多樣性、種植不規范性等。地塊細碎、土壤黏重、土地不平整，高山及陡坡種植面積占比高，機械化立地條件差。主要種植模式中，僅“早春馬鈴薯-水稻-秋馬鈴薯（或秋菜）”“冬馬鈴薯-水稻”為馬鈴薯凈作，間套輪作不利于機械化作業。對于品種多樣性，如重慶優先推廣品種便有“鄂馬鈴薯5 號”“渝馬鈴薯1 號”“中薯3 號”“費烏瑞它”“青薯9 號”“紫云1 號”等，品種多樣性限制了作業機械的適應性。對于種植不規范性，“窩播平作”“溝播壟作”并存，且平作行距、窩距不規范（或稀大窩種植），壟作壟距不標準（如壟距為0.6 m、0.7 m、0.8 m到1.0m），導致機收困難。

為此，西南丘陵山區都在積極探索先進適宜技術，為馬鈴薯種植機械化作業創造條件。例如，四川馬鈴薯種植4套主推技術中包含馬鈴薯機械化高產栽培技術，重慶馬鈴薯種植4 套主推技術中包含丘陵山區馬鈴薯高壟雙行覆膜機播機收高效栽培技術，云南、貴州馬鈴薯種植主推技術中包含冬馬鈴薯機械化栽培技術[6]。

1.3 機械化種植生產路線

起壟播種技術路線為本區域馬鈴薯機械化種植主推生產路線，即機械耕整地→機械化起壟施肥播種→機械化中耕→機械噴藥→機械殺秧→機械收獲。

機械耕整地：耕深0.2 m～0.25 m（旋耕），地表平整，有條件應全方位深松，耕深0.45 m～0.55 m。

機械化起壟施肥播種：壟高0.2 m～0.25 m，雙行壟作的壟距為0.8 m～1.0 m，單行壟作的壟距為0.7 m～0.9 m，種塊覆土深度大于0.1 m為宜。復式作業播種機一次完成開溝、施肥、播種、起壟、鋪膜等作業。

機械化中耕：苗期進行扶壟除草作業，花期進行追肥培土作業。追肥深度0.06 m～0.1 m，追肥部位離植株行側0.1 m～0.2 m，培土厚度0.05 m，地表起伏不超過0.04 m。

機械噴藥：起壟后苗期噴藥作業有效覆蓋密度≥20 霧滴/cm2，藥液在植株上的覆蓋率100%。

機械殺秧：露出壟型，保持壟型完整，不傷壟。莖葉雜草去除率≥80%，切碎長度≤0.15 m，割茬高度≤0.15 m。

機械收獲：挖凈率≥98%，明薯率≥97%，傷薯率≤3%，薯塊帶土率≤15%[9]。

2 馬鈴薯機械化殺秧技術需求

馬鈴薯機械化殺秧應滿足一定的技術需求。據筆者查閱了部分相關標準文獻，如表1 所示。包括3 項國家標準（標準序號1～3）、6 項農業行業標準（標準序號4～9）、8 項西南混作區地方標準（標準序號10～16）和4 項其他區域地方標準（標準序號17～20），這些標準對殺秧時間的選擇、殺秧作業質量要求、殺秧作業技術規范或殺秧刀具、機具等進行了規定。

從表1 中的相關規定可知，國家標準對馬鈴薯殺秧機（或莖葉切碎器）的安全防護進行了強制性規定（標準序號1），對馬鈴薯脫毒種薯和商品薯生產的殺秧環節和殺秧方式進行推薦（標準序號2、3）。

表1 國家標準、農業行業標準和地方標準對馬鈴薯機械化殺秧技術需求的相關規定

根據馬鈴薯主糧戰略、機械化生產、全程機械化生產的技術需求，農業行業標準適時先后制定了馬鈴薯生產技術規程、種薯生產技術操作規程、馬鈴薯機械化收獲作業技術規范、收獲機作業質量、馬鈴薯打秧機質量評價技術規范、馬鈴薯全程機械化生產技術規范等（標準序號4～9），對于機械化殺秧技術，主要規定包括：一般收獲前7 d～10 d殺秧、莖葉打碎長度合格率≥80%（打碎長度≤0.15m）、漏打率≤8%、留茬長度≤0.15 m、傷薯率≤1%。

對于西南混作區（湖北部分地區屬于該區域），僅湖北制定了《馬鈴薯機械化生產技術規程》地方標準，規定了機械化殺秧的技術需求。四川、貴州、西藏僅制定了馬鈴薯生產技術規程、栽培技術規程等，未涉及機械化殺秧技術需求（標準序號10～16），而重慶、云南未根據地方需求制定相關技術規程。這些充分說明西南丘陵山區馬鈴薯機械化生產和馬鈴薯機械化殺秧方面，與《國務院關于加快推進農業機械化和農機裝備產業轉型升級的指導意見》（國發〔2018〕42號）中制定的“2025年丘陵山區農作物耕種收綜合機械化率達到55%的發展目標”還有很大差距。

相比西南丘陵山區省市區，遼寧、內蒙古、青海、黑龍江制定了馬鈴薯機械化殺秧作業技術規范、操作規范，以及全程機械化種植技術規程（標準序號17～20），在馬鈴薯機械化殺秧標準制定、全程機械化及轉型升級方面走在了全國前列。

基于以上原因，本文綜述國內外馬鈴薯機械化殺秧現狀、西南丘陵山區機械化殺秧相關進展，為西南丘陵山區馬鈴薯機械化生產、全程機械化種植提供基礎支撐。

3 馬鈴薯機械化殺秧研究進展

丘陵山區馬鈴薯機械化殺秧、機械化生產、全程機械化種植是我國馬鈴薯產業發展的國家戰略，體現了馬鈴薯種植技術的發展方向。而且，國家正在大力推進丘陵山區開展農田“宜機化”改造，擴展大中型農機運用空間，加快補齊丘陵山區農業機械化基礎條件薄弱的短板，能為丘陵山區馬鈴薯生產機械化水平提升創造良好條件。

3.1 國外機械化殺秧進展

國外馬鈴薯殺秧機發展起步較早，具有成熟的作業技術。德國Grimme、荷蘭APH、比利時AVR 和美國Reekie等公司配套設施完備，形成了完整的作業體系，開發出不同系列不同型號殺秧機，作業穩定，殺秧效率較高。德國Grimme 具有KS6000、KS5400、KS4500、KS3600 等馬鈴薯殺秧機系列產品，如KS3600 型殺秧機，雙側驅動，適于行寬0.85/0.9 m 壟作，一次完成4 行作業[29]。荷蘭APH 具有4LKB-370、4LK-320、4LK-310、2LKB-190、2LK-170 等馬鈴薯殺秧機系列產品，如4LK-310 型殺秧機，一側驅動，適于行寬0.75 m，一次完成4 行作業[30]。美國Reekie 具有RHT2200、RHT1900SD 等不同型號殺秧機，如RHT2200 型殺秧機，一側驅動，具有高速動態平衡刀軸，打碎效果好，工作幅寬2.2 m，可前掛，避免拖拉機對秧蔓的碾壓而影響殺秧效果[5]。2011 年，德國Grimme 在我國建立格立莫農業機械（北京）有限公司，2017 年在天津建立格立莫農業技術（天津）有限公司，為中國用戶提供本土化需求的高端馬鈴薯設備，目前用戶主要集中在新疆、內蒙等北方一季作區。

3.2 國內機械化殺秧進展

國內馬鈴薯殺秧機發展起步較晚，技術不夠成熟。中機美諾、青島洪珠、山東德州希森天成等公司都開發出不同型號殺秧機，基本達到殺秧作業要求。中機美諾具有1802、1804 等型號殺秧機，如1802 型殺秧機，雙側驅動，適于行寬0.8/0.9 m 壟作，一次完成2 行作業，其甩刀結構型式多樣，配置有導流隔板，可將打碎莖葉分流至兩側壟溝[31]。青島洪珠具有1JH-100、1JH-110 和1JH-360 等型號殺秧機，如1JH-100型殺秧機，一側驅動，工作幅寬1.0 m，適于單行壟業，刀軸2 000 r/min高速旋轉，配套動力14.7～26 kW[32]。山東希成具有4JM-180、4JM-360B 等型號殺秧機，如4JM-360B型號殺秧機，雙側驅動，工作幅寬3.6 m，適于行寬0.9 m壟作，一次完成4行作業，刀軸轉速1 300 r/min，按照薯壟特點雙螺旋對稱布置殺秧刀，配置有導流隔板[33]。

與國外先進機械化殺秧作業技術相比，我國馬鈴薯機械化殺秧機還存在一些問題，主要體現在：秧蔓由高速旋轉甩刀打斷，再由高速旋轉的甩刀形成的負壓吸入罩殼進一步切碎，功率消耗較高；作業中秧蔓易纏繞在刀軸上，進一步增加作業阻力；甩刀結構不完善，不能達到高質量作業要求，且甩刀磨損嚴重[5]。

3.3 丘陵山區機械化殺秧進展

全程機械化生產是西南丘陵山區馬鈴薯生產的發展趨勢。四川省農機化技術推廣總站在多年試驗示范基礎上，提出了西南地區馬鈴薯機械化生產技術路線，包括耕整地、播種、中耕培土、植保、收獲5 大關鍵農機技術，給出了適應丘陵山區馬鈴薯機械化生產4套主流機具配套方案。

對于機械化收獲關鍵農機技術，建議收獲前7 d采用橫軸立刀式殺秧機殺秧，露出壟型，保持壟型完整不傷，殺秧作業質量滿足：莖葉雜草去除率≥80%，切碎長度≤0.15 m，割茬高度≤0.15 m。

對于主流機具配套方案：山區小地塊（或間套作）馬鈴薯生產（海拔800 m～1 000 m，田塊面積≤0.067 hm2，單壟雙行，壟距0.7 m～0.8 m），采用單行殺秧機作業，幅寬1.0m；丘陵區馬鈴薯生產方案一（海拔800 m～1 000 m，田塊面積≥0.067 hm2，大壟雙行，壟距0.9 m～1.0 m），采用單行殺秧機作業，幅寬1.0 m；丘陵區馬鈴薯生產方案二（海拔≤600 m，田塊面積≥0.067 hm2，單壟雙行，壟距0.8 m～0.9 m），采用雙行殺秧機作業，幅寬1.6 m～1.8 m；高原馬鈴薯生產（海拔高度≥2 200 m，田塊面積≥0.067 hm2，單壟單行，壟距0.9 m），采用雙行殺秧機作業，幅寬1.8 m[9]。

根據推薦的主流機具配套方案，中機美諾、青島洪珠、山東德州希森天成等公司的單行或雙行殺秧機可供西南丘陵山區馬鈴薯機械化殺秧試驗。但是，由于西南丘陵山區機械化立地條件、間套輪作模式、品種多樣性、種植不規范性等限制了本區域馬鈴薯機械化殺秧的推廣應用。而且，收獲前的機械化殺秧環節增加了作業成本，其經濟性較低，加大了其推廣應用難度。因此，重慶市科學技術局和四川省科學技術廳2019 年和2021 年先后立項研發集殺秧、挖掘、分離和收集功能于一體的馬鈴薯聯合收獲機，并開展馬鈴薯機械化技術及裝備集成示范，積極推進馬鈴薯生產機械化及其裝備的轉型升級。

4 總結

1）西南丘陵山區是我國馬鈴薯主要種植區，其收獲機械化水平很低，嚴重阻礙了馬鈴薯產業的發展。制約本區域收獲機械化水平提高的主要因素包括機械化立地條件支撐性、間套輪作差異性、品種多樣性、種植不規范性等。

2）西南丘陵山區缺乏馬鈴薯機械化生產技術規程、機械化殺秧作業技術規范、全程機械化種植技術規程等地方標準，應加強本區域相關地方標準的制定，提高對馬鈴薯種植機械化水平提升的支撐，以及對馬鈴薯機械化生產的引領。

3）全程機械化生產是西南丘陵山區馬鈴薯生產的發展趨勢，推廣起壟播種技術路線，規范機械化種植模式，根據主流機具配套方案，加強西南丘陵山區殺秧機研制、試驗和適應性改進，可促進本區域馬鈴薯生產機械化及其裝備的轉型升級。