张 勇， 李丽霞*， 韩宏宇， 杜木军， 窦钰程

(1.昆明理工大学现代农业工程学院，云南昆明 650500；2.黑龙江省农业机械工程科学研究院，黑龙江哈尔滨 150040)



马铃薯微型原种播种机的研究现状与展望

张 勇1， 李丽霞1*， 韩宏宇2， 杜木军2， 窦钰程2

(1.昆明理工大学现代农业工程学院，云南昆明 650500；2.黑龙江省农业机械工程科学研究院，黑龙江哈尔滨 150040)

马铃薯脱毒微型原种繁育技术的不断进步，大大提高了脱毒微型原种的产量，降低了成本，微型原种的种植是马铃薯生产中一项有效的增产措施，马铃薯脱毒微型原种播种机的研制势在必行。欧美地区马铃薯脱毒微型原种播种机械已形成产业化，而国内还处于起步阶段，与国外播种机有一定差距，笔者介绍国内外马铃薯微型原种播种机的研究现状，研究和推广适合我国的、融合农艺的微型马铃薯播种机和高效生产的机械化技术，对于推进我国马铃薯全程机械化发展进程具有积极作用。

马铃薯微型原种；播种机；现状；展望

马铃薯是仅次于水稻、玉米和小麦的4大农作物之一，可为人类提供丰富的营养能源，含有大量淀粉和多种氨基酸、维生素，有“地下苹果”之称[1]，同时也可带来巨大的经济效益，其规模化种植生产和商业程度潜力巨大。

2013年中国马铃薯的种植面积据估计已达到585.6万hm2，产量达到10 380万t，两项数据均居世界首列，马铃薯产业技术体系首席科学家金黎平研究员在2014中国马铃薯大会主题报告中指出。但是，我国马铃薯平均单产量仅为17.7 t/hm2，而发达国家平均单产可比我国单产量高出27 t/hm2左右。差距如此之大，主要是因为我国脱毒种薯种植面积小，脱毒种薯种植面积仅为国内马铃薯种植面积的25%左右，而发达国家多在90%以上，脱毒种薯具有质量好、无病毒感染等优良性状，可使马铃薯单位面积产量达到原产量的1.3～1.5倍，高的可增产3～4倍[2]。然而，我国每年一级脱毒种薯的生产繁育水平较低，其供应量仅可达脱毒马铃薯市场需求量的20%[3]，同时《国家马铃薯加工业“十二·五”发展规划》指出，2015年脱毒马铃薯的种植面积将达到400万hm2以上，占我国马铃薯种植面积的一半以上，提高我国马铃薯生产水平，脱毒种薯的种植面积的大幅增加，这也将加剧脱毒种薯的供不应求。因此，我国需要提高微型原种的种植面积和种植水平，来保障我国一级种薯的供需量，才更有利于大力推广脱毒种薯的种植，进而提高我国马铃薯的生产水平和经济效益。

我国以马铃薯微型原种为播种对象的种植机械还处于起步阶段，目前大都还采用人工作业方式种植种薯，这种方式不足以保证农艺规范的株距和行距均匀一致、播深统一的要求，而且劳动强度大,生产效率低，远不能满足马铃薯产业快速发展的需要[4-5]。我国为保障脱毒种薯的市场需求量，微型原种的种植面积将会大幅增加，其种植将会向规模化、规范化方向发展，马铃薯微型原种的机械化种植势在必行。同时，我国农机补贴政策的深入实施推进农业机械装备的现代化，2013年农业机械购置补贴额度就已达到217.5亿元，这也将推动马铃薯微型原种播种机械的进一步发展。马铃薯种植机械化以机械载体把先进高效高产的农艺技术应用到马铃薯生产实践中，降低农民的劳动强度和生产成本，大幅度提高了单位面积产量从而提升马铃薯种植的生产水平[6]，同时马铃薯种植农艺中的高产高效措施还要实现标准化，如播种的行距、株距和种植深度等具体参数的标准统一化，综合考虑马铃薯播种实际作业的需要，创新农机农艺融合的新体制，为马铃薯机械化生产提供便利[7～9]。因此，生产我国专用的、融合农艺的微型马铃薯播种机研究和研制成为了重要课题，对于推进我国马铃薯微型原种生产的全程机械化具有重要现实意义。

1 马铃薯微型原种研究现状

马铃薯为无性繁殖的根茎类作物，被侵染病毒后极易在植株内不断积累并会逐代进行传递[10]，降低马铃薯的品质，易出现烂薯等现象，造成马铃薯产量大幅度降低，严重制约马铃薯产业的发展。马铃薯微型原种的研究与利用，为解决马铃薯病毒感染、品种退化和提高马铃薯产量等提供了有效途经。

近年来我国马铃薯种薯繁育体系不断完善，体系可分为网室生产、原种繁殖、1级种薯生产、2级种薯生产、3级种薯生产, 一级种薯的质量好坏直接影响大田生产的产量水平，是马铃薯种薯繁体系中的重要环节[11]。要保障一级种薯的优良性状和供应量，就要提高脱毒马铃薯微型原种种植比例，生产更多品质优良的脱毒种薯。马铃薯脱毒微型原种繁育技术不断进步使得马铃薯脱毒微型原种的生产效率得到提高，李东方等人对马铃薯脱毒微型薯网室繁育技术进行了研究[12]；肖英奎研究综述了马铃薯微型原种的气雾栽培营养液法，该法可提高微型原种的产量和质量[13]；罗彩虹等人探讨了马铃薯脱毒试管薯温室无土栽培生产微型薯技术[14]；韩宗安探讨了马铃薯脱毒微型薯雾培法生产新技术[15]。综合上述可以看出，完善国内马铃薯微型原种的繁育技术，节约微型原种生产成本，也有利于马铃薯微型原种的规模化种植，推进我国马铃薯种薯繁育体系的进步。

马铃薯微型原种是由马铃薯脱毒组培苗经过炼苗、移栽、保护地隔离种植长出的微型薯，其薯型整齐、体重均匀，通过微型薯种出的后代具有脱毒、品种好、整齐均匀、商品性状好等优良性状，受到种植户的青睐[16]。微型原种的种用价值高且具有大种薯的特性，可以在田间直接播种，单位面积播种量为112.5 kg/hm2，大种薯单位面积用种量至少2.2 t/hm2，出苗率可达到100%，微型原种种植产量可达30～45 t/hm2[17]。马铃薯微型原种的种植不仅减少的单位土地面积的种用量，提高了单产水平，还生产出质量好、无病毒感染的一级优良脱毒种薯，保障了我国脱毒马铃薯的市场需求，利于国内脱毒马铃薯的规模化、规范化种植。马铃薯微型原种的生产种植离不开高产高效农艺技术。对于我国马铃薯微型原种的高产种植农艺措施已有相关研究进行梳理，发现徐景贤已对马铃薯微型薯播种深度等配套农艺技术进行了试验认为，深度一般以8～10 cm为宜, 细土覆盖厚度为3～5 cm，并保持一定的湿度，微型薯94 500～97 500株/hm2(每亩种植6 300～6 500株)，株距20～25 cm，小行30～40 cm，大行50～60 cm为宜[18]。这为马铃薯微型原种种植户提供了高产高效的农艺措施，也为马铃薯微型原种播种机的研制提供了种植参考指标。此外，国内马铃薯微型原种的基本物理特性也有相关研究，如谢静波等人得出马铃薯微型原种的机械物理特性参数，平均质量值为4.83 g，球形度平均值为0.74，容积密度平均值为633.07 kg/m3，粒子密度平均值为1 058.29 kg/m3，含水率平均值为82.62%(BW)[19]，为马铃薯微型原种播种机的排种器、种箱等设计提供了基础参数。

2 国内外马铃薯微型原种播种机发展现状

2.1 国外马铃薯微型播种机的发展现状马铃薯机械化播种是一项集施肥、播种、施药等作业于一体的综合机械化垄作种植技术，要求播种过程具有不伤种、株行距均匀一致、播种深浅统一、高效率、漏播率和重播率低等特点[20]。

马铃薯种植机械化是马铃薯栽培过程中极为重要的一环，也是马铃薯收获机械化的基础，其种植方式和质量不仅直接关系到整个生产过程的机械化，而且直接影响产量的高低[21]。第2次世界大战后，许多欧美发达国家先后完成了由传统农业向现代农业的过度和转化的进程，经过几十年不断地研究发展，其机械水平和农艺水平己经达到了相当完善的程度，同时农机和农艺也得到更好的融合，无论是农机的作业效率、工作性能、播种质量、通用性和适应性方面，还是农艺的高产高效措施的标准化，都做得比较好，这对降低漏种率、种子损伤率和提高单产量都有很大的促进作用[22～23]。

法国ERME气力式微型原种播种机采用气吸式排种方式实现对微型原种的精密高速播种，能通过调换吸种盘排种不同大小的微型原种；在排种盘前设计了盛放圆盘，对微型原种进行排种、投种，确保微型原种种植的株距。该机构还存在一定的缺点，播种之前需要对不同大小的微型原种筛选分级，需根据不同大小的微型原种的种植需要频繁更换吸种盘。荷兰APH带式微型原种播种机采用输送带式排种方式实现对不同大小微型原种的播种，微型原种在输送带上排种输送，不需考虑微型原种的大小，同时播种过程中对微型原种的损伤率较小。该机具也存在一些缺点，拖拉机行进速度变化会影响微型原种播种的株距，降低了微型原种的播种质量。采用输送带式排种方式的代表机型还有荷兰Miedema公司生产的播种机，其实现了种薯的播种和施肥一体化，采用宽种箱便于种薯的装填，采用红外计数传感器进行准确监控，增设泡沫辊保证种薯的种植间距和降低对种薯的损伤，同时在斜坡地也可实现精确播种。英国 STANDEN ENGINEERING LIMITED开发的SP系列马铃薯播种机通过种杯对种薯进行高速高精确播种，采用大碗口和适宜材质降低对种薯的损伤，同时为准确保证马铃薯种薯的种植，采用大种箱增加播种时间，牢固的底盘保障播种机在不同地形中平稳运行。加拿大McLeod C D等人研究开发了一种气力式马铃薯排种器, 以负压实现吸种和携种过程，正压实现对种子的排种过程，实现了单粒种子的高速高精密排种[24]。Dale E. Wilkins等人发明的一种播种器，其优点是实现精确种植，每行种子均匀分布, 有一个统一的下降路径和统一的深度, 以尽量确保没有重播现象；同时这项发明可以提高播种速度，使种子保持垂直于土壤表面，实现种子的高效种植[25]。M. Anantachar等人通过人工神经网络预测一个斜板种子计量装置的性能参数及其反向映射优化设计，人工神经网络(ANN)模型预测计量装置的性能参数优于使用回归分析的统计模型预测的结果，神经网络模型(ANN)可以捕捉排种过程中上的输入——输出关系，使排种机构对种子的尺寸有了很好地适应[26]。W. J. Grant等人对于马铃薯的种植提出最低耕作播种机制，减少工作时间和成本，减少对田地耕作踏压次数，防止土壤侵蚀，保护土层结构，利于作物种植[27]。

2.2 国内马铃薯微型原种播种机的发展现状马铃薯属于根茎类作物，我国的马铃薯播种大都以块茎播种为主，相对应的马铃薯块薯播种机械研究发展较好，已从引进国外机械阶段发展到国内自主研发阶段，代表机型有黑龙江省德沃科技开发有限公司生产的2CMZ-2/4型马铃薯施肥播种机和中机美诺科技股份有限公司研制的2CM-4B型牵引式马铃薯种植机[28]。这类机型大都采用种杯交叉取种的方式播种切成块状的马铃薯种薯，辅以电子震动装置，保证切块种薯的精确播种，完成施肥、播种、喷药等作业。

但是微型薯种植是整薯种植，同时要求播种精度高，不伤皮等，而国内的马铃薯播种机以薯块播种、机械式排种为主，不适合马铃薯微型原种的种植。

我国马铃薯微型种薯的种植仍主要以人工种植为主，采用这种方式会增加作业强度和生产成本，还会因种植深度、株距和行距等因素影响马铃薯产量，因此我国专用的、融合农艺的微型马铃薯播种机研究和研制势在必行。微型原种种植的机械化有利于减少作业强度与投入，降低成本，增加农民收入。

国内马铃薯微型种薯种植的机械化尚处于初级阶段，一般采用两行种植方式。张宝库根据进口马铃薯微型原种的种植情况设计了2CM-2型马铃薯种薯播种机[29]。该机具需与施拉机配套使用，微型原种播种的同时完成施肥、施药作业，微型原种经人工辅助从种箱里取出，放入转盘的格内，转盘转动将微型原种拨入种薯管，微型原种通过种薯管播种到种床上，实现播种，解决了微型原种播种过程中的漏播重播及伤皮问题。但该机也存在一些问题，如种植机需要人工辅助取种放种。马学峰设计的取种转盘式半自动马铃薯播种机，也需人工协助取种、放种，可对不规则的、不同大小的种薯进行播种，且播种时不存在机械取种放种造成的破损，同时降低了漏播率和重播率[30]。青河县金豆种业有限公司设计的一种马铃薯微型原种播种机的取种机构，可根据微型原种的大小调整取种凹孔的大小，实现对不同大小微型原种的精量播种[31]。毛琼设计出一种脱毒微型马铃薯气力式播种机[32]，为单垄双行宽窄行播种作业方式，利用气力式原理来实现微型原种的吸种、携种、排种过程，降低了微型原种排种过程中的破损率，但仍会在微型原种带芽播种过程发生种薯表皮破损和种薯芽的损伤现象，同时种箱设计小不能携带大量种薯，不适于大块土地的种植。总之目前国内的微型种薯种植机机型少，在播种过程仍存在人工取种、破损、漏播等现象，针对这些现象还需加大对核心部件排种机构的设计，提高播种精度、降低破损率、漏播率和重播率，实现马铃薯微型原种播种的高速精密、无损伤作业。

马铃薯微型原种播种机的关键技术在排种器部件上。探究对马铃薯微型原种排种方式的选取，无论是微型原种的保护性还是播种精度方面，机械式排种方式不如气力式更适合马铃薯微型原种的播种。常用的机械式马铃薯排种方式为链勺式排种方式、勺盘式排种方式、刺针式排种方式、板阀式排种方式、取种转盘式排种方式和输送带式排种方式，采用机械式排种方式易造成种薯病毒感染，脱毒种薯便失去脱毒意义[33]，降低微型原种质量，影响马铃薯产量。气吸式排种器对马铃薯微型原种的形状大小适应性强，漏播、重播率低，播种速度比机械式更快，利于实现单粒精密高速播种。毛琼等人设计了一种气力式倾斜圆盘排种器，通过单因素试验及正交试验得出气吸式排种器最佳参数组合为排种盘倾斜角度45°，排种轴转速10 r/min，排种盘型孔形式9×φ12 mm圆柱孔[34]，该气吸式排种器可实现对马铃薯微型原种的精确播种，能适应不规则、粒大的马铃薯微型原种的播种，有利于提高马铃薯微型原种的播种水平和播种质量。

我国应围绕影响微型原种播种机械化发展的重点难点问题，创新农机和农艺的融合体制，研制马铃薯微型原种播种机，实现微型原种播种过程中的施肥、开沟、播种、喷药和覆土等联合作业，设计微型种薯专用排种器，解决播种过程中易伤皮、株距不均等问题，减少伤种、漏播和重播现象，实现马铃薯微型原种播种的机械化作业，进而实现马铃薯生产全程机械化作业。

3 展望

随着马铃薯脱毒微型薯繁育技术的不断进步， 马铃薯脱毒微型薯栽培技术体系和质量监督体系的构建，大大提高了微型原种产量和质量,降低了成本，提高了用户对原种播种机的购买能力。该技术有利于推广应用马铃薯脱毒微型原种，扩大生产无病毒污染、品种优良的脱毒马铃薯，不需再依赖容易感染病毒的切块种薯，进而大幅度提高马铃薯产量。由于全球气候环境的变化，温度升高、农业用水减少和耕地面积的下降，将使我国2050年的粮食总生产水平比2005年下降14%～23%[35]。应该增加马铃薯微型原种的种植面积，推广品质好的脱毒马铃薯种植，提高马铃薯增产幅度，进而增大粮食产量。农机和农艺组合配套，马铃薯微型原种播种机械研制应遵循农艺高产高效技术；同时应农艺制定的株距、行距和播深等高产高效措施还要综合考虑微型原种播种机播种作业的需要，从而促进马铃薯微型原种播种机的研制进程。

我国马铃薯微型原种播种机机型严重匮乏，马铃薯微型原种仍大都采用人工种植模式，加大了作业强度，增加了劳作成本，不易于马铃薯微型原种的推广种植，同时也制约了脱毒马铃薯的规模化种植和阻碍了马铃薯产业的全程机械化、标准化发展进程。应大力发展、引进马铃薯微型原种种植机械，重点研制新型排种机构，降低马铃薯微型原种播种过程的伤薯率，降低漏播率和重播率，提高播种速度与精度，适应于个体差异性大、不规则马铃薯微型原种的排种，降低对马铃薯微型原种的分级要求；应研制监测自动补偿系统，降低马铃薯微型原种播种过程出现的漏播情况，减少浪费土地资源。因为采用人工补种方式来降低漏播率，会增加农民的作业强度和种植成本，同时排种器取种运动速度快给人工取种补种增加难度，因而采用与播种机配备性能完善、可靠性高的监测自动补偿系统对漏播进行自动补偿，对提高作业质量，最终实现智能化播种具有重要意义[36～37]；研制适合各地形的多种机型，且有大中小型播种机可供农户选择使用。

总之，我国要实现马铃薯微型原种播种机的精确播种、高速播种、无损播种、株距播深可调、实时控制、监测自动补偿、无人智能操作，降低人工作业强度和成本，提高机械作业的效率，实现对马铃薯微型原种的现代化种植。

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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

云南省省级人培项目(201323006)；黑龙江省应用技术研究与开发计划项目(2013G0426)。

张勇(1987- )，男，山东济宁人，在读硕士研究生，研究方向：农业机械化研究。*通讯作者，李丽霞，博士，讲师，从事农业机械、农产品加工机械和生物质材料研究。

2014-12-11

S 223.2

A

0517-6611(2015)04-372-04