制種玉米田間管理機(jī)械化現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

孫玉峰，王錦江，劉學(xué)文，李 嘉，趙慶南，崔 亮

(1.中國機(jī)械工業(yè)集團(tuán)有限公司，北京100080； 2.中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，北京100083)

0 引言

水稻、小麥、玉米和大豆是我國的主要糧食作物和油料作物，其中玉米是最重要的非口糧糧食作物。近年來，由于農(nóng)民從利潤較低的大豆等作物轉(zhuǎn)而種植玉米，我國玉米種植面積呈現(xiàn)出強(qiáng)勁的上升勢頭。而優(yōu)質(zhì)玉米種子是保證玉米豐產(chǎn)豐收的基礎(chǔ)，我國雜交玉米品種占玉米總播種面積的98%[1-3]。據(jù)全國農(nóng)技中心公布數(shù)據(jù)，2018年玉米的制種面積為15.8萬hm2，制種產(chǎn)量為10.58億kg。制種玉米生產(chǎn)的田間管理過程主要包括去雄、病蟲害防治、父本切除、除草和施肥等作業(yè)。純度是評價(jià)玉米雜交種子質(zhì)量的重要指標(biāo)，為保證種子純度，必須保證去雄效果和父本切除及時(shí)，而為保證種子質(zhì)量和產(chǎn)量，必須做好制種玉米整個(gè)生長過程的病蟲害防治工作。

目前，國內(nèi)制種玉米去雄和父本切除作業(yè)主要依靠人工，人工作業(yè)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)成本高、作業(yè)條件惡劣且容易受到天氣條件影響。國內(nèi)施藥機(jī)具發(fā)展相對較好，形成了高地隙噴霧機(jī)、航空植保機(jī)具等多種類型的產(chǎn)品。實(shí)現(xiàn)制種玉米田間管理的全程機(jī)械化是玉米種業(yè)的必然趨勢。

1 去雄環(huán)節(jié)

國外制種玉米種植模式統(tǒng)一，玉米去雄機(jī)已被廣泛應(yīng)用，典型的機(jī)具有美國Hagie公司的204SP和Oxbo公司的TS2，如圖1所示。

這兩款機(jī)型都配有輪式抽雄機(jī)構(gòu)和切割部件，切割部件用于抽雄前的預(yù)處理，以提高抽凈率；均以光電傳感器為雄穗識(shí)別單元，通過液壓系統(tǒng)結(jié)合機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行抽雄單元的高度仿形，其中204SP采用平行四邊形式仿形機(jī)構(gòu)，TS2采用垂直升降式仿形機(jī)構(gòu)；機(jī)型比較龐大，去雄部件一般在8個(gè)以上，作業(yè)效率高，對相鄰兩行制種玉米植株的整齊度要求較高。

國內(nèi)制種玉米去雄環(huán)節(jié)基本依靠人工，有些研究

單位研制了一些去雄機(jī)具或關(guān)鍵部件(底盤、雄穗識(shí)別單元等)，但多以仿制為主，在玉米品種和種植模式的適應(yīng)性方面還需改進(jìn)，還處于試驗(yàn)推廣階段[4-5]。

2 病蟲害防治環(huán)節(jié)

制種玉米常見病蟲害主要有瘤黑粉病、紅蜘蛛、蚜蟲、玉米螟和頂腐病等，其中大部分病蟲害貫穿于制種玉米全生育期內(nèi)。目前，可用于制種玉米整個(gè)生長期內(nèi)病蟲草害防治的施藥機(jī)具主要有高地隙噴桿噴霧機(jī)和航空植保機(jī)具，航空植保機(jī)具主要用于大面積病蟲害爆發(fā)時(shí)的防治，高地隙噴桿噴霧機(jī)的應(yīng)用相對較多。

國內(nèi)外高地隙噴桿噴霧機(jī)產(chǎn)品成熟多樣，國外機(jī)型以凱斯PATRIOT系列、海吉STS系列和哈迪ALPHA系列產(chǎn)品為代表，國產(chǎn)機(jī)型以中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院生產(chǎn)的3WZG-3000A型噴桿噴霧機(jī)和北京豐茂植保機(jī)械有限公司生產(chǎn)的3WX系列自走式高稈作物噴桿噴霧機(jī)為代表。

這些常規(guī)噴桿噴霧機(jī)基本能滿足制種玉米病蟲害防治的要求，但對于一些病蟲害防治效果卻不理想，如紅蜘蛛，該蟲害在玉米發(fā)芽生長時(shí)就開始產(chǎn)生危害，玉米展葉以后轉(zhuǎn)到葉片上危害，先在葉片背面主脈兩側(cè)危害，從若干個(gè)小群逐漸遍布整個(gè)葉片。為改善葉片背面的施藥效果，有些廠家在噴桿噴霧機(jī)基礎(chǔ)上加裝了風(fēng)幕裝置，如圖2a所示。

風(fēng)送裝置主要由風(fēng)機(jī)和風(fēng)筒組成，在風(fēng)筒上沿著噴桿方向按一定間距設(shè)置有出風(fēng)口。施藥時(shí)，風(fēng)送裝置在噴頭上方沿霧滴噴灑方向強(qiáng)制送風(fēng)，形成風(fēng)幕，氣流能使作物葉片產(chǎn)生擾動(dòng)，便于霧滴附著在葉片背面，改善施藥效果[6-8]。

有些廠家在噴桿噴霧機(jī)基礎(chǔ)上加裝了吊桿噴霧裝置，如圖2b所示。吊桿噴霧裝置主要由吊桿、噴嘴及液流管路等組成，裝在吊桿上的噴嘴與吊桿形成一個(gè)向上的角度。施藥時(shí)，吊桿噴霧裝置能保證葉片背面的霧滴沉積。試驗(yàn)表明：吊桿噴霧裝置的設(shè)計(jì)顯著提高了玉米植株中層葉片背面與下層葉片正面及背面的霧滴沉積，提高了霧滴在植株不同高度水平層面的沉積均勻性[9]。

3 父本去除環(huán)節(jié)

為提高玉米雜交種的質(zhì)量，根據(jù)農(nóng)藝要求，在母本授完粉后，必須砍除父本行，而早割父本，有利于改善母本植株通風(fēng)透光條件，從而提高母本產(chǎn)量。

在歐美發(fā)達(dá)的玉米種植大國，制種玉米父本切除機(jī)得到了較好的應(yīng)用，這些玉米父本切除機(jī)一般都搭載在高地隙自走式底盤上，大多采用滾刀結(jié)構(gòu)，只在型式上有所差異，典型的作業(yè)機(jī)具如圖3所示。

圖3a中旋轉(zhuǎn)刀片式父本切除機(jī)裝配在能升降高度的懸掛架上，旋轉(zhuǎn)刀片由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，能貼近地面將玉米父本植株切斷，但要求種植行距較大，而且由于缺少夾持輸送機(jī)構(gòu)，切斷后的父本植株容易向兩側(cè)傾倒而影響母本行玉米。圖3b中輪邊滾刀式父本切除機(jī)是將滾刀直接裝配在輪胎上，作業(yè)時(shí)安裝有滾刀一側(cè)的輪胎在緊靠父本玉米的行間行走，滾刀將父本玉米植株壓倒，并切斷成數(shù)段。這種父本切除機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，不需要單獨(dú)的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，但由于不同制種玉米品種父母行配比不一致，還存在大小行的種植農(nóng)藝，輪胎和滾刀整體結(jié)構(gòu)寬度又較大，適應(yīng)性比較差。

我國對制種玉米父本切除機(jī)的研究起步較晚，有些企業(yè)研究開發(fā)出了父本切除機(jī)，如新疆元農(nóng)機(jī)械設(shè)備有限責(zé)任公司在美國BIG JOHN自走式玉米去雄打藥機(jī)上成功安裝了制種玉米父本切除裝置，中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院研制了3QFZ-1型父本切除機(jī)，如圖4所示。

圖4a機(jī)具采用刀片式切割裝置，效率較高，但切割后的父本植株雜亂拋向行間，極容易影響母本行的生長發(fā)育；圖4b機(jī)具也采用刀片式切割裝置，增加了莖稈的夾持輸送機(jī)構(gòu)，留茬高度和莖稈夾持位置可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，可將切除的父本有序鋪放在行間[10]。

對比分析國內(nèi)外典型父本切除機(jī)可以看出，父本切除機(jī)結(jié)構(gòu)相對簡單，具有作業(yè)期內(nèi)玉米植株較高、受種植行距影響大等特點(diǎn)，可作為高地隙自走式多功能機(jī)具的一個(gè)功能單元。目前，國內(nèi)制種玉米父本切除作業(yè)基本依賴人工，主要受高地隙自走式多功能機(jī)具的技術(shù)升級(jí)和推廣應(yīng)用影響較大。

4 制約因素

4.1制種玉米生產(chǎn)管理體系不健全

目前，國內(nèi)制種玉米主產(chǎn)區(qū)以“企業(yè)+基地+農(nóng)戶”的生產(chǎn)管理模式為主，生產(chǎn)管理體系不健全。玉米種子繁育生產(chǎn)包括耕整地、播種、灌溉、施肥、去雄、父本去除、病蟲害防治和收獲等諸多環(huán)節(jié)。由于前期所選種子質(zhì)量、耕整地、播種和水肥管理等方面都沒有統(tǒng)一要求，造成后期一些田間管理機(jī)具適應(yīng)性差、作業(yè)效果不佳。以去雄機(jī)為例，由于種子質(zhì)量、水肥管理的差異，會(huì)影響玉米植株的生長，而玉米植株的性狀特征對機(jī)械化去雄效果的影響很大。最終會(huì)導(dǎo)致農(nóng)戶對田間管理機(jī)具的排斥，影響其購機(jī)積極性，制約田間管理機(jī)具的推廣和應(yīng)用。

4.2品種多、種植模式差異大

據(jù)全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心數(shù)據(jù)，2018年全國玉米制種面積15.8萬hm2，制種組合超1 800個(gè)，其中小面積制種組合高達(dá)1 500多個(gè)。品種不同，種植模式也不一樣，玉米種植行距、株距、父母本行比也不同。如甘肅酒泉地區(qū)宜寬窄行種植，寬行60 cm，窄行50 cm，株距20～22 cm；新疆昌吉地區(qū)行距50～60 cm，株距15～18 cm；新疆伊犁地區(qū)行距50～55 cm，株距12.5～13.0 cm。一般單交制種區(qū)父母本的行比為1∶2或1∶3，當(dāng)父本花粉量較大，花期較長，母本植株高度比父本矮，父母本的種植行比為1∶6，個(gè)別植株花粉量較大，也可種植行比為1∶8。制種玉米品種多、種植模式差異大的特點(diǎn)要求機(jī)械化田間管理機(jī)具有較好的適應(yīng)性，增加了機(jī)具的開發(fā)難度，制約田間管理機(jī)具的發(fā)展[11-12]。

4.3機(jī)具價(jià)格昂貴

能夠滿足制種玉米全生育期田間管理的機(jī)具，大多采用高地隙底盤，而且底盤輪距還需根據(jù)種植行距進(jìn)行調(diào)節(jié)。綜合考慮可靠性、便捷性等因素，傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)已不能滿足設(shè)計(jì)的需要。國內(nèi)現(xiàn)有高地隙底盤多采用靜液壓傳動(dòng)技術(shù)，但液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)的關(guān)鍵元件基本依賴進(jìn)口，增加了機(jī)具的生產(chǎn)成本。

受同類低端農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的影響，基于高地隙底盤開發(fā)的農(nóng)機(jī)具是小眾農(nóng)機(jī)產(chǎn)品，市場需求總量不大。而制種玉米田間管理機(jī)具技術(shù)含量高、開發(fā)費(fèi)用大，造成分?jǐn)偟絾闻_(tái)機(jī)具的費(fèi)用較高。加之人工和原材料成本的上漲，影響了田間管理機(jī)具的推廣和應(yīng)用。

5 發(fā)展趨勢

5.1與農(nóng)藝結(jié)合緊密

目前，國內(nèi)制種玉米的生產(chǎn)區(qū)域主要集中在新疆、甘肅等地，針對制種玉米品種多樣、種植模式差異大的現(xiàn)狀，根據(jù)地域特點(diǎn)，開發(fā)適合當(dāng)?shù)刂品N玉米生產(chǎn)農(nóng)藝的機(jī)具，結(jié)合當(dāng)?shù)刂髟云贩N的性狀特征，優(yōu)化相關(guān)作業(yè)參數(shù)、機(jī)具結(jié)構(gòu)參數(shù)和整機(jī)性能參數(shù)，提高機(jī)具的適應(yīng)性，改善作業(yè)效果，提高生產(chǎn)者對機(jī)械化作業(yè)機(jī)具的認(rèn)可度，改變其傳統(tǒng)的田間管理觀念，促進(jìn)機(jī)械化田間管理機(jī)具的推廣。

5.2多功能作業(yè)

制種玉米田間管理中的去雄、病蟲草害防治、父本切除和施肥(液態(tài))等機(jī)械化作業(yè)模塊均可安裝在多功能高地隙底盤上，滿足制種玉米不同生產(chǎn)階段的田間管理需求?？稍黾诱麢C(jī)的作業(yè)時(shí)間和面積，提高整機(jī)的有效利用率，縮短購機(jī)單位的資金回收期；提高購機(jī)者的積極性，有利于促進(jìn)相關(guān)機(jī)具制造廠家的技術(shù)升級(jí)和產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度，促進(jìn)玉米制種行業(yè)的良性發(fā)展。

5.3改善機(jī)具性能和產(chǎn)品質(zhì)量

農(nóng)業(yè)機(jī)械普遍作業(yè)環(huán)境惡劣，作業(yè)對象和土壤條件差別大，這些特點(diǎn)對農(nóng)業(yè)機(jī)具生產(chǎn)廠家提出了較高的要求。隨著國內(nèi)整體工業(yè)水平的提升，智能化、精準(zhǔn)化和全程機(jī)械化是制種玉米田間管理機(jī)具發(fā)展的必然趨勢。改變當(dāng)前田間管理機(jī)具粗制濫造、穩(wěn)定性和可靠性差、操作和維修不方便、自動(dòng)化和智能化程度低的現(xiàn)狀，提升作業(yè)機(jī)具的性能和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)制種玉米田間管理的全程機(jī)械化。

6 結(jié)束語

隨著種業(yè)市場的對外開放和農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)的推進(jìn)，農(nóng)村勞動(dòng)力的減少及生產(chǎn)成本的增加，實(shí)現(xiàn)田間管理的機(jī)械化是玉米種業(yè)發(fā)展的必然趨勢，如何獲得良好的機(jī)械作業(yè)效果是農(nóng)戶和機(jī)具生產(chǎn)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。開發(fā)與農(nóng)藝結(jié)合緊密的農(nóng)機(jī)具，并完善制種玉米生產(chǎn)管理體系，為實(shí)現(xiàn)制種玉米的全程機(jī)械化提供體系和裝備保障。