花生種植機械的應(yīng)用現(xiàn)狀及研究進(jìn)展

陳付東 江景濤 王東偉 鮑余峰 楊文卿

摘要：簡述了我國花生種植機械的應(yīng)用現(xiàn)狀，概括了幾種不同類型的花生播種機，如膜下播種、膜上播種、寬幅播種、滅茬播種、間作播種和氣吸式播種等播種機。針對幾種不同類型的花生種植機械對其作業(yè)方式、機械原理、排種裝置、機械參數(shù)和作業(yè)性能進(jìn)行了研究分析。論述幾種不同類型的花生播種機主要在種植方式、膜下播種、膜上覆膜和排種器的選用等各個方面存在的優(yōu)勢與不足，對其應(yīng)用現(xiàn)狀與研究進(jìn)展進(jìn)行客觀分析。論述機械式和氣吸式花生排種器的優(yōu)缺點及應(yīng)用情況，針對現(xiàn)有花生播種機及排種器存在的問題，提出完善我國花生種植機械化的建議與對策。為下一步改進(jìn)花生播種機提供研究思路，為設(shè)計出性能優(yōu)良、適應(yīng)性強的花生播種機奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：花生;種植機械;覆膜;排種器;研究進(jìn)展

中圖分類號：S223 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2020）13-0041-06

收稿日期：2019-08-23

基金項目：山東省農(nóng)機裝備研發(fā)創(chuàng)新計劃（編號：2018YF008-02）。

作者簡介：陳付東（1993—），男，山東濟(jì)南人，碩士研究生，主要從事播種機械研究。E-mail：1948365535@qq.com。

通信作者：江景濤，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備領(lǐng)域的教學(xué)和科研工作。E-mail：jjtao_2518@163.com。播種在花生生產(chǎn)中是一個耗工、耗時的重要環(huán)節(jié)，當(dāng)前市場上常見的花生種植機械存在效率低、作業(yè)單一、通用性差、無法配套等問題，已經(jīng)遠(yuǎn)不能夠滿足我國花生的種植需求。排種器是花生播種機的核心部件，其作業(yè)性能的好壞將會直接影響花生的播種質(zhì)量，從而影響花生產(chǎn)量。因此，設(shè)計出排種性能優(yōu)良的高效排種器，是提高花生產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。除排種器外，整機的聯(lián)合作業(yè)也是影響花生種植的重要因素。目前，常見的大多數(shù)花生種植機械存在效率低、通用性差、適應(yīng)性差和整機配套不夠標(biāo)準(zhǔn)化的問題。因此，設(shè)計一種通用性強、標(biāo)準(zhǔn)化的花生聯(lián)合作業(yè)種植機械可以大幅度提高我國花生種植的機械化水平。

本文針對上述問題，分析花生種植機械的應(yīng)用現(xiàn)狀、機械原理、作業(yè)性能等特點，討論幾種不同類型的花生播種機。提出相應(yīng)的建議與對策，為設(shè)計出高質(zhì)高效的花生播種機提供理論基礎(chǔ)與研究依據(jù)，不斷完善花生種植機械，全面提高花生種植效率及播種質(zhì)量。1花生種植概況及種植方式

1.1花生種植概況

花生在我國各地均有種植，主要在遼寧省、山東省、河北省、河南省、江蘇省、福建省、廣東省、廣西壯族自治區(qū)、貴州省、四川省等地區(qū)分布[1]。據(jù)2018年國家統(tǒng)計局統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)顯示，我國花生種植面積約460.8萬hm2，總產(chǎn)量約為1 709.2萬t[2]。其中，河南省花生種植面積和產(chǎn)量均居國內(nèi)首位，種植面積約為115.19萬hm2，占全國種植總面積的25%;產(chǎn)量約為529.8萬t，占全國花生總產(chǎn)量的31%。其次是山東省，花生種植面積約為 70.92萬hm2，占全國種植總面積的15%;產(chǎn)量約為 313.5萬t，占全國花生總產(chǎn)量的18%。

我國花生種植區(qū)域范圍較廣，受土地、氣候還有種植習(xí)慣等因素的影響，使得我國花生種植模式多樣化。同時農(nóng)民對花生種植機械需求迫切，市場上相繼產(chǎn)出各種不同類型的花生播種機。

1.2花生種植方式

合理的種植方式可以更好地利用光照、土壤肥力和方便田間機械作業(yè)與管理。

我國花生的主要種植方式有以下3種[3-4]：（1）平作。即地面開穴或開溝播種，主要用于旱薄地和夏直播田地，均可適于平作。（2）壟作。在播種前整地后起壟或邊起壟邊播種，壟作有利于提高地溫、減少晝夜溫差，通風(fēng)透光，易于排灌。（3）畦作。適用于降水量較多的地區(qū)，花生種植多采用高畦種植，在我國長江以南地區(qū)普遍采用高畦種植。

按播種時間分，我國花生栽培方式可分為以下4種[5]：（1）春播。分為裸地春播和地膜春播，裸地春播一般在4月下旬或5月上旬，地膜春播一般在5月中旬[6]。（2）夏播。北方在小麥等前茬作物收獲后進(jìn)行播種，南方在油菜等作物收獲后進(jìn)行播種，減少了前茬作物的限制。（3）秋播。在南方最為常見，播種是在水稻等前茬作物收獲后進(jìn)行，8月播種，12月收獲。（4）冬播。在海南島和云南等地最為常見，播種一般是在11月[3]。

2花生種植機械的發(fā)展現(xiàn)狀及機器特點

2.1發(fā)展現(xiàn)狀

花生種植機械的發(fā)展經(jīng)歷了由簡單機具到聯(lián)合作業(yè)機具的多個階段[7]。隨著我國花生種植面積的不斷增長，對生產(chǎn)裝備技術(shù)水平的需求日益增加。播種是花生生產(chǎn)較為重要的環(huán)節(jié)，人工播種強度大，且效率低;而機械播種可以實現(xiàn)合理密植，保證全苗，與人工播種相比，工作效率高[8]。目前，花生播種機可同時完成起壟、施肥、播種、噴藥、覆膜、覆土等聯(lián)合作業(yè)，實現(xiàn)這些功能的花生播種機在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前市場上的花生播種機種類較多，聯(lián)合作業(yè)播種機操作繁瑣、可靠性差、通用性低，需要隨時查看播種情況。因此，花生種植機械還需要進(jìn)一步的優(yōu)化和改進(jìn)，全面提高整機作業(yè)效果。

2.2典型機型特點

2.2.1花生精量播種機機器操作簡單、性能穩(wěn)定，下肥量、下種量和播種深度均可調(diào)節(jié)。

花生精播施肥一體機見圖1，該機配套3 kW汽油機帶動作業(yè)，其功能主要是完成施肥和播種。作業(yè)時，人工手扶機器，控制機器作業(yè)速度，通過開溝器進(jìn)行施肥和播種。該機適用于山地、丘陵、梯田等小地域作業(yè)。該機作業(yè)效率0.10～0.20 hm2/h;外形尺寸1 200 mm×450 mm×800 mm;整機質(zhì)量50 kg。

2.2.2花生覆膜播種機機器進(jìn)行先播種后覆膜作業(yè)，可以一次性完成筑壟、播種、覆土、噴藥、展膜、壓膜、膜上筑土等作業(yè)，其功能齊全，結(jié)構(gòu)緊湊。

2.2.2.1小型覆膜播種機目前市場上開發(fā)的花生種植機械絕大部分屬于小型、單壟或者雙壟作業(yè)，能夠完成播種和覆膜工作。

2BFD-2C型多功能花生覆膜播種機見圖2[9]。

該機配套小型拖拉機牽引作業(yè)，其功能主要是完成播種和覆膜。在作業(yè)過程中，由地輪驅(qū)動，鏈輪傳動，將動力傳遞給排種、排肥裝置，實現(xiàn)播種和施肥，覆土板將化肥、種子覆土蓋妥，并將壟面刮平;然后噴藥覆膜，由覆土盤完成膜上苗帶覆土，完成播種。該機適應(yīng)膜寬800～900 mm;播種深度為 30～50 mm;播種行數(shù)2行;行距270 mm;穴距可調(diào) 150～250 mm;播種量可調(diào)13～18 kg;作業(yè)效率 0.20～0.35 hm2/h;外形尺寸2 200 mm×1 150 mm×910 mm;整機質(zhì)量150 kg。除此之外，還有2壟4行花生聯(lián)合作業(yè)播種機。

2.2.2.2大型覆膜聯(lián)合作業(yè)播種機如多壟多行寬幅花生覆膜播種聯(lián)合作業(yè)機，2BMF-4/8型可折疊式花生智能化多功能復(fù)式播種聯(lián)合作業(yè)機（圖3）。該機可以完成起壟、施肥、播種、噴藥、滴灌帶鋪設(shè)、覆膜、膜上覆土、漏播監(jiān)測等多道工序的聯(lián)合作業(yè)[10]，其作業(yè)效率比現(xiàn)有機具提高3倍以上。2BMF-4/8型可折疊式花生智能化多功能復(fù)式播種聯(lián)合作業(yè)機還具有液壓水平推動式平行四邊形整體折疊功能，方便道路運輸。2BMF-4/8型可折疊式花生智能化多功能復(fù)式播種聯(lián)合作業(yè)機的研發(fā)，標(biāo)志著我國的花生播種機正式邁入聯(lián)合化、大型化時代。

2.2.3花生覆膜打孔播種機機器進(jìn)行先覆膜后播種作業(yè)，通過鴨嘴式穴播器實現(xiàn)膜上打孔播種，省去了后續(xù)的人工放苗作業(yè)。該類機型可以一次性完成開溝、施肥、覆膜、播種、鎮(zhèn)壓等工序的聯(lián)合作業(yè)。

2.2.3.1小型覆膜打孔播種機如2BMHF-2型多功能花生覆膜播種機[11]（圖4）。該機配套8.8～20.8 kW的拖拉機牽引作業(yè)，其功能主要是完成膜上打孔播種。作業(yè)時，由地輪驅(qū)動排肥裝置施肥，在覆土、覆膜后由鴨嘴式穴播器進(jìn)行膜上打孔播種;再由覆土圓盤覆土壓膜，鎮(zhèn)壓輪鎮(zhèn)壓，完成播種。該機適應(yīng)膜寬800～950 mm;播種深度為30～50 mm;播種行數(shù)2行;行距可調(diào)250～500 mm;穴距可調(diào)170～350 mm;作業(yè)效率0.26～0.40 hm2/h;外形尺寸1 800 mm×1 100 mm×800 mm;整機質(zhì)量120 kg。

2.2.3.2多壟多行花生覆膜打孔播種機如2BMD-3/6型花生膜上穴播機[12]（圖5）。該機配套60 kW以上的拖拉機牽引作業(yè)，其功能主要是完成膜上打孔播種。作業(yè)時，拖拉機為電動下肥器和增壓泵提供電力，開溝鏟匯土成壟，培土鏟將土壓在地膜2側(cè);穴播輪帶動內(nèi)充種排種器轉(zhuǎn)動，種子順利導(dǎo)入排種管進(jìn)入鴨嘴，鴨嘴壓膜實現(xiàn)膜上打孔;同時在壟面的作用下打開鴨嘴，實現(xiàn)落種;后經(jīng)覆土鏟覆土，鎮(zhèn)壓輪鎮(zhèn)壓，完成播種。該機能完成起壟、施肥、噴藥、滴灌帶鋪設(shè)、鋪膜、覆土、膜上打孔播種等聯(lián)合作業(yè)。該機播種深度為30～50 mm;播種行數(shù)6行;行距270 mm;穴距可調(diào)180～220 mm;作業(yè)效率0.4～0.6 hm2/h;外形尺寸3 030 mm×2 740 mm×1 530 mm;整機質(zhì)量500 kg。

2.2.4花生免耕播種機該類機型主要完成秸稈覆蓋地的機械化免耕播種，可實現(xiàn)秸稈還田。能一次性完成滅茬、施肥、播種、噴藥、鎮(zhèn)壓、均勻覆秸等聯(lián)合作業(yè)，相對于傳統(tǒng)的旋耕機、播種機的分段作業(yè)，省時省工。

如麥茬全秸稈覆蓋地花生免耕播種機（圖6）。

該機配套75 kW以上的拖拉機牽引作業(yè)，其功能主要是完成滅茬和播種。作業(yè)時，拖拉機動力輸出軸帶動秸稈粉碎裝置轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)秸稈分流可調(diào)裝置，實現(xiàn)碎秸稈部分留田、部分收集，滿足農(nóng)藝要求;隨后由播種機進(jìn)行開溝、施肥、播種、覆土等作業(yè)，再由拋撒裝置將播種后的土地表面均勻覆蓋碎秸稈，完成免耕播種[13]。該機作業(yè)幅寬2 400 mm;播種深度可調(diào)30～70 mm;播種行數(shù)6行;作業(yè)效率0.53～0.67 hm2/h;長度可達(dá)3 200 mm;整機質(zhì)量500 kg。該機在技術(shù)方面還待改進(jìn)，同時增強對我國不同地域的適應(yīng)性，可推廣至不同類型產(chǎn)品的免耕技術(shù)和機械。

2.2.5花生玉米間作播種機該類機型主要完成花生和玉米的分機播種，可以一次性完成花生的起壟、開溝、施肥、噴藥、覆膜、播種及膜上覆土等聯(lián)合作業(yè)，還可以完成玉米的施肥和播種等作業(yè)。

花生玉米間作播種機（圖7）配套 60 kW 以上的拖拉機牽引作業(yè)，整機由中間的2壟4行花生播種機和分別位于2側(cè)的2行玉米播種單體組成，其功能主要是完成花生和玉米的播種。作業(yè)時，中間花生播種機和2側(cè)玉米播種單體分別作業(yè)，互不影響。該機播種花生適應(yīng)膜寬900 mm;播種深度可調(diào)30～50 mm;播種行數(shù)4行;行距220～250 mm;每穴2粒，播種玉米4行;行距600 mm;株距300 mm;整機作業(yè)效率0.45～0.65 hm2/h;外形尺寸 5 000 mm×4 100 mm×1 050 mm;整機質(zhì)量800 kg。

2.2.6氣吸式花生播種機該類機型采用的是氣吸式花生排種器，可以有效地減少種子的損傷和破碎。

如2MB-3/6氣吸精量花生鋪膜播種機（圖8）。該機配套60 kW以上的拖拉機牽引作業(yè)，其功能主要是完成膜上打孔和氣吸式花生精密播種。作業(yè)時，集土鏟與筑土鏟完成筑壟;肥料由開溝器將肥料埋入土中;在噴藥、覆膜后由氣吸式排種器的鴨嘴進(jìn)行膜上打孔播種;再由覆土圓盤膜上覆土，鎮(zhèn)壓裝置進(jìn)行鎮(zhèn)壓。該機可以一次性完成花生的起壟、施肥、噴藥、滴灌帶鋪設(shè)、覆膜、膜上打孔播種、膜上覆土及鎮(zhèn)壓等作業(yè)環(huán)節(jié)[14]，該機適應(yīng)膜寬900 mm;播種深度50 mm;播種行數(shù)6行;行距 220～250 mm;穴距可調(diào)100～200 mm;作業(yè)效率0.40～0.60 hm2/h;外形尺寸3 000 mm×2 780 mm×1 480 mm;整機質(zhì)量900 kg。

該氣吸式花生排種器，外有滾筒、鴨嘴等結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)花生膜上打孔播種，但其造價成本較高，相對技術(shù)還不是很成熟。

3排種器

排種器是花生播種機的核心部件， 其作業(yè)性能

的好壞將會直接影響花生的播種質(zhì)量。根據(jù)其工作原理的不同，可以分為機械式和氣力式2類。機械式花生排種器分為內(nèi)充式、傾斜圓盤碟式、窩眼輪式、水平圓盤式等[15];氣力式花生排種器分為氣吸式、氣吹式和氣壓式[16]。

3.1內(nèi)充式垂直圓盤排種器

內(nèi)充式垂直圓盤排種器是在花生播種機上應(yīng)用最多的排種器（圖9），該排種器制造成本低、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。排種器的工作過程可以分為充種、清種、護(hù)種和投種4個階段，作業(yè)時，由地輪帶動排種輪轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動1周為1個排種周期。種子通過進(jìn)種口進(jìn)入到排種器內(nèi)腔，受重力和離心力的作用先進(jìn)入排種輪上復(fù)式型孔的外孔，再逐漸進(jìn)入復(fù)式型孔的內(nèi)孔;在排種輪的轉(zhuǎn)動下，種子逐漸升高到最高位置，多余的種子落入充種區(qū);種窩內(nèi)的種子在護(hù)種板的作用下順利轉(zhuǎn)到投種區(qū);受重力和離心力的作用，完成投種。

內(nèi)充式垂直圓盤排種器作業(yè)速度低、傷種、漏播和重播等問題嚴(yán)重制約了花生播種機的作業(yè)效率和花生生產(chǎn)產(chǎn)量。孫玉濤等對內(nèi)充式垂直圓盤排種器作業(yè)性能進(jìn)行了試驗，確定了排種器性能最優(yōu)時的參數(shù)值[17];楊玉國等設(shè)計了1種斜槽底復(fù)式型孔結(jié)構(gòu)的花生排種器，有效地減少了種子在充種、清種、護(hù)種和投種階段的摩擦損傷[18];陳欣等針對花生排種器的型孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計與試驗，通過一種調(diào)整片來調(diào)節(jié)種窩尺寸的大小，從而控制排種器的排種量，提高排種器對種子尺寸的適應(yīng)性[19]。

3.2氣吸式花生排種器

氣吸式花生排種器是應(yīng)用較多的一種，但由于成本較高，相對技術(shù)還不是很成熟，氣吸式花生播種機難以在市場上推廣應(yīng)用。呂小蓮等設(shè)計了氣吸式花生精量穴播器（圖10），并進(jìn)行了試驗，獲取了最佳排種性能參數(shù)[20];何亞豪等對氣力式花生精量排種器關(guān)鍵技術(shù)深入研究，設(shè)計了一種氣力式花生精量排種器，增設(shè)了輔助夾持裝置，提高攜種穩(wěn)定性[16];張?zhí)鹛鸬仍谂欧N盤上增加了傾斜撥片和尾風(fēng)管，可以有效減少花生種子的空穴率[14]。以上試驗研究為下一步氣力式花生排種器的深入研究提供了理論依據(jù)和研究基礎(chǔ)。

4花生種植機械存在的問題及發(fā)展建議

隨著我國花生種植機械的開發(fā)與推廣應(yīng)用，市場上花生播種機種類繁多，要針對現(xiàn)有的花生播種機存在的問題，在以后的發(fā)展中不斷改進(jìn)創(chuàng)新，不斷完善，全面提高花生播種機的作業(yè)性能。

4.1存在問題

（1）我國對花生種植機械的研究較晚，但發(fā)展迅速，市場上涌現(xiàn)了多種類型的花生播種機，卻缺少相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。（2）我國花生種植面積較大，單一作業(yè)的機械很難滿足播種需要，大型聯(lián)合作業(yè)播種機成本相對較高，回本周期長，較難推廣。（3）我國花生聯(lián)合作業(yè)播種機可以完成花生種植的基本要求，但也存在諸多問題，整機適應(yīng)性差，各個裝置作業(yè)配合協(xié)調(diào)性低。（4）花生播種機排種器作業(yè)性能的好壞將會直接影響花生的生長質(zhì)量，我國應(yīng)用較多是機械式排種器，會對種子造成一定程度的損傷。（5）在膜上打孔播種的關(guān)鍵技術(shù)還不夠成熟，存在撕膜、竄膜等問題[15]。（6）我國對花生播種機智能控制方面的研究較少，機器在作業(yè)過程中性能參數(shù)及機器狀態(tài)不能及時反饋，影響對花生種植效果的判斷和機器故障的診斷。

4.2發(fā)展建議

（1）農(nóng)業(yè)機具的設(shè)計制造中要融合農(nóng)機農(nóng)藝，從使用者的角度設(shè)計出價格合理、容易操作、性能優(yōu)良的產(chǎn)品，切實滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要[21]。（2）在花生主產(chǎn)區(qū)和大地塊地區(qū)大力推廣大型的聯(lián)合作業(yè)種植機械，針對一些地塊小、坡度大的產(chǎn)區(qū)，加強對小型花生播種機的研發(fā)，加大小型花生播種機在這些產(chǎn)區(qū)的應(yīng)用推廣[7]。（3）整機各個裝置的配合還不夠完善，在裝置結(jié)構(gòu)功能、外形和材料方面做研究，簡化整機，省去一些不必要的結(jié)構(gòu)。有效的縮小整機尺寸，減輕整機質(zhì)量。（4）花生播種機應(yīng)用較多的是內(nèi)充式垂直圓盤排種器，可以從型孔、結(jié)構(gòu)和材質(zhì)等方面加大分析計算。氣力式花生排種器加工成本高，相對技術(shù)還不是很成熟，較難推廣，還需進(jìn)一步深入研究。（5）在膜上打孔播種的關(guān)鍵技術(shù)還需深入研究，對其鴨嘴的出入土角度和彈性裝置進(jìn)行參數(shù)計算和優(yōu)化改進(jìn)，多次試驗，確定最佳參數(shù)和結(jié)構(gòu)。（6）研發(fā)一套智能監(jiān)測與故障診斷的設(shè)備系統(tǒng)，實時監(jiān)測機器作業(yè)狀態(tài)，并根據(jù)機器的故障及作業(yè)參數(shù)不達(dá)標(biāo)的數(shù)據(jù)反饋，發(fā)出警報，及時進(jìn)行調(diào)整和維修。

5結(jié)論

農(nóng)村農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，離不開農(nóng)業(yè)機械。通過對以上不同類型花生播種機的分析可以看出，我國花生種植機械已趨于正規(guī)化[22]。農(nóng)業(yè)裝備的不斷增加，作業(yè)水平的不斷提高，社會化服務(wù)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，加快了我國農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展。隨著我國花生種植機械化的不斷發(fā)展，國家也相繼出臺了購買花生播種機補貼的優(yōu)惠政策，這充分調(diào)動了農(nóng)民購買花生播種機的積極性，同時加大了市場需求。

隨著花生種植機械的迅速發(fā)展，我們必須了解國內(nèi)外花生種植機械的新動態(tài)，掌握花生種植機械發(fā)展的趨勢，充分把握花生種植機械化發(fā)展的方向。借鑒國外先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)驗，向聯(lián)合化、大型化、高效化、智能化方向發(fā)展。結(jié)合我國現(xiàn)有的政策與情況，以市場為導(dǎo)向，研制符合我國特色的花生播種機，不斷完善花生種植機械，加快我國花生種植機械化的發(fā)展。全面提高花生種植效率和播種質(zhì)量，對增加花生產(chǎn)量、增加農(nóng)民收入以及提高農(nóng)產(chǎn)品的國際競爭力具有重要意義。

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