農(nóng)機(jī)農(nóng)藝相結(jié)合 提高谷子機(jī)械化水平

焦海濤，吳海巖，李霄鶴，楊志杰，劉煥新

（河北省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所有限公司 河北 石家莊 050051）

谷子是我國的傳統(tǒng)種植作物，也是我國的重要糧食作物之一。我國谷子種植區(qū)主要集中在干旱、半干旱區(qū)的丘陵地帶，種植模式較多[1]。谷子機(jī)械化生產(chǎn)研究起步較晚，與其他大宗糧食作物相比，生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)發(fā)展落后，且由于種植地區(qū)地貌復(fù)雜，適用于谷子生產(chǎn)的專用機(jī)具較少。目前現(xiàn)有的機(jī)具大多是通過稻麥機(jī)具改造而成，適用地區(qū)較窄?；诖耍瑢δ壳拔覈茸訖C(jī)械化生產(chǎn)的研究進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)梳理，針對谷子機(jī)具研發(fā)的現(xiàn)狀與特點(diǎn)，提出了未來谷子機(jī)械化發(fā)展的方向。

1 谷子播種機(jī)械化研究進(jìn)展

谷子是我國的傳統(tǒng)種植作物，種植面積居世界第1 位[2]，主產(chǎn)區(qū)多集中在經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)、技術(shù)相對落后的干旱和半干旱的丘陵地帶，且種植方式繁多。與小麥、玉米和水稻相比，我國谷子種植地區(qū)多為丘陵地帶，種植面積較小，機(jī)具需求量少，生產(chǎn)機(jī)械化研究起步較晚且發(fā)展滯后，一直處于較低水平。隨著人們生活水平的提高以及對小米營養(yǎng)價(jià)值認(rèn)識的提高，近些年谷子需求量突增，急需發(fā)展谷子機(jī)械化生產(chǎn)。因此，東北、山西、河北、內(nèi)蒙等地區(qū)的科研院所不同程度地開展了谷子生產(chǎn)機(jī)具的研究。河北省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所成功研制了2BF 型系列小粒作物播種機(jī)，該機(jī)具結(jié)構(gòu)簡單，采用小子粒排種器，可使播量均勻精確、播深一致，適用于平原地區(qū)或丘陵地帶的谷子、糜子等小粒作物精量免間苗播種，可實(shí)現(xiàn)少間苗、免間苗。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)谷子創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)成功研制的谷子膜側(cè)溝播機(jī)，在耕整地上進(jìn)行覆膜后膜側(cè)播種，可以有效利用覆膜后形成微壟所產(chǎn)生的集雨作用，充分利用天然降水，提供種子播種后發(fā)芽生長期的水分供給，大大提高了山地丘陵地區(qū)谷子的成活率。

2 播種機(jī)具研究進(jìn)展

鑒于谷子等小子粒谷物的農(nóng)藝特性，精少量播種、株距均勻、播深一致可以節(jié)省大量種子，減少間苗用工，保證谷物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，是谷子播種的關(guān)鍵。研究表明[3～8]，目前實(shí)際生產(chǎn)中播種機(jī)械主要有精量條播機(jī)、精位穴播機(jī)、釘式播種機(jī)、氣吸播種機(jī)和勺式播種機(jī)5 種；從種植方式上可分為常規(guī)平播機(jī)、壟上播種機(jī)、覆膜側(cè)播播種機(jī)等。

精量條播機(jī)由機(jī)架、種箱、排種機(jī)構(gòu)、覆土器和鎮(zhèn)壓輪組成，且每行均設(shè)有單體仿形機(jī)構(gòu)，播深一致。機(jī)具的播量精確并可調(diào)，直槽輪改為斜槽輪，播種均勻、準(zhǔn)確，播量精確、可調(diào)，可以免間苗或者少間苗；熟地、免耕地均可播種。精量穴播機(jī)結(jié)構(gòu)與條播機(jī)相似，采用設(shè)計(jì)的窩眼式排種器，無刮種器設(shè)計(jì)，不傷種，穴距準(zhǔn)確、穴粒數(shù)可調(diào)。精位穴播機(jī)免間苗，大大降低了勞動強(qiáng)度；單組仿形設(shè)計(jì)，播深穩(wěn)定。釘式播種機(jī)由傳統(tǒng)的重力充種改為旋轉(zhuǎn)動力取種，排種部件為通用模式，有大播量模式和小播量模式，二者切換采用鎖止按鈕設(shè)計(jì)，該機(jī)具同時(shí)具備播種谷子、高粱、小麥等作物。氣吸播種機(jī)采用負(fù)壓吸種，單粒精播，可以顯著降低漏播率和重播率，對種子大小適應(yīng)性強(qiáng)，不會損傷種子，株距合格率高，可實(shí)現(xiàn)高速播種，大大提高播種作業(yè)效率。覆膜播種機(jī)廣泛應(yīng)用于墑情較差的區(qū)域，分為膜上和膜側(cè)播種2 種形式。覆膜播種可以使土壤的供水能力增強(qiáng)，促進(jìn)作物的蒸騰蒸散量，使有限的水分得到高效利用，節(jié)水、保墑效果好，出苗整齊，可靠性高。

3 谷子播種機(jī)械化發(fā)展趨勢

我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展已經(jīng)步入新常態(tài)，認(rèn)識新常態(tài)、適應(yīng)新常態(tài)、引領(lǐng)新常態(tài)是當(dāng)前和今后一段時(shí)期經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大邏輯。新常態(tài)下，認(rèn)識和厘清現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的內(nèi)涵與外延，深化創(chuàng)新，向土地要效益，提高農(nóng)戶的收入，加快和推進(jìn)當(dāng)前谷子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。針對谷子播種作業(yè)環(huán)節(jié)的問題，考慮農(nóng)機(jī)農(nóng)藝相融合，以方法創(chuàng)新、技術(shù)突破、裝備研發(fā)為技術(shù)路徑，建立谷子播種機(jī)械化技術(shù)體系。

3.1 精準(zhǔn)化播種

3.1.1 精選種子是基礎(chǔ) 種子質(zhì)量的優(yōu)劣不僅影響農(nóng)作物產(chǎn)量，還影響農(nóng)作物品質(zhì)。剔除混入的異作物或異品種種子，以及不飽滿、蟲蛀或劣變的種子后，選用充實(shí)飽滿的種子播種，不僅可以減少播種量，還可以保證種子發(fā)芽出苗齊壯。精選后的種子往往生長勢和抗逆性強(qiáng)，出苗迅速整齊，成苗率高，增產(chǎn)潛力大，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)，經(jīng)濟(jì)效益高。提高種子純度和凈度，保證種子的發(fā)芽率和種子活力，是實(shí)現(xiàn)機(jī)具精量播種的重要保證。

3.1.2 精量播種器是實(shí)現(xiàn)精量播種的工具 目前，市場上廣泛應(yīng)用的小子粒排種器包括窩眼式、斜槽輪式、勺式和釘齒式排種器等，均或多或少地存在一些不足。如窩眼式排種器容易護(hù)種帶卡種子、子粒數(shù)量不均勻，造成出苗率低、出苗不整齊。因此在研究過程中，注重改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)排種輪結(jié)構(gòu)；篩選和優(yōu)化毛刷及護(hù)種帶材料；注重模具加工，保證窩眼的制作工藝。

3.1.3 作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化 制定機(jī)械化精準(zhǔn)播種標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化播種。在大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，歸納總結(jié)了精準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)6 個(gè)，分別為單粒率≥85%，空穴率＜5%，傷種率≤1.5%，播深要一致，誤差≤1 cm，株距要一致合格率≥80%；種子左右偏差≤4 cm。這些指標(biāo)的確定為實(shí)現(xiàn)中耕、除草、噴藥的機(jī)械化奠定了基礎(chǔ)。

3.2 種植模式化

我國幅員遼闊，不同區(qū)域氣候、耕作條件、土壤特性、年積溫和播種時(shí)期墑情差異大，栽培制度和種植方式均有不同。在研發(fā)谷子機(jī)械化機(jī)具時(shí)，要遵循因地制宜的原則，充分將農(nóng)機(jī)農(nóng)藝相融合，根據(jù)栽培模式篩選、設(shè)計(jì)相配套的區(qū)域化農(nóng)機(jī)設(shè)備。

3.2.1 華北中南部平原區(qū) 該地區(qū)土地平坦，播種時(shí)的墑情可以采用機(jī)井、河渠灌溉來補(bǔ)足，墑情條件容易控制，播種前先對土地進(jìn)行旋耕整地。其耕種模式為旋耕—鎮(zhèn)壓—平作條播或壟作條播，相對應(yīng)的配套機(jī)具為旋耕機(jī)—鎮(zhèn)壓器—條播機(jī)或壟播機(jī)。

3.2.2 西北山丘區(qū) 該地區(qū)地勢起伏，土質(zhì)較松軟，土壤墑情難以維持，灌溉條件有限，且春季風(fēng)沙較大，主要采用搶墑播種，生產(chǎn)管理過程中作物生長所需水分大多依靠自然降水。因此宜采用覆膜播種。其耕種模式為旋耕—鎮(zhèn)壓—半（全）覆膜穴播，相對應(yīng)的配套機(jī)具為旋耕機(jī)—鎮(zhèn)壓器—覆膜機(jī)。

3.2.3 東北大平原區(qū) 該地區(qū)土質(zhì)肥沃土壤黏度大，多采用大型牽引播種機(jī)進(jìn)行播種，采用平播配合中期除草起壟的免耕播種模式。目前在遼西地區(qū)出現(xiàn)了小型的輕免播種機(jī)。其耕種模式為秋季深松—春玉米茬口—免耕播，或者秸稈粉碎—夏小麥茬口—免耕播。相對應(yīng)的配套機(jī)具為深松機(jī)—免耕機(jī)，或者還田機(jī)（收獲機(jī)粉碎）—免耕機(jī)。

3.3 機(jī)具智能化

作為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)重要組成部分的農(nóng)用機(jī)械，其信息化和智能化主要體現(xiàn)在：引入衛(wèi)星定位和導(dǎo)航系統(tǒng)，提高土地利用率；引入機(jī)、電、氣、液一體化技術(shù)，降低勞動強(qiáng)度簡化操作；引入傳感器反饋系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控播種質(zhì)量[9～11]。

3.3.1 拖拉機(jī)安裝導(dǎo)航駕駛系統(tǒng) 該系統(tǒng)主要包括拖拉機(jī)前輪轉(zhuǎn)向處的高精度角度傳感器，支架中央位置安裝電臺天線，電動方向盤由驅(qū)動電機(jī)、花鍵套筒、固定支架、專用方向盤組成，導(dǎo)航精準(zhǔn)度達(dá)到±2.5 cm，有效解決了播行不直、接行不準(zhǔn)的問題，為后續(xù)噴藥、施肥、收獲作業(yè)等保持高度一致性提供了技術(shù)支持。同時(shí)保證了精確間距，降低重耕率、漏耕率。

3.3.2 播種作業(yè)信息監(jiān)測 播種作業(yè)信息監(jiān)測是現(xiàn)代精播機(jī)的重要組成部分，可以有效對播種環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，出現(xiàn)故障時(shí)可以及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號。機(jī)具在播種作業(yè)時(shí)，僅憑人的視聽無法直接監(jiān)視其作業(yè)質(zhì)量，如在播種作業(yè)時(shí)發(fā)生堵塞、下種量異常、排種器傳動失靈等故障均影響播種的正常進(jìn)行，導(dǎo)致出苗不整齊。尤其是大型寬幅精播機(jī)，其作業(yè)速度高、播幅寬，一旦發(fā)生上述現(xiàn)象則會造成大面積的漏播，必然造成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。

針對目前市場上現(xiàn)有的播種監(jiān)測系統(tǒng)，在氣吸式精播機(jī)上安裝排種監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測播種機(jī)排種量、排種速度、播種間距、播種面積、單播率、重播率、漏播率等，由傳感器、光電轉(zhuǎn)換路、報(bào)警控制和信號顯示裝置構(gòu)成的排種監(jiān)測系統(tǒng)。能夠適時(shí)監(jiān)控各個(gè)排種器的工作狀態(tài)，可以通過控制補(bǔ)償裝置對播種情況及時(shí)修正，包括漏播、播種機(jī)排種量、排種速度性能參數(shù)等。同時(shí)將原有的機(jī)械式地輪驅(qū)動排種改為電機(jī)控制驅(qū)動排種，并與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合，通過預(yù)先設(shè)定好的數(shù)據(jù)，無論拖拉機(jī)行駛速度的快慢，都可以精確地保證單位面積播量的穩(wěn)定、準(zhǔn)確。

3.4 加快山丘區(qū)薄弱生產(chǎn)機(jī)械化

我國山丘地區(qū)谷子種植面積占比較大，具有地塊面積小、分布零星等特點(diǎn)。這些地區(qū)大多經(jīng)濟(jì)、技術(shù)相對落后，且不具備灌溉條件，現(xiàn)代化的大型農(nóng)用機(jī)具難以進(jìn)地作業(yè)。加快山丘區(qū)專用機(jī)具的研制，以中小微型機(jī)械為主要研究對象，從不同作物機(jī)型中借鑒、改進(jìn)是山丘區(qū)機(jī)具研究的重點(diǎn)和方向。增加通用性機(jī)型的研發(fā)與推廣，達(dá)到一機(jī)多用、節(jié)約成本、提高效益的目的，彌補(bǔ)山丘區(qū)谷子薄弱生產(chǎn)環(huán)節(jié)的機(jī)械短板。

4 谷子高粱播種機(jī)械化發(fā)展建議

4.1 政策引領(lǐng)與資金扶持

長期以來，適宜谷子播種、收獲的機(jī)具研究與研發(fā)較少。應(yīng)加強(qiáng)政策和資金的幫扶，重點(diǎn)用于專項(xiàng)支持和組織科研單位與生產(chǎn)企業(yè)相對接，針對研發(fā)中的重點(diǎn)、難點(diǎn)問題進(jìn)行科技攻關(guān)，開展積極有效的合作，研制專門適用于谷子播種的適宜機(jī)械，實(shí)現(xiàn)谷子生產(chǎn)播種、收獲的全程機(jī)械化。

4.2 農(nóng)機(jī)農(nóng)藝相融合

農(nóng)機(jī)農(nóng)藝有機(jī)融合，農(nóng)機(jī)為農(nóng)藝服務(wù)，農(nóng)藝為農(nóng)機(jī)提供依據(jù)。根據(jù)不同的種植區(qū)域，制定規(guī)范栽培技術(shù)，從播種前整地、播種到中期的田間鋤草、噴藥，最后到收獲，制定一套科學(xué)、系統(tǒng)的技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上配套相應(yīng)的農(nóng)機(jī)，提高農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝的適配性，最大程度地發(fā)揮機(jī)械化的優(yōu)勢。

4.3 建立農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合創(chuàng)新示范基地

谷子產(chǎn)業(yè)機(jī)械化在經(jīng)歷了初期發(fā)展后總結(jié)發(fā)現(xiàn)，市場對于機(jī)具的需求迫切。由于地域的限制，用戶掌握的機(jī)具信息量有限，這就要求我們針對目前谷子生產(chǎn)環(huán)節(jié)應(yīng)用較為成熟的農(nóng)機(jī)具進(jìn)行嚴(yán)格的篩選、分類、制定使用規(guī)范，進(jìn)而推廣應(yīng)用；針對大面積應(yīng)用機(jī)具存在的問題進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)；加快研究步伐，盡快將成熟的信息化集成技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)機(jī)裝備上，以提高現(xiàn)有機(jī)具的智能化水平；建立農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合創(chuàng)新示范基地，提高該配套技術(shù)和機(jī)具的影響力。