種子繁育技術(shù)裝備讓育種更高效

玉米繁育播種機

“國以糧為本，糧以種為先?！狈N子是不可替代的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，是農(nóng)業(yè)科技進步的最重要載體，“優(yōu)良品種+優(yōu)質(zhì)種子”是確保農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增效的前提。

我國種業(yè)專業(yè)機械設備生產(chǎn)能力、質(zhì)量和技術(shù)落后，難以滿足高質(zhì)量種子的生產(chǎn)需求，國外育種機械價格昂貴，維修保養(yǎng)不便，育種單位無力承擔，且與我國農(nóng)藝模式不匹配。小區(qū)育種機械要實現(xiàn)份量播種與收獲，要求數(shù)行或小區(qū)同時進行，且行間或小區(qū)間不能混種，達到100%自凈，其特殊性使得大田機械無法滿足其作業(yè)要求。

“十三五”國家重點研發(fā)計劃“種子繁育技術(shù)裝備研發(fā)”項目由青島農(nóng)業(yè)大學牽頭主持,聯(lián)合原農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設計研究院、北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心等3家科研院所,以及中國農(nóng)業(yè)大學、浙江大學等6所高校和隆平高科等5家企業(yè)組成的創(chuàng)新團隊共同承擔。該項目突破多項核心技術(shù)，打破了國外育種機型的壟斷地位。

該項目負責人、青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院院長尚書旗20多年來一直致力于種子繁育精量播種技術(shù)研究與裝備開發(fā)。他告訴記者：“種子繁育裝備的研發(fā)對于解決國產(chǎn)種子繁育機械缺乏，育種長期依靠人工作業(yè)，勞動強度大、育種周期長、育種試驗精度差等嚴重制約育種進程的難題起著重要作用。該項目有利于加強中國育種機械化技術(shù)的研究，提升中國育種單位的育種實力，改變國內(nèi)育種單位的育種規(guī)模偏小、育種手段較為落后的現(xiàn)狀，提高育種工作效率、節(jié)省投資，縮短新品種的推出周期，扭轉(zhuǎn)作物良種依賴從國外引進的劣勢。”

理論創(chuàng)新 加強育種機械技術(shù)研究

萬丈高樓平地起，傳統(tǒng)人工育種模式正被智能育種機械化取代。育種裝備研發(fā)的突破解決了玉米、小麥、水稻、蔬菜(大白菜)等種子物理特性、損傷機理、活性健康等基礎研究缺乏的問題，為機械化種子繁育理論體系奠定基礎；解決了育制種區(qū)域多、土壤特性與種植模式差異大、播種與收獲壞節(jié)須自凈，以及種子繁育機械化程度低、人工勞動強度大、機具適應性差等問題?？s短了我國種子的繁育周期、提高了優(yōu)良新品種的繁育效率，推動了中國良種工程和現(xiàn)代種業(yè)的商業(yè)化發(fā)展，促進了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，確保了國家糧食戰(zhàn)略安全。

一是高精度自凈份量排種技術(shù)。研究排種腔與清種腔獨立分離結(jié)構(gòu)的氣吸式排種器，實現(xiàn)排種過程與清種過程互不干擾。采用立式旋轉(zhuǎn)排種技術(shù)，滿足了育種試驗小區(qū)間不得混種的要求，實現(xiàn)了排種過程與清種過程互不干擾，清種率達100%。研究小區(qū)與連續(xù)播種模式同機互換、多傳感器融合的種粒監(jiān)測技術(shù)，通過電驅(qū)動實現(xiàn)精量排種器高速排種及株距無級調(diào)節(jié)控制。

二是抽穗去雄與“擊穗-氣吹”授粉技術(shù)。對玉米雄穗抽取機構(gòu)開展研究，突破了柔性抽穗去雄技術(shù)，研發(fā)了柔性拔取式玉米去雄裝置、去雄機構(gòu)智能仿形控制裝置，實現(xiàn)了高效快速去雄作業(yè)。研究機械－氣力式水稻授粉技術(shù)，建立了花粉氣/固兩相流模型，探明了氣流速度、角度對花粉運動軌跡的影響規(guī)律，獲得氣流輸送花粉的較佳速度與角度，突破了氣力式授粉基礎理論問題，為氣力式授粉奠定了理論與試驗基礎。

玉米去雄作業(yè)機

三是柔性脫粒與自凈份量收獲技術(shù)。研發(fā)了內(nèi)壁流線導流曲面+分段式振動全覆蓋氣流清選技術(shù)，解決了籽粒在收獲通道死角滯留和堵塞問題。實現(xiàn)谷物繁育收獲的無損傷脫粒清選，保證了小區(qū)收獲自凈。突破了小籽粒清選技術(shù)，研發(fā)了一種基于橫流風機-內(nèi)流式圓筒篩組合的小差異混雜細粒籽粒分離清選裝置，研制了蔬菜（大白菜）繁育收獲機填補了國內(nèi)外空白。

四是種子繁育北斗定位與導航技術(shù)。研究基于北斗導航的小區(qū)作業(yè)面積精準計算、小區(qū)行長精確控制、小區(qū)間整齊分布控制、播種過程中的自動駕駛技術(shù)，研發(fā)了地塊與作物產(chǎn)量信息+基于BDS的小區(qū)作業(yè)路徑規(guī)劃技術(shù)，探索核心技術(shù)控制節(jié)點和規(guī)律，突破低成本北斗高精度定位與智能控制終端的融合，優(yōu)化定位算法，創(chuàng)建數(shù)字化仿真模型，解決了播種與收獲過程中定位（位置、速度）精度低、時間頻率不同步等問題。

五是播種關鍵品質(zhì)無損檢測與精選技術(shù)?；诮t外光譜技術(shù)，研發(fā)了種子活力無損實時檢測及分級技術(shù)，研制了種子活力無損實時檢測及分級裝置，進行單粒種子活力檢測，實現(xiàn)了種子活力狀況在線檢測及快速分選。

技術(shù)水平 填補國內(nèi)研發(fā)空白

該項目成員、海南大學教授楊然兵告訴記者：“我們研發(fā)的產(chǎn)品填補了國內(nèi)研發(fā)空白，實現(xiàn)了從0到1的突破。清種率、漏播率、重播率等技術(shù)指標領先國外同類型機型，解決了我國種子繁育行業(yè)依靠人工作業(yè)效率低、精度差，進口品牌長期壟斷市場、無國產(chǎn)育種試驗機械的問題?！?/p>

該項目突破了小區(qū)種子自動供種、自動清種、智能控制系統(tǒng)、柔性去雄授粉機理、去雄自動調(diào)控、收獲自凈、柔性脫粒、種子活性辨別、智能圖像處理等多項技術(shù)，在核心技術(shù)指標、作業(yè)適應性上超過了奧地利WINTERSTEIGER公司、美國ALMACO公司和德國HALDRUP公司的同類機型，價格僅為國外售價的1/3左右，倒逼其降價1/4以上，打破了國外產(chǎn)品在中國的壟斷地位。研制了玉米繁育播種機、水稻繁育播種機、小麥繁育播種機、蔬菜（大白菜）繁育播種機、玉米去雄作業(yè)機、水稻授粉作業(yè)機、玉米繁育摘穗收獲機、玉米繁育籽粒收獲機、稻麥繁育收獲機、蔬菜（大白菜）繁育收獲機、種子精細選別等種子繁育裝備18種和種子活性與健康檢測系統(tǒng)2套，彌補了我國田間機械化育制種試驗領域的空白。

成果轉(zhuǎn)化 提高育種效率

田間育種涵蓋了不同作物的育種領域和育種生產(chǎn)過程中的每道工序，是一個耗費巨大勞力和財力的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程。小區(qū)育種機械化裝備能夠降低勞動強度、提高工作效率、大幅提高試驗精度、縮短育種周期，加快育種科研進程。我國許多地方、區(qū)域都建有自己的種子試驗基地，田間育種機械化裝備可以成倍地提高工作效率，小區(qū)機械化播種是人工播種效率的8-10倍，收獲機械化效率是人工收獲、脫粒作業(yè)的近23倍，且可以達到人工很難實現(xiàn)的功效。裝備的研發(fā)解決了我國當前規(guī)?；品N存在的種子質(zhì)量偏低、制種成本高、生產(chǎn)效率低等問題，突破作物機械化播種、收獲、田間管理、產(chǎn)后處理等多項關鍵技術(shù)，極大提高我國小區(qū)種子繁育產(chǎn)業(yè)化水平，支撐種子產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展，提升種子繁育機械化技術(shù)水平，提高種子產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)收益。

該項目目前已經(jīng)完成成果轉(zhuǎn)化，產(chǎn)品具有完全自主產(chǎn)權(quán)，可以通過專利權(quán)轉(zhuǎn)讓、實施許可等形式轉(zhuǎn)讓。成果已在河南豪豐機械制造有限公司和中機美諾科技股份有限公司等單位生產(chǎn)并進行了轉(zhuǎn)化。成果轉(zhuǎn)化后突破了小區(qū)玉米繁育收獲間隙自調(diào)式仿形摘穗和雙滾筒橡膠柔性脫粒等16項核心技術(shù)；播種機節(jié)本增效使育種專家擴大其種子試驗和驗證的樣本組合數(shù)量；去雄機和授粉機作業(yè)良好，種子精細選別及活力健康檢測裝置實現(xiàn)種子質(zhì)量的提升。研發(fā)成果大大提高了種子繁育機械作業(yè)過程中的效率和精度，對于保障國家糧食戰(zhàn)略安全具有重要意義。

種子繁育技術(shù)裝備在山東農(nóng)科院作物所、濟寧市農(nóng)業(yè)科學研究院、鐵嶺東升玉米品種測試中心、綏化市耕鈺現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技有限公司、四平天緣農(nóng)業(yè)技術(shù)開發(fā)有限公司等地進行了多輪田間試驗，播種的均是各單位的正式品種試驗，具有示范和推廣意義，共播種面積2500余畝，節(jié)省人力成本近140萬元。

據(jù)楊然兵介紹，小區(qū)播種機械每臺樣機只需配備2-3名作業(yè)人員，將春播和夏播試驗的播種時間縮短70%，機器播種可以搶墑、保全苗，將試驗報廢率降低近80%。

小區(qū)玉米收獲機械通過更換割臺和割刀并作調(diào)整后即可對不同的農(nóng)藝品種進行收獲，對20米長的試驗小區(qū)種子收獲只需0.24分鐘，在隔離帶停車僅需1分鐘即可自動清理殘留種子，同時完成自動清選、自動計量、自動取樣、自動裝袋及標號等工作，1臺收獲機械每天可以收獲380個小區(qū)、1臺稻麥繁育收獲機可替代200個人工以上，1臺蔬菜（大白菜）繁育收獲機可替代150個人工以上，按照每年作業(yè)2000畝計算，每畝節(jié)本600元，共可節(jié)約120萬元。按我國雜交玉米制種300萬畝計算，制種玉米去雄機市場需求預計在1000臺左右，按60萬元/臺計算，可實現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)值6億元。目前我國年水稻制種面積200萬畝以上，按每種水稻授粉機平均每天可授粉面積100畝計算，每年工作20天計算，一臺水稻授粉機可授粉面積2000畝，大約需要各類水稻授粉機1000臺以上進行授粉作業(yè)，按10萬元/臺計算，預計每年水稻授粉機有近1億元工業(yè)產(chǎn)值。種子精細選別與活性健康檢測技術(shù)裝備，實現(xiàn)了種子活力檢測及實時分級，檢測精度達95%、檢測效率大于67粒/分，提升了品種選育與田間試驗效率。

提高了獲取試驗數(shù)據(jù)的準確度（避免人工作業(yè)的誤差）和及時性，增加了小區(qū)之間的可比性和考核指標的一致性，解決人工或大田機械不能完成的工作，打破國外進口機型的壟斷地位，使育種單位的購機成本降低60%，提高了育種試驗專用機械的可及性。通過科研平臺的試驗和市場反饋機制不斷改進收獲機，促進了玉米繁育收獲機的升級換代，加快了農(nóng)業(yè)裝備科技成果轉(zhuǎn)化，有效提高了農(nóng)業(yè)裝備科技含量和作業(yè)性能。

2018年至今，項目組研發(fā)的玉米、稻麥、蔬菜（大白菜）繁育播種與收獲機、玉米制種去雄機、水稻趕粉機、種子活性健康檢測系統(tǒng)分別在多家科研院所和育種單位針對不同土壤條件、不同模式下的播種、收獲、田間管理、產(chǎn)后處理等環(huán)節(jié)進行田間作業(yè)，機具自凈程度好，作業(yè)效率高，綜合經(jīng)濟效益高，為育種單位節(jié)省大量人力、物力成本，提高試驗精度，加快新品種培育進程，取得良好效果。

未來展望 種子繁育裝備技術(shù)創(chuàng)新大有可為

目前小區(qū)育種機械研發(fā)主要針對小麥、玉米等谷物，很多作物品種的播種收獲技術(shù)尚待驗證完善，通用機型或者專用機型研發(fā)將會進一步擴大適用作物范圍。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，自動化、智能化技術(shù)與大型小區(qū)育種機械深度融合將成為小區(qū)育種機械發(fā)展的趨勢，進一步提高育種作業(yè)性能，實現(xiàn)人工無法替代完成的實質(zhì)技術(shù)性的變革，改變工作環(huán)境的無人駕駛、人機交互遠程控制自動精準播種的物聯(lián)網(wǎng)操作平臺、高效播種狀態(tài)控制及自動實時監(jiān)測平臺、自動實時傳輸記錄試驗數(shù)據(jù)的云端服務平臺等高新技術(shù)融合的新一代小區(qū)育種播種機將給未來小區(qū)育種田間試驗機械化帶來重大技術(shù)變革。

尚書旗表示，“十四五”期間，農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的主要著力點是聚焦“全程導向、綠色引領、創(chuàng)新驅(qū)動、數(shù)字賦能、合力推動”。我國農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展還存在不少短板和弱項，需要加大農(nóng)機農(nóng)藝融合和機械化生產(chǎn)模式探索，以及農(nóng)機裝備研發(fā)與試驗示范，通過智能化、數(shù)字化技術(shù)，全面提升農(nóng)機裝備制造水平和生產(chǎn)管理水平。“十四五”及今后農(nóng)業(yè)機械化與農(nóng)機裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展，要著眼全產(chǎn)業(yè)鏈強化農(nóng)機裝備研發(fā)制造和推廣應用。

未來可以在小區(qū)田間育種規(guī)模大的企業(yè)、高校及科研院所設立流動服務站，為技術(shù)人員提供培訓及田間試驗承包等新模式的應用服務，進一步發(fā)掘潛在的小區(qū)育種播種機應用服務市場，建立更新穎、更和諧的供求合作關系，克服小區(qū)育種播種機應用領域窄，每年利用時間短等缺陷，推動小區(qū)育種播種機械化健康發(fā)展。