新疆棉花播種機械應用現狀及發展趨勢

董萬城，張立新，李文春，余思遙，王宇琪，卜浩然

（1.石河子大學機械電氣工程學院，新疆 石河子832000；2.圖木舒克銀豐現代農業裝備有限公司）

0 引言

新疆是我國最大的棉花產區，棉花作為其重要經濟作物，在國民經濟中具有舉足輕重的作用[1-2]。據國家統計局公布的數字，自2014 年以來，新疆棉花種植面積穩定在2 000 khm2以上，2019 年新疆棉花種植面積為2 540.5khm2[3]，占全國種植面積的76.1%。近年來，隨著新疆棉花種植面積的不斷擴大和種植模式的不斷改進，新疆棉花種植的機械化程度也在不斷提高。機械化不但可以達到棉田精耕細作的要求，提高其田間管理水平，而且可以大幅度提高勞動生產率，增加規模效益，以達到增產、增收的目的[4]。本文分析了當前新疆棉花播種機械的應用現狀及發展趨勢，為棉花種植機械化的發展提供了理論參考。

1 新疆棉花主要種植模式

新疆地處內陸干旱地區，降水量少，蒸發量大，土壤鹽堿化程度高，水資源嚴重匱乏[5]，針對這一氣候特點，目前新疆大部分地區采用膜下滴灌技術進行棉花種植，誕生了不同的種植模式，其中較為典型的3 種模式分別為：傳統模式、機采模式與超寬膜模式[6]。第一種傳統模式，如圖1（a）：該模式是曾經推廣時間最長、應用范圍最廣的一種手工采棉種植模式，覆膜寬度約為1.45 m，膜下共種植4 行棉花，兩側窄行距約為30 cm，中間寬行距約為40 cm（南疆一些地區也采用55 cm+20 cm 的行距），2 條滴灌帶分別位于兩側窄行中間，該模式隨著機采棉的廣泛應用，北疆地區已逐步淘汰，南疆部分人工采棉的地區還在采用該模式；第二種模式為機采棉種植模式，如圖1（b），隨著機采棉的推廣，為了滿足機械采棉的種植農藝要求，棉花種植模式發生了明顯變化，機采模式下覆膜寬度約為1.25 m，膜下共種植4 行棉花，兩側窄行距約為10 cm，中間寬行距約為66 cm，2 條滴灌帶都位于中間寬行內。該模式由于膜寬較窄，在防風方面比寬膜種植有一定優勢，因此，在南疆庫爾勒、阿克蘇等春季風沙大的地區目前大都采用此模式；第三種模式為超寬膜模式，如圖1（c），超寬膜模式下覆膜寬度約為2.05 m，膜下共種植6 行棉花，窄行距約為10 cm，寬行距約為66 cm，3 條滴灌帶分別位于寬行中間。該模式既能滿足機采棉要求，又具有更好的增溫、保墑效果，近年來在更多地區得到了應用，特別是北疆主要產棉區大都采用此模式，南疆圖木舒克等地區自2016 年以來也在逐步推廣該種植模式。綜上所述，采用“66 cm+10 cm”的種植模式以適應機采棉的需要將是今后新疆棉花種植的一大趨勢。

圖1 新疆棉花種植模式示意

2 新疆棉花種植機械發展的幾個階段

根據國家統計局網站公布的數據，如圖2，上世紀80 年代前新疆棉花生產的總體水平很低[7]。1980 年新疆棉花種植面積僅有181.2 khm2，不足全國棉花種植面積的4%。自80 年代以來，隨著地膜覆蓋、滴灌施肥等技術的引進，以及機采棉的普遍應用與推廣，棉花種植面積也在穩步增長。棉花的機械播種是棉花產業發展的基礎[8]，在棉花產業中起著重要作用。棉花種植機械從以前的單一播種，到目前基本實現了一次完成整地、鋪膜、播種、埋設滴灌帶、覆土和鎮壓等多項作業的聯合播種機。其主要經歷了三個階段：第一階段，上世紀80 年代以前，主要是功能單一的棉花播種機械，作業效率低，棉花產量低，全疆棉花種植面積僅有不到200 khm2；第二階段，上世紀80 年代初，隨著地膜種植的引進與迅速推廣，播種覆膜一體化的播種機械被研制出來，在較短時間內全面實現了地膜植棉機械化，引領了新疆鋪膜播種機械化技術的發展[8]；第三階段，20 世紀90 年代中后期，隨著滴灌覆膜植棉技術的應用與推廣，以及機采棉作業的廣泛使用，在地膜植棉技術的基礎上，提出了適于采棉機采收作業的全新棉花種植模式，研發了與新農藝相配套的系列聯合作業機具，可實現種床整理、鋪設滴灌帶、開溝覆膜、播種、覆土、鎮壓等作業一次性完成[9-10]。據統計，2018 年新疆棉花實際機采面積約為1333.3khm2，至2019年達到1666.6khm2，全區機采棉面積實現快速增長，占比40%左右，農機農藝正在配套完善中。其中北疆主要產區棉花機采率已超過90%，一些縣市接近100%。南疆機采棉相對發展較慢，機采率在30%左右，估計南疆機采棉近5 年會很快發展[11]。因此，目前新疆大部分地區的棉花播種機械都向著機采棉的聯合作業機具配套的方向發展，此類播種機械也是目前新疆棉花播種機械的主流產品。

圖2 新疆棉花歷年種植面積

3 當前新疆棉花播種機的主要類型

目前，新疆棉花種植普遍采用地膜覆蓋技術，并實現了機械化。棉花鋪膜播種機種類較多，經過三個階段的發展，功能愈來愈強，技術上也日臻完善[8]，基本可以實現種床整理、鋪設滴灌帶、開溝覆膜、播種、覆土、鎮壓等作業一次性完成。隨著機采棉的推廣，其播種行距也逐步固定為66 cm+10 cm。新疆市場上所使用的棉花播種機主要以新疆本地農機企業生產的大型鋪膜播種聯合作業機為主。小型播種機發展緩慢，工作質量和可靠性有待于加強[12-14]，主要用于小戶散戶棉農生產，隨著技術的發展必將逐步被淘汰。目前，新疆棉花播種市場上的主流機型是2MBJ 系列播種機，該機型具有結構簡單、操作方便、性價比高等特點，可一次完成平地、鎮壓、開溝、鋪膜、壓膜、膜邊覆土、膜上打孔穴播、膜空覆土及土帶鎮壓等多種工序，該機型有不同分類。

（1）根據配套動力、鋪設地膜寬度的不同，主要有2MBJ-1/4、2MBJ-1/6、2MBJ-2/8、2MBJ-2/12、2MBJ-3/12和2MBJ-3/18 等。主流產品為2MBJ-2/12 和2MBJ-3/12兩種，即2膜12行和3 膜12 行，其配套動力一般都在50～90kW，播種行間距為66 cm+10 cm，2MBJ-2/12 適用地膜寬度為205cm，目前該機型在北疆及南疆部分地區適用較多；2MBJ-3/12 適用地膜寬度為125 cm，該機型在南疆庫爾勒、阿克蘇等地區使用較多，主要技術性能參數如表1（以新疆天誠農機具制造有限公司的產品為例，其同類產品與此略有變化）：

表1 天誠鋪膜播種機技術參數

（2）根據工作原理不同，棉花排種器一般可分為氣力式和機械式兩種[15-16]。氣力式：由拖拉機動力輸出軸經兩級傳動帶動風機旋轉，使排種器氣吸室產生負壓，由吸種盤完成吸種，點種器鴨嘴通過變速齒輪帶動吸種盤旋轉完成投種，最后由點種鴨嘴完成在地膜上點種。通過更換不同的吸種盤可以播種棉花、玉米、打瓜等不同作物的種子。因其配有風機，因此噪音大，在地頭轉彎處作業時，由于風機轉速下降，造成該處漏播嚴重，因此，目前在單一棉花播種機械中采用氣力式排種器的不多；機械式：目前在新疆棉花播種機械中大都采用機械式精量穴播器，它有兩種型式：一是用機械方式直接從種群中精確拾取種子來確定排種量，如指夾式排種器，它對種子的形狀、尺寸要求嚴格，因此要對種子進行精選，有些種子還必須進行丸粒化處理，該形式在棉花播種上使用較少；二是通過控制種子體積來確定排種量，如各種孔式排種器、勺式排種器、窩眼輪式排種器，利用排種元件上的容腔從種子群中分別精確分離出單粒種子，因此種子的形狀和大小及型孔的形式對排種都有直接的影響[17]。在新疆棉花播種作業中，無論是氣力式還是機械式，目前都基本實現了精量播種，即每穴播1 粒種子，不需要間苗、定苗作業，大大減輕了棉農的體力勞動，降低了生產成本[17]。

圖3 其他機型的棉花播種機

（3）其他主流機型之外的衍生機型。一類是超大寬幅覆膜播種機。如新疆天誠農機具制造有限公司和石河子市鑫昌盛農機有限公司生產的2MBJ-3/18 鋪膜播種機，如圖3（a）、（b）。該機型一次作業播種18 行，機具寬達7.2～7.3 m，配套動力需80～130 kW，該機型過寬，不能折疊收放，在通過農村道路時存在一定問題，因此市場上應用不多；另一類是增加施肥功能的覆膜播種機，如新疆缽施然智能農機股份有限公司生產的2MBJF-2/12 機械式精量鋪膜施肥播種機，如圖3（c）。在實現以上功能的基礎上，又設置了肥箱和施肥裝置，實現施肥播種同步作業，但從目前農戶反饋情況，主要存在施肥量不穩定、均勻性差等問題，應用效果不理想，需進一步改進。

4 新疆棉花播種機械的發展趨勢

從調研情況來看，新疆棉花播種機械近年來發展迅速，單功能作業的小型機械已經相當成熟，并隨著市場的發展需要，正在逐步淘汰，大型多功能播種聯合作業機已成為新疆大型農場和農戶的主流產品，在今后的一段時期內大型聯合作業機械仍將占主導地位。隨著北斗導航、智能控制、液壓技術等在農業領域的應用，棉花播種機械也必將迎來新的機遇和發展。

4.1 信息化智能化在棉花播種機械中的應用

目前，在新疆棉花種植中，播種、覆膜、鋪管基本實現了全程機械化，在此基礎上，利用GPS、北斗導航、信息管理、智能控制等技術進一步提高播種機械的信息化、智能化水平必將是今后的一大發展趨勢。2012 年新疆兵團農機推廣部門就開展了衛星導航自動駕駛技術的試驗示范工作，2014～2016 年，八師133 團、134 團、148 團、149 團、150 團及石河子總場等累計已播種冬小麥6.66 khm2、春小麥23.3 khm2，播種棉花105.3 khm2[18]。2013 年，由中國工程院院士羅錫文帶領的華南農業大學團隊研發的國內首套“基于GPS 的輪式農業機械導航及自動作業系統”棉花鋪膜播種機在新疆兵團第八師121團33連棉田進行現場播種演示[19]。這些技術的應用都為棉花播種機械向信息化、智能化發展指明了方向。

4.2 同步變量施肥等作業的高度集成

新疆棉花的種植的一般作業程序是：施肥—耕整—播種，也有的地區在前一年進行了耕地整地，第二年開春進行施肥和播種。無論哪種方式，施底肥和耕地整地是棉花播種前必不可少的兩個環節。目前棉花播種前施底肥主要有兩種方式：一種是采用撒肥盤式撒肥機械，將底肥（主要是二銨、尿素、鉀肥等）撒在耕地表面；另外一種是采用開溝施肥機械，將肥料條播到土壤下，目前采用此種施肥方式較多。研發播種施肥一體的聯合作業機，將施肥環節和播種同步進行，減少作業環節，提高作業效率是今后棉花播種機械的一個發展方向。近年，一些企業研發了施肥和播種一體的機械產品，比如新疆缽施然智能農機股份有限公司的2MBJF-2/12 機械式精量鋪膜施肥播種機，實現了播種、施肥、覆膜、壓管同步進行，但其僅是將施肥裝置簡單集成到了覆膜播種機上，沒有單獨動力進行排肥驅動，排肥穩定性差、精確度底，并且不能夠實現變量控制。因此，研究變量可控的精準施肥播種機械，實現高度集成和智能控制將是新疆棉花播種機械的又一發展方向。

4.3 更大寬幅、高效率的大型聯合作業機

提高棉花播種作業效率的一個有效途徑就是增大一次作業時的幅寬，由于受配套動力以及道路通行能力的限制，目前市場上的主流機型為2MBJ-2/12 和2MBJ-3/12 兩種，其一次作業可以播種12 行，機型寬度為4.5m～4.7m。國內企業生產的2MBJ-3/18 型覆膜播種機，最大幅寬為7.3 m 左右，而國外一些大型免耕條播作業機，采用液壓技術實現機械設備的折疊與收放，可實現一次作業播種80 行，作業寬幅最高可達20 余米，作業效率大大提高。在借鑒國外同類產品的基礎上，運用液壓技術實現棉花播種機械的可折疊，使機具道路行走狀態時兩側機架與中間機架呈一定角度布置[20]，有效縮短機具的寬度，提高機具的道路通過性也是將來棉花播種設備的一個發展方向。

總之，棉花播種機械經過幾十年的發展，已基本實現了精量播種、覆膜、壓管等一體化作業，今后必將向信息智能化、高效大型化的方向發展。