玉米精密播種技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望

白海超，衣淑娟，馮召華

（黑龍江八一農(nóng)墾大學工程學院，黑龍江 大慶 163319）

近年來，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要經(jīng)營模式逐漸向規(guī)模化和集約化方向發(fā)展，為有效確保糧食作物耕種面積和產(chǎn)糧任務(wù)、保證在高產(chǎn)期完成播種作業(yè)，對玉米精密播種技術(shù)提出了更高的質(zhì)量要求。玉米精密播種技術(shù)總體包括玉米籽粒精密排種技術(shù)、玉米籽粒平穩(wěn)投種技術(shù)、玉米籽粒精準著床技術(shù)三個方面。本研究將結(jié)合現(xiàn)階段我國玉米生產(chǎn)種植模式，通過對上述玉米精密播種技術(shù)研究進展進行綜述，在此基礎(chǔ)上，展望我國玉米精密播種技術(shù)發(fā)展趨勢。

1 玉米精密播種技術(shù)概述

玉米精密播種技術(shù)是指利用配套的精密播種機具，依據(jù)相應(yīng)的農(nóng)藝要求將種子精準定量平穩(wěn)地輸送到由開溝器開出的種床處[1]，同時要保證玉米籽粒的播深一致性與粒距均勻性，從而實現(xiàn)對玉米精密播種機高速、高效、高質(zhì)量的作業(yè)要求。玉米精密播種技術(shù)通過相應(yīng)機具實現(xiàn)一次性完成多種作業(yè)的同時，可降低種子的使用量，達到實現(xiàn)玉米標準化種植模式的目的。除此之外，還可為后續(xù)的施肥、噴霧作業(yè)提供便利，有效地提高玉米單產(chǎn)量，是目前最主要的玉米播種方式之一。

2 玉米精密播種技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 玉米單粒精密排種技術(shù)

排種器作為玉米精密播種技術(shù)的關(guān)鍵部件，要求其具有較好的排種性能，保證其不出現(xiàn)重播漏播的同時能夠平穩(wěn)持續(xù)地輸入均勻種子流。機械式玉米精密排種器因其可靠性高，整體結(jié)構(gòu)及加工制造工藝相對于氣力式排種器來講較為簡單，與窩眼輪式排種器相比，也具有對種子損傷小的優(yōu)點。同時，搭載機械式玉米排種器的機具還具有整機質(zhì)量較輕、靈活性較好的特點，廣泛應(yīng)用于中小型播種機具中。常見的機械式玉米精密排種器主要有勺輪式和指夾式兩類，如圖1所示。

圖1 機械式玉米精密排種器

1）勺輪式排種器通過導(dǎo)種葉輪與排種勺的同步旋轉(zhuǎn)，在充種區(qū)完成舀取種子的充種過程，進一步隨著排種盤的旋轉(zhuǎn)在清種毛刷和重力的協(xié)同作用下完成清種過程[2]，種子進一步通過導(dǎo)種葉輪完成排種，從而實現(xiàn)單粒精密排種過程。目前，國內(nèi)多家農(nóng)機企業(yè)研制開發(fā)的多款精密播種機多配套勺輪式排種器完成相應(yīng)的排種作業(yè)，在低速時，具有較好的播種效果，但此類排種器工作時易受振動影響而出現(xiàn)嚴重的漏播。

2）指夾式排種器采用凸輪機構(gòu)控制指夾在預(yù)期位置執(zhí)行指夾的開啟與關(guān)閉，完成攜種、清種、排種的工作過程，由于指夾與固定圓盤之間存在一定夾持力，可有效降低排種器在排種過程中因振動等外界不良條件對種子運移的影響，提高播種精度。耿端陽等[3]針對指夾式排種器在工作過程中易對種子造成損傷的問題，設(shè)計了一款伸縮指夾式排種器，具有結(jié)構(gòu)簡單，對種子損傷小，對種子大小及形狀適應(yīng)性好的優(yōu)點，可有效提高充種精度，降低漏播率。王金武等[4]通過臺架試驗探究了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)與工作參數(shù)對指夾玉米排種器工作性能的影響，當指夾彈簧絲徑為0.77 mm、排種器轉(zhuǎn)速小于19.2 r/min時，合格指數(shù)為86.9%。唐漢等[4]為改善指夾式排種器的作業(yè)質(zhì)量與工作效率，創(chuàng)新設(shè)計了一款波紋曲面指夾式玉米精量排種器，并對其開展了相關(guān)研究，得到了所設(shè)計排種器的最優(yōu)結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)組合[5]。目前，指夾式排種器在我國得到了逐步的推廣應(yīng)用，正逐步替代勺輪式排種器，但其在高速作業(yè)時，仍存在排種穩(wěn)定性不足、排種效率有待提高的問題。

3）氣力式精量排種器依靠空氣壓力或真空負壓完成充種過程，通過排種器上機械式清種結(jié)構(gòu)或清種毛刷完成清種，實現(xiàn)玉米單粒精密排種過程。此類排種器對各品種玉米種子均具有較好的適應(yīng)性，傷種率低，在高速作業(yè)時仍可實現(xiàn)精密播種。河北農(nóng)哈哈機械集團有限公司、北京德邦大為科技股份有限公司等農(nóng)機企業(yè)研制出多款氣力式玉米精密排種機，目前在我國部分地區(qū)得到了推廣和使用，但此類機具作業(yè)時需要配備單獨的氣力系統(tǒng)，致使配套機具整體結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，靈活性較差。

2.2 玉米種子平穩(wěn)投種技術(shù)

為進一步實現(xiàn)玉米精密播種，學者們提出了零速投種的概念，即控制種子在脫離排種器后下落過程中的速度和角度，使其水平分速度與機具前進速度抵消，達到水平方向上零速投種的目的，提高播種質(zhì)量。目前國內(nèi)播種機大多利用導(dǎo)種管完成玉米籽粒輸種運移過程，但在高速作業(yè)時種子本身具有較高的動量，易與導(dǎo)種管內(nèi)壁發(fā)生連續(xù)碰撞從而影響播種質(zhì)量。

國外農(nóng)機企業(yè)對導(dǎo)種系統(tǒng)展開了一系列研究，研制了多款可與排種器配套使用的精密導(dǎo)種系統(tǒng)，如圖2所示。圖2a所示為美國John Deere公司開發(fā)的毛刷帶式導(dǎo)種系統(tǒng)，此系統(tǒng)可解決高速作業(yè)時種子本身具有較高的動量從而在著床過程中易出現(xiàn)彈跳和滾動的問題，通過改善玉米種子投種過程實現(xiàn)玉米精密播種。美國Precision Planting公司生產(chǎn)的同步帶式導(dǎo)種系統(tǒng)如圖2b所示，該系統(tǒng)利用二次投種的方式實現(xiàn)零速投種。工作時通過其上布置的一對柔性導(dǎo)種輪從氣吸式排種器中完成取種，將種子運移至同步帶外側(cè)的撥指處，平穩(wěn)運送至同步帶底部完成投種過程。此類玉米種子平穩(wěn)投種系統(tǒng)可實現(xiàn)零速投種，有效保證播種時的粒距均勻性，目前我國對此類導(dǎo)種系統(tǒng)正處于積極研究的階段。

圖2 機械式導(dǎo)種部件

2.3 玉米種子精準著床技術(shù)

通過對玉米精密播種機實際作業(yè)過程研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)由導(dǎo)種管或?qū)ХN系統(tǒng)完成播種過程的種子本身具有較高的動量，會出現(xiàn)籽粒在種床內(nèi)觸土彈跳或滾動的現(xiàn)象，導(dǎo)致籽粒在種床內(nèi)不規(guī)則排布。通過采用壓種裝置對脫離導(dǎo)種管后的籽粒進行及時的按壓，可有效地阻止籽粒的彈跳或滾動，保證種子精準著床，從而提高播種質(zhì)量。常用的壓種裝置主要包含壓種舌和壓種輪兩大類，美國Precision Planting公司研制了一款耐磨材料壓種舌，用于將經(jīng)由導(dǎo)種管導(dǎo)出的種子壓在種床內(nèi)，有效降低了種子在種床內(nèi)的彈跳或滾動[6]。王云霞等[7]設(shè)計了一種氣流輔助式精量播種機地壓種裝置，利用壓種輪與土壤雙向擠壓作用實現(xiàn)種子精準定位，通過田間試驗確定了壓種輪的最優(yōu)參數(shù)組合。上述兩類壓種裝置均可有效地保證玉米種子精準著床，提高播種質(zhì)量，目前廣泛應(yīng)用于氣力式播種機。

3 玉米精密播種技術(shù)展望

目前，我國玉米精密播種技術(shù)雖處在積極研究的階段，但與發(fā)達國家相比仍存在一定的差距，隨著農(nóng)機企業(yè)及科研院所對現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)、精準農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)等創(chuàng)新理念的不斷深入理解，將會極大地促進我國玉米精密播種技術(shù)的快速發(fā)展。高速高質(zhì)量的精密播種機具將是我國玉米精密播種技術(shù)的研究重點，同時配備GPS定位、自動巡航系統(tǒng)、變量播種系統(tǒng)、播種質(zhì)量在線實時監(jiān)控系統(tǒng)、自動補種系統(tǒng)等自動化系統(tǒng)的精密播種機也將成為我國玉米精密播種技術(shù)的發(fā)展趨勢。

4 結(jié)束語

本研究針對玉米精密播種技術(shù)中的玉米籽粒精密排種技術(shù)、玉米籽粒平穩(wěn)投種技術(shù)、玉米籽粒精準著床技術(shù)三個方面開展綜述。通過對比國內(nèi)玉米籽粒精密排種技術(shù)領(lǐng)域與國外研究的差距，總結(jié)經(jīng)驗與不足，在此基礎(chǔ)上，探討了我國玉米精密播種技術(shù)的發(fā)展趨勢，為后續(xù)玉米精密播種技術(shù)相關(guān)研究提供參考。