淺析谷子穴播排種器研究現狀＊

馮召華 ， 李衣菲 ， 衣淑娟 ， 李 光 ， 陳 濤 ， 閆宇霆

（黑龍江八一農墾大學工程學院，黑龍江 大慶 163319）

谷子別名粟、小米，被稱作“五谷之首”。谷子的種植可以追溯到7 000多年前，已逐漸成為我國的重要糧食作物。谷子性喜高溫，耐旱穩產，在我國北方廣泛種植，但機械化水平遠低于歐美等發達國家，目前仍在沿用傳統的人畜力耬播或大播量條播方式[1]。人畜力耬播對技術操作要求較高，效率低，且勞動強度較大，難以控制播量及播深，播種均勻性差；機械大量條播種植方式對谷子有損傷，且嚴重浪費種子，后期人工間苗、定苗勞動強度大[2]。因此，谷子穴播播種是谷子未來生產發展的主要方向。

1 發展谷子精量播種機的重要意義

谷子富含多種營養元素，是中國北方人民的主要糧食之一。近年來，隨著品種的不斷改良，谷子的產量也不斷增加，播種面積僅次于小麥、玉米，位居第三位，漸漸成為干旱、半干旱地區發展可持續農業的支柱作物[3]。但目前谷子精量播種技術尚未成熟，仍存有浪費谷種，后期間苗強度大等問題。現有的大型播種機并不能適用于谷子的播種生產，因此，研發適用于谷子等小籽粒作物的精量播種機械尤為重要，其中排種器是影響播種效果的關鍵部件[4]。

2 國內外谷子機械化研究現狀

2.1 國外谷子機械化研究現狀

在部分發達國家，谷子的種植面積較小，所以對谷子精少量播種的機械研究也較少。在部分國家，谷子主要是作為畜牧的飼草，所以大多采用牧草類的播種和收獲機械，但這類機械對谷子等小籽粒的精少量播種適應性較差[5]。部分歐美國家對精量播種機械的研究較早，從20世紀40年代至今，經過多年的發展，播種機的結構已日趨完善，例如：美國John－Deere公司生產的John－Deere—7000型精量播種機、法國MONOSEM公司生產的NGPLUS系列和MONOSEMNC系列的氣吸式播種機和德國貝克公司生產的AeromatII氣吹式播種機、阿瑪松公司生產的ED系列氣吸式單粒精量播種機等，這些種類的播種機可排種玉米、大豆等，對于谷子等小籽粒作物并不適用[6]。

對于小籽粒作物精量播種機的市場空白，國外學者從20世紀60年代就開始致力研究，歐洲的Gianni等學者率先研制出真空式小籽粒作物的精量排種器，自此一個針對小籽粒作物的精量播種時代便正式開始[7]。此后其他國家也開始了小籽粒作物精量播種的研究，德國研制了Maltisem氣吸式播種機，意大利研制了SP懸掛氣吸式播種機，這兩種播種器均采用垂直圓盤式吸種盤，可實現蔬菜類小籽粒作物的精量播種，通用性較好。奧地利研制了Wenerster氣吸式精量播種機，該播種機采用了雙圓盤結構，一個盤帶有螺旋槽，另一個盤帶有徑向槽，兩盤疊加可形成不同組合形式的吸孔[8]。伊朗學者Fornstrom和Jafari共同研制了穴式精量播種機，該播種機利用成穴盤上的六個圓錐凸起進行成穴。Lepori等學者淺談了小籽粒作物液體播種的方式，該方法方便測定部分小籽粒作物的播種效率，但并不能保證排種的均勻一致性。在播種效率方面，Wanjura和Hudspeth設計的X行播種裝置以及Parish研制的垂直式排種盤也都大大提高了播種效率[9]。

在氣吸式排種器大量使用時，很多專家與學者也致力于氣壓式排種器的研究，氣壓式排種器與氣吸式排種器原理相反，利用氣流正壓力壓附種子，同時清除多余的種子完成充種。美國研制的cyelo500型滾筒播種機就利用了氣壓式的排種器。同樣利用高壓氣流清種的還有德國貝爾公司研制的acrolnatn型氣吹式播種機，它們都具有可靠性高、播種均勻等特點[10]。

2.2 國內谷子機械化研究現狀

相比于國外精量播種機的快速發展，我國起步較晚，發展較慢，農業機械化水平與發達國家還有一定差距。自從20世紀80年代，我國專家與學者在借鑒了國外播種機械的技術后，開始研制適合我國地域環境使用的播種機械，并在農業耕作中推廣開來。近幾年，我國在水稻、玉米、花生、大豆等大籽粒作物的播種機械上發展迅速，已達到精密化水平，適配的機型也比較成熟。但由于谷子籽粒和千粒重均較小，在播種時容易堵塞，傷種率高，從而很難實現精少量播種[11]。目前國內谷子播種機按照排種器不同可分為以下幾種類型：

1）窩眼式排種器播種機。窩眼式排種器結構簡單，操作方便，但其精度較低。窩眼的形狀和尺寸對播種精度有著直接的影響，窩眼過大會導致多粒種子同時通過，窩眼太小會導致種子被吸附在窩眼中排不出去，從而造成漏播甚至斷壟的問題。

2）槽輪式排種器播種機。槽輪式排種器只適用于條播方式，無法實現精量播種。針對這個問題，山西農業大學發明了異型螺旋槽式精少量播種機。該播種機內部有一根排種圓軸，圓軸上開有多條螺旋槽，軸與套筒形成密閉空間，種子在進入密閉空間后隨螺旋槽向前移動實現播種。該裝置結構簡單，可實現谷子等小籽粒作物的精少量播種[12]。

3）往復式排種器播種機。往復式排種器會盡量降低投種高度，經常被裝在開溝器內使用，以提高投種精度，在出苗后無需間苗，降低勞動強度。該排種器由山西運城農機局和施肥播種機廠共同研制，實驗證明可以對谷子等小籽粒作物進行精少量播種[13]。

4）多功能排種器播種機。多功能精密排種器采用機械方式推種，可以解決窩眼堵塞造成的缺苗斷壟問題，節約谷種，但是容易造成谷粒破損堵塞。該排種器由陜西省寶雞市農科所研究設計。2BXD－10型小四輪懸掛式條播機就采取了這種裝置。

國內對谷子等小籽粒作物精少量排種器的研究主要是將槽輪式排種器、窩眼輪式排種器、往復式排種器等進行適當改進[14]。崔玉焱研制了2BGJ-6型谷子精量播種機，孫燈、侯華銘等將傾斜圓盤式排種器應用于谷子精量排種機，這兩種播種機均采用機械式排種方式[15]。此外，張燕青等配制了谷種懸浮液，利用流體排種原理實現谷子地精量播種。王超等設計了2BFG-6型氣吸式谷子精量穴播機，解決了谷子種植過程中谷種破損、浪費嚴重等問題[16]。廖慶喜、楊波等設計了氣吹式油菜精量排種器，該排種器在充種和清種部分仍是機械式結構，而投種部分使用了氣吹原理。郭超永、李旭等研制了另外一種油菜精量排種器，采用氣吸氣吹結合的原理，結構較復雜，成本也較高。趙曉順等依據谷子的物理特性，研制出一種氣吸式谷子精量穴播機，有效克服谷種破損、堵塞等問題。河北農業大學也研究設計了一種氣吸式谷子穴播機，其核心部分采用錐形孔和內環深凹槽組合設計，可以起到斷氣和清種的作用，有效解決因堵塞而影響充種的問題，經試驗其基本能夠保證每穴3～5粒種子的技術要求[17]。

3 結語

目前，國內外的谷子精量播種機仍存在種子破損率高、漏種、堵孔、播量不精確等一系列問題。針對這些問題，設想將國內學者的現有研究成果加以改進，通過將氣力式和機械式組合的方式，研制出一種將氣吸、氣吹、窩眼式排種器集為一體的正負壓型孔輪組合式谷子精量排種器，該機能實現兩類排種器的優勢互補，從而提高播種質量。