播種機(jī)排種技術(shù)研究態(tài)勢(shì)分析與趨勢(shì)展望

鄭 娟，廖宜濤,2，廖慶喜,2，孫 邁

·農(nóng)業(yè)裝備工程與機(jī)械化·

播種機(jī)排種技術(shù)研究態(tài)勢(shì)分析與趨勢(shì)展望

鄭 娟1，廖宜濤1,2※，廖慶喜1,2，孫 邁1

（1. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，武漢 430070；2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長(zhǎng)江中下游農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430070）

針對(duì)現(xiàn)有播種機(jī)排種技術(shù)研究態(tài)勢(shì)缺乏定量分析，熱點(diǎn)、重點(diǎn)和難點(diǎn)問題系統(tǒng)性和全面性梳理不充分等問題，該研究對(duì)已有排種技術(shù)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)量學(xué)分析，從科研生產(chǎn)力、影響力和發(fā)展力等方面可視化呈現(xiàn)排種技術(shù)的研究態(tài)勢(shì)，總結(jié)排種技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)和研究熱點(diǎn)，并介紹國(guó)內(nèi)外先進(jìn)農(nóng)機(jī)企業(yè)基于前沿排種技術(shù)開發(fā)的產(chǎn)品，分析其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用情況和未來發(fā)展趨勢(shì)。結(jié)果表明：排種技術(shù)呈波浪發(fā)展，當(dāng)前處于高速穩(wěn)態(tài)發(fā)展期；中國(guó)科研產(chǎn)出較多，影響力緊次于美國(guó)；代表性期刊有《Biosystems Engineering》《Computers and Electronics in Agriculture》和《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)》等；高影響力學(xué)者和機(jī)構(gòu)圍繞不同地區(qū)的典型農(nóng)作物開展排種技術(shù)研究，推動(dòng)了排種技術(shù)進(jìn)步和機(jī)械化水平提升；排種技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)以實(shí)現(xiàn)功能為主的單一主題研究逐漸過渡到機(jī)構(gòu)優(yōu)化、機(jī)理分析、虛擬仿真等垂直細(xì)分主題的深入探索，現(xiàn)階段排種技術(shù)的研究熱點(diǎn)主要集中在高速兼用排種、播種均勻性、DEM-CFD耦合仿真、控制和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開發(fā)。排種技術(shù)應(yīng)用注重高效高性能裝備研發(fā)，國(guó)內(nèi)排種新產(chǎn)品研發(fā)處于跟跑階段；隨著新興技術(shù)、多學(xué)科交叉融合和創(chuàng)新思維的應(yīng)用，排種技術(shù)研究向高速高性能、精準(zhǔn)精確、數(shù)字化、智能化等方面發(fā)展。研究可為把握排種技術(shù)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀、未來發(fā)展趨勢(shì)和播種機(jī)具創(chuàng)新提供參考。

農(nóng)業(yè)機(jī)械；播種機(jī)；排種技術(shù)；研究熱點(diǎn)；發(fā)展趨勢(shì)；信息可視化

0 引 言

農(nóng)業(yè)機(jī)械化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，國(guó)際國(guó)內(nèi)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)表明，農(nóng)業(yè)機(jī)械引發(fā)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的根本變革，大幅度提高了農(nóng)業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率，有力保障了世界農(nóng)業(yè)發(fā)展和食物安全。播種是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，高性能播種技術(shù)與裝備是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)。目前國(guó)內(nèi)主要農(nóng)作物耕種收綜合機(jī)械化水平超過72%[1]，但播種環(huán)節(jié)還存在區(qū)域間發(fā)展不平衡、作物間發(fā)展不平衡、技術(shù)發(fā)展不平衡等問題。目前全國(guó)小麥機(jī)播水平超過90%[2-3]、玉米大豆機(jī)播水平約80%[2-3]，但智能化程度偏低，作業(yè)性能嚴(yán)重依賴操縱人員經(jīng)驗(yàn)[4]；油菜機(jī)播水平不足40%[2-3]，蔬菜作物機(jī)械化播種水平更低。

排種技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化播種的關(guān)鍵前提，決定播種作業(yè)質(zhì)量和作物產(chǎn)量[5]。近年來，國(guó)內(nèi)科研人員對(duì)排種技術(shù)與裝備做了大量研究，如機(jī)械式、氣力式或機(jī)械氣力組合式等多種排種原理探索[6-8]，結(jié)合不同種子特性和適用排種原理進(jìn)行相應(yīng)排種裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分析種子運(yùn)動(dòng)路徑、受力情況，進(jìn)行性能驗(yàn)證試驗(yàn)[9-10]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法發(fā)展，排種過程仿真模擬與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究增多，主要集中在具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)理分析、性能試驗(yàn)和仿真模擬等方面[11-12]，相關(guān)綜述性研究主要聚焦于某一作物或細(xì)分技術(shù)方向的研究進(jìn)展[13-17]，對(duì)排種技術(shù)領(lǐng)域的知識(shí)結(jié)構(gòu)、研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)等缺乏系統(tǒng)性分析和定量化研究。

文獻(xiàn)計(jì)量方法可客觀、量化地對(duì)科技論文進(jìn)行分析，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、共詞分析、可視化知識(shí)圖譜得到研究領(lǐng)域分布結(jié)構(gòu)和變化規(guī)律等，廣泛應(yīng)用于地理學(xué)、生態(tài)學(xué)、圖書館學(xué)等多個(gè)學(xué)科研究中[18-21]，農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域也開展了基于文獻(xiàn)計(jì)量的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)分析，如農(nóng)業(yè)機(jī)器人[22]、土地整理工程[23]、智慧農(nóng)業(yè)[24]等。

本文對(duì)排種技術(shù)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外整體發(fā)展情況、主要研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者、熱門期刊和論文、同行研究水平等進(jìn)行分析，闡釋排種技術(shù)領(lǐng)域的科研生產(chǎn)力、影響力和發(fā)展力，同時(shí)基于數(shù)據(jù)分析排種技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)，理清當(dāng)前研究主要方向，介紹國(guó)內(nèi)外先進(jìn)農(nóng)機(jī)公司最新產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)規(guī)模，討論未來排種技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，為進(jìn)一步促進(jìn)排種技術(shù)研究提供參考。

1 研究方法與指標(biāo)

1.1 數(shù)據(jù)庫選取及檢索結(jié)果

為保證數(shù)據(jù)的全面性和可靠度，本文選取WoS核心合集數(shù)據(jù)庫子庫SCI-E和中國(guó)知網(wǎng)（China National Knowledge Infrastructure）EI（The Engineering Index）、CSCD（Chinese Science Citation Database）期刊數(shù)據(jù)庫。WoS數(shù)據(jù)庫引文數(shù)量多，涵蓋文章全面，是國(guó)際公認(rèn)的進(jìn)行科學(xué)統(tǒng)計(jì)和科學(xué)評(píng)價(jià)的主要檢索工具[25]；中國(guó)知網(wǎng)是國(guó)內(nèi)最有影響力的學(xué)術(shù)期刊數(shù)據(jù)庫。綜合考慮文獻(xiàn)質(zhì)量，本文數(shù)據(jù)采集自2000年始。

英文數(shù)據(jù)庫檢索時(shí)，在WoS核心合集SCI-E子數(shù)據(jù)庫中利用高級(jí)檢索功能，精確檢索2000年1月1日—2022年12月1日包含排種主題的文獻(xiàn)，經(jīng)CiteSpace軟件篩選，得到有效文獻(xiàn)；中文數(shù)據(jù)庫精確檢索主題為排種的EI、CSCD期刊文獻(xiàn)。對(duì)所有文獻(xiàn)逐篇篩選，查看重復(fù)和主題相關(guān)性。檢索式及結(jié)果如表1，檢索日期為2022年12月1日。

表1 檢索式及數(shù)據(jù)庫檢索結(jié)果

1.2 分析方法與計(jì)量指標(biāo)

本文以排種技術(shù)相關(guān)文獻(xiàn)為對(duì)象，采用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法，借助WoS和CNKI數(shù)據(jù)庫自帶的文獻(xiàn)計(jì)量分析功能、文獻(xiàn)計(jì)量分析平臺(tái)Bibliometric和可視化軟件CiteSpace進(jìn)行分析，并根據(jù)知識(shí)圖譜可視化分析定量結(jié)果，對(duì)排種技術(shù)研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)做出總結(jié)和討論。為具體展現(xiàn)排種技術(shù)的研究態(tài)勢(shì)，客觀反映相關(guān)科研工作的內(nèi)容與成果，結(jié)合本領(lǐng)域研究的特點(diǎn)和實(shí)際情況，從科研生產(chǎn)力、影響力和發(fā)展力進(jìn)行分析[26]，并介紹排種技術(shù)產(chǎn)業(yè)最新進(jìn)展，具體的計(jì)量指標(biāo)和研究思路如圖1所示。

圖1 研究路線圖

科研生產(chǎn)力主要包括發(fā)表的文獻(xiàn)總量、各國(guó)文獻(xiàn)數(shù)量和各國(guó)關(guān)聯(lián)圖譜等指標(biāo)，反映排種技術(shù)發(fā)展階段規(guī)律變化和主要研究國(guó)家對(duì)學(xué)術(shù)交流的貢獻(xiàn)。

科研影響力包括期刊、研究機(jī)構(gòu)和作者影響力，主要有文獻(xiàn)分布期刊及影響因子，機(jī)構(gòu)文獻(xiàn)數(shù)量和關(guān)聯(lián)圖譜，作者發(fā)文總量、總被引頻次、篇均被引頻次、共被引頻次等計(jì)量指標(biāo)，評(píng)估學(xué)術(shù)成果的業(yè)內(nèi)價(jià)值。

科研發(fā)展力包括高被引論文、熱門論文和文獻(xiàn)共被引等。高被引論文是國(guó)際上普遍采用的科研水平和潛力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，可客觀反映論文的影響力和在學(xué)術(shù)交流中的作用及地位；熱門論文是發(fā)表后短期內(nèi)產(chǎn)生很大影響的論文，一定程度上說明論文成果是研究人員當(dāng)前關(guān)注的熱點(diǎn)；文獻(xiàn)共被引將文獻(xiàn)信息中的核心內(nèi)容按頻次高低排布，體現(xiàn)研究發(fā)展動(dòng)向和研究熱點(diǎn)，代表本領(lǐng)域不同主題的發(fā)展力情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 科研生產(chǎn)力分析

2.1.1 文獻(xiàn)數(shù)量變化規(guī)律分析

論文發(fā)表數(shù)量變化一定程度可反映研究領(lǐng)域的發(fā)展階段和趨勢(shì)。2000年1月1日—2022年12月1日 WoS（SCI-E）和CNKI（EI&CSCD）數(shù)據(jù)庫關(guān)于排種技術(shù)的發(fā)表論文總量如圖2所示。國(guó)內(nèi)期刊發(fā)文數(shù)量呈先上升后小幅度下降趨勢(shì)，2008年前處于緩慢發(fā)展階段，2008 —2016年經(jīng)歷快速發(fā)展期，2016年至今處于波動(dòng)穩(wěn)態(tài)期。國(guó)外期刊發(fā)文數(shù)量整體呈上升趨勢(shì)，但發(fā)文數(shù)量較國(guó)內(nèi)低，說明近年來國(guó)內(nèi)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的重視程度和扶持力度較大，科研人員對(duì)排種技術(shù)的研究增多。

圖2 2000—2022年排種技術(shù)相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)量

2.1.2 基于WoS的各國(guó)家文獻(xiàn)數(shù)量及知識(shí)圖譜分析

不同國(guó)家發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)量變化可看出其對(duì)本領(lǐng)域研究的重視程度，國(guó)家間關(guān)聯(lián)知識(shí)圖譜可反映文獻(xiàn)數(shù)量、各國(guó)家在該領(lǐng)域的中心位置等。對(duì)SCI數(shù)據(jù)庫進(jìn)行各國(guó)家歷年文獻(xiàn)數(shù)量變化統(tǒng)計(jì)并繪制各國(guó)家間關(guān)聯(lián)知識(shí)圖譜如圖3所示。

由圖3可知，在排種技術(shù)領(lǐng)域發(fā)文量前4的國(guó)家分別是中國(guó)、印度、美國(guó)、土耳其，同時(shí)也是研究相對(duì)活躍的國(guó)家，持續(xù)產(chǎn)出，未出現(xiàn)明顯斷層。美國(guó)對(duì)排種技術(shù)的研究起步早，幾乎每年都有論文產(chǎn)出，且中介中心性最高，處于該技術(shù)研究的中心位置。中國(guó)較美國(guó)、印度、伊朗、巴西的研究起步晚，2010年開始在國(guó)際期刊上發(fā)表相關(guān)論文，之后呈指數(shù)性上升趨勢(shì)，2020年至今年均發(fā)文數(shù)量是其他國(guó)家的2倍，研究熱度未減，科研生產(chǎn)力逐步上升。

注：知識(shí)圖譜中節(jié)點(diǎn)大小代表論文數(shù)量頻次，節(jié)點(diǎn)周圍連線表示國(guó)家間存在聯(lián)系，連線越多中介中心性越高，連線越粗則聯(lián)系越密切，紫環(huán)代表關(guān)鍵樞紐。

綜上所述，排種技術(shù)呈高速穩(wěn)態(tài)發(fā)展態(tài)勢(shì)。美國(guó)較早開始研究，奠定了其在該領(lǐng)域?qū)W術(shù)交流中的中心地位，近年來中國(guó)多項(xiàng)支撐政策的制定落實(shí)使得科技投入與產(chǎn)出飛速增長(zhǎng)，發(fā)展前景較大，對(duì)學(xué)術(shù)交流的貢獻(xiàn)遞增，影響力緊次于美國(guó)。

2.2 科研影響力分析

2.2.1 基于WoS的代表性期刊及期刊影響力分析

分析文獻(xiàn)發(fā)表期刊有利于發(fā)現(xiàn)本領(lǐng)域研究的熱門期刊，也可用于最新文獻(xiàn)的信息追蹤，對(duì)研究人員信息獲取有較高參考價(jià)值。影響因子是衡量學(xué)術(shù)期刊水平的重要指標(biāo)，影響因子越大期刊影響力越大，文獻(xiàn)的學(xué)術(shù)價(jià)值與應(yīng)用價(jià)值越大，因此本文中期刊影響力采用期刊綜合影響因子表示。

對(duì)WoS數(shù)據(jù)庫相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行論文發(fā)表期刊及影響力統(tǒng)計(jì)分析，因涉及期刊較多，僅列舉總被引次數(shù)前10的期刊進(jìn)行歸納總結(jié)，如表2所示。發(fā)文總數(shù)排名前10期刊并未全部入選總被引前10，說明發(fā)文數(shù)量與被引情況不完全成正相關(guān)；《Applied Soft Computing》《Powder Technology》平均被引次數(shù)較多，均在JCR Q1區(qū)，也是本領(lǐng)域關(guān)注期刊。

表2 WoS數(shù)據(jù)庫總被引前10的期刊及其影響力

總體上，《International Journal of Agricultural and Biological Engineering》發(fā)文數(shù)量與總被引均最高，是本領(lǐng)域熱門期刊，《Biosystems Engineering》《Computers and Electronics in Agriculture》期刊各指標(biāo)均靠前，綜合影響力較高，是排種技術(shù)研究領(lǐng)域代表性期刊。

2.2.2 基于CNKI的代表性期刊及期刊影響力分析

對(duì)采集的CNKI數(shù)據(jù)庫文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行前10的期刊統(tǒng)計(jì)，如表3。發(fā)表排種技術(shù)研究的EI&CSCD 前10期刊發(fā)文總量679篇，可以看出，《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)》《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》的占比大，占前10期刊的83.51%，是本領(lǐng)域研究中的熱門期刊，期刊影響力較高，其次是《中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)報(bào)》《華南農(nóng)業(yè)大學(xué)報(bào)》《華中農(nóng)業(yè)大學(xué)報(bào)》。本領(lǐng)域文獻(xiàn)的期刊影響因子多集中在1.0～3.0間。

2.2.3 研究機(jī)構(gòu)和人員影響力分析

分別對(duì)WoS和CNKI文獻(xiàn)的研究人員進(jìn)行分析。WoS領(lǐng)域主要人員的發(fā)文總量、總被引次數(shù)、平均被引次數(shù)，如表4。國(guó)內(nèi)研究人員在發(fā)文總量前10中占比為80%，但總被引次數(shù)躋身前10的只有2位，平均被引次數(shù)前10的全部是國(guó)外研究人員，說明國(guó)內(nèi)研究人員的影響力相較國(guó)外有一定差距，業(yè)內(nèi)認(rèn)可度有待提高。平均被引次數(shù)大于20.0的文獻(xiàn)[27-29]，均主要圍繞精密播種、光電傳感器和播種均勻性展開。

表3 CNKI數(shù)據(jù)庫總被引前10的期刊及其影響力

表4 基于WoS數(shù)據(jù)庫排種技術(shù)領(lǐng)域主要研究人員

對(duì)CNKI的作者發(fā)文數(shù)量及影響力進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可知，廖慶喜團(tuán)隊(duì)的發(fā)文數(shù)量和中介中心性均最高。繪制作者聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)知識(shí)圖譜如圖4，可看出，國(guó)內(nèi)排種技術(shù)研究以羅錫文、張東興、廖慶喜為核心，羅錫文團(tuán)隊(duì)主要研究對(duì)象是水稻，研究工作集中在排種關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)等方面，開發(fā)的隨動(dòng)柔性護(hù)種組合型孔式水稻穴直播排種器、播量可調(diào)氣力式水稻穴直播排種器等引領(lǐng)全國(guó)水稻機(jī)械化直播技術(shù)的發(fā)展。張東興學(xué)團(tuán)隊(duì)主要研究對(duì)象為玉米、大豆等大籽粒作物，圍繞排種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)和排種過程氣固兩相流耦合機(jī)理等基礎(chǔ)理論開展研究，開發(fā)了適宜不同生產(chǎn)需求、不同作業(yè)速度的系列精量排種器與播種控制系統(tǒng)，引領(lǐng)國(guó)內(nèi)大籽粒播種技術(shù)發(fā)展。廖慶喜團(tuán)隊(duì)研發(fā)了正負(fù)氣壓組合式排種器、油麥兼用氣送式排種器、機(jī)械離心式排種器等，其中正負(fù)氣壓組合式小粒徑種子精量排種器通過負(fù)壓吸附與型孔配合實(shí)現(xiàn)油菜單粒吸種、通過正壓氣吹卸種避免了機(jī)械式卸種裝置損傷種子。各團(tuán)隊(duì)研究重點(diǎn)各有不同，研制的排種裝置均已在生產(chǎn)中批量應(yīng)用。

對(duì)該技術(shù)研究作者所在單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從發(fā)文量看，2000年以來，WoS數(shù)據(jù)庫中國(guó)內(nèi)院校文獻(xiàn)總量前10占比60%，其中華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)發(fā)文量領(lǐng)先，但總被引頻次前10的占比較低，說明國(guó)內(nèi)研究成果較多，但影響力有待提高。國(guó)外美國(guó)堪薩斯州立大學(xué)、土耳其阿塔圖爾克大學(xué)、印度農(nóng)業(yè)研究院在排種技術(shù)領(lǐng)域發(fā)文量較其他科研院校多，阿卡德尼茲大學(xué)、愛琴海大學(xué)的發(fā)文量排名未達(dá)到前10，但總被引頻次較高，有一定影響力。CNKI數(shù)據(jù)庫中前10機(jī)構(gòu)也是國(guó)內(nèi)研究農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備的主要科研力量，目前中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)位列前3，在排種技術(shù)研究中領(lǐng)先。機(jī)構(gòu)間關(guān)聯(lián)知識(shí)圖譜如圖5。國(guó)內(nèi)排種技術(shù)研究隊(duì)伍規(guī)模較國(guó)外大，源于國(guó)內(nèi)外技術(shù)層次差異性，國(guó)內(nèi)研究隊(duì)伍以科研院校為主，國(guó)外因排種技術(shù)發(fā)展較早，多為企業(yè)主導(dǎo)研發(fā)。

圖4 CNKI作者聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)知識(shí)圖譜

圖5 排種技術(shù)研究機(jī)構(gòu)間關(guān)聯(lián)知識(shí)圖譜

WoS文獻(xiàn)的作者共被引聚類時(shí)間線圖譜如圖6，聚類后聚類模塊值（Modularity）=0.675 3，聚類平均輪廓值（Sihouette）=0.874，聚類結(jié)構(gòu)顯著且聚類可信（一般認(rèn)為>0.3時(shí)聚類結(jié)構(gòu)顯著，>0.5聚類合理，>0.7聚類可信）。統(tǒng)計(jì)共被引作者前10的信息如表5。

Kachman S D對(duì)排種技術(shù)研究較早，影響力最大，引用Kachman S D的施引文獻(xiàn)主要涉及播種分布均勻性[28-32]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在排種技術(shù)中的應(yīng)用[33-34]、充種性能[35]和排種機(jī)械-電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[36-37]等，在2021年被引增幅較大，說明作者有多學(xué)科背景或研究項(xiàng)目具有跨學(xué)科屬性，研究成果認(rèn)可度較高，影響力較大；Singh R C和Anantachar M的共被引次數(shù)多且具備高影響力（中心性均>0.1），研究主題關(guān)注度較高。

分析可知（表5），作者共被引前10中聚類#0～#4的作者占比較大，說明業(yè)內(nèi)普遍關(guān)注排種裝置研發(fā)、種子運(yùn)動(dòng)規(guī)律和播種均勻性，是熱點(diǎn)主題。聚類#1（CFD-EDM）、#3（種子運(yùn)動(dòng)Seed motion）、#7（離散元法Discrete element method）、#8（控制系統(tǒng)Control system）在近5年研究集中，說明這4類主題的研究逐漸興起，研究人員漸多，一定程度上可視為研究前沿。整體中國(guó)作者共被引占比相對(duì)較少，多集中在2010年后，說明中國(guó)對(duì)排種技術(shù)的研究呈前期不足、后期追趕態(tài)勢(shì)，研究工作還未形成多學(xué)科屬性，影響力和跨學(xué)科研究有待進(jìn)步。

表5 WOS作者共被引前10（按共被引頻次排序）及影響力

注：#0～#4代表聚類號(hào)。

Note: #0-#4 represents cluster No..

注：#0～#11代表聚類號(hào)，序號(hào)越小代表聚類中包含的關(guān)鍵詞越多。節(jié)點(diǎn)位置代表該文獻(xiàn)初次被引時(shí)間，節(jié)點(diǎn)圓圈大小代表被引頻次多少，越大此節(jié)點(diǎn)作者共被引頻次越高。

2.3 科研發(fā)展力分析

2.3.1 基于WoS的文獻(xiàn)共被引分析

兩篇文獻(xiàn)共同出現(xiàn)在第三篇施引文獻(xiàn)的參考文獻(xiàn)中，即表示這兩篇文獻(xiàn)形成共被引關(guān)系。文獻(xiàn)共被引分析是對(duì)文獻(xiàn)的參考文獻(xiàn)部分進(jìn)行關(guān)系挖掘，可反映國(guó)內(nèi)外同行比較關(guān)注的熱門文獻(xiàn)和本領(lǐng)域的經(jīng)典文獻(xiàn)，文獻(xiàn)聯(lián)系緊密程度代表了研究?jī)?nèi)容的相似程度，文獻(xiàn)共被引網(wǎng)絡(luò)圖譜時(shí)區(qū)視圖如圖7。由圖知，文獻(xiàn)共被引活躍段出現(xiàn)在2014—2019年，反映了2014年后關(guān)于排種的研究發(fā)展較快且研究?jī)?nèi)容集中，側(cè)重排種器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和數(shù)值模擬仿真。

高共被引論文主要來源期刊有《International Journal of Agricultural and Biological Engineering》《Computers and Electronics in Agriculture》《Biosystems Engineering》。分析文獻(xiàn)內(nèi)容可知，高共被引文獻(xiàn)前10和關(guān)鍵文獻(xiàn)（紫圈節(jié)點(diǎn)）主要涉及排種器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化、播種參數(shù)匹配、DEM-CFD耦合方法在排種技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用、種子分布均勻性、排種電控應(yīng)用、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、研究綜述等；涉及的作物對(duì)象主要是玉米、棉花、馬鈴薯、油菜、小麥、水稻、花生等種植面積較大的農(nóng)作物；為提高播種機(jī)具的利用率，基于種子物理特性相似、種植區(qū)域重合等特點(diǎn)，兼用型排種技術(shù)研究加強(qiáng)，如玉米棉花、玉米大豆、油菜小麥等兼用排種[38-41]，共被引前10文獻(xiàn)中作物播種均采用氣力式排種原理，說明氣力式排種原理是近年的研究熱點(diǎn)；另一方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者多從數(shù)值模擬、排種試驗(yàn)等入手[41-44]，國(guó)外學(xué)者多嘗試尋找跨學(xué)科方法應(yīng)用于排種技術(shù)研究、尋找參數(shù)匹配機(jī)制等方面[45-46]。

注：聚類模塊值Q=0.777 1，聚類平均輪廓值S=0.899 5；節(jié)點(diǎn)圓圈大小代表文獻(xiàn)共被引頻次，文獻(xiàn)節(jié)點(diǎn)外圈呈紫色代表中介中心度較高。節(jié)點(diǎn)越大、中介中心性越大，文獻(xiàn)認(rèn)可度越高。

2.3.2 基于CNKI的高被引文獻(xiàn)和熱門文獻(xiàn)

統(tǒng)計(jì)被引頻次前10文獻(xiàn)（表6），其中7篇研究主題涉及DEM應(yīng)用；被引頻次≥100的文獻(xiàn)（共29篇）占比最高的期刊為農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)（58.62%），基金來源為國(guó)家自然科學(xué)基金（31.03%），機(jī)構(gòu)為中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)（34.48%），研究人員為張東興等（24.14%）。

表6 被引頻次前10的文獻(xiàn)

熱門文獻(xiàn)指論文發(fā)表后短期內(nèi)產(chǎn)生很大影響，被引頻次靠前，搜索2021年至今相關(guān)文獻(xiàn)，被引次數(shù)最高的為曾智偉2021年發(fā)表于農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)的“離散元法在農(nóng)業(yè)工程研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀和展望”，被引頻次64次，圍繞離散元法在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備數(shù)字化進(jìn)程中的意義，分析了各作業(yè)環(huán)節(jié)的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)，表明離散元法在顆粒運(yùn)動(dòng)仿真研究方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，特別適合顆粒材料與農(nóng)機(jī)部件的接觸作用和顆粒材料的流動(dòng)過程研究。結(jié)合高被引和熱門文獻(xiàn)可知，EDEM在排種技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用從數(shù)值模擬、種子運(yùn)動(dòng)規(guī)律探索向仿真試驗(yàn)、優(yōu)化反饋控制發(fā)展，從單純離散元顆粒仿真到氣固耦合仿真進(jìn)化。

綜上，離散元法在高精度種子模型建立、校準(zhǔn)影響種子動(dòng)態(tài)和機(jī)械行為的關(guān)鍵參數(shù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)種子流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和力傳遞、評(píng)估排種裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)對(duì)排種性能的影響等方面研究較多，近年來CFD-DEM耦合方法發(fā)展強(qiáng)勁，不僅可以監(jiān)測(cè)排種裝置和排種管中氣流速度和分布情況，還可以監(jiān)測(cè)氣流中種子的運(yùn)動(dòng)。

2.4 研究熱點(diǎn)和前沿分析

關(guān)鍵詞是對(duì)文章的高度概括和凝練，通過關(guān)鍵詞分析有助于理清研究領(lǐng)域的發(fā)展脈絡(luò)、把握該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，分析研究熱點(diǎn)，進(jìn)而預(yù)測(cè)未來發(fā)展趨勢(shì)，為深入研究方向和主題提供定量依據(jù)。

2.4.1 基于WoS和CNKI的關(guān)鍵詞共現(xiàn)研究熱點(diǎn)分析

分析2000年至今關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次和中介中心性可知，外文期刊的Seed-metering device、Optimization、Flow、Precision seeding、Performance、Accuracy和Numerical simulation及中文期刊的試驗(yàn)、設(shè)計(jì)、種子、離散元法和優(yōu)化關(guān)鍵詞節(jié)點(diǎn)同時(shí)具備高中介中心性（>0.1）和高出現(xiàn)頻次，是本領(lǐng)域研究焦點(diǎn)。外文期刊對(duì)種子分布均勻性、流體和排種準(zhǔn)確性的研究比較關(guān)注，中文期刊玉米、水稻、油菜、小麥出現(xiàn)頻率均大于30次，排種作物、優(yōu)化設(shè)計(jì)方面研究關(guān)注度較外文高。

分析2020年至今出現(xiàn)的關(guān)鍵詞，排種趨勢(shì)呈現(xiàn)高速變量走向，精確度更高，數(shù)字化、智能化和跨學(xué)科方法在排種技術(shù)與裝備間的應(yīng)用逐漸成為新的焦點(diǎn)，同時(shí)新方法工具也被引入排種技術(shù)領(lǐng)域研究中，如滯后補(bǔ)償算法、衛(wèi)星定位方法、仿生學(xué)、TRIZ理論。2022年外文期刊發(fā)表多篇有關(guān)控制系統(tǒng)應(yīng)用、設(shè)計(jì)參數(shù)匹配、高速精密播種、參數(shù)標(biāo)定等方面的文章，進(jìn)一步說明了研究熱點(diǎn)趨向。

分別對(duì)WoS和CNKI數(shù)據(jù)庫相關(guān)文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類分析，在對(duì)數(shù)極大似然率LLR生成的標(biāo)簽基礎(chǔ)上補(bǔ)充解釋，得出聚類知識(shí)圖譜如圖8。

由聚類圖譜可發(fā)現(xiàn)，WoS數(shù)據(jù)庫中，DEM-CFD耦合研究（#2 dem-cfd coupling approach）發(fā)展較快，應(yīng)用于離散元素參數(shù)的測(cè)量和校準(zhǔn)[48]、結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)對(duì)籽粒運(yùn)動(dòng)特性和氣流場(chǎng)影響[49]等，高速精確播種研究中也有涉及，如用DEM-CFD耦合方法研究玉米顆粒在文丘里進(jìn)料管中的動(dòng)態(tài)[50]；驗(yàn)證高速狀態(tài)下種子分布均勻性和播種精確性的田間試驗(yàn)研究較多（#0 field test、# 6 forward speed），對(duì)播種速度和播種質(zhì)量監(jiān)測(cè)的關(guān)注提升，如基于脈寬識(shí)別的排種性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[51]；轉(zhuǎn)彎補(bǔ)償控制系統(tǒng)研究[52]；播種頻率和播種速度對(duì)傳感器監(jiān)測(cè)精度的影響[53]；電動(dòng)吸力排種對(duì)種盤轉(zhuǎn)速和排種量的精確控制[54]；單粒精密排種器種子防漏系統(tǒng)[55]等。

圖8 排種技術(shù)相關(guān)論文關(guān)鍵詞聚類知識(shí)圖譜

CNKI數(shù)據(jù)庫中，從作物維度上看，玉米、馬鈴薯排種技術(shù)使用傳感器較多（#2 傳感器）；玉米種粒定向播種、大豆玉米籽粒清選、作物排種粒距實(shí)時(shí)檢測(cè)等方面研究中圖像處理方法發(fā)揮重要作用（#4 圖像處理）；油菜、小麥排種的供種裝置和仿真研究部分較突出（#3 供種裝置）。從排種性能維度上看，隨著播種作業(yè)速度的提高，充種、吸種環(huán)節(jié)時(shí)間壓縮從而導(dǎo)致作業(yè)漏播嚴(yán)重、風(fēng)壓需求大等，研究人員分別從氣力機(jī)械組合式排種[56]、氣流型孔組合式排種[57]、輔助充種[58]等方面提高充種性能。

總體上，DEM-CFD耦合、精準(zhǔn)精確排種和播種均勻性研究是目前排種技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，機(jī)器視覺、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和圖像處理技術(shù)與排種技術(shù)融合，新方法工具的引入也逐漸興起。

2.4.2 發(fā)展脈絡(luò)和研究前沿分析

對(duì)關(guān)鍵詞的時(shí)間序列進(jìn)行分析，得到發(fā)展脈絡(luò)時(shí)區(qū)圖如圖9，可以看出，排種技術(shù)研究進(jìn)程由單一主題逐漸過渡到多主題并行研究直至垂直細(xì)分主題的深入探索，研究主題由裝置設(shè)計(jì)向裝置性能優(yōu)化、排種過程精準(zhǔn)可控轉(zhuǎn)換，排種對(duì)象由大宗糧食作物向蔬菜、中藥材等經(jīng)濟(jì)、特色作物發(fā)展，多作物兼用的排種技術(shù)研究興起。

外文期刊近兩年的研究細(xì)分到DEM在種子形狀顆粒模擬[59-60]、種子與排種部件作用對(duì)播種質(zhì)量影響機(jī)制[61]，基于氣流-種子耦合的氣力系統(tǒng)技術(shù)過程數(shù)值模擬[62-63]、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[64]、窄間距高速播種精度監(jiān)測(cè)[65]，種子掉落高度及振動(dòng)等對(duì)播種均勻性的影響[66]，高速精密播種時(shí)的種子運(yùn)動(dòng)情況[67]等方面。中文期刊近兩年的研究前沿涉及智能控制、無人駕駛和衛(wèi)星定位等，智慧農(nóng)業(yè)和全產(chǎn)業(yè)鏈研究出現(xiàn)。值得關(guān)注的是，國(guó)內(nèi)玉米排種2010年后興起，較2007年前開始的水稻、小麥、大豆、油菜等作物排種研究晚，但玉米與研究前沿的相關(guān)性更高，2010年前玉米播種主要以機(jī)械式排種為主，技術(shù)成熟產(chǎn)出較少，后逐漸開展氣力式玉米排種，研究成果增多。

注：節(jié)點(diǎn)代表關(guān)鍵詞，出現(xiàn)位置表示此關(guān)鍵詞首次出現(xiàn)時(shí)間，節(jié)點(diǎn)大小表示統(tǒng)計(jì)期間出現(xiàn)頻次，連線表示兩節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵詞出現(xiàn)在同一篇文獻(xiàn)中。

CiteSpace提供突現(xiàn)功能用來探測(cè)某時(shí)段變量值有很大變化的情況，幫助發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵詞衰落或興起情況，以便研究人員獲取研究前沿信息。本文統(tǒng)計(jì)前10的突現(xiàn)詞（圖 10）發(fā)現(xiàn)，外文期刊對(duì)作物產(chǎn)量關(guān)注較多，2013年后逐漸細(xì)分為方法工具在排種技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用（image processing）、排種機(jī)理（system、seed spacing uniformity）等，目前外文期刊排種技術(shù)領(lǐng)域研究前沿為數(shù)值模擬排種過程試驗(yàn)、種子與排種裝置間的相互作用機(jī)理探索、種子顆粒建模參數(shù)和仿真參數(shù)、無法測(cè)量的種子運(yùn)動(dòng)特性仿真模擬等的研究。中文期刊突現(xiàn)詞中，油菜在2014年、馬鈴薯在2016年的發(fā)文量突增，其根源可能是由于2014年農(nóng)業(yè)部發(fā)布《2014年國(guó)家深化農(nóng)村改革、支持糧食生產(chǎn)、促進(jìn)農(nóng)民增收政策措施》、2016年農(nóng)業(yè)部發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)開發(fā)的指導(dǎo)意見》；在政策導(dǎo)向下，油菜、馬鈴薯種植面積增加，產(chǎn)業(yè)發(fā)展等對(duì)機(jī)械化播種技術(shù)需求增加。目前中文期刊本領(lǐng)域研究前沿是種子的精確接觸參數(shù)研究，并結(jié)合物理或仿真試驗(yàn)對(duì)仿真參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定并反饋至結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)。

注：Year指關(guān)鍵詞第一次出現(xiàn)的年份，Strength指突現(xiàn)強(qiáng)度，Begin和End指該關(guān)鍵詞作為前沿的起始和驟減年份。該圖反映不同時(shí)間段的研究前沿。

Note: Year represents the year when the keyword first appears; Strength represents the strength of emergence; Begin and End represents the start and end years of the keyword as the frontier. The figure reflects the research frontiers in different time periods.

圖10 排種技術(shù)相關(guān)論文突現(xiàn)關(guān)鍵詞

Fig.10 Keywords with the strongest citation burst in seed metering technology related literature

綜上，排種技術(shù)領(lǐng)域具有發(fā)展?jié)摿Φ难芯糠较虬ㄔO(shè)計(jì)原理驗(yàn)證、設(shè)計(jì)方法應(yīng)用、不同作物排種結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面。

2.5 排種技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

2.5.1 排種技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展態(tài)勢(shì)

排種技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用是提高播種裝備技術(shù)水平和核心競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。各國(guó)由于科研格局、企業(yè)創(chuàng)新能力和市場(chǎng)環(huán)境的不同，排種技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用發(fā)展態(tài)勢(shì)各具特色。美國(guó)、意大利、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家創(chuàng)新主體以各知名農(nóng)機(jī)企業(yè)為主，注重播種關(guān)鍵核心部件研究開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用同步推進(jìn)；如美國(guó)John Deere，意大利Maschio，德國(guó)Amazone等公司，通過排種技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)播種機(jī)由撒播、條播、低速作業(yè)發(fā)展到精量、高速、變量作業(yè)發(fā)展；同時(shí)注重排種技術(shù)的智能化提升，如采用電驅(qū)動(dòng)排種和傳感技術(shù)，通過排種過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與智能控制實(shí)現(xiàn)高性能播種，并在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)相對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家落后，企業(yè)創(chuàng)新力量較薄弱，關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)以科研院所為主，近年來，國(guó)家高度重視播種機(jī)及其高性能排種關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，十三五期間國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“智能農(nóng)機(jī)裝備”重點(diǎn)專項(xiàng)立項(xiàng)“精量播種技術(shù)裝備研發(fā)”、十四五期間“工廠化農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)與智能農(nóng)機(jī)裝備”立項(xiàng)“高性能播種關(guān)鍵部件及智能播種機(jī)創(chuàng)制”項(xiàng)目，匯聚長(zhǎng)期從事水稻、小麥、玉米、油菜、大豆等主要糧油作物機(jī)械化播種和智能化技術(shù)與裝備研發(fā)優(yōu)勢(shì)單位，并與濰柴雷沃等龍頭企業(yè)緊密合作，形成排種器關(guān)鍵技術(shù)突破、播種機(jī)創(chuàng)制、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的技術(shù)裝備創(chuàng)新發(fā)展模式。

2.5.2 排種技術(shù)熱點(diǎn)前沿研究的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

隨著農(nóng)業(yè)發(fā)展需求，播種作業(yè)向精準(zhǔn)高效發(fā)展。目前國(guó)際上先進(jìn)的播種機(jī)排種技術(shù)主要有氣力式精密排種和氣送式集中排種，在保證播種精度的基礎(chǔ)上大幅提升了作業(yè)速度；如Maschio研發(fā)的用于蔬菜播種的ORIETTA、OLMPIA系列播種機(jī)和用于傳統(tǒng)或淺層播種的SP系列、用于免耕或少耕的MTR系列精量播種機(jī)均采用氣力式排種，最新推出的CHRONO系列高速精量播種機(jī)配置電氣傳動(dòng)裝置的播種單體，采用獨(dú)特的氣力種子輸送系統(tǒng)，可在15 km/h的速度下保證高精度作業(yè)。瑞典Vaderstad研發(fā)的Tempo高速播種機(jī)配有Gilstring播種單體，能在傳統(tǒng)播種機(jī)2倍作業(yè)速度下工作且達(dá)到更好的播種精度。Great Plains公司的AccuShot可實(shí)現(xiàn)精確變量排種施肥。另外，德國(guó)Amazone、Horsch和法國(guó)Kuhn的氣送式播種裝備作業(yè)速度均能達(dá)到12 km/h，且均可兼用玉米、甜菜、大豆、向日葵、油菜、棉花等作物播種。國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)目前已研制了滿足玉米10 km/h、大豆8～11 km/h作業(yè)速度要求的排種器[14,68]。下一階段將在國(guó)家支持和市場(chǎng)需求指引下，科研機(jī)構(gòu)與農(nóng)機(jī)企業(yè)各自發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，通過產(chǎn)學(xué)研合作，推動(dòng)先進(jìn)排種技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，促進(jìn)主要農(nóng)作物機(jī)械化播種水平的提升。

同時(shí)，為提升播種質(zhì)量，圍繞精準(zhǔn)變量作業(yè)排種技術(shù)的相關(guān)智能化測(cè)控組件產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用加快，如Precision Planting公司的20∣20 monitor、SmartFirmer、FlowSence和YieldSense。Tempo V高速精密播種機(jī)配置Vaderstad E-Control，以無線方式提供排種數(shù)據(jù)（排種性能指標(biāo)、行距和播種速率等），可實(shí)現(xiàn)單獨(dú)啟停和控制，根據(jù)作物播種要求和田間情況進(jìn)行調(diào)整。國(guó)內(nèi)在這方面的研究相對(duì)落后，集中在監(jiān)控系統(tǒng)、控制策略、傳感網(wǎng)絡(luò)等方面，反饋調(diào)節(jié)研究有待進(jìn)步，目前相關(guān)科研院校開發(fā)了適用于玉米、水稻的播種質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)[69-70]，適用于油菜的播量監(jiān)測(cè)、漏播檢測(cè)等技術(shù)[13]，但整體處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)與試驗(yàn)階段，排種測(cè)控技術(shù)的成果應(yīng)用較少，高精度低成本測(cè)控技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用以及技術(shù)推廣需加大力度。

3 結(jié) 論

本文精確檢索2000年1月1日—2022年12月1日期間Web of Science（WoS）核心合集SCI數(shù)據(jù)庫和中國(guó)知網(wǎng)EI&CSCD數(shù)據(jù)庫內(nèi)排種主題相關(guān)文獻(xiàn)，基于文獻(xiàn)計(jì)量方法從科研生產(chǎn)力、影響力和發(fā)展力角度分析排種技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢(shì)，主要分析結(jié)果如下：

1）該領(lǐng)域整體科研生產(chǎn)力處于穩(wěn)態(tài)高速發(fā)展階段，中國(guó)的發(fā)展?jié)摿^大。排種技術(shù)研究的國(guó)內(nèi)發(fā)文總量較國(guó)外高，總體呈先上升后小幅下降趨勢(shì)，呈波浪前進(jìn)式，國(guó)外發(fā)文數(shù)量呈上升趨勢(shì)；排種技術(shù)整體發(fā)展脈絡(luò)由單一功能研究轉(zhuǎn)向垂直細(xì)分多個(gè)主題內(nèi)深入挖掘。

2）該領(lǐng)域研究論文具備高影響力的國(guó)家是美國(guó)，中國(guó)影響力緊次于美國(guó)；高影響力外文期刊有《Computers and Electronics in Agriculture》《Biosystems Engineering》，中文期刊有《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)》；高影響力機(jī)構(gòu)有美國(guó)堪薩斯州立大學(xué)、土耳其阿塔圖爾克大學(xué)和中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)；高影響力科研團(tuán)隊(duì)以羅錫文、廖慶喜、張東興為核心，各團(tuán)隊(duì)研究重點(diǎn)各有不同；Yazgi A同時(shí)具備高發(fā)文量和高共被引；高影響力論文主要側(cè)重排種器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)值模擬仿真和排種均勻性。

3）近年來排種技術(shù)高熱度論文較多，未來發(fā)展勢(shì)頭良好。文獻(xiàn)關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析可知，排種技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)主要是EDM-CFD耦合、數(shù)值模擬、控制和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研發(fā)，研究方法多樣化。國(guó)內(nèi)發(fā)展較強(qiáng)勁的研究主題有離散元法在排種技術(shù)中的應(yīng)用、兼用高速排種以及精準(zhǔn)精確播種。國(guó)外學(xué)者較國(guó)內(nèi)更多嘗試跨學(xué)科方法應(yīng)用和參數(shù)匹配等機(jī)理研究。發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)排種技術(shù)創(chuàng)新以龍頭企業(yè)為主，智能技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品轉(zhuǎn)化進(jìn)展較快，國(guó)內(nèi)排種技術(shù)相關(guān)企業(yè)規(guī)模有限，關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)步加快，系列產(chǎn)品和服務(wù)有進(jìn)步空間。

通過排種技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢(shì)分析可知，隨著傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式被機(jī)械化、規(guī)?；a(chǎn)逐步取代，信息化、數(shù)字化、智能化正在助推未來農(nóng)業(yè)發(fā)展，排種技術(shù)領(lǐng)域研究將呈現(xiàn)如下趨勢(shì)：

1）排種性能評(píng)價(jià)向高速、變量、高性能發(fā)展。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向集約化、規(guī)?；?、高效能發(fā)展，高速作業(yè)的精量播種機(jī)成為生產(chǎn)需求，適應(yīng)播種作業(yè)速度≥12 km/h的排種技術(shù)成為需要突破的重點(diǎn)技術(shù)；在農(nóng)機(jī)農(nóng)藝深度融合促進(jìn)農(nóng)作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的效益驅(qū)動(dòng)下，相對(duì)粗放的撒播、條播技術(shù)將逐漸向行株距均勻分布、種植密度合理調(diào)控的精準(zhǔn)播種發(fā)展，變量排種技術(shù)研究將呈上升趨勢(shì)。在功能模塊的通用性和農(nóng)業(yè)機(jī)械化的成本投入等市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)下，播種機(jī)將向多作物兼用發(fā)展，高性能的兼用型排種技術(shù)將成為研究熱點(diǎn)；圍繞高速、變量、高性能排種，通過機(jī)械結(jié)構(gòu)和技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)玉米大豆等大籽粒單粒精密排種，小麥、油菜、水稻、蔬菜等小籽粒種子高速排種，播量穩(wěn)定、種子和播種密度差異顯著作物的兼用型排種技術(shù)將成為研發(fā)關(guān)鍵；同時(shí)，排種器田間復(fù)雜工況下的作業(yè)穩(wěn)定性、行株距要求嚴(yán)格作物的落種位置預(yù)測(cè)及平穩(wěn)運(yùn)移導(dǎo)種等技術(shù)是研究難點(diǎn)。

2）排種技術(shù)向電驅(qū)、數(shù)字、智能化拓展。隨著信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)的發(fā)展，排種器在向高速、變量、高性能發(fā)展過程中，單靠機(jī)械性能的提升已無法滿足要求，機(jī)械系統(tǒng)必然與電子信息系統(tǒng)融合；高速作業(yè)下地輪驅(qū)動(dòng)方式難以滿足穩(wěn)定性要求，且無法實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)控變量播種，穩(wěn)定可靠的隨速可控可調(diào)排種器電驅(qū)動(dòng)技術(shù)將成為研究重點(diǎn)之一；現(xiàn)有氣力式播種機(jī)的供氣方式不適應(yīng)機(jī)具田間作業(yè)工況波動(dòng)，也不能實(shí)現(xiàn)兼用型排種器的氣力參數(shù)調(diào)控，氣流場(chǎng)自適應(yīng)調(diào)控技術(shù)將成為氣力式排種系統(tǒng)的研究難點(diǎn)；現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)播種裝備作業(yè)性能嚴(yán)重依賴操縱人員經(jīng)驗(yàn)，機(jī)具的數(shù)字化程度低，智能排種系統(tǒng)研究未形成關(guān)鍵性技術(shù)突破，在智慧農(nóng)業(yè)、無人農(nóng)場(chǎng)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展業(yè)態(tài)引領(lǐng)下，未來排種系統(tǒng)將向集種子流狀態(tài)監(jiān)測(cè)、排種信號(hào)處理、傳輸、控制、存儲(chǔ)和管理于一體的可視化綜合控制系統(tǒng)發(fā)展，實(shí)時(shí)全面掌握播種機(jī)農(nóng)藝信息，根據(jù)準(zhǔn)確數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵決策，對(duì)排種工作單元作業(yè)狀態(tài)進(jìn)行智能化管理。

3）排種技術(shù)的研究思路向多元、高效、多學(xué)科轉(zhuǎn)變。作物種子和播種農(nóng)藝要求的多樣性決定了排種技術(shù)創(chuàng)新研究的必要性，目前國(guó)內(nèi)各類農(nóng)作物機(jī)械化播種水平亟待提升的現(xiàn)實(shí)情況表明，排種裝置結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與功能實(shí)現(xiàn)仍是業(yè)內(nèi)關(guān)注重點(diǎn)；數(shù)值模擬、高速攝影、室內(nèi)臺(tái)架試驗(yàn)和田間試驗(yàn)是排種技術(shù)研究和排種器設(shè)計(jì)開發(fā)的主要研究手段，但隨著離散元仿真、氣固耦合仿真等技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)將在研究中發(fā)揮更重要的作用；研究人員設(shè)計(jì)理念和問題求解思維方法正在轉(zhuǎn)變，拓?fù)鋬?yōu)化、TRIZ理論、概念設(shè)計(jì)和多理論集成等方法逐漸被引入到排種器的設(shè)計(jì)中；易拆卸、兼用或可通用的模塊化排種器產(chǎn)品有很大研究空間，虛實(shí)結(jié)合研究方法將有助于縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，多學(xué)科知識(shí)交叉將為排種器結(jié)構(gòu)創(chuàng)新提供新思路。

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Trend analysis and prospects of seed metering technologies

Zheng Juan1, Liao Yitao1,2※, Liao Qingxi1,2, Sun Mai1

(1.,,430070,;2.-,,430070,)

Seed metering can be widely used to deliver the seeds or fertilizers from the hopper at selected rates during planting. However, it is still lacking in the quantitative and comprehensive analysis of the current technology of seed metering devices. In this study, a metrological analysis was systematically conducted on the existing literature on seed metering technology, in order to visualize the research trend, in terms of scientific research productivity, influence, and development power. The development of seeding technology was also summarized from the hot topics in recent years. The agricultural products were introduced from the domestic and foreign advanced agricultural machinery enterprises using frontier seed arrangement technology. Finally, the development trend was proposed from the industrialization application at present. The results showed that the seed metering technology was developed in a high-speed steady state. Much more scientific research output and influence in China were close to that in the United States. The high-impact journals included the,,, and. High-impact scholars and institutions were focused on the seed metering technology for the typical crops in different regions. As such, the seed metering technology was advanced to upgrade the mechanization level. The development trend of seed metering technology was gradually changed from single-topic research on the realization of functions into the in-depth exploration of vertical subdivision topics, such as mechanism optimization, mechanism analysis, and virtual simulation. The current research hotspots of seed metering technology were focused mainly on high-speed simultaneous seeding, seeding uniformity, DEM-CFD coupling simulation, control, and monitoring system. In addition, the high efficiency and performance equipment can be expected to be further developed in the application of seed metering technology, particularly for the new products of seed metering in the running stage. Emerging technologies, interdisciplinary integration, and innovative thinking can be applied to develop with high speed, performance, precise, digital, and intelligent aspects. This review can provide a strong reference to grasp the research status, development trend, and innovation of seeding machines.

agricultural machinery; seeder; seeding technology; research focus; trends; information visualization

10.11975/j.issn.1002-6819.2022.24.001

S223.2+3

A

1002-6819(2022)-24-0001-13

鄭娟，廖宜濤，廖慶喜，等. 播種機(jī)排種技術(shù)研究態(tài)勢(shì)分析與趨勢(shì)展望[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2022，38(24)：1-13.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.24.001 http://www.tcsae.org

Zheng Juan, Liao Yitao, Liao Qingxi, et al. Trend analysis and prospects of seed metering technologies[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(24): 1-13. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.24.001 http://www.tcsae.org

2022-06-16

2022-12-10

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2021YFD2000403）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51975238）；國(guó)家油菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)（CARS-12）

鄭娟，博士生，研究方向?yàn)橛筒瞬シN技術(shù)與裝備。Email：zhengjuan@webmail.hzau.edu.cn

廖宜濤，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)楝F(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備設(shè)計(jì)與測(cè)控。Email：liaoetao@mail.hzau.edu.cn