农机农艺相结合 提高谷子机械化水平

焦海涛，吴海岩，李霄鹤，杨志杰，刘焕新

（河北省农业机械化研究所有限公司 河北 石家庄 050051）

谷子是我国的传统种植作物，也是我国的重要粮食作物之一。我国谷子种植区主要集中在干旱、半干旱区的丘陵地带，种植模式较多[1]。谷子机械化生产研究起步较晚，与其他大宗粮食作物相比，生产机械化技术发展落后，且由于种植地区地貌复杂，适用于谷子生产的专用机具较少。目前现有的机具大多是通过稻麦机具改造而成，适用地区较窄。基于此，对目前我国谷子机械化生产的研究进展进行了系统梳理，针对谷子机具研发的现状与特点，提出了未来谷子机械化发展的方向。

1 谷子播种机械化研究进展

谷子是我国的传统种植作物，种植面积居世界第1 位[2]，主产区多集中在经济欠发达、技术相对落后的干旱和半干旱的丘陵地带，且种植方式繁多。与小麦、玉米和水稻相比，我国谷子种植地区多为丘陵地带，种植面积较小，机具需求量少，生产机械化研究起步较晚且发展滞后，一直处于较低水平。随着人们生活水平的提高以及对小米营养价值认识的提高，近些年谷子需求量突增，急需发展谷子机械化生产。因此，东北、山西、河北、内蒙等地区的科研院所不同程度地开展了谷子生产机具的研究。河北省农业机械化研究所成功研制了2BF 型系列小粒作物播种机，该机具结构简单，采用小子粒排种器，可使播量均匀精确、播深一致，适用于平原地区或丘陵地带的谷子、糜子等小粒作物精量免间苗播种，可实现少间苗、免间苗。山西农业大学谷子创新团队成功研制的谷子膜侧沟播机，在耕整地上进行覆膜后膜侧播种，可以有效利用覆膜后形成微垄所产生的集雨作用，充分利用天然降水，提供种子播种后发芽生长期的水分供给，大大提高了山地丘陵地区谷子的成活率。

2 播种机具研究进展

鉴于谷子等小子粒谷物的农艺特性，精少量播种、株距均匀、播深一致可以节省大量种子，减少间苗用工，保证谷物稳产高产，是谷子播种的关键。研究表明[3～8]，目前实际生产中播种机械主要有精量条播机、精位穴播机、钉式播种机、气吸播种机和勺式播种机5 种；从种植方式上可分为常规平播机、垄上播种机、覆膜侧播播种机等。

精量条播机由机架、种箱、排种机构、覆土器和镇压轮组成，且每行均设有单体仿形机构，播深一致。机具的播量精确并可调，直槽轮改为斜槽轮，播种均匀、准确，播量精确、可调，可以免间苗或者少间苗；熟地、免耕地均可播种。精量穴播机结构与条播机相似，采用设计的窝眼式排种器，无刮种器设计，不伤种，穴距准确、穴粒数可调。精位穴播机免间苗，大大降低了劳动强度；单组仿形设计，播深稳定。钉式播种机由传统的重力充种改为旋转动力取种，排种部件为通用模式，有大播量模式和小播量模式，二者切换采用锁止按钮设计，该机具同时具备播种谷子、高粱、小麦等作物。气吸播种机采用负压吸种，单粒精播，可以显著降低漏播率和重播率，对种子大小适应性强，不会损伤种子，株距合格率高，可实现高速播种，大大提高播种作业效率。覆膜播种机广泛应用于墒情较差的区域，分为膜上和膜侧播种2 种形式。覆膜播种可以使土壤的供水能力增强，促进作物的蒸腾蒸散量，使有限的水分得到高效利用，节水、保墒效果好，出苗整齐，可靠性高。

3 谷子播种机械化发展趋势

我国经济发展已经步入新常态，认识新常态、适应新常态、引领新常态是当前和今后一段时期经济发展的大逻辑。新常态下，认识和厘清现代农业发展的内涵与外延，深化创新，向土地要效益，提高农户的收入，加快和推进当前谷子产业的发展。针对谷子播种作业环节的问题，考虑农机农艺相融合，以方法创新、技术突破、装备研发为技术路径，建立谷子播种机械化技术体系。

3.1 精准化播种

3.1.1 精选种子是基础 种子质量的优劣不仅影响农作物产量，还影响农作物品质。剔除混入的异作物或异品种种子，以及不饱满、虫蛀或劣变的种子后，选用充实饱满的种子播种，不仅可以减少播种量，还可以保证种子发芽出苗齐壮。精选后的种子往往生长势和抗逆性强，出苗迅速整齐，成苗率高，增产潜力大，产品质量优，经济效益高。提高种子纯度和净度，保证种子的发芽率和种子活力，是实现机具精量播种的重要保证。

3.1.2 精量播种器是实现精量播种的工具 目前，市场上广泛应用的小子粒排种器包括窝眼式、斜槽轮式、勺式和钉齿式排种器等，均或多或少地存在一些不足。如窝眼式排种器容易护种带卡种子、子粒数量不均匀，造成出苗率低、出苗不整齐。因此在研究过程中，注重改进优化设计排种轮结构；筛选和优化毛刷及护种带材料；注重模具加工，保证窝眼的制作工艺。

3.1.3 作业标准化 制定机械化精准播种标准，实现精准化播种。在大量试验数据的基础上，归纳总结了精准标准化指标6 个，分别为单粒率≥85%，空穴率＜5%，伤种率≤1.5%，播深要一致，误差≤1 cm，株距要一致合格率≥80%；种子左右偏差≤4 cm。这些指标的确定为实现中耕、除草、喷药的机械化奠定了基础。

3.2 种植模式化

我国幅员辽阔，不同区域气候、耕作条件、土壤特性、年积温和播种时期墒情差异大，栽培制度和种植方式均有不同。在研发谷子机械化机具时，要遵循因地制宜的原则，充分将农机农艺相融合，根据栽培模式筛选、设计相配套的区域化农机设备。

3.2.1 华北中南部平原区 该地区土地平坦，播种时的墒情可以采用机井、河渠灌溉来补足，墒情条件容易控制，播种前先对土地进行旋耕整地。其耕种模式为旋耕—镇压—平作条播或垄作条播，相对应的配套机具为旋耕机—镇压器—条播机或垄播机。

3.2.2 西北山丘区 该地区地势起伏，土质较松软，土壤墒情难以维持，灌溉条件有限，且春季风沙较大，主要采用抢墒播种，生产管理过程中作物生长所需水分大多依靠自然降水。因此宜采用覆膜播种。其耕种模式为旋耕—镇压—半（全）覆膜穴播，相对应的配套机具为旋耕机—镇压器—覆膜机。

3.2.3 东北大平原区 该地区土质肥沃土壤黏度大，多采用大型牵引播种机进行播种，采用平播配合中期除草起垄的免耕播种模式。目前在辽西地区出现了小型的轻免播种机。其耕种模式为秋季深松—春玉米茬口—免耕播，或者秸秆粉碎—夏小麦茬口—免耕播。相对应的配套机具为深松机—免耕机，或者还田机（收获机粉碎）—免耕机。

3.3 机具智能化

作为实现现代农业重要组成部分的农用机械，其信息化和智能化主要体现在：引入卫星定位和导航系统，提高土地利用率；引入机、电、气、液一体化技术，降低劳动强度简化操作；引入传感器反馈系统，实时监控播种质量[9～11]。

3.3.1 拖拉机安装导航驾驶系统 该系统主要包括拖拉机前轮转向处的高精度角度传感器，支架中央位置安装电台天线，电动方向盘由驱动电机、花键套筒、固定支架、专用方向盘组成，导航精准度达到±2.5 cm，有效解决了播行不直、接行不准的问题，为后续喷药、施肥、收获作业等保持高度一致性提供了技术支持。同时保证了精确间距，降低重耕率、漏耕率。

3.3.2 播种作业信息监测 播种作业信息监测是现代精播机的重要组成部分，可以有效对播种环节进行实时监测，出现故障时可以及时发出报警信号。机具在播种作业时，仅凭人的视听无法直接监视其作业质量，如在播种作业时发生堵塞、下种量异常、排种器传动失灵等故障均影响播种的正常进行，导致出苗不整齐。尤其是大型宽幅精播机，其作业速度高、播幅宽，一旦发生上述现象则会造成大面积的漏播，必然造成农业生产的严重损失。

针对目前市场上现有的播种监测系统，在气吸式精播机上安装排种监测系统，监测播种机排种量、排种速度、播种间距、播种面积、单播率、重播率、漏播率等，由传感器、光电转换路、报警控制和信号显示装置构成的排种监测系统。能够适时监控各个排种器的工作状态，可以通过控制补偿装置对播种情况及时修正，包括漏播、播种机排种量、排种速度性能参数等。同时将原有的机械式地轮驱动排种改为电机控制驱动排种，并与卫星导航系统相结合，通过预先设定好的数据，无论拖拉机行驶速度的快慢，都可以精确地保证单位面积播量的稳定、准确。

3.4 加快山丘区薄弱生产机械化

我国山丘地区谷子种植面积占比较大，具有地块面积小、分布零星等特点。这些地区大多经济、技术相对落后，且不具备灌溉条件，现代化的大型农用机具难以进地作业。加快山丘区专用机具的研制，以中小微型机械为主要研究对象，从不同作物机型中借鉴、改进是山丘区机具研究的重点和方向。增加通用性机型的研发与推广，达到一机多用、节约成本、提高效益的目的，弥补山丘区谷子薄弱生产环节的机械短板。

4 谷子高粱播种机械化发展建议

4.1 政策引领与资金扶持

长期以来，适宜谷子播种、收获的机具研究与研发较少。应加强政策和资金的帮扶，重点用于专项支持和组织科研单位与生产企业相对接，针对研发中的重点、难点问题进行科技攻关，开展积极有效的合作，研制专门适用于谷子播种的适宜机械，实现谷子生产播种、收获的全程机械化。

4.2 农机农艺相融合

农机农艺有机融合，农机为农艺服务，农艺为农机提供依据。根据不同的种植区域，制定规范栽培技术，从播种前整地、播种到中期的田间锄草、喷药，最后到收获，制定一套科学、系统的技术，并在此基础上配套相应的农机，提高农机与农艺的适配性，最大程度地发挥机械化的优势。

4.3 建立农机农艺融合创新示范基地

谷子产业机械化在经历了初期发展后总结发现，市场对于机具的需求迫切。由于地域的限制，用户掌握的机具信息量有限，这就要求我们针对目前谷子生产环节应用较为成熟的农机具进行严格的筛选、分类、制定使用规范，进而推广应用；针对大面积应用机具存在的问题进行优化与改进；加快研究步伐，尽快将成熟的信息化集成技术应用在农机装备上，以提高现有机具的智能化水平；建立农机农艺融合创新示范基地，提高该配套技术和机具的影响力。