新疆棉花播种机械应用现状及发展趋势

董万城，张立新，李文春，余思遥，王宇琪，卜浩然

（1.石河子大学机械电气工程学院，新疆 石河子832000；2.图木舒克银丰现代农业装备有限公司）

0 引言

新疆是我国最大的棉花产区，棉花作为其重要经济作物，在国民经济中具有举足轻重的作用[1-2]。据国家统计局公布的数字，自2014 年以来，新疆棉花种植面积稳定在2 000 khm2以上，2019 年新疆棉花种植面积为2 540.5khm2[3]，占全国种植面积的76.1%。近年来，随着新疆棉花种植面积的不断扩大和种植模式的不断改进，新疆棉花种植的机械化程度也在不断提高。机械化不但可以达到棉田精耕细作的要求，提高其田间管理水平，而且可以大幅度提高劳动生产率，增加规模效益，以达到增产、增收的目的[4]。本文分析了当前新疆棉花播种机械的应用现状及发展趋势，为棉花种植机械化的发展提供了理论参考。

1 新疆棉花主要种植模式

新疆地处内陆干旱地区，降水量少，蒸发量大，土壤盐碱化程度高，水资源严重匮乏[5]，针对这一气候特点，目前新疆大部分地区采用膜下滴灌技术进行棉花种植，诞生了不同的种植模式，其中较为典型的3 种模式分别为：传统模式、机采模式与超宽膜模式[6]。第一种传统模式，如图1（a）：该模式是曾经推广时间最长、应用范围最广的一种手工采棉种植模式，覆膜宽度约为1.45 m，膜下共种植4 行棉花，两侧窄行距约为30 cm，中间宽行距约为40 cm（南疆一些地区也采用55 cm+20 cm 的行距），2 条滴灌带分别位于两侧窄行中间，该模式随着机采棉的广泛应用，北疆地区已逐步淘汰，南疆部分人工采棉的地区还在采用该模式；第二种模式为机采棉种植模式，如图1（b），随着机采棉的推广，为了满足机械采棉的种植农艺要求，棉花种植模式发生了明显变化，机采模式下覆膜宽度约为1.25 m，膜下共种植4 行棉花，两侧窄行距约为10 cm，中间宽行距约为66 cm，2 条滴灌带都位于中间宽行内。该模式由于膜宽较窄，在防风方面比宽膜种植有一定优势，因此，在南疆库尔勒、阿克苏等春季风沙大的地区目前大都采用此模式；第三种模式为超宽膜模式，如图1（c），超宽膜模式下覆膜宽度约为2.05 m，膜下共种植6 行棉花，窄行距约为10 cm，宽行距约为66 cm，3 条滴灌带分别位于宽行中间。该模式既能满足机采棉要求，又具有更好的增温、保墒效果，近年来在更多地区得到了应用，特别是北疆主要产棉区大都采用此模式，南疆图木舒克等地区自2016 年以来也在逐步推广该种植模式。综上所述，采用“66 cm+10 cm”的种植模式以适应机采棉的需要将是今后新疆棉花种植的一大趋势。

图1 新疆棉花种植模式示意

2 新疆棉花种植机械发展的几个阶段

根据国家统计局网站公布的数据，如图2，上世纪80 年代前新疆棉花生产的总体水平很低[7]。1980 年新疆棉花种植面积仅有181.2 khm2，不足全国棉花种植面积的4%。自80 年代以来，随着地膜覆盖、滴灌施肥等技术的引进，以及机采棉的普遍应用与推广，棉花种植面积也在稳步增长。棉花的机械播种是棉花产业发展的基础[8]，在棉花产业中起着重要作用。棉花种植机械从以前的单一播种，到目前基本实现了一次完成整地、铺膜、播种、埋设滴灌带、覆土和镇压等多项作业的联合播种机。其主要经历了三个阶段：第一阶段，上世纪80 年代以前，主要是功能单一的棉花播种机械，作业效率低，棉花产量低，全疆棉花种植面积仅有不到200 khm2；第二阶段，上世纪80 年代初，随着地膜种植的引进与迅速推广，播种覆膜一体化的播种机械被研制出来，在较短时间内全面实现了地膜植棉机械化，引领了新疆铺膜播种机械化技术的发展[8]；第三阶段，20 世纪90 年代中后期，随着滴灌覆膜植棉技术的应用与推广，以及机采棉作业的广泛使用，在地膜植棉技术的基础上，提出了适于采棉机采收作业的全新棉花种植模式，研发了与新农艺相配套的系列联合作业机具，可实现种床整理、铺设滴灌带、开沟覆膜、播种、覆土、镇压等作业一次性完成[9-10]。据统计，2018 年新疆棉花实际机采面积约为1333.3khm2，至2019年达到1666.6khm2，全区机采棉面积实现快速增长，占比40%左右，农机农艺正在配套完善中。其中北疆主要产区棉花机采率已超过90%，一些县市接近100%。南疆机采棉相对发展较慢，机采率在30%左右，估计南疆机采棉近5 年会很快发展[11]。因此，目前新疆大部分地区的棉花播种机械都向着机采棉的联合作业机具配套的方向发展，此类播种机械也是目前新疆棉花播种机械的主流产品。

图2 新疆棉花历年种植面积

3 当前新疆棉花播种机的主要类型

目前，新疆棉花种植普遍采用地膜覆盖技术，并实现了机械化。棉花铺膜播种机种类较多，经过三个阶段的发展，功能愈来愈强，技术上也日臻完善[8]，基本可以实现种床整理、铺设滴灌带、开沟覆膜、播种、覆土、镇压等作业一次性完成。随着机采棉的推广，其播种行距也逐步固定为66 cm+10 cm。新疆市场上所使用的棉花播种机主要以新疆本地农机企业生产的大型铺膜播种联合作业机为主。小型播种机发展缓慢，工作质量和可靠性有待于加强[12-14]，主要用于小户散户棉农生产，随着技术的发展必将逐步被淘汰。目前，新疆棉花播种市场上的主流机型是2MBJ 系列播种机，该机型具有结构简单、操作方便、性价比高等特点，可一次完成平地、镇压、开沟、铺膜、压膜、膜边覆土、膜上打孔穴播、膜空覆土及土带镇压等多种工序，该机型有不同分类。

（1）根据配套动力、铺设地膜宽度的不同，主要有2MBJ-1/4、2MBJ-1/6、2MBJ-2/8、2MBJ-2/12、2MBJ-3/12和2MBJ-3/18 等。主流产品为2MBJ-2/12 和2MBJ-3/12两种，即2膜12行和3 膜12 行，其配套动力一般都在50～90kW，播种行间距为66 cm+10 cm，2MBJ-2/12 适用地膜宽度为205cm，目前该机型在北疆及南疆部分地区适用较多；2MBJ-3/12 适用地膜宽度为125 cm，该机型在南疆库尔勒、阿克苏等地区使用较多，主要技术性能参数如表1（以新疆天诚农机具制造有限公司的产品为例，其同类产品与此略有变化）：

表1 天诚铺膜播种机技术参数

（2）根据工作原理不同，棉花排种器一般可分为气力式和机械式两种[15-16]。气力式：由拖拉机动力输出轴经两级传动带动风机旋转，使排种器气吸室产生负压，由吸种盘完成吸种，点种器鸭嘴通过变速齿轮带动吸种盘旋转完成投种，最后由点种鸭嘴完成在地膜上点种。通过更换不同的吸种盘可以播种棉花、玉米、打瓜等不同作物的种子。因其配有风机，因此噪音大，在地头转弯处作业时，由于风机转速下降，造成该处漏播严重，因此，目前在单一棉花播种机械中采用气力式排种器的不多；机械式：目前在新疆棉花播种机械中大都采用机械式精量穴播器，它有两种型式：一是用机械方式直接从种群中精确拾取种子来确定排种量，如指夹式排种器，它对种子的形状、尺寸要求严格，因此要对种子进行精选，有些种子还必须进行丸粒化处理，该形式在棉花播种上使用较少；二是通过控制种子体积来确定排种量，如各种孔式排种器、勺式排种器、窝眼轮式排种器，利用排种元件上的容腔从种子群中分别精确分离出单粒种子，因此种子的形状和大小及型孔的形式对排种都有直接的影响[17]。在新疆棉花播种作业中，无论是气力式还是机械式，目前都基本实现了精量播种，即每穴播1 粒种子，不需要间苗、定苗作业，大大减轻了棉农的体力劳动，降低了生产成本[17]。

图3 其他机型的棉花播种机

（3）其他主流机型之外的衍生机型。一类是超大宽幅覆膜播种机。如新疆天诚农机具制造有限公司和石河子市鑫昌盛农机有限公司生产的2MBJ-3/18 铺膜播种机，如图3（a）、（b）。该机型一次作业播种18 行，机具宽达7.2～7.3 m，配套动力需80～130 kW，该机型过宽，不能折叠收放，在通过农村道路时存在一定问题，因此市场上应用不多；另一类是增加施肥功能的覆膜播种机，如新疆钵施然智能农机股份有限公司生产的2MBJF-2/12 机械式精量铺膜施肥播种机，如图3（c）。在实现以上功能的基础上，又设置了肥箱和施肥装置，实现施肥播种同步作业，但从目前农户反馈情况，主要存在施肥量不稳定、均匀性差等问题，应用效果不理想，需进一步改进。

4 新疆棉花播种机械的发展趋势

从调研情况来看，新疆棉花播种机械近年来发展迅速，单功能作业的小型机械已经相当成熟，并随着市场的发展需要，正在逐步淘汰，大型多功能播种联合作业机已成为新疆大型农场和农户的主流产品，在今后的一段时期内大型联合作业机械仍将占主导地位。随着北斗导航、智能控制、液压技术等在农业领域的应用，棉花播种机械也必将迎来新的机遇和发展。

4.1 信息化智能化在棉花播种机械中的应用

目前，在新疆棉花种植中，播种、覆膜、铺管基本实现了全程机械化，在此基础上，利用GPS、北斗导航、信息管理、智能控制等技术进一步提高播种机械的信息化、智能化水平必将是今后的一大发展趋势。2012 年新疆兵团农机推广部门就开展了卫星导航自动驾驶技术的试验示范工作，2014～2016 年，八师133 团、134 团、148 团、149 团、150 团及石河子总场等累计已播种冬小麦6.66 khm2、春小麦23.3 khm2，播种棉花105.3 khm2[18]。2013 年，由中国工程院院士罗锡文带领的华南农业大学团队研发的国内首套“基于GPS 的轮式农业机械导航及自动作业系统”棉花铺膜播种机在新疆兵团第八师121团33连棉田进行现场播种演示[19]。这些技术的应用都为棉花播种机械向信息化、智能化发展指明了方向。

4.2 同步变量施肥等作业的高度集成

新疆棉花的种植的一般作业程序是：施肥—耕整—播种，也有的地区在前一年进行了耕地整地，第二年开春进行施肥和播种。无论哪种方式，施底肥和耕地整地是棉花播种前必不可少的两个环节。目前棉花播种前施底肥主要有两种方式：一种是采用撒肥盘式撒肥机械，将底肥（主要是二铵、尿素、钾肥等）撒在耕地表面；另外一种是采用开沟施肥机械，将肥料条播到土壤下，目前采用此种施肥方式较多。研发播种施肥一体的联合作业机，将施肥环节和播种同步进行，减少作业环节，提高作业效率是今后棉花播种机械的一个发展方向。近年，一些企业研发了施肥和播种一体的机械产品，比如新疆钵施然智能农机股份有限公司的2MBJF-2/12 机械式精量铺膜施肥播种机，实现了播种、施肥、覆膜、压管同步进行，但其仅是将施肥装置简单集成到了覆膜播种机上，没有单独动力进行排肥驱动，排肥稳定性差、精确度底，并且不能够实现变量控制。因此，研究变量可控的精准施肥播种机械，实现高度集成和智能控制将是新疆棉花播种机械的又一发展方向。

4.3 更大宽幅、高效率的大型联合作业机

提高棉花播种作业效率的一个有效途径就是增大一次作业时的幅宽，由于受配套动力以及道路通行能力的限制，目前市场上的主流机型为2MBJ-2/12 和2MBJ-3/12 两种，其一次作业可以播种12 行，机型宽度为4.5m～4.7m。国内企业生产的2MBJ-3/18 型覆膜播种机，最大幅宽为7.3 m 左右，而国外一些大型免耕条播作业机，采用液压技术实现机械设备的折叠与收放，可实现一次作业播种80 行，作业宽幅最高可达20 余米，作业效率大大提高。在借鉴国外同类产品的基础上，运用液压技术实现棉花播种机械的可折叠，使机具道路行走状态时两侧机架与中间机架呈一定角度布置[20]，有效缩短机具的宽度，提高机具的道路通过性也是将来棉花播种设备的一个发展方向。

总之，棉花播种机械经过几十年的发展，已基本实现了精量播种、覆膜、压管等一体化作业，今后必将向信息智能化、高效大型化的方向发展。