我国高海拔地区草籽种植机械的应用与发展趋势

靳 伟，谢 刚，张东杰

(青海农牧科技职业学院，西宁 812100)

0 引言

统筹资源、环境、生态协同发展，全面推进“十四五”时期生态文明建设，牧草不仅是农牧民进行畜牧业生产的物质和经济来源，也是青藏高原高寒生态体系的主体和全国生态屏障。近年来，草原存在大面积退化，导致牧草品质及产量下降，承载畜牧的能力降低，政府组织了人员对草原进行草籽人工播撒，以此来恢复草原的生态以及帮助牧民增加更多收入。但人工草籽播撒效率低，成本高，实现草籽种植机械化、智能化、科学化是大势所趋，而高海拔地区区域特点对草籽种植机械化、智能化提出了更高要求。因此，正确认识高海拔地区畜牧业生产中草籽播种机械的现状，探讨科学、高效的机械化草籽播种技术及配套机具，显得十分重要。

1 草籽播种机械应用

近年来，我国在高海拔地区草籽播种机械化、智能化方面，通过设备的引进、消化和吸收，结合我国生产的实际情况，研制和开发了很多实用机型，在产品数量、质量、种类上都有所创新，增强了自主研发草籽播种机的能力。目前，我国高海拔地区草籽种植机械可以通俗地分为地面牧草播种机和牧草无人飞播机。

1.1 牧草播种机具现状

目前，使用农业机械种植草籽有三种方法：第一种是大田种植草籽，与传统的种植大田农作物有着相同的种植流程，需完成犁地、耙田、播种、施肥、中耕、田间管理和收获牧草种子，得到更优良的牧草种子，秸秆当作青饲料，一般的牧草种子有垂穗披碱草、老芒麦、黑燕麦等；第二种是人工种植草地，与大田农业播种机械通用，有的农业播种机械换上专用的牧草开沟器、牧草排种器，来完成播种牧草工作，一般有紫花苜蓿、小冠花、三叶草、中华羊茅等；第三种是无人飞播机，规划无人飞播机播种路线，装载牧草种子的无人飞播机飞行在大田上空，精确地按一定高度和一定飞行路线把牧草种子均匀定量地撒播在大田上，根据牧草种子植物学特性，在适宜的温度和适时的湿度等自然条件下，促进种子出芽、生根、成苗，能够实现精准、均匀撒播。

1.2 田间种植牧草播种机具

2006年，青海江河源农牧科技发展有限公司乔继华等[1]设计了一种9MB-1型牧草种子免耕播种机，由种子箱、高度升降架、导流管、播种头等部件组成，播种牧草时由拖拉机带动种子箱架行走，通过地轮的转动带动播种头循环进入大田耕作层中实现牧草种子的播种。

2010年，黑龙江八一农垦大学陶桂香等[2]设计并研制了一种2BMY-5型牧草免耕播种与液体施肥机，如图1所示为2BMY-5型牧草免耕播种与液体施肥机结构。与拖拉机配套使用，采用圆盘切刀，在耕地上开出一定深度的种肥槽，排种器将种子投放在沟底，随后覆土机构进行覆土，镇压机构进行镇压，完成免耕、施肥、播种、覆土、镇压等工序。

1.液肥罐；2.种箱；3.液肥输出控制泵；4.地轮；5.覆土器；6.开沟器；7.圆盘刀；8.悬挂系统；9.液肥输入管；10.液肥输出管；11.液肥输出量均衡调节器；12.播种量调节器

2012年，内蒙古农业大学机电工程学院李萍等研制生产了一种9BQM-3.0型气力式牧草免耕播种机[3]，与拖拉机配套使用，作业时，由拖拉机驱动并牵引，如图2为9BQM-3.0 型气力式免耕播种机结构。排种装置有18 个双圆盘播种器，相对应18个开沟装置，地轮旋转带动中央排种槽轮装置，确保种子进入到相对应的排种装置底部，18根输送管分别把种子分配到18个双圆盘播种器，对种子进行播种、覆土和镇压。通过试验测量获得了各行排量一致性变异系数，数据结果为苜蓿3.41%、披碱草6.04%、玉米7.33%，该结果表明此排种装置实用性广，播种均匀，通用性较好。

1.转动轴；2.牵引机构；3.泵；4.油管；5.开沟机构；6.机架；7.滚轮；8.导流管；9.行走轮；10.划印机构；11.鼓风机；12.马达；13.种箱；14.排种机构；15.播种机架；16.软管；17.双圆盘夹角播种器；18.覆土器；19.覆土盘；20.镇压轮

2014年，中国农业大学王振华等[4]设计了一种中央外槽轮装置集中向分配器供料的排种机构，结合气流分配的牧草播种机，根据不同牧草种子，排种量能够做到精确控制，与已有设备的外槽轮排种器播种牧草种子相比，克服了架空、堵塞、稳定性差等一系列问题。同年，中国农业机械化科学研究院呼和浩特分院翟改霞等[5]完成牧草种子机械物理特性研究的基础上，设计了一种多行一器的排种装置。此机构由中央排种槽轮(图3)、排种器机体壳、混合器、调节机构等组成，排种量通过调节机构调整中央排种槽轮相对于排种器壳体的工作长度来设定，槽轮壳体内的搅拌器用于防止种子架空，大小不同种子的排种则通过调节槽轮机构内部元件位置来实现。

1.槽轮机构；2.槽轮壳体；3.拨齿；4.调节机构

1.3 人工种植草地用的牧草播种机

国内用于人工种植草场用的牧草种子播种机研究种类很少，目前用于实际生产的牧草种子播种机仅仅有以下几种。

(1)由中国农科院草原研究所研制的9SBY-3.6型牧草种子撒播镇压联合组机[6]，撒播盘用直流电动机所驱动，自然休止角小且播种流动性较好，该组机采用了栅条滚筒式镇压器，具有很好的入土覆土和滚动镇压功能。该联合组机与四轮拖拉机配套使用，生产率达2～2.2 hm2·h-1。该机组已在小批量实际生产，并且使用效果较好。

(2)2008年，北京航空工业学院机械工程系杜韧等[7]试验并研究了一种92MZB2.4型牧草免耕播种机。该免耕播种机与拖拉机配套使用，播种时，旋耕刀盘开沟器在耕作层开出种沟、肥沟，地轮通过传动系统将种子、肥料从种子箱、肥料箱排出，且按各自的软管排到种沟、肥沟里，随后每个开沟器后面的镇压轮对种沟、肥沟进行镇压，进而完成整个播种作业流程。

(3)吉林省白城地区农机化研究所研制9MB-9型牧草播种机，该机与四轮拖拉机配套使用，可以一次完成开沟、播种、施肥、覆土、镇压工作，根据实际播种需要安装5行、7行或9行双橡胶辊式排种器。该排种器可以满足禾本科、豆科牧草种子的播种要求。工作幅宽1.35～1.75 m可调，播种深度0.5～3.0 cm可调，生产率0.45～0.6 hm2·h-1，该机已经通过省级鉴定。

1.4 牧草无人飞播机具

无人机飞播在大田作物、飞播造林、防沙治沙等领域研究较成熟，把牧草种子均匀定量地撒播在大田上，根据牧草种子植物学特性，在适宜的温度和适时的湿度等自然条件下，促进种子出芽、生根、成苗。目前，我国对于飞播牧草种子领域研究较少，所以飞播牧草通常向大田作物及飞播造林等领域的技术借鉴。

华南农业大学工程学院宋灿灿等[8]设计了一种气力式无人机水稻撒播装置，如图4所示，利用气流将种子沿不同的方向吹送出去，根据无人飞播机飞播的速度和高度，实时调整鼓风机的风速和排种轮的转速，以此调整牧草种子颗粒的亩撒播量和撒播幅宽，从而保证航线上幅宽的稳定性和撒播均匀性。

1.鼓风机；2.分流机箱；3.排种器；4.导流管

华中农业大学工学院黄小毛等[9]设计了一种基于电驱离心条播式排种器的无人机油菜飞播装置，如图5所示。将地面传统使用的倒置内锥筒型排种盘改进为上凸锥筒式，设计了一种排量大、电驱动的离心式油菜排种器，图6所示为结构。依靠油菜种子籽粒重力和离心力双重作用对排种器充种，实现一机多行排种作业，受机具振动和颠簸影响较小，具有比传统倒置内锥筒型离心式排种器更好的充种效果和作业稳定性。

1.种子箱；2.种箱架；3.离心式排种器；4.软管；5.无人播种机；6.电机；7.壳体；8.舵机；9.导流管；10.水平固定杆；11.接口；12.投种管；13.橡胶尾管

1.种箱；2.外壳；3.排种盘；4.排种口；5.底座；6.轴承；7.排种电机

华中农业大学工学院张青松等[10]研究了油菜无人机飞播装置并进行了设计与试验，如图7所示，主要针对丘陵地区油菜籽播种面积较大且播种效率低等问题，设计了一套搭载于无人机的油菜飞播装置，并设计了飞播装置种子箱、充种室、滚动槽轮等的结构，如图8所示。通过场地油菜飞播试验，无人机飞行高度为2～2.5 m时，有效作业幅宽2.15～2.45 m，飞播装置作业性能较好，能满足油菜农艺种植要求。

1.出种口架；2.无人播种机旋翼；3.排种槽轮；4.种子箱；5.导管；6.控制系统；7.电机；8.联轴器；9.电池；10.出种口

1.卸种口挡板；2.充种漏斗；3.种箱；4.外壳；5.槽轮；6.落种口

2019年4月，极飞科技发布了无人机智能撒播系统，图9a为无人机智能撒播系统作业；图9b为智能撒播系统，智能撒播系统搭载在无人机上，极飞科技首次采用滚轴式定量设计，精确控制种子的用量与播撒密度，而且采用专利JetSedTM气流喷射技术，可以通过高速气流，高效地将1～10 mm的种子、肥料固体颗粒精准投放至所需环境，而且全程实现播种量随着飞行速度的变化而变化；图9c为颗粒撒播地面情况，可完成5.33 hm2·h-1的播种作业，是人工撒播效率的50～60倍，解决了传统飞播用量不精确、播撒不均匀的问题。

图9 无人机智能撒播系统

2 存在的问题

我国高海拔地区草籽种植机具的种类、功能、技术性能与国内、国外机具有着很大的差距。

2.1 机械品种不全，产品技术水平低

对于高海拔地区可以使用的草籽播种机械品种较少，有的只适合单一的牧草草籽播种，通用性较差，机具的使用效率低，同时机具使用的成本增加；豆科类牧草(如苜蓿、百脉根)种子具有外形尺寸小、千粒重相对较大、流动性好的特点，易出现排种器漏种现象，播种量控制难；而禾本科类牧草(如老芒麦、披碱草等)种子流动性差，播种均匀性很难保证。

2.2 特殊的地域特征制约机具的发展

“高”和“寒”成为高海拔地区最突出的区域地理特征，这对无人飞播机电池提出了更高的要求，若在低温环境下使用电池，电池容量将骤减，从而影响飞行器的正常使用。一般来说，只要温度低于20 ℃，无人机电池的活性就会下降，温度过低时，电池的续航时间可能比正常情况下降低一半，飞行器动力系统难以维持飞行，电池就会主动关机来防止电芯过度放电，在一定程度上影响了飞播作业的效率。

飞播配套的撒播系统一机多用，大田农作物和牧草种子播种装置整合为一体，但实际情况是大田农作物种子与牧草种子有很大的区别，播种装置也要区别配套。

2.3 售后服务体系不完善

目前，牧草播种的经济市场小，机械保有量少，直接影响了售后服务体系，售后服务平台较少，相应的技术人员缺乏，配套的零件供应不足或停产，出现故障较长时间得不到维修，耽误草籽播种的最佳时期，影响了机具的正常工作。

3 发展趋势

3.1 推广已有设备，加快完善设备的研发

目前，我国高海拔地区已有一些较成熟的草籽播种机械，应当通过持续宣传，来提高农民对使用机械化种植的热情，通过形式多样的培训，提高农牧民的使用技能。对已有播种机具结合本区域种植特点进行改造，研发出符合区域种植需求的机具。

3.2 加强科技创新，研发高新机械

我国高海拔地区的特点是冬季严寒，夏季温暖，全年干旱少雨，辐射强烈，植被较少，“高”和“寒”成为本地区最突出的区域地理特征，气温低也成为制约高海拔区农牧业的主导因素，牧草种子种植机械品种单一、通用性和稳定性差。因此，应针对高寒农牧业因地制宜的进行高新机械的研发，通过国外前沿技术的引进、消化、吸收、利用，使其国产化，降低使用成本。

3.3 加大政府资金补贴，促进牧草种植机械化的发展

农业机械化发展水平呈现不平衡的局面，作物机械化发展水平高，但畜牧业、林业、渔业等方面发展水平比较低，因此，政府应积极调整农业机械资金补贴，使农牧民更有能力购买农业机械，以提高弱势产业农业机械的使用比例，提高农机化水平。

3.4 增加牧草无人飞播机具的投入

伴随着智慧农业的出现，牧草无人飞播将会成为一种新的主流，不仅可以提高农业生产效率和工作质量，更为农户带来经济效益。但飞播机具价格昂贵，存在配套服务不足，缺乏专业培训，作业人员农业知识素养不足等劣势，要想牧草无人飞播机具未来得到持续发展，必须加强对农民专业技术和素养的培训，为农民培养一批优秀的飞手，才能确保牧草无人飞播机具的顺利应用。

4 结论

农牧业不仅是社会经济发展的重要组成部分,更是关系到广大农民群众增收致富的基础产业，正确认识高海拔地区畜牧业生产中草籽播种机械的发展现状，研究科学、高效的机械化草籽播种技术及配套机具十分重要，无论是自然生长的草场，还是田间种植牧草、人工种植草地，都适合研究与推广适应“高”和“寒”区域特点，通用性、稳定性好的草籽播种机具，因地制宜的进行高新机械的研发，将会对草场的严重超载过牧和大面积退化有积极的改善作用。