浅析谷子穴播排种器研究现状＊

2021-12-24冯召华李衣菲衣淑娟闫宇霆

南方农机 2021年7期

冯召华，李衣菲，衣淑娟，李光，陈涛，闫宇霆

（黑龙江八一农垦大学工程学院，黑龙江大庆 163319）

谷子别名粟、小米，被称作“五谷之首”。谷子的种植可以追溯到7 000多年前，已逐渐成为我国的重要粮食作物。谷子性喜高温，耐旱稳产，在我国北方广泛种植，但机械化水平远低于欧美等发达国家，目前仍在沿用传统的人畜力耧播或大播量条播方式[1]。人畜力耧播对技术操作要求较高，效率低，且劳动强度较大，难以控制播量及播深，播种均匀性差；机械大量条播种植方式对谷子有损伤，且严重浪费种子，后期人工间苗、定苗劳动强度大[2]。因此，谷子穴播播种是谷子未来生产发展的主要方向。

1 发展谷子精量播种机的重要意义

谷子富含多种营养元素，是中国北方人民的主要粮食之一。近年来，随着品种的不断改良，谷子的产量也不断增加，播种面积仅次于小麦、玉米，位居第三位，渐渐成为干旱、半干旱地区发展可持续农业的支柱作物[3]。但目前谷子精量播种技术尚未成熟，仍存有浪费谷种，后期间苗强度大等问题。现有的大型播种机并不能适用于谷子的播种生产，因此，研发适用于谷子等小籽粒作物的精量播种机械尤为重要，其中排种器是影响播种效果的关键部件[4]。

2 国内外谷子机械化研究现状

2.1 国外谷子机械化研究现状

在部分发达国家，谷子的种植面积较小，所以对谷子精少量播种的机械研究也较少。在部分国家，谷子主要是作为畜牧的饲草，所以大多采用牧草类的播种和收获机械，但这类机械对谷子等小籽粒的精少量播种适应性较差[5]。部分欧美国家对精量播种机械的研究较早，从20世纪40年代至今，经过多年的发展，播种机的结构已日趋完善，例如：美国John－Deere公司生产的John－Deere—7000型精量播种机、法国MONOSEM公司生产的NGPLUS系列和MONOSEMNC系列的气吸式播种机和德国贝克公司生产的AeromatII气吹式播种机、阿玛松公司生产的ED系列气吸式单粒精量播种机等，这些种类的播种机可排种玉米、大豆等，对于谷子等小籽粒作物并不适用[6]。

对于小籽粒作物精量播种机的市场空白，国外学者从20世纪60年代就开始致力研究，欧洲的Gianni等学者率先研制出真空式小籽粒作物的精量排种器，自此一个针对小籽粒作物的精量播种时代便正式开始[7]。此后其他国家也开始了小籽粒作物精量播种的研究，德国研制了Maltisem气吸式播种机，意大利研制了SP悬挂气吸式播种机，这两种播种器均采用垂直圆盘式吸种盘，可实现蔬菜类小籽粒作物的精量播种，通用性较好。奥地利研制了Wenerster气吸式精量播种机，该播种机采用了双圆盘结构，一个盘带有螺旋槽，另一个盘带有径向槽，两盘叠加可形成不同组合形式的吸孔[8]。伊朗学者Fornstrom和Jafari共同研制了穴式精量播种机，该播种机利用成穴盘上的六个圆锥凸起进行成穴。Lepori等学者浅谈了小籽粒作物液体播种的方式，该方法方便测定部分小籽粒作物的播种效率，但并不能保证排种的均匀一致性。在播种效率方面，Wanjura和Hudspeth设计的X行播种装置以及Parish研制的垂直式排种盘也都大大提高了播种效率[9]。

在气吸式排种器大量使用时，很多专家与学者也致力于气压式排种器的研究，气压式排种器与气吸式排种器原理相反，利用气流正压力压附种子，同时清除多余的种子完成充种。美国研制的cyelo500型滚筒播种机就利用了气压式的排种器。同样利用高压气流清种的还有德国贝尔公司研制的acrolnatn型气吹式播种机，它们都具有可靠性高、播种均匀等特点[10]。

2.2 国内谷子机械化研究现状

相比于国外精量播种机的快速发展，我国起步较晚，发展较慢，农业机械化水平与发达国家还有一定差距。自从20世纪80年代，我国专家与学者在借鉴了国外播种机械的技术后，开始研制适合我国地域环境使用的播种机械，并在农业耕作中推广开来。近几年，我国在水稻、玉米、花生、大豆等大籽粒作物的播种机械上发展迅速，已达到精密化水平，适配的机型也比较成熟。但由于谷子籽粒和千粒重均较小，在播种时容易堵塞，伤种率高，从而很难实现精少量播种[11]。目前国内谷子播种机按照排种器不同可分为以下几种类型：

1）窝眼式排种器播种机。窝眼式排种器结构简单，操作方便，但其精度较低。窝眼的形状和尺寸对播种精度有着直接的影响，窝眼过大会导致多粒种子同时通过，窝眼太小会导致种子被吸附在窝眼中排不出去，从而造成漏播甚至断垄的问题。

2）槽轮式排种器播种机。槽轮式排种器只适用于条播方式，无法实现精量播种。针对这个问题，山西农业大学发明了异型螺旋槽式精少量播种机。该播种机内部有一根排种圆轴，圆轴上开有多条螺旋槽，轴与套筒形成密闭空间，种子在进入密闭空间后随螺旋槽向前移动实现播种。该装置结构简单，可实现谷子等小籽粒作物的精少量播种[12]。

3）往复式排种器播种机。往复式排种器会尽量降低投种高度，经常被装在开沟器内使用，以提高投种精度，在出苗后无需间苗，降低劳动强度。该排种器由山西运城农机局和施肥播种机厂共同研制，实验证明可以对谷子等小籽粒作物进行精少量播种[13]。

4）多功能排种器播种机。多功能精密排种器采用机械方式推种，可以解决窝眼堵塞造成的缺苗断垄问题，节约谷种，但是容易造成谷粒破损堵塞。该排种器由陕西省宝鸡市农科所研究设计。2BXD－10型小四轮悬挂式条播机就采取了这种装置。

国内对谷子等小籽粒作物精少量排种器的研究主要是将槽轮式排种器、窝眼轮式排种器、往复式排种器等进行适当改进[14]。崔玉焱研制了2BGJ-6型谷子精量播种机，孙灯、侯华铭等将倾斜圆盘式排种器应用于谷子精量排种机，这两种播种机均采用机械式排种方式[15]。此外，张燕青等配制了谷种悬浮液，利用流体排种原理实现谷子地精量播种。王超等设计了2BFG-6型气吸式谷子精量穴播机，解决了谷子种植过程中谷种破损、浪费严重等问题[16]。廖庆喜、杨波等设计了气吹式油菜精量排种器，该排种器在充种和清种部分仍是机械式结构，而投种部分使用了气吹原理。郭超永、李旭等研制了另外一种油菜精量排种器，采用气吸气吹结合的原理，结构较复杂，成本也较高。赵晓顺等依据谷子的物理特性，研制出一种气吸式谷子精量穴播机，有效克服谷种破损、堵塞等问题。河北农业大学也研究设计了一种气吸式谷子穴播机，其核心部分采用锥形孔和内环深凹槽组合设计，可以起到断气和清种的作用，有效解决因堵塞而影响充种的问题，经试验其基本能够保证每穴3～5粒种子的技术要求[17]。