稻麥繁育收獲機研究現狀及展望

孫欽華，李國瑩，王 勇，徐祝欣，楊 誠，李國梁，周 軍

(1.河北星諾機械制造有限公司，河北 廊坊065000； 2.青島農業大學機電工程學院，山東 青島266109；3.青島普蘭泰克機械科技有限公司，山東 青島266109)

0 引言

水稻和小麥是重要糧食作物，在我國每年約有3億t的市場需求量[1-2]。鑒于當前我國農業發展的各種不利現狀，保障稻麥產量的有效供給，有利于滿足國民生活生產需求和維護國家、社會穩定。研究表明，良種可以提高農作物產量，其貢獻率可達50%以上，而在我國這一數值僅在30%左右[3]。因此，想要農業增產，可以從提高種子質量、加快優良新品種選育進程方面著手。但新品種在推向市場和大面積種植前需要進行復雜的小區育種田間試驗，涵蓋了耕種收、田間植保和種子處理等眾多環節，耗費周期長且需要投入巨大的人力。其中，收獲環節對整個試驗精度影響最大、所需勞動強度最高[4]。但是目前國內稻麥繁育收獲環節依然是靠人力為主的分段式方法完成，收獲效率低并且種子損失大，不符合小區育種試驗的要求，不利于我國種子繁育事業的發展。我國稻麥繁育收獲環節聯合收獲問題亟待解決。

1 國外研究現狀

1.1發展歷程及現狀

國外較早就開展了稻麥小區田間育種試驗收獲機械的研究，Wintersteiger公司在1963年就制造出世界上第1臺小區田間育種試驗專用的聯合收割機，稻麥繁育收獲機初具雛形。

歷經50多年的發展，國外的小區田間育種試驗收獲機械經歷了從無到有，種類上從少到多，準確性上從粗到精的巨大轉變，具有以下特點。①適用性強，通過更換割臺等關鍵部件可做到一機多用，即滿足水稻、小麥、油料作物、芝麻及各種小種粒作物育種試驗收獲環節的需求。②功能多樣、技術成熟，具有自凈、測產、測量籽粒容量及含水量等功能且技術相對成熟可靠。③高自動化，可自動進行清種、測產和縫包等操作。④高智能化，計算機技術及配套軟件在稻麥繁育收獲機械上的運用，可實時記錄試驗數據并進行處理和分析。⑤自動駕駛技術成熟、人機交互體驗感良好，依靠“3S”(定位、遙感及地理信息)技術進行自動駕駛，降低人工勞動量的同時，可解決視線不清和農時緊張等狀況對小區田間育種試驗帶來的困境和挑戰。⑥系列化、產業化及精準化程度越來越高，國外的稻麥繁育收獲機科研成果基本都實現了系列化與產業化，各種高精尖儀器設備及技術的運用使其產品不斷精密化[5-6]。國外的稻麥繁育收獲機已達到較高水準，引領行業發展新趨勢。

1.2典型代表

在全球眾多田間試驗配套機械生產廠商和公司中，美國Almaco公司、奧地利Wintersteiger公司、德國Haldrup公司及ZURN公司等在國際上處于領先地位，其中Wintersteiger公司的Classic ST固定式脫粒機和Quantum小區聯合收割機最具代表性。

2 國內研究現狀

2.1發展歷程及總體現狀

我國較晚才開展對稻麥小區田間育種試驗收獲機械的研究，進展緩慢，并且機械化水平一直不高。1960年以前，我國的小區育種收獲環節完全依靠人工收割和脫粒，沒有適用的作業機械及相應的生產廠家。20世紀60—70年代，我國嘗試將大田用收獲機械或脫粒裝置在小區試驗收獲環節中試用，但操作煩瑣，種子損失大、品種混雜的現象嚴重，極大降低了試驗數據的可靠性。隨后國內出現了為數不多的幾家科研單位或農機制造廠開始研制小區專用脫粒機，并取得了一定進展。為了在育種小區內進行聯合收獲，1980年，我國開始進口國外的稻麥繁育收獲機，如美國約翰·迪爾公司生產的美洲型聯合收割機和CK-3型自走式聯合收獲機[7-8]。由于國內外作物品種及性狀不同、試驗小區規模存在較大差異導致引進的機械不能很好滿足國內育種試驗收獲環節的需要，沒有達到理想效果，但是具有巨大的借鑒性。

目前，我國在稻麥繁育收獲機研發上取得了長足的進步，也有10多家單位從事小區田間育種試驗收獲機械的研發工作，但是其技術裝備與國外相比一直存在不小差距。①自凈程度不高，割臺、脫粒裝置種粒易殘留。②測產系統不成熟，這與起步晚、研究較少有很大關系，目前僅有青島農業大學的種子測產裝置等為數不多的成果，且還有很大改進空間。③智能化水準較低，相關電子元器件尤其是軟件的研發停留在較淺層面。④人機交互體驗感不強，人體工程學設計運用程度不夠，且整機造型簡樸，工業美學感較差。⑤科研成果市場轉化率低，大多數沒有形成市場化、產業化。以上不足，在分段式小區收獲機械上表現得尤為突出。

2.2典型代表

在分段式小區收獲機械研發方面，河南省衛輝市新昌機械制造廠、黑龍江省農業工程科學院以及農墾科學院紅興隆科研所與其合作伙伴新鄉市第一拖拉機廠和興凱湖機械廠最具代表性，代表機型有KT100A型穗株種子脫粒機、5TG-570B型小區脫粒機和QKT-320A型小型種子脫粒機[9-10]。

在聯合式小區收獲機械研發上，黑龍江省農墾科學院紅興隆科研所、甘肅農業大學、山東農業大學和西華大學取得了一定進展，而青島農業大學自主研發的全喂入自走式小區谷物聯合收獲機在機型及核心技術上取得了歷史性突破。

3 國內外技術裝備差異

3.1分段式收獲機械

Wintersteiger公司專門從事小區育種試驗配套農機具的研發工作，其產品暢銷全世界，在農業機械行業享有極高的聲譽尤其是在歐洲，生產有以Classic ST固定式脫粒機為代表的稻麥繁育分段式收獲機械，如圖1所示[11]。

該款脫粒機結構緊湊、樣式新穎、進料平穩且脫粒效果好，通過對各部件邊緣加裝排氣設備或使用蓋板，具有良好自凈功能以保證種籽無摻雜。氣力式種粒輸送帶運轉平穩，使用時安全可靠，可實現快速空轉。除了具有成熟的機械結構及傳動系統，該脫粒機還添加了功能完備的電路控制系統和相對成熟的測產系統，在脫粒工序完成后自動進行產量、含水量等相關數據的測定，測量結果實時顯示并記錄，具有較高智能化水平，代表當前該機型的最高水準。

河南省衛輝市新昌機械制造廠作為國內從事小區育種分段式收獲機械研發的代表廠家，在小區專用種子脫粒機研發上也取得了一定成果，其主營產品有QKT320型小區種子脫粒機和KT100型穗株微型種子脫粒機[12-13]。其中KT100A型穗株種子脫粒機，如圖2所示，可以滿足小麥小區田間育種試驗分段式收獲需求，也可用于原始材料繁殖用的脫粒清選環節。整機結構簡單，操作安全方便，而且該機型脫粒清選時高效快捷、作業質量好、對種子損傷小且易清理種子，可以為田間試驗提供比較準確的數據支撐和高純度試驗品種，深受國內小型種子繁育試驗單位的青睞。

對比以上兩款脫粒機，不難發現國外的分段式收獲機械結構合理緊湊、樣式新穎、工業美學感強且性能上更加優異，不僅能滿足小區田間育種試驗的需求，還能把脫粒清選和測產等后續工序完美融合在一起，簡化人工操作，提高育種試驗精度，而且提高機器的性價比和智能化水準，這些都是國內分段式脫粒機需要改進的地方。

3.2聯合式收獲機械

Wintersteiger公司除了生產Classic ST固定式脫粒機處，還進行小區聯合收割機的研發工作，并取得非常顯著的成果，形成6大系列的小區聯合收割機產品：特別適用于小種粒作物的Classic Plus，預繁小區的Delta，雜交F3后代的Classic，大面積小區試驗田進行育種試驗的Alpha，同時收割兩個小區作物的Split和小區聯合收割機標桿性產品Quantum，其中Quantum系列小區聯合收割機如圖3所示。

該機型完美適用于小區田間育種試驗，能滿足小麥等谷類作物的收割、脫粒、清選以及測產等環節的作業需要，作業性能優良，具有效率高、破損小、無摻雜、種粒純度高以及安全可靠等突出優點。加裝GPS導航系統使其可以進行自動駕駛，極大降低了勞動強度，為大面積作業和搶農時夜晚作業帶來了可能，是小區聯合收割機的標桿性產品。該機型具有多項革命創新：易于機器運輸的模塊化組裝；實現大喂入量的OptiFloww履帶式割臺與OptiFloww高功率脫粒裝置；保證種粒純凈度的軸向鼓風機風力清選系統及后續清潔系統；提升駕駛友好體驗的頂級人體工程學設計；便于操控的多功能操作桿與扶手集成設計；高效自凈的種子分離器及高性能的Harvestmaster測產系統。

國內對小區聯合收獲機的研究也取得了一定進展，其中由青島農業大學自主研發的全喂入自走式谷物聯合收獲機具有國內最高水準，極具代表性。

青島農業大學研發的小區谷物聯合收獲機，如圖4所示，是一款相對成熟的產品。該機具有自走式結構，操作簡單、轉向比較靈活，可以適應小區試驗田的種植模式。該機器主要由車輛行走及控制裝置、收割裝置、輸送裝置、脫粒裝置、清選裝置、集糧裝置和測產裝置等構成[10，14]。該機作業時，與大田聯合收獲機過程相似，依次進行收割、脫粒、清選及集糧輸送，但增加了測產和裝袋工序。與大田聯合收獲機不同的是，該機在每個裝置設計時都考慮到了清種便利問題，為了使整機具有自凈功能，做了如下調整。一是采用“鋸齒形輸送齒條+輸送帶+氣力側吹”的組合形式，實現割臺作業無死角，無殘留；二是采用帆布帶式前置喂入輥，確保脫粒裝置無殘留；三是采用逐稿器+清選篩組合形式進行清選分離，提高清選質量，保證種子純凈度；四是配有較高精度和準確性的測產裝置及系統。

該機除了具有良好的機械性能，還增加了液壓裝置和精密電子元器件及配套控制系統，提高了整機的智能化水準。測產裝置的研發，更是填補了國內測產方面的空白。該機可作為目前國內稻麥小區收獲機高端水平的代表。

綜上可知，國外的小區田間育種試驗收獲機在機械技術上日趨成熟并達到領先水準，還具備復雜的電液控制功能、GPS導航技術以及測產系統，使其越來越精準化、智能化，但國外收獲機操作較復雜且售價昂貴，只有大型農科院及育種單位有能力購買[15]。

我國研制的多數小區田間育種試驗收獲機在可靠性、精準性和智能性等方面與國外相比存在一定差距，在農機與農藝相融合方面有很多不足需要完善，如收獲效率較低、自凈效果較差及測產系統不夠成熟先進等，但整機造型簡單實用，售價遠低于國外，更適合國內大多數中小型農科院及育種單位[16]。

4 稻麥繁育收獲機展望

目前國內稻麥繁育收獲機整體上與國外相比存在一定差距，相信隨著國家政策的扶持與市場的引導作用、相關科研機構與農機生產廠商的不懈努力，以及對國內機器積極進行技術改進與升級，必定會實現機器與農藝的良好融合，研發出既能滿足小區試驗要求又具有較高自動化、智能化的稻麥繁育收獲機械。為實現這一目標，可從以下5方面著手。

(1)鑒于當前的形勢，為了更好地作業，稻麥繁育收獲機應朝著高效、低損、自凈效果強和測產系統可靠的方向發展，同時應加大科研投入，使稻麥繁育收獲機越來越精準化、智能化和操作簡潔化。

(2)從提高機械本身的作業精度和提高試驗數據的精確度兩方面著手，以保障稻麥小區育種試驗收獲環節的準確性[17]。

(3)在研發配有精密傳感器的高精尖水準稻麥繁育收獲機的同時，研發適用于發展中國家或小型育種單位的簡易型稻麥繁育收獲機，以滿足不同消費需求。

(4)在提升稻麥小區育種試驗收獲環節機械化水平與精度的基礎上，加強對種子加工處理和數據處理環節的科研投入，全面提高稻麥小區育種試驗各環節的智能化水平，進一步提升每個作業環節的精度，以保證稻麥小區育種試驗的準確性。

(5)加速“產學研一體化”進程，加大科研成果轉化力度，使稻麥繁育收獲機逐步實現系列化、產業化[18]。