制種玉米田間管理機械化現狀及發展趨勢

孫玉峰，王錦江，劉學文，李 嘉，趙慶南，崔 亮

(1.中國機械工業集團有限公司，北京100080； 2.中國農業機械化科學研究院，北京100083)

0 引言

水稻、小麥、玉米和大豆是我國的主要糧食作物和油料作物，其中玉米是最重要的非口糧糧食作物。近年來，由于農民從利潤較低的大豆等作物轉而種植玉米，我國玉米種植面積呈現出強勁的上升勢頭。而優質玉米種子是保證玉米豐產豐收的基礎，我國雜交玉米品種占玉米總播種面積的98%[1-3]。據全國農技中心公布數據，2018年玉米的制種面積為15.8萬hm2，制種產量為10.58億kg。制種玉米生產的田間管理過程主要包括去雄、病蟲害防治、父本切除、除草和施肥等作業。純度是評價玉米雜交種子質量的重要指標，為保證種子純度，必須保證去雄效果和父本切除及時，而為保證種子質量和產量，必須做好制種玉米整個生長過程的病蟲害防治工作。

目前，國內制種玉米去雄和父本切除作業主要依靠人工，人工作業效率低、勞動強度大、生產成本高、作業條件惡劣且容易受到天氣條件影響。國內施藥機具發展相對較好，形成了高地隙噴霧機、航空植保機具等多種類型的產品。實現制種玉米田間管理的全程機械化是玉米種業的必然趨勢。

1 去雄環節

國外制種玉米種植模式統一，玉米去雄機已被廣泛應用，典型的機具有美國Hagie公司的204SP和Oxbo公司的TS2，如圖1所示。

這兩款機型都配有輪式抽雄機構和切割部件，切割部件用于抽雄前的預處理，以提高抽凈率；均以光電傳感器為雄穗識別單元，通過液壓系統結合機械結構進行抽雄單元的高度仿形，其中204SP采用平行四邊形式仿形機構，TS2采用垂直升降式仿形機構；機型比較龐大，去雄部件一般在8個以上，作業效率高，對相鄰兩行制種玉米植株的整齊度要求較高。

國內制種玉米去雄環節基本依靠人工，有些研究

單位研制了一些去雄機具或關鍵部件(底盤、雄穗識別單元等)，但多以仿制為主，在玉米品種和種植模式的適應性方面還需改進，還處于試驗推廣階段[4-5]。

2 病蟲害防治環節

制種玉米常見病蟲害主要有瘤黑粉病、紅蜘蛛、蚜蟲、玉米螟和頂腐病等，其中大部分病蟲害貫穿于制種玉米全生育期內。目前，可用于制種玉米整個生長期內病蟲草害防治的施藥機具主要有高地隙噴桿噴霧機和航空植保機具，航空植保機具主要用于大面積病蟲害爆發時的防治，高地隙噴桿噴霧機的應用相對較多。

國內外高地隙噴桿噴霧機產品成熟多樣，國外機型以凱斯PATRIOT系列、海吉STS系列和哈迪ALPHA系列產品為代表，國產機型以中國農業機械化科學研究院生產的3WZG-3000A型噴桿噴霧機和北京豐茂植保機械有限公司生產的3WX系列自走式高稈作物噴桿噴霧機為代表。

這些常規噴桿噴霧機基本能滿足制種玉米病蟲害防治的要求，但對于一些病蟲害防治效果卻不理想，如紅蜘蛛，該蟲害在玉米發芽生長時就開始產生危害，玉米展葉以后轉到葉片上危害，先在葉片背面主脈兩側危害，從若干個小群逐漸遍布整個葉片。為改善葉片背面的施藥效果，有些廠家在噴桿噴霧機基礎上加裝了風幕裝置，如圖2a所示。

風送裝置主要由風機和風筒組成，在風筒上沿著噴桿方向按一定間距設置有出風口。施藥時，風送裝置在噴頭上方沿霧滴噴灑方向強制送風，形成風幕，氣流能使作物葉片產生擾動，便于霧滴附著在葉片背面，改善施藥效果[6-8]。

有些廠家在噴桿噴霧機基礎上加裝了吊桿噴霧裝置，如圖2b所示。吊桿噴霧裝置主要由吊桿、噴嘴及液流管路等組成，裝在吊桿上的噴嘴與吊桿形成一個向上的角度。施藥時，吊桿噴霧裝置能保證葉片背面的霧滴沉積。試驗表明：吊桿噴霧裝置的設計顯著提高了玉米植株中層葉片背面與下層葉片正面及背面的霧滴沉積，提高了霧滴在植株不同高度水平層面的沉積均勻性[9]。

3 父本去除環節

為提高玉米雜交種的質量，根據農藝要求，在母本授完粉后，必須砍除父本行，而早割父本，有利于改善母本植株通風透光條件，從而提高母本產量。

在歐美發達的玉米種植大國，制種玉米父本切除機得到了較好的應用，這些玉米父本切除機一般都搭載在高地隙自走式底盤上，大多采用滾刀結構，只在型式上有所差異，典型的作業機具如圖3所示。

圖3a中旋轉刀片式父本切除機裝配在能升降高度的懸掛架上，旋轉刀片由液壓馬達驅動，能貼近地面將玉米父本植株切斷，但要求種植行距較大，而且由于缺少夾持輸送機構，切斷后的父本植株容易向兩側傾倒而影響母本行玉米。圖3b中輪邊滾刀式父本切除機是將滾刀直接裝配在輪胎上，作業時安裝有滾刀一側的輪胎在緊靠父本玉米的行間行走，滾刀將父本玉米植株壓倒，并切斷成數段。這種父本切除機結構簡單，不需要單獨的動力傳動系統，但由于不同制種玉米品種父母行配比不一致，還存在大小行的種植農藝，輪胎和滾刀整體結構寬度又較大，適應性比較差。

我國對制種玉米父本切除機的研究起步較晚，有些企業研究開發出了父本切除機，如新疆元農機械設備有限責任公司在美國BIG JOHN自走式玉米去雄打藥機上成功安裝了制種玉米父本切除裝置，中國農業機械化科學研究院研制了3QFZ-1型父本切除機，如圖4所示。

圖4a機具采用刀片式切割裝置，效率較高，但切割后的父本植株雜亂拋向行間，極容易影響母本行的生長發育；圖4b機具也采用刀片式切割裝置，增加了莖稈的夾持輸送機構，留茬高度和莖稈夾持位置可根據實際情況進行調節，可將切除的父本有序鋪放在行間[10]。

對比分析國內外典型父本切除機可以看出，父本切除機結構相對簡單，具有作業期內玉米植株較高、受種植行距影響大等特點，可作為高地隙自走式多功能機具的一個功能單元。目前，國內制種玉米父本切除作業基本依賴人工，主要受高地隙自走式多功能機具的技術升級和推廣應用影響較大。

4 制約因素

4.1制種玉米生產管理體系不健全

目前，國內制種玉米主產區以“企業+基地+農戶”的生產管理模式為主，生產管理體系不健全。玉米種子繁育生產包括耕整地、播種、灌溉、施肥、去雄、父本去除、病蟲害防治和收獲等諸多環節。由于前期所選種子質量、耕整地、播種和水肥管理等方面都沒有統一要求，造成后期一些田間管理機具適應性差、作業效果不佳。以去雄機為例，由于種子質量、水肥管理的差異，會影響玉米植株的生長，而玉米植株的性狀特征對機械化去雄效果的影響很大。最終會導致農戶對田間管理機具的排斥，影響其購機積極性，制約田間管理機具的推廣和應用。

4.2品種多、種植模式差異大

據全國農業技術推廣中心數據，2018年全國玉米制種面積15.8萬hm2，制種組合超1 800個，其中小面積制種組合高達1 500多個。品種不同，種植模式也不一樣，玉米種植行距、株距、父母本行比也不同。如甘肅酒泉地區宜寬窄行種植，寬行60 cm，窄行50 cm，株距20～22 cm；新疆昌吉地區行距50～60 cm，株距15～18 cm；新疆伊犁地區行距50～55 cm，株距12.5～13.0 cm。一般單交制種區父母本的行比為1∶2或1∶3，當父本花粉量較大，花期較長，母本植株高度比父本矮，父母本的種植行比為1∶6，個別植株花粉量較大，也可種植行比為1∶8。制種玉米品種多、種植模式差異大的特點要求機械化田間管理機具有較好的適應性，增加了機具的開發難度，制約田間管理機具的發展[11-12]。

4.3機具價格昂貴

能夠滿足制種玉米全生育期田間管理的機具，大多采用高地隙底盤，而且底盤輪距還需根據種植行距進行調節。綜合考慮可靠性、便捷性等因素，傳統的機械傳動機構已不能滿足設計的需要。國內現有高地隙底盤多采用靜液壓傳動技術，但液壓傳動與控制系統的關鍵元件基本依賴進口，增加了機具的生產成本。

受同類低端農機產品的影響，基于高地隙底盤開發的農機具是小眾農機產品，市場需求總量不大。而制種玉米田間管理機具技術含量高、開發費用大，造成分攤到單臺機具的費用較高。加之人工和原材料成本的上漲，影響了田間管理機具的推廣和應用。

5 發展趨勢

5.1與農藝結合緊密

目前，國內制種玉米的生產區域主要集中在新疆、甘肅等地，針對制種玉米品種多樣、種植模式差異大的現狀，根據地域特點，開發適合當地制種玉米生產農藝的機具，結合當地主栽品種的性狀特征，優化相關作業參數、機具結構參數和整機性能參數，提高機具的適應性，改善作業效果，提高生產者對機械化作業機具的認可度，改變其傳統的田間管理觀念，促進機械化田間管理機具的推廣。

5.2多功能作業

制種玉米田間管理中的去雄、病蟲草害防治、父本切除和施肥(液態)等機械化作業模塊均可安裝在多功能高地隙底盤上，滿足制種玉米不同生產階段的田間管理需求。可增加整機的作業時間和面積，提高整機的有效利用率，縮短購機單位的資金回收期；提高購機者的積極性，有利于促進相關機具制造廠家的技術升級和產品更新換代的速度，促進玉米制種行業的良性發展。

5.3改善機具性能和產品質量

農業機械普遍作業環境惡劣，作業對象和土壤條件差別大，這些特點對農業機具生產廠家提出了較高的要求。隨著國內整體工業水平的提升，智能化、精準化和全程機械化是制種玉米田間管理機具發展的必然趨勢。改變當前田間管理機具粗制濫造、穩定性和可靠性差、操作和維修不方便、自動化和智能化程度低的現狀，提升作業機具的性能和質量，實現制種玉米田間管理的全程機械化。

6 結束語

隨著種業市場的對外開放和農村土地流轉的推進，農村勞動力的減少及生產成本的增加，實現田間管理的機械化是玉米種業發展的必然趨勢，如何獲得良好的機械作業效果是農戶和機具生產企業關注的焦點。開發與農藝結合緊密的農機具，并完善制種玉米生產管理體系，為實現制種玉米的全程機械化提供體系和裝備保障。