花生種植機械的應用現狀及研究進展

陳付東 江景濤 王東偉 鮑余峰 楊文卿

摘要：簡述了我國花生種植機械的應用現狀，概括了幾種不同類型的花生播種機，如膜下播種、膜上播種、寬幅播種、滅茬播種、間作播種和氣吸式播種等播種機。針對幾種不同類型的花生種植機械對其作業方式、機械原理、排種裝置、機械參數和作業性能進行了研究分析。論述幾種不同類型的花生播種機主要在種植方式、膜下播種、膜上覆膜和排種器的選用等各個方面存在的優勢與不足，對其應用現狀與研究進展進行客觀分析。論述機械式和氣吸式花生排種器的優缺點及應用情況，針對現有花生播種機及排種器存在的問題，提出完善我國花生種植機械化的建議與對策。為下一步改進花生播種機提供研究思路，為設計出性能優良、適應性強的花生播種機奠定基礎。

關鍵詞：花生;種植機械;覆膜;排種器;研究進展

中圖分類號：S223 文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2020）13-0041-06

收稿日期：2019-08-23

基金項目：山東省農機裝備研發創新計劃（編號：2018YF008-02）。

作者簡介：陳付東（1993—），男，山東濟南人，碩士研究生，主要從事播種機械研究。E-mail：1948365535@qq.com。

通信作者：江景濤，教授，碩士生導師，主要從事現代農業裝備領域的教學和科研工作。E-mail：jjtao_2518@163.com。播種在花生生產中是一個耗工、耗時的重要環節，當前市場上常見的花生種植機械存在效率低、作業單一、通用性差、無法配套等問題，已經遠不能夠滿足我國花生的種植需求。排種器是花生播種機的核心部件，其作業性能的好壞將會直接影響花生的播種質量，從而影響花生產量。因此，設計出排種性能優良的高效排種器，是提高花生產量的關鍵因素。除排種器外，整機的聯合作業也是影響花生種植的重要因素。目前，常見的大多數花生種植機械存在效率低、通用性差、適應性差和整機配套不夠標準化的問題。因此，設計一種通用性強、標準化的花生聯合作業種植機械可以大幅度提高我國花生種植的機械化水平。

本文針對上述問題，分析花生種植機械的應用現狀、機械原理、作業性能等特點，討論幾種不同類型的花生播種機。提出相應的建議與對策，為設計出高質高效的花生播種機提供理論基礎與研究依據，不斷完善花生種植機械，全面提高花生種植效率及播種質量。1花生種植概況及種植方式

1.1花生種植概況

花生在我國各地均有種植，主要在遼寧省、山東省、河北省、河南省、江蘇省、福建省、廣東省、廣西壯族自治區、貴州省、四川省等地區分布[1]。據2018年國家統計局統計年鑒數據顯示，我國花生種植面積約460.8萬hm2，總產量約為1 709.2萬t[2]。其中，河南省花生種植面積和產量均居國內首位，種植面積約為115.19萬hm2，占全國種植總面積的25%;產量約為529.8萬t，占全國花生總產量的31%。其次是山東省，花生種植面積約為 70.92萬hm2，占全國種植總面積的15%;產量約為 313.5萬t，占全國花生總產量的18%。

我國花生種植區域范圍較廣，受土地、氣候還有種植習慣等因素的影響，使得我國花生種植模式多樣化。同時農民對花生種植機械需求迫切，市場上相繼產出各種不同類型的花生播種機。

1.2花生種植方式

合理的種植方式可以更好地利用光照、土壤肥力和方便田間機械作業與管理。

我國花生的主要種植方式有以下3種[3-4]：（1）平作。即地面開穴或開溝播種，主要用于旱薄地和夏直播田地，均可適于平作。（2）壟作。在播種前整地后起壟或邊起壟邊播種，壟作有利于提高地溫、減少晝夜溫差，通風透光，易于排灌。（3）畦作。適用于降水量較多的地區，花生種植多采用高畦種植，在我國長江以南地區普遍采用高畦種植。

按播種時間分，我國花生栽培方式可分為以下4種[5]：（1）春播。分為裸地春播和地膜春播，裸地春播一般在4月下旬或5月上旬，地膜春播一般在5月中旬[6]。（2）夏播。北方在小麥等前茬作物收獲后進行播種，南方在油菜等作物收獲后進行播種，減少了前茬作物的限制。（3）秋播。在南方最為常見，播種是在水稻等前茬作物收獲后進行，8月播種，12月收獲。（4）冬播。在海南島和云南等地最為常見，播種一般是在11月[3]。

2花生種植機械的發展現狀及機器特點

2.1發展現狀

花生種植機械的發展經歷了由簡單機具到聯合作業機具的多個階段[7]。隨著我國花生種植面積的不斷增長，對生產裝備技術水平的需求日益增加。播種是花生生產較為重要的環節，人工播種強度大，且效率低;而機械播種可以實現合理密植，保證全苗，與人工播種相比，工作效率高[8]。目前，花生播種機可同時完成起壟、施肥、播種、噴藥、覆膜、覆土等聯合作業，實現這些功能的花生播種機在農業領域得到了廣泛應用。目前市場上的花生播種機種類較多，聯合作業播種機操作繁瑣、可靠性差、通用性低，需要隨時查看播種情況。因此，花生種植機械還需要進一步的優化和改進，全面提高整機作業效果。

2.2典型機型特點

2.2.1花生精量播種機機器操作簡單、性能穩定，下肥量、下種量和播種深度均可調節。

花生精播施肥一體機見圖1，該機配套3 kW汽油機帶動作業，其功能主要是完成施肥和播種。作業時，人工手扶機器，控制機器作業速度，通過開溝器進行施肥和播種。該機適用于山地、丘陵、梯田等小地域作業。該機作業效率0.10～0.20 hm2/h;外形尺寸1 200 mm×450 mm×800 mm;整機質量50 kg。

2.2.2花生覆膜播種機機器進行先播種后覆膜作業，可以一次性完成筑壟、播種、覆土、噴藥、展膜、壓膜、膜上筑土等作業，其功能齊全，結構緊湊。

2.2.2.1小型覆膜播種機目前市場上開發的花生種植機械絕大部分屬于小型、單壟或者雙壟作業，能夠完成播種和覆膜工作。

2BFD-2C型多功能花生覆膜播種機見圖2[9]。

該機配套小型拖拉機牽引作業，其功能主要是完成播種和覆膜。在作業過程中，由地輪驅動，鏈輪傳動，將動力傳遞給排種、排肥裝置，實現播種和施肥，覆土板將化肥、種子覆土蓋妥，并將壟面刮平;然后噴藥覆膜，由覆土盤完成膜上苗帶覆土，完成播種。該機適應膜寬800～900 mm;播種深度為 30～50 mm;播種行數2行;行距270 mm;穴距可調 150～250 mm;播種量可調13～18 kg;作業效率 0.20～0.35 hm2/h;外形尺寸2 200 mm×1 150 mm×910 mm;整機質量150 kg。除此之外，還有2壟4行花生聯合作業播種機。

2.2.2.2大型覆膜聯合作業播種機如多壟多行寬幅花生覆膜播種聯合作業機，2BMF-4/8型可折疊式花生智能化多功能復式播種聯合作業機（圖3）。該機可以完成起壟、施肥、播種、噴藥、滴灌帶鋪設、覆膜、膜上覆土、漏播監測等多道工序的聯合作業[10]，其作業效率比現有機具提高3倍以上。2BMF-4/8型可折疊式花生智能化多功能復式播種聯合作業機還具有液壓水平推動式平行四邊形整體折疊功能，方便道路運輸。2BMF-4/8型可折疊式花生智能化多功能復式播種聯合作業機的研發，標志著我國的花生播種機正式邁入聯合化、大型化時代。

2.2.3花生覆膜打孔播種機機器進行先覆膜后播種作業，通過鴨嘴式穴播器實現膜上打孔播種，省去了后續的人工放苗作業。該類機型可以一次性完成開溝、施肥、覆膜、播種、鎮壓等工序的聯合作業。

2.2.3.1小型覆膜打孔播種機如2BMHF-2型多功能花生覆膜播種機[11]（圖4）。該機配套8.8～20.8 kW的拖拉機牽引作業，其功能主要是完成膜上打孔播種。作業時，由地輪驅動排肥裝置施肥，在覆土、覆膜后由鴨嘴式穴播器進行膜上打孔播種;再由覆土圓盤覆土壓膜，鎮壓輪鎮壓，完成播種。該機適應膜寬800～950 mm;播種深度為30～50 mm;播種行數2行;行距可調250～500 mm;穴距可調170～350 mm;作業效率0.26～0.40 hm2/h;外形尺寸1 800 mm×1 100 mm×800 mm;整機質量120 kg。

2.2.3.2多壟多行花生覆膜打孔播種機如2BMD-3/6型花生膜上穴播機[12]（圖5）。該機配套60 kW以上的拖拉機牽引作業，其功能主要是完成膜上打孔播種。作業時，拖拉機為電動下肥器和增壓泵提供電力，開溝鏟匯土成壟，培土鏟將土壓在地膜2側;穴播輪帶動內充種排種器轉動，種子順利導入排種管進入鴨嘴，鴨嘴壓膜實現膜上打孔;同時在壟面的作用下打開鴨嘴，實現落種;后經覆土鏟覆土，鎮壓輪鎮壓，完成播種。該機能完成起壟、施肥、噴藥、滴灌帶鋪設、鋪膜、覆土、膜上打孔播種等聯合作業。該機播種深度為30～50 mm;播種行數6行;行距270 mm;穴距可調180～220 mm;作業效率0.4～0.6 hm2/h;外形尺寸3 030 mm×2 740 mm×1 530 mm;整機質量500 kg。

2.2.4花生免耕播種機該類機型主要完成秸稈覆蓋地的機械化免耕播種，可實現秸稈還田。能一次性完成滅茬、施肥、播種、噴藥、鎮壓、均勻覆秸等聯合作業，相對于傳統的旋耕機、播種機的分段作業，省時省工。

如麥茬全秸稈覆蓋地花生免耕播種機（圖6）。

該機配套75 kW以上的拖拉機牽引作業，其功能主要是完成滅茬和播種。作業時，拖拉機動力輸出軸帶動秸稈粉碎裝置轉動，調節秸稈分流可調裝置，實現碎秸稈部分留田、部分收集，滿足農藝要求;隨后由播種機進行開溝、施肥、播種、覆土等作業，再由拋撒裝置將播種后的土地表面均勻覆蓋碎秸稈，完成免耕播種[13]。該機作業幅寬2 400 mm;播種深度可調30～70 mm;播種行數6行;作業效率0.53～0.67 hm2/h;長度可達3 200 mm;整機質量500 kg。該機在技術方面還待改進，同時增強對我國不同地域的適應性，可推廣至不同類型產品的免耕技術和機械。

2.2.5花生玉米間作播種機該類機型主要完成花生和玉米的分機播種，可以一次性完成花生的起壟、開溝、施肥、噴藥、覆膜、播種及膜上覆土等聯合作業，還可以完成玉米的施肥和播種等作業。

花生玉米間作播種機（圖7）配套 60 kW 以上的拖拉機牽引作業，整機由中間的2壟4行花生播種機和分別位于2側的2行玉米播種單體組成，其功能主要是完成花生和玉米的播種。作業時，中間花生播種機和2側玉米播種單體分別作業，互不影響。該機播種花生適應膜寬900 mm;播種深度可調30～50 mm;播種行數4行;行距220～250 mm;每穴2粒，播種玉米4行;行距600 mm;株距300 mm;整機作業效率0.45～0.65 hm2/h;外形尺寸 5 000 mm×4 100 mm×1 050 mm;整機質量800 kg。

2.2.6氣吸式花生播種機該類機型采用的是氣吸式花生排種器，可以有效地減少種子的損傷和破碎。

如2MB-3/6氣吸精量花生鋪膜播種機（圖8）。該機配套60 kW以上的拖拉機牽引作業，其功能主要是完成膜上打孔和氣吸式花生精密播種。作業時，集土鏟與筑土鏟完成筑壟;肥料由開溝器將肥料埋入土中;在噴藥、覆膜后由氣吸式排種器的鴨嘴進行膜上打孔播種;再由覆土圓盤膜上覆土，鎮壓裝置進行鎮壓。該機可以一次性完成花生的起壟、施肥、噴藥、滴灌帶鋪設、覆膜、膜上打孔播種、膜上覆土及鎮壓等作業環節[14]，該機適應膜寬900 mm;播種深度50 mm;播種行數6行;行距 220～250 mm;穴距可調100～200 mm;作業效率0.40～0.60 hm2/h;外形尺寸3 000 mm×2 780 mm×1 480 mm;整機質量900 kg。

該氣吸式花生排種器，外有滾筒、鴨嘴等結構，可實現花生膜上打孔播種，但其造價成本較高，相對技術還不是很成熟。

3排種器

排種器是花生播種機的核心部件， 其作業性能

的好壞將會直接影響花生的播種質量。根據其工作原理的不同，可以分為機械式和氣力式2類。機械式花生排種器分為內充式、傾斜圓盤碟式、窩眼輪式、水平圓盤式等[15];氣力式花生排種器分為氣吸式、氣吹式和氣壓式[16]。

3.1內充式垂直圓盤排種器

內充式垂直圓盤排種器是在花生播種機上應用最多的排種器（圖9），該排種器制造成本低、結構簡單、操作方便。排種器的工作過程可以分為充種、清種、護種和投種4個階段，作業時，由地輪帶動排種輪轉動，轉動1周為1個排種周期。種子通過進種口進入到排種器內腔，受重力和離心力的作用先進入排種輪上復式型孔的外孔，再逐漸進入復式型孔的內孔;在排種輪的轉動下，種子逐漸升高到最高位置，多余的種子落入充種區;種窩內的種子在護種板的作用下順利轉到投種區;受重力和離心力的作用，完成投種。

內充式垂直圓盤排種器作業速度低、傷種、漏播和重播等問題嚴重制約了花生播種機的作業效率和花生生產產量。孫玉濤等對內充式垂直圓盤排種器作業性能進行了試驗，確定了排種器性能最優時的參數值[17];楊玉國等設計了1種斜槽底復式型孔結構的花生排種器，有效地減少了種子在充種、清種、護種和投種階段的摩擦損傷[18];陳欣等針對花生排種器的型孔結構進行了優化設計與試驗，通過一種調整片來調節種窩尺寸的大小，從而控制排種器的排種量，提高排種器對種子尺寸的適應性[19]。

3.2氣吸式花生排種器

氣吸式花生排種器是應用較多的一種，但由于成本較高，相對技術還不是很成熟，氣吸式花生播種機難以在市場上推廣應用。呂小蓮等設計了氣吸式花生精量穴播器（圖10），并進行了試驗，獲取了最佳排種性能參數[20];何亞豪等對氣力式花生精量排種器關鍵技術深入研究，設計了一種氣力式花生精量排種器，增設了輔助夾持裝置，提高攜種穩定性[16];張甜甜等在排種盤上增加了傾斜撥片和尾風管，可以有效減少花生種子的空穴率[14]。以上試驗研究為下一步氣力式花生排種器的深入研究提供了理論依據和研究基礎。

4花生種植機械存在的問題及發展建議

隨著我國花生種植機械的開發與推廣應用，市場上花生播種機種類繁多，要針對現有的花生播種機存在的問題，在以后的發展中不斷改進創新，不斷完善，全面提高花生播種機的作業性能。

4.1存在問題

（1）我國對花生種植機械的研究較晚，但發展迅速，市場上涌現了多種類型的花生播種機，卻缺少相應的標準和規范。（2）我國花生種植面積較大，單一作業的機械很難滿足播種需要，大型聯合作業播種機成本相對較高，回本周期長，較難推廣。（3）我國花生聯合作業播種機可以完成花生種植的基本要求，但也存在諸多問題，整機適應性差，各個裝置作業配合協調性低。（4）花生播種機排種器作業性能的好壞將會直接影響花生的生長質量，我國應用較多是機械式排種器，會對種子造成一定程度的損傷。（5）在膜上打孔播種的關鍵技術還不夠成熟，存在撕膜、竄膜等問題[15]。（6）我國對花生播種機智能控制方面的研究較少，機器在作業過程中性能參數及機器狀態不能及時反饋，影響對花生種植效果的判斷和機器故障的診斷。

4.2發展建議

（1）農業機具的設計制造中要融合農機農藝，從使用者的角度設計出價格合理、容易操作、性能優良的產品，切實滿足農業生產的需要[21]。（2）在花生主產區和大地塊地區大力推廣大型的聯合作業種植機械，針對一些地塊小、坡度大的產區，加強對小型花生播種機的研發，加大小型花生播種機在這些產區的應用推廣[7]。（3）整機各個裝置的配合還不夠完善，在裝置結構功能、外形和材料方面做研究，簡化整機，省去一些不必要的結構。有效的縮小整機尺寸，減輕整機質量。（4）花生播種機應用較多的是內充式垂直圓盤排種器，可以從型孔、結構和材質等方面加大分析計算。氣力式花生排種器加工成本高，相對技術還不是很成熟，較難推廣，還需進一步深入研究。（5）在膜上打孔播種的關鍵技術還需深入研究，對其鴨嘴的出入土角度和彈性裝置進行參數計算和優化改進，多次試驗，確定最佳參數和結構。（6）研發一套智能監測與故障診斷的設備系統，實時監測機器作業狀態，并根據機器的故障及作業參數不達標的數據反饋，發出警報，及時進行調整和維修。

5結論

農村農業的持續發展，離不開農業機械。通過對以上不同類型花生播種機的分析可以看出，我國花生種植機械已趨于正規化[22]。農業裝備的不斷增加，作業水平的不斷提高，社會化服務規模的不斷擴大，加快了我國農業機械化的發展。隨著我國花生種植機械化的不斷發展，國家也相繼出臺了購買花生播種機補貼的優惠政策，這充分調動了農民購買花生播種機的積極性，同時加大了市場需求。

隨著花生種植機械的迅速發展，我們必須了解國內外花生種植機械的新動態，掌握花生種植機械發展的趨勢，充分把握花生種植機械化發展的方向。借鑒國外先進的技術經驗，向聯合化、大型化、高效化、智能化方向發展。結合我國現有的政策與情況，以市場為導向，研制符合我國特色的花生播種機，不斷完善花生種植機械，加快我國花生種植機械化的發展。全面提高花生種植效率和播種質量，對增加花生產量、增加農民收入以及提高農產品的國際競爭力具有重要意義。

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