我國高海拔地區草籽種植機械的應用與發展趨勢

靳 偉，謝 剛，張東杰

(青海農牧科技職業學院，西寧 812100)

0 引言

統籌資源、環境、生態協同發展，全面推進“十四五”時期生態文明建設，牧草不僅是農牧民進行畜牧業生產的物質和經濟來源，也是青藏高原高寒生態體系的主體和全國生態屏障。近年來，草原存在大面積退化，導致牧草品質及產量下降，承載畜牧的能力降低，政府組織了人員對草原進行草籽人工播撒，以此來恢復草原的生態以及幫助牧民增加更多收入。但人工草籽播撒效率低，成本高，實現草籽種植機械化、智能化、科學化是大勢所趨，而高海拔地區區域特點對草籽種植機械化、智能化提出了更高要求。因此，正確認識高海拔地區畜牧業生產中草籽播種機械的現狀，探討科學、高效的機械化草籽播種技術及配套機具，顯得十分重要。

1 草籽播種機械應用

近年來，我國在高海拔地區草籽播種機械化、智能化方面，通過設備的引進、消化和吸收，結合我國生產的實際情況，研制和開發了很多實用機型，在產品數量、質量、種類上都有所創新，增強了自主研發草籽播種機的能力。目前，我國高海拔地區草籽種植機械可以通俗地分為地面牧草播種機和牧草無人飛播機。

1.1 牧草播種機具現狀

目前，使用農業機械種植草籽有三種方法：第一種是大田種植草籽，與傳統的種植大田農作物有著相同的種植流程，需完成犁地、耙田、播種、施肥、中耕、田間管理和收獲牧草種子，得到更優良的牧草種子，秸稈當作青飼料，一般的牧草種子有垂穗披堿草、老芒麥、黑燕麥等；第二種是人工種植草地，與大田農業播種機械通用，有的農業播種機械換上專用的牧草開溝器、牧草排種器，來完成播種牧草工作，一般有紫花苜蓿、小冠花、三葉草、中華羊茅等；第三種是無人飛播機，規劃無人飛播機播種路線，裝載牧草種子的無人飛播機飛行在大田上空，精確地按一定高度和一定飛行路線把牧草種子均勻定量地撒播在大田上，根據牧草種子植物學特性，在適宜的溫度和適時的濕度等自然條件下，促進種子出芽、生根、成苗，能夠實現精準、均勻撒播。

1.2 田間種植牧草播種機具

2006年，青海江河源農牧科技發展有限公司喬繼華等[1]設計了一種9MB-1型牧草種子免耕播種機，由種子箱、高度升降架、導流管、播種頭等部件組成，播種牧草時由拖拉機帶動種子箱架行走，通過地輪的轉動帶動播種頭循環進入大田耕作層中實現牧草種子的播種。

2010年，黑龍江八一農墾大學陶桂香等[2]設計并研制了一種2BMY-5型牧草免耕播種與液體施肥機，如圖1所示為2BMY-5型牧草免耕播種與液體施肥機結構。與拖拉機配套使用，采用圓盤切刀，在耕地上開出一定深度的種肥槽，排種器將種子投放在溝底，隨后覆土機構進行覆土，鎮壓機構進行鎮壓，完成免耕、施肥、播種、覆土、鎮壓等工序。

1.液肥罐；2.種箱；3.液肥輸出控制泵；4.地輪；5.覆土器；6.開溝器；7.圓盤刀；8.懸掛系統；9.液肥輸入管；10.液肥輸出管；11.液肥輸出量均衡調節器；12.播種量調節器

2012年，內蒙古農業大學機電工程學院李萍等研制生產了一種9BQM-3.0型氣力式牧草免耕播種機[3]，與拖拉機配套使用，作業時，由拖拉機驅動并牽引，如圖2為9BQM-3.0 型氣力式免耕播種機結構。排種裝置有18 個雙圓盤播種器，相對應18個開溝裝置，地輪旋轉帶動中央排種槽輪裝置，確保種子進入到相對應的排種裝置底部，18根輸送管分別把種子分配到18個雙圓盤播種器，對種子進行播種、覆土和鎮壓。通過試驗測量獲得了各行排量一致性變異系數，數據結果為苜蓿3.41%、披堿草6.04%、玉米7.33%，該結果表明此排種裝置實用性廣，播種均勻，通用性較好。

1.轉動軸；2.牽引機構；3.泵；4.油管；5.開溝機構；6.機架；7.滾輪；8.導流管；9.行走輪；10.劃印機構；11.鼓風機；12.馬達；13.種箱；14.排種機構；15.播種機架；16.軟管；17.雙圓盤夾角播種器；18.覆土器；19.覆土盤；20.鎮壓輪

2014年，中國農業大學王振華等[4]設計了一種中央外槽輪裝置集中向分配器供料的排種機構，結合氣流分配的牧草播種機，根據不同牧草種子，排種量能夠做到精確控制，與已有設備的外槽輪排種器播種牧草種子相比，克服了架空、堵塞、穩定性差等一系列問題。同年，中國農業機械化科學研究院呼和浩特分院翟改霞等[5]完成牧草種子機械物理特性研究的基礎上，設計了一種多行一器的排種裝置。此機構由中央排種槽輪(圖3)、排種器機體殼、混合器、調節機構等組成，排種量通過調節機構調整中央排種槽輪相對于排種器殼體的工作長度來設定，槽輪殼體內的攪拌器用于防止種子架空，大小不同種子的排種則通過調節槽輪機構內部元件位置來實現。

1.槽輪機構；2.槽輪殼體；3.撥齒；4.調節機構

1.3 人工種植草地用的牧草播種機

國內用于人工種植草場用的牧草種子播種機研究種類很少，目前用于實際生產的牧草種子播種機僅僅有以下幾種。

(1)由中國農科院草原研究所研制的9SBY-3.6型牧草種子撒播鎮壓聯合組機[6]，撒播盤用直流電動機所驅動，自然休止角小且播種流動性較好，該組機采用了柵條滾筒式鎮壓器，具有很好的入土覆土和滾動鎮壓功能。該聯合組機與四輪拖拉機配套使用，生產率達2～2.2 hm2·h-1。該機組已在小批量實際生產，并且使用效果較好。

(2)2008年，北京航空工業學院機械工程系杜韌等[7]試驗并研究了一種92MZB2.4型牧草免耕播種機。該免耕播種機與拖拉機配套使用，播種時，旋耕刀盤開溝器在耕作層開出種溝、肥溝，地輪通過傳動系統將種子、肥料從種子箱、肥料箱排出，且按各自的軟管排到種溝、肥溝里，隨后每個開溝器后面的鎮壓輪對種溝、肥溝進行鎮壓，進而完成整個播種作業流程。

(3)吉林省白城地區農機化研究所研制9MB-9型牧草播種機，該機與四輪拖拉機配套使用，可以一次完成開溝、播種、施肥、覆土、鎮壓工作，根據實際播種需要安裝5行、7行或9行雙橡膠輥式排種器。該排種器可以滿足禾本科、豆科牧草種子的播種要求。工作幅寬1.35～1.75 m可調，播種深度0.5～3.0 cm可調，生產率0.45～0.6 hm2·h-1，該機已經通過省級鑒定。

1.4 牧草無人飛播機具

無人機飛播在大田作物、飛播造林、防沙治沙等領域研究較成熟，把牧草種子均勻定量地撒播在大田上，根據牧草種子植物學特性，在適宜的溫度和適時的濕度等自然條件下，促進種子出芽、生根、成苗。目前，我國對于飛播牧草種子領域研究較少，所以飛播牧草通常向大田作物及飛播造林等領域的技術借鑒。

華南農業大學工程學院宋燦燦等[8]設計了一種氣力式無人機水稻撒播裝置，如圖4所示，利用氣流將種子沿不同的方向吹送出去，根據無人飛播機飛播的速度和高度，實時調整鼓風機的風速和排種輪的轉速，以此調整牧草種子顆粒的畝撒播量和撒播幅寬，從而保證航線上幅寬的穩定性和撒播均勻性。

1.鼓風機；2.分流機箱；3.排種器；4.導流管

華中農業大學工學院黃小毛等[9]設計了一種基于電驅離心條播式排種器的無人機油菜飛播裝置，如圖5所示。將地面傳統使用的倒置內錐筒型排種盤改進為上凸錐筒式，設計了一種排量大、電驅動的離心式油菜排種器，圖6所示為結構。依靠油菜種子籽粒重力和離心力雙重作用對排種器充種，實現一機多行排種作業，受機具振動和顛簸影響較小，具有比傳統倒置內錐筒型離心式排種器更好的充種效果和作業穩定性。

1.種子箱；2.種箱架；3.離心式排種器；4.軟管；5.無人播種機；6.電機；7.殼體；8.舵機；9.導流管；10.水平固定桿；11.接口；12.投種管；13.橡膠尾管

1.種箱；2.外殼；3.排種盤；4.排種口；5.底座；6.軸承；7.排種電機

華中農業大學工學院張青松等[10]研究了油菜無人機飛播裝置并進行了設計與試驗，如圖7所示，主要針對丘陵地區油菜籽播種面積較大且播種效率低等問題，設計了一套搭載于無人機的油菜飛播裝置，并設計了飛播裝置種子箱、充種室、滾動槽輪等的結構，如圖8所示。通過場地油菜飛播試驗，無人機飛行高度為2～2.5 m時，有效作業幅寬2.15～2.45 m，飛播裝置作業性能較好，能滿足油菜農藝種植要求。

1.出種口架；2.無人播種機旋翼；3.排種槽輪；4.種子箱；5.導管；6.控制系統；7.電機；8.聯軸器；9.電池；10.出種口

1.卸種口擋板；2.充種漏斗；3.種箱；4.外殼；5.槽輪；6.落種口

2019年4月，極飛科技發布了無人機智能撒播系統，圖9a為無人機智能撒播系統作業；圖9b為智能撒播系統，智能撒播系統搭載在無人機上，極飛科技首次采用滾軸式定量設計，精確控制種子的用量與播撒密度，而且采用專利JetSedTM氣流噴射技術，可以通過高速氣流，高效地將1～10 mm的種子、肥料固體顆粒精準投放至所需環境，而且全程實現播種量隨著飛行速度的變化而變化；圖9c為顆粒撒播地面情況，可完成5.33 hm2·h-1的播種作業，是人工撒播效率的50～60倍，解決了傳統飛播用量不精確、播撒不均勻的問題。

圖9 無人機智能撒播系統

2 存在的問題

我國高海拔地區草籽種植機具的種類、功能、技術性能與國內、國外機具有著很大的差距。

2.1 機械品種不全，產品技術水平低

對于高海拔地區可以使用的草籽播種機械品種較少，有的只適合單一的牧草草籽播種，通用性較差，機具的使用效率低，同時機具使用的成本增加；豆科類牧草(如苜蓿、百脈根)種子具有外形尺寸小、千粒重相對較大、流動性好的特點，易出現排種器漏種現象，播種量控制難；而禾本科類牧草(如老芒麥、披堿草等)種子流動性差，播種均勻性很難保證。

2.2 特殊的地域特征制約機具的發展

“高”和“寒”成為高海拔地區最突出的區域地理特征，這對無人飛播機電池提出了更高的要求，若在低溫環境下使用電池，電池容量將驟減，從而影響飛行器的正常使用。一般來說，只要溫度低于20 ℃，無人機電池的活性就會下降，溫度過低時，電池的續航時間可能比正常情況下降低一半，飛行器動力系統難以維持飛行，電池就會主動關機來防止電芯過度放電，在一定程度上影響了飛播作業的效率。

飛播配套的撒播系統一機多用，大田農作物和牧草種子播種裝置整合為一體，但實際情況是大田農作物種子與牧草種子有很大的區別，播種裝置也要區別配套。

2.3 售后服務體系不完善

目前，牧草播種的經濟市場小，機械保有量少，直接影響了售后服務體系，售后服務平臺較少，相應的技術人員缺乏，配套的零件供應不足或停產，出現故障較長時間得不到維修，耽誤草籽播種的最佳時期，影響了機具的正常工作。

3 發展趨勢

3.1 推廣已有設備，加快完善設備的研發

目前，我國高海拔地區已有一些較成熟的草籽播種機械，應當通過持續宣傳，來提高農民對使用機械化種植的熱情，通過形式多樣的培訓，提高農牧民的使用技能。對已有播種機具結合本區域種植特點進行改造，研發出符合區域種植需求的機具。

3.2 加強科技創新，研發高新機械

我國高海拔地區的特點是冬季嚴寒，夏季溫暖，全年干旱少雨，輻射強烈，植被較少，“高”和“寒”成為本地區最突出的區域地理特征，氣溫低也成為制約高海拔區農牧業的主導因素，牧草種子種植機械品種單一、通用性和穩定性差。因此，應針對高寒農牧業因地制宜的進行高新機械的研發，通過國外前沿技術的引進、消化、吸收、利用，使其國產化，降低使用成本。

3.3 加大政府資金補貼，促進牧草種植機械化的發展

農業機械化發展水平呈現不平衡的局面，作物機械化發展水平高，但畜牧業、林業、漁業等方面發展水平比較低，因此，政府應積極調整農業機械資金補貼，使農牧民更有能力購買農業機械，以提高弱勢產業農業機械的使用比例，提高農機化水平。

3.4 增加牧草無人飛播機具的投入

伴隨著智慧農業的出現，牧草無人飛播將會成為一種新的主流，不僅可以提高農業生產效率和工作質量，更為農戶帶來經濟效益。但飛播機具價格昂貴，存在配套服務不足，缺乏專業培訓，作業人員農業知識素養不足等劣勢，要想牧草無人飛播機具未來得到持續發展，必須加強對農民專業技術和素養的培訓，為農民培養一批優秀的飛手，才能確保牧草無人飛播機具的順利應用。

4 結論

農牧業不僅是社會經濟發展的重要組成部分,更是關系到廣大農民群眾增收致富的基礎產業，正確認識高海拔地區畜牧業生產中草籽播種機械的發展現狀，研究科學、高效的機械化草籽播種技術及配套機具十分重要，無論是自然生長的草場，還是田間種植牧草、人工種植草地，都適合研究與推廣適應“高”和“寒”區域特點，通用性、穩定性好的草籽播種機具，因地制宜的進行高新機械的研發，將會對草場的嚴重超載過牧和大面積退化有積極的改善作用。