淺析谷子穴播排種器研究現(xiàn)狀＊

馮召華 ， 李衣菲 ， 衣淑娟 ， 李 光 ， 陳 濤 ， 閆宇霆

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163319）

谷子別名粟、小米，被稱(chēng)作“五谷之首”。谷子的種植可以追溯到7 000多年前，已逐漸成為我國(guó)的重要糧食作物。谷子性喜高溫，耐旱穩(wěn)產(chǎn)，在我國(guó)北方廣泛種植，但機(jī)械化水平遠(yuǎn)低于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，目前仍在沿用傳統(tǒng)的人畜力耬播或大播量條播方式[1]。人畜力耬播對(duì)技術(shù)操作要求較高，效率低，且勞動(dòng)強(qiáng)度較大，難以控制播量及播深，播種均勻性差；機(jī)械大量條播種植方式對(duì)谷子有損傷，且嚴(yán)重浪費(fèi)種子，后期人工間苗、定苗勞動(dòng)強(qiáng)度大[2]。因此，谷子穴播播種是谷子未來(lái)生產(chǎn)發(fā)展的主要方向。

1 發(fā)展谷子精量播種機(jī)的重要意義

谷子富含多種營(yíng)養(yǎng)元素，是中國(guó)北方人民的主要糧食之一。近年來(lái)，隨著品種的不斷改良，谷子的產(chǎn)量也不斷增加，播種面積僅次于小麥、玉米，位居第三位，漸漸成為干旱、半干旱地區(qū)發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)的支柱作物[3]。但目前谷子精量播種技術(shù)尚未成熟，仍存有浪費(fèi)谷種，后期間苗強(qiáng)度大等問(wèn)題。現(xiàn)有的大型播種機(jī)并不能適用于谷子的播種生產(chǎn)，因此，研發(fā)適用于谷子等小籽粒作物的精量播種機(jī)械尤為重要，其中排種器是影響播種效果的關(guān)鍵部件[4]。

2 國(guó)內(nèi)外谷子機(jī)械化研究現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外谷子機(jī)械化研究現(xiàn)狀

在部分發(fā)達(dá)國(guó)家，谷子的種植面積較小，所以對(duì)谷子精少量播種的機(jī)械研究也較少。在部分國(guó)家，谷子主要是作為畜牧的飼草，所以大多采用牧草類(lèi)的播種和收獲機(jī)械，但這類(lèi)機(jī)械對(duì)谷子等小籽粒的精少量播種適應(yīng)性較差[5]。部分歐美國(guó)家對(duì)精量播種機(jī)械的研究較早，從20世紀(jì)40年代至今，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，播種機(jī)的結(jié)構(gòu)已日趨完善，例如：美國(guó)John－Deere公司生產(chǎn)的John－Deere—7000型精量播種機(jī)、法國(guó)MONOSEM公司生產(chǎn)的NGPLUS系列和MONOSEMNC系列的氣吸式播種機(jī)和德國(guó)貝克公司生產(chǎn)的AeromatII氣吹式播種機(jī)、阿瑪松公司生產(chǎn)的ED系列氣吸式單粒精量播種機(jī)等，這些種類(lèi)的播種機(jī)可排種玉米、大豆等，對(duì)于谷子等小籽粒作物并不適用[6]。

對(duì)于小籽粒作物精量播種機(jī)的市場(chǎng)空白，國(guó)外學(xué)者從20世紀(jì)60年代就開(kāi)始致力研究，歐洲的Gianni等學(xué)者率先研制出真空式小籽粒作物的精量排種器，自此一個(gè)針對(duì)小籽粒作物的精量播種時(shí)代便正式開(kāi)始[7]。此后其他國(guó)家也開(kāi)始了小籽粒作物精量播種的研究，德國(guó)研制了Maltisem氣吸式播種機(jī)，意大利研制了SP懸掛氣吸式播種機(jī)，這兩種播種器均采用垂直圓盤(pán)式吸種盤(pán)，可實(shí)現(xiàn)蔬菜類(lèi)小籽粒作物的精量播種，通用性較好。奧地利研制了Wenerster氣吸式精量播種機(jī)，該播種機(jī)采用了雙圓盤(pán)結(jié)構(gòu)，一個(gè)盤(pán)帶有螺旋槽，另一個(gè)盤(pán)帶有徑向槽，兩盤(pán)疊加可形成不同組合形式的吸孔[8]。伊朗學(xué)者Fornstrom和Jafari共同研制了穴式精量播種機(jī)，該播種機(jī)利用成穴盤(pán)上的六個(gè)圓錐凸起進(jìn)行成穴。Lepori等學(xué)者淺談了小籽粒作物液體播種的方式，該方法方便測(cè)定部分小籽粒作物的播種效率，但并不能保證排種的均勻一致性。在播種效率方面，Wanjura和Hudspeth設(shè)計(jì)的X行播種裝置以及Parish研制的垂直式排種盤(pán)也都大大提高了播種效率[9]。

在氣吸式排種器大量使用時(shí)，很多專(zhuān)家與學(xué)者也致力于氣壓式排種器的研究，氣壓式排種器與氣吸式排種器原理相反，利用氣流正壓力壓附種子，同時(shí)清除多余的種子完成充種。美國(guó)研制的cyelo500型滾筒播種機(jī)就利用了氣壓式的排種器。同樣利用高壓氣流清種的還有德國(guó)貝爾公司研制的acrolnatn型氣吹式播種機(jī)，它們都具有可靠性高、播種均勻等特點(diǎn)[10]。

2.2 國(guó)內(nèi)谷子機(jī)械化研究現(xiàn)狀

相比于國(guó)外精量播種機(jī)的快速發(fā)展，我國(guó)起步較晚，發(fā)展較慢，農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平與發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定差距。自從20世紀(jì)80年代，我國(guó)專(zhuān)家與學(xué)者在借鑒了國(guó)外播種機(jī)械的技術(shù)后，開(kāi)始研制適合我國(guó)地域環(huán)境使用的播種機(jī)械，并在農(nóng)業(yè)耕作中推廣開(kāi)來(lái)。近幾年，我國(guó)在水稻、玉米、花生、大豆等大籽粒作物的播種機(jī)械上發(fā)展迅速，已達(dá)到精密化水平，適配的機(jī)型也比較成熟。但由于谷子籽粒和千粒重均較小，在播種時(shí)容易堵塞，傷種率高，從而很難實(shí)現(xiàn)精少量播種[11]。目前國(guó)內(nèi)谷子播種機(jī)按照排種器不同可分為以下幾種類(lèi)型：

1）窩眼式排種器播種機(jī)。窩眼式排種器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，但其精度較低。窩眼的形狀和尺寸對(duì)播種精度有著直接的影響，窩眼過(guò)大會(huì)導(dǎo)致多粒種子同時(shí)通過(guò)，窩眼太小會(huì)導(dǎo)致種子被吸附在窩眼中排不出去，從而造成漏播甚至斷壟的問(wèn)題。

2）槽輪式排種器播種機(jī)。槽輪式排種器只適用于條播方式，無(wú)法實(shí)現(xiàn)精量播種。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，山西農(nóng)業(yè)大學(xué)發(fā)明了異型螺旋槽式精少量播種機(jī)。該播種機(jī)內(nèi)部有一根排種圓軸，圓軸上開(kāi)有多條螺旋槽，軸與套筒形成密閉空間，種子在進(jìn)入密閉空間后隨螺旋槽向前移動(dòng)實(shí)現(xiàn)播種。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)谷子等小籽粒作物的精少量播種[12]。

3）往復(fù)式排種器播種機(jī)。往復(fù)式排種器會(huì)盡量降低投種高度，經(jīng)常被裝在開(kāi)溝器內(nèi)使用，以提高投種精度，在出苗后無(wú)需間苗，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。該排種器由山西運(yùn)城農(nóng)機(jī)局和施肥播種機(jī)廠共同研制，實(shí)驗(yàn)證明可以對(duì)谷子等小籽粒作物進(jìn)行精少量播種[13]。

4）多功能排種器播種機(jī)。多功能精密排種器采用機(jī)械方式推種，可以解決窩眼堵塞造成的缺苗斷壟問(wèn)題，節(jié)約谷種，但是容易造成谷粒破損堵塞。該排種器由陜西省寶雞市農(nóng)科所研究設(shè)計(jì)。2BXD－10型小四輪懸掛式條播機(jī)就采取了這種裝置。

國(guó)內(nèi)對(duì)谷子等小籽粒作物精少量排種器的研究主要是將槽輪式排種器、窩眼輪式排種器、往復(fù)式排種器等進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)[14]。崔玉焱研制了2BGJ-6型谷子精量播種機(jī)，孫燈、侯華銘等將傾斜圓盤(pán)式排種器應(yīng)用于谷子精量排種機(jī)，這兩種播種機(jī)均采用機(jī)械式排種方式[15]。此外，張燕青等配制了谷種懸浮液，利用流體排種原理實(shí)現(xiàn)谷子地精量播種。王超等設(shè)計(jì)了2BFG-6型氣吸式谷子精量穴播機(jī)，解決了谷子種植過(guò)程中谷種破損、浪費(fèi)嚴(yán)重等問(wèn)題[16]。廖慶喜、楊波等設(shè)計(jì)了氣吹式油菜精量排種器，該排種器在充種和清種部分仍是機(jī)械式結(jié)構(gòu)，而投種部分使用了氣吹原理。郭超永、李旭等研制了另外一種油菜精量排種器，采用氣吸氣吹結(jié)合的原理，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本也較高。趙曉順等依據(jù)谷子的物理特性，研制出一種氣吸式谷子精量穴播機(jī)，有效克服谷種破損、堵塞等問(wèn)題。河北農(nóng)業(yè)大學(xué)也研究設(shè)計(jì)了一種氣吸式谷子穴播機(jī)，其核心部分采用錐形孔和內(nèi)環(huán)深凹槽組合設(shè)計(jì)，可以起到斷氣和清種的作用，有效解決因堵塞而影響充種的問(wèn)題，經(jīng)試驗(yàn)其基本能夠保證每穴3～5粒種子的技術(shù)要求[17]。

3 結(jié)語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)外的谷子精量播種機(jī)仍存在種子破損率高、漏種、堵孔、播量不精確等一系列問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，設(shè)想將國(guó)內(nèi)學(xué)者的現(xiàn)有研究成果加以改進(jìn)，通過(guò)將氣力式和機(jī)械式組合的方式，研制出一種將氣吸、氣吹、窩眼式排種器集為一體的正負(fù)壓型孔輪組合式谷子精量排種器，該機(jī)能實(shí)現(xiàn)兩類(lèi)排種器的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，從而提高播種質(zhì)量。