丘陵山地玉米收獲機械技術與裝備發展趨勢及對策探討

孟長伊李志軍李廣宇徐峰張磊高瑞遙

(1.吉林省農業機械研究院，吉林 長春 130022；2.中國第一汽車股份有限公司，吉林 長春 130000)

1 丘陵山地農業概況

丘陵是陸地上起伏和緩、連綿不斷的低矮山丘，分布十分廣泛，一般都比較破碎、低矮，頂部渾圓，坡度和緩，沒有明顯的脈胳。第三次全國國土調查主要數據成果發布結果顯示，我國耕地面積1.2787億hm2，其中丘陵山地占全國耕地總面積的38%。

中國農業區劃委員會頒發《土地利用現狀調查技術規程》對耕地坡度分為5級，按照級別劃分，丘陵山地的坡地角度及耕地占比分別為，位于2°以下坡度(含2°)62%，2°～6°坡度(含6°)15%，6°～15°坡度(含15°)14%，15°～25°坡度(含25°)6%，25°以上坡度3%[1]。

丘陵地帶一般濕地較多、地形地貌變化大、地形條件差、可利用地塊分散、種植制度復雜，主要種植模式為緩坡規模種植、依山就勢的小塊階梯型種植。農業主要集中在山間河谷的少數耕地上，山坡地并未得到合理利用，尤其是坡度為25°以下的緩坡地。區域經濟發展相對滯后，小田塊農機投資效益低，丘陵山地是我國農業機械化發展最薄弱的區域。

2 玉米收獲機械化技術與裝備的地位與作用

玉米是我國第1大糧食作物，位居3大主糧作物之首。其生產能力提升對整個國民經濟發展有著巨大的影響，2021年玉米種植面積4332萬hm2，2021年全年玉米產量為2.725億t，位居世界首位。玉米收獲機械化在糧食增產增收和保證糧食安全方面發揮著重要的作用。

2.1 減輕農民勞動強度，節約成本

傳統的玉米收獲需要人工摘穗、運輸、晾曬、脫粒，不僅勞動強度大，而且效率低下，玉米機械化收獲技術和裝備的應用不僅解放了勞動力，而且節約了成本。通過玉米多種類、多型號裝備的應用，豐富農民的勞動技能；玉米收獲裝備中的秸稈還田、脫粒、防側翻等技術的應用，減少了秸稈處理的不規范現象，保護農村環境，改善農民居住條件。

2.2 提高生產效率，保證糧食安全

玉米機械化收獲水平的提高對農業機械化整體水平的提高有著重要的作用，不僅可以減少環境污染，保證農時，增強抵抗自然災害的能力，而且機械化聯合收獲每公頃可減少損失3%～5%[2]，提高了勞動生產率和作業質量，降低了能源消耗，促進了增產增收。推進玉米收獲機械化是保障糧食安全的迫切需要。

2.3 促進農藝模式標準化和規模經營

玉米收獲機具作業要求滿足對行收獲條件，有統一的田間管理規范，保持行距統一等，這就促進了農藝模式的改進與標準化。近年來農機合作社廣泛興起，農村土地正向著規模經營方向發展，通過土地流轉等方式，讓零散的土地向農機大戶集中并形成規模經營。玉米收獲機械的發展不斷促進農藝模式向標準化邁進。

3 國內外丘陵山地機械化收獲發展現狀

3.1 國外丘陵山地玉米收獲機械現狀

歐洲、美國、日本等發達國家的農業已經基本實現全面機械化，國際知名的農機企業及農機品牌集中在幾個大型跨國集團手中，最著名的有約翰迪爾、凱斯紐荷蘭、愛科、久保田和克拉斯公司等，這些企業廣泛應用先進制造技術、現代信息與通信技術、智能控制技術等，全面提升了玉米收獲機械的智能化水平。

國外生產的玉米收獲機，絕大多數是一機多用，通過換裝割臺、調劑脫粒滾筒的轉速和脫粒間隙實現多種作物的收獲[3]。國外種植方式多為1a1季，收獲時玉米籽粒的含水率在25%以下，因此大多數國家均采用玉米直接脫粒收獲的方式。

另外，由于歐美國家地勢較為平坦，因此其玉米收獲機械向大型化、通用化和高效率方向發展，而日本結合多山地的地貌，設計結構小巧、性能優良的玉米收獲機[4]，久保田、洋馬等公司生產的機具達到世界領先水平。

3.2 我國丘陵山地玉米收獲機械現狀

我國丘陵山地地貌復雜，種植面積零散，農業機械設備的應用受到了很大的局限[5]，農藥利用率低，浪費嚴重。玉米機械化區域差距明顯，玉米標準化生產水平低，農藝種植模式多樣化，種植行距寬窄不一[6]，存在機械化生產進地難、作業難、效率低、效能低等問題。農機投資效益低，丘陵山區適用的農機，由于研發難、單型號機具市場規模偏小、售后服務成本高、利潤薄，有實力的農機企業不愿涉足，小型農機企業又缺乏足夠實力，導致多數科研成果止步于樣機試制階段[7]。大中型機械在小田塊內作業效率低、損耗大，其投資回收期比平原地區長1倍以上[8]。

全國農作物耕種收綜合機械化率達到68%，但丘陵山區的農業機械化程度還比較低，甚至還不到40%。《國務院關于加快推進農業機械化和農機裝備產業轉型升級的指導意見》(國發〔2018〕42號)和農業農村部印發的《“十四五”全國農業機械化發展規劃》，對推動丘陵山區機械化發展作出重要部署，明確到2025年，丘陵山區縣(市、區)農作物耕種收綜合機械化率要達到55%。

目前，丘陵山地玉米收獲機械進入以自走式收獲機為主的時代[9]，經過10a多的市場積累，一大批農機企業崛起，有約翰迪爾、福田雷沃、天津勇猛、山東巨明等，同時敦化方正、沈陽大益等農機企業也加入市場，參與競爭。

當前丘陵山地主要使用的收獲機具多數是4行及以下，功率小一點的有久保田PRO488、洋馬Ce-2M、洋馬Ce-1M等[10]，價格較貴，國產的收獲機具性能日漸完善，處于挑戰與機遇并存的發展階段，存在巨大市場潛力和廣闊上升空間。

3.3 我國丘陵山地玉米收獲裝備的設計技術特點

經過調研，以吉林省東豐、永吉、敦化周邊村鎮丘陵山地為例，在不規則、狹小地塊，仍舊采用人工或單行收獲機收獲方式，勞動強度大，效率低，損失大；以二行自走式收獲機為主，其次是三行、四行自走式玉米收獲機，回轉半徑偏大，安全性有待提高。因此，提出丘陵山地玉米收獲裝備的設計特點要求。

3.3.1 整機性能要求

具備玉米收獲的所有功能，包括摘穗、剝皮、收集、脫粒；良好的田間道路通過性；操控安全性；良好的小微地塊適應性；較好的對行適應性。

3.3.2 整機布局設計原則

縮小縱向尺寸，橫向尺寸/輪距可調，履帶式線控底盤，智能控制。

3.3.3 關鍵技術

3.3.3.1 全液壓底盤線控技術

增強了復雜環境的驅動性，提高整機的爬坡、越障能力，簡化傳動結構，參數調節范圍大。

3.3.3.2 滾筒脫粒技術

采用揉搓式段縱軸流雙脫粒滾筒，縮短整機長度0.5～0.7m，較傳統整機縮短長度13%～20%，脫凈率高，破損率低。

3.3.3.3 坡地單邊伸縮防側翻技術

提高了機具抗側翻能力。超低重心，作業安全可靠，翻車風險低，保障駕駛員人身安全。

3.3.3.4 整車輕量化技術

配備無極變速系統，可高速作業；操作靈活，收獲效率高，糧食損失率低。

3.3.3.5 智能控制技術

可實現驅動-制動-轉向-作業等集成化控制，可實現發動機輸出功率跟隨負載實時調節，燃油經濟性提高5%以上，減少環境污染。

3.3.3.6 模塊化設計技術

零部件國產化程度高，與國外同類產品相比具有明顯的價格優勢，可提高我國收獲機產品競爭力。

4 發展趨勢及對策探討

根據國內外丘陵山地玉米收獲技術與裝備的研究現狀及適應的技術特點要求，對未來發展趨勢及對策做如下探討。

創新適合山地區域特點的功能性原型樣機，向提高機具的通用性和適應性方向發展，如吉林省正在研制的履帶式通用底盤玉米籽粒收獲機。并對現有農機裝備轉型升級，針對不同地域特點集成不同技術模式進行推廣。由于各個丘陵地區自然條件、農藝要求、經濟條件等因素的影響，不同區域適用的機型不同，因此應該在充分調研的基礎上，配合不同地域的農業特點，改進現有的玉米收獲機型并創新研制新一代地域性功能性原型樣機。進一步降低機器的購置成本，提高機器的利用率，通過更換割臺以適應不同作物、不同地形，通過配置不同寬度的輪胎、履帶等，提高對不同下陷深度的土壤的適應性等。

研究開發丘陵山區玉米籽粒收獲機脫粒技術、設計脫粒裝置作業信息檢測系統，優化脫粒裝置參數，采集作業信息，降低籽粒破損率。

學習國外先進經驗，采用新材料和先進制造技術，重要工作部件裝機前進行磨合試驗或試運轉。

玉米收獲機械技術向著智能化、高效、綠色方向發展，農機智能化，無人駕駛改善農民作業條件，提高作業便利程度。調研結果顯示，在東北丘陵玉米區，小型機依然占據相當的市場份額，西南丘陵地區的市場日益壯大，小型機逐步發展。適應小農生產、丘陵山區作業的高效、綠色、智能型機械。

隨著農田宜機化改造、農機農藝相結合的工作的開展，機具作業條件得到改善。丘陵山地玉米收獲機械向大型、高效和高速方向發展，玉米收獲機的大喂入量、大功率化、寬幅作業、高速作業，進一步提高了玉米收獲的作業效率。

培育新型的經營模式。目前農機應用群體構成向合作社、農機大戶和家庭農場轉移，因此要引導培育有規模、有設施，具備全程機械化服務能力的合作社加農業服務中心的新型經營模式，從而帶動丘陵山區新技術新機具的應用和生產性服務業發展。