花生小區(qū)播種機(jī)械應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展對策

李 玲，焦 俊，秦家輝，張亞博，郝建軍，3

（1.承德市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，河北 承德 0670001；2.保定天威線材制造有限公司，河北 保定 071000；3.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，河北 保定 071001；4.河北省智慧農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 保定 071001）

中國是花生種植大國，龐大的人口基數(shù)使我國對花生的需求量和產(chǎn)出量始終位列全球第一。小區(qū)育種試驗(yàn)是研發(fā)和培育優(yōu)良花生品種的重要方法，能夠直觀反映各品系花生種子在不同環(huán)境中的生長狀況，是花生產(chǎn)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展的重要途徑之一[1，2]。

小區(qū)育種過程中，播種環(huán)節(jié)的效果優(yōu)劣對育種試驗(yàn)質(zhì)量的好壞起著至關(guān)重要作用。近年來，隨著我國小區(qū)育種試驗(yàn)的規(guī)模化發(fā)展，亟需精準(zhǔn)高效的花生小區(qū)播種機(jī)械，但我國花生小區(qū)播種機(jī)械發(fā)展較慢，現(xiàn)有花生小區(qū)播種機(jī)多為傳統(tǒng)玉米、大豆播種機(jī)的改造機(jī)型[3]。由于育種試驗(yàn)地塊小、場地多，且相鄰小區(qū)間需設(shè)置間隔道以防止不同品種間的相互影響，傳統(tǒng)播種機(jī)械不能很好地滿足小區(qū)播種需求。另外，小區(qū)播種品種眾多，使用同一播種機(jī)械播種，容易出現(xiàn)一個小區(qū)播種結(jié)束后，無法將播種機(jī)內(nèi)剩余種子全部清除的情況，致使播種下一小區(qū)時容易出現(xiàn)混種現(xiàn)象，嚴(yán)重影響育種試驗(yàn)的準(zhǔn)確性、高效性，會給我國花生育種產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展帶來不利影響[4]。

在農(nóng)業(yè)從業(yè)人員緊缺、人工成本驟增的背景下，精準(zhǔn)、高效的機(jī)械化播種是實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化花生育種試驗(yàn)的重要途徑。花生小區(qū)播種機(jī)械化發(fā)展對于培育優(yōu)良花生品種、保障試驗(yàn)準(zhǔn)確性、促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)良性循環(huán)、提升育種行業(yè)國際競爭力等方面，已發(fā)揮了重要作用，并面臨進(jìn)一步快速發(fā)展的良好機(jī)遇和廣闊前景。

1 我國花生小區(qū)播種機(jī)械研究現(xiàn)狀

20 世紀(jì)70 年代，國內(nèi)小區(qū)育種試驗(yàn)主要依靠人力播種，生產(chǎn)效率低、作業(yè)成本高，且漏播現(xiàn)象嚴(yán)重，難以滿足小區(qū)育種試驗(yàn)的均勻性、高效性等要求[5]。20 世紀(jì)90 年代，國內(nèi)開始大量引進(jìn)先進(jìn)的小區(qū)播種機(jī)械，但進(jìn)口小區(qū)播種機(jī)不能很好地適應(yīng)我國小區(qū)育種試驗(yàn)要求，為此，我國技術(shù)人員開始以進(jìn)口小區(qū)播種機(jī)為基礎(chǔ)進(jìn)行了深入研究，通過不斷摸索和創(chuàng)新，研發(fā)出很多更加精準(zhǔn)、精量、高效的排種播種機(jī)械。2014年牛青[6]研制了一款牽引式多功能花生小區(qū)精量播種機(jī)（圖1），由拖拉機(jī)提供動力，可一次性完成滅茬、施肥、開溝、播種、覆土、鎮(zhèn)壓等工序，滿足小區(qū)育種試驗(yàn)對播種質(zhì)量的要求。2016 年鄧瑩[7]等研制了一種手扶式小區(qū)精量播種機(jī)（圖2），由電機(jī)驅(qū)動鏟式穴播排種器工作，通過成穴鏟與鴨嘴撥塊的協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)完成排種、打穴和投種等動作，利用調(diào)速手把控制整機(jī)行進(jìn)速度，實(shí)現(xiàn)了花生、玉米等作物的小區(qū)精量播種。2020 年中機(jī)美諾公司研制了一款氣吸式小區(qū)精量播種機(jī)（圖3），采用圓盤式開溝機(jī)構(gòu)一次性完成破茬、開溝、施肥、覆土、鎮(zhèn)壓等作業(yè)，通過調(diào)節(jié)氣閥負(fù)壓值實(shí)現(xiàn)小麥、油菜、玉米、花生等不同粒徑種子的精準(zhǔn)播種。2020 年劉龍[8]等人研制了一種電驅(qū)式花生小區(qū)播種機(jī)（圖4），整機(jī)安裝多個排種器，每個排種器可以播種不同類型的種子，利用雙輸送鏈條配合種盒開閉機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動供種，有效避免因頻繁調(diào)節(jié)排種器參數(shù)造成的作業(yè)效率低下、操作步驟冗雜等問題。

圖1 多功能花生精量播種機(jī)Fig.1 Multifunctional peanut precision seeder

圖2 手扶式小區(qū)精量播種機(jī)Fig.2 Handheld plot precision seeder

圖3 中機(jī)美諾小區(qū)精量播種機(jī)Fig.3 Precision plot seeding of MENOBLE

圖4 電驅(qū)式花生小區(qū)播種機(jī)Fig.4 Electric drive peanut plot seeder

2 花生小區(qū)精量播種機(jī)械存在的問題

與傳統(tǒng)用種量大的花生雙粒穴播相比，單粒精播更有利于節(jié)約種子資源、促進(jìn)種子吸收養(yǎng)分，是當(dāng)前花生小區(qū)育種試驗(yàn)的主要種植模式[9]。目前，花生小區(qū)單粒精量播種機(jī)主要為玉米、棉花、大豆等播種機(jī)的改裝機(jī)型，大多適用于播種如四粒紅、小白沙等體型較小的花生種子，對于華一羅漢、大白沙等體型較大的中粒、大粒花生種子，單粒精播效果不佳，不能很好地滿足花生小區(qū)育種試驗(yàn)的農(nóng)藝要求。目前，花生小區(qū)播種機(jī)械存在的主要問題有以下幾個方面。

2.1 適用性與通用性較差

小區(qū)育種針對眾多品種花生進(jìn)行試驗(yàn)，花生種子外形不規(guī)則，且不同品種花生尺寸差異較大，現(xiàn)有花生小區(qū)精量播種機(jī)械在播種不同品種花生時，存在因排種器內(nèi)攜種機(jī)構(gòu)與種子粒徑不適配，導(dǎo)致粒距合格率降低的現(xiàn)象。

2.2 單粒精播性能較差

目前，花生小區(qū)精量播種機(jī)械的設(shè)計(jì)與優(yōu)化主要體現(xiàn)在調(diào)整工作參數(shù)、添加輔助播種裝置等方面，在設(shè)計(jì)排種器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)時缺少有關(guān)種子參數(shù)的研究，而依據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)不能科學(xué)分析花生種子在排種器中的運(yùn)動過程，嚴(yán)重影響花生單粒播種時的粒距合格率，漏播率、重播率以及破損率較高。

2.3 數(shù)字化、智能化水平較低

自適應(yīng)導(dǎo)航、遠(yuǎn)程控制、視覺識別、多傳感器融合、無人駕駛、電控檢測系統(tǒng)等高新技術(shù)與花生小區(qū)播種作業(yè)融合度不夠。

2.4 清種凈種率與換種作業(yè)效率較低

小區(qū)播種結(jié)束后無法保證將播種機(jī)內(nèi)剩余種子全部清除，導(dǎo)致二次作業(yè)時出現(xiàn)混種，嚴(yán)重影響試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。復(fù)雜的換種過程是造成小區(qū)播種作業(yè)效率較低的主要因素。

3 花生小區(qū)播種機(jī)械發(fā)展對策

隨著我國育種試驗(yàn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的逐年擴(kuò)，高新技術(shù)與農(nóng)業(yè)機(jī)械的日漸融合，研究發(fā)展花生小區(qū)播種機(jī)械對提高育種生產(chǎn)效率、節(jié)約種子資源等意義重大。針對花生小區(qū)播種機(jī)械存在的問題，可采取措施以下幾種措施改善。

（1）針對花生小區(qū)育種試驗(yàn)場地小、數(shù)量多、品種繁、易混雜等特點(diǎn)，開展基于農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合的規(guī)范化傳統(tǒng)播種機(jī)械改造，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化育種試驗(yàn)場地，加快花生小區(qū)育種試驗(yàn)專用、適用播種機(jī)械研發(fā)、示范與推廣。

（2）加強(qiáng)花生小區(qū)播種機(jī)械排種裝置的單粒攜種、精量排種和高效清種等技術(shù)的研究，使播種機(jī)械具有更好的播種性能和作業(yè)效率。

（3）開展自適應(yīng)導(dǎo)航、遠(yuǎn)程控制、視覺識別、多傳感器融合、無人駕駛等新技術(shù)在花生小區(qū)播種機(jī)的應(yīng)用研究，提升裝備的數(shù)字化、智能化水平。

（4）加強(qiáng)基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、單片機(jī)、PID 算法等在花生小區(qū)播種機(jī)械中的應(yīng)用，采用高精度傳感設(shè)備彌補(bǔ)試驗(yàn)誤差，增強(qiáng)花生小區(qū)播種機(jī)械的精確性和高效性。

另外，還應(yīng)在以下幾方面做好工作：①加快研發(fā)推廣集滅茬、施肥、開溝、播種、檢測、覆土、鎮(zhèn)壓等功能于一體的多功能花生小區(qū)播種機(jī)械；②加大國外小區(qū)播種先進(jìn)技術(shù)及裝備的引進(jìn)力度；③加強(qiáng)政策引導(dǎo)，進(jìn)一步發(fā)揮財(cái)政補(bǔ)貼資金作用，加強(qiáng)科技成果轉(zhuǎn)化及從業(yè)人員技能培訓(xùn)，扶持發(fā)展規(guī)模經(jīng)營主體。

4 結(jié)語

小區(qū)播種機(jī)械作為有效提高試驗(yàn)質(zhì)量和作業(yè)效率的重要工具，其發(fā)展具有重要意義。針對我國花生小區(qū)播種機(jī)械存在的不足，加強(qiáng)花生單粒精量播種技術(shù)創(chuàng)新研究和裝備的研發(fā)、推廣與應(yīng)用，研制播種性能好、作業(yè)效率高、適應(yīng)能力強(qiáng)、換種便捷、清種高效的花生小區(qū)單粒精量播種機(jī)械，為現(xiàn)代花生育種的規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化及可持續(xù)發(fā)展提供有力的技術(shù)支撐，對推進(jìn)我國花生產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重要的意義。