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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
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。
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 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。
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。
作者:陳付東,江景濤,王東偉,鮑余峰,楊文卿
來源:江蘇農業科學
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王龍華