播種機(jī)導(dǎo)種技術(shù)與裝置研究進(jìn)展分析

廖宜濤 李成良 廖慶喜 王 磊

(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院， 武漢 430070； 2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長(zhǎng)江中下游農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 武漢 430070)

0 引言

播種是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，要求播量穩(wěn)定、行距和株距均勻、播深穩(wěn)定，播種質(zhì)量對(duì)作物產(chǎn)量產(chǎn)生直接影響。種子的田間分布由行距、株距和播深組成的三維空間坐標(biāo)值所決定[1]。傳統(tǒng)的人工播種方式作業(yè)效率低，難以保證穩(wěn)定的行距、株距和播深；機(jī)械化方式播種作業(yè)效率高、均勻性好、出苗整齊,利于作物的田間管理和機(jī)械化收獲。精確行距、株距和播深的機(jī)械化精量播種方式是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)。

播種機(jī)按照農(nóng)藝要求的播量和行株距將合格種子均勻播入一定深度的種溝內(nèi)，并覆以適量的土壤鎮(zhèn)壓，具有多功能聯(lián)合作業(yè)的大中型、復(fù)合型播種機(jī)還可以同步完成耕整地、開溝、施肥等作業(yè)。播種機(jī)為種子萌發(fā)和植株個(gè)體、群體生長(zhǎng)發(fā)育創(chuàng)造良好的環(huán)境和均勻空間，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率和播種質(zhì)量[2-4]。

播種機(jī)作業(yè)時(shí)，將種子由種箱運(yùn)移至種床合理位置。在前處理環(huán)節(jié)，播種機(jī)土壤工作部件整理好種床和種溝。在播種環(huán)節(jié)，種箱內(nèi)的種子群在排種器的作用下定量分離形成連續(xù)種子流，運(yùn)移過(guò)程中的籽粒處于由混沌群體到有序單粒化階段，根據(jù)種子在排種器中的狀態(tài)可以分為充種、囊種、護(hù)種、卸種等環(huán)節(jié)；從排種器排出的種子經(jīng)導(dǎo)種裝置約束落入種溝，形成滿足農(nóng)藝要求的均勻株距分布，運(yùn)移過(guò)程中的籽粒處于有序單?；癄顟B(tài)保持階段，主要包括導(dǎo)種和投種環(huán)節(jié)。在后處理環(huán)節(jié)，播種機(jī)配套的覆土器、鎮(zhèn)壓輪等工作部件對(duì)種溝的種子進(jìn)行覆土、鎮(zhèn)壓等作業(yè)。種子的運(yùn)移過(guò)程是一個(gè)多環(huán)節(jié)串聯(lián)過(guò)程，任何環(huán)節(jié)都將直接影響種子田間分布均勻性。

機(jī)械化播種的技術(shù)核心是種群的有序單?；蛦瘟；癄顟B(tài)保持，即精量排種技術(shù)和種子平穩(wěn)運(yùn)移技術(shù)[5]。精量排種技術(shù)是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)[4-6]。導(dǎo)種和投種環(huán)節(jié)作為播種過(guò)程中使種子保持均勻有序狀態(tài)入土的末端環(huán)節(jié)，對(duì)種子最終田間分布的均勻性具有重要作用。種子與導(dǎo)種裝置的碰撞及與種床土壤的彈跳滑移是破壞均勻有序運(yùn)移狀態(tài)、并導(dǎo)致田間播種行株距不均的主要原因[7-8]，研究導(dǎo)種裝置運(yùn)移機(jī)理、進(jìn)行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)對(duì)提高播種質(zhì)量具有重要意義。

種子在空間具有沿3個(gè)直角坐標(biāo)軸方向移動(dòng)和繞3個(gè)坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的6個(gè)自由度。在導(dǎo)種過(guò)程中，導(dǎo)種裝置對(duì)種子運(yùn)移過(guò)程每施加一個(gè)約束，種子運(yùn)移自由度就減少一個(gè)，即種子運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性減小，播種均勻性提高。為避免種子在導(dǎo)種運(yùn)移過(guò)程中因受到剪切作用而發(fā)生損傷，除大蒜等要求種子直立、鱗芽向上的作物播種對(duì)其轉(zhuǎn)動(dòng)自由度有約束要求外[9]，其他作物一般不需要施加轉(zhuǎn)動(dòng)約束，給予種子一定的局部自由運(yùn)動(dòng)空間。

本文綜述國(guó)內(nèi)外播種機(jī)導(dǎo)種技術(shù)與裝置的研究進(jìn)展，對(duì)各類導(dǎo)種原理與導(dǎo)種裝置對(duì)種子運(yùn)移的約束狀態(tài)進(jìn)行分析，根據(jù)種子運(yùn)移過(guò)程對(duì)自由度約束情況，將導(dǎo)種技術(shù)原理劃分為無(wú)約束導(dǎo)種、欠約束導(dǎo)種和全約束導(dǎo)種3種形式，對(duì)3種形式的導(dǎo)種原理與導(dǎo)種裝置優(yōu)缺點(diǎn)及適用對(duì)象進(jìn)行系統(tǒng)闡述與歸納，為播種機(jī)導(dǎo)種技術(shù)研究和導(dǎo)種裝置創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供參考。

1 無(wú)約束導(dǎo)種研究進(jìn)展

無(wú)約束導(dǎo)種是指種子脫離排種器到落入種床土壤過(guò)程僅受慣性力和重力的作用，運(yùn)動(dòng)過(guò)程不受任何約束，具備6個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度。圖1是兩種典型的采用無(wú)約束導(dǎo)種原理的播種機(jī)，該類播種機(jī)采用芯鏵式播種開溝器，在機(jī)器前進(jìn)時(shí)，由開溝器分開并隔離種床土壤，為排種器排出的種子流創(chuàng)造自由下落空間，種子在重力和離開排種器時(shí)的初始運(yùn)動(dòng)速度作用下落入種溝，再經(jīng)過(guò)回流土壤和覆土裝置覆土，完成播種。應(yīng)用該原理的播種機(jī)導(dǎo)種裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，常與種溝開溝器集成于一體，并將排種器與開溝器集成為一個(gè)工作單元。由于無(wú)約束導(dǎo)種時(shí)種子運(yùn)移只受慣性力和重力作用，因此離開排種器時(shí)的投種高度和投種初始速度對(duì)排種均勻性有很大的影響，是研究重點(diǎn)[10-13]。

圖1 無(wú)約束導(dǎo)種播種機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structural charm of unconstrained seed guiding device planter1.種箱 2.排種器 3.開溝器 4.驅(qū)動(dòng)輪 5.機(jī)架 6.手推把手 7.汽油機(jī) 8.后鎮(zhèn)壓輪 9.落肥管 10.肥箱 11.密封式傳動(dòng)軸 12.橡膠輪

投種高度是投種口至種床土壤的垂直距離，根據(jù)排種器安裝位置可分為低位投種和高位投種，一般由排種器結(jié)構(gòu)、導(dǎo)種形式、傳動(dòng)方式以及整機(jī)結(jié)構(gòu)共同決定[14]。投種高度越大，種子運(yùn)移過(guò)程經(jīng)歷的時(shí)間越長(zhǎng)，落點(diǎn)不確定性越大，田間分布均勻性越差。張建平等[15]應(yīng)用Monte Carlo(蒙特卡羅)方法模擬了氣吸式排種器播種大豆時(shí)投種高度對(duì)播種均勻性的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)投種高度小于20 cm時(shí)，隨投種高度增加，排種變異系數(shù)增長(zhǎng)迅速；當(dāng)投種高度大于20 cm時(shí)，隨投種高度增加，排種變異系數(shù)增長(zhǎng)緩慢且逐漸趨近于固定值。研究結(jié)果證明，當(dāng)投種高度過(guò)大，垂直地面的分速度增大，動(dòng)能增大，落地與土壤接觸時(shí)的非彈性碰撞隨機(jī)性增加，種子落地后的運(yùn)動(dòng)處于隨機(jī)狀態(tài)，排種均勻性變異系數(shù)符合隨機(jī)統(tǒng)計(jì)規(guī)律。為提高播種均勻性，無(wú)約束導(dǎo)種常采用“低位投種”，即將排種器設(shè)計(jì)在靠近種床土壤的位置來(lái)降低投種點(diǎn)與種溝垂直高度，從而一定程度降低種子與種床土壤碰撞彈跳滑移。邢赫等[16-17]運(yùn)用高速攝影研究水稻氣力式排種器的稻種在送種正壓作用下脫離排種盤后的軌跡以及投種成穴性，研究發(fā)現(xiàn)在水稻種子投種高度為15 cm以下時(shí)，種子運(yùn)動(dòng)時(shí)間短、隨機(jī)性低，投種高度對(duì)水稻成穴性影響不顯著。

奧地利Wintersteiger公司[18-20]研制的Monoseed TC型自走式小區(qū)單粒播種機(jī)，排種器為一對(duì)組合吸縫盤和驅(qū)動(dòng)格輪，排種器與開溝器合為一體，通過(guò)盡可能降低投種高度緩解了種子與種床土壤的彈跳滑移，提高了播種精度，在很多國(guó)家和地區(qū)得到推廣使用。河北德易播農(nóng)機(jī)發(fā)展有限公司研制的DB系列蔬菜播種機(jī)均采用無(wú)約束導(dǎo)種，通過(guò)芯鏵式開溝器隔離土壤，為排種器排出的單粒連續(xù)種子流創(chuàng)造無(wú)約束自由下落空間，投種高度小，低速低振動(dòng)工況下播種均勻性較好[21]。

投種速度是投種時(shí)種子水平分速度和種子垂直地面分速度的合速度，一般由排種元件半徑、排種元件工作轉(zhuǎn)速、投種角度及型孔數(shù)量共同決定[14]；投種絕對(duì)水平分速度是種子水平分速度和機(jī)具前進(jìn)速度的合速度，是影響投種質(zhì)量的主要因素[22-23]；投種絕對(duì)水平分速度越大，種子與種床土壤碰撞時(shí)，水平方向的彈跳滑移現(xiàn)象就越嚴(yán)重，粒距均勻性和排種合格指數(shù)就越低。根據(jù)兩者關(guān)系可分為向前投種、向后投種和零速投種；當(dāng)種子水平分速度與機(jī)具前進(jìn)速度大小相等、方向相反時(shí)，兩者相互抵消，此時(shí)可視為零速投種[24]。以氣吸式馬鈴薯排種器[25-27]為例，當(dāng)排種器轉(zhuǎn)速為25～31 r/min時(shí)，零速投種對(duì)排種質(zhì)量影響較?。划?dāng)排種器轉(zhuǎn)速為31～40 r/min時(shí)，零速投種可有效提高排種合格指數(shù)，降低變異系數(shù)?！胺聪蛲斗N”是實(shí)現(xiàn)零速投種的重要途徑之一，即對(duì)排種器排出的種子進(jìn)行反向加速，獲得與播種機(jī)前進(jìn)方向相反的慣性作用，平衡機(jī)組前進(jìn)速度，減小種子落入種溝瞬間與種床土壤水平方向的彈跳滑移，提高種子落點(diǎn)準(zhǔn)確性。如采用正壓氣流對(duì)氣吸式馬鈴薯排種器[25-27]排出的種子沿播種機(jī)前進(jìn)方向反向加速，結(jié)合具體作業(yè)速度，并準(zhǔn)確調(diào)節(jié)正壓氣流的大小和投種時(shí)的正壓氣室位置，達(dá)到理論零速投種，在排種器工作轉(zhuǎn)速為35 r/min時(shí)，排種合格指數(shù)為95.22%，相比于非零速投種提高6.13個(gè)百分點(diǎn)。

綜合分析可知，無(wú)約束導(dǎo)種裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但因?qū)ΨN子運(yùn)動(dòng)無(wú)自由度約束，受投種高度和投種初速度影響，存在種子運(yùn)動(dòng)隨機(jī)性大、種子落點(diǎn)準(zhǔn)確性差的情況，通過(guò)“低位投種”和“反向投種”可一定程度提高播種均勻性。無(wú)約束導(dǎo)種主要適用于粒徑較大、質(zhì)量較大、農(nóng)藝要求株距較高的大中粒徑種子播種，如馬鈴薯、玉米等，其自由導(dǎo)種過(guò)程不易被種子自由下落空間內(nèi)的空氣、機(jī)器的振動(dòng)等干擾破壞；當(dāng)應(yīng)用于小粒徑種子播種時(shí)，如圖1a的手推自走式蔬菜播種機(jī)，僅在低速、低振動(dòng)工況下作業(yè)質(zhì)量好。

2 欠約束導(dǎo)種研究進(jìn)展

欠約束導(dǎo)種狀態(tài)下種子脫離排種器到落入種床土壤過(guò)程中施加一定的約束，進(jìn)而使種子在導(dǎo)種過(guò)程中具有相對(duì)固定的運(yùn)移軌跡，主要方式是在排種器卸種口增設(shè)導(dǎo)種管，利用導(dǎo)種管的曲線構(gòu)造來(lái)約束種子運(yùn)移自由度，規(guī)劃種子運(yùn)動(dòng)軌跡、落地速度和角度，并使導(dǎo)種管出口盡可能接近種溝進(jìn)行低位零速投種。該方式既可降低種子與種床土壤彈跳滑移現(xiàn)象，又可預(yù)留足夠空間安裝仿形機(jī)構(gòu)或播深調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，便于播種機(jī)的設(shè)計(jì)與整體布局。導(dǎo)種管材料要有足夠的彈性和伸縮性，以適應(yīng)開溝器升降、同步仿形和株距調(diào)整[2]。導(dǎo)種管類型有塑料波紋軟管、塑料光滑軟管、塑料硬管、橡膠波紋軟管、金屬卷片管、蛇皮管等[28]，目前應(yīng)用最廣泛是塑料波紋軟管、塑料硬管和塑料光滑軟管。

根據(jù)種子在導(dǎo)種管內(nèi)運(yùn)移過(guò)程的主要作用力，可以分為重力式導(dǎo)種和氣送式導(dǎo)種。重力式導(dǎo)種是指種子僅受重力牽引從排種器口滑落到種溝內(nèi)，在導(dǎo)種管內(nèi)會(huì)與約束其運(yùn)動(dòng)的管壁發(fā)生摩擦、碰撞等作用；在沿導(dǎo)種管下滑時(shí)，運(yùn)移曲線斜率必須大于種子與管道的摩擦因數(shù)，且運(yùn)移過(guò)程要保證種子有足夠的動(dòng)能；因此其運(yùn)移過(guò)程動(dòng)能變化、規(guī)劃設(shè)計(jì)合理導(dǎo)種路徑是重力式欠約束導(dǎo)種技術(shù)的研究重點(diǎn)。氣送式導(dǎo)種是種子受重力牽引，并同時(shí)在導(dǎo)種管內(nèi)氣流裹挾作用下運(yùn)移到種溝內(nèi)，適應(yīng)于寬幅播種機(jī)，種子通常處于懸浮狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)主要受導(dǎo)種管內(nèi)氣流場(chǎng)的影響，因此導(dǎo)種管內(nèi)氣流輸送速度、壓力損失、氣流場(chǎng)均勻穩(wěn)定是氣送式欠約束導(dǎo)種技術(shù)的研究重點(diǎn)。

2.1 重力式欠約束導(dǎo)種

重力式導(dǎo)種是目前應(yīng)用最廣的欠約束導(dǎo)種技術(shù)，導(dǎo)種過(guò)程中，種子與導(dǎo)種管內(nèi)的摩擦、碰撞越劇烈，種子運(yùn)移無(wú)序程度越高，播種均勻性越低。KOCHER等[29]以美國(guó)John Deere公司的高速氣吸播種機(jī)為研究對(duì)象，以球形種子和扁平形種子為研究對(duì)象，對(duì)比新導(dǎo)種管和粗糙度更大的舊導(dǎo)種管，發(fā)現(xiàn)更換新導(dǎo)種管可以使播種精度提升20%以上。國(guó)內(nèi)外農(nóng)機(jī)學(xué)者結(jié)合理論分析、數(shù)值模擬、臺(tái)架試驗(yàn)及高速攝影等手段和方法開展了動(dòng)力學(xué)能量損耗、投種均勻性影響因素、導(dǎo)種管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、種子運(yùn)移規(guī)律和土壤與種子接觸過(guò)程等方面相關(guān)研究。

ENDRERUD[30]運(yùn)用種子在導(dǎo)種管運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)力學(xué)能量變化規(guī)律，以種子在導(dǎo)種管內(nèi)投送過(guò)程動(dòng)能損耗最小為目標(biāo)，對(duì)導(dǎo)種管內(nèi)種子投送影響因素進(jìn)行了探究，研究表明：當(dāng)導(dǎo)種管傾斜角為90°時(shí)，即導(dǎo)種管與水平面垂直時(shí)，動(dòng)能損耗最大；當(dāng)導(dǎo)種管傾斜角為45°時(shí)，導(dǎo)種管直徑對(duì)能量損耗無(wú)影響；當(dāng)導(dǎo)種管傾斜角為60°時(shí)，導(dǎo)種均勻性最佳。廖慶喜等[31]以玉米種子為研究對(duì)象，通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)種管直徑對(duì)排種性能影響顯著，當(dāng)導(dǎo)種管直徑為22 mm、長(zhǎng)度為500 mm、導(dǎo)種管傾斜角為60°時(shí)，可保證較高的播種均勻性。劉建英等[32]利用離散元對(duì)導(dǎo)種管施加直線運(yùn)動(dòng)和正弦振動(dòng)，對(duì)玉米種子經(jīng)導(dǎo)種管落入土壤的過(guò)程進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果表明：當(dāng)免耕播種機(jī)作業(yè)速度為1.389 m/s時(shí)，最佳導(dǎo)種管高度為500 mm。

高速攝影技術(shù)可在短暫曝光的時(shí)間內(nèi)精準(zhǔn)捕捉物體高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程[33-35],為種子運(yùn)移規(guī)律研究、導(dǎo)種管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和導(dǎo)種管布置方式確定提供手段和依據(jù)。于海業(yè)等[36]通過(guò)高速攝影觀察小麥種子在排種口處、導(dǎo)種管內(nèi)及脫離導(dǎo)種管到著地過(guò)程3個(gè)階段的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)種子在導(dǎo)種管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)存在滑動(dòng)、滾動(dòng)和滑動(dòng)兼滾動(dòng)3種隨機(jī)狀態(tài)，主要以滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)為主，且存在運(yùn)動(dòng)速度趨于一致的一段滑動(dòng)范圍。

排種器轉(zhuǎn)速對(duì)種子卸種軌跡存在影響。王樂(lè)等[37]基于高速攝像技術(shù)對(duì)不同排種器轉(zhuǎn)速下玉米種子落入導(dǎo)種管口位置及在導(dǎo)種管中運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行研究，表明排種器轉(zhuǎn)速對(duì)種子投送軌跡和種子落地水平位移存在顯著性影響。李渤海等[38]應(yīng)用EDEM軟件模擬玉米種子在導(dǎo)種管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況，并利用高速攝影技術(shù)得出不同排種盤轉(zhuǎn)速下種子的不同運(yùn)動(dòng)軌跡，研究結(jié)果表明：隨排種盤轉(zhuǎn)速的增加種子的水平方向位移逐漸增加,當(dāng)轉(zhuǎn)速大于27 r/min時(shí),種子水平位移出現(xiàn)大幅度的偏移。王金武等[39-40]運(yùn)用高速攝影捕獲了玉米種子投種運(yùn)移規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)工作轉(zhuǎn)速為15～45 r/min、傾斜角為0°時(shí)，種子正面及側(cè)面軌跡水平位移隨工作轉(zhuǎn)速增加而增加；當(dāng)工作轉(zhuǎn)速大于35 r/min時(shí)，種子軌跡及落點(diǎn)位置分布逐漸離散；在工作轉(zhuǎn)速為30 r/min、傾斜角為-12°～12°時(shí)，軌跡投種角隨傾斜角的增加而減小。王磊[41]、余佳佳等[42-43]對(duì)不同形式的正負(fù)氣壓組合式排種器開展高速攝像試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)種子以一定初速度離開排種器后的運(yùn)動(dòng)軌跡曲線為空間拋物線，投種位移和投種速度隨著卸種正壓增大而增大。因此導(dǎo)種管的設(shè)計(jì)要符合種子卸種運(yùn)動(dòng)軌跡，根據(jù)不同工況下投種軌跡曲線設(shè)計(jì)特殊的導(dǎo)種管曲線軌跡和結(jié)構(gòu)來(lái)約束種子運(yùn)移路徑，避免種子因劇烈碰撞改變有序運(yùn)動(dòng)次序，并實(shí)現(xiàn)零速投種，通常采用塑料成型工藝制作成傾斜曲線式、截面漸縮的方管型導(dǎo)種管。

圖2為美國(guó)John Deere公司[44]免耕播種機(jī)及配套導(dǎo)種管，該導(dǎo)種管為傾斜曲線式結(jié)構(gòu)，導(dǎo)種截面上寬下窄呈漸縮趨勢(shì)，排種器排出的種子在重力作用下沿導(dǎo)種管內(nèi)壁滑落，配置于導(dǎo)種管內(nèi)側(cè)的光電傳感系統(tǒng)可同步檢測(cè)重播及漏播情況。圖3所示為德國(guó)Horsch公司[45-46]MAESTRO SW型氣吸式精密播種機(jī)配套導(dǎo)種管，同樣采用傾斜曲線式結(jié)構(gòu)，導(dǎo)種截面也呈現(xiàn)上寬下窄漸縮趨勢(shì)；內(nèi)側(cè)設(shè)有光電傳感器可同步檢測(cè)重播及漏播情況，實(shí)現(xiàn)單粒精密播種。對(duì)于具有復(fù)雜曲線結(jié)構(gòu)的導(dǎo)種管應(yīng)用逆向工程手段重構(gòu)其三維幾何模型，相對(duì)傳統(tǒng)的理論計(jì)算和試驗(yàn)研究，可縮短導(dǎo)種管的設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)成本[47]。

圖2 免耕播種機(jī)及配套檢測(cè)導(dǎo)種管Fig.2 No-tillage planter and matching detection seed guiding tube1.導(dǎo)種管 2.仿形機(jī)構(gòu) 3.排種器 4.機(jī)架 5.開溝器 6.鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu)

圖3 Maestro SW型精密播種機(jī)配套檢測(cè)導(dǎo)種管Fig.3 Matching detection seed guiding tube for Maestro SW type precision planter1.排種器 2.導(dǎo)種管 3.光電傳感器 4.種子

雙段式導(dǎo)種管通過(guò)合理曲線構(gòu)造可減小種子與導(dǎo)種管壁的彈跳碰撞且保證種子具有合適的落地速度和角度。楊文彩等[48]基于零速投種理論將傳統(tǒng)直段式導(dǎo)種管改進(jìn)成雙段式導(dǎo)種管，該導(dǎo)種管由直線段和圓弧段組成，配置于2BQ-28型三七精密播種機(jī)，解決了播種不均勻、不穩(wěn)定的問(wèn)題。仲云龍等[49]設(shè)計(jì)了一種配套于旋耕滅茬施肥播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)的雙段式導(dǎo)種管，根據(jù)連續(xù)拋投形成拋物線原理將導(dǎo)種管前段曲線設(shè)計(jì)為下凹拋物線，減小種子與管壁的碰撞；根據(jù)最速降線原理將導(dǎo)種管后段曲線設(shè)計(jì)為擺線，使種子在導(dǎo)種管內(nèi)滑行時(shí)間最短，同時(shí)又具有合適的落地角度和落地速度；通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)得出播種均勻性變異系數(shù)最高為13.2%，播種均勻性較好。李玉環(huán)等[50]通過(guò)分析原導(dǎo)種管投種過(guò)程玉米種子下落情況，提出了一種利用推種裝置實(shí)現(xiàn)直線投種的方法，設(shè)計(jì)的直線投種原理排種器與配套導(dǎo)種管如圖4所示，減少了玉米種子與導(dǎo)種管壁的碰撞，提高了高速作業(yè)播種質(zhì)量。

圖4 氣吸式高速精量排種器直線投種過(guò)程示意圖Fig.4 Diagram of linear seeding process of high speed precision metering device with air suction1.土壤 2.種溝 3.導(dǎo)種管 4.卸種擋板 5.快卸裝置 6.前殼體 7.后殼體 8.種盤 9.清種機(jī)構(gòu) 10.傳動(dòng)軸 11.清種調(diào)節(jié)裝置 12.推種裝置 13.進(jìn)氣口

重力式導(dǎo)種管可一定程度上限制種子運(yùn)移自由度，但隨著播種機(jī)作業(yè)速度的增加，由于導(dǎo)種管自身局限性、種子入射角差異大,實(shí)際生產(chǎn)中播種機(jī)存在顛簸起伏振動(dòng)等因素，需考慮種子在導(dǎo)種管內(nèi)運(yùn)動(dòng)隨機(jī)性和種子飛出導(dǎo)種管的運(yùn)動(dòng)軌跡隨機(jī)性等問(wèn)題。

2.2 氣送式欠約束導(dǎo)種

氣送式導(dǎo)種涉及氣力輸送技術(shù)，是氣力式播種機(jī)的核心[51]，其通過(guò)正壓氣流對(duì)導(dǎo)種管內(nèi)種子運(yùn)移自由度進(jìn)行柔性約束，進(jìn)而減少種子與導(dǎo)種管壁的隨機(jī)碰撞。氣送式導(dǎo)種技術(shù)根據(jù)種子分配原理主要分為直接氣送式和分配氣送式，導(dǎo)種管內(nèi)部涉及氣固兩相流輸送理論及隨機(jī)過(guò)程理論，種子在導(dǎo)種管內(nèi)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)復(fù)雜，通常設(shè)計(jì)成細(xì)長(zhǎng)的塑料光滑軟管。

氣送式導(dǎo)種管直徑對(duì)氣力輸送系統(tǒng)工作狀態(tài)影響顯著。過(guò)小的導(dǎo)種管管徑會(huì)導(dǎo)致額外的壓力損失，引起氣流波動(dòng)或阻塞，過(guò)大的導(dǎo)種管管徑會(huì)導(dǎo)致氣流穩(wěn)定性差且能耗大，選擇合適的導(dǎo)種管直徑對(duì)提高氣送式導(dǎo)種管性能具有重要意義。YATSKUL等[52]建立了氣送式播種機(jī)氣力輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，提出了一種計(jì)算壓力損失的理論計(jì)算方法，指出了導(dǎo)種管參數(shù)是影響氣力輸送系統(tǒng)的首要因素；以小麥、肥料及小麥肥料混合物作為研究對(duì)象，分別在管徑為20、25、30 mm 三水平下進(jìn)行對(duì)照試驗(yàn)，建立了氣流速度、輸送濃度及導(dǎo)種管管徑之間的關(guān)系，指出了理想的導(dǎo)種管管徑。Horsh、Kuhn和John Deere等國(guó)外農(nóng)機(jī)企業(yè)常采用的氣送式導(dǎo)種管直徑為20～30 mm[52]。

氣送式導(dǎo)種管氣流輸送速度是影響氣力輸送系統(tǒng)工作狀態(tài)的重要因素之一。過(guò)高的氣流速度會(huì)增加導(dǎo)種管中種子破碎率，導(dǎo)致種子發(fā)芽率和抗病性下降，過(guò)低的氣流速度會(huì)增加導(dǎo)種管堵塞風(fēng)險(xiǎn)[51-53]。導(dǎo)種管氣流輸送速度與種子破碎率呈冪次相關(guān)[54-55]，選擇合適的氣流輸送速度范圍對(duì)于提高氣送式導(dǎo)種管性能具有重要意義，目前常采用的氣流輸送速度為18～24 m/s[52]。何有璋[56]使用7類種子、12種導(dǎo)種管進(jìn)行試驗(yàn)，探究各類種子在各種導(dǎo)種管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和影響導(dǎo)種均勻性的因素，發(fā)現(xiàn)氣流速度與種子輸送速度的關(guān)系曲線為上凹單增的；對(duì)于懸浮速度高的大而重型種子可采用20 m/s左右或更高的氣流輸送速度；對(duì)于懸浮速度低的小而輕型種子可采用17 m/s左右或更低的氣流輸送速度。

2.2.1直接氣送式導(dǎo)種

直接氣送式導(dǎo)種技術(shù)主要采用“排種器精量排種+氣力輸送”，氣流裹挾著種子通過(guò)導(dǎo)種管，降低了種子碰撞無(wú)序的風(fēng)險(xiǎn)，具有作業(yè)速度快、播種均勻性好、機(jī)具振動(dòng)對(duì)排種影響小等優(yōu)點(diǎn)。德國(guó)Amazone公司[57-58]研制的EDX系列高速精密播種機(jī)結(jié)構(gòu)如圖5所示，采用正壓氣流輸送式導(dǎo)種方式，氣力滾筒式排種器可實(shí)現(xiàn)“一器多行”排種，排出的種子在正壓吹力的作用下沿導(dǎo)種管內(nèi)壁快速滑落入土壤，種子與導(dǎo)種管壁碰撞少，播種均勻性好，導(dǎo)種效率高，可實(shí)現(xiàn)低位投種和同步仿形，最高作業(yè)速度可達(dá)15 km/h。英國(guó)Ferguson公司[59]研制的MF543型機(jī)架式通用播種機(jī)，導(dǎo)種管同樣采用正壓氣流輸送式導(dǎo)種方式。祁兵等[60-61]根據(jù)集中排種和氣送導(dǎo)種原理，設(shè)計(jì)了一種中央集排氣送式玉米精量排種器，采用正壓氣流輸送式導(dǎo)種方式，氣力滾筒式排種器可實(shí)現(xiàn)“一器多行”排種，排種裝置通過(guò)直接固定于機(jī)架實(shí)現(xiàn)與仿形機(jī)構(gòu)的分離，排種器振動(dòng)小，播種均勻性好且對(duì)高速作業(yè)有較好的適應(yīng)性。

圖5 EDX系列高速精密播種機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Structural charm of EDX series high-speed precision planter1.種箱 2.滾筒式排種器 3.氣送式導(dǎo)種管 4.機(jī)架 5.仿形驅(qū)動(dòng)輪 6.覆土鎮(zhèn)壓輪 7.仿形機(jī)構(gòu) 8.雙圓盤開溝器

瑞典Vaderstad公司[62]研制的Tempo系列玉米精量播種機(jī)導(dǎo)種過(guò)程采用正壓氣流彈射投種技術(shù)，通過(guò)氣流約束使種子快速通過(guò)導(dǎo)種管投射入種床土壤，導(dǎo)種過(guò)程如圖6所示，可適用于高速作業(yè)且播種精度高，最高作業(yè)速度可達(dá)20 km/h。意大利Maschio Gaspardo公司[63]研制的CHRONO型高速精密播種機(jī)(圖7)和荷蘭Lockwood公司[64]研制的馬鈴薯氣吸交錯(cuò)式播種機(jī)，導(dǎo)種過(guò)程均采用正壓氣流彈射投種技術(shù)。王超等[65]設(shè)計(jì)了一種氣動(dòng)式小麥精準(zhǔn)投種裝置，該裝置根據(jù)引射器原理設(shè)計(jì)而成，在高速氣流的沖擊作用下將種子從加速管中高速推入土壤，完成小麥高速精準(zhǔn)投種作業(yè)，播種均勻性好。

圖6 Tempo系列玉米精量播種機(jī)氣流投射導(dǎo)種裝置Fig.6 Tempo series corn precision planter air flow projection seed guiding device1.種箱 2.排種器 3.氣送式導(dǎo)種管 4.覆土鎮(zhèn)壓輪

圖7 CHRONO型高速精密播種機(jī)氣流投射導(dǎo)種裝置Fig.7 CHRONO type high-speed precision planter air flow projection seed guiding device1.排種器 2.氣送式導(dǎo)種管 3.覆土鎮(zhèn)壓輪

直接氣送式導(dǎo)種技術(shù)通過(guò)正壓氣流對(duì)導(dǎo)種管內(nèi)種子運(yùn)移自由度進(jìn)行再約束，種子處于懸浮狀態(tài)，降低了種子碰撞無(wú)序的風(fēng)險(xiǎn)，可實(shí)現(xiàn)播種單體的同步仿形、低位投種，一器多行遠(yuǎn)距離輸送寬幅播種，具有作業(yè)速度快、播種均勻性好、機(jī)具振動(dòng)影響小等優(yōu)點(diǎn)。

2.2.2分配氣送式導(dǎo)種

分配氣送式導(dǎo)種技術(shù)主要采用“機(jī)械定量供種+氣流分配成行+氣力輸送”形式，可實(shí)現(xiàn)“一器多行”，具有作業(yè)幅寬大、作業(yè)速度快、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，已在美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、意大利等發(fā)達(dá)國(guó)家得到大規(guī)模推廣使用[66-69]，代表機(jī)型主要包括：德國(guó)Amazone公司[70]生產(chǎn)的Citan大型氣送式精量播種機(jī)(圖8a)、德國(guó)Lemken公司[71]生產(chǎn)的Solitair系列氣送式精量播種機(jī)(圖8b)、法國(guó)Kuhn公司[72]生產(chǎn)的Maxima系列氣送式精量播種機(jī)(圖8c)和意大利Maschio Gaspardo公司[73]生產(chǎn)的Pinta系列氣送式精量條播機(jī)(圖8d)等。

圖8 國(guó)外分配氣送式播種機(jī)Fig.8 Foreign air-assisted distribution planter

圖9 氣送式集排器示意圖Fig.9 Structure of air-assisted centralized metering device1.種箱 2.供種裝置 3.供料裝置 4.氣壓調(diào)節(jié)閥 5.風(fēng)泵 6.雙圓盤開溝器 7.分配器 8.增壓管 9.輸種管道 10.導(dǎo)種管

張曉輝團(tuán)隊(duì)[74-77]連續(xù)多年對(duì)氣送式集排系統(tǒng)開展研究工作，研制出2BQ-10型氣流一階集排式排種系統(tǒng)。劉立晶等[78-79]通過(guò)改進(jìn)國(guó)外氣送式集排系統(tǒng)，研制出2BMG-24Q型氣流輸送式小麥免耕播種機(jī)。農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所[80-81]研制的2BDZQ-33800型氣力集排式水稻直播機(jī)，其配有的基于電驅(qū)控制的氣力集排系統(tǒng)采用“集中排種+氣流均勻分配”形式,可實(shí)現(xiàn)“一器33行”作業(yè)，排種效率高。

雷小龍等[82-83]針對(duì)氣送式集排器(圖9)具有較長(zhǎng)導(dǎo)種管和氣流擾動(dòng)影響種子運(yùn)動(dòng)軌跡的問(wèn)題,分析了導(dǎo)種管材料、直徑、長(zhǎng)度組合、角度布置、氣流壓強(qiáng)等因素對(duì)排種性能的影響。李衍軍等[84]通過(guò)分析氣送式排種系統(tǒng)導(dǎo)種管長(zhǎng)度與導(dǎo)種管內(nèi)氣流流速的關(guān)系，得到了不同長(zhǎng)度導(dǎo)種管管內(nèi)氣流速度流場(chǎng)分布圖及種子量分布圖，為解決不同長(zhǎng)度導(dǎo)種管導(dǎo)致排種性能不佳等問(wèn)題提供了理論依據(jù)。

分配氣送式導(dǎo)種技術(shù)與直接氣送式導(dǎo)種技術(shù)導(dǎo)種運(yùn)移自由度約束機(jī)理基本相同，具有作業(yè)幅寬大、作業(yè)速度快、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。相比于重力式導(dǎo)種管，作業(yè)質(zhì)量和播種效率大大提高，主要用于油菜、水稻、小麥和玉米等作物大中型寬幅高速播種機(jī)。但易受前序分配環(huán)節(jié)種子狀態(tài)與氣流狀態(tài)的影響，保證形成的均勻的氣固耦合流平均分配到各行導(dǎo)種管內(nèi)是分配氣送式導(dǎo)種技術(shù)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

3 全約束導(dǎo)種研究進(jìn)展

全約束導(dǎo)種是指通過(guò)新型導(dǎo)種裝置對(duì)種子離開排種器后的運(yùn)移進(jìn)行全自由度約束或者進(jìn)行僅具有局部自由度的全約束，強(qiáng)制種子保持其有序狀態(tài)，是一種保證播種粒距均勻分布的主動(dòng)式導(dǎo)種方式，可有效避免因播種機(jī)振動(dòng)和其他原因?qū)е碌姆N子與導(dǎo)種管壁、種床土壤產(chǎn)生“碰撞異位”和“彈跳異位”，常見(jiàn)的方式有帶式導(dǎo)種和點(diǎn)播式導(dǎo)種等。

3.1 帶式全約束導(dǎo)種

帶式導(dǎo)種是目前先進(jìn)的全約束導(dǎo)種技術(shù)之一，其通過(guò)輸送帶將種子從排種器出口單粒有序運(yùn)移至低位進(jìn)行投種。美國(guó)John Deere公司[85]研制的John Deere 2015系列毛刷帶式導(dǎo)種裝置，其配套播種單體結(jié)構(gòu)如圖10所示，可通過(guò)調(diào)節(jié)毛刷帶的轉(zhuǎn)速使種子落入土壤瞬間的水平分速度與播種機(jī)前進(jìn)速度相近且反向，相互抵消實(shí)現(xiàn)零速投種。美國(guó)Precision Planting公司[86]研制的SpeedTube型輸送帶式導(dǎo)種裝置，其結(jié)構(gòu)如圖11所示，安裝于排種器卸種口處，通過(guò)撥指的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)將排種器排出的種子運(yùn)送至輸送帶上，在輸送帶的轉(zhuǎn)動(dòng)下將種子輸送至底部并導(dǎo)入種床土壤，可通過(guò)調(diào)整輸送帶轉(zhuǎn)速保證種子達(dá)到最佳投種狀態(tài)，最高作業(yè)速度可達(dá)20 km/h。

圖10 John Deere 2015系列播種單體Fig.10 John Deere 2015 series seeding monomer1.覆土鎮(zhèn)壓輪 2.機(jī)架 3.毛刷帶式導(dǎo)種裝置 4.排種器 5.雙平行四連桿同步仿形機(jī)構(gòu)

圖11 SpeedTube型輸送帶式導(dǎo)種裝置Fig.11 SpeedTube type conveyer belt seed guiding device1.排種器 2.輸送帶式導(dǎo)種裝置

陳學(xué)庚等[87]、康建明等[88]針對(duì)免耕播種機(jī)雙圓盤式開溝器投種點(diǎn)高的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種傳動(dòng)與投種機(jī)構(gòu)一體的帶式導(dǎo)種裝置，使種子進(jìn)入由輸送帶與種道護(hù)板形成的輸種腔內(nèi)，從而沿著預(yù)定軌跡運(yùn)動(dòng)至投種位置，完成投種。陳晨[89]設(shè)計(jì)了一種精量播種機(jī)帶式導(dǎo)種裝置，該導(dǎo)種裝置通過(guò)螺栓固定在排種架上，通過(guò)排種軸驅(qū)動(dòng)導(dǎo)種裝置傳動(dòng)，在導(dǎo)種帶隔腔的約束下將種子單粒平穩(wěn)輸送至種床土壤，有效降低了投種高度，提高了播種精度。劉全威[90]提出了一種精準(zhǔn)取種、平穩(wěn)輸種和精準(zhǔn)投種的播種技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種撥指同步帶式導(dǎo)種裝置，種子在推種板的作用下從排種器型孔落入導(dǎo)種裝置的輸種腔，在撥指同步帶和護(hù)種板的作用下將種子強(qiáng)制有序輸送至種床土壤，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)投種。王希英等[91-92]改進(jìn)設(shè)計(jì)了一種雙列交錯(cuò)勺帶式馬鈴薯精量排種器，排種器工作過(guò)程主要分為充種、運(yùn)移、清種、導(dǎo)種和投種 5 個(gè)串聯(lián)階段。工作時(shí)，取種凹勺單粒取種，柔性排種帶的相鄰種勺與導(dǎo)種護(hù)罩間形成封閉空間，種薯被運(yùn)移至投種點(diǎn)拋送瞬間由于離心力突變進(jìn)行零速投種，避免種薯拋甩，提高了播種均勻性。

帶式導(dǎo)種裝置可縮短種子自由運(yùn)動(dòng)行程，降低種子運(yùn)移過(guò)程中的碰撞風(fēng)險(xiǎn)，保證從排種器排出種子的均勻有序狀態(tài)，能夠滿足精密播種機(jī)的高速作業(yè)。為避免導(dǎo)種過(guò)程中種子發(fā)生剪切損傷，帶式導(dǎo)種裝置通常將種子約束在一個(gè)輸種腔內(nèi)，給予種子一定局部自由運(yùn)動(dòng)空間。

3.2 點(diǎn)播式全約束導(dǎo)種

點(diǎn)播式排種器是通過(guò)鴨嘴、穴播器等裝置將種子運(yùn)移至土壤深處進(jìn)行播種，屬于全約束的種子運(yùn)移。趙建托等[93]設(shè)計(jì)了一種玉米全膜覆蓋直插式播種裝置，采用凸輪和曲柄機(jī)構(gòu)控制成穴器，可實(shí)現(xiàn)播種時(shí)間段內(nèi)成穴器水平絕對(duì)速度為零。趙武云等[94]設(shè)計(jì)了一種玉米全膜雙壟溝直插式精量穴播機(jī)，采用凸輪-曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)放大機(jī)構(gòu)控制成穴器投種，可實(shí)現(xiàn)成穴器播種段和出土段水平分速為零。戴飛等[95-96]將轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)與正弦機(jī)構(gòu)串聯(lián)，運(yùn)用近等速補(bǔ)償機(jī)構(gòu)與放大機(jī)構(gòu)相配合實(shí)現(xiàn)零速投種。石林榕等[97]設(shè)計(jì)了一種玉米直插穴播機(jī)強(qiáng)排-強(qiáng)啟排種裝置，利用共軛凸輪實(shí)現(xiàn)鴨嘴取種和投種，利用前進(jìn)速度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)來(lái)抵消投種水平分速度，保證零速投種，大大減少了種子與種床的彈跳滑移。

侯加林等[98-100]設(shè)計(jì)了一種行星輪鴨嘴式大蒜插播機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖12所示，采用星輪式鴨嘴插播機(jī)導(dǎo)種裝置，在導(dǎo)種鴨嘴的護(hù)送下將大蒜種子精準(zhǔn)直立插入土壤，播種質(zhì)量高。李復(fù)輝等[101]設(shè)計(jì)了一種舵輪式玉米免耕精量施肥播種機(jī)，該播種機(jī)的關(guān)鍵工作部件為舵輪勺盤式穴播器，其既充當(dāng)行走輪又充當(dāng)排種器，播種質(zhì)量較好，但不適用于高速作業(yè)，播種效率較低。劉俊孝等[102]提出一種氣力吸種、定點(diǎn)打穴、精準(zhǔn)投種的點(diǎn)播方式，設(shè)計(jì)了一種針孔管式小麥精準(zhǔn)點(diǎn)播裝置，其結(jié)構(gòu)如圖13所示，關(guān)鍵工作部件針孔吸種管兼具取種、導(dǎo)種和投種的功能，播種均勻性好。

圖12 行星輪式大蒜插播機(jī)示意圖Fig.12 Structure of planetary wheel garlic planter1.傳動(dòng)系統(tǒng) 2.機(jī)架 3.種箱 4.排種裝置 5.接種鴨嘴 6.壓平輥 7.插播裝置

圖13 針孔管式小麥精準(zhǔn)點(diǎn)播裝置示意圖Fig.13 Structure of pinhole-tube wheat precision seeding device1.種箱 2.針孔吸種管 3.播種輪 4.氣力分配機(jī)構(gòu) 5.土壤

點(diǎn)播式導(dǎo)種裝置采用點(diǎn)播式將種子插播至適宜播深的種床土壤，在土壤的摩擦力和回流作用下消除種子落入種床土壤的彈跳滑移現(xiàn)象，可適用于穴播、鋪膜播種等低速作業(yè)。

4 技術(shù)特色分析

播種機(jī)導(dǎo)種裝置的結(jié)構(gòu)和種類繁多，根據(jù)種子運(yùn)移過(guò)程的自由度約束狀態(tài)，可以分為無(wú)約束導(dǎo)種、欠約束導(dǎo)種和全約束導(dǎo)種3種技術(shù)原理，3種技術(shù)原理各有其技術(shù)特點(diǎn)和適用對(duì)象，其特點(diǎn)總結(jié)概括對(duì)比如表1所示。其中無(wú)約束導(dǎo)種和重力式欠約束導(dǎo)種裝置結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單；氣送式欠約束導(dǎo)種裝置導(dǎo)種運(yùn)移穩(wěn)定性較高，需要輔助配氣系統(tǒng)；全約束導(dǎo)種裝置對(duì)種子進(jìn)行自由度約束強(qiáng)制有序運(yùn)移，有效解決了種子投送過(guò)程的碰撞異位和彈跳異位現(xiàn)象，大大提高了播種質(zhì)量和播種均勻性，符合精密播種要求，但在一定程度上增加了系統(tǒng)復(fù)雜性。

表1 不同導(dǎo)種技術(shù)原理特點(diǎn)對(duì)比Tab.1 Comparison of characteristics of different seed guiding technology principles

改進(jìn)導(dǎo)種裝置，提升導(dǎo)種性能的方法主要有兩種：基于零速投種理論，通過(guò)對(duì)種子進(jìn)行反向加速，盡量平衡機(jī)組前進(jìn)速度，減小種子落入種溝瞬間的水平分速度，減少了種子與種床的接觸碰撞與滑移，無(wú)約束導(dǎo)種技術(shù)主要以該理論為指導(dǎo)；通過(guò)導(dǎo)種裝置(導(dǎo)種管、導(dǎo)種帶、鴨嘴、穴播器等)來(lái)限制種子從排種器排出到落入種床土壤過(guò)程的運(yùn)動(dòng)軌跡，減小種子運(yùn)動(dòng)隨機(jī)性，降低投種高度，從而提高播種均勻性，欠約束和全約束導(dǎo)種技術(shù)主要利用該方法。

5 展望

隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)發(fā)展和機(jī)械化水平提升，大型化、高速化、精密化、自動(dòng)化和智能化已成為播種機(jī)發(fā)展的方向。國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞提高播種質(zhì)量和效率為目標(biāo)，對(duì)多種形式的導(dǎo)種裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外各類導(dǎo)種技術(shù)與裝置的研究現(xiàn)狀分析，結(jié)合機(jī)械化播種發(fā)展趨勢(shì)，總結(jié)導(dǎo)種技術(shù)與裝置的發(fā)展方向如下：

(1)導(dǎo)種環(huán)節(jié)作為播種過(guò)程中保持均勻有序狀態(tài)入土的末端環(huán)節(jié)，承接排種器排出的有序種子流，決定種子最終田間分布的均勻性，無(wú)約束、欠約束和全約束導(dǎo)種技術(shù)各存在優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件，未來(lái)應(yīng)堅(jiān)持三者并存發(fā)展。種子在導(dǎo)種、落入種床過(guò)程中都存在隨機(jī)的振動(dòng)和碰撞影響，在機(jī)械化播種技術(shù)研究中，應(yīng)根據(jù)種子田間均勻性統(tǒng)計(jì)規(guī)律探討實(shí)際生產(chǎn)條件下各類導(dǎo)種方式與裝置對(duì)種子有序運(yùn)移狀態(tài)的影響程度。種子離開導(dǎo)種裝置時(shí)的投種速度是播種串聯(lián)環(huán)節(jié)末端環(huán)節(jié)，“零速投種”，即種子接觸種溝瞬間絕對(duì)速度趨近于零可以避免種子的隨機(jī)彈跳[103]，是國(guó)內(nèi)外導(dǎo)種技術(shù)與裝置研究的理論依據(jù)和最終目標(biāo)，未來(lái)應(yīng)繼續(xù)深入研究和應(yīng)用“零速投種”理論，如通過(guò)虛擬仿真技術(shù)和高速攝影等技術(shù)研究種子，特別是中小粒徑種子與土壤的碰撞過(guò)程，以播種機(jī)“零速投種”為目標(biāo)創(chuàng)新設(shè)計(jì)排種器與配套導(dǎo)種裝置。

(2)對(duì)于播種粒距均勻性要求不嚴(yán)格的作物，推薦應(yīng)用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用性強(qiáng)的無(wú)約束或重力式欠約束導(dǎo)種裝置，主要研究導(dǎo)種裝置的無(wú)約束空間結(jié)構(gòu)及其與排種裝置的集成設(shè)計(jì)、欠約束導(dǎo)種裝置對(duì)種子動(dòng)能的影響及導(dǎo)種路徑合理設(shè)計(jì)。對(duì)于采用集排式排種器、作業(yè)幅寬大、種子運(yùn)移距離較遠(yuǎn)、運(yùn)移路徑受局限的播種機(jī)，應(yīng)重點(diǎn)開展適用的氣送式欠約束導(dǎo)種裝置研究。對(duì)于播種精度要求高的作物，當(dāng)種子質(zhì)量和粒徑較大時(shí)，種子有序運(yùn)移狀態(tài)不易受干擾破壞，可以采用無(wú)約束導(dǎo)種裝置，在排種器性能研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展與種溝開溝器、覆土鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu)集成化設(shè)計(jì)，通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化降低投種高度和投種速度；對(duì)于精密播種中小粒徑種子或種子著床方向有特定要求的作物，應(yīng)采用全約束主動(dòng)導(dǎo)種裝置，未來(lái)需要?jiǎng)?chuàng)新導(dǎo)種方式和結(jié)構(gòu)，提高導(dǎo)種頻率，以提升精密播種作業(yè)速度。

(3)播種技術(shù)核心為種群有序單?；蛦瘟；癄顟B(tài)保持，即精量排種技術(shù)和平穩(wěn)運(yùn)移技術(shù)，研究適應(yīng)于不同區(qū)域、不同種植模式、不同種植作物的播種機(jī)、排種器及配套導(dǎo)種裝置,應(yīng)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝相結(jié)合，增強(qiáng)播種機(jī)、排種器及配套導(dǎo)種裝置的通用性；并加強(qiáng)新型短程精密播種技術(shù)研究，如開發(fā)氣吸點(diǎn)播式精密排種器、多連桿單粒精密排種導(dǎo)種機(jī)構(gòu)等，實(shí)現(xiàn)精量排種技術(shù)與平穩(wěn)運(yùn)移技術(shù)相融合。

(4)利用信息化手段實(shí)現(xiàn)播種機(jī)的智能化是播種領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和研究熱點(diǎn)，播種工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)、播種量檢測(cè)和種子田間分布信息檢測(cè)是播種關(guān)鍵信息。導(dǎo)種裝置是種子落入種床的末端通道，是安裝檢測(cè)器的理想載體，與導(dǎo)種裝置集成、準(zhǔn)確可靠地檢測(cè)種子信息是研究的重點(diǎn)，小粒徑種子、異常的多粒聚集種子及大播量作物種子的檢測(cè)是研究難點(diǎn)。通過(guò)實(shí)時(shí)探測(cè)種子運(yùn)移時(shí)間間隔判斷前端排種器工作狀態(tài)，對(duì)異常情況進(jìn)行警報(bào)處理，統(tǒng)計(jì)計(jì)算播種量是智能播種機(jī)對(duì)播種信息的應(yīng)用方向；未來(lái)可以進(jìn)一步通過(guò)對(duì)種子導(dǎo)種、投種時(shí)間進(jìn)行延遲補(bǔ)償，獲得田間更精準(zhǔn)的種子分布信息，結(jié)合種子出苗、成苗信息，探索不同機(jī)械化耕播方式、種床條件、種肥土壤關(guān)系下的機(jī)械化播種勻苗全苗壯苗指數(shù)，評(píng)價(jià)播種機(jī)作業(yè)性能、作業(yè)質(zhì)量，并研制基于成苗信息預(yù)測(cè)的一播全苗智能播種裝備，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化播種高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)群體智能化構(gòu)建。