我國高海拔地區(qū)草籽種植機(jī)械的應(yīng)用與發(fā)展趨勢

靳 偉，謝 剛，張東杰

(青海農(nóng)牧科技職業(yè)學(xué)院，西寧 812100)

0 引言

統(tǒng)籌資源、環(huán)境、生態(tài)協(xié)同發(fā)展，全面推進(jìn)“十四五”時(shí)期生態(tài)文明建設(shè)，牧草不僅是農(nóng)牧民進(jìn)行畜牧業(yè)生產(chǎn)的物質(zhì)和經(jīng)濟(jì)來源，也是青藏高原高寒生態(tài)體系的主體和全國生態(tài)屏障。近年來，草原存在大面積退化，導(dǎo)致牧草品質(zhì)及產(chǎn)量下降，承載畜牧的能力降低，政府組織了人員對草原進(jìn)行草籽人工播撒，以此來恢復(fù)草原的生態(tài)以及幫助牧民增加更多收入。但人工草籽播撒效率低，成本高，實(shí)現(xiàn)草籽種植機(jī)械化、智能化、科學(xué)化是大勢所趨，而高海拔地區(qū)區(qū)域特點(diǎn)對草籽種植機(jī)械化、智能化提出了更高要求。因此，正確認(rèn)識高海拔地區(qū)畜牧業(yè)生產(chǎn)中草籽播種機(jī)械的現(xiàn)狀，探討科學(xué)、高效的機(jī)械化草籽播種技術(shù)及配套機(jī)具，顯得十分重要。

1 草籽播種機(jī)械應(yīng)用

近年來，我國在高海拔地區(qū)草籽播種機(jī)械化、智能化方面，通過設(shè)備的引進(jìn)、消化和吸收，結(jié)合我國生產(chǎn)的實(shí)際情況，研制和開發(fā)了很多實(shí)用機(jī)型，在產(chǎn)品數(shù)量、質(zhì)量、種類上都有所創(chuàng)新，增強(qiáng)了自主研發(fā)草籽播種機(jī)的能力。目前，我國高海拔地區(qū)草籽種植機(jī)械可以通俗地分為地面牧草播種機(jī)和牧草無人飛播機(jī)。

1.1 牧草播種機(jī)具現(xiàn)狀

目前，使用農(nóng)業(yè)機(jī)械種植草籽有三種方法：第一種是大田種植草籽，與傳統(tǒng)的種植大田農(nóng)作物有著相同的種植流程，需完成犁地、耙田、播種、施肥、中耕、田間管理和收獲牧草種子，得到更優(yōu)良的牧草種子，秸稈當(dāng)作青飼料，一般的牧草種子有垂穗披堿草、老芒麥、黑燕麥等；第二種是人工種植草地，與大田農(nóng)業(yè)播種機(jī)械通用，有的農(nóng)業(yè)播種機(jī)械換上專用的牧草開溝器、牧草排種器，來完成播種牧草工作，一般有紫花苜蓿、小冠花、三葉草、中華羊茅等；第三種是無人飛播機(jī)，規(guī)劃無人飛播機(jī)播種路線，裝載牧草種子的無人飛播機(jī)飛行在大田上空，精確地按一定高度和一定飛行路線把牧草種子均勻定量地撒播在大田上，根據(jù)牧草種子植物學(xué)特性，在適宜的溫度和適時(shí)的濕度等自然條件下，促進(jìn)種子出芽、生根、成苗，能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)、均勻撒播。

1.2 田間種植牧草播種機(jī)具

2006年，青海江河源農(nóng)牧科技發(fā)展有限公司喬繼華等[1]設(shè)計(jì)了一種9MB-1型牧草種子免耕播種機(jī)，由種子箱、高度升降架、導(dǎo)流管、播種頭等部件組成，播種牧草時(shí)由拖拉機(jī)帶動(dòng)種子箱架行走，通過地輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)播種頭循環(huán)進(jìn)入大田耕作層中實(shí)現(xiàn)牧草種子的播種。

2010年，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)陶桂香等[2]設(shè)計(jì)并研制了一種2BMY-5型牧草免耕播種與液體施肥機(jī)，如圖1所示為2BMY-5型牧草免耕播種與液體施肥機(jī)結(jié)構(gòu)。與拖拉機(jī)配套使用，采用圓盤切刀，在耕地上開出一定深度的種肥槽，排種器將種子投放在溝底，隨后覆土機(jī)構(gòu)進(jìn)行覆土，鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu)進(jìn)行鎮(zhèn)壓，完成免耕、施肥、播種、覆土、鎮(zhèn)壓等工序。

1.液肥罐；2.種箱；3.液肥輸出控制泵；4.地輪；5.覆土器；6.開溝器；7.圓盤刀；8.懸掛系統(tǒng)；9.液肥輸入管；10.液肥輸出管；11.液肥輸出量均衡調(diào)節(jié)器；12.播種量調(diào)節(jié)器

2012年，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院李萍等研制生產(chǎn)了一種9BQM-3.0型氣力式牧草免耕播種機(jī)[3]，與拖拉機(jī)配套使用，作業(yè)時(shí)，由拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)并牽引，如圖2為9BQM-3.0 型氣力式免耕播種機(jī)結(jié)構(gòu)。排種裝置有18 個(gè)雙圓盤播種器，相對應(yīng)18個(gè)開溝裝置，地輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)中央排種槽輪裝置，確保種子進(jìn)入到相對應(yīng)的排種裝置底部，18根輸送管分別把種子分配到18個(gè)雙圓盤播種器，對種子進(jìn)行播種、覆土和鎮(zhèn)壓。通過試驗(yàn)測量獲得了各行排量一致性變異系數(shù)，數(shù)據(jù)結(jié)果為苜蓿3.41%、披堿草6.04%、玉米7.33%，該結(jié)果表明此排種裝置實(shí)用性廣，播種均勻，通用性較好。

1.轉(zhuǎn)動(dòng)軸；2.牽引機(jī)構(gòu)；3.泵；4.油管；5.開溝機(jī)構(gòu)；6.機(jī)架；7.滾輪；8.導(dǎo)流管；9.行走輪；10.劃印機(jī)構(gòu)；11.鼓風(fēng)機(jī)；12.馬達(dá)；13.種箱；14.排種機(jī)構(gòu)；15.播種機(jī)架；16.軟管；17.雙圓盤夾角播種器；18.覆土器；19.覆土盤；20.鎮(zhèn)壓輪

2014年，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)王振華等[4]設(shè)計(jì)了一種中央外槽輪裝置集中向分配器供料的排種機(jī)構(gòu)，結(jié)合氣流分配的牧草播種機(jī)，根據(jù)不同牧草種子，排種量能夠做到精確控制，與已有設(shè)備的外槽輪排種器播種牧草種子相比，克服了架空、堵塞、穩(wěn)定性差等一系列問題。同年，中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院呼和浩特分院翟改霞等[5]完成牧草種子機(jī)械物理特性研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種多行一器的排種裝置。此機(jī)構(gòu)由中央排種槽輪(圖3)、排種器機(jī)體殼、混合器、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等組成，排種量通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)整中央排種槽輪相對于排種器殼體的工作長度來設(shè)定，槽輪殼體內(nèi)的攪拌器用于防止種子架空，大小不同種子的排種則通過調(diào)節(jié)槽輪機(jī)構(gòu)內(nèi)部元件位置來實(shí)現(xiàn)。

1.槽輪機(jī)構(gòu)；2.槽輪殼體；3.撥齒；4.調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

1.3 人工種植草地用的牧草播種機(jī)

國內(nèi)用于人工種植草場用的牧草種子播種機(jī)研究種類很少，目前用于實(shí)際生產(chǎn)的牧草種子播種機(jī)僅僅有以下幾種。

(1)由中國農(nóng)科院草原研究所研制的9SBY-3.6型牧草種子撒播鎮(zhèn)壓聯(lián)合組機(jī)[6]，撒播盤用直流電動(dòng)機(jī)所驅(qū)動(dòng)，自然休止角小且播種流動(dòng)性較好，該組機(jī)采用了柵條滾筒式鎮(zhèn)壓器，具有很好的入土覆土和滾動(dòng)鎮(zhèn)壓功能。該聯(lián)合組機(jī)與四輪拖拉機(jī)配套使用，生產(chǎn)率達(dá)2～2.2 hm2·h-1。該機(jī)組已在小批量實(shí)際生產(chǎn)，并且使用效果較好。

(2)2008年，北京航空工業(yè)學(xué)院機(jī)械工程系杜韌等[7]試驗(yàn)并研究了一種92MZB2.4型牧草免耕播種機(jī)。該免耕播種機(jī)與拖拉機(jī)配套使用，播種時(shí)，旋耕刀盤開溝器在耕作層開出種溝、肥溝，地輪通過傳動(dòng)系統(tǒng)將種子、肥料從種子箱、肥料箱排出，且按各自的軟管排到種溝、肥溝里，隨后每個(gè)開溝器后面的鎮(zhèn)壓輪對種溝、肥溝進(jìn)行鎮(zhèn)壓，進(jìn)而完成整個(gè)播種作業(yè)流程。

(3)吉林省白城地區(qū)農(nóng)機(jī)化研究所研制9MB-9型牧草播種機(jī)，該機(jī)與四輪拖拉機(jī)配套使用，可以一次完成開溝、播種、施肥、覆土、鎮(zhèn)壓工作，根據(jù)實(shí)際播種需要安裝5行、7行或9行雙橡膠輥式排種器。該排種器可以滿足禾本科、豆科牧草種子的播種要求。工作幅寬1.35～1.75 m可調(diào)，播種深度0.5～3.0 cm可調(diào)，生產(chǎn)率0.45～0.6 hm2·h-1，該機(jī)已經(jīng)通過省級鑒定。

1.4 牧草無人飛播機(jī)具

無人機(jī)飛播在大田作物、飛播造林、防沙治沙等領(lǐng)域研究較成熟，把牧草種子均勻定量地撒播在大田上，根據(jù)牧草種子植物學(xué)特性，在適宜的溫度和適時(shí)的濕度等自然條件下，促進(jìn)種子出芽、生根、成苗。目前，我國對于飛播牧草種子領(lǐng)域研究較少，所以飛播牧草通常向大田作物及飛播造林等領(lǐng)域的技術(shù)借鑒。

華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院宋燦燦等[8]設(shè)計(jì)了一種氣力式無人機(jī)水稻撒播裝置，如圖4所示，利用氣流將種子沿不同的方向吹送出去，根據(jù)無人飛播機(jī)飛播的速度和高度，實(shí)時(shí)調(diào)整鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)速和排種輪的轉(zhuǎn)速，以此調(diào)整牧草種子顆粒的畝撒播量和撒播幅寬，從而保證航線上幅寬的穩(wěn)定性和撒播均勻性。

1.鼓風(fēng)機(jī)；2.分流機(jī)箱；3.排種器；4.導(dǎo)流管

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院黃小毛等[9]設(shè)計(jì)了一種基于電驅(qū)離心條播式排種器的無人機(jī)油菜飛播裝置，如圖5所示。將地面?zhèn)鹘y(tǒng)使用的倒置內(nèi)錐筒型排種盤改進(jìn)為上凸錐筒式，設(shè)計(jì)了一種排量大、電驅(qū)動(dòng)的離心式油菜排種器，圖6所示為結(jié)構(gòu)。依靠油菜種子籽粒重力和離心力雙重作用對排種器充種，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多行排種作業(yè)，受機(jī)具振動(dòng)和顛簸影響較小，具有比傳統(tǒng)倒置內(nèi)錐筒型離心式排種器更好的充種效果和作業(yè)穩(wěn)定性。

1.種子箱；2.種箱架；3.離心式排種器；4.軟管；5.無人播種機(jī)；6.電機(jī)；7.殼體；8.舵機(jī)；9.導(dǎo)流管；10.水平固定桿；11.接口；12.投種管；13.橡膠尾管

1.種箱；2.外殼；3.排種盤；4.排種口；5.底座；6.軸承；7.排種電機(jī)

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院張青松等[10]研究了油菜無人機(jī)飛播裝置并進(jìn)行了設(shè)計(jì)與試驗(yàn)，如圖7所示，主要針對丘陵地區(qū)油菜籽播種面積較大且播種效率低等問題，設(shè)計(jì)了一套搭載于無人機(jī)的油菜飛播裝置，并設(shè)計(jì)了飛播裝置種子箱、充種室、滾動(dòng)槽輪等的結(jié)構(gòu)，如圖8所示。通過場地油菜飛播試驗(yàn)，無人機(jī)飛行高度為2～2.5 m時(shí)，有效作業(yè)幅寬2.15～2.45 m，飛播裝置作業(yè)性能較好，能滿足油菜農(nóng)藝種植要求。

1.出種口架；2.無人播種機(jī)旋翼；3.排種槽輪；4.種子箱；5.導(dǎo)管；6.控制系統(tǒng)；7.電機(jī)；8.聯(lián)軸器；9.電池；10.出種口

1.卸種口擋板；2.充種漏斗；3.種箱；4.外殼；5.槽輪；6.落種口

2019年4月，極飛科技發(fā)布了無人機(jī)智能撒播系統(tǒng)，圖9a為無人機(jī)智能撒播系統(tǒng)作業(yè)；圖9b為智能撒播系統(tǒng)，智能撒播系統(tǒng)搭載在無人機(jī)上，極飛科技首次采用滾軸式定量設(shè)計(jì)，精確控制種子的用量與播撒密度，而且采用專利JetSedTM氣流噴射技術(shù)，可以通過高速氣流，高效地將1～10 mm的種子、肥料固體顆粒精準(zhǔn)投放至所需環(huán)境，而且全程實(shí)現(xiàn)播種量隨著飛行速度的變化而變化；圖9c為顆粒撒播地面情況，可完成5.33 hm2·h-1的播種作業(yè)，是人工撒播效率的50～60倍，解決了傳統(tǒng)飛播用量不精確、播撒不均勻的問題。

圖9 無人機(jī)智能撒播系統(tǒng)

2 存在的問題

我國高海拔地區(qū)草籽種植機(jī)具的種類、功能、技術(shù)性能與國內(nèi)、國外機(jī)具有著很大的差距。

2.1 機(jī)械品種不全，產(chǎn)品技術(shù)水平低

對于高海拔地區(qū)可以使用的草籽播種機(jī)械品種較少，有的只適合單一的牧草草籽播種，通用性較差，機(jī)具的使用效率低，同時(shí)機(jī)具使用的成本增加；豆科類牧草(如苜蓿、百脈根)種子具有外形尺寸小、千粒重相對較大、流動(dòng)性好的特點(diǎn)，易出現(xiàn)排種器漏種現(xiàn)象，播種量控制難；而禾本科類牧草(如老芒麥、披堿草等)種子流動(dòng)性差，播種均勻性很難保證。

2.2 特殊的地域特征制約機(jī)具的發(fā)展

“高”和“寒”成為高海拔地區(qū)最突出的區(qū)域地理特征，這對無人飛播機(jī)電池提出了更高的要求，若在低溫環(huán)境下使用電池，電池容量將驟減，從而影響飛行器的正常使用。一般來說，只要溫度低于20 ℃，無人機(jī)電池的活性就會(huì)下降，溫度過低時(shí)，電池的續(xù)航時(shí)間可能比正常情況下降低一半，飛行器動(dòng)力系統(tǒng)難以維持飛行，電池就會(huì)主動(dòng)關(guān)機(jī)來防止電芯過度放電，在一定程度上影響了飛播作業(yè)的效率。

飛播配套的撒播系統(tǒng)一機(jī)多用，大田農(nóng)作物和牧草種子播種裝置整合為一體，但實(shí)際情況是大田農(nóng)作物種子與牧草種子有很大的區(qū)別，播種裝置也要區(qū)別配套。

2.3 售后服務(wù)體系不完善

目前，牧草播種的經(jīng)濟(jì)市場小，機(jī)械保有量少，直接影響了售后服務(wù)體系，售后服務(wù)平臺(tái)較少，相應(yīng)的技術(shù)人員缺乏，配套的零件供應(yīng)不足或停產(chǎn)，出現(xiàn)故障較長時(shí)間得不到維修，耽誤草籽播種的最佳時(shí)期，影響了機(jī)具的正常工作。

3 發(fā)展趨勢

3.1 推廣已有設(shè)備，加快完善設(shè)備的研發(fā)

目前，我國高海拔地區(qū)已有一些較成熟的草籽播種機(jī)械，應(yīng)當(dāng)通過持續(xù)宣傳，來提高農(nóng)民對使用機(jī)械化種植的熱情，通過形式多樣的培訓(xùn)，提高農(nóng)牧民的使用技能。對已有播種機(jī)具結(jié)合本區(qū)域種植特點(diǎn)進(jìn)行改造，研發(fā)出符合區(qū)域種植需求的機(jī)具。

3.2 加強(qiáng)科技創(chuàng)新，研發(fā)高新機(jī)械

我國高海拔地區(qū)的特點(diǎn)是冬季嚴(yán)寒，夏季溫暖，全年干旱少雨，輻射強(qiáng)烈，植被較少，“高”和“寒”成為本地區(qū)最突出的區(qū)域地理特征，氣溫低也成為制約高海拔區(qū)農(nóng)牧業(yè)的主導(dǎo)因素，牧草種子種植機(jī)械品種單一、通用性和穩(wěn)定性差。因此，應(yīng)針對高寒農(nóng)牧業(yè)因地制宜的進(jìn)行高新機(jī)械的研發(fā)，通過國外前沿技術(shù)的引進(jìn)、消化、吸收、利用，使其國產(chǎn)化，降低使用成本。

3.3 加大政府資金補(bǔ)貼，促進(jìn)牧草種植機(jī)械化的發(fā)展

農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展水平呈現(xiàn)不平衡的局面，作物機(jī)械化發(fā)展水平高，但畜牧業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)等方面發(fā)展水平比較低，因此，政府應(yīng)積極調(diào)整農(nóng)業(yè)機(jī)械資金補(bǔ)貼，使農(nóng)牧民更有能力購買農(nóng)業(yè)機(jī)械，以提高弱勢產(chǎn)業(yè)農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用比例，提高農(nóng)機(jī)化水平。

3.4 增加牧草無人飛播機(jī)具的投入

伴隨著智慧農(nóng)業(yè)的出現(xiàn)，牧草無人飛播將會(huì)成為一種新的主流，不僅可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和工作質(zhì)量，更為農(nóng)戶帶來經(jīng)濟(jì)效益。但飛播機(jī)具價(jià)格昂貴，存在配套服務(wù)不足，缺乏專業(yè)培訓(xùn)，作業(yè)人員農(nóng)業(yè)知識素養(yǎng)不足等劣勢，要想牧草無人飛播機(jī)具未來得到持續(xù)發(fā)展，必須加強(qiáng)對農(nóng)民專業(yè)技術(shù)和素養(yǎng)的培訓(xùn)，為農(nóng)民培養(yǎng)一批優(yōu)秀的飛手，才能確保牧草無人飛播機(jī)具的順利應(yīng)用。

4 結(jié)論

農(nóng)牧業(yè)不僅是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分,更是關(guān)系到廣大農(nóng)民群眾增收致富的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，正確認(rèn)識高海拔地區(qū)畜牧業(yè)生產(chǎn)中草籽播種機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀，研究科學(xué)、高效的機(jī)械化草籽播種技術(shù)及配套機(jī)具十分重要，無論是自然生長的草場，還是田間種植牧草、人工種植草地，都適合研究與推廣適應(yīng)“高”和“寒”區(qū)域特點(diǎn)，通用性、穩(wěn)定性好的草籽播種機(jī)具，因地制宜的進(jìn)行高新機(jī)械的研發(fā)，將會(huì)對草場的嚴(yán)重超載過牧和大面積退化有積極的改善作用。