玉米繁育播種機(jī)

“國以糧為本，糧以種為先?！狈N子是不可替代的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，是農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步的最重要載體，“優(yōu)良品種+優(yōu)質(zhì)種子”是確保農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增效的前提。

我國種業(yè)專業(yè)機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)能力、質(zhì)量和技術(shù)落后，難以滿足高質(zhì)量種子的生產(chǎn)需求，國外育種機(jī)械價(jià)格昂貴，維修保養(yǎng)不便，育種單位無力承擔(dān)，且與我國農(nóng)藝模式不匹配。小區(qū)育種機(jī)械要實(shí)現(xiàn)份量播種與收獲，要求數(shù)行或小區(qū)同時(shí)進(jìn)行，且行間或小區(qū)間不能混種，達(dá)到100%自凈，其特殊性使得大田機(jī)械無法滿足其作業(yè)要求。

“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“種子繁育技術(shù)裝備研發(fā)”項(xiàng)目由青島農(nóng)業(yè)大學(xué)牽頭主持,聯(lián)合原農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院、北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心等3家科研院所,以及中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)等6所高校和隆平高科等5家企業(yè)組成的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)共同承擔(dān)。該項(xiàng)目突破多項(xiàng)核心技術(shù)，打破了國外育種機(jī)型的壟斷地位。

該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院院長尚書旗20多年來一直致力于種子繁育精量播種技術(shù)研究與裝備開發(fā)。他告訴記者：“種子繁育裝備的研發(fā)對(duì)于解決國產(chǎn)種子繁育機(jī)械缺乏，育種長期依靠人工作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度大、育種周期長、育種試驗(yàn)精度差等嚴(yán)重制約育種進(jìn)程的難題起著重要作用。該項(xiàng)目有利于加強(qiáng)中國育種機(jī)械化技術(shù)的研究，提升中國育種單位的育種實(shí)力，改變國內(nèi)育種單位的育種規(guī)模偏小、育種手段較為落后的現(xiàn)狀，提高育種工作效率、節(jié)省投資，縮短新品種的推出周期，扭轉(zhuǎn)作物良種依賴從國外引進(jìn)的劣勢(shì)?！?/p>

理論創(chuàng)新 加強(qiáng)育種機(jī)械技術(shù)研究

萬丈高樓平地起，傳統(tǒng)人工育種模式正被智能育種機(jī)械化取代。育種裝備研發(fā)的突破解決了玉米、小麥、水稻、蔬菜(大白菜)等種子物理特性、損傷機(jī)理、活性健康等基礎(chǔ)研究缺乏的問題，為機(jī)械化種子繁育理論體系奠定基礎(chǔ)；解決了育制種區(qū)域多、土壤特性與種植模式差異大、播種與收獲壞節(jié)須自凈，以及種子繁育機(jī)械化程度低、人工勞動(dòng)強(qiáng)度大、機(jī)具適應(yīng)性差等問題?？s短了我國種子的繁育周期、提高了優(yōu)良新品種的繁育效率，推動(dòng)了中國良種工程和現(xiàn)代種業(yè)的商業(yè)化發(fā)展，促進(jìn)了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，確保了國家糧食戰(zhàn)略安全。

一是高精度自凈份量排種技術(shù)。研究排種腔與清種腔獨(dú)立分離結(jié)構(gòu)的氣吸式排種器，實(shí)現(xiàn)排種過程與清種過程互不干擾。采用立式旋轉(zhuǎn)排種技術(shù)，滿足了育種試驗(yàn)小區(qū)間不得混種的要求，實(shí)現(xiàn)了排種過程與清種過程互不干擾，清種率達(dá)100%。研究小區(qū)與連續(xù)播種模式同機(jī)互換、多傳感器融合的種粒監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過電驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)精量排種器高速排種及株距無級(jí)調(diào)節(jié)控制。

二是抽穗去雄與“擊穗-氣吹”授粉技術(shù)。對(duì)玉米雄穗抽取機(jī)構(gòu)開展研究，突破了柔性抽穗去雄技術(shù)，研發(fā)了柔性拔取式玉米去雄裝置、去雄機(jī)構(gòu)智能仿形控制裝置，實(shí)現(xiàn)了高效快速去雄作業(yè)。研究機(jī)械－氣力式水稻授粉技術(shù)，建立了花粉氣/固兩相流模型，探明了氣流速度、角度對(duì)花粉運(yùn)動(dòng)軌跡的影響規(guī)律，獲得氣流輸送花粉的較佳速度與角度，突破了氣力式授粉基礎(chǔ)理論問題，為氣力式授粉奠定了理論與試驗(yàn)基礎(chǔ)。

玉米去雄作業(yè)機(jī)

三是柔性脫粒與自凈份量收獲技術(shù)。研發(fā)了內(nèi)壁流線導(dǎo)流曲面+分段式振動(dòng)全覆蓋氣流清選技術(shù)，解決了籽粒在收獲通道死角滯留和堵塞問題。實(shí)現(xiàn)谷物繁育收獲的無損傷脫粒清選，保證了小區(qū)收獲自凈。突破了小籽粒清選技術(shù)，研發(fā)了一種基于橫流風(fēng)機(jī)-內(nèi)流式圓筒篩組合的小差異混雜細(xì)粒籽粒分離清選裝置，研制了蔬菜（大白菜）繁育收獲機(jī)填補(bǔ)了國內(nèi)外空白。

四是種子繁育北斗定位與導(dǎo)航技術(shù)。研究基于北斗導(dǎo)航的小區(qū)作業(yè)面積精準(zhǔn)計(jì)算、小區(qū)行長精確控制、小區(qū)間整齊分布控制、播種過程中的自動(dòng)駕駛技術(shù)，研發(fā)了地塊與作物產(chǎn)量信息+基于BDS的小區(qū)作業(yè)路徑規(guī)劃技術(shù)，探索核心技術(shù)控制節(jié)點(diǎn)和規(guī)律，突破低成本北斗高精度定位與智能控制終端的融合，優(yōu)化定位算法，創(chuàng)建數(shù)字化仿真模型，解決了播種與收獲過程中定位（位置、速度）精度低、時(shí)間頻率不同步等問題。

五是播種關(guān)鍵品質(zhì)無損檢測(cè)與精選技術(shù)?；诮t外光譜技術(shù)，研發(fā)了種子活力無損實(shí)時(shí)檢測(cè)及分級(jí)技術(shù)，研制了種子活力無損實(shí)時(shí)檢測(cè)及分級(jí)裝置，進(jìn)行單粒種子活力檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了種子活力狀況在線檢測(cè)及快速分選。

技術(shù)水平 填補(bǔ)國內(nèi)研發(fā)空白

該項(xiàng)目成員、海南大學(xué)教授楊然兵告訴記者：“我們研發(fā)的產(chǎn)品填補(bǔ)了國內(nèi)研發(fā)空白，實(shí)現(xiàn)了從0到1的突破。清種率、漏播率、重播率等技術(shù)指標(biāo)領(lǐng)先國外同類型機(jī)型，解決了我國種子繁育行業(yè)依靠人工作業(yè)效率低、精度差，進(jìn)口品牌長期壟斷市場(chǎng)、無國產(chǎn)育種試驗(yàn)機(jī)械的問題?！?/p>

該項(xiàng)目突破了小區(qū)種子自動(dòng)供種、自動(dòng)清種、智能控制系統(tǒng)、柔性去雄授粉機(jī)理、去雄自動(dòng)調(diào)控、收獲自凈、柔性脫粒、種子活性辨別、智能圖像處理等多項(xiàng)技術(shù)，在核心技術(shù)指標(biāo)、作業(yè)適應(yīng)性上超過了奧地利WINTERSTEIGER公司、美國ALMACO公司和德國HALDRUP公司的同類機(jī)型，價(jià)格僅為國外售價(jià)的1/3左右，倒逼其降價(jià)1/4以上，打破了國外產(chǎn)品在中國的壟斷地位。研制了玉米繁育播種機(jī)、水稻繁育播種機(jī)、小麥繁育播種機(jī)、蔬菜（大白菜）繁育播種機(jī)、玉米去雄作業(yè)機(jī)、水稻授粉作業(yè)機(jī)、玉米繁育摘穗收獲機(jī)、玉米繁育籽粒收獲機(jī)、稻麥繁育收獲機(jī)、蔬菜（大白菜）繁育收獲機(jī)、種子精細(xì)選別等種子繁育裝備18種和種子活性與健康檢測(cè)系統(tǒng)2套，彌補(bǔ)了我國田間機(jī)械化育制種試驗(yàn)領(lǐng)域的空白。

成果轉(zhuǎn)化 提高育種效率

田間育種涵蓋了不同作物的育種領(lǐng)域和育種生產(chǎn)過程中的每道工序，是一個(gè)耗費(fèi)巨大勞力和財(cái)力的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程。小區(qū)育種機(jī)械化裝備能夠降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工作效率、大幅提高試驗(yàn)精度、縮短育種周期，加快育種科研進(jìn)程。我國許多地方、區(qū)域都建有自己的種子試驗(yàn)基地，田間育種機(jī)械化裝備可以成倍地提高工作效率，小區(qū)機(jī)械化播種是人工播種效率的8-10倍，收獲機(jī)械化效率是人工收獲、脫粒作業(yè)的近23倍，且可以達(dá)到人工很難實(shí)現(xiàn)的功效。裝備的研發(fā)解決了我國當(dāng)前規(guī)?；品N存在的種子質(zhì)量偏低、制種成本高、生產(chǎn)效率低等問題，突破作物機(jī)械化播種、收獲、田間管理、產(chǎn)后處理等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，極大提高我國小區(qū)種子繁育產(chǎn)業(yè)化水平，支撐種子產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展，提升種子繁育機(jī)械化技術(shù)水平，提高種子產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)收益。

該項(xiàng)目目前已經(jīng)完成成果轉(zhuǎn)化，產(chǎn)品具有完全自主產(chǎn)權(quán)，可以通過專利權(quán)轉(zhuǎn)讓、實(shí)施許可等形式轉(zhuǎn)讓。成果已在河南豪豐機(jī)械制造有限公司和中機(jī)美諾科技股份有限公司等單位生產(chǎn)并進(jìn)行了轉(zhuǎn)化。成果轉(zhuǎn)化后突破了小區(qū)玉米繁育收獲間隙自調(diào)式仿形摘穗和雙滾筒橡膠柔性脫粒等16項(xiàng)核心技術(shù)；播種機(jī)節(jié)本增效使育種專家擴(kuò)大其種子試驗(yàn)和驗(yàn)證的樣本組合數(shù)量；去雄機(jī)和授粉機(jī)作業(yè)良好，種子精細(xì)選別及活力健康檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)種子質(zhì)量的提升。研發(fā)成果大大提高了種子繁育機(jī)械作業(yè)過程中的效率和精度，對(duì)于保障國家糧食戰(zhàn)略安全具有重要意義。

種子繁育技術(shù)裝備在山東農(nóng)科院作物所、濟(jì)寧市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院、鐵嶺東升玉米品種測(cè)試中心、綏化市耕鈺現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技有限公司、四平天緣農(nóng)業(yè)技術(shù)開發(fā)有限公司等地進(jìn)行了多輪田間試驗(yàn)，播種的均是各單位的正式品種試驗(yàn)，具有示范和推廣意義，共播種面積2500余畝，節(jié)省人力成本近140萬元。

據(jù)楊然兵介紹，小區(qū)播種機(jī)械每臺(tái)樣機(jī)只需配備2-3名作業(yè)人員，將春播和夏播試驗(yàn)的播種時(shí)間縮短70%，機(jī)器播種可以搶墑、保全苗，將試驗(yàn)報(bào)廢率降低近80%。

小區(qū)玉米收獲機(jī)械通過更換割臺(tái)和割刀并作調(diào)整后即可對(duì)不同的農(nóng)藝品種進(jìn)行收獲，對(duì)20米長的試驗(yàn)小區(qū)種子收獲只需0.24分鐘，在隔離帶停車僅需1分鐘即可自動(dòng)清理殘留種子，同時(shí)完成自動(dòng)清選、自動(dòng)計(jì)量、自動(dòng)取樣、自動(dòng)裝袋及標(biāo)號(hào)等工作，1臺(tái)收獲機(jī)械每天可以收獲380個(gè)小區(qū)、1臺(tái)稻麥繁育收獲機(jī)可替代200個(gè)人工以上，1臺(tái)蔬菜（大白菜）繁育收獲機(jī)可替代150個(gè)人工以上，按照每年作業(yè)2000畝計(jì)算，每畝節(jié)本600元，共可節(jié)約120萬元。按我國雜交玉米制種300萬畝計(jì)算，制種玉米去雄機(jī)市場(chǎng)需求預(yù)計(jì)在1000臺(tái)左右，按60萬元/臺(tái)計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)值6億元。目前我國年水稻制種面積200萬畝以上，按每種水稻授粉機(jī)平均每天可授粉面積100畝計(jì)算，每年工作20天計(jì)算，一臺(tái)水稻授粉機(jī)可授粉面積2000畝，大約需要各類水稻授粉機(jī)1000臺(tái)以上進(jìn)行授粉作業(yè)，按10萬元/臺(tái)計(jì)算，預(yù)計(jì)每年水稻授粉機(jī)有近1億元工業(yè)產(chǎn)值。種子精細(xì)選別與活性健康檢測(cè)技術(shù)裝備，實(shí)現(xiàn)了種子活力檢測(cè)及實(shí)時(shí)分級(jí)，檢測(cè)精度達(dá)95%、檢測(cè)效率大于67粒/分，提升了品種選育與田間試驗(yàn)效率。

提高了獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度（避免人工作業(yè)的誤差）和及時(shí)性，增加了小區(qū)之間的可比性和考核指標(biāo)的一致性，解決人工或大田機(jī)械不能完成的工作，打破國外進(jìn)口機(jī)型的壟斷地位，使育種單位的購機(jī)成本降低60%，提高了育種試驗(yàn)專用機(jī)械的可及性。通過科研平臺(tái)的試驗(yàn)和市場(chǎng)反饋機(jī)制不斷改進(jìn)收獲機(jī)，促進(jìn)了玉米繁育收獲機(jī)的升級(jí)換代，加快了農(nóng)業(yè)裝備科技成果轉(zhuǎn)化，有效提高了農(nóng)業(yè)裝備科技含量和作業(yè)性能。

2018年至今，項(xiàng)目組研發(fā)的玉米、稻麥、蔬菜（大白菜）繁育播種與收獲機(jī)、玉米制種去雄機(jī)、水稻趕粉機(jī)、種子活性健康檢測(cè)系統(tǒng)分別在多家科研院所和育種單位針對(duì)不同土壤條件、不同模式下的播種、收獲、田間管理、產(chǎn)后處理等環(huán)節(jié)進(jìn)行田間作業(yè)，機(jī)具自凈程度好，作業(yè)效率高，綜合經(jīng)濟(jì)效益高，為育種單位節(jié)省大量人力、物力成本，提高試驗(yàn)精度，加快新品種培育進(jìn)程，取得良好效果。

未來展望 種子繁育裝備技術(shù)創(chuàng)新大有可為

目前小區(qū)育種機(jī)械研發(fā)主要針對(duì)小麥、玉米等谷物，很多作物品種的播種收獲技術(shù)尚待驗(yàn)證完善，通用機(jī)型或者專用機(jī)型研發(fā)將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大適用作物范圍。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化、智能化技術(shù)與大型小區(qū)育種機(jī)械深度融合將成為小區(qū)育種機(jī)械發(fā)展的趨勢(shì)，進(jìn)一步提高育種作業(yè)性能，實(shí)現(xiàn)人工無法替代完成的實(shí)質(zhì)技術(shù)性的變革，改變工作環(huán)境的無人駕駛、人機(jī)交互遠(yuǎn)程控制自動(dòng)精準(zhǔn)播種的物聯(lián)網(wǎng)操作平臺(tái)、高效播種狀態(tài)控制及自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)、自動(dòng)實(shí)時(shí)傳輸記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)的云端服務(wù)平臺(tái)等高新技術(shù)融合的新一代小區(qū)育種播種機(jī)將給未來小區(qū)育種田間試驗(yàn)機(jī)械化帶來重大技術(shù)變革。

尚書旗表示，“十四五”期間，農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展的主要著力點(diǎn)是聚焦“全程導(dǎo)向、綠色引領(lǐng)、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、數(shù)字賦能、合力推動(dòng)”。我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展還存在不少短板和弱項(xiàng)，需要加大農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合和機(jī)械化生產(chǎn)模式探索，以及農(nóng)機(jī)裝備研發(fā)與試驗(yàn)示范，通過智能化、數(shù)字化技術(shù)，全面提升農(nóng)機(jī)裝備制造水平和生產(chǎn)管理水平?！笆奈濉奔敖窈筠r(nóng)業(yè)機(jī)械化與農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展，要著眼全產(chǎn)業(yè)鏈強(qiáng)化農(nóng)機(jī)裝備研發(fā)制造和推廣應(yīng)用。

未來可以在小區(qū)田間育種規(guī)模大的企業(yè)、高校及科研院所設(shè)立流動(dòng)服務(wù)站，為技術(shù)人員提供培訓(xùn)及田間試驗(yàn)承包等新模式的應(yīng)用服務(wù)，進(jìn)一步發(fā)掘潛在的小區(qū)育種播種機(jī)應(yīng)用服務(wù)市場(chǎng)，建立更新穎、更和諧的供求合作關(guān)系，克服小區(qū)育種播種機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域窄，每年利用時(shí)間短等缺陷，推動(dòng)小區(qū)育種播種機(jī)械化健康發(fā)展。