稻麦繁育收获机研究现状及展望

水稻和小麦是重要粮食作物，在我国每年约有3亿t的市场需求量。鉴于当前我国农业发展的各种不利现状，保障稻麦产量的有效供给，有利于满足国民生活生产需求和维护国家、社会稳定。研究表明，良种可以提高农作物产量，其贡献率可达50％以上，而在我国这一数值仅在30％左右。

因此，想要农业增产，可以从提高种子质量、加快优良新品种选育进程方面着手。但新品种在推向市场和大面积种植前需要进行复杂的小区育种田间试验，涵盖了耕种收、田间植保和种子处理等众多环节，耗费周期长且需要投入巨大的人力。

其中，收获环节对整个试验精度影响最大、所需劳动强度最高。但是目前国内稻麦繁育收获环节依然是靠人力为主的分段式方法完成，收获效率低并且种子损失大，不符合小区育种试验的要求，不利于我国种子繁育事业的发展。我国稻麦繁育收获环节联合收获问题亟待解决。

1国外研究现状

1.1发展历程及现状

国外较早就开展了稻麦小区田间育种试验收获机械的研究，Wintersteiger公司在1963年就制造出世界上第1台小区田间育种试验专用的联合收割机，稻麦繁育收获机初具雏形。

历经50多年的发展，国外的小区田间育种试验收获机械经历了从无到有，种类上从少到多，准确性上从粗到精的巨大转变，具有以下特点。①适用性强，通过更换割台等关键部件可做到一机多用，即满足水稻、小麦、油料作物、芝麻及各种小种粒作物育种试验收获环节的需求。②功能多样、技术成熟，具有自净、测产、测量籽粒容量及含水量等功能且技术相对成熟可靠。③高自动化，可自动进行清种、测产和缝包等操作。④高智能化，计算机技术及配套软件在稻麦繁育收获机械上的运用，可实时记录试验数据并进行处理和分析。⑤自动驾驶技术成熟、人机交互体验感良好，依靠“3S”（定位、遥感及地理信息）技术进行自动驾驶，降低人工劳动量的同时，可解决视线不清和农时紧张等状况对小区田间育种试验带来的困境和挑战。⑥系列化、产业化及精准化程度越来越高，国外的稻麦繁育收获机科研成果基本都实现了系列化与产业化，各种高精尖仪器设备及技术的运用使其产品不断精密化。国外的稻麦繁育收获机已达到较高水准，引领行业发展新趋势。

1.2典型代表

在全球众多田间试验配套机械生产厂商和公司中，美国Almaco公司、奥地利Wintersteiger公司、德国Haldrup公司及ZURN公司等在国际上处于领先地位，其中Wintersteiger公司的Classic ST固定式脱粒机和Quantum小区联合收割机最具代表性。

2.1发展历程及总体现状

我国较晚才开展对稻麦小区田间育种试验收获机械的研究，进展缓慢，并且机械化水平一直不高。1960年以前，我国的小区育种收获环节完全依靠人工收割和脱粒，没有适用的作业机械及相应的生产厂家。20世纪60—70年代，我国尝试将大田用收获机械或脱粒装置在小区试验收获环节中试用，但操作烦琐，种子损失大、品种混杂的现象严重，极大降低了试验数据的可靠性。随后国内出现了为数不多的几家科研单位或农机制造厂开始研制小区专用脱粒机，并取得了一定进展。

为了在育种小区内进行联合收获，1980年，我国开始进口国外的稻麦繁育收获机，如美国约翰·迪尔公司生产的美洲型联合收割机和CK-3型自走式联合收获机。由于国内外作物品种及性状不同、试验小区规模存在较大差异导致引进的机械不能很好满足国内育种试验收获环节的需要，没有达到理想效果，但是具有巨大的借鉴性。

目前，我国在稻麦繁育收获机研发上取得了长足的进步，也有10多家单位从事小区田间育种试验收获机械的研发工作，但是其技术装备与国外相比一直存在不小差距。①自净程度不高，割台、脱粒装置种粒易残留。②测产系统不成熟，这与起步晚、研究较少有很大关系，目前仅有青岛农业大学的种子测产装置等为数不多的成果，且还有很大改进空间。③智能化水准较低，相关电子元器件尤其是软件的研发停留在较浅层面。④人机交互体验感不强，人体工程学设计运用程度不够，且整机造型简朴，工业美学感较差。⑤科研成果市场转化率低，大多数没有形成市场化、产业化。以上不足，在分段式小区收获机械上表现得尤为突出。

2.2典型代表

在分段式小区收获机械研发方面，河南省卫辉市新昌机械制造厂、黑龙江省农业工程科学院以及农垦科学院红兴隆科研所与其合作伙伴新乡市第一拖拉机厂和兴凯湖机械厂最具代表性，代表机型有KT100A型穗株种子脱粒机、5TG-570B型小区脱粒机和QKT-320A型小型种子脱粒机。

在联合式小区收获机械研发上，黑龙江省农垦科学院红兴隆科研所、甘肃农业大学、山东农业大学和西华大学取得了一定进展，而青岛农业大学自主研发的全喂入自走式小区谷物联合收获机在机型及核心技术上取得了历史性突破。

3国内外技术装备差异

3.1分段式收获机械

Wintersteiger公司专门从事小区育种试验配套农机具的研发工作，其产品畅销全世界，在农业机械行业享有极高的声誉尤其是在欧洲，生产有以Classic ST固定式脱粒机为代表的稻麦繁育分段式收获机械，如图1所示。

图1Classic ST固定式脱粒机

该款脱粒机结构紧凑、样式新颖、进料平稳且脱粒效果好，通过对各部件边缘加装排气设备或使用盖板，具有良好自净功能以保证种籽无掺杂。气力式种粒输送带运转平稳，使用时安全可靠，可实现快速空转。除了具有成熟的机械结构及传动系统，该脱粒机还添加了功能完备的电路控制系统和相对成熟的测产系统，在脱粒工序完成后自动进行产量、含水量等相关数据的测定，测量结果实时显示并记录，具有较高智能化水平，代表当前该机型的最高水准。

河南省卫辉市新昌机械制造厂作为国内从事小区育种分段式收获机械研发的代表厂家，在小区专用种子脱粒机研发上也取得了一定成果，其主营产品有QKT320型小区种子脱粒机和KT100型穗株微型种子脱粒机。

其中KT100A型穗株种子脱粒机，如图2所示，可以满足小麦小区田间育种试验分段式收获需求，也可用于原始材料繁殖用的脱粒清选环节。整机结构简单，操作安全方便，而且该机型脱粒清选时高效快捷、作业质量好、对种子损伤小且易清理种子，可以为田间试验提供比较准确的数据支撑和高纯度试验品种，深受国内小型种子繁育试验单位的青睐。

图2KT-100A型穗株种子脱粒机

对比以上两款脱粒机，不难发现国外的分段式收获机械结构合理紧凑、样式新颖、工业美学感强且性能上更加优异，不仅能满足小区田间育种试验的需求，还能把脱粒清选和测产等后续工序完美融合在一起，简化人工操作，提高育种试验精度，而且提高机器的性价比和智能化水准，这些都是国内分段式脱粒机需要改进的地方。

3.2联合式收获机械

Wintersteiger公司除了生产Classic ST固定式脱粒机处，还进行小区联合收割机的研发工作，并取得非常显著的成果，形成6大系列的小区联合收割机产品：特别适用于小种粒作物的Classic Plus，预繁小区的Delta，杂交F3后代的Classic，大面积小区试验田进行育种试验的Alpha，同时收割两个小区作物的Split和小区联合收割机标杆性产品Quantum，其中Quantum系列小区联合收割机如图3所示。

该机型完美适用于小区田间育种试验，能满足小麦等谷类作物的收割、脱粒、清选以及测产等环节的作业需要，作业性能优良，具有效率高、破损小、无掺杂、种粒纯度高以及安全可靠等突出优点。加装GPS导航系统使其可以进行自动驾驶，极大降低了劳动强度，为大面积作业和抢农时夜晚作业带来了可能，是小区联合收割机的标杆性产品。

该机型具有多项革命创新：易于机器运输的模块化组装；实现大喂入量的OptiFloww履带式割台与OptiFloww高功率脱粒装置；保证种粒纯净度的轴向鼓风机风力清选系统及后续清洁系统；提升驾驶友好体验的顶级人体工程学设计；便于操控的多功能操作杆与扶手集成设计；高效自净的种子分离器及高性能的Harvestmaster测产系统。

图3Quantum小区联合收割机

国内对小区联合收获机的研究也取得了一定进展，其中由青岛农业大学自主研发的全喂入自走式谷物联合收获机具有国内最高水准，极具代表性。

青岛农业大学研发的小区谷物联合收获机，如图4所示，是一款相对成熟的产品。该机具有自走式结构，操作简单、转向比较灵活，可以适应小区试验田的种植模式。

该机器主要由车辆行走及控制装置、收割装置、输送装置、脱粒装置、清选装置、集粮装置和测产装置等构成。该机作业时，与大田联合收获机过程相似，依次进行收割、脱粒、清选及集粮输送，但增加了测产和装袋工序。与大田联合收获机不同的是，该机在每个装置设计时都考虑到了清种便利问题，为了使整机具有自净功能，做了如下调整。

一是采用“锯齿形输送齿条+输送带+气力侧吹”的组合形式，实现割台作业无死角，无残留；二是采用帆布带式前置喂入辊，确保脱粒装置无残留；三是采用逐稿器+清选筛组合形式进行清选分离，提高清选质量，保证种子纯净度；四是配有较高精度和准确性的测产装置及系统。

该机除了具有良好的机械性能，还增加了液压装置和精密电子元器件及配套控制系统，提高了整机的智能化水准。测产装置的研发，更是填补了国内测产方面的空白。该机可作为目前国内稻麦小区收获机高端水平的代表。

图4小区谷物联合收获机

综上可知，国外的小区田间育种试验收获机在机械技术上日趋成熟并达到领先水准，还具备复杂的电液控制功能、GPS导航技术以及测产系统，使其越来越精准化、智能化，但国外收获机操作较复杂且售价昂贵，只有大型农科院及育种单位有能力购买。

我国研制的多数小区田间育种试验收获机在可靠性、精准性和智能性等方面与国外相比存在一定差距，在农机与农艺相融合方面有很多不足需要完善，如收获效率较低、自净效果较差及测产系统不够成熟先进等，但整机造型简单实用，售价远低于国外，更适合国内大多数中小型农科院及育种单位。

4稻麦繁育收获机展望

目前国内稻麦繁育收获机整体上与国外相比存在一定差距，相信随着国家政策的扶持与市场的引导作用、相关科研机构与农机生产厂商的不懈努力，以及对国内机器积极进行技术改进与升级，必定会实现机器与农艺的良好融合，研发出既能满足小区试验要求又具有较高自动化、智能化的稻麦繁育收获机械。为实现这一目标，可从以下5方面着手。

（1）鉴于当前的形势，为了更好地作业，稻麦繁育收获机应朝着高效、低损、自净效果强和测产系统可靠的方向发展，同时应加大科研投入，使稻麦繁育收获机越来越精准化、智能化和操作简洁化。

（2）从提高机械本身的作业精度和提高试验数据的精确度两方面着手，以保障稻麦小区育种试验收获环节的准确性。

（3）在研发配有精密传感器的高精尖水准稻麦繁育收获机的同时，研发适用于发展中国家或小型育种单位的简易型稻麦繁育收获机，以满足不同消费需求。

（4）在提升稻麦小区育种试验收获环节机械化水平与精度的基础上，加强对种子加工处理和数据处理环节的科研投入，全面提高稻麦小区育种试验各环节的智能化水平，进一步提升每个作业环节的精度，以保证稻麦小区育种试验的准确性。

（5）加速“产学研一体化”进程，加大科研成果转化力度，使稻麦繁育收获机逐步实现系列化、产业化。

（来源：《农业工程》2020年第3期

作者：孙钦华，李国莹，王勇，徐祝欣，杨诚，李国梁，周军）