我國間作播種機械化技術及裝備探析

江景濤 王東偉 楊文卿 盧玉倫 王大奇

摘要：農作物需求增加、人均耕地面積減少等現(xiàn)象導致我國農業(yè)生產中出現(xiàn)了糧油爭地、糧棉爭地等矛盾，研究表明間作種植技術的出現(xiàn)能夠大幅度地緩解這些矛盾。目前，在我國整個農業(yè)生產過程中對單一作物的播種機械化研究較多，針對間作播種機械化的深入研究較少?；诖?，針對國內幾種主要的典型間作種植模式進行研究分析，并闡述其主要種植農藝要求、種植模式特點和主要種植區(qū)域等，綜合分析當前間作播種裝備的發(fā)展現(xiàn)狀，列舉幾種不同類型的間作播種機械，對其作業(yè)功能、性能特點和機械參數(shù)等做出研究分析，同時對我國間作播種機械化發(fā)展進行展望，以期推動間作種植機械化發(fā)展。

關鍵詞：間作播種技術;間作播種機械化;模式;裝備;進展分析

中圖分類號：S233.1 ? 文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2021）14-0040-05

間作種植是指在同一塊土地、根據(jù)一定行數(shù)比例，在同一時期以成行或成帶（多行）的形式種植2種或以上相似生長期的作物，是我國農民在長期生產實踐中，所掌握的一種傳統(tǒng)增產措施[1-3]。間作種植具有充分利用資源和提高作物產量的特點，在我國乃至全世界范圍內的農業(yè)生產中占有愈來愈重要的地位。

我國面臨著人口多、人均耕地少的問題，采用間作種植，不僅可提高作物單位面積產量，還可以將種地、養(yǎng)地結合，在提高自然資源利用率的同時逐步改善土壤質量，有利于農業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

間作種植的首要環(huán)節(jié)就是播種，目前，我國間作種植多采用人工種植或不同單作播種機交替作業(yè)的模式，勞動強度大、作業(yè)效率低;市場上成熟的間作機型較少，多為單作播種機改裝而成，存在著工作效率低、作業(yè)效果不理想、生產成本高等問題，不能很好地滿足間作種植模式的農藝要求，較大程度地制約間作種植模式的推廣與應用。隨著近年來廣大農戶及有關部門對間作種植的逐漸認識，急需加快間作播種機械裝備的研發(fā)。因此，發(fā)展間作播種機械化對提高間作播種效率，減少播種損失，增加農民收入和發(fā)展間作種植有著重要意義。

1 間作種植概況及種植原理

1.1 國內外間作種植概況

近年來發(fā)展間作種植模式的勢頭日趨強烈，間作種植面積也迅速擴大，目前，我國主要間作種植區(qū)域分布在東北、西北、西南和黃淮海等地[4-5]，涉及的間作作物包括玉米、花生、大豆和棉花等，典型的種植模式有玉米與花生間作、玉米與大豆間作以及小麥與蠶豆間作等。得益于間作模式的增產優(yōu)勢，間作種植技術不僅在國內得到了大力推廣，而且已經開始向海外進行推廣。在非洲和亞洲的部分國家以及南北美洲和歐洲一些國家都有分布。如在尼日利亞種植的豉豆、花生、棉花和玉米等都采用間作模式生產，縱觀最近幾十年來，間作種植不僅在發(fā)展中國家蓬勃發(fā)展，而且在歐美等發(fā)達國家也日益受到重視。

1.2 間作種植原理

科學合理的間作搭配會使作物相互之間產生互補作用，充分利用空間、地力和光能等資源，如空間上的互補、時間上的互補、地下因素的互補、生物間互補等。（1）在株型上，要“一高一矮” “一胖一瘦”。即高稈作物和矮稈作物搭配，2種不同株型作物間作可以創(chuàng)造良好的通風、透光條件，如玉米和花生、大豆搭配等[6-7]。（2）在根系分布上，要“一淺一深”。即深根作物與淺根作物搭配間作，這樣可以保證不同作物長短不一的根系可以較為準確地吸收到土壤中不同層次的水分和養(yǎng)分，對作物的生長發(fā)育起到促進作用[8]。（3）從生育周期上，要“一早一晚”。即2種及以上的作物生長時間要適當錯開，同播但不同收，這樣先把成熟期的作物收獲后，還未成熟的作物則可以獲得更加充足的自然資源，長勢更好。

總而言之，間作種植可以綜合利用不同作物的各種生理特性，根系深度、光溫需求及養(yǎng)分需求等合理搭配進行科學的間作種植，以此來提高資源的利用率，增加作物的面積產量。

2 典型的間作種植模式

要想在現(xiàn)有耕地面積基礎上提升糧食總產量，需要對農作物種植技術及農藝要求等進行創(chuàng)新與改進。在科學合理的研究試驗過程中發(fā)現(xiàn)，不同作物合理間作種植比2種作物單作能夠提高作物的產量及品質。

2.1 玉米花生間作

2.1.1 主要種植區(qū)域 玉米花生間作是在我國黃淮海區(qū)域如山東、河南和河北等地常見的一種間作種植體系。主要分為春夏兩播。一般在4月下旬至5月上旬進行春播，在6月上旬進行夏播。

2.1.2 間作優(yōu)勢及種植農藝 不同的生產區(qū)域根據(jù)當?shù)氐纳L條件采用不同的種植模式。目前中等肥力地塊采用3 ∶ 4模式，高肥力地塊宜采用 2 ∶ 4 模式種植。玉米花生間作優(yōu)勢如下：第一，玉米、花生間作能改善作物間生長環(huán)境，提高玉米和花生對自然資源的吸收利用能力，有效地實現(xiàn)對資源的高效利用，提高土地復種指數(shù)[9-10]。第二，花生在播種時采用地膜覆蓋，能起到保墑增溫的作用，在玉米花生間作種植中可以很大程度地避免水分、養(yǎng)分的流失。第三，相比較于花生，玉米的根扎入土壤比較深，可以使不同深度的水分和養(yǎng)分得到充分利用，提高了資源利用率，達到2種作物優(yōu)勢互補。因此，玉米花生間作保證了玉米總產的同時，多收花生，增加了經濟效益，是一種比較理想的解決我國糧油爭地矛盾的種植模式。

2.2 玉米大豆間作

2.2.1 主要種植區(qū)域 玉米大豆間作是我國傳統(tǒng)的種植模式之一，其分布范圍較為廣泛，主要分布在我國黃淮海平原、西南山地和丘陵地區(qū)。播種時間多集中在6—9月。

2.2.2 間作優(yōu)勢及種植農藝 第一，玉米和大豆作為我國重要的糧食作物、經濟作物，其間作組成的復合群體實現(xiàn)了間作作物高矮搭配，充分發(fā)揮對光能和熱能的利用，同時玉米也可充分發(fā)揮邊行效應，獲取更高的產量。第二，玉米根系多且淺，大豆根系少而深，兩者間作根系扎入土壤深度不同，各取所需養(yǎng)分，能夠有效發(fā)揮地下養(yǎng)分利用互補。第三，玉米生長需肥量大，而大豆具有固肥的能力，當玉米大豆間作時，玉米生長所需的氮肥可以從大豆所固定的氮肥中攝取一部分，從而降低土地的施氮量，可以實現(xiàn)在農民較低投入同時增加作物單位面積糧食產量。在保證我國玉米供應的同時，提高我國大豆的供應能力。玉米與大豆以不同的間作模式種植對自然資源的利用效率要比各自相應的單一作物種植利用效率較高。選擇合適的間作種植模式，可以提高玉米大豆間作的產量。大量的試驗研究和農戶種植產量表明，玉米大豆以2 ∶ 2和2 ∶ 4間作的種植模式總體效益相對較高[11]。

2.3 玉米馬鈴薯間作

2.3.1 主要種植區(qū)域 馬鈴薯是我國重要的糧食作物，在全國廣泛種植。玉米和馬鈴薯間作種植主要分布在甘肅、陜西、青海等地。其間作時間一般在4—5月。

2.3.2 間作優(yōu)勢及種植農藝 玉米間作馬鈴薯一般采用2 ∶ 4或2 ∶ 2的模式進行種植，玉米生長環(huán)境需要適宜的光照、溫度和大量的氮肥。馬鈴薯植株較矮，生長環(huán)境耐陰，生長適宜溫度低，需要磷鉀肥為間作的玉米提供良好的地力基礎，而且和玉米的生長特性競爭較少，且馬鈴薯生長期較短，可以先收獲馬鈴薯，玉米則在后期生長得更好，兩者間作可以達到增產增收的效果。

2.4 玉米甘薯間作

2.4.1 主要種植區(qū)域 玉米甘薯間作種植模式主要在一年兩熟的平原地區(qū)、低山丘陵地區(qū)應用。播種時間一般在5月下旬至6月上旬。

2.4.2 間作優(yōu)勢及種植農藝 作為高稈作物的玉米間作矮稈作物的甘薯改變了單一種植時的平面采光為立體采光，增加了光能和熱能的利用程度。玉米和甘薯生長發(fā)育所需養(yǎng)分不同，可以充分利用土壤中的自然資源，形成資源互補，有效解決作物之間爭地的矛盾，從而促使農民增產增收[12]。從大量試驗研究數(shù)據(jù)分析不同的玉米甘薯間作模式，玉米甘薯采用2 ∶ 2或2 ∶ 4的間作模式，間作的產量大于單作，增產幅度較大，經濟效益較高。

3 典型間作播種裝備

3.1 玉米大豆間作播種機

圖1所示的玉米大豆間作播種機由四川農業(yè)大學所研制，由玉米播種單體和大豆播種單體組成，可以一次性完成玉米、大豆2種不同作物的播種和施肥作業(yè)。

該機器可根據(jù)不同的速比要求調整株距，能夠滿足圖2所示玉米-大豆間作2 ∶ 2和2 ∶ 3間作模式，玉米單粒穴播，行距為1 800 mm，株距為120～140 mm，玉米行間距為400 mm;大豆單粒穴播，行距分別為40、300 mm，穴距60～80 mm[13-14]。機傳動裝置采用地輪傳動，在遇到凹凸不平的地面時容易產生滑移，造成播種不均。

雖然播種2種不同種類的作物，但其采用的內嵌勺盤式舵輪穴播器對玉米和花生2種籽粒有著較強的通用性（圖3），該穴播器集合了勺盤式排種器精量取種和舵輪式穴播器定點投種的特點，有效減少了種子輸送距離，提高種子播種精度[15]。其入土成穴器只有在等內部凸輪結構轉到特定角度，才會在作用力下打開，將預先從導種輪中投下的種子播入土壤。雖然玉米和大豆粒型的不同，但可以通過更換不同型號的排種盤來實現(xiàn)玉米和大豆等的精量播種[16]。

3.2 玉米花生間作播種機

圖4、圖5所示為山東理工大學研制的玉米花生間作播種機，可以實現(xiàn)玉米和花生同時播種和施肥。如圖6所示，間作模式為3 ∶ 2的玉米花生間作播種，中間為3行玉米，兩側為1壟2行花生的間作。該機主要由花生播種單體、玉米播種單體、旋耕起壟裝置以及仿形機構等部分組成。機器作業(yè)時，由拖拉機提供動力進行牽引并驅動旋耕機作業(yè)，然后土壤在起壟器的作用下形成花生所需壟臺;隨后花生播種單體和玉米播種單體進行開溝、播種、施肥和鎮(zhèn)壓等作業(yè)完成播種[16-17]。

該機玉米播種單體采用圖7所示勺輪式排種器進行播種，該種類型排種器是使用最多的玉米精密排種器之一，其結構簡單，對玉米種子外形、尺寸差異的適應性強。排種器工作時排種箱內的玉米種子在重力的作用下落入勺輪進行充種，多余的種子會在勺輪轉動過程中，在重力作用下掉落完成清種，當勺輪轉動到調節(jié)孔槽開口處時，種子在離心力和自身重力作用下進入排種槽，然后轉動到排種口處，種子做自由落體運動落入土壤完成排種[18]。

該機花生播種單體采用內充種式花生排種器，如圖8所示。因其結構簡單、造價成本低和播種效果好，是目前花生播種機上使用最多的排種器。其工作過程共分為充種、清種、護種和投種4個階段。該排種器工作時，種子進入排種器內腔后，在重力和離心力的作用下進入到排種輪的型孔中并逐漸進入到內孔，內孔中的種子在護種板的作用下隨著排種器轉動而運動，在排種器轉動到一定位置，型孔內多余的種子則會落入到充種區(qū)完成清種，而內孔中的種子轉到投種區(qū)后在重力和離心力的作用下完成投種[19-20]。

4 間作播種機械化存在的問題及研究重點

目前我國關于間作種植的推廣日益劇增，對相關的間作播種機械的開發(fā)也已提上日程，針對現(xiàn)有間作播種機的不足，在未來的發(fā)展過程中，將會進一步解決在間作播種過程中的問題，不斷完善其功能，使其具有良好的發(fā)展前景。

4.1 加強間作播種機械化應用水平

間作種植雖然可以提高作物產量，增加農戶經濟收入，但其種植模式在推廣應用上有著眾多制約因素，其中最大的制約因素在于現(xiàn)有機械化裝備不能夠滿足當前間作種植現(xiàn)狀。我國間作模式繁多，是發(fā)展間作播種機械化的一個突出矛盾，其千差萬別的播種方式，對實現(xiàn)規(guī)模機械化有一定的難度，研發(fā)一兩種播種機械是無法滿足的，要實現(xiàn)規(guī)模機械化播種，就要根據(jù)不同模式的種植農藝要求，對播種機進行研制及改造，但目前相關機械應用太少，只能通過人工或簡易的裝備來進行播種，浪費了人力、物力和時間。應加快關鍵技術和裝備研發(fā)，滿足規(guī)模間作播種機械化生產要求。

4.2 提高間作播種機械的通用性、適應性

目前，現(xiàn)有的間作播種機械只是針對某種特定的間作種植模式和農藝要求設計的，其通用性、兼容性、穩(wěn)定性較差。應根據(jù)不同間作種植技術要求和作業(yè)性能等方面進一步改進，隨著人們對各種農業(yè)機械通用性、適應性和可靠性要求的日益提高，間作播種機械也將面臨著與其他農業(yè)機械同樣的考驗。間作播種機械能否適應這種發(fā)展趨勢，也會影響到間作種植能否更好地推廣應用與發(fā)展。

4.3 改善現(xiàn)有間作播種機械的性能、提高工作效率

農業(yè)機械的工作性能和作業(yè)效率等是衡量機械適用性、可靠性的重要指標，因此，提高間作播種機械性能、效率以及減少功耗等也是未來間作播種機械發(fā)展的重要方向之一。

當前國內的間作播種機械存在著間作模式不匹配、性能不完善和動力損耗大等問題，影響著間作播種模式的推廣應用，制約著我國間作播種機械化進程。根據(jù)相關農業(yè)文件批示，間作種植將得到大力發(fā)展的空間，相關農機企業(yè)及科研院所應積極開展間作種植機械的創(chuàng)新和研發(fā)，加快間作播種機械化的發(fā)展。在種植模式、農藝要求、農機裝備等條件完備的情況下，保證形成間作作物均衡增產新模式。

5 間作播種機械的應用前景及展望

間作種植機械化是農業(yè)現(xiàn)代化的重要組成部分，是實現(xiàn)間作種植規(guī)范化的一條必要途徑，雖然近年來我國播種機的研發(fā)已經取得較大的進展，但間作機械化發(fā)展較晚，現(xiàn)有的間作種植裝備作業(yè)性能相對不完善，有待進一步提高。間作種植機械化是一個復雜工程，要從最基本的選育合適的間作品種、適宜的間作種植模式、標準化農藝技術、研發(fā)和改進相配套的機械裝備等多方面綜合協(xié)調解決;隨時了解國內間作種植動態(tài)，掌握間作種植發(fā)展趨勢，把握間作種植發(fā)展方向，根據(jù)實際情況研發(fā)、制造出適合我國國情的多種類型間作種植模式的間作播種機以及相關機械設備;建立完善的間作種植機械化生產技術體系，以適應不同的播種需求，推進間作全程機械化發(fā)展。目前，在我國的間作種植發(fā)展過程中，還存在著許多瓶頸，還需要各方、各地積極配合，大力推進間作播種機械化水平，力求趕上我國糧食生產全程機械化的步伐。

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