歐陽安，樊晨龍，趙慧慧，董佳琪，焦雨軒

(1. 工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)發(fā)展中心，北京市，100846； 2. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，北京市，100083；3. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，南京市，210014)

0 引言

玉米是我國第一大糧食作物，是重要的糧食、飼料和工業(yè)原料，對(duì)保障國家糧食安全和農(nóng)產(chǎn)品有效供給具有重要戰(zhàn)略意義[1-3]。近年來，我國玉米播種面積和產(chǎn)量總體呈穩(wěn)中求進(jìn)態(tài)勢(shì)，2021年全國播種面積為43 320 khm2，同比增長(zhǎng)2 060 khm2，增長(zhǎng)近5%；產(chǎn)量超過2.725×108t，同比增加12 330 kt，增幅4.7%。相比發(fā)達(dá)國家，我國玉米單位面積產(chǎn)量、綜合生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益等仍有較大差距，2021年我國玉米單位面積產(chǎn)量為6 291 kg/hm2，比2020年減少0.4%，僅為美國的60%[4]。玉米全程機(jī)械化是促進(jìn)玉米產(chǎn)業(yè)節(jié)本增效、提高玉米生產(chǎn)綜合經(jīng)濟(jì)效益和國際競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段[5]。玉米生產(chǎn)機(jī)械化不僅可以減輕農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度、助力爭(zhēng)搶農(nóng)時(shí)，還可以降低玉米生產(chǎn)成本，提高玉米單位面積產(chǎn)量，提升玉米生產(chǎn)規(guī)?；I(yè)化、現(xiàn)代化水平，促進(jìn)畜牧業(yè)和糧食加工業(yè)的發(fā)展。玉米實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化作業(yè)，可以大大節(jié)省勞動(dòng)力，增加農(nóng)民收入，提高經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益[6-7]。

本文對(duì)我國玉米全程機(jī)械化和國內(nèi)外玉米生產(chǎn)機(jī)械化裝備發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，對(duì)智能化技術(shù)發(fā)展前景和趨勢(shì)加以展望，深入分析了當(dāng)前玉米全程機(jī)械化及裝備發(fā)展面臨的問題，并提出了相關(guān)對(duì)策建議。

1 玉米主產(chǎn)區(qū)機(jī)械化現(xiàn)狀

玉米生產(chǎn)全程機(jī)械化主要包括耕、種、管、收四個(gè)環(huán)節(jié)。相較于國外發(fā)達(dá)國家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)玉米生產(chǎn)全程機(jī)械化，我國玉米機(jī)械化起步較晚，但近年來玉米全程機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)加快應(yīng)用、機(jī)具種類不斷增加、機(jī)械化水平持續(xù)提升，全程機(jī)械化成效開始顯現(xiàn)。玉米耕整地綜合措施得以應(yīng)用，耕整地質(zhì)量不斷改善，精量播種面積進(jìn)一步擴(kuò)大，播種質(zhì)量有一定提升，高地隙植保和無人機(jī)植保技術(shù)發(fā)展迅速，玉米機(jī)收由高速增長(zhǎng)轉(zhuǎn)為高質(zhì)量發(fā)展[8]。

我國玉米種植區(qū)域分為北方春玉米區(qū)、黃淮海夏玉米區(qū)、西南山地玉米區(qū)、西北內(nèi)陸玉米區(qū)、南方丘陵玉米區(qū)和青藏高原玉米區(qū)[9]。其中，北方春玉米區(qū)主要包括黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古、寧夏5省，產(chǎn)量占比45.4%；黃淮海夏玉米區(qū)主要包括山東、河南、河北、江蘇、安徽、山西、陜西7省，產(chǎn)量占比35.6%；西南山地玉米區(qū)主要包括四川、云南、貴州、重慶4省(市)，產(chǎn)量占比10.3%。從省份上看，黑龍江、吉林、內(nèi)蒙古、山東、河南、河北、遼寧、四川、山西、云南是玉米產(chǎn)量排名前10的省份，產(chǎn)量占全國玉米總產(chǎn)量的81.6%，其中黑龍江、吉林、內(nèi)蒙古、山東、河南5省占比55.6%。

從主要糧食作物來看，2021年我國三大主糧小麥、玉米和水稻綜合機(jī)械化率分別為97.42%、90.70%和85.15%，其中小麥全程機(jī)械化率最高，已基本實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)的機(jī)械化作業(yè)，玉米生產(chǎn)綜合機(jī)械化水平總體較好，機(jī)耕率與小麥、水稻相當(dāng)，機(jī)收率較兩者偏低，如表1所示。從玉米生產(chǎn)各環(huán)節(jié)來看，三大主產(chǎn)區(qū)受地理環(huán)境、種植規(guī)模、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平影響，機(jī)械化率發(fā)展不均衡。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，北方春玉米區(qū)玉米綜合機(jī)械化程度最高，機(jī)械化率平均達(dá)到92.81%，其中機(jī)耕率、機(jī)播率、機(jī)收率分別為96.68%、97.26%和83.19%。黃淮海夏玉米區(qū)玉米綜合機(jī)械化率平均為90.50%，其中機(jī)耕率、機(jī)播率、機(jī)收率分別為97.51%、90.90%和79.89%。西南地區(qū)玉米綜合機(jī)械化程度較低，其中，玉米機(jī)耕環(huán)節(jié)主要采用微耕機(jī)，機(jī)械化率為89.98%，稍低于北方和黃淮海地區(qū)，然而種植和收獲環(huán)節(jié)機(jī)械化率僅為6.83%和6.48%，以人工作業(yè)為主，與其他兩個(gè)產(chǎn)區(qū)機(jī)械化程度差距較大，屬于玉米生產(chǎn)全程機(jī)械化發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)，亟需重點(diǎn)攻關(guān)和突破。

表1 主糧作物機(jī)械化率及玉米分區(qū)機(jī)械化率Tab. 1 Main grain crop mechanization rate and maize partition mechanization rate %

2 國內(nèi)外玉米生產(chǎn)機(jī)械化裝備現(xiàn)狀

玉米生產(chǎn)機(jī)械化裝備是實(shí)現(xiàn)玉米生產(chǎn)全程機(jī)械化的根本保障，裝備的技術(shù)性能和質(zhì)量是作物生產(chǎn)機(jī)械化水平的重要體現(xiàn)。

歐美等發(fā)達(dá)國家規(guī)?；?jīng)營(平均經(jīng)營規(guī)模175 hm2)、標(biāo)準(zhǔn)化種植(美國種植行距統(tǒng)一為76 cm)的模式較好地促進(jìn)了機(jī)械化技術(shù)與裝備的發(fā)展。美國在20世紀(jì)40年代實(shí)現(xiàn)了糧食生產(chǎn)機(jī)械化，20世紀(jì)60年代后期，糧食生產(chǎn)機(jī)械化水平進(jìn)一步提升，實(shí)現(xiàn)了耕整地、播種、田間管理、收獲、干燥等全過程機(jī)械化。當(dāng)前，歐美國家玉米生產(chǎn)機(jī)械化裝備品種齊全，廣泛采用機(jī)電液一體化技術(shù)，具有作業(yè)效率高、技術(shù)先進(jìn)、可靠性高等特點(diǎn)，并逐漸向大型化、通用化方向發(fā)展，電子技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)、遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)等先進(jìn)的智能技術(shù)已廣泛應(yīng)用，精準(zhǔn)化、智能化程度不斷提升，有力地支撐其玉米大規(guī)模高效機(jī)械化生產(chǎn)。

我國玉米生產(chǎn)機(jī)械化裝備起步較晚，近年來，在國家部委、行業(yè)企業(yè)和相關(guān)高校院所的共同努力下，裝備種類、數(shù)量持續(xù)增加，在高效、精準(zhǔn)、低耗型裝備的研發(fā)與應(yīng)用方面取得了一些重要突破，在關(guān)鍵裝備的材料工藝、復(fù)式作業(yè)、自動(dòng)導(dǎo)航及智能監(jiān)控等方面取得了重要進(jìn)展，顯著提升了綜合機(jī)械化水平，推動(dòng)玉米生產(chǎn)全程機(jī)械化成效明顯。我國玉米種植區(qū)域廣闊，經(jīng)營規(guī)模、土地類型多樣，集約化程度不高，不同產(chǎn)區(qū)農(nóng)藝模式多樣，平作、壟作、間套作并存，種植行距差異大，作業(yè)機(jī)型以中小型機(jī)型為主，大型機(jī)具多集中用于東華北、西北等一年一熟地區(qū)規(guī)模化種植。

2.1 耕整地機(jī)械

玉米種植前的耕整地機(jī)械主要包括旋耕機(jī)、深松機(jī)、鏵式犁、圓盤耙、聯(lián)合整地機(jī)等，主要作用是疏通土壤，透氣蓄水，覆蓋雜草與殘茬，防止病蟲害，為作物的生長(zhǎng)發(fā)育創(chuàng)造良好的條件[10-13]。

國外耕整地機(jī)械產(chǎn)品具有大型、復(fù)式、耐磨、技術(shù)先進(jìn)等特點(diǎn)。液壓翻轉(zhuǎn)犁一般在5鏵以上，最多可達(dá)18鏵，代表產(chǎn)品有德國的半懸掛式翻轉(zhuǎn)犁VariTitan、法國的Multi-Master和Vari-Master系列犁；動(dòng)力驅(qū)動(dòng)耙幅寬是國內(nèi)的2倍，一般為4～6 m，如德國的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)耙Zirkon 10、法國的HR1040R系列的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)耙。犁鏵、耙片、耙齒等入土部件重量輕、強(qiáng)度大、韌性好，熱處理加工工藝領(lǐng)先，堅(jiān)固耐用。聯(lián)合整地機(jī)械已具有耕深和水平自控調(diào)節(jié)、快速換刀、快速掛接、自動(dòng)過載保護(hù)等功能。

與發(fā)達(dá)國家相比，我國液壓翻轉(zhuǎn)犁多為3鏵、4鏵，最多不超過8鏵，整機(jī)笨重、效率低、油耗大、作業(yè)效果與國外產(chǎn)品有差距；犁鏵、耙片、驅(qū)動(dòng)耙耙齒等各種入土作業(yè)部件與國外產(chǎn)品相比差距較大，如國內(nèi)生產(chǎn)的犁鏵和耙齒使用壽命只有國外進(jìn)口產(chǎn)品的1/3～1/2。本文選取國內(nèi)外典型耕整地機(jī)械進(jìn)行對(duì)比，如表2所示。

表2 國內(nèi)外典型耕整地機(jī)械對(duì)比Tab. 2 Comparison of typical tillage machinery at home and abroad

2.2 種植機(jī)械

玉米種植機(jī)械主要包括免耕播種機(jī)、精量播種機(jī)、穴播機(jī)等，主要作用為提升農(nóng)作物生產(chǎn)種植效率，降低農(nóng)作物生產(chǎn)種植成本，對(duì)農(nóng)村產(chǎn)業(yè)發(fā)展和農(nóng)民增產(chǎn)增收具有重要意義[14-17]。

國外的播種機(jī)械技術(shù)成熟，在排種器的設(shè)計(jì)研發(fā)以及智能控制等方面處于領(lǐng)先地位。在排種技術(shù)上，多采用氣力式排種器，對(duì)清種和投種要求較高，并配備高速投種裝置，可實(shí)現(xiàn)12 km/h以上的高速精量播種作業(yè)，單粒率達(dá)到99%以上。瑞典的Tempo T系列播種機(jī)采用氣吸式精量排種器，通過更換種盤可以實(shí)現(xiàn)玉米、大豆、向日葵等多種作物的播種，并安裝了基于iPad的E-Control控制系統(tǒng)；美國John Deere 1750-1780系列免耕播種機(jī)安裝MaxEmerge單元和SeedStar監(jiān)控系統(tǒng)，Kinze 4905播種機(jī)配備了True Speed高速排種器、Blue Vantage顯示控制器、Blue Drive電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器等，均實(shí)現(xiàn)了播種作業(yè)的智能控制。

我國經(jīng)過幾十年的研發(fā)創(chuàng)新，形成了多款自主創(chuàng)新的精量排種器，現(xiàn)階段應(yīng)用推廣主要以機(jī)械式精量排種器為主，氣力式排種技術(shù)高速發(fā)展，逐漸在市場(chǎng)上占據(jù)一定的份額。其中玉米生產(chǎn)中機(jī)械式播種機(jī)數(shù)量比較多，使用較多的機(jī)型包括2BYFSF-4型勺輪式播種機(jī)、2BMZF-2/4型機(jī)械式播種機(jī)等。機(jī)械式播種機(jī)通常配套中小功率拖拉機(jī)進(jìn)行作業(yè)，能完成開溝、播種、施肥、覆土鎮(zhèn)壓等農(nóng)藝要求。氣力式播種機(jī)使用較多的機(jī)型包含2BDY-6/8/9型、2BJMQ-6型、2BQ-11型等。在排種技術(shù)方面，丁力等[18]針對(duì)氣吸式玉米精密排種器工作速度提高時(shí)充種效果不佳、漏播嚴(yán)重、風(fēng)壓需求量大等問題，設(shè)計(jì)了一種具有輔助充種作用種盤的玉米氣吸式高速精量排種器。試驗(yàn)結(jié)果表明，排種器在作業(yè)速度8～14 km/h，風(fēng)壓為-3.71～-3.21 kPa時(shí)，合格指數(shù)均能達(dá)到91.3%以上，漏播指數(shù)均小于5.1%，重播指數(shù)均小于3.6%。王業(yè)成等[19]為了簡(jiǎn)化機(jī)械式玉米排種器結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種夾持式玉米精密排種器，通過壓種環(huán)在各工作區(qū)域的不同結(jié)構(gòu)配合夾種塊控制種子的位置及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)排種作業(yè)。試驗(yàn)結(jié)果表明，在工作速度為11 km/h時(shí)，合格指數(shù)為90.1%，重播指數(shù)為9.1%，漏播指數(shù)為0.8%。

整體上，國內(nèi)在排種技術(shù)方面與國外仍存在較大差距，尤其在作業(yè)速度上，國外已經(jīng)達(dá)到了12 km/h以上，普遍達(dá)到14 km/h；而國內(nèi)目前普遍工作在8 km/h，很少達(dá)到10 km/h以上[20-22]。在播種單粒率和合格率方面，國外的排種器具有很高的精度，在高速作業(yè)條件下仍能保持在99%以上的精度，而國內(nèi)僅能維持在90%左右，存在一定的差距。國內(nèi)外典型種植機(jī)械對(duì)比如表3所示。

2.3 田間管理機(jī)械

玉米的田間管理機(jī)械主要包括施肥機(jī)、噴桿噴霧機(jī)、植保無人機(jī)、微滴灌設(shè)備等，進(jìn)行間苗、除草、松土、培土、灌溉、施肥和防治病蟲害等作業(yè)，能有效提高玉米產(chǎn)量[23]。

歐美國家普遍采用大型懸掛式或牽引式噴桿噴霧機(jī)，噴幅達(dá)18～34 m，利用液壓技術(shù)可控制噴桿保持平衡與穩(wěn)定，采用計(jì)算機(jī)和電子控制技術(shù)可進(jìn)行噴霧壓力和噴霧量的監(jiān)測(cè)和調(diào)整。機(jī)械、電子和液壓技術(shù)的結(jié)合，顯著提高了噴霧機(jī)的作業(yè)效率和作業(yè)精度。

與發(fā)達(dá)國家相比，我國植保機(jī)械主要以手動(dòng)噴霧器為主，勞動(dòng)強(qiáng)度較大、工作效率較低。國內(nèi)已經(jīng)研發(fā)出大型自走式噴桿噴霧機(jī)，但國產(chǎn)自走式噴桿噴霧機(jī)噴嘴流道、變量控制系統(tǒng)，液壓泵及馬達(dá)在精度、可靠性等方面與國外差距明顯，功能單一，適用面窄，霧化質(zhì)量較差，防飄性能差，易滲漏。對(duì)于噴頭這一核心部件，多數(shù)企業(yè)出于成本考慮多選用價(jià)格低廉的國產(chǎn)噴頭，一定程度上影響了噴霧質(zhì)量，國內(nèi)對(duì)噴頭研究相對(duì)不足，研究時(shí)缺乏對(duì)噴頭、機(jī)具與農(nóng)藥的有機(jī)結(jié)合。精準(zhǔn)噴藥技術(shù)我國尚處于起步階段，還未形成較為成熟的產(chǎn)品。袁琦堡等[24]成功研究出自動(dòng)混藥技術(shù)，將水箱、藥箱和混合器分別設(shè)置，根據(jù)病蟲草害信息和噴施處方圖在田間作業(yè)時(shí)實(shí)時(shí)混藥，可實(shí)現(xiàn)藥液濃度和噴量的自動(dòng)調(diào)節(jié)。王相友等[25]基于噴藥幅寬22 m的噴桿式噴藥機(jī)設(shè)計(jì)了一種多回流式變量噴藥控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)噴藥流量隨速度實(shí)時(shí)變化，具有穩(wěn)定性好、精度高和易操作等優(yōu)點(diǎn)，提高了農(nóng)藥利用率。國內(nèi)外典型噴霧機(jī)對(duì)比如表4所示。

表3 國內(nèi)外典型種植機(jī)械對(duì)比Tab. 3 Comparison of typical planting machinery at home and abroad

2.4 收獲機(jī)械

玉米收獲機(jī)械主要包括摘穗型、籽粒直收型收獲機(jī)和青飼料收獲機(jī)等，其中以摘穗型收獲為主，籽粒直收和青飼收獲占比不足10%。目前我國玉米聯(lián)合收獲機(jī)以4行機(jī)為主流產(chǎn)品，國內(nèi)品牌市場(chǎng)占有率高，2021年市場(chǎng)前5名企業(yè)均為國內(nèi)品牌。在玉米籽粒收獲機(jī)和青飼料收獲機(jī)方面，國產(chǎn)機(jī)具占主流，美國和德國的國外品牌占據(jù)了一定的市場(chǎng)份額，以大型機(jī)具為主。

國外發(fā)達(dá)國家玉米收獲機(jī)械經(jīng)過一百多年的發(fā)展，收獲機(jī)具大型化、通用化、智能化程度高，已廣泛采用了機(jī)電一體化和自動(dòng)化技術(shù)。在作業(yè)效率方面，國外玉米聯(lián)合收割機(jī)主流機(jī)型為8、12、16行，喂入量一般為20～40 kg/s，最大喂入量可達(dá)50 kg/s以上。其中12行主流收獲機(jī)作業(yè)速度一般在10 km/h，每臺(tái)每天收獲66 hm2左右。國內(nèi)玉米收獲機(jī)械研制起步晚，目前機(jī)械化收獲以果穗收獲為主，籽粒直收正在快速發(fā)展。在作業(yè)效率方面，國內(nèi)聯(lián)合收獲機(jī)主流機(jī)型為4～6行，喂入量一般為8～12 kg/s，最大不超過20 kg/s。收獲機(jī)作業(yè)速度一般在5～7 km/h左右，無故障時(shí)間間隔大致在60～80 h。

歐美國家的自走式青貯飼料收獲機(jī)割幅寬、喂入量大，最大功率達(dá)680 kW，割臺(tái)幅寬達(dá)到10.5 m，工作效率可達(dá)200 t/h以上[26]。歐美青飼料收獲機(jī)具有設(shè)計(jì)獨(dú)特、質(zhì)量好、油耗低、收獲效率高、駕駛環(huán)境舒適和視野開闊等特點(diǎn)，可根據(jù)不同作業(yè)需求更換不同割臺(tái)[27]。國內(nèi)自走式青飼料收獲機(jī)近幾年銷量增長(zhǎng)較快，其中中型機(jī)是青貯玉米收割的主力機(jī)型，在大型自走式青飼料收獲機(jī)發(fā)展上有一定突破。如中機(jī)美諾最新的9458型自走式青飼料收獲機(jī)，具有動(dòng)力強(qiáng)、割幅寬、喂入量大、反轉(zhuǎn)清堵快、不對(duì)行收割及割茬低等技術(shù)特點(diǎn)，屬于國內(nèi)大型高端青貯機(jī)[28]。

整體上，國外玉米收獲機(jī)在保證作業(yè)性能的情況下，整機(jī)大型化、通用化、智能化程度高，收獲效率高。國內(nèi)玉米聯(lián)合收獲機(jī)發(fā)展迅速，中小型自走式玉米聯(lián)合收獲機(jī)產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，在大型自走式青飼料收獲機(jī)發(fā)展上有一定突破，但與國外的農(nóng)機(jī)企業(yè)相比，在機(jī)型大小、作業(yè)效率和作業(yè)性能等方面還有較大提升空間。國內(nèi)外玉米收獲機(jī)械對(duì)比見表5。

表5 國內(nèi)外先進(jìn)玉米收獲機(jī)械對(duì)比Tab. 5 Comparison of advanced corn harvesting models at home and abroad

3 玉米機(jī)械智能化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

隨著GPS、GIS、傳感與檢測(cè)、信息處理、自動(dòng)控制及物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用，玉米生產(chǎn)機(jī)械化裝備將逐步向智能化、自動(dòng)化與舒適化方向發(fā)展[29]，全天候、全過程、全空間的無人化作業(yè)將是未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。西方發(fā)達(dá)國家玉米生產(chǎn)機(jī)械裝備智能化程度高，生產(chǎn)各環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了智慧感知、智慧生產(chǎn)和智慧管理，機(jī)械化、信息化和智能化高度融合。目前我國玉米生產(chǎn)裝備智能化程度較低，僅在變量施肥、自動(dòng)導(dǎo)航等技術(shù)方面開展了示范應(yīng)用。準(zhǔn)確把握玉米機(jī)械智能化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于提升玉米生產(chǎn)機(jī)械化裝備水平、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。

耕整地機(jī)械通過應(yīng)用液壓、導(dǎo)航、遙控技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)耕深和水平自動(dòng)調(diào)節(jié)、快速換刀、快速掛接、自動(dòng)過載保護(hù)等功能，作業(yè)精度和效率提升。玉米播種機(jī)械正向精準(zhǔn)、變量、智能化方向發(fā)展，變量播種技術(shù)、GPS技術(shù)和GIS技術(shù)三者的結(jié)合，可根據(jù)感知的土壤有機(jī)質(zhì)含量、溫度和濕度、犁溝中的殘留物，隨時(shí)調(diào)整播種狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)按土壤肥力、產(chǎn)量信息進(jìn)行精準(zhǔn)變量播種，從而有效利用土地資源、節(jié)約良種、挖掘產(chǎn)量潛力[30-31]。

田間管理機(jī)械基于土壤特性、作物生長(zhǎng)、病蟲害狀況監(jiān)測(cè)多傳感器融合技術(shù)，可以對(duì)土壤含水率和有機(jī)質(zhì)含量、作物長(zhǎng)勢(shì)(株高、葉面積指數(shù)、生物量、倒伏面積等)、養(yǎng)分脅迫和病蟲害等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在作業(yè)時(shí)能夠按需調(diào)節(jié)灌水量、施肥量和施藥量，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)變量施肥和噴藥。

玉米收獲機(jī)械基于3S(全球定位系統(tǒng)GPS、地理信息系統(tǒng)GIS和遙感技術(shù)RS)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)行、割茬高度自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)控制車速、自動(dòng)停車等功能，基于產(chǎn)量、谷物水分、土壤特性等傳感器，可在收獲作業(yè)過程中實(shí)時(shí)檢測(cè)產(chǎn)量和土壤肥力，并繪制產(chǎn)量、土壤肥力處方圖，為后期播種、變量施肥、打藥等提供依據(jù)。

農(nóng)業(yè)傳感器、衛(wèi)星導(dǎo)航、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能及云計(jì)算等技術(shù)的成熟極大促進(jìn)了耕種管收各環(huán)節(jié)農(nóng)機(jī)的自動(dòng)化協(xié)同作業(yè)。通過“地—空—星”一體化農(nóng)業(yè)信息獲取技術(shù)全天候、多尺度感知土壤養(yǎng)分信息和作物全周期生長(zhǎng)情況，利用自動(dòng)導(dǎo)航和無人駕駛技術(shù)建立機(jī)群協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)，基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及云計(jì)算等技術(shù)構(gòu)建農(nóng)機(jī)云管控平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)基于作物生長(zhǎng)需要的耕種管收各環(huán)節(jié)種、肥、水、藥的精準(zhǔn)管理和農(nóng)機(jī)智能調(diào)度。

4 玉米機(jī)械化及裝備發(fā)展面臨的問題

目前，我國玉米生產(chǎn)綜合機(jī)械化率已達(dá)到90%，但玉米全程機(jī)械化及裝備發(fā)展不平衡不充分的問題嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為幾個(gè)方面。

1) 區(qū)域機(jī)械化發(fā)展不平衡，南方及西南丘陵山區(qū)玉米種、收機(jī)械化率低。相較于北方平原產(chǎn)區(qū)地勢(shì)平坦、土地開闊的地形條件，丘陵山區(qū)玉米種植常位于山區(qū)和半山區(qū)，土地連片性差、山區(qū)坡度較大、土壤黏重，中大型機(jī)械入田困難，現(xiàn)有小型機(jī)具適應(yīng)性差。農(nóng)機(jī)的研發(fā)和推廣受制于復(fù)雜的耕地環(huán)境，種植、收獲環(huán)節(jié)機(jī)械化發(fā)展嚴(yán)重滯后，機(jī)械化率均未達(dá)7%。

2) 各地農(nóng)藝種植標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，藝不宜機(jī)導(dǎo)致“有機(jī)難用”。受生產(chǎn)條件及種植歷史等因素的影響，我國各地區(qū)長(zhǎng)期以來形成了差異化的種植習(xí)慣，種植農(nóng)藝標(biāo)準(zhǔn)不同，機(jī)械化發(fā)展多處于“以機(jī)適藝”的狀態(tài)，農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合不夠。多樣化、差異化的農(nóng)藝要求使得機(jī)械裝備研發(fā)的成本和難度加大，應(yīng)用范圍受到限制，可推廣性和適用性降低。如我國玉米種植行距從30～90 cm不等，地區(qū)間甚至同一區(qū)域縣域內(nèi)行距不統(tǒng)一，而玉米收獲采用的是對(duì)行收獲方式，由于行距不適宜往往導(dǎo)致機(jī)收損失大幅增加，嚴(yán)重影響了整機(jī)作業(yè)質(zhì)量。

3) 玉米裝備關(guān)鍵技術(shù)亟待攻關(guān)，產(chǎn)品性能較國外差距較大。國內(nèi)在播種壓力傳感裝置、高速投種裝置、玉米籽粒收獲等關(guān)鍵技術(shù)上尚未突破，導(dǎo)致播種精度不高，收獲損失率與破損率較大。國產(chǎn)入土部件相對(duì)笨重、抗疲勞強(qiáng)度不夠、熱處理工藝存在差距。國內(nèi)大型噴桿噴霧機(jī)技術(shù)相對(duì)落后，寬幅高速噴桿高度自動(dòng)調(diào)整技術(shù)尚未突破，高質(zhì)量噴頭、液壓泵及馬達(dá)等重要零部件依賴進(jìn)口。收獲以摘穗為主，籽粒直收占比較低，提升機(jī)械化技術(shù)水平實(shí)現(xiàn)低破碎低損籽粒直收是玉米產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效的重要技術(shù)手段。

4) 玉米生產(chǎn)裝備企業(yè)“小散弱”特點(diǎn)明顯，創(chuàng)新能力亟待提升。2021年玉米收獲生產(chǎn)企業(yè)有88家，全國公示補(bǔ)貼銷量為2.6萬臺(tái)，除少數(shù)龍頭企業(yè)外，大多企業(yè)規(guī)模小、實(shí)力弱。我國農(nóng)機(jī)研發(fā)多集中在高等院校和科研院所，但科研成果轉(zhuǎn)化嚴(yán)重不足，多數(shù)停留在實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)階段，缺少大規(guī)模試驗(yàn)驗(yàn)證。而國內(nèi)企業(yè)研發(fā)投入普遍不足，平均僅為2%，遠(yuǎn)低于國外5%的研發(fā)投入水平，原創(chuàng)性技術(shù)供給不足，制造工藝跟不上，產(chǎn)品大多處于簡(jiǎn)單模仿階段，企業(yè)與高校、科研院所的協(xié)同創(chuàng)新亟待加強(qiáng)。

5 對(duì)策建議

補(bǔ)短板、攻核心、強(qiáng)智能、抓協(xié)同、促提升，推動(dòng)玉米機(jī)械化裝備的高質(zhì)量發(fā)展和玉米生產(chǎn)全程機(jī)械化水平的全面提升，為玉米產(chǎn)業(yè)高質(zhì)高效發(fā)展、保證國家糧食安全提供強(qiáng)力支撐。

1) 補(bǔ)短板，補(bǔ)上南方及西南丘陵山區(qū)機(jī)具短板。聚焦玉米生產(chǎn)全程機(jī)械化薄弱環(huán)節(jié)，尤其針對(duì)南方及西南丘陵山區(qū)適用機(jī)具缺乏，開展關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)和產(chǎn)品的工程化攻關(guān)，加快科技成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化，研發(fā)先進(jìn)適用的輕簡(jiǎn)型播種、田間管理、收獲機(jī)具，提高機(jī)械裝備在丘陵地貌、黏重土壤條件下作業(yè)的適應(yīng)性、穩(wěn)定性、安全性，補(bǔ)上丘陵山區(qū)玉米機(jī)械化短板，實(shí)現(xiàn)有機(jī)可用、有好機(jī)用。

2) 攻核心，著力突破農(nóng)機(jī)裝備關(guān)鍵核心技術(shù)。發(fā)揮我國市場(chǎng)規(guī)模大、產(chǎn)業(yè)體系完整的優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)化大中小企業(yè)的協(xié)作，建立創(chuàng)新聯(lián)盟與研產(chǎn)推用一體化機(jī)制，有計(jì)劃、分步驟地開展氣力式高速精量排種、高地隙寬幅高效植保、大喂入量縱軸流低破碎脫粒分離、高效清選、鮮食玉米低損收獲等技術(shù)攻關(guān)創(chuàng)新，突破核心部件關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)高品質(zhì)材料、高質(zhì)量制造工藝與基礎(chǔ)零部件，促進(jìn)針對(duì)玉米機(jī)械化重點(diǎn)環(huán)節(jié)的新型農(nóng)機(jī)裝備研發(fā)，提高作業(yè)質(zhì)量、效率與產(chǎn)品可靠性。

3) 強(qiáng)智能，加快農(nóng)機(jī)裝備智能化升級(jí)。面向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展趨勢(shì)，突破智能感知、智能導(dǎo)航、智能作業(yè)和智能管理等技術(shù)，開展智能農(nóng)機(jī)裝備傳感器、智慧決策系統(tǒng)和精準(zhǔn)作業(yè)裝置等的研究。加快新一代信息技術(shù)與農(nóng)機(jī)裝備深度融合，推動(dòng)5G、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等在農(nóng)機(jī)裝備研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、經(jīng)營管理、市場(chǎng)服務(wù)等各環(huán)節(jié)應(yīng)用，加大農(nóng)機(jī)裝備數(shù)字化、綠色化改造力度，為推進(jìn)玉米全程智能精準(zhǔn)作業(yè)提供有力支撐。

4) 抓協(xié)同，推動(dòng)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝農(nóng)田融合發(fā)展。加快培育適合機(jī)械化生產(chǎn)的玉米品種，完善適應(yīng)機(jī)械化作業(yè)的種植技術(shù)體系，用標(biāo)準(zhǔn)化引領(lǐng)規(guī)?；靡?guī)?；龠M(jìn)機(jī)械化。因地制宜開展農(nóng)田宜機(jī)化改造，通過提高地塊平整度、減少田埂、配套機(jī)耕路等措施，有效改善土地機(jī)械作業(yè)的基礎(chǔ)條件，解決農(nóng)機(jī)下田難問題。支持引導(dǎo)優(yōu)勢(shì)農(nóng)機(jī)企業(yè)、科技創(chuàng)新聯(lián)盟等直接對(duì)接新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體，建立“企業(yè)+合作社+基地”的農(nóng)機(jī)裝備研發(fā)、生產(chǎn)、推廣新模式，加快推廣適合農(nóng)藝農(nóng)田要求的農(nóng)機(jī)裝備。

5) 促提升，增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈穩(wěn)定性和競(jìng)爭(zhēng)力。依托現(xiàn)有基礎(chǔ)，建設(shè)若干農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)業(yè)集群，推進(jìn)集群數(shù)字化綠色化改造。進(jìn)一步優(yōu)化農(nóng)機(jī)裝備發(fā)展環(huán)境，支持有實(shí)力的大企業(yè)通過兼并重組、戰(zhàn)略合作做強(qiáng)做優(yōu)，培育一批具有較強(qiáng)生態(tài)主導(dǎo)力和競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)業(yè)鏈“鏈主”企業(yè)。支持生產(chǎn)制造玉米播種、植保、采收等主機(jī)或零部件的中小企業(yè)聚焦主業(yè)、專注創(chuàng)新，提升專業(yè)化能力，在玉米生產(chǎn)領(lǐng)域培育一批“專精特新”小巨人企業(yè)和制造業(yè)單項(xiàng)冠軍企業(yè)，打造大中小企業(yè)相互支撐、共同發(fā)展的融通發(fā)展生態(tài)，更好支撐農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

6 結(jié)語

本文全面梳理了耕種管收各環(huán)節(jié)玉米生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)狀，概括了國內(nèi)外玉米生產(chǎn)機(jī)械化裝備的技術(shù)特點(diǎn)，展望了未來智能化技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，分析了我國玉米機(jī)械化及裝備發(fā)展存在的主要問題，從補(bǔ)齊丘陵山區(qū)玉米機(jī)械化短板、開展核心關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、加快農(nóng)機(jī)裝備智能化升級(jí)、加強(qiáng)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝農(nóng)田融合發(fā)展、增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈穩(wěn)定性和競(jìng)爭(zhēng)力等五個(gè)方面，提出下一步發(fā)展思路和對(duì)策建議。