制种玉米田间管理机械化现状及发展趋势

孙玉峰，王锦江，刘学文，李 嘉，赵庆南，崔 亮

(1.中国机械工业集团有限公司，北京100080； 2.中国农业机械化科学研究院，北京100083)

0 引言

水稻、小麦、玉米和大豆是我国的主要粮食作物和油料作物，其中玉米是最重要的非口粮粮食作物。近年来，由于农民从利润较低的大豆等作物转而种植玉米，我国玉米种植面积呈现出强劲的上升势头。而优质玉米种子是保证玉米丰产丰收的基础，我国杂交玉米品种占玉米总播种面积的98%[1-3]。据全国农技中心公布数据，2018年玉米的制种面积为15.8万hm2，制种产量为10.58亿kg。制种玉米生产的田间管理过程主要包括去雄、病虫害防治、父本切除、除草和施肥等作业。纯度是评价玉米杂交种子质量的重要指标，为保证种子纯度，必须保证去雄效果和父本切除及时，而为保证种子质量和产量，必须做好制种玉米整个生长过程的病虫害防治工作。

目前，国内制种玉米去雄和父本切除作业主要依靠人工，人工作业效率低、劳动强度大、生产成本高、作业条件恶劣且容易受到天气条件影响。国内施药机具发展相对较好，形成了高地隙喷雾机、航空植保机具等多种类型的产品。实现制种玉米田间管理的全程机械化是玉米种业的必然趋势。

1 去雄环节

国外制种玉米种植模式统一，玉米去雄机已被广泛应用，典型的机具有美国Hagie公司的204SP和Oxbo公司的TS2，如图1所示。

这两款机型都配有轮式抽雄机构和切割部件，切割部件用于抽雄前的预处理，以提高抽净率；均以光电传感器为雄穗识别单元，通过液压系统结合机械结构进行抽雄单元的高度仿形，其中204SP采用平行四边形式仿形机构，TS2采用垂直升降式仿形机构；机型比较庞大，去雄部件一般在8个以上，作业效率高，对相邻两行制种玉米植株的整齐度要求较高。

国内制种玉米去雄环节基本依靠人工，有些研究

单位研制了一些去雄机具或关键部件(底盘、雄穗识别单元等)，但多以仿制为主，在玉米品种和种植模式的适应性方面还需改进，还处于试验推广阶段[4-5]。

2 病虫害防治环节

制种玉米常见病虫害主要有瘤黑粉病、红蜘蛛、蚜虫、玉米螟和顶腐病等，其中大部分病虫害贯穿于制种玉米全生育期内。目前，可用于制种玉米整个生长期内病虫草害防治的施药机具主要有高地隙喷杆喷雾机和航空植保机具，航空植保机具主要用于大面积病虫害爆发时的防治，高地隙喷杆喷雾机的应用相对较多。

国内外高地隙喷杆喷雾机产品成熟多样，国外机型以凯斯PATRIOT系列、海吉STS系列和哈迪ALPHA系列产品为代表，国产机型以中国农业机械化科学研究院生产的3WZG-3000A型喷杆喷雾机和北京丰茂植保机械有限公司生产的3WX系列自走式高秆作物喷杆喷雾机为代表。

这些常规喷杆喷雾机基本能满足制种玉米病虫害防治的要求，但对于一些病虫害防治效果却不理想，如红蜘蛛，该虫害在玉米发芽生长时就开始产生危害，玉米展叶以后转到叶片上危害，先在叶片背面主脉两侧危害，从若干个小群逐渐遍布整个叶片。为改善叶片背面的施药效果，有些厂家在喷杆喷雾机基础上加装了风幕装置，如图2a所示。

风送装置主要由风机和风筒组成，在风筒上沿着喷杆方向按一定间距设置有出风口。施药时，风送装置在喷头上方沿雾滴喷洒方向强制送风，形成风幕，气流能使作物叶片产生扰动，便于雾滴附着在叶片背面，改善施药效果[6-8]。

有些厂家在喷杆喷雾机基础上加装了吊杆喷雾装置，如图2b所示。吊杆喷雾装置主要由吊杆、喷嘴及液流管路等组成，装在吊杆上的喷嘴与吊杆形成一个向上的角度。施药时，吊杆喷雾装置能保证叶片背面的雾滴沉积。试验表明：吊杆喷雾装置的设计显著提高了玉米植株中层叶片背面与下层叶片正面及背面的雾滴沉积，提高了雾滴在植株不同高度水平层面的沉积均匀性[9]。

3 父本去除环节

为提高玉米杂交种的质量，根据农艺要求，在母本授完粉后，必须砍除父本行，而早割父本，有利于改善母本植株通风透光条件，从而提高母本产量。

在欧美发达的玉米种植大国，制种玉米父本切除机得到了较好的应用，这些玉米父本切除机一般都搭载在高地隙自走式底盘上，大多采用滚刀结构，只在型式上有所差异，典型的作业机具如图3所示。

图3a中旋转刀片式父本切除机装配在能升降高度的悬挂架上，旋转刀片由液压马达驱动，能贴近地面将玉米父本植株切断，但要求种植行距较大，而且由于缺少夹持输送机构，切断后的父本植株容易向两侧倾倒而影响母本行玉米。图3b中轮边滚刀式父本切除机是将滚刀直接装配在轮胎上，作业时安装有滚刀一侧的轮胎在紧靠父本玉米的行间行走，滚刀将父本玉米植株压倒，并切断成数段。这种父本切除机结构简单，不需要单独的动力传动系统，但由于不同制种玉米品种父母行配比不一致，还存在大小行的种植农艺，轮胎和滚刀整体结构宽度又较大，适应性比较差。

我国对制种玉米父本切除机的研究起步较晚，有些企业研究开发出了父本切除机，如新疆元农机械设备有限责任公司在美国BIG JOHN自走式玉米去雄打药机上成功安装了制种玉米父本切除装置，中国农业机械化科学研究院研制了3QFZ-1型父本切除机，如图4所示。

图4a机具采用刀片式切割装置，效率较高，但切割后的父本植株杂乱抛向行间，极容易影响母本行的生长发育；图4b机具也采用刀片式切割装置，增加了茎秆的夹持输送机构，留茬高度和茎秆夹持位置可根据实际情况进行调节，可将切除的父本有序铺放在行间[10]。

对比分析国内外典型父本切除机可以看出，父本切除机结构相对简单，具有作业期内玉米植株较高、受种植行距影响大等特点，可作为高地隙自走式多功能机具的一个功能单元。目前，国内制种玉米父本切除作业基本依赖人工，主要受高地隙自走式多功能机具的技术升级和推广应用影响较大。

4 制约因素

4.1制种玉米生产管理体系不健全

目前，国内制种玉米主产区以“企业+基地+农户”的生产管理模式为主，生产管理体系不健全。玉米种子繁育生产包括耕整地、播种、灌溉、施肥、去雄、父本去除、病虫害防治和收获等诸多环节。由于前期所选种子质量、耕整地、播种和水肥管理等方面都没有统一要求，造成后期一些田间管理机具适应性差、作业效果不佳。以去雄机为例，由于种子质量、水肥管理的差异，会影响玉米植株的生长，而玉米植株的性状特征对机械化去雄效果的影响很大。最终会导致农户对田间管理机具的排斥，影响其购机积极性，制约田间管理机具的推广和应用。

4.2品种多、种植模式差异大

据全国农业技术推广中心数据，2018年全国玉米制种面积15.8万hm2，制种组合超1 800个，其中小面积制种组合高达1 500多个。品种不同，种植模式也不一样，玉米种植行距、株距、父母本行比也不同。如甘肃酒泉地区宜宽窄行种植，宽行60 cm，窄行50 cm，株距20～22 cm；新疆昌吉地区行距50～60 cm，株距15～18 cm；新疆伊犁地区行距50～55 cm，株距12.5～13.0 cm。一般单交制种区父母本的行比为1∶2或1∶3，当父本花粉量较大，花期较长，母本植株高度比父本矮，父母本的种植行比为1∶6，个别植株花粉量较大，也可种植行比为1∶8。制种玉米品种多、种植模式差异大的特点要求机械化田间管理机具有较好的适应性，增加了机具的开发难度，制约田间管理机具的发展[11-12]。

4.3机具价格昂贵

能够满足制种玉米全生育期田间管理的机具，大多采用高地隙底盘，而且底盘轮距还需根据种植行距进行调节。综合考虑可靠性、便捷性等因素，传统的机械传动机构已不能满足设计的需要。国内现有高地隙底盘多采用静液压传动技术，但液压传动与控制系统的关键元件基本依赖进口，增加了机具的生产成本。

受同类低端农机产品的影响，基于高地隙底盘开发的农机具是小众农机产品，市场需求总量不大。而制种玉米田间管理机具技术含量高、开发费用大，造成分摊到单台机具的费用较高。加之人工和原材料成本的上涨，影响了田间管理机具的推广和应用。

5 发展趋势

5.1与农艺结合紧密

目前，国内制种玉米的生产区域主要集中在新疆、甘肃等地，针对制种玉米品种多样、种植模式差异大的现状，根据地域特点，开发适合当地制种玉米生产农艺的机具，结合当地主栽品种的性状特征，优化相关作业参数、机具结构参数和整机性能参数，提高机具的适应性，改善作业效果，提高生产者对机械化作业机具的认可度，改变其传统的田间管理观念，促进机械化田间管理机具的推广。

5.2多功能作业

制种玉米田间管理中的去雄、病虫草害防治、父本切除和施肥(液态)等机械化作业模块均可安装在多功能高地隙底盘上，满足制种玉米不同生产阶段的田间管理需求。可增加整机的作业时间和面积，提高整机的有效利用率，缩短购机单位的资金回收期；提高购机者的积极性，有利于促进相关机具制造厂家的技术升级和产品更新换代的速度，促进玉米制种行业的良性发展。

5.3改善机具性能和产品质量

农业机械普遍作业环境恶劣，作业对象和土壤条件差别大，这些特点对农业机具生产厂家提出了较高的要求。随着国内整体工业水平的提升，智能化、精准化和全程机械化是制种玉米田间管理机具发展的必然趋势。改变当前田间管理机具粗制滥造、稳定性和可靠性差、操作和维修不方便、自动化和智能化程度低的现状，提升作业机具的性能和质量，实现制种玉米田间管理的全程机械化。

6 结束语

随着种业市场的对外开放和农村土地流转的推进，农村劳动力的减少及生产成本的增加，实现田间管理的机械化是玉米种业发展的必然趋势，如何获得良好的机械作业效果是农户和机具生产企业关注的焦点。开发与农艺结合紧密的农机具，并完善制种玉米生产管理体系，为实现制种玉米的全程机械化提供体系和装备保障。