丘陵山地玉米收获机械技术与装备发展趋势及对策探讨

孟长伊李志军李广宇徐峰张磊高瑞遥

(1.吉林省农业机械研究院，吉林 长春 130022；2.中国第一汽车股份有限公司，吉林 长春 130000)

1 丘陵山地农业概况

丘陵是陆地上起伏和缓、连绵不断的低矮山丘，分布十分广泛，一般都比较破碎、低矮，顶部浑圆，坡度和缓，没有明显的脉胳。第三次全国国土调查主要数据成果发布结果显示，我国耕地面积1.2787亿hm2，其中丘陵山地占全国耕地总面积的38%。

中国农业区划委员会颁发《土地利用现状调查技术规程》对耕地坡度分为5级，按照级别划分，丘陵山地的坡地角度及耕地占比分别为，位于2°以下坡度(含2°)62%，2°～6°坡度(含6°)15%，6°～15°坡度(含15°)14%，15°～25°坡度(含25°)6%，25°以上坡度3%[1]。

丘陵地带一般湿地较多、地形地貌变化大、地形条件差、可利用地块分散、种植制度复杂，主要种植模式为缓坡规模种植、依山就势的小块阶梯型种植。农业主要集中在山间河谷的少数耕地上，山坡地并未得到合理利用，尤其是坡度为25°以下的缓坡地。区域经济发展相对滞后，小田块农机投资效益低，丘陵山地是我国农业机械化发展最薄弱的区域。

2 玉米收获机械化技术与装备的地位与作用

玉米是我国第1大粮食作物，位居3大主粮作物之首。其生产能力提升对整个国民经济发展有着巨大的影响，2021年玉米种植面积4332万hm2，2021年全年玉米产量为2.725亿t，位居世界首位。玉米收获机械化在粮食增产增收和保证粮食安全方面发挥着重要的作用。

2.1 减轻农民劳动强度，节约成本

传统的玉米收获需要人工摘穗、运输、晾晒、脱粒，不仅劳动强度大，而且效率低下，玉米机械化收获技术和装备的应用不仅解放了劳动力，而且节约了成本。通过玉米多种类、多型号装备的应用，丰富农民的劳动技能；玉米收获装备中的秸秆还田、脱粒、防侧翻等技术的应用，减少了秸秆处理的不规范现象，保护农村环境，改善农民居住条件。

2.2 提高生产效率，保证粮食安全

玉米机械化收获水平的提高对农业机械化整体水平的提高有着重要的作用，不仅可以减少环境污染，保证农时，增强抵抗自然灾害的能力，而且机械化联合收获每公顷可减少损失3%～5%[2]，提高了劳动生产率和作业质量，降低了能源消耗，促进了增产增收。推进玉米收获机械化是保障粮食安全的迫切需要。

2.3 促进农艺模式标准化和规模经营

玉米收获机具作业要求满足对行收获条件，有统一的田间管理规范，保持行距统一等，这就促进了农艺模式的改进与标准化。近年来农机合作社广泛兴起，农村土地正向着规模经营方向发展，通过土地流转等方式，让零散的土地向农机大户集中并形成规模经营。玉米收获机械的发展不断促进农艺模式向标准化迈进。

3 国内外丘陵山地机械化收获发展现状

3.1 国外丘陵山地玉米收获机械现状

欧洲、美国、日本等发达国家的农业已经基本实现全面机械化，国际知名的农机企业及农机品牌集中在几个大型跨国集团手中，最著名的有约翰迪尔、凯斯纽荷兰、爱科、久保田和克拉斯公司等，这些企业广泛应用先进制造技术、现代信息与通信技术、智能控制技术等，全面提升了玉米收获机械的智能化水平。

国外生产的玉米收获机，绝大多数是一机多用，通过换装割台、调剂脱粒滚筒的转速和脱粒间隙实现多种作物的收获[3]。国外种植方式多为1a1季，收获时玉米籽粒的含水率在25%以下，因此大多数国家均采用玉米直接脱粒收获的方式。

另外，由于欧美国家地势较为平坦，因此其玉米收获机械向大型化、通用化和高效率方向发展，而日本结合多山地的地貌，设计结构小巧、性能优良的玉米收获机[4]，久保田、洋马等公司生产的机具达到世界领先水平。

3.2 我国丘陵山地玉米收获机械现状

我国丘陵山地地貌复杂，种植面积零散，农业机械设备的应用受到了很大的局限[5]，农药利用率低，浪费严重。玉米机械化区域差距明显，玉米标准化生产水平低，农艺种植模式多样化，种植行距宽窄不一[6]，存在机械化生产进地难、作业难、效率低、效能低等问题。农机投资效益低，丘陵山区适用的农机，由于研发难、单型号机具市场规模偏小、售后服务成本高、利润薄，有实力的农机企业不愿涉足，小型农机企业又缺乏足够实力，导致多数科研成果止步于样机试制阶段[7]。大中型机械在小田块内作业效率低、损耗大，其投资回收期比平原地区长1倍以上[8]。

全国农作物耕种收综合机械化率达到68%，但丘陵山区的农业机械化程度还比较低，甚至还不到40%。《国务院关于加快推进农业机械化和农机装备产业转型升级的指导意见》(国发〔2018〕42号)和农业农村部印发的《“十四五”全国农业机械化发展规划》，对推动丘陵山区机械化发展作出重要部署，明确到2025年，丘陵山区县(市、区)农作物耕种收综合机械化率要达到55%。

目前，丘陵山地玉米收获机械进入以自走式收获机为主的时代[9]，经过10a多的市场积累，一大批农机企业崛起，有约翰迪尔、福田雷沃、天津勇猛、山东巨明等，同时敦化方正、沈阳大益等农机企业也加入市场，参与竞争。

当前丘陵山地主要使用的收获机具多数是4行及以下，功率小一点的有久保田PRO488、洋马Ce-2M、洋马Ce-1M等[10]，价格较贵，国产的收获机具性能日渐完善，处于挑战与机遇并存的发展阶段，存在巨大市场潜力和广阔上升空间。

3.3 我国丘陵山地玉米收获装备的设计技术特点

经过调研，以吉林省东丰、永吉、敦化周边村镇丘陵山地为例，在不规则、狭小地块，仍旧采用人工或单行收获机收获方式，劳动强度大，效率低，损失大；以二行自走式收获机为主，其次是三行、四行自走式玉米收获机，回转半径偏大，安全性有待提高。因此，提出丘陵山地玉米收获装备的设计特点要求。

3.3.1 整机性能要求

具备玉米收获的所有功能，包括摘穗、剥皮、收集、脱粒；良好的田间道路通过性；操控安全性；良好的小微地块适应性；较好的对行适应性。

3.3.2 整机布局设计原则

缩小纵向尺寸，横向尺寸/轮距可调，履带式线控底盘，智能控制。

3.3.3 关键技术

3.3.3.1 全液压底盘线控技术

增强了复杂环境的驱动性，提高整机的爬坡、越障能力，简化传动结构，参数调节范围大。

3.3.3.2 滚筒脱粒技术

采用揉搓式段纵轴流双脱粒滚筒，缩短整机长度0.5～0.7m，较传统整机缩短长度13%～20%，脱净率高，破损率低。

3.3.3.3 坡地单边伸缩防侧翻技术

提高了机具抗侧翻能力。超低重心，作业安全可靠，翻车风险低，保障驾驶员人身安全。

3.3.3.4 整车轻量化技术

配备无极变速系统，可高速作业；操作灵活，收获效率高，粮食损失率低。

3.3.3.5 智能控制技术

可实现驱动-制动-转向-作业等集成化控制，可实现发动机输出功率跟随负载实时调节，燃油经济性提高5%以上，减少环境污染。

3.3.3.6 模块化设计技术

零部件国产化程度高，与国外同类产品相比具有明显的价格优势，可提高我国收获机产品竞争力。

4 发展趋势及对策探讨

根据国内外丘陵山地玉米收获技术与装备的研究现状及适应的技术特点要求，对未来发展趋势及对策做如下探讨。

创新适合山地区域特点的功能性原型样机，向提高机具的通用性和适应性方向发展，如吉林省正在研制的履带式通用底盘玉米籽粒收获机。并对现有农机装备转型升级，针对不同地域特点集成不同技术模式进行推广。由于各个丘陵地区自然条件、农艺要求、经济条件等因素的影响，不同区域适用的机型不同，因此应该在充分调研的基础上，配合不同地域的农业特点，改进现有的玉米收获机型并创新研制新一代地域性功能性原型样机。进一步降低机器的购置成本，提高机器的利用率，通过更换割台以适应不同作物、不同地形，通过配置不同宽度的轮胎、履带等，提高对不同下陷深度的土壤的适应性等。

研究开发丘陵山区玉米籽粒收获机脱粒技术、设计脱粒装置作业信息检测系统，优化脱粒装置参数，采集作业信息，降低籽粒破损率。

学习国外先进经验，采用新材料和先进制造技术，重要工作部件装机前进行磨合试验或试运转。

玉米收获机械技术向着智能化、高效、绿色方向发展，农机智能化，无人驾驶改善农民作业条件，提高作业便利程度。调研结果显示，在东北丘陵玉米区，小型机依然占据相当的市场份额，西南丘陵地区的市场日益壮大，小型机逐步发展。适应小农生产、丘陵山区作业的高效、绿色、智能型机械。

随着农田宜机化改造、农机农艺相结合的工作的开展，机具作业条件得到改善。丘陵山地玉米收获机械向大型、高效和高速方向发展，玉米收获机的大喂入量、大功率化、宽幅作业、高速作业，进一步提高了玉米收获的作业效率。

培育新型的经营模式。目前农机应用群体构成向合作社、农机大户和家庭农场转移，因此要引导培育有规模、有设施，具备全程机械化服务能力的合作社加农业服务中心的新型经营模式，从而带动丘陵山区新技术新机具的应用和生产性服务业发展。