郭振华，陈换美，伊海涛，徐 帆

（1.石河子大学机械电气工程学院，新疆 石河子832000；2.巴音郭楞职业技术学院）

小颗粒种子一般是指平均直径在3 mm以下的作物种子[1]，种类繁多，分布非常广泛，多种花卉、蔬菜、牧草以及谷物的种子都属于此类。2015年，小颗粒种子作物种植面积达到3.675×107hm2，占全国农作物种植总面积的22%[2]。由于小颗粒种子具有单种体积小、质量轻、外部形状不规则等特点，给播种器的设计造成了一定的困难，难以实现精量播种。市场上专门针对小颗粒种子作物的播种设备较少，现有的播种机在使用中存在播种精度不高、作业稳定性差等问题，因此小颗粒种子播种设备的研制问题亟待解决。本文介绍了当前主要的小颗粒种子排种器种类、排种器的工作原理、国内外小颗粒播种机械研究现状，总结当前小颗粒种子排种器在使用过程中出现的问题，对未来小颗粒种子播种机械的发展进行展望，希望为以后的研究工作提供参考。

播种机械是重要的农业装备，其组成主要包括机架、种箱、排种器、开沟器、镇压轮等，其中排种器是播种机的核心部件。排种器的设计是否合理直接关系到播种质量和整机的工作性能，按照工作原理主要分为机械式排种器、气力式排种器、静电式排种器等。

机械式排种器按照结构特点，又可以具体分为指夹式排种器、外槽轮式排种器、圆盘式排种器。

（1）指夹式排种器的工作过程主要包括夹种、清种、推种、导种四步骤，通过夹持充种、振动清种及柔性导种等方式完成播种作业[3]。但是由于不同种子类型在尺寸、形状上存在一定差异，高速作业时指夹式排种器的充种能力大幅下降，同时出现种子破碎率升高、机具振动剧烈、播种质量及作业效率显著下降等诸多问题，指夹式排种器由于其适应性差最终逐渐退出主导市场。

（2）外槽轮式排种器[4]，工作原理：通过槽轮的转动，将种箱中的种子经由槽轮的凹槽带出落入排种管，播种到田间。外槽轮排种器的通用性好，能够应用于玉米、小麦、芝麻、水稻等表皮摩擦力小的种子。其特点是工作过程中播种量稳定，适应性强，在不同的工作速度、不同的地表条件下，均能保持各行播量一致性；不足之处是槽轮排种容易发生脉动效应，造成播种不均匀[5]。外槽轮排种器因为结构简单、易加工、可靠性好，被广泛应用。

（3）圆盘式排种器[6]，主要针对中耕作物，它的核心机构为水平的排种圆盘，排种圆盘布置在种箱的底部，圆盘周围有许多不同的孔，孔洞大小取决于种子的外廓大小及精播的要求。工作过程中，通过链传动带动种箱底部圆盘旋转，在重力作用下，种箱内种子落入圆盘孔内，随着圆盘转动，型孔外面的种子被刮种舌刮掉，留在型孔内的种子来到排种口时依靠自身重力落入田间完成播种。水平圆盘排种器的原理简单，播种精度高，适于精细作物播种，而且排种器可以通过安装不同规格的圆盘，满足条播及其他播种要求。不足之处是排种盘的转速不能过高，过高的转速易出现漏种等情况，因此无法满足高速播种的需求。

气力式排种器[7]的工作原理：在密闭气室中形成一定的真空度，利用吸力或吹力将种子固定在排种盘的各个孔上，带动种子随排种盘一起转动，当种子转出气室后，不再受吸力（压力）作用，依靠自身重力作用落入沟槽中，完成播种。按照气力作用方式不同，排种器分为气吸式和气压式两种排种器，气吸式相对于气压式性能更加稳定，应用较为广泛。与机械式排种器相比，气力式排种器对不同类型的种子具有更好的适应性，气力式排种器可以根据种子的大小、形状等规格设计不同的风孔，满足多种种子的播种需求，具有良好的通用性；同时，气力式排种器相对于机械式排种器可以减少对种子的伤害，高速作业时也能够保证一定的稳定性。不足之处是气力式排种器结构复杂，为了更好的控制气流，对加工工艺的要求较高，因此生产成本较高。

近年来，随着新的研究理论的提出，许多学者将新理论与播种作业相结合，对播种技术进行了新的探索，在传统排种器的基础上，提出了新的播种方法[8]。

静电播种是一种将静电吸附现象应用于播种作业的技术，该技术最早由日本学者提出[9]。其工作原理是播种前用磁性材料对种子进行包裹处理，利用电磁铁与磁性物质间的吸附力实现对种子的吸附控制，播种过程中，通过控制电源开关间接控制磁力的产生，达到吸种和落种的目的。

流体播种技术[10]最早是由英国学者提出的，其原理是将水、保水剂、农药、肥料、激素等按照一定的比例配置成凝胶悬浮剂，将种子与悬浮剂混合，使种子可以均匀的分布于悬浮剂之中。播种时，通过均匀的喷洒悬浮液来达到精量播种的目的。流体播种技术克服了小颗粒种子在播种过程中路径混乱不易控制的难题，同时可以为种子的萌发提供必要的水分和肥料，目前已经用于蔬菜和花卉的播种[11]。

种子带播种[12]是一种源于日本的播种技术，其原理是将种子按照一定的距离编入编织带中，由专门的播种机械将打包成捆的种子带铺在田间，覆盖土壤。这种播种技术可以保证播种的均匀性和出苗率，在发达国家得到广泛应用。

欧美等发达国家对精量播种机械的研究起步较早，从上世纪40年代开始，已经陆续研制出多种基于不同原理的播种机械，许多产品现在仍处于国际领先地位。

美国Great Plains公司旗下开发的PS25120型牧草播种机[13]能够精准的控制播种量，牧草最小播种量可以控制在0.6 kg/hm2以内，作业幅宽3 m，行数16行，作业过程中可以精准控制播种深度，同时，其采用的独特前后轮镇压设计，可有效压碎苗床，为种子萌发创造良好环境。

韩国PLANT公司研制的JAS-802B型自走式播种机[14]，是一种适合小面积播种的蔬菜播种机械，整体结构小巧轻便，操作简单，其播种轮采用特殊的防静电材料，可有效提高播种效率。这种播种机械通过调整排种轮结构的方式来适应不同规格的种子，能够适用于多种作物的播种。其优点是一次下地可以完成开沟、播种、覆土、镇压等多种工序，具有高效易操作等特点，对中小颗粒的蔬菜种子具有良好的通用性。

美国的MFC公司研制的SN-1-130型气吸式精量播种机[15]，采用气吸式的工作原理实现吸种落种，这种方式有效降低了播种空穴率，可以实现株距在0.5 cm至52.6 cm范围内任意调整。该播种机适用于番茄、萝卜、油菜等不同规格小颗粒蔬菜种子的播种。我国曾引进该机械用于番茄的播种，收到良好的效果，在播种量减少到150 g/hm2的同时，将空穴率降低到仅为0.5%。

意大利GASPADO公司研制的多功能气吸式蔬菜播种机（图7）通过采用先进的制造工艺有效提高了播种效率，其排种器是铝合金材质通过精密压铸而成，排种盘采用不锈钢材质，排种盘上的型孔采用激光钻孔来提高其精度。通过采用先进工艺，播种设备的效率得到了提高。播种株距和行距可以通过调整齿轮机构来实现，能够满足同时播种4~24行不等。该设备具有良好的通用性，广泛适用于白菜、甜菜、萝卜等小颗粒作物种子和经过丸化处理的包衣种子[16]。

约翰迪尔是美国具有代表性农业装备生产企业，将多材料偶联技术应用于其研制的蔬菜播种机（图8）[17]，有效提高了排种器的耐磨性和密封性。为了实时监控播种作业情况，在播种机上装备了漏播监控系统，播种出现漏播重播等异常现象时，驾驶员可以通过监控系统发出的警报及时发现并排除故障。

进入21世纪后，我国一些科研院所和高校开始对小颗粒播种技术展开研究[18]，经过近20年的发展，已经研制出多种具有实用价值的机型。

张东光等[19]研制的2BX-10型精少量播种机，采用拖拉机牵引式作业，针对性的解决了小籽粒谷物播种困难的问题。该机的播种器机构采用驱动环槽式（图9），这种结构对种子可以起到一定的保护作用，降低种子的损伤率，排量稳定，播种均匀性和一致性均能满足国家标准。

DB-S03蔬菜播种机（图10）是德易播农机公司研发的DB系列蔬菜播种机代表机型[21]。该机型采用窝眼轮式排种器，工作时，排种器转动，种箱内的种子在重力作用下落入窝眼，排种器继续转动，当护种板尾端转出护种区时完成落种。这种机型结构简单，排种盒拆装方便，可以根据种子的形状大小选择合适的排种器，通用性良好。动力方式上有人力、电力、发动机动力等多种选择方式。

田波平等学者采用正负压组合的方式设计一种排种器，并应用于精量播种机，研制成功2BFQ-6型油菜精量联合直播机[22]。该机型在充种和清种阶段分别采用正负压处理，这种方式既降低了种子的破损率和漏播率，又能有效防止孔型的堵塞。此机型适用于油菜等小颗粒作物，正负压组合的排种方式克服了因种子质量小而落种困难的问题。

王志强等学者设计的周向槽缝气吸式排种器，采用地轮驱动的方式带动吸盘转动，转动过程中通过吸盘上的拨子片控制播种粒数。应用这种播种方式研制出的2BQX-5型谷子气吸式精量播种机[23]，漏播率小于2%，播种均匀，可以满足谷类作物等多种小颗粒种子的旱作精播。

2BQS-8型精密播种机[24]采用正压吸种、负压排种相结合的方式实现高速精密播种，该机型可用于浅层开沟、精量播种，适用于胡萝卜等小颗粒作物种子，作业幅宽达2.5 m，可同时播种8行。

我国在小颗粒播种技术的研究起步较晚，许多机型是从国外引进后二次研发生产的，缺乏自主研发与创新。当前我国自主研发的成熟机型较少，在引进国外技术和自我研发的过程中，存在许多问题亟待解决。

（1）种植模式与播种机械不适应。我国小颗粒种子作物的种植依然以小规模种植为主，与现代化的规模化管理相悖。实现农业机械现代化，规模化种植是必要前提，因此农业种植模式现代化亟需进一步发展，与机械化作业相适应。

（2）产品标准化程度低。相比国外，我国农机生产厂家良莠不齐，许多厂家生产工艺和产品材料比较落后，造成生产的产品可靠性差、寿命短、精度低等一系列问题。另外，各厂家独立生产农业机械产品，缺乏统一的标准，造成设备零件通用性差，给设备的维护和使用造成不便。

（3）作业效率低。由于制造工艺落后及其他原因，当前我国研制的小颗粒播种机械存在漏播和损伤率高等问题，高速作业时，精量播种难以保证。

随着经济社会的发展，人民生活品质的提高，花卉、蔬菜、杂粮等小颗粒作物因其较高的经济价值，种植面积将不断增加，小颗粒作物的的精量播种设备需求也会有较大增长。

（1）集排器的研究与应用。集排器是指集中排种器，通过一个排种器将种子平均分配到多个排种管道。集排器具有结构紧凑、调整方便等特点，可以大幅提高播种效率，满足高速、宽幅的作业要求，是将来小颗粒播种发展的方向之一。

（2）排种智能监测系统的应用。小颗粒种子因其体积小、质量轻，在播种的过程中容易发生漏播或重播现象，肉眼不易观测到。通过采用智能监测系统可以及时发现漏播重播的现象，及时排除故障，提高播种效率。

（3）发展多功能复合作业机械。将播种作业与开沟、施肥、覆土、铺膜等作业整合，实现机具一次下地完成多项功能。联合作业机械可以减少机具下地次数，保护土壤，降低作业成本，提高作业效率。

（4）播种技术与现代信息技术和空间技术相结合实现精准农业。基于遥感技术、地理信息技术及全球定位技术对农田进行单元信息统计，建立作物信息处方地图，通过系统诊断和科学管理，实现降低环境污染、提高农业资源利用率的精量播种与精良施肥，实现经济效益与环境效益的双提高，是现代农业发展的必然趋势。

我国在播种器的研究上起步较晚，与欧美等农业技术发达国家相比，小颗粒种子播种技术相对落后。我国小颗粒种子排种器的技术含量、工作稳定性等方面与国外发达技术还存在一定差距。国外农业机械虽然技术成熟，但是存在机型大、成本高等特点，并不适用我国国情，不适合大量引进。近年来，经过我国科技人员的不懈努力，在引进国外先进技术的基础上不断创新，生产出多种适合我国国情的小颗粒种子播种机械，使我国的农业机械化水平得到提高，与发达国家的差距不断缩小，我国农业机械化已经迈上高速发展的道路。