孟長伊李志軍李廣宇徐峰張磊高瑞遙

(1.吉林省農(nóng)業(yè)機械研究院，吉林 長春 130022；2.中國第一汽車股份有限公司，吉林 長春 130000)

1 丘陵山地農(nóng)業(yè)概況

丘陵是陸地上起伏和緩、連綿不斷的低矮山丘，分布十分廣泛，一般都比較破碎、低矮，頂部渾圓，坡度和緩，沒有明顯的脈胳。第三次全國國土調(diào)查主要數(shù)據(jù)成果發(fā)布結(jié)果顯示，我國耕地面積1.2787億hm2，其中丘陵山地占全國耕地總面積的38%。

中國農(nóng)業(yè)區(qū)劃委員會頒發(fā)《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》對耕地坡度分為5級，按照級別劃分，丘陵山地的坡地角度及耕地占比分別為，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]。

丘陵地帶一般濕地較多、地形地貌變化大、地形條件差、可利用地塊分散、種植制度復(fù)雜，主要種植模式為緩坡規(guī)模種植、依山就勢的小塊階梯型種植。農(nóng)業(yè)主要集中在山間河谷的少數(shù)耕地上，山坡地并未得到合理利用，尤其是坡度為25°以下的緩坡地。區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展相對滯后，小田塊農(nóng)機投資效益低，丘陵山地是我國農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展最薄弱的區(qū)域。

2 玉米收獲機械化技術(shù)與裝備的地位與作用

玉米是我國第1大糧食作物，位居3大主糧作物之首。其生產(chǎn)能力提升對整個國民經(jīng)濟發(fā)展有著巨大的影響，2021年玉米種植面積4332萬hm2，2021年全年玉米產(chǎn)量為2.725億t，位居世界首位。玉米收獲機械化在糧食增產(chǎn)增收和保證糧食安全方面發(fā)揮著重要的作用。

2.1 減輕農(nóng)民勞動強度，節(jié)約成本

傳統(tǒng)的玉米收獲需要人工摘穗、運輸、晾曬、脫粒，不僅勞動強度大，而且效率低下，玉米機械化收獲技術(shù)和裝備的應(yīng)用不僅解放了勞動力，而且節(jié)約了成本。通過玉米多種類、多型號裝備的應(yīng)用，豐富農(nóng)民的勞動技能；玉米收獲裝備中的秸稈還田、脫粒、防側(cè)翻等技術(shù)的應(yīng)用，減少了秸稈處理的不規(guī)范現(xiàn)象，保護(hù)農(nóng)村環(huán)境，改善農(nóng)民居住條件。

2.2 提高生產(chǎn)效率，保證糧食安全

玉米機械化收獲水平的提高對農(nóng)業(yè)機械化整體水平的提高有著重要的作用，不僅可以減少環(huán)境污染，保證農(nóng)時，增強抵抗自然災(zāi)害的能力，而且機械化聯(lián)合收獲每公頃可減少損失3%～5%[2]，提高了勞動生產(chǎn)率和作業(yè)質(zhì)量，降低了能源消耗，促進(jìn)了增產(chǎn)增收。推進(jìn)玉米收獲機械化是保障糧食安全的迫切需要。

2.3 促進(jìn)農(nóng)藝模式標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)模經(jīng)營

玉米收獲機具作業(yè)要求滿足對行收獲條件，有統(tǒng)一的田間管理規(guī)范，保持行距統(tǒng)一等，這就促進(jìn)了農(nóng)藝模式的改進(jìn)與標(biāo)準(zhǔn)化。近年來農(nóng)機合作社廣泛興起，農(nóng)村土地正向著規(guī)模經(jīng)營方向發(fā)展，通過土地流轉(zhuǎn)等方式，讓零散的土地向農(nóng)機大戶集中并形成規(guī)模經(jīng)營。玉米收獲機械的發(fā)展不斷促進(jìn)農(nóng)藝模式向標(biāo)準(zhǔn)化邁進(jìn)。

3 國內(nèi)外丘陵山地機械化收獲發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 國外丘陵山地玉米收獲機械現(xiàn)狀

歐洲、美國、日本等發(fā)達(dá)國家的農(nóng)業(yè)已經(jīng)基本實現(xiàn)全面機械化，國際知名的農(nóng)機企業(yè)及農(nóng)機品牌集中在幾個大型跨國集團手中，最著名的有約翰迪爾、凱斯紐荷蘭、愛科、久保田和克拉斯公司等，這些企業(yè)廣泛應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù)、現(xiàn)代信息與通信技術(shù)、智能控制技術(shù)等，全面提升了玉米收獲機械的智能化水平。

國外生產(chǎn)的玉米收獲機，絕大多數(shù)是一機多用，通過換裝割臺、調(diào)劑脫粒滾筒的轉(zhuǎn)速和脫粒間隙實現(xiàn)多種作物的收獲[3]。國外種植方式多為1a1季，收獲時玉米籽粒的含水率在25%以下，因此大多數(shù)國家均采用玉米直接脫粒收獲的方式。

另外，由于歐美國家地勢較為平坦，因此其玉米收獲機械向大型化、通用化和高效率方向發(fā)展，而日本結(jié)合多山地的地貌，設(shè)計結(jié)構(gòu)小巧、性能優(yōu)良的玉米收獲機[4]，久保田、洋馬等公司生產(chǎn)的機具達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

3.2 我國丘陵山地玉米收獲機械現(xiàn)狀

我國丘陵山地地貌復(fù)雜，種植面積零散，農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的應(yīng)用受到了很大的局限[5]，農(nóng)藥利用率低，浪費嚴(yán)重。玉米機械化區(qū)域差距明顯，玉米標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)水平低，農(nóng)藝種植模式多樣化，種植行距寬窄不一[6]，存在機械化生產(chǎn)進(jìn)地難、作業(yè)難、效率低、效能低等問題。農(nóng)機投資效益低，丘陵山區(qū)適用的農(nóng)機，由于研發(fā)難、單型號機具市場規(guī)模偏小、售后服務(wù)成本高、利潤薄，有實力的農(nóng)機企業(yè)不愿涉足，小型農(nóng)機企業(yè)又缺乏足夠?qū)嵙?，?dǎo)致多數(shù)科研成果止步于樣機試制階段[7]。大中型機械在小田塊內(nèi)作業(yè)效率低、損耗大，其投資回收期比平原地區(qū)長1倍以上[8]。

全國農(nóng)作物耕種收綜合機械化率達(dá)到68%，但丘陵山區(qū)的農(nóng)業(yè)機械化程度還比較低，甚至還不到40%。《國務(wù)院關(guān)于加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)機械化和農(nóng)機裝備產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的指導(dǎo)意見》(國發(fā)〔2018〕42號)和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部印發(fā)的《“十四五”全國農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展規(guī)劃》，對推動丘陵山區(qū)機械化發(fā)展作出重要部署，明確到2025年，丘陵山區(qū)縣(市、區(qū))農(nóng)作物耕種收綜合機械化率要達(dá)到55%。

目前，丘陵山地玉米收獲機械進(jìn)入以自走式收獲機為主的時代[9]，經(jīng)過10a多的市場積累，一大批農(nóng)機企業(yè)崛起，有約翰迪爾、福田雷沃、天津勇猛、山東巨明等，同時敦化方正、沈陽大益等農(nóng)機企業(yè)也加入市場，參與競爭。

當(dāng)前丘陵山地主要使用的收獲機具多數(shù)是4行及以下，功率小一點的有久保田PRO488、洋馬Ce-2M、洋馬Ce-1M等[10]，價格較貴，國產(chǎn)的收獲機具性能日漸完善，處于挑戰(zhàn)與機遇并存的發(fā)展階段，存在巨大市場潛力和廣闊上升空間。

3.3 我國丘陵山地玉米收獲裝備的設(shè)計技術(shù)特點

經(jīng)過調(diào)研，以吉林省東豐、永吉、敦化周邊村鎮(zhèn)丘陵山地為例，在不規(guī)則、狹小地塊，仍舊采用人工或單行收獲機收獲方式，勞動強度大，效率低，損失大；以二行自走式收獲機為主，其次是三行、四行自走式玉米收獲機，回轉(zhuǎn)半徑偏大，安全性有待提高。因此，提出丘陵山地玉米收獲裝備的設(shè)計特點要求。

3.3.1 整機性能要求

具備玉米收獲的所有功能，包括摘穗、剝皮、收集、脫粒；良好的田間道路通過性；操控安全性；良好的小微地塊適應(yīng)性；較好的對行適應(yīng)性。

3.3.2 整機布局設(shè)計原則

縮小縱向尺寸，橫向尺寸/輪距可調(diào)，履帶式線控底盤，智能控制。

3.3.3 關(guān)鍵技術(shù)

3.3.3.1 全液壓底盤線控技術(shù)

增強了復(fù)雜環(huán)境的驅(qū)動性，提高整機的爬坡、越障能力，簡化傳動結(jié)構(gòu)，參數(shù)調(diào)節(jié)范圍大。

3.3.3.2 滾筒脫粒技術(shù)

采用揉搓式段縱軸流雙脫粒滾筒，縮短整機長度0.5～0.7m，較傳統(tǒng)整機縮短長度13%～20%，脫凈率高，破損率低。

3.3.3.3 坡地單邊伸縮防側(cè)翻技術(shù)

提高了機具抗側(cè)翻能力。超低重心，作業(yè)安全可靠，翻車風(fēng)險低，保障駕駛員人身安全。

3.3.3.4 整車輕量化技術(shù)

配備無極變速系統(tǒng)，可高速作業(yè)；操作靈活，收獲效率高，糧食損失率低。

3.3.3.5 智能控制技術(shù)

可實現(xiàn)驅(qū)動-制動-轉(zhuǎn)向-作業(yè)等集成化控制，可實現(xiàn)發(fā)動機輸出功率跟隨負(fù)載實時調(diào)節(jié)，燃油經(jīng)濟性提高5%以上，減少環(huán)境污染。

3.3.3.6 模塊化設(shè)計技術(shù)

零部件國產(chǎn)化程度高，與國外同類產(chǎn)品相比具有明顯的價格優(yōu)勢，可提高我國收獲機產(chǎn)品競爭力。

4 發(fā)展趨勢及對策探討

根據(jù)國內(nèi)外丘陵山地玉米收獲技術(shù)與裝備的研究現(xiàn)狀及適應(yīng)的技術(shù)特點要求，對未來發(fā)展趨勢及對策做如下探討。

創(chuàng)新適合山地區(qū)域特點的功能性原型樣機，向提高機具的通用性和適應(yīng)性方向發(fā)展，如吉林省正在研制的履帶式通用底盤玉米籽粒收獲機。并對現(xiàn)有農(nóng)機裝備轉(zhuǎn)型升級，針對不同地域特點集成不同技術(shù)模式進(jìn)行推廣。由于各個丘陵地區(qū)自然條件、農(nóng)藝要求、經(jīng)濟條件等因素的影響，不同區(qū)域適用的機型不同，因此應(yīng)該在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，配合不同地域的農(nóng)業(yè)特點，改進(jìn)現(xiàn)有的玉米收獲機型并創(chuàng)新研制新一代地域性功能性原型樣機。進(jìn)一步降低機器的購置成本，提高機器的利用率，通過更換割臺以適應(yīng)不同作物、不同地形，通過配置不同寬度的輪胎、履帶等，提高對不同下陷深度的土壤的適應(yīng)性等。

研究開發(fā)丘陵山區(qū)玉米籽粒收獲機脫粒技術(shù)、設(shè)計脫粒裝置作業(yè)信息檢測系統(tǒng)，優(yōu)化脫粒裝置參數(shù)，采集作業(yè)信息，降低籽粒破損率。

學(xué)習(xí)國外先進(jìn)經(jīng)驗，采用新材料和先進(jìn)制造技術(shù)，重要工作部件裝機前進(jìn)行磨合試驗或試運轉(zhuǎn)。

玉米收獲機械技術(shù)向著智能化、高效、綠色方向發(fā)展，農(nóng)機智能化，無人駕駛改善農(nóng)民作業(yè)條件，提高作業(yè)便利程度。調(diào)研結(jié)果顯示，在東北丘陵玉米區(qū)，小型機依然占據(jù)相當(dāng)?shù)氖袌龇蓊~，西南丘陵地區(qū)的市場日益壯大，小型機逐步發(fā)展。適應(yīng)小農(nóng)生產(chǎn)、丘陵山區(qū)作業(yè)的高效、綠色、智能型機械。

隨著農(nóng)田宜機化改造、農(nóng)機農(nóng)藝相結(jié)合的工作的開展，機具作業(yè)條件得到改善。丘陵山地玉米收獲機械向大型、高效和高速方向發(fā)展，玉米收獲機的大喂入量、大功率化、寬幅作業(yè)、高速作業(yè)，進(jìn)一步提高了玉米收獲的作業(yè)效率。

培育新型的經(jīng)營模式。目前農(nóng)機應(yīng)用群體構(gòu)成向合作社、農(nóng)機大戶和家庭農(nóng)場轉(zhuǎn)移，因此要引導(dǎo)培育有規(guī)模、有設(shè)施，具備全程機械化服務(wù)能力的合作社加農(nóng)業(yè)服務(wù)中心的新型經(jīng)營模式，從而帶動丘陵山區(qū)新技術(shù)新機具的應(yīng)用和生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)發(fā)展。