种子繁育技术装备让育种更高效

玉米繁育播种机

“国以粮为本，粮以种为先。”种子是不可替代的农业生产资料，是农业科技进步的最重要载体，“优良品种+优质种子”是确保农业增产增效的前提。

我国种业专业机械设备生产能力、质量和技术落后，难以满足高质量种子的生产需求，国外育种机械价格昂贵，维修保养不便，育种单位无力承担，且与我国农艺模式不匹配。小区育种机械要实现份量播种与收获，要求数行或小区同时进行，且行间或小区间不能混种，达到100%自净，其特殊性使得大田机械无法满足其作业要求。

“十三五”国家重点研发计划“种子繁育技术装备研发”项目由青岛农业大学牵头主持,联合原农业部规划设计研究院、北京农业信息技术研究中心等3家科研院所,以及中国农业大学、浙江大学等6所高校和隆平高科等5家企业组成的创新团队共同承担。该项目突破多项核心技术，打破了国外育种机型的垄断地位。

该项目负责人、青岛农业大学机电工程学院院长尚书旗20多年来一直致力于种子繁育精量播种技术研究与装备开发。他告诉记者：“种子繁育装备的研发对于解决国产种子繁育机械缺乏，育种长期依靠人工作业，劳动强度大、育种周期长、育种试验精度差等严重制约育种进程的难题起着重要作用。该项目有利于加强中国育种机械化技术的研究，提升中国育种单位的育种实力，改变国内育种单位的育种规模偏小、育种手段较为落后的现状，提高育种工作效率、节省投资，缩短新品种的推出周期，扭转作物良种依赖从国外引进的劣势。”

理论创新 加强育种机械技术研究

万丈高楼平地起，传统人工育种模式正被智能育种机械化取代。育种装备研发的突破解决了玉米、小麦、水稻、蔬菜(大白菜)等种子物理特性、损伤机理、活性健康等基础研究缺乏的问题，为机械化种子繁育理论体系奠定基础；解决了育制种区域多、土壤特性与种植模式差异大、播种与收获坏节须自净，以及种子繁育机械化程度低、人工劳动强度大、机具适应性差等问题。缩短了我国种子的繁育周期、提高了优良新品种的繁育效率，推动了中国良种工程和现代种业的商业化发展，促进了现代农业的转型升级，确保了国家粮食战略安全。

一是高精度自净份量排种技术。研究排种腔与清种腔独立分离结构的气吸式排种器，实现排种过程与清种过程互不干扰。采用立式旋转排种技术，满足了育种试验小区间不得混种的要求，实现了排种过程与清种过程互不干扰，清种率达100%。研究小区与连续播种模式同机互换、多传感器融合的种粒监测技术，通过电驱动实现精量排种器高速排种及株距无级调节控制。

二是抽穗去雄与“击穗-气吹”授粉技术。对玉米雄穗抽取机构开展研究，突破了柔性抽穗去雄技术，研发了柔性拔取式玉米去雄装置、去雄机构智能仿形控制装置，实现了高效快速去雄作业。研究机械－气力式水稻授粉技术，建立了花粉气/固两相流模型，探明了气流速度、角度对花粉运动轨迹的影响规律，获得气流输送花粉的较佳速度与角度，突破了气力式授粉基础理论问题，为气力式授粉奠定了理论与试验基础。

玉米去雄作业机

三是柔性脱粒与自净份量收获技术。研发了内壁流线导流曲面+分段式振动全覆盖气流清选技术，解决了籽粒在收获通道死角滞留和堵塞问题。实现谷物繁育收获的无损伤脱粒清选，保证了小区收获自净。突破了小籽粒清选技术，研发了一种基于横流风机-内流式圆筒筛组合的小差异混杂细粒籽粒分离清选装置，研制了蔬菜（大白菜）繁育收获机填补了国内外空白。

四是种子繁育北斗定位与导航技术。研究基于北斗导航的小区作业面积精准计算、小区行长精确控制、小区间整齐分布控制、播种过程中的自动驾驶技术，研发了地块与作物产量信息+基于BDS的小区作业路径规划技术，探索核心技术控制节点和规律，突破低成本北斗高精度定位与智能控制终端的融合，优化定位算法，创建数字化仿真模型，解决了播种与收获过程中定位（位置、速度）精度低、时间频率不同步等问题。

五是播种关键品质无损检测与精选技术。基于近红外光谱技术，研发了种子活力无损实时检测及分级技术，研制了种子活力无损实时检测及分级装置，进行单粒种子活力检测，实现了种子活力状况在线检测及快速分选。

技术水平 填补国内研发空白

该项目成员、海南大学教授杨然兵告诉记者：“我们研发的产品填补了国内研发空白，实现了从0到1的突破。清种率、漏播率、重播率等技术指标领先国外同类型机型，解决了我国种子繁育行业依靠人工作业效率低、精度差，进口品牌长期垄断市场、无国产育种试验机械的问题。”

该项目突破了小区种子自动供种、自动清种、智能控制系统、柔性去雄授粉机理、去雄自动调控、收获自净、柔性脱粒、种子活性辨别、智能图像处理等多项技术，在核心技术指标、作业适应性上超过了奥地利WINTERSTEIGER公司、美国ALMACO公司和德国HALDRUP公司的同类机型，价格仅为国外售价的1/3左右，倒逼其降价1/4以上，打破了国外产品在中国的垄断地位。研制了玉米繁育播种机、水稻繁育播种机、小麦繁育播种机、蔬菜（大白菜）繁育播种机、玉米去雄作业机、水稻授粉作业机、玉米繁育摘穗收获机、玉米繁育籽粒收获机、稻麦繁育收获机、蔬菜（大白菜）繁育收获机、种子精细选别等种子繁育装备18种和种子活性与健康检测系统2套，弥补了我国田间机械化育制种试验领域的空白。

成果转化 提高育种效率

田间育种涵盖了不同作物的育种领域和育种生产过程中的每道工序，是一个耗费巨大劳力和财力的农业系统工程。小区育种机械化装备能够降低劳动强度、提高工作效率、大幅提高试验精度、缩短育种周期，加快育种科研进程。我国许多地方、区域都建有自己的种子试验基地，田间育种机械化装备可以成倍地提高工作效率，小区机械化播种是人工播种效率的8-10倍，收获机械化效率是人工收获、脱粒作业的近23倍，且可以达到人工很难实现的功效。装备的研发解决了我国当前规模化育制种存在的种子质量偏低、制种成本高、生产效率低等问题，突破作物机械化播种、收获、田间管理、产后处理等多项关键技术，极大提高我国小区种子繁育产业化水平，支撑种子产业健康持续发展，提升种子繁育机械化技术水平，提高种子产业生产收益。

该项目目前已经完成成果转化，产品具有完全自主产权，可以通过专利权转让、实施许可等形式转让。成果已在河南豪丰机械制造有限公司和中机美诺科技股份有限公司等单位生产并进行了转化。成果转化后突破了小区玉米繁育收获间隙自调式仿形摘穗和双滚筒橡胶柔性脱粒等16项核心技术；播种机节本增效使育种专家扩大其种子试验和验证的样本组合数量；去雄机和授粉机作业良好，种子精细选别及活力健康检测装置实现种子质量的提升。研发成果大大提高了种子繁育机械作业过程中的效率和精度，对于保障国家粮食战略安全具有重要意义。

种子繁育技术装备在山东农科院作物所、济宁市农业科学研究院、铁岭东升玉米品种测试中心、绥化市耕钰现代农业科技有限公司、四平天缘农业技术开发有限公司等地进行了多轮田间试验，播种的均是各单位的正式品种试验，具有示范和推广意义，共播种面积2500余亩，节省人力成本近140万元。

据杨然兵介绍，小区播种机械每台样机只需配备2-3名作业人员，将春播和夏播试验的播种时间缩短70%，机器播种可以抢墒、保全苗，将试验报废率降低近80%。

小区玉米收获机械通过更换割台和割刀并作调整后即可对不同的农艺品种进行收获，对20米长的试验小区种子收获只需0.24分钟，在隔离带停车仅需1分钟即可自动清理残留种子，同时完成自动清选、自动计量、自动取样、自动装袋及标号等工作，1台收获机械每天可以收获380个小区、1台稻麦繁育收获机可替代200个人工以上，1台蔬菜（大白菜）繁育收获机可替代150个人工以上，按照每年作业2000亩计算，每亩节本600元，共可节约120万元。按我国杂交玉米制种300万亩计算，制种玉米去雄机市场需求预计在1000台左右，按60万元/台计算，可实现工业产值6亿元。目前我国年水稻制种面积200万亩以上，按每种水稻授粉机平均每天可授粉面积100亩计算，每年工作20天计算，一台水稻授粉机可授粉面积2000亩，大约需要各类水稻授粉机1000台以上进行授粉作业，按10万元/台计算，预计每年水稻授粉机有近1亿元工业产值。种子精细选别与活性健康检测技术装备，实现了种子活力检测及实时分级，检测精度达95%、检测效率大于67粒/分，提升了品种选育与田间试验效率。

提高了获取试验数据的准确度（避免人工作业的误差）和及时性，增加了小区之间的可比性和考核指标的一致性，解决人工或大田机械不能完成的工作，打破国外进口机型的垄断地位，使育种单位的购机成本降低60%，提高了育种试验专用机械的可及性。通过科研平台的试验和市场反馈机制不断改进收获机，促进了玉米繁育收获机的升级换代，加快了农业装备科技成果转化，有效提高了农业装备科技含量和作业性能。

2018年至今，项目组研发的玉米、稻麦、蔬菜（大白菜）繁育播种与收获机、玉米制种去雄机、水稻赶粉机、种子活性健康检测系统分别在多家科研院所和育种单位针对不同土壤条件、不同模式下的播种、收获、田间管理、产后处理等环节进行田间作业，机具自净程度好，作业效率高，综合经济效益高，为育种单位节省大量人力、物力成本，提高试验精度，加快新品种培育进程，取得良好效果。

未来展望 种子繁育装备技术创新大有可为

目前小区育种机械研发主要针对小麦、玉米等谷物，很多作物品种的播种收获技术尚待验证完善，通用机型或者专用机型研发将会进一步扩大适用作物范围。随着科学技术的发展，自动化、智能化技术与大型小区育种机械深度融合将成为小区育种机械发展的趋势，进一步提高育种作业性能，实现人工无法替代完成的实质技术性的变革，改变工作环境的无人驾驶、人机交互远程控制自动精准播种的物联网操作平台、高效播种状态控制及自动实时监测平台、自动实时传输记录试验数据的云端服务平台等高新技术融合的新一代小区育种播种机将给未来小区育种田间试验机械化带来重大技术变革。

尚书旗表示，“十四五”期间，农业机械化发展的主要着力点是聚焦“全程导向、绿色引领、创新驱动、数字赋能、合力推动”。我国农业机械化发展还存在不少短板和弱项，需要加大农机农艺融合和机械化生产模式探索，以及农机装备研发与试验示范，通过智能化、数字化技术，全面提升农机装备制造水平和生产管理水平。“十四五”及今后农业机械化与农机装备产业发展，要着眼全产业链强化农机装备研发制造和推广应用。

未来可以在小区田间育种规模大的企业、高校及科研院所设立流动服务站，为技术人员提供培训及田间试验承包等新模式的应用服务，进一步发掘潜在的小区育种播种机应用服务市场，建立更新颖、更和谐的供求合作关系，克服小区育种播种机应用领域窄，每年利用时间短等缺陷，推动小区育种播种机械化健康发展。