玉米机械化生产现状与发展趋势

玉米机械化生产现状与发展趋势

内容提要

一、我国玉米产业现状

二、玉米机械化生产现状

三、机械化生产技术发展趋势

一、我国玉米产业现状

玉米的地位和作用：粮、经、饲兼用

肉、蛋、奶主要饲料来源

玉米消费途径占比

我国玉米产业成效：（近10年）

1.2010年首次超过水稻总产，成为我国第一大粮食作物；

2.面积由2010年的5.3亿亩增至2015年6.75亿亩，2020年降至6.2亿亩；

3.单产由360公斤/亩增至421公斤/亩，亩产增幅61公斤；

年我国玉米播种面积数据表千公顷

2010-2019(2010-2019年我国各省市玉米产量数据表(万吨)

)

时间玉米播种面积时间玉米产量

2010年34976.732010年19075.18

2011年36766.522011年21131.6

2012年39109.232012年22955.9

2013年41299.212013年24845.32

2014年42996.812014年24976.44

2015年44968.392015年26499.22

2016年44177.612016年26361.31

2017年423992017年25907.07

2018年42130.052018年25717.39

2019年41284.062019年26077.89

2020年412642020年26067

数据来源：国家统计局

美国玉米产业

收获时籽粒含水率：平均在15.7-17.5%左右

美国单产：736kg/亩

美国播种至成

4、5月条件有利于及时播种大范围的降水灌浆后期温暖干燥，促进及时收获

熟即全生育期

110-120d，但

从成熟到收获

还有近1个月的

脱水时间。

有利于作物生长的天气条件有利于授粉和作物发育较低含水率的收获

中外玉米生产形势对比

欧美：美国、巴西、阿根廷亚洲：中国

一年一熟一年一熟或一年两熟（多熟）

优势是生产机械化和规模化，美国家我国户均生产规模不足100亩，集约

庭农场规模6千亩左右化程度低，机械化程度低

生产成本和价格低、质量优而稳定，劳动效率低，生产成本高，收获时

籽粒外观好，成熟度好，容重高，大含水率高，品质差、专用率低，工

小均匀，工业出粉率在70%业出粉率低

中美生产技术差异对比

美国：中国：

重视推广矮秆、早熟、耐密、适现有品种品质不优、类型不专、

宜机械的品种品种抗逆弱，适宜机械化相对缺乏

重视秸秆还田、增施有机肥和新

土壤耕作、播种、肥水药利用、

型控释肥料，保育合理耕层地力

病害草防控、收获技术等与品

重视依靠生物控害技术提高病虫种缺乏配套性

管理

草害治理水平

农机农艺技术系统集成性、标

重视发展以机械化为核心的精量

准化率低

播种、施肥、籽粒直收技术机械化

生产成本高

人工亩成本，中国2007年150元增加到2016年的458元，美国

33元基本没有变化。

生产成本机械费用土地成本

国别劳动力占成本比例（%）

（元/公斤）（元/公斤）（元/公斤）

中国2.0450.170.4

美国1.424.20.210.31

巴西1.164.40.210.13

Ø依靠机械化实现人力成本的降低

Ø优化机器系统，提升机械化内涵与质量，形成全程全面、优质高效的机

械化生产体系

二、玉米机械化生产现状

（一）机械化成就与问题

（二）机械化生产技术现状

1、机械化耕整地技术

2、机械化播种技术

3、机械化田间管理技术

4、机械化收获技术

二、玉米机械化生产现状

（一）机械化成就与问题

农机装备总量持续增加，结构逐渐优化。2020年全国农机总动力达到

10.56亿千瓦，装备结构加快向大马力、多功能、高性能方向发展。

农机作业水平大幅提高。2020年全国农作物耕种收综合机械化率达到

71.25%，玉米机械化水平超过90%，小麦基本实现全程机械化。

农机装备制造业快速发展。2016年农机工业总产值达到4516亿元，规模

以上企业2300多家，跃居世界农机制造和使用大国。

但是，与实施乡村振兴战略的总体要求相比，与发达国家农机制造和应

用水平相比，我国农机化发展不平衡，薄弱环节多，制约了农业全程全面机

械化发展；部分关键核心技术受制于人，装备制造业大而不强；装备智能化

水平不高，农业高质绿色发展支撑不足。

二、玉米机械化生产现状

（一）机械化成就与问题

（1）生产机械化水平低，有短板全国主要粮食作物机械化程度

农作物机耕水平机播水平机收水平耕种收综合机械化水平

综合80.4352.0853.4063.82

小麦97.0687.5495.2393.66

水稻98.9442.2686.2178.12

玉米97.7788.8177.3288.95

马铃薯62.6625.1624.5039.96

大豆97.3388.7375.8588.31

油菜78.5622.0129.3946.85

花生74.0241.8730.1651.22

棉花91.9081.3518.8166.81

（一）机械化成就与问题

（2）“老三样”发展较快（3）“新三样”更需要加强

玉米机械化发展速度较快，到2019年，

玉米机械化综合率已达到，其中机

88.95%主要粮食作物不同环节机械化程度差异

耕97.77%、机播88.81%，机收77.32%。

新三样（秸秆综合利用、粮食作物

2020年，籽粒收获超过2000万亩

烘干、高效植保）亟需加强

（一）机械化生产技术现状

1.机械化耕整地技术

2019年，机耕率97.77%

用小拖替代耕牛

长期小拖+浅旋耕作反复压实

1.机械化耕整地技术

我国耕地存在的问题：

“浅、实、少”

耕深明显变浅。全国平均耕深为犁底层加厚并逐年向上发展

16.5cm，其中东北地区仅15.1cm，远东北黄淮海西南黑龙江垦区新疆中国美国

0

低于22cm的基本要求，与美国的

10

35cm相差甚远。15.1

17.216.5

2018.220.0

土壤严重板结。作物根系生长

3028.9

发育的适宜容重是～3。而

1.11.3g/cm35.0

耕40

全国平均耕层土壤容重达3。层

1.38g/cm深

度50

（

厘

米

）

1.机械化耕整地技术

我国耕地存在的问题：土壤团粒结构不合理

不合理的耕作及灌溉、化肥的大量施用、有机肥缺乏，加

剧了土壤团粒结构的破坏，致使土壤板结、粉化越来越严重，

直接影响到土壤的自然活力和自我调节能力

土壤粉化、板结

1.机械化耕整地技术

我国耕地存在的问题：土壤有机质含量降低

不施有机肥，秸秆还田少，土壤有机质长期得不到补充。

再加上化学氮肥超量施用，加剧了土壤碳的耗竭。致土壤有

机质含量严重不足。

高产稳产农田土壤

(玉米产量:17-20吨/公顷)

土壤有机质含量：

1%VS4(C%assman&Dobermann)

1.机械化耕整地技术

国外可供借鉴的经验：作物轮作制

玉米+大豆轮作种—养结合

1.机械化耕整地技术

国外可供借鉴的经验：种+养结合

施有机肥

每3年轮施一次农家肥

每年秋季地温低于4℃时施用

1.机械化耕整地技术

国外可供借鉴的经验：

有机肥+秸秆还田

培肥地力

研究表明：土壤有机质每提高一

个百分点，增产幅度5-10%左右。

高产稳产农田土壤

(玉米产量:17-20吨/公顷)

土壤有机质含量：

4~6%VS1%(Cassman&Dobermann)

1.机械化耕整地技术

美国深松，松耙结合秸秆还田耕作模式

国外可供借鉴的经验—+

国

外

耕

整

地

机

械

1.机械化耕整地技术

耕作机械向多元化发展

国外可供借鉴的经验

垂直耕作传统耕作深松耙茬联合整地机

垂直耕作增产：73.5kg/亩垂直涡轮圆盘耙

1.机械化耕整地技术

地力提升技术途径

要使深松改土技术发挥最大生产效益，必须结合我国土壤类型和农

作物种植制度+轮耕，分区研究、分类施策，深入研究更具针对性的土壤

合理耕层构建技术指标、技术模式和相关配套技术，建立不同区域主要

土壤类型合理耕层构建技术指标，并形成相应的简化技术模式进行推广。

手段、装备和实施方案

深松：深度、时机、频次

灌溉：方式、定额、频次

轮耕：模式

秸秆:处理方式、还田量

基于前期工作，更科学的方法、更合理的手段来构建耕层

1.机械化耕整地技术

不同耕作方式的组合轮耕综合技术措施——

秸秆还田+松+耙+旋+翻+免

松、耙、耕、免相结合，适应高密度栽培、秸秆还田需求

1.机械化耕整地技术

藏粮于地

最终效果——

作物根系发达、

健康生长

2.机械化精量播种技术

种与种2019年

单产

播种面积总产量机耕率机播率机收率

区域（公斤公

（千公顷）万吨/

()顷）（%）（%）（%）

全国平均4126426067631797.7788.8177.32

数据来源：国家统计局。

u2019年，我国机播率超过88%，但以小型机械式播种为主，真正单

粒精播率还远低于发达国家水平，也与我国现代农业、绿色农业发展

需求相差甚远。

种与种——

种与管——3:7与7:3

2.机械化精量播种技术

玉米种子质量

制约我国玉米机械化播种和收获生产水平提升的主要因素之一

跨国公司：

—出售前需要经过严格的质量检验，发芽率在95％以上，原种纯度达到

99.8％，杂交种纯度在98％以上，无杂质，检验结果和有关信息印在包装物

上。包衣、分级处理。

—发芽率在85％，净度、纯度不能满足单粒精量播种需求。

种子质量直接影响精量播种技术的实施与推广

2.机械化精量播种技术

影响精量播种质量的关键因素

播种质量单粒率株距一致性出苗一致性

播种效果

Ø播深

Ø排种器Ø单体跳动

Ø水份

影响因素Ø传动系统跳动

Ø氧气

与打滑

Ø温度

Ø种子输送

Ø地表条件

Ø种子释放

Ø地表残留物体

2.机械化精量播种技术

单粒率：排种器玉米播种机核心技术部件

将种子由群体分化为单独个体

适宜作业速度：

3~5km/h6~8km/h8~10km/h

2.机械化精量播种技术

单粒率：排种器

（1）机械式排种器结构简单；

单粒性较差；

作业速度低。

2.机械化精量播种技术

单粒率：排种器

（2）指夹式排种器FingerType

2.机械化精量播种技术

单粒率：排种器

（3）气吸式排种器

播种单粒性好，精度高；

结构复杂，成本高；

工作压力大：5~6Kpa；

要求种子分级；

地头易漏播，不适宜小地块。

2.机械化精量播种技术

单粒率：排种器

（3）气吸式排种器

工作速度16km/h，合格率98%以上

2017年，播种世界纪录：24小时，16行播种机作业7530.75亩，作业

速度20-22km/h，重播0.35%，漏播1.21%，合格98.4%，株距变异系数

24.3%，播深精确度：±0.5cm

2.机械化精量播种技术

株距均匀性：单体振动

由地表的起伏不平导致

液压或者弹簧调节，保证与地面的接触

2.机械化精量播种技术

株距均匀性：驱动系统跳动

地轮驱动

地轮打滑传动装置易振动

2.机械化精量播种技术

株距均匀性：种子运移

2.机械化精量播种技术

出苗一致性：播深一致

同位仿形

开沟

清秸覆土镇压

播种

双圆盘开沟器同位仿形轮

2.机械化精量播种技术

出苗一致性：播深一致、种-土接触适宜

下压力过小意味着播深下压力过大导致根部土

800N左右为好不一致，出苗不整齐壤压实，阻碍根系生长

2.机械化精量播种技术

出苗一致性：合理的种床条件

水份、氧气、温度、地表条件、地表残留物

Manufacturer:JohnDeere,CNH,Agco,GreatPlains,Monosen,Kinze,Kuhn,etc

2.机械化精量播种技术

国内多数机型——

无单体仿形,播种深度不一致，出苗不

整齐

2.机械化精量播种技术

国内多数机型——

无单体仿形

2.机械化精量播种技术

前茬作物影响播种方式

旋耕后播种

贴播

茬种

免机

免耕直播

耕易

直堵

播塞

2.机械化精量播种技术

前茬作物影响东华北春玉米区

精量播种遇到的最大问题——

秸秆处理问题

•秸秆量大

•垄沟内的秸秆不易处理

•气候寒冷，秸秆不易腐烂

•春季播种时，影响播种质量

以往采用秸秆焚烧或离田的方式解决问题

2.机械化精量播种技术

国外机具不适应——生产条件独特

2.机械化精量播种技术

目前农机农艺融合存在的问题与对策

黄淮地区小麦和玉米茬口衔接的问题

解决方案：上下茬通盘考量

60cm60cm60cm

15cm15cm

北斗导航与自动驾驶

2.机械化精量播种技术

目前农机农艺融合存在的问题与对策

东华北春玉米区

3.机械化田间管理技术

国外高地隙、液压升降底盘

3.机械化田间管理技术

宽幅、智能化程度高

最高作业速度可达30km/h，最大作业幅宽42m

3.机械化田间管理技术

植保机械化装备

•高地隙喷药

•航化技术等

3.机械化田间管理技术

施肥

“肥、水、药”

肥：高地隙施肥

Highclearancedesignallowssidedress

applicationstobemadeexactlywhenthe

cropisneedingit,limitingthelossand

reducingtheamountneedtoapply.The

designoftheNTBallowsthebartofloatand

followthecontouroftheground,making

surenitrogengoesexactlywhereitwanted.

3.机械化田间管理技术

国外苗期追肥—液态肥

3.机械化田间管理技术

我国田间管理机械

“

一

炮

轰”

问

题

3.机械化田间管理技术

对策与措施

实施“一控两减”措施

•水肥一体化技术

•缓控施肥技术

•有效减少面源污染

3.机械化田间管理技术

浅埋滴灌

在不覆地膜的前提下，将滴灌带埋设于两行中间，覆土深度为2-4cm。

玉米浅埋滴灌即可以实现水肥一体化，又能实现减膜增效的目的

3.机械化田间管理技术

行间除草机械

3.机械化田间管理技术

行间/苗间除草机械

行

间

除

草

机

构

苗间除草机构

3.机械化田间管理技术

带识别系统的苗间除草机械

照明摄像机苗间除草铲

行间除草铲

4.机械化收获技术

面向需求：收获模式多样

收获作业要求多样性：

1、玉米割晒+人工摘穗+秸秆处理模式

2、人工果穗收获＋秸秆机械化粉碎还田模式

3、机械摘穗＋秸秆粉碎还田联合收获模式

4、穗茎兼收模式

5、玉米青贮模式

6、脱粒收获模式

4.机械化收获技术

面向需求：收获对象的变化

籽实-青饲-秸秆-穗轴-苞叶

全幅链式割台

锥形螺旋不分行窄行距割台

Taperedscrew,Narrowrow-Full-widthchain-

non-row-alignmentspacingcornheadtypecornhead

禾星轮不分行背负配多种割台

剥皮/脱粒

Spikereel,non-Knapsacktype,attached

Peeling/threshing

row-alignmentwithdifferentcornheads

饲

料

乙粮

醇食

AsForagefightwithasfuel

不分行割台4/5/6/8/9/12行对行割台

Non-row-alignmentcornhead4/5/6/8/9/12rowIn-rowcornhead

4.机械化收获技术

我国粒用玉米收获机发展

玉米收获过程的机械化对于解决目前农村劳动力缺乏、改善作业条件，

争抢农时、提高作业效率十分重要。玉米收获机械化在玉米生产全过程作业

机械化中占举足轻重的地位。

果穗集秸秆粉

摘穗剥皮

箱碎还田

黄淮海夏

卧式摘穗辊摘穗机构

玉米产区后期秸秆粉碎还田

锤爪式/Y型甩刀式粉碎机构

果穗集秸秆粉

摘穗剥皮

箱碎还田

北方春玉摘穗板与拉茎辊式摘穗机构后期秸秆粉碎还田

米产区锤爪式/Y型甩刀式粉碎机构

直接脱秸秆粉

摘穗剥皮

粒碎还田

4.机械化收获技术

玉米联合收获工作原理

果穗集箱剥皮

秸秆还田割台

一次完成摘穗、剥皮、果穗集箱、秸秆还田作业

4.机械化收获技术

穗茎兼收型玉米收获机具有切断、收集、喂入、切断、抛送功能

一次完成摘穗、剥皮、果穗集箱、秸秆粉碎收集作业

4.机械化收获技术

机收技术路径：

摘穗

籽粒直收发展迅速2020年籽粒机收面积超过2000万亩

(目前同步发展）

4.机械化收获技术

美国机收发展路径及对中国的借鉴

Ø1880年——第一个玉米摘穗机专利

Ø1909年——商业上的玉米摘穗机

Ø1928年——牵引式摘穗型收获机

Ø1929年——悬挂式摘穗型收获机

Ø1946年——自走型摘穗收获机

Ø1954年——联合收获机配置玉米割台开始应用（60年代迅速增加）

Ø1958年——摘穗型收获机配置脱粒装置（摘穗脱粒机，最高出现

于30年代，随着合适的籽粒玉米干燥设备的出现及育种发展，

50年代开始采用）

Ø1970年——70%左右通过联合收获机加装玉米割台实现籽粒收获

Ø1977年——国际收获机械公司研发成功纵轴流式联合收获机

Ø1980年——全面实现玉米籽粒收获

4.机械化收获技术

国外直接脱粒收获

4.机械化收获技术

国外地头烘干与贮藏

4.机械化收获技术

机收面临的几个主要问题

“种、种、机”

宜机宜机优质

品种种植模式作业机械

籽粒破碎总损失率籽粒含杂

4.机械化收获技术

适宜籽粒收获的水分含量

Principleoffarmmachinery，加州大学

davis分校，R.A.Kepner

4.机械化收获技术

生育期偏长、籽粒含水率偏高

目前我国各地玉米收获时，籽粒含水率均在30%以上

籽粒收获时，破碎率无法满足≤5%的要求

4.机械化收获技术

栽培模式多样，种植行距不一（行距有

种植模式多样性问题30cm,40cm,50cm,55cm,60cm，65cm,

70cm,90cm），不利于机械化作业，尤其

是机械化收获。

种植：种植方式要规范

—提高机具作业效率

—降低落穗损失的核心

40+160cm65cm等行距40+90cm

4.机械化收获技术

国外经验：规模化生产，标准化种植

平作、行距一致

美国：76cm行距(个别90cm）

澳大利亚：90cm行距

欧洲：75cm行距（25cm的倍数）

4.机械化收获技术

玉米属宽行作物，需要对行收获

•站秆摘穗；

•完成果穗的摘除和收集；

•一次收获3-30行；

•收获行距与种植行距相适应；

•目前以纵卧式割台为主；

•国外以拉茎辊与摘穗板形式割台为主；

•国内摘穗辊式和拉茎辊与摘穗板形式割

台并存；

割台处产生的落穗损失

占据总损失的70-80%

4.机械化收获技术

不同形式的收获机：不对行收获

行距的不统

一对机械化收获

而言，不仅增大

了作业难度，降

低机器生产效率，

而且增大了收获

损失率。

当前条件下，提高我国机械化收获作业水平

见效最快的措施应该是种植行距的一致性。

4.机械化收获技术

不对行收获：稻麦收获机改装

4.机械化收获技术

割台摘穗智能控制技术

TrueSight自动寻行系统利用机械感应棒检测秸秆，与转向装置集成，结合GPS，引导

联合收获机沿行前进，对玉米植株进行对行收获，同时在夜间作业能够保持与白天

一样的作业速度，提高作业效率。降低植株推倒和落穗损失。

高Headsight™自动头

度部高度传感器提供

传

更灵敏的响应实现

感

器割台高度控制。

国内外具有代表性的联合收获机与脱粒装置

4.机械化收获技术

采用单纵轴流脱粒分离装置，脱粒滚

筒前端设计为过渡锥形与螺旋叶片组

合系统，增大了喂入能力，确保了物

料流平稳的加速，具有流动性好，谷

物损伤小等优点

CASE9240型玉米联合收获机与单纵轴流脱粒分离装置

采用“子弹头式”单纵轴流脱粒分离

装置。脱粒分离室的直径逐级加大，

不仅提高了玉米籽粒的脱粒分离能力，

而且减少了功率消耗

JohnDeereS690型玉米联合收获机与“子弹头式”脱粒分离装置

双纵轴流脱粒分离装置，滚筒相向旋

转，脱出混合物料经过凹板分离后呈

现出对称分布，提高清选装置中分离

面积的利用率，充分发挥清选装置的

4YZ-6E518型玉米联合收获机与双纵轴流脱粒分离滚筒能力

国内外具有代表性的联合收获机与脱粒装置

4.机械化收获技术

采用切流脱粒装置,脱粒装置在

作物潮湿、物料流喂入不均匀以

及低转速条件下能够保持良好的

脱粒效果

NewHollandCX8070型玉米联合收获机与切流脱粒装置

采用切流与双纵轴流组合型脱粒分

离装置，切流滚筒对作物具有预脱

粒与分离功能，双纵轴流脱粒滚筒

大大地提高了谷物的脱净率与分离

效率。

CLASSLexion760型玉米联合收获机与切双纵轴流脱粒分离装置

黄淮海地区应用最为广泛的小麦玉

米一体化收获装备。

“切流+横轴流”脱粒装置自走式玉米收获机

4.机械化收获技术

通用化

纵轴流——玉米收获发展方向

4.机械化收获技术

通用化

Std.drum&smallgrain

sectionalconcave

Std.drum&Stdmaize

切流脱粒sectionalconcave

分离

Universaldrum&rice

sectionalconcave

4.机械化收获技术

机：“籽粒直收机技术”问题

一些稻麦机改装成的籽粒收获机，破碎率偏高，超过10%！

4.机械化收获技术

收获后干燥问题

4.机械化收获技术

收获后干燥问题

目前及今后一个时期，籽粒直收技术所面临的主要问题

①标准制定

②区域特性

③适宜品种

④适宜机型

⑤烘干技术

⑥核心技术

⑦机手培训

⑧政府推进

⑨……

4.机械化收获技术

黄淮海区域

筛选了部分适宜籽粒收获的品种

但籽粒收获依然任重而道远

在今后一段时期内，依然以3-4行摘穗收获为主

收获机不粉碎秸秆，之后专项粉碎作业效果更佳

规模化经营主体，应该注意果穗霉变问题

4.机械化收获技术

东华北区域

农场、规模化合作社：

筛选了部分适宜籽粒收获的品种

矮——早——密

●耐密、后期秸秆坚挺、抗倒伏

●中早熟、硬粒型品种

●后期籽粒脱水快、苞叶疏松

●结穗高度一致

良种良法良机

（一）机械化成就与问题

高效高产

高效可持

藏粮于地藏粮于技

续发展

耕地质量改良品种、栽培、

地力培肥机械、管理等

各生产要素

耕、种、管、收、

土壤耕作的最佳配置

烘干、秸秆还田

与利用

高效优质机械化作业

全程全面、优质高效的机械化装备体系

三、机械化生产技术发展趋势

玉米播种：向精准、变量、智能化方向发展

土壤信息往年产量信息天气信息播种决策系统播种处方图

数据图层1

数据图层2

数据图层3

播种量1变量播种技术+GPS技术+GIS

技术，实现按土壤肥力、产量

信息进行精准变量播种，从而

有效利用土地资源、节约良种、

播种量2播种量3

挖掘产量潜力。

转弯变量播种变量播种

三、机械化生产技术发展趋势

玉米播种：向精准、变量、智能化方向发展

感知土壤的有机质含量、温度和湿度、犁沟中的残留物，以用于随时调整播种状态

三、机械化生产技术发展趋势

机械化田间管理技术—精准、变量、智能

精准施药技术

u精准施药技术：基于作物生长、病虫害状

况监测多传感器融合技术，按需调节药量

和雾滴大小，实现精准变量喷药；

u变量施肥技术：根据田块的不同要求和作

物生长监测，实时调整施肥量，按需施用

不同配方及不同数量的混合肥；

变量施肥技术u作业参数可调，作业过程可控、可视。

三、机械化生产技术发展趋势

机械化收获技术—高效、大割幅、大喂入量、智能

u最大功率580kW

u最大玉米收获机的收割行数30行

u自动调整工作参数

u自动对中、精确导航

u产量自动测定

机械化收获技术—高效、大割幅、大喂入量、智能

参数智能获取技术

l产量信息

l籽粒破碎

l损失

l水份信息

l作业参数信息

机械化收获技术—高效、大割幅、大喂入量、智能

智能收获技术脱粒智能化技术

基于作物种类的凹板间隙自动调节系统基于作物成熟度和喂入量的凹板间隙自动调节系统

美国JonnDeere型联合收获机美国NewHolland型联合收获机