青苡任，車　剛，萬　霖，張燕梁，青月光

(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 工程學(xué)院，黑龍江 大慶　163319;2.浙江柳林農(nóng)業(yè)機(jī)械股份有限公司，浙江 臺(tái)州　318000)

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我國(guó)旱作地區(qū)坐水播種機(jī)械的研究

青苡任1，車剛1，萬霖1，張燕梁1，青月光2

(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 工程學(xué)院，黑龍江 大慶163319;2.浙江柳林農(nóng)業(yè)機(jī)械股份有限公司，浙江 臺(tái)州318000)

摘要：坐水播種機(jī)械是我國(guó)典型的行走式節(jié)水灌溉機(jī)具，適用于我國(guó)北方干旱、半干旱地區(qū)抗旱播種，抗旱增產(chǎn)效果明顯。為此，介紹了機(jī)械化坐水播種技術(shù)的原理、產(chǎn)生及發(fā)展，分析了我國(guó)坐水播種機(jī)械的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀，探討了我國(guó)穴灌坐水播種的主要機(jī)型及技術(shù)特點(diǎn)。同時(shí)，針對(duì)目前穴灌坐水播種機(jī)存在的問題，提出了我國(guó)坐水播種機(jī)械的發(fā)展研究方向。

關(guān)鍵詞：播種機(jī)；坐水播種；旱作區(qū)

0引言

我國(guó)水資源短缺，北方干旱、半干旱地區(qū)春旱嚴(yán)重，耕層土壤含水率低，土壤水分蒸發(fā)嚴(yán)重，種子難以發(fā)芽出苗，嚴(yán)重制約著我國(guó)糧食生產(chǎn)與發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來全國(guó)每年平均受旱面積達(dá)0.2 億hm2以上，糧食減產(chǎn)數(shù)百億千克。我國(guó)農(nóng)田灌溉水利用率卻很低,僅為30%～40%，而先進(jìn)的灌水技術(shù)投入資金龐大，不適用于我國(guó)現(xiàn)有國(guó)情[1-3]。坐水播種技術(shù)是我國(guó)農(nóng)民長(zhǎng)期實(shí)踐中探索出的一種有效抵御春旱的措施，其補(bǔ)灌增墑的方法有效解決了春旱播種的問題，節(jié)水效益十分明顯，提高了農(nóng)業(yè)灌水的利用率。坐水播種機(jī)械在我國(guó)干旱、半干旱地區(qū)的廣泛應(yīng)用，有效緩解了我國(guó)水資源短缺的危機(jī)，對(duì)我國(guó)發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)意義重大。

1機(jī)械化坐水播種技術(shù)

1.1機(jī)械化坐水播種技術(shù)的產(chǎn)生

坐水播種是一種局部有限灌溉方法，指在播種的同時(shí), 將適量水灌入種溝或種穴里, 使種子周圍形成濕土團(tuán)，為種子提供充足的水分和養(yǎng)料，以確保種子的正常發(fā)芽與出苗，達(dá)到抗旱保苗的效果[4]。

坐水播種技術(shù)是一項(xiàng)具有中國(guó)特色的抗旱保苗技術(shù)，目前國(guó)外尚未有研究。我國(guó)人工坐水種技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)50年代，60年代應(yīng)用于旱作地區(qū)玉米種植，80年代應(yīng)用于小麥、高粱生產(chǎn)中[5]，2000年后開始應(yīng)用于黑龍江省西部向日葵的種植。人工坐水播種勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低，常常出現(xiàn)延誤農(nóng)時(shí)的狀況，無法滿足生產(chǎn)要求。為提高工作效率，20世紀(jì)60年代后在國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的扶持下，開始了對(duì)機(jī)械化坐水播種技術(shù)的研究。機(jī)械化坐水播種技術(shù)是指利用機(jī)具一次性完成開溝、注水、播種、施肥、覆土等多道工序，省時(shí)省力，操作簡(jiǎn)單，工作效率高，節(jié)水增產(chǎn)效果明顯，適用于應(yīng)用推廣。

1.2機(jī)械化坐水播種技術(shù)的適用地區(qū)

我國(guó)旱作地區(qū)遍布全國(guó)，主要包括黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古、河北、陜北和甘肅等北方地區(qū)。其中，黑龍江省旱耕地面積333.3萬hm2余，多分布在齊齊哈爾市所屬各縣、綏化地區(qū)中南部、原松花江地區(qū)部分縣以及大慶市等地區(qū)[6]。這些地區(qū)年降水量平均250～450mm，且春旱嚴(yán)重，播種時(shí)正值干旱少雨，影響農(nóng)作物的適時(shí)播種，若延遲播種或干旱播種易造成農(nóng)作物減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示:2008年我國(guó)北方地區(qū)發(fā)生了近年來最嚴(yán)重的春旱，全年累計(jì)受旱面積達(dá)0.24億hm2，農(nóng)作物受災(zāi)面積 0.12億hm2；2009年5月，黑龍江大部分地區(qū)和內(nèi)蒙古東部降水量比以往同期降水減少了8成，兩省區(qū)耕地受旱面積達(dá)0.1億hm2，且氣溫比往年顯著偏高，旱情加重[7-8]，嚴(yán)重影響了作物播種。

以上干旱地區(qū)，若采用坐水灌的辦法，可保證適時(shí)春播，保苗25～30天至6月份出現(xiàn)的接墑?dòng)?，可保證作物產(chǎn)量。吉林省西部、內(nèi)蒙古赤峰地區(qū)為抗旱增產(chǎn)，已長(zhǎng)年推廣機(jī)械化抗旱坐水播種技術(shù)。吉林省西部1960-1990年間使用坐水播種技術(shù)已累計(jì)玉米總增產(chǎn)總量達(dá)80億kg[9]；黑龍江省從1995年至今已累計(jì)生產(chǎn)各種型號(hào)的坐水點(diǎn)播機(jī)5 000臺(tái)套多[10],節(jié)水點(diǎn)灌面積已達(dá)133.3萬hm2余。機(jī)械化坐水播種技術(shù)在以上干旱半干旱地區(qū)的廣泛應(yīng)用可為我國(guó)糧食生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)豐產(chǎn)打下基礎(chǔ)。

1.3相關(guān)理論的發(fā)展

1995年前，坐水播種機(jī)械相關(guān)的灌溉參數(shù)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍停留在經(jīng)驗(yàn)估計(jì)之上。1995年，李嵐清副總理在對(duì)西北地區(qū)實(shí)地考察后，提出了研制行走式節(jié)水灌溉機(jī)具的創(chuàng)意。此后，在國(guó)家科研資金的引導(dǎo)下，包括南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、西北農(nóng)林科技大學(xué)、沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)等在內(nèi)的科研院所對(duì)機(jī)械化坐水播種技術(shù)開始了較為深入的理論研究。其中,主要包括對(duì)坐水播種土壤水分入滲過程與規(guī)律的研究、對(duì)影響土壤水分入滲的因素的分析、對(duì)灌溉水入滲的數(shù)學(xué)模型的建立[11-12]，及對(duì)條灌坐水播種施水量的估算公式的總結(jié)[13]。至此階段，坐水播種技術(shù)開始進(jìn)入了理論研究狀態(tài)。“十五”期間，在國(guó)家“863”農(nóng)業(yè)節(jié)水重大專項(xiàng)的支持下，各科研院校開始了對(duì)穴灌坐水播種技術(shù)更為深入的研究。為實(shí)現(xiàn)每穴精量施水，達(dá)到最優(yōu)的節(jié)水效果，沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)對(duì)坐水播種土壤臨界含水量與穴灌水量的大小/西北農(nóng)林科技大學(xué)對(duì)灌水入滲與土壤松耕方法進(jìn)行了進(jìn)一步的試驗(yàn)與研究。以上理論技術(shù)的研究為我國(guó)坐水播種機(jī)械的研究與設(shè)計(jì)提供了有力的技術(shù)支持與指導(dǎo)作用。

2我國(guó)坐水播種機(jī)械的研究概況

坐水播種機(jī)械是我國(guó)典型的行走式節(jié)水灌溉機(jī)具。1995年以后，我國(guó)全國(guó)范圍內(nèi)先后出現(xiàn)多種坐水播種機(jī)型，其按灌水方式的不同主要分為條灌坐水播種機(jī)與穴灌坐水播種機(jī)。

2.1條灌坐水播種機(jī)

自1995年以來全國(guó)范圍內(nèi)已研制出了數(shù)十種條灌坐水播種機(jī),主要機(jī)型包括適用于不同作物/不同區(qū)域及種植模式下的條播條灌播種機(jī)、穴(點(diǎn))播條灌播種機(jī)、條灌覆膜播種機(jī)及播種灌水機(jī)[14]等。具有代表性且在北方部分地區(qū)已推廣應(yīng)用的主要機(jī)型包括：①中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的2BSL-1型壟作施水播種機(jī)[15]，適用于壟作玉米，單行播種，采用鼠道式開溝施水器暗溝坐水，施水量15～60t/ hm2，作業(yè)效率0.27～0.4 hm2/h。②遼寧省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研制的2BQMS-2型坐水免耕氣吸播種機(jī)[16]，適用于旱作地區(qū)玉米、花生、大豆等作物的抗旱播種，采用暗溝坐水，可在殘茬覆蓋地表較好地進(jìn)行播種作業(yè)。③中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的2BGM-2覆膜施水播種機(jī)[17],配套動(dòng)力為8.8～1kW小四輪拖拉機(jī),用于玉米、高粱、豆類、棉花、向日葵等穴播作物的坐水播種,一次作業(yè)可完成開溝、施水、施肥、播種、覆土及覆膜作業(yè)。④黑龍江省水利科學(xué)研究院研制的2BFS-1和-2型暗式注水精量點(diǎn)播機(jī)[18]等。以上坐水播種機(jī)械在我國(guó)干旱地區(qū)已實(shí)現(xiàn)了一定程度的推廣應(yīng)用。

2.2穴灌坐水播種機(jī)

穴灌坐水播種機(jī)可實(shí)現(xiàn)間歇穴施水，相比條灌坐水播種節(jié)水最高可達(dá)20倍左右，且減少機(jī)組運(yùn)水與補(bǔ)水次數(shù)，減輕了機(jī)組對(duì)土壤的壓實(shí)，有效提高了作業(yè)效率與節(jié)水效果。實(shí)現(xiàn)機(jī)械化穴灌坐水播種技術(shù)能真正意義上發(fā)揮坐水播種節(jié)水、高效的優(yōu)點(diǎn)，近年來在我國(guó)已得到一定程度的研究。

2.2.1技術(shù)要點(diǎn)

1)按需穴灌水。穴灌水量受土壤底墑、土壤土質(zhì)、蒸發(fā)強(qiáng)度、氣候等因素的影響而不同，需根據(jù)實(shí)際情況綜合分析來確定，是一個(gè)不確定值。施水量過多時(shí)不僅造成水資源浪費(fèi)，而且增加作業(yè)成本、降低作業(yè)速度；施水過少，難以達(dá)到抗旱保苗的目的，還易造成種子飄移或種子缺氧，影響作物產(chǎn)量。因此，灌水量應(yīng)大于等于保證種子發(fā)芽、生長(zhǎng)的最低施水量，穴灌水量不易過多也不能太少。

黑龍江省氣象科學(xué)研究所[19]對(duì)黑龍江省代表地區(qū)不同質(zhì)地土壤適宜玉米出苗及生長(zhǎng)的土壤相對(duì)含水量進(jìn)行試驗(yàn)，得出適宜玉米出苗及形成壯苗的土壤相對(duì)濕度為：粘土土壤75%、壤土土壤70%、砂土土壤65%。

土壤相對(duì)含水量公式為

其中，R為土壤相對(duì)濕度(%)；ω為土壤重量含水量(%)；λ為土壤田間持水量(%)。

進(jìn)行穴灌施水作業(yè)時(shí)，水分集中在種穴內(nèi)，施水公式可由條灌施水公式修訂而來[20]，穴施水量的計(jì)算公式為

QX=106Δwρa(bǔ)bc

(1)

式中QX—計(jì)劃穴施水量(mL/穴)；

Δw—施水前后土壤含水量增量(%)；

ρ—土壤的容重(g/cm3)；

d—土壤濕潤(rùn)區(qū)(濕土塊)橫向尺寸均值(m)；

b—土壤濕潤(rùn)區(qū)(濕土塊)高(m)。

通過以上計(jì)算公式，根據(jù)適宜玉米發(fā)芽的土壤相對(duì)含水量及穴灌施水范圍，可計(jì)算出穴灌施水時(shí)的每穴施水量。合理穴灌水量的確定對(duì)穴灌坐水播種機(jī)的施水部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。

2)種水同位。穴灌施水時(shí)土壤濕潤(rùn)范圍應(yīng)為長(zhǎng)軸與機(jī)組前進(jìn)方向一致的橢圓區(qū)域，穴施半徑大小為40～50mm最為適宜。種水同位要求穴灌坐水播種時(shí)補(bǔ)灌水應(yīng)盡量集中在種子周圍，水平面上種子距理論濕潤(rùn)中心2cm以內(nèi)，垂直方向水分聚集在種子下方，以便充分利用水資源，提高抗旱保苗的效果。

2.2.2技術(shù)現(xiàn)狀

穴灌坐水播種機(jī)可最大程度節(jié)水，目前機(jī)型較少，仍處于發(fā)展與試驗(yàn)階段，還未推廣開來，按間歇施水控制系統(tǒng)原理的不同分為機(jī)械控制式和智能控制式。

1)機(jī)械控制式機(jī)型。主要機(jī)型有南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研制的地輪泵水路型坐水播種機(jī)[19]，如圖1所示。該機(jī)作業(yè)過程為打穴-種、水同時(shí)同穴播施-測(cè)深施肥-覆土、鎮(zhèn)壓。采用地輪打穴，地輪泵在強(qiáng)制作用下將定額水?dāng)D出泵腔，與排種輪配合運(yùn)轉(zhuǎn)的凸輪挺桿機(jī)構(gòu)控制噴水—排種口活門開閉系統(tǒng)的開閉，可實(shí)現(xiàn)種水同時(shí)播施。其穴灌水量100mL/穴，作業(yè)行數(shù)4行，作業(yè)速度2.4～3.6km/h，配套動(dòng)力25kW。

圖1　地輪泵式樣機(jī)示意圖

中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的水種同穴同施坐水播種機(jī)[20]，如圖2所示。其主要特點(diǎn)為采用鴨嘴式成穴釘齒打穴，正負(fù)氣壓式排種器，成穴釘齒與位于輪芯內(nèi)側(cè)的取種器數(shù)量相等、位置相對(duì)應(yīng)；通過螺桿泵將壓力水導(dǎo)入輸水管，種水同施同穴，可實(shí)現(xiàn)每穴定量坐水與精量播種；且螺桿泵的出水量和螺桿泵的轉(zhuǎn)速成正比，使得穴灌水量穩(wěn)定，機(jī)器行走可無級(jí)變速。

西北農(nóng)林科技大學(xué)研制的2BSSF-3型淺松間歇施水播種機(jī)[21]，采用與排種輪配合、靠地輪驅(qū)動(dòng)的棘輪控制施水閥開關(guān)與種水同施，以實(shí)現(xiàn)間歇施水與種水同位；通過控制施水時(shí)間來改變穴施水量，機(jī)組前進(jìn)速度快時(shí)施水時(shí)間變短，棘輪輪齒曲率半徑增大時(shí)施水時(shí)間則變長(zhǎng)，反之相反；荊棘輪可根據(jù)實(shí)際情況更換大小。

1.播種系統(tǒng)　2.坐水系統(tǒng)　3.懸掛機(jī)構(gòu)　4.穴播地輪

2)智能控制式機(jī)型。為了解決現(xiàn)有機(jī)械式穴播穴灌播種機(jī)存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、種液難同穴及施水量難控制等問題，各院對(duì)智能式穴灌坐水播種機(jī)進(jìn)行了研究。

同步信號(hào)式種水同位施肥坐水播種機(jī)[22](見圖3)，由南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研制。其采用由接近開關(guān)和裝在排種器轉(zhuǎn)軸的時(shí)間分度輪組成的同步信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生同步脈沖信號(hào)，控制電磁鐵線圈的電流的通斷，時(shí)間分度輪與排種輪相位上相配合；種子下落時(shí)時(shí)間分度輪凸臺(tái)靠近接近開關(guān)，電路發(fā)出電流信號(hào)，打開水閥開始灌水；隨著時(shí)間分度輪的旋轉(zhuǎn)凹臺(tái)接近開關(guān)時(shí)超出感應(yīng)范圍時(shí)切斷電路，停止灌水，由此實(shí)現(xiàn)間歇穴灌水；1次行程完成4行作業(yè)，平均穴灌水量137.75g/穴，施水量會(huì)隨水箱水位降低與機(jī)組行進(jìn)速度變快而相應(yīng)減小，配套動(dòng)力25kW。

圖3　同步信號(hào)型樣機(jī)

為精確實(shí)現(xiàn)種水同位，西北農(nóng)林科技大學(xué)對(duì)坐水播種智能控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究。其采用單片機(jī)為核心控制系統(tǒng)，光電二極管檢測(cè)種子的下落，控制施水開關(guān)電磁閥，實(shí)現(xiàn)種水同施[23]，定時(shí)器不同的定時(shí)時(shí)間可調(diào)節(jié)施水量；研制了變量穴施水穴播機(jī)[24]，先對(duì)農(nóng)田地理信息與水分信息進(jìn)行采集與GPS定位，獲取不同位置的施水量，通過讀取施水決策文件完成變量施水。但上述方法前期位置信息與土壤信息采集工作量較大。為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集土壤濕度信息，寧夏大學(xué)[25]研制設(shè)計(jì)了水分測(cè)試系統(tǒng)，利用六連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)水分傳感器對(duì)土壤水分信息實(shí)時(shí)采集，為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)按需變量施水及種水同時(shí)播施打下了基礎(chǔ)。

3坐水播種機(jī)械存在的問題與不足

3.1條灌坐水播種機(jī)型

條灌坐水播種機(jī)雖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并得到一定的推廣應(yīng)用，但仍存在一些問題。試驗(yàn)研究表明：玉米坐水播種適宜條灌坐水量為45～75m3/hm2[26],而拖拉機(jī)載水過重會(huì)增加對(duì)土壤的壓實(shí)及拖拉機(jī)的行駛穩(wěn)定性，所以一般載水量為0.5m3左右,每公頃進(jìn)行坐水播種補(bǔ)水次數(shù)需達(dá)百余次；若面積較大的土地，機(jī)組載水一次單溝灌溉距離約300m，補(bǔ)水次數(shù)多，且易出現(xiàn)未到地頭而水量不足的現(xiàn)象，增加了補(bǔ)水的復(fù)雜性。目前黑龍江省部分干旱地區(qū)春播時(shí)，一般采用深播種的方式抵抗春旱以保證種子發(fā)芽，玉米播種通常播至7cm以下，并反復(fù)鎮(zhèn)壓將土壤壓實(shí)進(jìn)而保墑。土壤堅(jiān)實(shí)度高雖有效減少土壤水分蒸發(fā)，但影響土壤通氣條件及土壤積溫，從而造成出苗較弱，影響作物產(chǎn)量。廣泛應(yīng)用于條灌坐水播種機(jī)的鼠道式(暗式)施水開溝器雖在施水時(shí)能有效防止灌水的飛濺，但易出現(xiàn)堵土、擁種、擁水的現(xiàn)象。因此，在避免現(xiàn)有機(jī)型諸多問題的基礎(chǔ)上，條灌坐水播種機(jī)械并未最大程度實(shí)現(xiàn)節(jié)水。

3.2定量施水機(jī)型

沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的地輪泵式坐水播種機(jī)與中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的水種同穴同施坐水播種機(jī)，穴灌水由地輪泵或螺桿泵排出，儲(chǔ)存于定容積的泵腔或地輪輪芯凹槽內(nèi)，靠輪泵壓力或水流重力排出。其雖有效解決了穴灌坐水量隨機(jī)組行走速度而變化的問題，但穴灌水量為固定值，無法因?qū)嶋H情況而調(diào)節(jié)；且作業(yè)流程均為打穴—種水同施—覆土、鎮(zhèn)壓。雖打穴式相比開溝式對(duì)土壤擾動(dòng)小，更有利于保墑；但機(jī)組結(jié)構(gòu)較為龐大，間歇施水及種水同位控制裝置結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，種距不易調(diào)節(jié)，適用范圍較小。

3.3變量施水機(jī)型

目前，我國(guó)穴灌坐水播種機(jī)的穴施水量調(diào)節(jié)均由改變每穴施水時(shí)間來控制。隨著施水時(shí)間的增加，若機(jī)組行進(jìn)速度不變，土壤濕潤(rùn)長(zhǎng)徑長(zhǎng)度也隨之增加，水分無法集中于種子周圍，增加的灌水量便無法得到充分高效利用；且隨著水箱水位的下降，水壓減小，出水速率隨之減小，相同施水時(shí)間出水量減少，為滿足施水量又需增加施水時(shí)間，導(dǎo)致穴施徑變異率也隨之增大。施水時(shí)間、施水量與穴濕間存在著相互影響、相互制約的矛盾關(guān)系需研究解決。

智能式變量施水機(jī)型集多種先進(jìn)傳感器和控制器于一體，電子監(jiān)測(cè)器內(nèi)設(shè)有多個(gè)檢測(cè)路線對(duì)排種與給水過程進(jìn)行檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)種水同施、變量施水；設(shè)備結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜、制造成本昂貴，超出了普通農(nóng)民的購(gòu)買能力；并且對(duì)農(nóng)民素質(zhì)要求較高，一旦有出現(xiàn)電路故障等，機(jī)具操作者很難實(shí)現(xiàn)自己維修，在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)推廣應(yīng)用比較困難。

3.4小結(jié)

無論是可實(shí)現(xiàn)定量穴灌水還是變量穴灌水的坐水播種機(jī)，其作業(yè)速度都不易超過3.8km/h。若作業(yè)速度過快，易出現(xiàn)沖種、漂種及穴灌水量不足的問題。我國(guó)目前開溝式播種機(jī)仍占主導(dǎo)地位，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝置獨(dú)立的間歇施水裝置，便于在現(xiàn)有開播種機(jī)上改進(jìn)安裝為坐水播種機(jī)，可降低機(jī)具成本，便于推廣應(yīng)用。

4我國(guó)坐水播種機(jī)械的發(fā)展研究方向

為提高水資源的高效利用，最大程度實(shí)現(xiàn)省水節(jié)水，穴灌坐水播種機(jī)的設(shè)計(jì)與研究仍是我國(guó)坐水播種機(jī)械仍需繼續(xù)研究的方向。我國(guó)穴灌坐水播種機(jī)械也正朝向高效率、高質(zhì)量、精施水的趨勢(shì)發(fā)展。

4.1保護(hù)性耕作與坐水播種集成研究

保護(hù)性耕作是一種新型耕作技術(shù)，近年來已得到快速發(fā)展。免耕、少耕及作物秸稈、殘茬覆蓋地表是保護(hù)性耕作的主要內(nèi)容，主要作用是蓄水保墑，這與坐水播種的補(bǔ)灌增熵目的一致。但春旱嚴(yán)重時(shí)，土壤含水率太低，種子無法發(fā)芽，保護(hù)性耕作優(yōu)勢(shì)難以發(fā)揮作用；而僅使用坐水播種技術(shù)，由于土壤底墑差、水分蒸發(fā)快、補(bǔ)灌次數(shù)及灌水量需增加，也難以達(dá)到抗旱節(jié)水的目的。

試驗(yàn)證明：秸稈覆蓋條件下的玉米播種臨界土壤含水率比裸地播種要低，且土壤水分蒸發(fā)速率慢[27],近年來我國(guó)免耕坐水技術(shù)也得到了一定的發(fā)展[28]。若將保護(hù)性耕作技術(shù)與坐水播種技術(shù)結(jié)合起來，在免耕覆蓋地表實(shí)現(xiàn)坐水播種，使増熵與保墑同時(shí)進(jìn)行，既能發(fā)揮保護(hù)性耕作技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，又能實(shí)現(xiàn)抗旱保苗，可以為作旱區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了更有力的技術(shù)保障。坐水播種作業(yè)時(shí)，補(bǔ)灌水需要足夠的動(dòng)態(tài)無土空間以便水分集中于入滲，所以增強(qiáng)坐水播種機(jī)械開溝部件的破茬入土與防堵、防纏能力仍是需要研究的方向。

4.2合理松耕，增強(qiáng)穴灌水的入滲能力

穴灌坐水播種技術(shù)要求種水瞬間播施，每穴施水時(shí)間不足0.1s。傳統(tǒng)的施水播種技術(shù)，灌溉水難以瞬間擴(kuò)散入滲，容易造成沖種及漂種問題。水分?jǐn)U散水平方向?qū)挾冗h(yuǎn)遠(yuǎn)大于垂直方向下滲深度[29]，致使灌溉水大量?jī)?chǔ)存于上層土壤，水分容易蒸發(fā)散失，還易出現(xiàn)土壤板結(jié)的問題，從而引起種子缺水或氧氣不足，使出苗時(shí)間延長(zhǎng)、消耗養(yǎng)分增多、幼苗瘦弱。

因此，提高穴灌水的下滲速度與深度，增強(qiáng)土壤吸收水分的能力，減少灌溉水分蒸發(fā)是提高坐水播種機(jī)械抗旱節(jié)水效果的新方式。增加土壤孔隙率是提高灌溉水下滲速率與深度的主要途徑，在保護(hù)性耕作的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)合理的淺松裝置，盡量減少土壤擾動(dòng)，采用適當(dāng)?shù)乃筛椒?，使種床下土壤孔隙率增加、減小土壤容重是坐水播種技術(shù)新的研究方向。

4.3調(diào)節(jié)施水速率，減小水流沖擊力

目前，穴灌坐水播種機(jī)存在著施水速率無法調(diào)節(jié)的問題，重力自流式施水方式隨著水箱水位下降及拖拉機(jī)行走速度變化對(duì)施水量的準(zhǔn)確性均有影響。通過增大施水時(shí)間來增加施水量的方法，存在著穴灌水無法集中種子周圍而被充分利用的問題，影響施水準(zhǔn)確性。因此，在相同的施水時(shí)間內(nèi)增大施水速率是增加穴施水量的根本方法，調(diào)節(jié)施水閥門開度、調(diào)節(jié)施水壓力進(jìn)而改變施水速率仍是需繼續(xù)研究的問題。而坐水播種過程中灌水水流對(duì)種溝的沖擊是不可避免的，改進(jìn)出水口結(jié)構(gòu)從而減小水流沖擊力也是坐水播種機(jī)需要解決的問題。

4.4技術(shù)方案設(shè)想

設(shè)計(jì)活塞推桿注水式坐水方案，采用固定滑道式推桿驅(qū)動(dòng)裝置，固定凸輪與連桿機(jī)構(gòu)相組合，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，可精確實(shí)現(xiàn)推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律從而實(shí)現(xiàn)間歇注水的要求。推桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與排種鏈輪相配合，實(shí)現(xiàn)每播1次種相應(yīng)施1次水，一個(gè)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)間歇施水的同時(shí)進(jìn)行種水同穴同施，免去了另外設(shè)計(jì)排種—噴水配合機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性，施水系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單可靠。采用推桿加壓注水，使施水量不隨機(jī)具作業(yè)速度變化，解決了施水速率受機(jī)組運(yùn)動(dòng)速度與水箱水位變化的影響問題，確保灌溉水集中在種子周圍而充分利用；調(diào)整活塞高度，可調(diào)節(jié)穴施水量，有效實(shí)現(xiàn)節(jié)水省水；出水口結(jié)構(gòu)可采用變徑管口，使壓力水流出時(shí)沖擊到管壁上，減小了水流沖擊力，減輕了水流對(duì)種子與種溝的沖擊。采用開溝—坐水作業(yè)方式，在播種開溝器正前方可配置淺松鏟，利于灌溉水的下滲，可有效防止沖種漂種問題。此種施水裝置簡(jiǎn)單獨(dú)立，可在原開溝式播種機(jī)上嫁接安裝，改裝為穴灌坐水播種機(jī)。氣候狀況良好時(shí)，免去安裝施水裝置驅(qū)動(dòng)鏈輪，即可做普通播種機(jī)正常使用，適用范圍廣，推廣應(yīng)用相對(duì)容易。

5結(jié)語(yǔ)

坐水播種機(jī)械的應(yīng)用為我國(guó)的糧食生產(chǎn)做出了巨大貢獻(xiàn)，目前我國(guó)的穴灌間歇坐水播種機(jī)械仍處于發(fā)展階段。隨著全國(guó)氣候變暖，旱作地區(qū)干旱程度也隨之不斷增加，若對(duì)穴灌坐水播種機(jī)械予以改進(jìn)完善并實(shí)現(xiàn)推廣應(yīng)用，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)水資源的高效利用，推進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展意義重大。

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Research of Irrigating-sowing Machinery in China

Qing Yiren1, Che Gang1, Wan Lin1, Zhang Yanliang1, Qing Yueguang2

(1.College of Engineering, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 163319, China; 2.Zhejiang Agricultural Machinery Holdings Limited,Taizhou 318000，China)

Abstract：Irrigating-sowing is a drought-defying sowing suitable for arid and semi-arid areas in North China. Its effects of yield increase and water saving are obviously,and it is suitable for China conditions.In this paper, the theory and related technology development of irrigating-sowing is introduced, the research and application status of irrigating-sowing machine were discussed.Analyzed the main types and technical characteristics of China’s irrigating-sowing machine in detail, and the problems and reasons with current irrigating-hole-sowing machines need to be solve were put forward.At the same time,the development direction of irrigating- sowing machinery in the future is indicated.

Key words：seeder machine； irrigating-sowing; dry area

文章編號(hào)：1003-188X(2016)07-0009-06

中圖分類號(hào)：S223.2;S275.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：青苡任(1990-)，女，四川南充人，碩士研究生，(E-mail)1241266091@qq.com。通訊作者：車剛(1972-)，男，山東平度人，教授，博士，(E-mail)chegang180i@126.com。

基金項(xiàng)目：“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2014BAD06B00)；黑龍江農(nóng)墾總局攻關(guān)項(xiàng)目(HNK11A-09-08)：黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)研究生創(chuàng)新科研項(xiàng)目(YJSCX2015-Y12)

收稿日期：2015-06-16