羅 征，孫培靈，陳海濤，候守印，紀(jì)文義，李 昂

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院，哈爾濱 150030)

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原茬地小麥免耕播種機(jī)性能試驗(yàn)研究

羅 征，孫培靈，陳海濤，候守印，紀(jì)文義，李 昂

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院，哈爾濱 150030)

針對黃淮海地區(qū)小麥播種技術(shù)存在的問題，設(shè)計了一種帶有輕型動力種床整備裝置的原茬地小麥免耕播種機(jī)。該免耕播種機(jī)可以一次完成種床整備、開溝、施肥、播種、覆土鎮(zhèn)壓和秸稈覆蓋等多道作業(yè)工序。在安徽宿州秋季玉米機(jī)收后玉米秸稈根茬殘留量為2.6kg/m2茬地上，以NY/T 1768-2009《免耕播種機(jī)質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范》為評價標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行了性能測試試驗(yàn)。結(jié)果表明：該播種機(jī)能有效清除殘留秸稈并對播種帶進(jìn)行微耕且均勻覆秸，機(jī)具通過性良好；播種均勻性變異系數(shù)為32.4%，播種深度合格率為93%，變異系數(shù)為11.2%，均滿足GB/T 20865-2007《免耕施肥播種機(jī)》中小麥免耕播種的要求。該研究為該機(jī)的試驗(yàn)示范以及推廣應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)。

冬小麥；免耕播種；壟間套播

0 引言

我國傳統(tǒng)的土壤耕作制度采用的是精耕細(xì)作，雖然短期內(nèi)可以依靠化學(xué)肥料提高作物的產(chǎn)量；但長期以往會導(dǎo)致土壤退化、生物多樣性減少，作物產(chǎn)量降低、焚燒秸稈環(huán)境污染等諸多問題。免耕播種作業(yè)在地表保留適量的農(nóng)作物秸稈，不僅可以解決秸稈處理難的問題，而且可以改善土壤的物理化學(xué)性質(zhì)和生物學(xué)多樣性，從而有助于保護(hù)環(huán)境和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[1]。

黃淮海地區(qū)是我國重要的糧食生產(chǎn)基地，冬小麥—夏玉米一年兩熟制是該地區(qū)的主要種植模式[2-3]。秋季機(jī)收玉米后，秸稈殘留量大，玉米根茬粗壯，易導(dǎo)致小麥免耕播種機(jī)具易堵塞及種子架空等問題，國內(nèi)外的科研工作者創(chuàng)新性設(shè)計出帶狀旋耕、條帶粉碎等多種形式的動力驅(qū)動式防堵裝置的小麥免耕播種機(jī)[4]；但該類型的播種機(jī)功率消耗大、播種質(zhì)量差、作業(yè)效率低，并不能很好地適應(yīng)保護(hù)性工作的要求[5]。隨著我國對資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、規(guī)?；艾F(xiàn)代化農(nóng)業(yè)建設(shè)的重視力度不斷增強(qiáng)，迫切需要一種適合我國國情的茬地小麥免耕播種機(jī)。

針對黃淮海地區(qū)小麥免耕播種技術(shù)存在的問題，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院于2015年設(shè)計了一種帶有輕型種床整備裝置的茬地小麥免耕播種機(jī)并進(jìn)行性能試驗(yàn)研究。本研究通過對該機(jī)的播種和施肥性能測定分析，對其工作性能進(jìn)行評價，為黃淮海地區(qū)小麥免耕播種技術(shù)的推廣提供科學(xué)依據(jù)。

1 結(jié)構(gòu)及工作原理

原茬地小麥免耕播種結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)如圖1和表1所示。其主要由輕型種床整備裝置、播種單元、施肥單元和覆土鎮(zhèn)壓裝置等部分組成。

1.輕型種床整備裝置 2.施肥單元 3.播種單元 4.覆土鎮(zhèn)壓裝置

表1 主要技術(shù)參數(shù)

續(xù)表1

工作時，拖拉機(jī)通過三點(diǎn)懸掛裝置牽引機(jī)具，輕型種床整備裝置將動力輸出軸的旋轉(zhuǎn)動力轉(zhuǎn)化為橫向清秸刀軸和縱向苗帶微耕刀軸的旋轉(zhuǎn)動力，將地面上的秸稈和根茬經(jīng)過打擊、傳遞、拋灑到播種機(jī)兩側(cè)，并對苗帶進(jìn)行5～8cm深度的微耕，為種子著床創(chuàng)造良好環(huán)境。其后方的肥開溝器在地表以8～10cm土壤深度處開出肥溝，種開溝器在地表以下3～5cm、肥溝側(cè)方約5cm的位置處開出種溝，同時施肥器和排種器隨之完成施肥和播種作業(yè)；覆土鎮(zhèn)壓器將濕潤的土壤覆蓋回種子的上面并壓實(shí)種溝上側(cè)的土壤，使?jié)裢僚c種子緊密接觸?；爻套鳂I(yè)時，輕型種床整備裝置又可將秸稈和根茬均勻地覆蓋回已播地塊，起到蓄水保墑和提高土壤有機(jī)質(zhì)含量的作用。

2 試驗(yàn)條件

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用小麥為魯元502，千粒質(zhì)量45.2g，容重786g/L，播種量為255kg/hm2；試驗(yàn)用肥料為珍珠泉復(fù)合肥，N-P2O5-K2O為16-16-16，總營養(yǎng)成分≥48%，施肥量495kg/hm2。

2.2 試驗(yàn)裝置及儀器

奇瑞耕王RS1304拖拉機(jī)；原茬地小麥免耕播種機(jī)(見圖1)；BS-2202S德國賽多利斯電子天平(量程10kg，精度0.01g)；SZ-3土壤硬度計(精度±1%)；SU-LB土壤水分測定儀(精度±2%)；卷尺(量程5m，精度1mm)；皮尺(量程30m，精度1mm)；直尺(量程30cm，精度1mm)；數(shù)碼相機(jī)；攝像機(jī)等。

2.3 試驗(yàn)環(huán)境

試驗(yàn)于2015年10月21日在安徽省宿州市埇橋區(qū)傅湖村秋季機(jī)收玉米茬地實(shí)施。試驗(yàn)環(huán)境溫度為18～20℃，試驗(yàn)地長度為265m，寬度為13.2m，可供6個工作行程。前茬作物為玉米，玉米行距為55cm，機(jī)收后未做任何處理，平均茬高38cm，秸稈覆蓋量3.2kg/m2。土壤含水率：0～5cm為23.1%，5～10cm為27.4%。土壤硬度：5cm為2.49MPa，10cm為3.28MPa。試驗(yàn)地條件如圖3所示。

圖2 原茬地小麥免耕播種機(jī)

圖3 機(jī)收后的玉米茬地

3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)時標(biāo)定機(jī)具作業(yè)速度為5.2km/h，依據(jù)《免耕播種機(jī)質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范》《谷物條播機(jī)試驗(yàn)方法》《小麥免耕播種機(jī)作業(yè)質(zhì)量》和《免耕施肥播種機(jī)》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對該機(jī)播種質(zhì)量、機(jī)具通過性、種肥間距、土壤擾動量及地輪滑移率等作業(yè)性能進(jìn)行測試。

3.1 測區(qū)的確定

在播種作業(yè)區(qū)內(nèi)任取對角線中的一條，將對角線等分為 6 段，分別以兩個端點(diǎn)外的其他 5 個等分點(diǎn)為中心點(diǎn)選取測區(qū)，測區(qū)的寬度為1個工作幅寬，長度為5m，共選定5個測區(qū)。

3.2 播種質(zhì)量

3.2.1 播種均勻性

用播種均勻性變異系數(shù)CV評價。測量方法：從5個測區(qū)中隨機(jī)選取1個測區(qū)，在所選取的測區(qū)中隨機(jī)選取6行，以10cm為分段，每個播種行選取10段，測定每段的種子粒數(shù)。拾取種子時，先去掉覆蓋在種子上面的大部分覆土，在接近種子深度時，連同種子和土壤一起取出，篩去粉狀土壤，撿出種子，數(shù)其粒數(shù)，則每行的變異系數(shù)為

(1)

X—各段內(nèi)的種子粒數(shù)(粒)；

n—段數(shù)(段)。

最后，求出6行播種均勻性變異系數(shù)的平均值為最終結(jié)果。

3.2.2 各行排種量一致性變異系數(shù)

在播量調(diào)整的過程中，應(yīng)做到各行排種量一致，以保證各行出苗均勻程度相同，此時用各行排種量一致性變異系數(shù)Cv來衡量。試驗(yàn)方法：先將播種機(jī)架起，在每個播種單體下隨機(jī)選取一個輸種管，共選取6個排種器，在輸種管下單獨(dú)放置接種容器，轉(zhuǎn)動地輪使排種輪轉(zhuǎn)動30圈，并分別稱重各個容器收集到的種子。試驗(yàn)重復(fù)5次，變異系數(shù)為

(2)

X—每行排量(5次平均值)(g)；

n—所選輸種管個數(shù)。

3.2.3 總排種量一致性變異系數(shù)

在播種量一定的條件下，應(yīng)使每次播種機(jī)總播種量一致，以保證單位播量基本一致。試驗(yàn)方法：將播種機(jī)架起，轉(zhuǎn)動地輪使排種輪轉(zhuǎn)動30圈，收集所有排種器的排種量，并一起稱重，重復(fù)進(jìn)行5次。其變異系數(shù)為

(3)

x—每次的總排量(g)；

n—重復(fù)次數(shù)(次)。

3.3 機(jī)具通過性

根據(jù)農(nóng)業(yè)部農(nóng)機(jī)鑒定總站免耕播種機(jī)性能檢測要求，在植被覆蓋量為2.0～4.0kg/m2的地表，以60m作業(yè)距離內(nèi)發(fā)生堵塞的程度進(jìn)行分類。如果出現(xiàn)秸稈壅塞、不停機(jī)無法繼續(xù)作業(yè)為嚴(yán)重堵塞；如果秸稈壅塞、不需停機(jī)清堵為一般堵塞；如果發(fā)生秸稈壅塞，但能從開溝器間隙動流過，則為輕微堵塞。本試驗(yàn)在所選試驗(yàn)地共進(jìn)行往返3個來回，共6個行程。

3.4 種肥深度

在我國進(jìn)行播種作業(yè)時由于施肥量較大，為避免燒苗，影響出苗率，本機(jī)采用側(cè)方深施肥的方式測定種肥的水平與垂直距離。其方法如下：機(jī)具以正常作業(yè)速度播種后，在選定的5個測試區(qū)內(nèi)，每個測區(qū)隨機(jī)選取10個測點(diǎn)，人工扒開土層進(jìn)行播種深度和施肥深度的測量，種深3～5cm、肥深8～10cm為合格。

3.5 地輪滑移率

在作業(yè)過程中，地輪的滾動是排種、排肥器所需動力的源動力，滑移率越小，排種、排肥的均勻性越好。測量方法：播種過程中,測量地輪轉(zhuǎn)動10圈的實(shí)際前進(jìn)距離S,兩輪各測5次求平均值。 計算公式為

(4)

式中S—地輪轉(zhuǎn)動10圈實(shí)際走過的距離(重復(fù)5次的平均值)(mm)；

n—地輪轉(zhuǎn)動圈數(shù)(圈)；

R—地輪半徑，取R=270mm。

3.6 土壤擾動量

免耕播種要求播種時土壤擾動量越小越好，正常播種作業(yè)后，在測量播種深度的同時，每個測區(qū)測量3點(diǎn)。利用卷尺測量開溝器開溝寬度，取其平均值作為實(shí)際的開溝寬度。開溝器的土壤擾動量η為

(5)

式中D—播種開溝器實(shí)際的開溝寬度(mm)；

S—播種行距(mm)。

最后求出5個測區(qū)的平均值為最終動土率。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 播種質(zhì)量性能

播種質(zhì)量性能如表2所示。由測試結(jié)果可知:播種均勻性、各行排種量一致性變異系數(shù)和總排種量一致性變異系數(shù)均能滿足GB/T 20865-2007《免耕施肥播種機(jī)》小麥免耕播種所要求的性能指標(biāo)。

表2 播種質(zhì)量性能測定結(jié)果

4.2 機(jī)具通過性

試驗(yàn)結(jié)果表明:該機(jī)具能夠正常作業(yè)，往返6個行程的過程中，無明顯堵塞現(xiàn)象，播種機(jī)具通過性良好，保證了播種質(zhì)量。

4.3 種肥深度

播種后種子、肥料深度測量如圖4、圖5所示，田間試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

圖4 種深的測量

圖5 肥深的測量

項(xiàng)目合格率變異系數(shù)種子92．311．2肥料83．016．6種肥間距90．722．8

試驗(yàn)結(jié)果表明：在正常作業(yè)過程中，種深、肥深、種肥間距及其合格率、變異系數(shù)均在小麥免耕播種機(jī)正常要求的范圍內(nèi)，可以滿足我國小麥播種機(jī)播種的各項(xiàng)指標(biāo)。由于播種單體采用平行四連桿進(jìn)行仿形，與同幅寬整體仿形的2BMQF-6/12防纏繞小麥免耕施肥播種機(jī)相比，其播深合格率更高，播深變異系數(shù)更低。由此說明所設(shè)計的平行四連桿仿形單體收到了良好的作業(yè)效果。

4.4 地輪打滑率

由試驗(yàn)中測得的數(shù)據(jù)計算得出左輪的打滑率為6.9%，右輪的打滑率為7.2%，兩輪的打滑率相差不大，符合左右輪在行走過程中均要為排種、排肥提供動力的要求。

4.5 土壤擾動量

開溝寬度的測量如圖6所示。此次試驗(yàn)過程中所采用的開溝器為尖角開溝器，該開溝器不僅土壤擾動量小，而且入土能力強(qiáng)。所選測試點(diǎn)處實(shí)際開溝寬度的平均值為9.6cm，計算所得的土壤擾動量為48%。

圖6 開溝寬度的測量

5 結(jié)論

1)采用輕型動力種床整備裝置能有效地清除播種帶上的秸稈和雜草并對播種帶進(jìn)行微耕，為后續(xù)的播種作業(yè)創(chuàng)造良好的條件。

2)在播種性能上可以滿足GB/T 20865-2007《免耕施肥播種機(jī)》小麥免耕播種所要求的性能指標(biāo)。

3)所設(shè)計的平行四連桿仿形單體收到良好的仿形效果，與同幅寬采用整體仿形的2BMQF-6/12防纏繞小麥免耕施肥播種機(jī)相比，其播深合格率更高，播深變異系數(shù)更低。

[1] 湯姆·戈達(dá)德.免耕農(nóng)業(yè)制度[M].李定強(qiáng),卓慕寧譯.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2011.

[2] 中國農(nóng)學(xué)會耕作制度分會.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與農(nóng)作制度建設(shè)[M].南京:東南大學(xué)出版社,2006.

[3] 高旺盛.中國保護(hù)性耕作制[M].北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社,2011.

[4] 高煥文.保護(hù)性耕作技術(shù)與機(jī)具[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

[5] 牛博英,馬洪亮,史磊.小麥免耕播種機(jī)防堵裝置的研究進(jìn)展[J].農(nóng)機(jī)化研究,2009,31(2):247-249.

[6] 農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定總站,甘肅省農(nóng)業(yè)機(jī)械鑒定站.NY/T 1768-2009免耕播種機(jī)質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范[S]．北京:中華人民共和國農(nóng)業(yè)部，2009.

[7] 農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定總站,河北省農(nóng)業(yè)機(jī)械鑒定站.NY/T 1411-2007小麥免耕播種機(jī)作業(yè)質(zhì)量[S].北京：中華人民共和國農(nóng)業(yè)部,2007.

[8] 中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，農(nóng)哈哈機(jī)械有限公司.GB/T 9478-2005谷物條播機(jī)試驗(yàn)方法[S]．北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

[9] 中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，河南豪豐機(jī)械制造有限公司，山西省農(nóng)業(yè)機(jī)械鑒定站.GB/T 20865-2007耕施肥播種機(jī)[S]．北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

Experimental Study on Performance of Wheat no-tillage Seeder for Original Stubble Field

Luo Zheng, Sun Peiling, Chen Haitao, Hou Shouyin, Ji Wenyi, Li Ang

(College of Engineering, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China)

In view of the problems of Wheat seeding technology in the Huanghuaihai region，We designed a Wheat No-tillage seeder with seed bed servicing device for original stubble field.Bed servicing, ditching,fertilizing,seeding,covering, compacting, straw mulching and other operation processes can be completed in one time when using this no-tillage seeder. In the stubble field of the corn straw residual amount is 2.6kg/m2after corn be harvested by harvester in Suzhou City, Anhui Province. With NY/T 1768-2009 Technical specifications of quality evaluation for no-tillage drilling machinery as an evaluation criterion, performance test was carried out. The results show：The Seeder can effectively remove residual straw, process micro tillage and uniform straw mulching to the seeding zone, pass performance of whole-machine was good; the sowing uniformity variation coefficient was 32.39%, seeding depth pass rate was 93%,variation coefficient was 11.2%. It can better meet the agricultural requirements of wheat sowing in GB/T 20865-2007 No-tillage fertile-seeding drill. For the machine's test demonstration and promotion application provides a scientific basis.

wheat; no-tillage seeder; corn stubble field

2016-01-22

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201303011)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(GARS-04)

羅 征(1988-)，男，河南南陽人，碩士研究生，(E-mail)535195852@qq.com。

孫培靈(1965-)，女，哈爾濱人，副教授，博士，(E-mail)spl1965@126.com。

S223.2+6

A

1003-188X(2017)02-0133-05