楊昌敏 ， 趙幫泰 ， 程方平 ， 梅林森 ， 宋樂見 ， 張 巍 ， 王義鵬 ， 劉 琳

（四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究設(shè)計院，四川 成都 610066）

0 引言

2021年我國累計進(jìn)口糧食16 453.9萬t，其中大豆進(jìn)口9 651.8萬t，占進(jìn)口總量的58.7%[1]。近5年大豆平均進(jìn)口依賴度為87.88%，在糧食作物中進(jìn)口依賴度最高[2]。耕地面積有限、大豆供需缺口巨大是長期困擾我國糧油安全的“卡脖子”難題。大豆玉米帶狀復(fù)合種植可有效解決玉米、大豆?fàn)幍貑栴}，是實現(xiàn)玉米大豆兼容發(fā)展，擴(kuò)大大豆種植面積和提高產(chǎn)能的有效途徑[3]，對保證國家糧食安全具有重要的戰(zhàn)略意義。擴(kuò)種大豆是2022年農(nóng)業(yè)調(diào)結(jié)構(gòu)的一個重點，也是一項重大的政治任務(wù)[4]，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部印發(fā)的《“十四五”全國種植業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出，到2025年，推廣大豆玉米帶狀復(fù)合種植面積5 000萬畝。

大豆玉米帶狀復(fù)合種植模式經(jīng)過不斷發(fā)展，技術(shù)日趨成熟，目前推廣應(yīng)用的核心和難點在于機(jī)械化的配套[5]。實現(xiàn)與栽培模式相適應(yīng)的全程機(jī)械化機(jī)具配套，提高勞動生產(chǎn)率，是大面積推廣大豆玉米帶狀復(fù)合種植模式的有力保障[6]。精密施肥播種機(jī)是大豆玉米帶狀復(fù)合種植模式全程機(jī)械化的關(guān)鍵[7]，機(jī)械既要適應(yīng)大豆玉米小株距密植，又要滿足大豆玉米的施肥差異，保證復(fù)合種植玉米的施肥量，即保證玉米單株施肥量與凈作玉米相同的農(nóng)藝要求。

1 播種機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計

針對西南丘陵地區(qū)土壤黏重、干旱板結(jié)、大豆玉米出苗率低、現(xiàn)有播種機(jī)適應(yīng)性差等問題，課題組開展了針對旋耕施肥播種一體化技術(shù)的研究。研發(fā)的大豆玉米復(fù)合種植施肥播種機(jī)主要由旋耕開溝裝置、施肥裝置、播種裝置、限深裝置、擋泥覆土裝置等組成，整機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。播種時，播種機(jī)與動力拖拉機(jī)懸接，拖拉機(jī)動力經(jīng)傳動軸的傳動帶動旋耕刀旋轉(zhuǎn)工作，同時肥箱肥料沿排肥管下落，經(jīng)旋耕作業(yè)后均勻施于地面，此時播種裝置開始工作，種子經(jīng)種箱、排種器沿導(dǎo)種管下落于施肥后的田間，擋泥覆土裝置覆土后即完成一個播種過程。

圖1 播種機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

該播種機(jī)可播小麥（12行）、玉米（凈作4行）、大豆（凈作8行），還可以玉米大豆同時播（即大豆玉米帶狀復(fù)合種植“2+4”間作模式），是一款復(fù)合型播種機(jī)。整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，可一次完成整地、滅茬、播種作業(yè)，且不易纏草，作業(yè)效率較高。播種機(jī)主要性能參數(shù)如表1所示。

表1 旋耕施肥播種一體機(jī)技術(shù)參數(shù)

2 播種機(jī)關(guān)鍵部件設(shè)計

2.1 播種機(jī)排種裝置設(shè)計

排種器是精密施肥播種機(jī)的核心部件，決定播種質(zhì)量，影響出苗率[8]。選取適宜西南地區(qū)的間作大豆川豆16和玉米仲玉3號種子為研究對象，進(jìn)行臺架試驗。以排種盤轉(zhuǎn)速、直徑、排種口數(shù)、作業(yè)速度等為因子開展正交試驗，研究各因子對播種質(zhì)量的影響及綜合作用。優(yōu)化關(guān)鍵參數(shù)，設(shè)計外槽輪式單粒排種裝置，排種器臺架試驗示意圖、排種器局部結(jié)構(gòu)示意圖分別如圖2、圖3所示。

圖2 排種器臺架試驗示意圖

圖3 排種器局部結(jié)構(gòu)示意圖

設(shè)計的外槽輪式排種器加裝了限位裝置，設(shè)置了防堵組件，實現(xiàn)輔助震動操作，基本實現(xiàn)排種器單粒排種，避免了播種時種子堵塞、架空或多粒排種，有效提高了播種質(zhì)量。

2.2 雙施肥系統(tǒng)設(shè)計

在大豆玉米帶狀復(fù)合種植過程中，大豆需肥量小，玉米需肥量大，玉米單株施肥量與凈作玉米相同[9]。針對此農(nóng)藝要求，課題組基于大豆玉米帶狀復(fù)合種植模式常用復(fù)合顆粒肥的特性，對槽輪式排肥裝置出料槽大小、轉(zhuǎn)速、肥箱結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，設(shè)置雙肥箱、雙下肥管，加裝攪拌機(jī)構(gòu)對箱體中的肥料進(jìn)行多方向攪拌，保證玉米大下肥量，滿足大豆玉米帶狀間作的施肥要求。雙施肥系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

圖4 雙施肥系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

施肥時，施肥裝置的轉(zhuǎn)動桿和攪拌桿同時轉(zhuǎn)動和上下往復(fù)移動，從而對箱體中的肥料進(jìn)行多方向的攪拌，能夠有效防止肥料堵塞施肥口。若需在肥料中加入殺蟲劑混施，此系統(tǒng)也能讓二者混合得更加充分，從而使肥料藥劑施撒更加均勻，保障幼苗生長。肥箱中設(shè)置的導(dǎo)流板，能夠讓箱體中的肥料更好地流向施肥口，避免肥料漏空，保障了施肥的穩(wěn)定性。

2.3 播種、施肥質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

為避免播種施肥機(jī)種箱架空、排肥裝置堵塞等造成播種施肥質(zhì)量不佳、精度不高等問題[10]，精選傳感器，采用電子監(jiān)測技術(shù)手段，通過數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、報警模塊，實現(xiàn)對種箱、排種管、肥箱、排肥管空堵工況狀態(tài)的監(jiān)測，實時計算反饋播種量、施肥量。當(dāng)出現(xiàn)異常時，可通過自動報警裝置提醒操作人員，從而有效提高密植分控播種施肥機(jī)的作業(yè)質(zhì)量。

3 播種機(jī)性能試驗

大豆玉米帶狀復(fù)合種植施肥播種機(jī)性能試驗的開展包括理論施肥量測算和田間播種試驗兩部分。理論試驗主要是通過手動轉(zhuǎn)動地輪，將地輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)換算為田間行走距離，從而計算單位面積大豆、玉米的排肥量是否滿足帶狀復(fù)合種植的要求，測試結(jié)果如表2、表3所示。田間播種試驗初測了大豆、玉米的平均株距、重播和漏播情況。性能測試儀器和工具包括土壤堅實度儀、土壤水分測試儀、溫濕度測試儀、皮尺、鋼板尺、游標(biāo)卡尺、秒表、電子秤等。

據(jù)表2、表3測試數(shù)據(jù)，計算得出玉米理論最大施肥量為61.36千克/畝，大豆理論最大施肥量為22.02千克/畝，滿足了大豆玉米帶狀復(fù)合種植玉米施肥量60千克/畝～80千克/畝、大豆施肥量10千克/畝～15千克/畝的要求。

表2 玉米理論最大施肥量測試數(shù)據(jù)

表3 大豆理論最大施肥量測試數(shù)據(jù)

田間試驗根據(jù)GB/T 6973—2005《單粒（精密）播種機(jī)試驗方法》，對大豆玉米帶狀間作播種株距、重播率、漏播率等主要指標(biāo)進(jìn)行測試。經(jīng)測試，大豆平均株距為12.76 cm，玉米平均株距為14.98 cm，滿足了大豆株距70 cm～150 cm、玉米株距80 cm～150 cm的要求，重播率、漏播率滿足JB/T 10293—2013《單粒（精密）播種機(jī)技術(shù)條件》的標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)束語

大豆玉米帶狀復(fù)合種植同常規(guī)技術(shù)相比，具有高產(chǎn)出、可持續(xù)、機(jī)械化、低風(fēng)險等優(yōu)勢。在適宜地區(qū)推廣大豆玉米帶狀復(fù)合種植技術(shù)，可實現(xiàn)玉米基本不減產(chǎn)的同時增收一季大豆。該技術(shù)是推動大豆玉米兼容發(fā)展、協(xié)調(diào)發(fā)展的主要途徑，對提升國家糧油綜合生產(chǎn)能力意義重大。要大面積推廣大豆玉米復(fù)合種植技術(shù)，必須盡可能降低勞動強(qiáng)度和生產(chǎn)成本，大力推廣應(yīng)用包括專用播種機(jī)在內(nèi)的實用高效種、管、收作業(yè)機(jī)具，保障帶狀復(fù)合種植提質(zhì)增效。播種是大豆玉米復(fù)合種植的重要環(huán)節(jié)，要繼續(xù)加強(qiáng)專用播種機(jī)的研發(fā)制造和優(yōu)化改進(jìn)，進(jìn)一步提高專用播種機(jī)的精量播種水平，保證播種質(zhì)量，為大豆玉米帶狀復(fù)合種植技術(shù)的推廣奠定基礎(chǔ)。