冶 瑞 ， 王貞元 ， 李永浩 ， 楊 洋 ， 趙勁飛 ， 蘇廣東 ， 廖結(jié)安

（1.塔里木大學(xué)機械電氣化工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300；2.塔里木大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程重點實驗室，新疆 阿拉爾 843300）

0 前言

我國的果園種植面積和水果產(chǎn)量均居世界第一[1]?；适褂玫母叱杀竞铜h(huán)境污染的問題已成為果園生產(chǎn)的難題[2-5]，限制了我國果園現(xiàn)代化的進一步發(fā)展。果園行間綠肥覆蓋是一種低成本和環(huán)保的果園施肥技術(shù)，也被稱為果園行間生草技術(shù)，是果園節(jié)約化肥、保護環(huán)境和改良土壤的重要舉措，在國內(nèi)外已被普遍應(yīng)用[6-7]。果園綠肥種植作物的種子大多顆粒較小、形狀不規(guī)則，根據(jù)農(nóng)藝要求，需將不同科屬的綠肥作物種子進行混播，播種作業(yè)較為困難；南疆果園大多采用矮而密植的種植模式，大型綠肥播種機械難以進入果園進行播種作業(yè)，果園種植綠肥仍以人工撒播為主[8]。

果園綠肥的播種機具要求農(nóng)機與農(nóng)藝融合，課題組介紹了典型果園綠肥種類及其種植模式，總結(jié)了果園綠肥現(xiàn)有播種機械的特點與存在的問題。通過分析現(xiàn)有綠肥播種作業(yè)專用和通用機械及其作業(yè)原理，基于農(nóng)機與農(nóng)藝融合的角度提出了發(fā)展建議。

1 綠肥播種方式

根據(jù)種子分布規(guī)律的不同將播種分為撒播、條播、穴播3種類型，根據(jù)播種綠肥種子種類數(shù)目不同分為單播、混播兩種方式。具體的播種方式要結(jié)合綠肥種子特點、綠肥生長特性和種植目的來選擇，如表1所示。如果果園種植綠肥是以減少氮肥施用量并增加土壤有機質(zhì)含量為目的，可選擇將豆科綠肥紫花苜蓿和禾本科綠肥黑麥草混播，由于這兩種綠肥種子較小且對生長空間要求不高，所以可選擇撒播機械進行撒播作業(yè)；若綠肥種子形狀均勻，對株距要求不高，如紫云英、毛苕子等，則可采用條播機進行條播；行間種植大豆、蠶豆等對株距、行距要求較高且需要最后收獲種子的綠肥作物時，則需采用穴播機進行穴播。

表1 果園典型綠肥

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

播種作業(yè)是綠肥生產(chǎn)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而播種機是實現(xiàn)綠肥種子按照一定農(nóng)藝要求進行播種作業(yè)的主要機具。在推進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的過程中，努力提高混合播種的作業(yè)技術(shù)與性能來滿足綠肥生長發(fā)育的農(nóng)藝要求則是提高綠肥播種質(zhì)量的關(guān)鍵。提供質(zhì)量可靠、性能完善的配套綠肥播種機具是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械化種植體系能夠推廣實施必不可少的環(huán)節(jié)之一。

2.1 國外傳統(tǒng)綠肥播種機的研究現(xiàn)狀

美國約翰迪爾公司是世界著名的農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)企業(yè)，其燕麥播種機產(chǎn)品中免耕播種機種類眾多、性能可靠、播種精確、功能先進、智能化程度高。約翰迪爾公司設(shè)計生產(chǎn)的John Deere 1590型免耕條播機如圖1所示，重約3 t，依靠大功率拖拉機牽引工作，靠自身重力入土，限深輪處裝有液壓執(zhí)行元件，也可根據(jù)需求通過液壓控制入土。整機開溝器設(shè)計為錯開排列的前后雙排的布置方式，可以有效切斷秸稈，避免出現(xiàn)壅土現(xiàn)象。該機型播種機的播行為16行，整機的作業(yè)幅寬為4.6 m，其仿形方式采用單鉸鏈?zhǔn)?，播種機行距可通過前方的固定螺栓來進行調(diào)整，機組施肥播種的動力主要來自地輪轉(zhuǎn)動。該播種機還配有Computer Trak350監(jiān)控器，其功能是實時監(jiān)控機組的播種情況。鎮(zhèn)壓輪在機組完成施肥播種作業(yè)后進行覆土鎮(zhèn)壓。該播種機具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性強、效率高、操作簡單等特點。其缺點是果園有其固定幅寬，果樹寬度較窄，目前不適合我國的果園綠肥種植。

圖1 美國John Deere 1590型免耕條播機

德國（LEMKEN）公司生產(chǎn)的索力特Solitair 9氣力式精量播種機如圖2所示，其適用于谷物類、油菜種子、草籽、豆類等綠肥作物的精量播種。該播種機通過艙內(nèi)配置的電腦控制終端Solitronic可以單獨控制每個排種口開關(guān)，并且可在種子分配器下方配備監(jiān)視傳感器，通過電腦控制終端顯示每個排種管的排種量。排種系統(tǒng)中的風(fēng)機通過液壓驅(qū)動，避免了依靠拖拉機動力輸出軸驅(qū)動帶來風(fēng)壓不穩(wěn)的問題。此外，播種機索力特Solitair 9可同時配備德國（LEMKEN）公司的動力驅(qū)動耙，一次性完成整地、播種和施肥等作業(yè)，提高了生產(chǎn)效率。該類型播種機適用于果園播種，但其所采用的氣動式播種原理對動力要求較高，果園用拖拉機動力較小，不能有效提供動力。

圖2 索力特Solitair 9氣力式精量播種機

2.2 國內(nèi)傳統(tǒng)綠肥播種機的研究現(xiàn)狀

果園行間套種大豆、蠶豆等收獲種子的豆科作物，可在減少化肥施用量的同時提高復(fù)種指數(shù)和經(jīng)濟效益，這些作物對生長空間、行距和株距都有較高要求，所以一般選擇穴播。山東某公司生產(chǎn)的2BYFJ系列大豆單粒精密播種施肥機如圖3所示，可一次性完成松土、施肥、開溝、播種、覆土、鎮(zhèn)壓等作業(yè)，穴播排種器采用重力清種，不傷種子，清種精度高，播量均勻穩(wěn)定、省種，穴距和行距均勻穩(wěn)定，可適用于多種作物的精量穴播作業(yè)，該機型播種時可同時施基肥并實現(xiàn)覆土鎮(zhèn)壓。但其播量較低，不適用于果園行間綠肥播種作業(yè)。

圖3 2BYFJ系列大豆單粒精密播種施肥機

安徽某公司生產(chǎn)的旋耕播種機如圖4所示，該機組可實現(xiàn)前端旋耕，后端在旋耕過的土地上播種，十分適用于果園行間生草和綠肥的翻壓播種聯(lián)合作業(yè)，利用該旋耕播種機可實現(xiàn)破茬入土、清草排堵、種肥分施、地面仿形等多種功能，播種時能夠穿透土壤表面的植被和殘茬，在要求的深度和間距播種和施肥[9-10]。

圖4 旋耕播種機

3 存在的問題及討論

1）目前，南疆果園多采用矮而密植的種植方式，導(dǎo)致綠肥的播種作業(yè)難度較高，大大降低了種植綠肥對土壤提質(zhì)增肥的效果。針對這一問題應(yīng)設(shè)計一款小型自走式播種設(shè)備，該設(shè)備搭載GPS/BDS導(dǎo)航系統(tǒng)進行自動全路徑規(guī)劃，以完成綠肥全覆蓋播種作業(yè)任務(wù)。

2）南疆果園種植旱地綠肥多用毛苕子、苜蓿、草木犀等豆科作物，單一播種機具已經(jīng)不太能夠滿足農(nóng)民需求，但現(xiàn)有的多功能播種機在更換種子種類后容易發(fā)生漏播、重播、種子損傷嚴(yán)重等問題，因此設(shè)計研發(fā)能適應(yīng)多種類種子的多功能播種機是未來的一大趨勢，能更好地滿足農(nóng)民需求。