○寧夏回族自治區(qū)農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)推廣站 李 翔 楊玉蓉 田巧環(huán)

寧夏是全國水資源較為缺乏的省區(qū)之一，人均占有量僅228m3，占全國人均水平的 1/12，每畝耕地占有量也只有66m3，是全國平均值的1/27，水資源的供需矛盾日益突出。針對引黃灌區(qū)農(nóng)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展面臨的耕地質(zhì)量和農(nóng)田環(huán)境問題以及糧飼爭地爭水等問題，寧夏農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)推廣站聯(lián)合寧夏農(nóng)科院合作，承擔(dān)了寧夏回族自治區(qū)重點研發(fā)項目《基于節(jié)水高效綠色栽培模式的智能化作業(yè)機械引進與改制》，基于衛(wèi)星定位技術(shù)、北斗導(dǎo)航技術(shù)、傳感器與精量播種監(jiān)測等技術(shù)，研發(fā)了一臺飼草免耕播種機，在不回收滴灌帶的條件下，實現(xiàn)作物的寬幅間、套作及復(fù)種免耕播種，可實施麥后復(fù)種一年生飼草(黑麥草、高丹草）的播種，為提高傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植的經(jīng)濟效益并豐富種植的多樣化提供機械化解決思路，解決在水資源不足的條件下多元化種植的需求，形成保糧增飼、種養(yǎng)結(jié)合、節(jié)地降耗增效的綠色生產(chǎn)新格局。

一、整機結(jié)構(gòu)與工作原理

1.設(shè)計要求。目前寧夏小麥種植采用條播模式，近幾年多采用勻播的種植模式，在鋪設(shè)滴灌帶條件下可對小麥的搶墑播種。因此配合該種植模式，在鋪設(shè)滴灌帶的條件下實現(xiàn)對小麥的勻播，并進行麥后免耕復(fù)種飼草。飼草免耕播種機依據(jù)GB/T25421-2010《牧草免耕播種機》的標準進行研發(fā)，通過開溝器的選型與設(shè)計，穩(wěn)定播深和施肥深度，配合智能化精量播種器及GPS導(dǎo)航，使其一次完成開溝、播種、施肥和鎮(zhèn)壓等作業(yè)。

飼草免耕播種機還可進行高丹草、苜蓿等飼草料的麥茬地免耕播種作業(yè)，后續(xù)加裝施肥機構(gòu)可實現(xiàn)施肥作業(yè)，并基于GIS路徑規(guī)劃策略，傳感器與信息技術(shù)，配合采用高頻GPS智能調(diào)節(jié)播種速度，通過數(shù)字化控制面板設(shè)定播種參數(shù)，方便高效，播種量精確控制的目的。其中智能化播種器采用伺服電機進行精確控制，減少繁瑣龐雜的機械結(jié)構(gòu)，配合PID智能反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，實現(xiàn)機具行走速度、播種速度、下種速度的相匹配。其次是針對麥茬地高低不平等現(xiàn)狀，采用壓簧配重式圓盤開溝裝置，解決播種深度不一致的問題。

2.整機結(jié)構(gòu)。整機主要包括機架、智能化播種器、輔助行走裝置、連接架、鎮(zhèn)壓輪、開溝組件、盤耕播種組件、覆土裝置構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 飼草免耕播種機整機結(jié)構(gòu)

圖2 飼草免耕播種機實物圖

本機是針對飼草（高丹草）進行麥后免耕播種的新型機型，整機的結(jié)構(gòu)外形、功能配置及異型結(jié)構(gòu)鋤鏟為新型研發(fā)，具有結(jié)構(gòu)功能緊湊，實用性強的特點，其中單連桿式四功能播種單元配置為創(chuàng)新型結(jié)構(gòu)，反向雙壓簧結(jié)構(gòu)確保了壓實功能的可靠。

3.工作原理。該新型飼草免耕播種機通過三點懸掛裝置掛接在拖拉機后，開始作業(yè)前，調(diào)整各個播種單元至麥茬滴灌帶中間位置，由拖拉機配備智能導(dǎo)航系統(tǒng)進行作業(yè)。在動力的牽引下，飼草免耕播種機在麥茬地上進行播種。鋤鏟式開溝器在滴灌帶的中間開出溝槽并劃開土壤，牧草種子從智能排種器排至開好的溝槽中，后方的覆土輪完成覆土。播種時，智能播種器能夠根據(jù)拖拉機的前進速度調(diào)節(jié)下種的速率，后方的壓簧對覆土輪進行壓實，并將壓力傳遞給土壤。

新型飼草免耕播種機主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 飼草免耕播種機主要技術(shù)參數(shù)

二、智能化排種器工作原理

本項目研發(fā)的飼草免耕播種機采用一體化槽輪式智能化排種器，具有變量、同步及智能控制播種量的特點，能實現(xiàn)預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)自動定量播種、在線實時檢測種子變量播種、同步、智能控制播種的功能；此外還能實現(xiàn)故障報警、播種監(jiān)測、面積測量、數(shù)據(jù)記錄與上傳，能生成作業(yè)報告，方便用戶隨時調(diào)整播種參數(shù)，其主要技術(shù)參數(shù)如下表2所示。

表2 智能化排種器主要技術(shù)參數(shù)

智能化排種器安裝架固定在免耕播種機座椅后方的站板上(根據(jù)實際情況可放置在座椅正后方或側(cè)后方)，智能化排種器安裝架固定螺栓需與免耕播種機底盤鐵件緊密固定，不可使用塑料覆蓋件，防止長期使用過程中塑料覆蓋件疲勞，至使連接不穩(wěn)固。作業(yè)中先確定智能化排種器電源開關(guān)是否打開。開關(guān)處于開的位置后，風(fēng)機會在通電5秒鐘后啟動，顯示屏自動開機并在開機后自動打開排種器控制APP。向料箱中加入種子啟動排種器，免耕播種機開始作業(yè)。當(dāng)需要單行不工作時（如過田埂或收邊時），可將單行關(guān)閉插板固定桿向上轉(zhuǎn)動并取出對應(yīng)的單行關(guān)閉插板，將單行關(guān)閉插板的長端插入主機中即可使當(dāng)前行關(guān)閉排料；取消單行不工作的操作為將對應(yīng)插板取出后將短邊插入主機中即可恢復(fù)單行排種，智能化排種器結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 智能化排種器結(jié)構(gòu)示意圖

三、樣機性能試驗

1.試驗準備。以研發(fā)的飼草免耕播種機為試驗驗證對象，進行各項指標的驗證。試驗地點選在寧夏吳忠市利通區(qū)金積鎮(zhèn)5隊麥后復(fù)種免耕試驗田，試驗田麥茬秸稈覆蓋率不小于50%，在不回收滴灌帶的情況下，驗證機器通過性、播種深度合格率、晾籽率、播種均勻性變異系數(shù)等參數(shù)，試驗使用的主要設(shè)備為天平、卷尺、板尺、小鏟子、塑料袋等。

2.試驗方法。按照農(nóng)業(yè)機械試驗鑒定大綱DG/T 028-2019《免耕播種機》對飼草免耕播種機的各項性能指標進行試驗驗證，按照3個測區(qū)進行試驗測試，測試的晾籽率≤2%，播種深度合格率≥80%，播種均勻變異系數(shù)≤45%，機具通過性為不堵塞或輕度堵塞。

（1）機具通過性試驗。拖拉機掛載免耕播種機，按照10km/h的作業(yè)速度在長度為100m的田間連續(xù)作業(yè),往返一個行程不發(fā)生堵塞或有一次輕微堵塞視為合格,本試驗在麥后秸稈覆蓋地進行4次播種試驗。

（2）晾籽率試驗。在1個往返行程內(nèi)，交叉選取3個測區(qū)，每個測區(qū)的長度為2m，寬度為一個作業(yè)幅寬。測量測區(qū)的晾籽帶長度，按式（1）計算晾籽率。

式中：Ll-晾籽率；

X-晾籽帶長度，單位為米（m）；

N-播種行數(shù)。

（3）播種深度試驗。在往返一個行程內(nèi)選定好的3個測區(qū)內(nèi)進行測定，各小區(qū)內(nèi)測定5點。免耕播種機正常播種覆土后，扒開土層，測定種子上部覆蓋土層的厚度，當(dāng)播深小于3cm時，覆土深度為（h±0.5）cm，范圍內(nèi)的合格點N合占測定點總數(shù)N總的百分比。h 為按農(nóng)藝要求調(diào)整的播深。按式（2）計算播深合格率。

式中：N合-符合深度要求的點；

N總-測定點總數(shù)；

K-播種深度合格率。

（4）播種均勻變異系數(shù)。調(diào)整免耕播種機的開溝器，在開溝器不入土的情況下，工作1個行程，將種子播在土壤細碎、無秸稈、平整的地表上，不覆土。測量在1個行程內(nèi)預(yù)先選定好的3個小區(qū)上進行，至少測定6行，左、中、右各選2行，少于6行的全測。測定時以100mm為一區(qū)段。將每行縱向分成若干區(qū)段，測定各段內(nèi)種子粒數(shù)，各小區(qū)內(nèi)每行連續(xù)取5段，分別按式（3）至式（6）計算播種均勻性變異系數(shù)。

式中：D-總測定段數(shù)；

Di-各小區(qū)測定段數(shù)；

X-總平均粒數(shù)；

Xi-各小區(qū)平均粒數(shù)；

x——測試小區(qū)內(nèi)各段種子粒數(shù)；

G——總標準差；

n——測定行數(shù)；

V——播種均勻性變異系數(shù)。

（5）試驗結(jié)果分析。新型免耕播種機試驗過程中沒有發(fā)生故障。對機具田間通過性進行觀測，在4次播種試驗過程中，只有1次發(fā)生輕微堵塞，其余測試過程未發(fā)生堵塞不下種情況，結(jié)果為合格。對免耕播種機其余待測指標進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算，試驗結(jié)果如表3所示。

表3 飼草免耕播種機主要技術(shù)參數(shù)

從表3可以看出，當(dāng)免耕播種機前進速度為10km/h時，測得晾籽合格率為1.3%，播深合格率為85.8%，播種均勻性變異系數(shù)為39.5%，指標均優(yōu)于行業(yè)鑒定大綱要求。新型免耕飼草播種機工作穩(wěn)定可靠，設(shè)計合理，滿足飼草免耕播種的需求。

四、結(jié)論

1）新型麥后復(fù)種飼草播種機可在麥茬地滴灌帶間進行規(guī)?；鳂I(yè)，解決在水資源不足的條件下多元化種植的需求，可實現(xiàn)保糧增飼、節(jié)地降耗增效的綠色生產(chǎn)新格局，極大的提高的單位面積田地使用效率。

2）該免耕播種機采用智能化排種器，配套APP等電子化程序，搭接在飼草免耕播種機上尚屬首次提出，對免耕播種機配套電子化播種系統(tǒng)進行前期的技術(shù)探索，為后續(xù)研發(fā)該類型播種機奠定基礎(chǔ)。

3）通過田間試驗，該播種機在播種速度恒定的前提下，其晾籽合格率、播深合格率、播種均勻性變異系數(shù)均滿足設(shè)計及鑒定大綱要求，達到了應(yīng)有的技術(shù)指標，可實現(xiàn)麥后復(fù)種飼草的需求。