垂直分層種肥分施開溝器試驗研究

李 輝，吳建民，孫 偉，黃曉鵬，劉鵬霞

(1.蘭州城市學院，甘肅蘭州 730070；2.甘肅農業大學工學院，甘肅蘭州 730070；3.甘肅省農業機械化技術推廣總站，甘肅蘭州 730046)

垂直分層種肥分施開溝器試驗研究

李 輝1，吳建民2*，孫 偉2，黃曉鵬2，劉鵬霞3

(1.蘭州城市學院，甘肅蘭州 730070；2.甘肅農業大學工學院，甘肅蘭州 730070；3.甘肅省農業機械化技術推廣總站，甘肅蘭州 730046)

摘要為了優化垂直分層種肥施開溝器的結構參數，提高免耕播種機的作業質量，以種肥間距為作業指標，采用正交試驗設計的方法，研究其結構參數對工作性能的影響。通過對試驗結果的極差和方差分析，得出影響種肥間距的因素主次為：開溝器寬度>開溝器I段下邊沿與II段下邊沿的高度差H>開溝器I段下邊沿長度；由方差分析知因素A×C的交互作用對指標的影響呈極顯著水平，采用交互作用表進一步分析因素的優水平，得出較優參數為：開溝器寬度為6.0 cm、開溝器I段下邊沿與II段下邊沿的高度差H為4.0 cm、開溝器I段下邊沿長度為3.5 cm。重復試驗表明：種肥間距在3.5～4.5 cm之間。參數優化后，機具播深一致性好，無種肥混施現象。

關鍵詞播種機；開溝器；種肥間距；正交試驗

開溝器是免耕播種機的關鍵部件之一[1～3]，其結構參數直接影響播種機的作業質量[4～6]。多年來廣大農機科研工作者研制了大量的免耕開溝器[7～11]，并進行了大規模的推廣應用，基本解決了中國北方免耕播種機對開溝器的需求問題，有力地促進了中國北方保護性耕作的發展。但現有開溝器在西北旱作農業區使用時易造成種肥混施現象，導致燒苗，影響播種質量，缺乏真正適應西北雨養農業區的免耕開溝器。為此，課題組針對西北雨養農業區的地域特點、開溝器的功能及現有開溝器的不足，研制了一種垂直分層種施開溝器[12～14](見圖1)。該開溝器一次可實現化肥和種子垂直分層施入，減小機械作業動土量和作業阻力，提高了作業效率和播種質量。

以種肥間距為作業指標，采用正交試驗設計的方法進行試驗研究，對試驗數據進行極差分析和方差分析，得出影響種肥間距的因子主次，探索各因子對種肥間距影響的規律，以此優化垂直分層種施開溝器的結構參數。

1試驗設備與試驗地概況

1.1開溝器工作原理垂直分層種施開溝器主要由鏟刃、鏟柄、開溝器固定座、導肥板、導種板、側壁和散種板構成。在播種作業中，開溝器通過U型螺栓固定在播種機主梁架上隨播種機前進，鏟刃將土壤切開，側壁將土壤向兩邊推擠，形成肥溝，導肥板將化肥輸送到溝底，同時通過側壁的階臺結構使土壤先從開溝器I段回落對化肥覆蓋，側壁Ⅱ段結合散種板將Ⅰ段初步形成的種溝溝底刮平并壓實，將種子成條鋪灑在該播種帶上，最后通過土壤自然回落和鎮壓覆土裝置的作用將種子覆蓋并鎮壓，完成一個播種工序。

側壁Ⅱ段結合散種板將Ⅰ段初步形成的種溝刮平壓實，避免種子從土塊間隙掉陷進正下方的肥溝中，刮平溝底還能保證播深一致性。

1.2試驗區自然條件田間試驗在甘肅省定西市李家堡鎮甘肅農業大學試驗基地進行，該地區位于甘肅省中部，為典型的黃土高原雨養農業代表區，氣候屬中溫帶干旱、半干旱區，土壤為黃綿土，年平均日照2 500.1 h，年均氣溫6.3 ℃，極端最高溫34.3 ℃，極端最低氣溫零下27.1 ℃，正常年降水量400 mm左右，多集中在秋季，年蒸發量高達1 500 mm。

試驗地地勢平坦沒有翻耕，耕層土壤平均含水率為16.7%，土壤堅實度為2.36 kg/cm2，供試小麥品種為“西旱2號”，試驗用肥為尿素(含N 46%)，施用量為150 kg/hm2，配套動力為8.8 kW的手扶拖拉機，II檔作業(作業速度0.86 m/s)，機具播幅為100 cm，行距20 cm。

2試驗方法

將制作好的垂直分層種施開溝器安裝在自主研制的小型山地免耕播種機上，于2012年3月進行田間施肥播種試驗，試驗后挖開溝槽斷面，輕輕用毛刷在斷面上刷出種子和化肥，用直尺測量種子和肥料的垂直距離；采用正交試驗的方法，得出各因素之間的優化組合。

2.1試驗指標的確定為了使播種機種肥間距一致性好，無種肥混施、燒苗現象，提高肥料利用效率，需對垂直分層種施開溝器進行定量的分析研究。為此，參照行業業內人士的觀點和相關文獻，確定了垂直分層種施開溝器試驗結果的指標為種肥間距。由以往的經驗知道種肥間距是一個范圍，而不是一個定值[15-16]，根據文獻[15]中小麥種植農藝要求，一般施用尿素時種肥間距在3.5～4.5 cm之間，為了便于正交分析，取種肥間距的平均值為4 cm，同時將試驗指標進行轉化，轉化成種肥間距測量值與農藝要求平均值的偏差，轉化后試驗指標偏差值要求越小越好。

種肥間距測量值與農藝要求平均值的偏差值計算：

(1)

式中:S——測定的種肥間距(cm)；T——偏差值(%)。

2.2試驗因素及水平由理論分析可知，影響種肥間距的因素有土壤特性、地里殘茬情況、土壤含水率、開溝器寬度、開溝器I段下邊沿長度L、開溝器I段下邊沿與II段下邊沿的高度差H等。影響試驗指標的因素很多，其中有些因素雖然非常重要，但人們無法控制，如土壤的含水量、地里的雜草狀況等因素。因此，試驗因素選擇了人們可以控制又對試驗指標影響最主要的因素。由以往的經驗得知，各因素之間的交互效應對試驗指標有重要影響，所以試驗也考慮了各因素之間的交互作用對指標的影響。試驗的因素及水平見表1，正交試驗選用L27(313)的正交表來安排。

表1　試驗因素及水平

注：根據同類型開溝器結構參數和原開溝器設計的經驗得出各因素的取值范圍。

3結果與分析

根據考察因素及水平選用L27(313)的正交表來安排試驗[17]，試驗方案與結果見表2。

表2　試驗方案與結果

接下表

續表2

由表2可知，各因素的優水平和因素主次順序依次為A2>[(A×C)2]3>[(A×C)1]3>[(B×C)1]3>[(A×B)1]3>B2>[(B×C)2]3>C2>[(A×B)2]2。因此，在該組合中，開溝器寬度占據了首要位置，A、C交互作用次之，因素A、C的交互作用對指標值的影響大于因素B和C對指標值的影響，也大于因素A、B及因素B、C交互作用的大小[18-19]。為了得到最優的水平組合，對數據進行方差分析[15-16]。

因素A、交互作用A×C對試驗指標的影響呈極顯著水平，其余因素及交互作用對試驗指標的影響不顯著(FA=14.96，FA×C=8.58，臨界值F0.01(2，8)=8.65)。由于試驗結果的指標是種肥間距與平均值的偏差值，數據越小說明該開溝器的種肥間距一致性較好，無種肥混施現象，作業效果好。因此，最好的結構參數為A2B2C2，這結果與極差分析結果相一致。

由以上分析可知，A×C的交互作用對指標值的影響僅次于因素A，而且呈極顯著水平，為了進一步確定因素A×C的優水平，進行了A與C的交互作用分析結果見表3。

表3　A和C對指標值的交互效應

從表3可以看出，當A取第2水平，C取第3水平時，試驗結果為7.5，是試驗結果中的最小值，但從表中也可以看出當A取第2水平，C取第2水平時，試驗結果為34.17，僅次于A2C3，兩者試驗結果較接近。為此，綜合考慮開溝器結構參數、作業阻力、農業種植要求和因素B與C對試驗指標的影響不顯著，而A、C交互作用對試驗指標的影響呈極顯著水平，因而試驗因素按具有良好綜合性能的15號試驗選取A2B2C3為最佳試驗方案，即開溝器寬度為6.0 cm、開溝器I段下邊沿與II段下邊沿的高度差H為4.0 cm、開溝器I段下邊沿長度為3.5 cm。

4結論

(1)通過極差分析和方差分析得出了，影響指標值的因素主次順序為開溝器寬度>開溝器I段下邊沿與II段下邊沿的高度差H>開溝器I段下邊沿長度。在該試驗條件下，其指標值最佳的參數組合為開溝器寬度為6.0 cm、開溝器I段下邊沿與II段下邊沿的高度差H為4.0 cm、開溝器I段下邊沿長度3.0 cm。

(2)因素A×C的交互作用對指標值的影響呈極顯著水平，通過試驗數據分析和綜合考慮垂直分層種施開溝器的結構參數和種植農藝要求，確定最佳試驗方案應為垂直分層種施開溝器最佳的結構參數組合為開溝器寬度為6.0 cm、開溝器I段下邊沿與II段下邊沿的高度差H為4.0 cm、開溝器I段下邊沿長度3.5 cm。

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中圖分類號S222.5+2文獻標識碼A文章編號0517-6611(2015)30-337-03

基金項目甘肅省農業科技成果轉化資金計劃項目(144NCNF177)；甘肅省教育廳項目(2014A-096)。

作者簡介李輝(1982- )，男，甘肅武山人，工程師，博士研究生，研究方向：農業機械化工程。*通訊作者，教授，博士生導師，從事保護性耕作機具研究與設計。

收稿日期2015-09-17

Experimental Study on Furrow Opener of a Vertical Stratified Application of Fertilizer and Seed

LI Hui1, WU Jian-min2*, SUN Wei2et al(1. Lanzhou City University, Lanzhou, Gansu 730070; 2. College of Engineering, Gansu Agricultural University, Lanzhou, Gansu 730070)

AbstractIn order to optimize structure parameters of furrow opener of a vertical stratified application of fertilizer and seed, improve work quality of no tillage planter, using vertical distance between seed and fertilizer as index, with the method of orthogonal experimental design, the effect of structural parameters on its working performance was studied. Through the experiment test for range analysis and variance analysis, concluding the important order of the factors influencing the deviation value is as follows: the width of furrow opener, height difference H between furrow opener I section under edge and II section under edge, the length of furrow opener I section under edge. By the analysis of variance of knowledge, effects of interaction of factors A, C for the index significantly, using the interactive table further analysis of excellent level factors, obtain optimization of structure parameters is as follows: the width of furrow opener is 6.0cm,height difference H between furrow opener I section under edge and II section under edge is 4.0 cm, the length of furrow opener I section under edge is 3.5cm. Repeat the test showed that: vertical distance between seed and fertilizer is 3.5-4.5 cm. After parameters optimization, sowing depth uniformity is good, no seed and fertilizer mixed phenomenon.

Key wordsPlanter; Furrow opener; Vertical distance between seed and fertilizer; Orthogonal experiment