原茬地小麥免耕播種機性能試驗研究

羅 征，孫培靈，陳海濤，候守印，紀文義，李 昂

(東北農業大學 工程學院，哈爾濱 150030)

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原茬地小麥免耕播種機性能試驗研究

羅 征，孫培靈，陳海濤，候守印，紀文義，李 昂

(東北農業大學 工程學院，哈爾濱 150030)

針對黃淮海地區小麥播種技術存在的問題，設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。該免耕播種機可以一次完成種床整備、開溝、施肥、播種、覆土鎮壓和秸稈覆蓋等多道作業工序。在安徽宿州秋季玉米機收后玉米秸稈根茬殘留量為2.6kg/m2茬地上，以NY/T 1768-2009《免耕播種機質量評價技術規范》為評價標準，進行了性能測試試驗。結果表明：該播種機能有效清除殘留秸稈并對播種帶進行微耕且均勻覆秸，機具通過性良好；播種均勻性變異系數為32.4%，播種深度合格率為93%，變異系數為11.2%，均滿足GB/T 20865-2007《免耕施肥播種機》中小麥免耕播種的要求。該研究為該機的試驗示范以及推廣應用提供了科學依據。

冬小麥；免耕播種；壟間套播

0 引言

我國傳統的土壤耕作制度采用的是精耕細作，雖然短期內可以依靠化學肥料提高作物的產量；但長期以往會導致土壤退化、生物多樣性減少，作物產量降低、焚燒秸稈環境污染等諸多問題。免耕播種作業在地表保留適量的農作物秸稈，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性質和生物學多樣性，從而有助于保護環境和實現農業的可持續發展[1]。

黃淮海地區是我國重要的糧食生產基地，冬小麥—夏玉米一年兩熟制是該地區的主要種植模式[2-3]。秋季機收玉米后，秸稈殘留量大，玉米根茬粗壯，易導致小麥免耕播種機具易堵塞及種子架空等問題，國內外的科研工作者創新性設計出帶狀旋耕、條帶粉碎等多種形式的動力驅動式防堵裝置的小麥免耕播種機[4]；但該類型的播種機功率消耗大、播種質量差、作業效率低，并不能很好地適應保護性工作的要求[5]。隨著我國對資源節約型、環境友好型、規模化及現代化農業建設的重視力度不斷增強，迫切需要一種適合我國國情的茬地小麥免耕播種機。

針對黃淮海地區小麥免耕播種技術存在的問題，東北農業大學工程學院于2015年設計了一種帶有輕型種床整備裝置的茬地小麥免耕播種機并進行性能試驗研究。本研究通過對該機的播種和施肥性能測定分析，對其工作性能進行評價，為黃淮海地區小麥免耕播種技術的推廣提供科學依據。

1 結構及工作原理

原茬地小麥免耕播種結構及技術參數如圖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.覆土鎮壓裝置

表1 主要技術參數

續表1

工作時，拖拉機通過三點懸掛裝置牽引機具，輕型種床整備裝置將動力輸出軸的旋轉動力轉化為橫向清秸刀軸和縱向苗帶微耕刀軸的旋轉動力，將地面上的秸稈和根茬經過打擊、傳遞、拋灑到播種機兩側，并對苗帶進行5～8cm深度的微耕，為種子著床創造良好環境。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；覆土鎮壓器將濕潤的土壤覆蓋回種子的上面并壓實種溝上側的土壤，使濕土與種子緊密接觸。回程作業時，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質含量的作用。

2 試驗條件

2.1 試驗材料

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

2.2 試驗裝置及儀器

奇瑞耕王RS1304拖拉機；原茬地小麥免耕播種機(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)；數碼相機；攝像機等。

2.3 試驗環境

試驗于2015年10月21日在安徽省宿州市埇橋區傅湖村秋季機收玉米茬地實施。試驗環境溫度為18～20℃，試驗地長度為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。試驗地條件如圖3所示。

圖2 原茬地小麥免耕播種機

圖3 機收后的玉米茬地

3 試驗方法

試驗時標定機具作業速度為5.2km/h，依據《免耕播種機質量評價技術規范》《谷物條播機試驗方法》《小麥免耕播種機作業質量》和《免耕施肥播種機》等相關標準對該機播種質量、機具通過性、種肥間距、土壤擾動量及地輪滑移率等作業性能進行測試。

3.1 測區的確定

在播種作業區內任取對角線中的一條，將對角線等分為 6 段，分別以兩個端點外的其他 5 個等分點為中心點選取測區，測區的寬度為1個工作幅寬，長度為5m，共選定5個測區。

3.2 播種質量

3.2.1 播種均勻性

用播種均勻性變異系數CV評價。測量方法：從5個測區中隨機選取1個測區，在所選取的測區中隨機選取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。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，數其粒數，則每行的變異系數為

(1)

X—各段內的種子粒數(粒)；

n—段數(段)。

最后，求出6行播種均勻性變異系數的平均值為最終結果。

3.2.2 各行排種量一致性變異系數

在播量調整的過程中，應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Cv來衡量。試驗方法：先將播種機架起，在每個播種單體下隨機選取一個輸種管，共選取6個排種器，在輸種管下單獨放置接種容器，轉動地輪使排種輪轉動30圈，并分別稱重各個容器收集到的種子。試驗重復5次，變異系數為

(2)

X—每行排量(5次平均值)(g)；

n—所選輸種管個數。

3.2.3 總排種量一致性變異系數

在播種量一定的條件下，應使每次播種機總播種量一致，以保證單位播量基本一致。試驗方法：將播種機架起，轉動地輪使排種輪轉動30圈，收集所有排種器的排種量，并一起稱重，重復進行5次。其變異系數為

(3)

x—每次的總排量(g)；

n—重復次數(次)。

3.3 機具通過性

根據農業部農機鑒定總站免耕播種機性能檢測要求，在植被覆蓋量為2.0～4.0kg/m2的地表，以60m作業距離內發生堵塞的程度進行分類。如果出現秸稈壅塞、不停機無法繼續作業為嚴重堵塞；如果秸稈壅塞、不需停機清堵為一般堵塞；如果發生秸稈壅塞，但能從開溝器間隙動流過，則為輕微堵塞。本試驗在所選試驗地共進行往返3個來回，共6個行程。

3.4 種肥深度

在我國進行播種作業時由于施肥量較大，為避免燒苗，影響出苗率，本機采用側方深施肥的方式測定種肥的水平與垂直距離。其方法如下：機具以正常作業速度播種后，在選定的5個測試區內，每個測區隨機選取10個測點，人工扒開土層進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,測量地輪轉動10圈的實際前進距離S,兩輪各測5次求平均值。 計算公式為

(4)

式中S—地輪轉動10圈實際走過的距離(重復5次的平均值)(mm)；

n—地輪轉動圈數(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，正常播種作業后，在測量播種深度的同時，每個測區測量3點。利用卷尺測量開溝器開溝寬度，取其平均值作為實際的開溝寬度。開溝器的土壤擾動量η為

(5)

式中D—播種開溝器實際的開溝寬度(mm)；

S—播種行距(mm)。

最后求出5個測區的平均值為最終動土率。

4 試驗結果及分析

4.1 播種質量性能

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

表2 播種質量性能測定結果

4.2 機具通過性

試驗結果表明:該機具能夠正常作業，往返6個行程的過程中，無明顯堵塞現象，播種機具通過性良好，保證了播種質量。

4.3 種肥深度

播種后種子、肥料深度測量如圖4、圖5所示，田間試驗結果如表3所示。

圖4 種深的測量

圖5 肥深的測量

項目合格率變異系數種子92．311．2肥料83．016．6種肥間距90．722．8

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

4.4 地輪打滑率

由試驗中測得的數據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。所選測試點處實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行微耕，為后續的播種作業創造良好的條件。

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

3)所設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相比，其播深合格率更高，播深變異系數更低。

[1] 湯姆·戈達德.免耕農業制度[M].李定強,卓慕寧譯.北京:中國環境科學出版社,2011.

[2] 中國農學會耕作制度分會.現代農業與農作制度建設[M].南京:東南大學出版社,2006.

[3] 高旺盛.中國保護性耕作制[M].北京:中國農業大學出版社,2011.

[4] 高煥文.保護性耕作技術與機具[M].北京:化學工業出版社,2004.

[5] 牛博英,馬洪亮,史磊.小麥免耕播種機防堵裝置的研究進展[J].農機化研究,2009,31(2):247-249.

[6] 農業部農業機械試驗鑒定總站,甘肅省農業機械鑒定站.NY/T 1768-2009免耕播種機質量評價技術規范[S]．北京:中華人民共和國農業部，2009.

[7] 農業部農業機械試驗鑒定總站,河北省農業機械鑒定站.NY/T 1411-2007小麥免耕播種機作業質量[S].北京：中華人民共和國農業部,2007.

[8] 中國農業機械化科學研究院，農哈哈機械有限公司.GB/T 9478-2005谷物條播機試驗方法[S]．北京:中國標準出版社，2000.

[9] 中國農業機械化科學研究院，河南豪豐機械制造有限公司，山西省農業機械鑒定站.GB/T 20865-2007耕施肥播種機[S]．北京:中國標準出版社，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(農業)科研專項(201303011)；現代農業產業技術體系建設專項(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