免耕播種機的關鍵技術及參數優化思路

齊 輝

(清原滿族自治縣農機化技術推廣服務站，遼寧 清原 113300)

0 引言

隨著機械化耕整地技術的普及，利用拖拉機配套犁耕、旋耕等耕整地設備開展現代化生產已經成為耕地處理的主要方式，相對于傳統的生產形勢，機械化耕整地顯著提升了作業效率，更有利于保證耕整地后的地表平整。但常年機械化翻耕整地也造成了土壤沙化、水土流失、地力降低、秸稈利用不佳等問題，不利于農業可持續發展。隨著保護性耕作理念和技術的普及，人們對于農業生產耕整地的合理開展有了新的認識，免耕播種以顛覆傳統生產模式的新姿態展現出其獨有的優勢。隨著我國對于免耕播種技術的支持和生產過程應用免耕播種的政策傾斜，免耕播種農田的占比持續增加，免耕播種的農田也陸續展現出了高產、省工省力、改良土壤、蓄水保墑等眾多優勢。隨之促進了免耕播種機的銷售與應用，免耕播種機作為免耕播種實施的必須機型，使用者應當了解免耕播種機與傳統的土壤翻耕機械及播種機的使用差異，利用免耕播種機的性能優勢開展作業。

1 免耕播種機的研究應用情況

隨著傳統耕作模式的長期應用，年復一年的土壤擾動與缺少植被有效覆蓋，導致土壤風蝕、水蝕問題嚴重，對耕地資源的保護造成了不利影響，從農民的角度看，直觀表現為耕地地力持續下降。據統計，在缺少植被有效覆蓋下，地表徑流發生率將提高50%～60%。針對耕地土壤退化問題，免耕播種這一新的技術形式得到了越來越多農民的認可與應用[1]。我國對于免耕播種機的研制和技術試驗開始于20 世紀 60 年代，最早的試驗示范地區以東北地區為主，后在20世紀70—80年代逐漸開始向江蘇、浙江等長江流域普及。早期的免耕播種技術應用目標是抵抗旱情，隨著人們認識的提高，免耕播種對于恢復地力的作用逐漸體現，我國對于免耕播種優勢的認識也更加全面。在農業機械化快速發展的新時期，免耕播種機作為免耕播種技術實施的關鍵，其技術也得到了快速發展。自主研發的很多免耕播種機械設備在農業生產中得到了廣泛應用，例如德邦大為2BMG型免耕播種機、勃農2BZM-2型指夾式免耕精密播種機、亞澳2BMYF-2型免耕施肥播種機、康達2BMZF-2型免耕指夾式精量施肥播種機等十余種產品已經得到了市場的廣泛認可。且在免耕播種機的應用過程中，表現出了與傳統耕作播種模式的顯著優勢。綜合來看，利用免耕覆蓋播種的方式進行農業生產，能降低土壤水蝕50%～80%，提高水分利用率14%～18%，土壤蓄水量提升15%～18%，且土壤中的碳、氮、磷、鉀等元素和微生物、有機質明顯增多，土壤結構得到有效改善[2]。

在免耕播種機應用量不斷提升的同時，我國針對免耕播種機的技術優化也開展了大量的研究工作。齊鵬[3]研究設計了一種破茬、防堵、開溝能力更強的破茬防堵裝置，改善了破茬防堵裝置的外徑、偏刃厚、圓弧齒數量，利用仿真軟件優化了機具行駛速度與入土深度的匹配關系及圓盤刀面偏角，有效提升了免耕播種機的破茬防堵能力。劉月琴[4]為提高氣吸式免耕播種機作業的質量，針對振動特性及對排種性能的影響展開研究，分析了葵花、玉米、莜麥、荒地四種免耕地振動能量的密度分布，明確了免耕播種機的振動受到前進速度、壟向、播種深度、根茬種類、土壤堅實度、含水量等有直接關系，借助離散元軟件仿真種箱內大豆種群運動，對于取排種過程的吸種孔直徑、真空度、排種盤轉速、頻率等參數進行了優化改良，有效提升了免耕播種機的適用性。陳永亮[5]針對高速免耕播種機單體展開了專門的設計研究，利用EDEM離散元分析種子的運動規律，確定了高速免耕播種機單體的主要結構參數，對免耕播種機的作業速度、高速種管離地高度和導種角度進行單因素試驗，實現了免耕播種機單體技術優化。

2 免耕播種機關鍵技術

2.1 組成與原理

免耕播種機集成了耕整地機械與播種機的部分特征與功能，屬于多種功能集成的新型復合型農機設備，其使用時需與拖拉機進行配套，利用拖拉機的行駛功能和動力輸出實現免耕播種機的相關功能。現階段使用的大部分免耕播種機結構包括破茬開溝裝置、播種裝置、鎮壓裝置及機架等，部分機型還配套有施肥裝置(圖1)。免耕播種機能夠在不翻動土壤或少翻動土壤情況下完成農業生產的破茬、開溝、播種、施肥、鎮壓等全部工序及技術要求，與傳統耕作播種方式相比，免耕播種機不需要事先進行旋耕或犁耕，能夠直接在收獲后的耕地基礎上開展播種作業。很多免耕播種機還能同時完成對耕地表面粉碎秸稈的轉移和調整，實現播種后秸稈均勻覆蓋于地表，為農田創造秸稈保護層。

2.2 開溝破茬及防堵技術

開溝及破茬位于免耕播種機的最前方，是免耕播種機在留有根茬的復雜耕地中可靠作業的基礎保障，在生產實踐過程中傳統的免耕播種機常出現開溝或破茬中的堵塞問題，影響免耕播種的實際質量，因此在新型免耕播種機研制過程中，很多農機企業應用了更為可靠的防堵技術，以提升免耕播種機的作業質量和效率。破茬裝置與防堵結構通常采用一體化設計，既能將田間秸稈殘茬切斷，又能有效將其破碎，防止過長和柔性過大的秸稈纏繞堵塞。現階段使用的大部分破茬防堵裝置采用動力破茬的方式，即通過拖拉機動力輸出軸輸出的動力帶動破茬防堵裝置旋轉，破茬防堵裝置多采用梯型刀盤的方式，其安裝時多與開溝器形成小間隙配合，實現破茬刀盤旋轉過程，既將根茬切斷又能利用與開溝器形成的剪切作用將纏繞在開溝器上的雜草切斷，有效防止開溝過程中的堵塞問題。由于可利用秸稈進行覆蓋，開溝器開出的種溝相對于傳統播種更淺，根據不同直徑種子，開溝深度通常僅為3～4 cm，有效減少了土壤擾動，并降低了整機行駛阻力。

2.3 播種技術

播種技術是決定免耕播種機精度的重要裝置，現階段使用的免耕播種機根據排種器形式的不同，可分為機械式和氣力式兩大類，其中機械式播種裝置的結構更為簡單，技術相對成熟，生產成本較低，有利于降低免耕播種機的銷售價格，但其在使用過程中存在著對種子的適應能力不強、播種效率低、播種精度不高等問題；氣力式播裝置相對于普通的機械式播種裝置具有明顯的高效率特征，其播種作業時的工作速度可達10 km·h-1，且氣力式播種裝置對于種子的形狀、尺寸適應能力更強，可配套的氣力式播種技術包括氣吹式、氣吸式等多種形式，其中以氣吸式應用較多，但氣吸式播種機對于形狀不規則的種子存在一定的漏播概率，因此應根據種子特征適當選擇播種方式。總體而言，目前免耕播種機仍以機械式排種技術為主，勺輪式和指夾式均為常用的機械播種技術形式。

2.4 鎮壓技術

鎮壓技術對于播種后種子的萌發質量影響很大，鎮壓裝置的性能直接關系到種子與土壤的接觸密度，良好的鎮壓能保證表層土壤孔隙度的有效降低。既能減少土壤中的水分蒸發，又能為種子萌發和農作物生長創造一個虛實適度、水分適宜的環境。免耕播種機的鎮壓裝置主要有兩大類：一是地輪與鎮壓輪集成，地輪既做為排種器的動力裝置又做為鎮壓裝置，該結構能有效減化整機結構，降低制造成本，但不能實現鎮壓力的調整，對于復雜地形的鎮壓效果常不盡如人意；二是單獨的鎮壓輪，多具備壓力可調節的功能，能夠適合不同環境的土壤壓實農藝要求，更容易保證播種后的出苗率。

3 技術優勢分析

3.1 有效簡化生產工藝

利用免耕播種機進行作業，其功能集成了破茬、開溝、播種、鎮壓、秸稈覆蓋等多個工序，有效縮減了傳統生產過程中的土壤翻耕、整地、秸稈收集離田等工序，使農業生產的早期工作得以快速完成。

3.2 有效提升生產收益

一方面免耕播種機的應用在減少生產工序的同時也節省了雇傭人力和租賃機械作業的成本，同時農機作業次數的減少使燃料購置費、機械保養費都明顯降低，生產過程中的總支出得到有效縮減。另一方面，免耕播種機的常年應用能有效培肥地力，實現農作物產量的不斷增加，農業生產經營的收益得到不斷提升。

3.3 有利于耕地保護與環境保護

免耕播種機的應用能有效減緩耕地土壤流失、沙化等問題，并利用秸稈覆蓋的降解作用，能在一定時期內實現耕地地力的恢復與提升，有利于農業生產的長期可持續發展。另一方面免耕播種屬于保護性耕作的技術范疇，免耕播種作業使農作物的秸稈資源得到了有效利用，避免秸稈處理不當造成的空氣及農田周邊環境污染。

4 參數優化思路

4.1 播種效率的優化

現階段使用的播種技術包括機械式、氣吹式、氣吹式都存在各自的優勢與不足。機械式排種器的最大問題就是播種效率較低。氣吸式排種器盡管工作效率高，但存在一定的漏播問題，氣吸式排種器在復雜耕地存在較高的重播問題，因此應根據各排種器的特點對型孔的尺寸、排種器轉速、氣體負壓力值等參數進一步優化。必要時可利用電驅動輔助排種器運轉，以實現播種效率與播種精確度的更好保障。

4.2 鎮壓參數的優化

鎮壓參數優化應重點在鎮壓輪的單體形狀、可調節壓力裝置及鎮壓過程中的回土覆土能力的綜合優化。現階段使用的覆土鎮壓裝置結構相對簡單，對于表層土塊的壓碎能力相對有限，通過采用1.5～3 cm寬的V型結構或3～5 cm寬的W型單體結構，能實現更好的土壤壓碎效果，同時覆土質量更加均勻。

4.3 免耕性能的優化

免耕性能主要是指在不進行土壤翻動的表土進行直接開溝播種后的實際效果，免耕性能的影響因素包括開溝器的入土能力及種溝形狀、表層土壤的細碎能力等。現階段的免耕開溝器設計過于簡單，對于仿形設計、仿聲設計的應用不理想，部分開溝器在免耕作業過程中受土壤質量的影響大，存在開溝不均勻問題，應利用優化設計改善開溝后的回土速度和回土質量。

5 結語

綜上所述，隨著免耕播種機的普及與應用，其機械的先進性已經成為影響我國農業生產和農作物產量的重要因素。在免耕播種機技術優化過程中，農機生產企業要進一步考慮不同地區對于免耕播種作業的實際需求。結合留茬免耕和覆蓋免耕等不同的農藝要求，研發有針對性的可靠機型，并重視破茬、開溝、播種、鎮壓、秸稈覆蓋等功能之間的技術匹配，實現免耕播種機技術的全面提升。