基于坡地的玉米播種機鎮壓輪性能研究

摘要：玉米播種機的鎮壓性能對玉米播種后的出苗效果影響至關重要。為探究玉米播種機鎮壓輪的作業性能，以鎮壓輪類型及作業速度為因素，對種床特性及玉米出苗特性進行田間試驗研究，并深入分析種床特性與出苗特性的相關性，選擇最優的鎮壓輪類型和作業速度。選取橡膠輪、平面輪和鼠籠輪3種鎮壓輪，以土壤含水量、土壤貫入阻力、土壤溫度、平均出苗時間和出苗率為指標，分別在4"km/h、6"km/h和8"km/h作業速度下進行對比試驗。結果表明，播種后土壤含水量下降，但作業速度對土壤含水量、土壤貫入阻力和土壤溫度沒有顯著影響，平均出苗時間隨著作業速度的增加而增加，4"km/h和6"km/h作業速度對應的平均出苗時間幾乎相同，但以6"km/h作業的平面輪出苗率最高。

關鍵詞：玉米播種機；鎮壓輪；土壤物理性質；鎮壓性能

中圖分類號：S222.23""""""文獻標識碼：A""""""文章編號：2095?5553"（2025）"02?0165?08

Study on the performance of the suppression wheel of corn planter based on sloping land

Sun Yaoqiang1， Liu Nan2， Chen Fangyong3， Liu Aiqin1

（1. Changchun Sci?Tech University， Changchun， 130600， China; 2. Jilin Vocational and Technical College， Changchun， 130699， China; 3. Weichai Lovol Intelligent Agricultural Technology Co.， Ltd.， Weifang， 261200， China）

Abstract： The suppression performance of corn seeder is very important to the effect of maize emergence after seeding. In order to explore the operation performance of the suppression wheel of corn drill， field experiments were conducted based on the effects of slope on the type and operation speed of the suppression wheel on the seed bed and maize emergence characteristics， and then the optimal suppression wheel type and operation speed were selected through the correlation between the seed bed characteristics and seedling emergence characteristics. Three kinds of rubber wheel， flat wheel and squirrel cage wheel were selected， and the soil water content， soil penetration resistance， soil temperature， average seedling emergence time and seedling emergence rate were compared at 4 km/h， 6 km/h and 8 km/h， respectively. The results showed that soil water content decreased after seeding， but operation speed had no significant effect on soil water content， soil penetration resistance and soil temperature. The average seedling emergence time increased with the increase of operation speed. The average seedling time corresponding to 4 km/h and 6 km/h operation speed was almost the same. However， the plane?wheel operating at 6 km/h had the highest seedling emergence rate.

Keywords： corn planter; suppression wheel; soil physical properties; suppression performance

收稿日期：2023年9月1日""""""" 修回日期：2023年12月26日

?基金項目：中國休閑文化研究中心研究基地成都游憩環境技術研究院課題（21YQKF1825）

第一作者：孫耀強，男，1985年生，長春人，碩士，實驗師；研究方向為農業電氣化與自動化。E?mail： syq19850409@163.com

0 引言

玉米播種機鎮壓技術是玉米播種機的核心技術之一[1]，但目前鎮壓技術的研究主要以設計新結構為主，對基本作業機理研究還不完善。探究傳統鎮壓機構作業性能與作業效果的文獻相對較少，因此，將傳統的玉米播種機鎮壓輪進行歸納探究，對播種機鎮壓輪的設計研發、改善苗床的土壤環境、提高出苗率、提高作業效率至關重要。

相關研究表明，播種機鎮壓輪的研究主要從鎮壓地形入手，學者將耕地分為兩種類型：平坦耕地和傾斜（坡）耕地。坡耕地主要集中在丘陵山區[2]，其特點是地形起伏、海拔低、存在坡度[1，"3]和土壤分布不均[4]，通常處于山地或高原與平原之間的過渡地帶[1]，農業機械化技術薄弱[5]，研究者曾將平地使用的小型播種機引入丘陵地區[6]。在丘陵地區播種時，農民往往選擇在橫坡、順坡分別種植或在橫坡和順坡同時種植[7]，因此播種機鎮壓輪的選擇非常重要。

此外，播種后土壤的壓實程度對土壤物理特性有顯著影響[8]。土壤壓實可以增加土壤硬度，從而增加土壤水分并保持土壤溫度[9]。適當的土壤水分和土壤溫度可以影響種子發芽和幼苗生長，如縮短出苗時間、提高出苗率和加速幼苗生長[10]。但在實際種植過程中，會出現土壤壓實不均勻，導致丘陵山區播種作業出苗率低或延遲。

本文針對玉米播種機鎮壓輪特性、作業參數及作業效果開展研究，探討3種鎮壓輪（平面輪、鼠籠輪和橡膠輪）在3種作業速度（4"km/h、6"km/h和8"km/h）下的作業效果，確定在玉米壟作條件下，各種鎮壓輪對苗床特性和玉米出苗的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗條件

田間試驗于2022年5月和2023年5月在中國吉林省法特村試驗地（126°54′E，44°49′N）進行。試驗地位于松嫩平原中部。場地屬溫帶大陸性氣候，春季大風干燥，夏季溫暖多雨，冬季寒冷干燥。試驗在坡地上進行，最大傾角小于20°，最小傾角大于12°。試驗設備為免耕播種機（圖1）。免耕播種機的主要參數如表1所示。

1.2 試驗方案

試驗因素為鎮壓輪的種類和作業速度，有三種類型的鎮壓輪：橡膠輪（RPR）、平面輪（PPR）和鼠籠輪（SPR），如圖2所示。試驗前，在試驗場對拖拉機速度進行了測試。當低二檔和低油門穩定時，作業速度為4"km/h，低二檔和中油門穩定時，作業速度為6"km/h，低三檔和中油門平穩時，作業速度為8"km/h，三種速度統計分析（ANOVA）的輸出如表2所示。每個測試重復4次；每年在現場進行36次測試。試驗場地被劃分為36個區域。試驗地塊的長度為60"m。每60"m的試驗地分為3個部分，每個部分都有50"m的有效面積。此外，剩余的10"m部分被用作5"m測試準備區域和5"m的減速區域。

1.3 試驗指標測試方法

1.3.1 土壤含水率測試方法

用TZS-1k（精度為±2%）手工測定土壤含水率。測量時間從播種階段開始（種植3天后）到生長階段，生長階段為：當穗分化生長時，靠近土壤的莖約為20"mm。測量時間為每天上午7：30—8：30。每個區域隨機取點測量4次，取平均值作為最終評價結果。試驗地2022年5月和2023年5月的天氣情況如圖3所示。

1.3.2 土壤貫入阻力測試方法

土壤貫入阻力采用SC-900手工測量，測量范圍為0～45"cm，測量單位為kPa，可測量的最大值為7"MPa。每個試驗區隨機選擇4個測試區，共進行144次測試。

1.3.3 土壤溫度測試方法

選用WQG-16型曲管式地熱計測量土壤溫度。播種后，在深度為5"cm、10"cm、15"cm和20"cm的土壤中分別插入地熱計，并排放置在每個試驗區。此外，為比較這套曲管地熱計的精度，在深度為5"cm的土壤中插入一個曲管地熱表，并與試驗中同一深度土壤處的曲管地熱儀的指示進行比較。播種后3～5天是發芽的最重要階段，因此本文對2022年5月4—6日和2023年5月4—6日的溫度進行測量。2022年5月4—6日，試驗場地的溫度為11"℃～14"℃、15"℃～19"℃、15"℃～18"℃；2023年5月4—6日，試驗場地溫度分別為14"℃～20"℃、7"℃～11"℃和12"℃～14"℃。在測試過程中，測試區域的風力等級變化范圍如圖3（c）和圖3（d）所示。

1.3.4 平均出苗時間和出苗率的測量

在1行作業區內，隨機選擇一個5"m的計數區，從出苗的第一天起，對每個試驗區內的植物數量進行計數。當試驗區的出苗數停止變化時（幼苗數量不再增加，統計到2022年播種后18天，2023年播種后19天），試驗結束。出苗率的計算如式（1）所示。平均出苗時間[9]的計算如式（2）所示。

式中： S——試驗區內出苗數；

M——試驗區的播種數；

PE——出苗率；

MET——平均出苗時間；

[Ti]——第i個區域的出苗時間；

Ni——自上次計數以來的出苗數[，i=1，2，…，n]；

n——播種后的天數。

1.4 數據分析方法

試驗結果數據采用統計學軟件（IBM SPSS Statistic17.0）進行方差分析（ANOVA），考察試驗因素（速度、鎮壓輪）對土壤含水率、土壤硬度、土壤溫度、出苗時間、出苗率和株高一致性的影響。將每兩次試驗之間的平均值進行多范圍檢驗比較，以0.05為顯著性水平進行評價[11]。

2 結果與分析

試驗結果如表3、表4所示。由表3可知，2022年橡膠輪、平面輪和鼠籠輪對土壤含水率的影響極顯著（[Plt;0.01]），但2023年鎮壓輪種類對土壤含水率無顯著性影響（[Pgt;0.1]），試驗結果可能受自然環境影響，無法確定鎮壓輪種類對土壤含水率影響顯著；2022年和2023年鎮壓輪種類對土壤硬度影響均不顯著（[Pgt;0.1]）；2022年鎮壓輪種類對土壤溫度的影響較顯著（[0.01lt;Plt;0.05]），而2023年鎮壓輪種類對土壤溫度的影響不顯著（[Pgt;0.1]），故鎮壓輪種類對土壤溫度的影響不顯著；2022年和2023年鎮壓輪種類對平均出苗時間、出苗率影響均不顯著（[Pgt;0.1]）。

由表4可知，2022年作業速度對土壤含水率的影響極顯著（[Plt;0.01]），但2023年作業速度對土壤含水率無顯著性影響（[Pgt;0.1]），故試驗結果可能受自然環境影響，無法確定作業速度對土壤含水率影響顯著；2022年和2023年作業速度對土壤硬度影響均不顯著（[Pgt;0.1]）；2022年作業速度對土壤溫度的影響不顯著（[Pgt;0.1]），而2023年作業速度對土壤溫度的影響極顯著（[Plt;0.01]），無法確定作業速度對土壤溫度的顯著性；2022年和2023年作業速度對平均出苗時間影響不顯著（[Pgt;0.1]）；2022年和2023年作業速度對出苗率影響較顯著（[0.01lt;Plt;0.05]）。

2.1 土壤含水率

圖4顯示，在沒有降雨的情況下，土壤含水率隨著播種時間的延長而降低。主要原因是水分蒸發以及幼苗的發芽和生長需要更多的水分，而降雨可以大大增加土壤含水率。2022年與2023年鎮壓輪類型對土壤含水率測試結果的平均值如表5所示。比較2022年和2023年的測試結果，鎮壓輪的類型和作業速度對土壤含水率沒有顯著影響。

由圖5可知，作業速度對土壤含水率沒有顯著影響，但平均值顯示作業速度對土壤含水率有顯著影響（[Plt;0.05]）。每次試驗的土壤含水率與作業速度的關系：作業速度為4 km/h的土壤含水率gt;作業速度為6 km/h的土壤含水率gt;作業速度為8 km/h的土壤含水率，土壤含水率值隨速度增加呈下降趨勢。然而，2022年的測試結果表明，作業速度對土壤含水率沒有顯著影響。2022年與2023年作業速度對土壤含水率測試結果的平均值如表6所示。一般來說，鎮壓輪的作業速度對土壤含水率沒有顯著影響。

2.2 土壤貫入阻力

通過對0～45"cm不同土層對應的所有土壤貫入阻力數據的分析發現，當土層深度超過20"cm時，土壤貫入阻力變化很小，沒有明顯的變化。由于播種機、耕整機和收割機的長期壓實，犁區形成堅硬的底部，因此，土壤貫入阻力的差異很小。大約在播種前一個月，東北丘陵地區的雪融化，因此，部分融化的水滲入20"cm的土壤頂部，在土壤中產生幾乎相同的緊密性。玉米生長初期根系長度一般小于20"cm，重點分析與土壤表層0～20"cm相關的土壤貫入阻力。

2022年和2023年的測試結果顯示，在0～10"cm的深度范圍內，3種類型的鎮壓輪的土壤貫入阻力存在顯著差異。PPR導致土壤貫入阻力最高，而SPR導致土壤貫入阻力最低。在10～20"cm的深度范圍內，SPR和其他鎮壓輪之間的土壤貫入阻力存在顯著差異；SPR導致土壤貫入阻力最低。RPR和PPR在10～20"cm深度范圍內的土壤貫入阻力沒有顯著差異，鎮壓輪之間的土壤貫入阻力平均值也沒有顯著差異（[Pgt;0.05]），土壤貫入阻力隨土層深度的增加呈增加趨勢。在相同土壤深度下，鎮壓輪類型與土壤貫入阻力之間的關系為PPRgt;RPRgt;SPR，如圖6所示。2022年與2023年鎮壓輪類型對土壤貫入阻力測試結果的平均值如表7所示。因此，3種鎮壓輪對土壤貫入阻力有顯著影響。

由圖7和表8可知，土壤貫入阻力不受作業速度的顯著影響。土壤貫入阻力在15～20 cm處最高，在0～5 cm處最低。在相同土壤深度下，4 km/h、6 km/h和8 km/h的土壤貫入阻力值基本相同，差異不顯著。

由圖7可知，土壤深度與土壤貫入阻力呈正相關。隨著土壤深度的增加，土壤貫入阻力呈線性增加。0.015～0.42 MPa的土壤貫入阻力對應0～10 cm的土壤深度，小于2 MPa，有利于玉米生長[12]。

2.3 土壤溫度

分析0～20"cm不同土壤深度對應的所有土壤溫度數據后，可以得出，當土壤深度為5"cm時，土壤溫度較高。如表9所示，當土壤深度為5～20"cm時，土壤溫度僅略有變化。

播種深度為4～5"cm時，土壤溫度與種子發芽有直接關系。3個鎮壓輪在5"cm深度的3種速度下的土壤溫度如圖8和表10所示。

2022年土壤溫度不受作業速度的顯著影響（Pgt;0.05），2023年土壤溫度受作業速度的影響顯著（Plt;0.05）。圖8（a）顯示鎮壓輪的類型對土壤溫度有顯著影響。但圖8（b）顯示鎮壓輪的類型對土壤溫度沒有顯著影響。因此，這可能只是一個隨機效應，因為存在刮風條件且土壤壓實度并不高的情況。

2.4 平均出苗時間

如圖9和表11所示，鎮壓輪類型對平均出苗時間有顯著影響，但鎮壓輪類型在平均值中對平均出苗時間沒有顯著影響（[Pgt;0.05]）。

作業速度也影響平均出苗時間。當鎮壓輪以相同的速度作業時，鎮壓輪的類型與平均出苗時間之間的關系為SPRgt;RPRgt;PPR。當作業速度分別為4"km/h和8"km/h時，RPR和PPR差異不大，但這兩個鎮壓輪的平均出苗時間與SPR有很大差異；當作業速度為6"km/h時，這3種鎮壓輪的平均出苗時間有顯著差異。當壓輥具有相同的類型時，平均出苗時間隨著作業速度的增加而增加。結果表明，作業速度為4"km/h時，鎮壓輪的平均出苗時間最短，作業速度為8"km/h時，鎮壓輪平均出苗時間最長。從平均值可知，2022年PPR導致出苗比RPR早1.05天，比SPR早1.73天；2023年PPR使發芽比RPR早0.83天，比SPR早1.77天。PPR在4"km/h時，平均出苗時間最短。可能的原因是土壤在這些條件下可以保持最高的含水量和最高的溫度。充足的水和適當的溫度縮短玉米種子所需的時間（從休眠到發芽），加速種子的發芽[10，"13]。當作業速度為4"km/h和6"km/h時，平均出苗時間幾乎相同，因此，為保證作業效率，可考慮作業速度為6"km/h，實現快速播種和出苗。

2.5 出苗率

如圖10和表12所示，鎮壓輪的類型影響出苗率，而作業速度則不影響。但平均值表明，鎮壓輪的類型對出苗率沒有顯著影響（Pgt;0.05）。當作業速度為4"km/h、6"km/h和8"km/h時，對出苗率有顯著影響。

此外，在平均速度下，鎮壓輪的類型也對出苗率有很大影響，鎮壓輪類型和出苗率之間的對應關系為PPRgt;RPRgt;SPR。當作業速度為4"km/h時，鎮壓輪對出苗率有顯著影響。RPR和SPR的出苗率沒有顯著差異，但PPR的出苗率與其他兩種類型有顯著差異。在作業速度為6"km/h和8"km/h時，鎮壓輪的類型對出苗率也有顯著影響。然而，PPR和RPR對出苗率沒有顯著差異，與SPR的出苗率有顯著差異。從平均值可以得出結論，PPR導致2022年的出苗率比RPR高0.61%，比SPR高2.53%，PPR導致2023年的出苗率比RPR高2.01%，比SPR高3.35%。此外，以8"km/h運行作業的出苗率最低，以4"km/h作業的出苗率較高，以6"km/h作業的出苗率最高，說明6"km/h是理想的作業速度。

3 討論

通過對玉米播種機的鎮壓性能與效果（土壤含水率、土壤溫度、土壤硬度、出苗時間和出苗率）進行試驗探究，選用傳統的3種鎮壓輪并確定3種作業速度，進行2年的田間試驗。

1）"2022年試驗數據值顯示PPR在4"km/h作業后有較高的土壤含水率、較大的土壤硬度和較高的土壤溫度，能夠提供較短的出苗時間和較高的出苗率，然而4"km/h和6"km/h作業時數據基本無顯著性差異，為提高作業效率，推薦PPR在6"km/h作業時為最佳鎮壓狀態。文獻[14]研究結果也顯示此種趨勢，可以初步認為平面鎮壓輪在低作業速度時能夠提供較高的出苗率和較短的出苗時間。

2）"但2023年并未顯示此規律，綜合兩年的數據分析顯示即使數據值能體現以上規律，卻無法確定鎮壓輪種類和作業速度對于土壤含水率、土壤溫度、土壤硬度存在顯著性影響，鎮壓輪種類僅對表層土壤硬度有顯著性影響，作業速度對于出苗率有顯著性影響。因此僅可以確定較高的出苗率和較短的出苗時間是較大的土壤硬度和較高的土壤溫度影響的，無法確定其與鎮壓輪種類及作業速度之間的關系，這與文獻[9]研究結果一致。

4 結論

1）"針對東北地區玉米壟作栽培模式，探究鎮壓輪類型和作業速度對玉米苗床性狀和出苗率的影響。對3種不同類型的鎮壓輪（RPR、PPR和SPR）在3種作業速度（4"km/h、6"km/h和8"km/h）下的土壤含水量、土壤貫入阻力、土壤溫度、平均出苗時間、出苗率進行田間試驗。

2）"通過土壤硬度、土壤含水率和土壤溫度指標之間的比較得出，土壤硬度越高，水分含量越高，土壤溫度越高。當土壤含水率為19.71%，土壤溫度為15.2"℃時，平均出苗時間為9.64天，平均出苗率為93.23%，效果最佳。

3）"作業速度為8"km/h的播種機具有最長的平均出苗時間（2022年RPR為11.16天，PPR為10.52天，SPR為12.21天，2023年RPR為11.67天，PPR為10.87天，SPR為12.43天），平均出苗時間在作業速度為4"km/h和6"km/h時沒有顯著差異（2022年4"km/h和6"km/h作業的RPR分別為9.46天、10.64天，PPR分別為9.08天、9.53天，SPR分別為10.31天和11.59天；2023年4"km/h和6"km/h作業的RPR分別為9.96天、11.14天，PPR分別為9.54天、9.87天，SPR分別為10.83天和12.01天），以6"km/h作業的PPR出苗率最高（2022年96.26%，2023年為95.29%）。因此，以6"km/h速度作業的PPR是更好的選擇。

參 考 文 獻

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