玉米覆膜精播多功能一体化播种机的设计与研究

王创云，赵丽，邓妍，郭虹霞，王晋，王陆军，张丽光，王美霞，李永平，李海燕

（1山西省农业科学院作物科学研究所，太原030031；2山西腾达种业有限公司，太原030031；3山西省农业科学院现代农业研究中心，太原030031）

玉米覆膜精播多功能一体化播种机的设计与研究

王创云1,2，赵丽1,2，邓妍1,2，郭虹霞1,2，王晋1,2，王陆军1,2，张丽光1,2，王美霞1,2，李永平3，李海燕1,2

（1山西省农业科学院作物科学研究所，太原030031；2山西腾达种业有限公司，太原030031；3山西省农业科学院现代农业研究中心，太原030031）

为了解决春玉米种植时种子浪费严重、地膜烧苗、施肥落后等技术难题，研制了玉米覆膜精播多功能一体化播种机，并对玉米覆膜精播多功能一体化播种机整机构造、工作原理以及关键部件进行研究，提供了玉米精密播种机械的主要技术参数，并在试验田进行了播种田间性能测试试验，以2FBJD-2（机械式播种）为对照。结果表明：该机整体结构合理，播种性能优，播种速度快；平均播种深度为3.52 cm，没有过深或晒种现象，与对照相比，比对照深0.20 cm，差异显著；株距合格率为93.80%，重播率9.20%，漏播率2.60%，播种均匀性较好；覆膜质量高，破损率基本为0；施肥的稳定性和各行一致性效果较好；出苗率高达95.60%，较对照91.80%高3.80%。收获后测产表明，该机械播种的田间地块平均产量达12934.50 kg/hm2，较对照产量11473.40 kg/hm2高12.70%。该机能够一次性完成平地、覆膜、施肥、打孔、播种、覆土、镇压等多项作业，降低劳动强度，提高工作效率，节约成本，基本能够满足玉米农艺要求。

玉米；一体化播种机；覆膜机构；施肥机构；产量

0 引言

近年来，随着人口的增加和社会经济的发展，玉米作为中国主要的粮食作物，用途越来越广泛，对玉米的需求量也逐年递增，为此，玉米高产高效提上了日程[1-3]。要提高玉米粮食产量，增加玉米粮食单产，光靠人力是远远不够的，这就需要大力发展农业机械[4-6]。播种机是农业机械的重要组成部分，播种机播种质量的好坏直接影响到玉米产量以及投入的成本，因此研制高质量的玉米精密播种机是现代农业的迫切需求[7-9]。中国从20世纪70年代就开始了精播机的研究，虽取得一定成效，但实际应用的较少[10]，主要是精播机类型单一，不能满足田间农业生产要求。进入21世纪以来，国内先后研制出了多种精密播种机械[11]。例如沈阳市通用长青机械厂生产的ZBQ-M3型免耕施肥气吸精密播种机，该机主要适用于东北地区的播种作业；黑龙江农科院1990年研制了2XJB-4型小区精密播种机，由于技术原因，该机没有大面积推广；吉林工业大学研制了气力轮式排种器，该排种器可用于大豆的高速小株距播种要求[12]；河北农哈哈集团研制的2BYQF-4玉米气吸播种机，该机适应性广，播种株距、行距、深度、播种量均能根据播种要求进行调节，但是只适用于小区作业[13-14]。尽管中国大部分地区玉米种植早已实现播种机械化，但目前的播种机作业质量还不能满足高产高效的要求[15-17]。诸如：种子种入地里后，由于开膜器开的孔为一条缝，覆膜会自动闭合，导致种子发芽后不能顶出覆膜，造成死苗；播种数一般为1～2粒，特别是遇到小粒玉米品种，下种的数量是2～4粒，种子浪费严重，后期管理需要人工间苗，费工费时，劳动强度大；此外，中国还面临施肥技术落后、肥料利用率低等缺点[18-20]，这些都是亟待解决的农机农艺相配套的问题。为了避免上述现象的发生，笔者对玉米覆膜精播多功能一体化播种机整机构造、工作原理和关键部件进行研究，实现了平地、覆膜、施肥、打孔、播种、覆土、镇压同步进行，以期为实现人力减少、投入成本降低、工作效率提高、满足玉米生产农艺要求做出贡献。

1 整机构造原理及主要技术参数

1.1 整机构造

玉米覆膜精播多功能一体化播种机结构简图如图1所示，主要包括机架、耙地板、压地辊、开沟器、覆膜机构、播种机构、施肥机构、覆土器；机架上设置滚轮、耙地板、压地辊、开沟器、覆膜机构、播种机构、施肥机构；覆膜机构包括地膜支撑辊和展膜辊；播种机构包括种子箱、吸种器、播种器；施肥机构包括肥料箱、施肥调节装置和肥料输送管。

1.2 工作原理

整机通过牵引拉杆与拖拉机的后悬挂传动连接，随着拖拉机的行走，滚轮通过传动机构带动施肥机构将肥料输送在开沟器开出的垄沟内，然后通过压地，将已施肥的沟槽覆盖并辊平；塑料地膜从地膜支撑辊上放下，经过展膜辊平铺在下方的地表面，同时通过覆土器将地膜旁边的土覆盖到地膜边，将地膜用土压住；与此同时，点种器的开膜器将地膜穿开一个十字形裂缝，同时点种器出种口张开随开膜器进入土中，种子就播入土中，种子播入土中后，通过压辊碾压后，完成了播种。

1.3 主要技术参数

结构形式：全悬挂；配套动力：≥80 kW；工作行数：2行；工作株距：33 cm；工作行距：36～60 cm可调；地膜宽度：适应60～80 cm幅宽的地膜；作业速度：3～5 km/h。

2 关键部件构造与设计

2.1 覆膜机构

由图2可知，覆膜机构包括玉米播种机机架、覆膜支架，覆膜支架固定在玉米播种机机架上，玉米播种机机架铰接安装有可折叠支架，可折叠支架由根槽钢组成，其中1根槽钢上安装有2根平行的槽钢，2根平行的槽钢上分别焊接有起垅盘支架、压膜轮支架，起垅盘支架上安装有起垅盘，压膜轮支架上安装有压膜轮。覆膜时将可折叠支架打开，进行压膜—垅土；不需要覆膜时将可折叠支架折叠，压膜轮和垅土盘被折叠后，就不会垅土，从而避免墒情变化。

图1 玉米覆膜精播多功能一体化播种机结构简图

2.2 施肥机构

由图3可知，施肥机构包括机架、肥料箱、施肥调节装置和肥料输送管；肥料箱的底部设置施肥调节装置和振动电机，施肥调节装置的下方设置肥料输送管，肥料输送管紧靠开沟器；施肥调节装置包括手动调节转轴，转轴上设置3个下料槽，各下料槽出料口的口径不同，用于调节下料量的多少，下料槽出料口的下方设置肥料输送管。施肥量大时，旋转手动调节转轴，将出料口口径大的下料槽调整在肥料输送管的位置，使出料口与肥料输送管相通，大流量的肥料从出料口进入肥料输送管；施肥量小时，旋转手动调节转轴，将出料口口径小的下料槽调整在与肥料输送管的位置，使出料口与肥料输送管相通，小流量的肥料从出料口进入肥料输送管。

图2 覆膜机构结构简图

2.3 播种机构

由图4可知，播种机构包括种子箱、吸种器、播种器。播种器包括旋转盘、固定盘；固定盘固定在播种机的机架上，旋转盘与固定盘通过轴承和轴连接，旋转盘的边壁上通过螺钉等距离安装一周取种器；旋转盘的边壁上设置与种子盒大小匹配的开口，固定盘通过轴承固定于轴上，旋转盘安装在轴上，固定盘上设有种子入口；所述取种器由种子盒、取种勺组成，种子盒上设置种子通口，种子通口为长方形的，种子通口的下方设置取种勺，取种勺出口对准点种器种子入口。

图3 施肥机构结构简图

图4 玉米播种机构结构简图

3 材料与方法

3.1 试验设计

试验于2013—2014年在山西省农业科学院东阳试验基地进行玉米播种机田间性能测试，该地区属典型的暖温带半湿润大陆性季风气候，年平均气温9.7℃，多年平均降水量440.7 mm，≥10℃活动积温3675℃，年平均日照时数2662 h，无霜期平均158天，土壤为黄粘土。试验地势平坦。试验地长30 m，宽35.2 m，2年均于4月下旬进行播种。试验品种‘晋单86号’。

3.2 观测指标

3.2.1 播种深度播种机在田间播种后，进行播种深度的测量，看其是否符合播种要求，播种深度是否均匀，有没有过深或晒种现象出现。

3.2.2 播种均匀性主要看是否有重播和漏播现象出现，株距之间距离是否均匀一致，因为种子播种越均匀，单株的营养面积、通风、透光等生长条件也就越均匀，这对促进单株玉米健壮生长非常重要。

3.2.3 出苗率播种10天后，记录出苗率。

3.2.4 产量测定玉米产量采用取样测产和实收测产相结合，选取小区内具有代表性的植株20株，采用常规法测定穗部性状，包括穗长、穗行数、行粒数、穗粗、百粒重。

3.3 数据分析方法

试验数据管理和统计分析应用Excel和DPS软件完成。

4 结果与分析

4.1 不同播种方式对播种质量的影响

玉米播种时，播种质量的好坏是影响玉米增产的关键因素之一。该机在2013—2014年进行了4次春季播种性能试验，并以2FBJD-2（机械式播种）为对照进行了对比（表1）。从表1可以看出：不同播种方式对玉米的播种质量有很大影响。玉米覆膜精播一体化播种机播种速度较快；平均播种深度为3.52 cm，没有过深或晒种现象，与对照相比，比对照深0.02 cm；播种株距合格率为93.80%，较对照高3.60%；重播率、漏播率低于对照，播种均匀性较好；覆膜质量高，基本无破损；施肥的稳定性和各行一致性效果较好；出苗率高，达95.60%，基本能够满足玉米生产要求。

4.2 不同播种方式对玉米产量及产量构成指标的影响

不同播种方式对玉米产量影响很大。由表2可知，覆膜精播一体化播种机播种的田间地块，除穗长和行粒数低于对照，穗行数、穗粗、百粒重、产量均高于对照。穗行数为15.73行，较对照多0.13行；穗粗4.73 cm，较对照4.72 cm粗0.01 cm；百粒重40.27 g，较对照38.35g高1.92g；产量较高，平均产量达12934.50kg/hm2，较对照产量11473.40 kg/hm2高12.70%，增产效果显著。

5 结论

（1）该机结构紧凑、设计合理、稳定性强、方便实用，能一次性完成平地、覆膜、施肥、打孔、播种、覆土、镇压一体化作业。

（2）该机能够满足玉米生产播种要求，单粒精量播种率达到98%；出苗整齐，保苗率超过90%；节本显著。连续2年试验结果表明：该机平均播种深度3.52 cm，没有过深或晒种现象；播种均匀性较好，株距合格率93.80%，重播率9.20%，漏播率2.60%；覆膜质量高，基本无破损；施肥的稳定性和各行一致性效果较好；收获后测产表明，使用该机具播种的田间地块平均产量达12934.50 kg/hm2，较对照产量11473.40 kg/hm2高12.70%，增产效果显著。

（3）该机实用性较强，一次性完成多道工序，有效地提高了农业生产力水平，降低了农民的劳动强度，增加了农民经济收入，较普通播种机每亩节种1.0 kg，产生了良好的经济效益和社会效益。

6 讨论

本玉米覆膜精播多功能一体化播种机解决了种子浪费严重、地膜烧苗、施肥落后等技术难题。但是由于笔者水平、加工条件等的限制，还存在许多不足之处。

（1）玉米精密播种可减少间苗带来的劳动强度，节约种子。但是精密播种后必须提高种子的出苗率，才能保证玉米产量。此外铺膜可延长冷凉地区无霜期，保墒、除草，增加产量。本研究玉米覆膜精播多功能一体化播种机通过对关键部件的设计，精播率达98%，出苗率≥90%，节省种子15 kg/hm2，经济效益显著。

表1 2013—2014年玉米覆膜精播一体化播种机田间性能试验比较

表2 不同播种方式对玉米产量及产量构成指标的影响

（2）玉米覆膜播种机研究近年一直在不断进步，笔者新研究了精密播种机构与可开十字形裂缝的开膜器，与传统铺膜播种相比，在保证精密播种的基础上出苗率提高约4个百分点。

（3）试验过程中，由于机具制造差异、机手人为因素、每个地块地势以及测试时间等因素的影响，因此测试数值仅反映了当时测试时的真实值。

（4）播种机具地域适应性特别明显，不同的土壤特性对机具的适应性有很大的影响，本项目研究机具要求在耕整后的土壤上作业，控制地表秸秆及较大土块的数量，种子大小均匀。如果地表平整度不够、种子大小差异明显、作业速度过快等都会影响播种精度；加工能力以及材料的选取会影响机具的可靠性及使用寿命。随着科技的发展，加工能力及材料的改善，机具整体性能更高，制造成本更低，应用范围更广。种子的质量是精密播种的关键因素，如果种子发芽率低，精密播种的意义就不大，因而，亟待强化种子生产经营企业、种子管理部门、技术监督等部门的密切合作，从种子的纯度、净度、发芽率、均匀度、水分含量等严格把关，为精密播种提供高质量、高标准的配套服务。

（5）本项目机具从设计、制造、试验等方面不断改进完善，经历了较长周期，取得了阶段性成果。未来还需通过农艺农机和现代科学技术的有机结合，进一步提高玉米膜上打孔精密播种技术的研究水平。

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Design and Evaluation of Corn Multifunctional and Integrated Seeder

Wang Chuangyun1,2,Zhao Li1,2,Deng Yan1,2,Guo Hongxia1,2,Wang Jin1,2,Wang Lujun1,2,

Zhang Liguang1,2,Wang Meixia1,2,Li Yongping3,Li Haiyan1,2
(1Institute of Crop Science,Shanxi Academy of Agricultural Sciences,Taiyuan 030031,Shanxi,China;2Shanxi Tengda Seed Company,Ltd.,Taiyuan 030031,Shanxi,China;3Modern Agricultural Research Center,Shanxi Academy of Agricultural Sciences,Taiyuan 030031,Shanxi,China)

In order to solve the problems of seeds waste,film burning seedlings,technological backwardness of fertilizing and so on during planting spring corn,a corn multifunctional and integrated seeder was designed. Structural parameters were provided through analyzing overall structure,working principles and critical parts of this machine,and field performance tests were also carried out in comparing with 2FBJD-2(another mechanical sowing machine).The results showed that the structure of this machine was more reasonable than that of 2FBJD-2.Its quality and speed of sowing were also better than 2FBJD-2.The average seeding depth of this machine was 3.52 cm without too deep or too shallow phenomenon.It was 0.20 cm deeper than the control group and the difference was significant.The qualified rate of seedlings space was 93.80%,reseeding rate was 9.20%and miss-seeding rate was 2.60%.So the seeding uniformity was better than that of the control group. This machine had high mulching quality and the damage rate was almost 0.The stability of fertilization anduniformity of rows were better than that of the control group.The germination rate in the field which was seeded by the corn multifunctional and integrated machine was 95.60%,3.80%higher than that of the control group, whose germination rate was 91.80%.In addition,the harvest test showed that the yield of the field seeded by this machine was higher and the average yield was 12934.50 kg/hm2,which increased by 12.70%in comparing with that of the control group(11473.40 kg/hm2).In conclusion,this multifunctional and integrated seeder could conduct land leveling,film mulching,fertilizing,punching,seeding,soil covering and earth compacting at the same time.This machine could reduce the labor intensity,increase working efficiency and saving cost.It can basically meet the agronomic requirements of maize.

Corn;Multifunctional and Integrated Seeder;Film of the Seeder;Fertilization of the Seeder;Yield

S223.24

A论文编号：cjas15060024

国家科技部中小企业技术创新基金项目“玉米抗旱、增产、节本精播栽培技术开发”(13C26211400711)；农业部2015年度公益性行业（农业）科研专项“黄土高原小麦玉米油菜田间节水节肥节药综合技术方案”(201503124)。

王创云，男，1976年出生，山西万荣人，副研究员，硕士，主要从事作物栽培学与生理学研究。通信地址：030031山西省太原市小店区龙城大街81号山西省农业科学院作物科学研究所，Tel：0351-2792327，E-mail：wrwcy@139.com。

赵丽，女，1980年出生，内蒙古乌兰察布人，助理研究员，硕士，主要从事作物高产栽培与生理生态学研究。通信地址：030031山西省太原市小店区龙城大街81号山西省农业科学院作物科学研究所，Tel：0351-2727448，E-mail：wslyx1234@163.com。

2015-06-29，

2015-08-05。