原茬地小麦免耕播种机性能试验研究

罗 征，孙培灵，陈海涛，候守印，纪文义，李 昂

(东北农业大学 工程学院，哈尔滨 150030)



原茬地小麦免耕播种机性能试验研究

罗 征，孙培灵，陈海涛，候守印，纪文义，李 昂

(东北农业大学 工程学院，哈尔滨 150030)

针对黄淮海地区小麦播种技术存在的问题，设计了一种带有轻型动力种床整备装置的原茬地小麦免耕播种机。该免耕播种机可以一次完成种床整备、开沟、施肥、播种、覆土镇压和秸秆覆盖等多道作业工序。在安徽宿州秋季玉米机收后玉米秸秆根茬残留量为2.6kg/m2茬地上，以NY/T 1768-2009《免耕播种机质量评价技术规范》为评价标准，进行了性能测试试验。结果表明：该播种机能有效清除残留秸秆并对播种带进行微耕且均匀覆秸，机具通过性良好；播种均匀性变异系数为32.4%，播种深度合格率为93%，变异系数为11.2%，均满足GB/T 20865-2007《免耕施肥播种机》中小麦免耕播种的要求。该研究为该机的试验示范以及推广应用提供了科学依据。

冬小麦；免耕播种；垄间套播

0 引言

我国传统的土壤耕作制度采用的是精耕细作，虽然短期内可以依靠化学肥料提高作物的产量；但长期以往会导致土壤退化、生物多样性减少，作物产量降低、焚烧秸秆环境污染等诸多问题。免耕播种作业在地表保留适量的农作物秸秆，不仅可以解决秸秆处理难的问题，而且可以改善土壤的物理化学性质和生物学多样性，从而有助于保护环境和实现农业的可持续发展[1]。

黄淮海地区是我国重要的粮食生产基地，冬小麦—夏玉米一年两熟制是该地区的主要种植模式[2-3]。秋季机收玉米后，秸秆残留量大，玉米根茬粗壮，易导致小麦免耕播种机具易堵塞及种子架空等问题，国内外的科研工作者创新性设计出带状旋耕、条带粉碎等多种形式的动力驱动式防堵装置的小麦免耕播种机[4]；但该类型的播种机功率消耗大、播种质量差、作业效率低，并不能很好地适应保护性工作的要求[5]。随着我国对资源节约型、环境友好型、规模化及现代化农业建设的重视力度不断增强，迫切需要一种适合我国国情的茬地小麦免耕播种机。

针对黄淮海地区小麦免耕播种技术存在的问题，东北农业大学工程学院于2015年设计了一种带有轻型种床整备装置的茬地小麦免耕播种机并进行性能试验研究。本研究通过对该机的播种和施肥性能测定分析，对其工作性能进行评价，为黄淮海地区小麦免耕播种技术的推广提供科学依据。

1 结构及工作原理

原茬地小麦免耕播种结构及技术参数如图1和表1所示。其主要由轻型种床整备装置、播种单元、施肥单元和覆土镇压装置等部分组成。

1.轻型种床整备装置 2.施肥单元 3.播种单元 4.覆土镇压装置

表1 主要技术参数

续表1

工作时，拖拉机通过三点悬挂装置牵引机具，轻型种床整备装置将动力输出轴的旋转动力转化为横向清秸刀轴和纵向苗带微耕刀轴的旋转动力，将地面上的秸秆和根茬经过打击、传递、抛洒到播种机两侧，并对苗带进行5～8cm深度的微耕，为种子着床创造良好环境。其后方的肥开沟器在地表以8～10cm土壤深度处开出肥沟，种开沟器在地表以下3～5cm、肥沟侧方约5cm的位置处开出种沟，同时施肥器和排种器随之完成施肥和播种作业；覆土镇压器将湿润的土壤覆盖回种子的上面并压实种沟上侧的土壤，使湿土与种子紧密接触。回程作业时，轻型种床整备装置又可将秸秆和根茬均匀地覆盖回已播地块，起到蓄水保墒和提高土壤有机质含量的作用。

2 试验条件

2.1 试验材料

试验用小麦为鲁元502，千粒质量45.2g，容重786g/L，播种量为255kg/hm2；试验用肥料为珍珠泉复合肥，N-P2O5-K2O为16-16-16，总营养成分≥48%，施肥量495kg/hm2。

2.2 试验装置及仪器

奇瑞耕王RS1304拖拉机；原茬地小麦免耕播种机(见图1)；BS-2202S德国赛多利斯电子天平(量程10kg，精度0.01g)；SZ-3土壤硬度计(精度±1%)；SU-LB土壤水分测定仪(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)；数码相机；摄像机等。

2.3 试验环境

试验于2015年10月21日在安徽省宿州市埇桥区傅湖村秋季机收玉米茬地实施。试验环境温度为18～20℃，试验地长度为265m，宽度为13.2m，可供6个工作行程。前茬作物为玉米，玉米行距为55cm，机收后未做任何处理，平均茬高38cm，秸秆覆盖量3.2kg/m2。土壤含水率：0～5cm为23.1%，5～10cm为27.4%。土壤硬度：5cm为2.49MPa，10cm为3.28MPa。试验地条件如图3所示。

图2 原茬地小麦免耕播种机

图3 机收后的玉米茬地

3 试验方法

试验时标定机具作业速度为5.2km/h，依据《免耕播种机质量评价技术规范》《谷物条播机试验方法》《小麦免耕播种机作业质量》和《免耕施肥播种机》等相关标准对该机播种质量、机具通过性、种肥间距、土壤扰动量及地轮滑移率等作业性能进行测试。

3.1 测区的确定

在播种作业区内任取对角线中的一条，将对角线等分为 6 段，分别以两个端点外的其他 5 个等分点为中心点选取测区，测区的宽度为1个工作幅宽，长度为5m，共选定5个测区。

3.2 播种质量

3.2.1 播种均匀性

用播种均匀性变异系数CV评价。测量方法：从5个测区中随机选取1个测区，在所选取的测区中随机选取6行，以10cm为分段，每个播种行选取10段，测定每段的种子粒数。拾取种子时，先去掉覆盖在种子上面的大部分覆土，在接近种子深度时，连同种子和土壤一起取出，筛去粉状土壤，捡出种子，数其粒数，则每行的变异系数为

(1)

X—各段内的种子粒数(粒)；

n—段数(段)。

最后，求出6行播种均匀性变异系数的平均值为最终结果。

3.2.2 各行排种量一致性变异系数

在播量调整的过程中，应做到各行排种量一致，以保证各行出苗均匀程度相同，此时用各行排种量一致性变异系数Cv来衡量。试验方法：先将播种机架起，在每个播种单体下随机选取一个输种管，共选取6个排种器，在输种管下单独放置接种容器，转动地轮使排种轮转动30圈，并分别称重各个容器收集到的种子。试验重复5次，变异系数为

(2)

X—每行排量(5次平均值)(g)；

n—所选输种管个数。

3.2.3 总排种量一致性变异系数

在播种量一定的条件下，应使每次播种机总播种量一致，以保证单位播量基本一致。试验方法：将播种机架起，转动地轮使排种轮转动30圈，收集所有排种器的排种量，并一起称重，重复进行5次。其变异系数为

(3)

x—每次的总排量(g)；

n—重复次数(次)。

3.3 机具通过性

根据农业部农机鉴定总站免耕播种机性能检测要求，在植被覆盖量为2.0～4.0kg/m2的地表，以60m作业距离内发生堵塞的程度进行分类。如果出现秸秆壅塞、不停机无法继续作业为严重堵塞；如果秸秆壅塞、不需停机清堵为一般堵塞；如果发生秸秆壅塞，但能从开沟器间隙动流过，则为轻微堵塞。本试验在所选试验地共进行往返3个来回，共6个行程。

3.4 种肥深度

在我国进行播种作业时由于施肥量较大，为避免烧苗，影响出苗率，本机采用侧方深施肥的方式测定种肥的水平与垂直距离。其方法如下：机具以正常作业速度播种后，在选定的5个测试区内，每个测区随机选取10个测点，人工扒开土层进行播种深度和施肥深度的测量，种深3～5cm、肥深8～10cm为合格。

3.5 地轮滑移率

在作业过程中，地轮的滚动是排种、排肥器所需动力的源动力，滑移率越小，排种、排肥的均匀性越好。测量方法：播种过程中,测量地轮转动10圈的实际前进距离S,两轮各测5次求平均值。 计算公式为

(4)

式中S—地轮转动10圈实际走过的距离(重复5次的平均值)(mm)；

n—地轮转动圈数(圈)；

R—地轮半径，取R=270mm。

3.6 土壤扰动量

免耕播种要求播种时土壤扰动量越小越好，正常播种作业后，在测量播种深度的同时，每个测区测量3点。利用卷尺测量开沟器开沟宽度，取其平均值作为实际的开沟宽度。开沟器的土壤扰动量η为

(5)

式中D—播种开沟器实际的开沟宽度(mm)；

S—播种行距(mm)。

最后求出5个测区的平均值为最终动土率。

4 试验结果及分析

4.1 播种质量性能

播种质量性能如表2所示。由测试结果可知:播种均匀性、各行排种量一致性变异系数和总排种量一致性变异系数均能满足GB/T 20865-2007《免耕施肥播种机》小麦免耕播种所要求的性能指标。

表2 播种质量性能测定结果

4.2 机具通过性

试验结果表明:该机具能够正常作业，往返6个行程的过程中，无明显堵塞现象，播种机具通过性良好，保证了播种质量。

4.3 种肥深度

播种后种子、肥料深度测量如图4、图5所示，田间试验结果如表3所示。

图4 种深的测量

图5 肥深的测量

项目合格率变异系数种子92．311．2肥料83．016．6种肥间距90．722．8

试验结果表明：在正常作业过程中，种深、肥深、种肥间距及其合格率、变异系数均在小麦免耕播种机正常要求的范围内，可以满足我国小麦播种机播种的各项指标。由于播种单体采用平行四连杆进行仿形，与同幅宽整体仿形的2BMQF-6/12防缠绕小麦免耕施肥播种机相比，其播深合格率更高，播深变异系数更低。由此说明所设计的平行四连杆仿形单体收到了良好的作业效果。

4.4 地轮打滑率

由试验中测得的数据计算得出左轮的打滑率为6.9%，右轮的打滑率为7.2%，两轮的打滑率相差不大，符合左右轮在行走过程中均要为排种、排肥提供动力的要求。

4.5 土壤扰动量

开沟宽度的测量如图6所示。此次试验过程中所采用的开沟器为尖角开沟器，该开沟器不仅土壤扰动量小，而且入土能力强。所选测试点处实际开沟宽度的平均值为9.6cm，计算所得的土壤扰动量为48%。

图6 开沟宽度的测量

5 结论

1)采用轻型动力种床整备装置能有效地清除播种带上的秸秆和杂草并对播种带进行微耕，为后续的播种作业创造良好的条件。

2)在播种性能上可以满足GB/T 20865-2007《免耕施肥播种机》小麦免耕播种所要求的性能指标。

3)所设计的平行四连杆仿形单体收到良好的仿形效果，与同幅宽采用整体仿形的2BMQF-6/12防缠绕小麦免耕施肥播种机相比，其播深合格率更高，播深变异系数更低。

[1] 汤姆·戈达德.免耕农业制度[M].李定强,卓慕宁译.北京:中国环境科学出版社,2011.

[2] 中国农学会耕作制度分会.现代农业与农作制度建设[M].南京:东南大学出版社,2006.

[3] 高旺盛.中国保护性耕作制[M].北京:中国农业大学出版社,2011.

[4] 高焕文.保护性耕作技术与机具[M].北京:化学工业出版社,2004.

[5] 牛博英,马洪亮,史磊.小麦免耕播种机防堵装置的研究进展[J].农机化研究,2009,31(2):247-249.

[6] 农业部农业机械试验鉴定总站,甘肃省农业机械鉴定站.NY/T 1768-2009免耕播种机质量评价技术规范[S]．北京:中华人民共和国农业部，2009.

[7] 农业部农业机械试验鉴定总站,河北省农业机械鉴定站.NY/T 1411-2007小麦免耕播种机作业质量[S].北京：中华人民共和国农业部,2007.

[8] 中国农业机械化科学研究院，农哈哈机械有限公司.GB/T 9478-2005谷物条播机试验方法[S]．北京:中国标准出版社，2000.

[9] 中国农业机械化科学研究院，河南豪丰机械制造有限公司，山西省农业机械鉴定站.GB/T 20865-2007耕施肥播种机[S]．北京:中国标准出版社，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

公益性行业(农业)科研专项(201303011)；现代农业产业技术体系建设专项(GARS-04)

罗 征(1988-)，男，河南南阳人，硕士研究生，(E-mail)535195852@qq.com。

孙培灵(1965-)，女，哈尔滨人，副教授，博士，(E-mail)spl1965@126.com。

S223.2+6

A

1003-188X(2017)02-0133-05