基于农作物播种过程板结耧耙装置的研制与应用

亢秀丽，马爱平，崔欢虎，靖 华，王裕智，黄学芳，程麦凤

（1山西农业大学小麦研究所，山西 临汾 041000；2山西农业大学省部共建有机旱作农业国家重点实验室（筹），太原 030031；3山西农业大学山西有机旱作农业研究院，太原 030031）

0 引言

构建适宜群体是农作物高产的关键，而适宜群体的获得与作物出苗率密切相关[1-5]。影响出苗率的因素之一是板结，板结的原因有二，播前降雨抢墒播种造成“播种过程板结[6-7]”和“播后降雨板结[8]”，2种板结均会造成危害，轻者缺苗断垄，重者毁种，给生产造成巨大损失。有关播后降雨形成的板结，崔欢虎等[9]研制开发出了“农作物出苗板结表土破解器”。马爱平等[10]研制开发出了具有破除板结功能的“农田轻便土壤悬虚镇压器”。这些不同破除板结的产品与装置有效缓解了雨后板结对农作物出苗率的影响。有关“播种过程板结”是“旋耕施肥播种镇压一体机”的压辊与播种期表墒较大两个因素共同作用，压辊滚动挤压表土而出现的一种新型板结，针对该板结类型，亢秀丽等[6]研制开发出了破除该板结的一种疏松装置，经生产应用收到了良好效果，但其核心组件疏松构件是以弹簧压缩、收放带动疏松构件调节疏松爪（耙齿）的入土深度，存在疏松爪（耙齿）入土深度不一及结构复杂等问题。本项研究旨在继承“旋耕施肥播种镇压一体机”基本性能与功能的前提下，通过连接构件、调节构件和耧耙构件的设计与研制，突破耙齿（疏松爪）入土深度不一的技术瓶颈，以期解决播种过程形成的板结，提高出苗率，为组建合理群体、提高产量提供技术支撑。

1 装置设计的基本原理与指导思想

1.1 基本原理

该装置设计的基本原理是依据农作物播种出苗有较好的土壤微生境即“上虚下实”。“上虚”指所播种子与农田表面间土壤松软，种子发芽后出土顺畅（通过设计的耧耙构件的耙齿破除压辊挤压土壤形成的板结而实施）；其“下实”指种床土壤与种籽结合度紧，利于种子吸水发芽（通过旋耕施肥播种镇压一体机的镇压辊镇压而实施）。

1.2 指导思想

（1）保留原旋耕施肥播种镇压一体机的基本性能及特点。在旋耕施肥播种镇压一体机上安装耧耙装置不影响原一体机旋耕、施肥、播种、镇压各组件的基本作业性能及作业效率。

（2）设计研制开发的耧耙装置可有效破除原一体机播种过程造成的板结。其特点包括：依据不同作物播种深度、播种过程板结程度调整耧耙构件的耙齿入土深度而又不打乱所播种子，符合种子出苗“上虚下实”的微生境，利于种子吸水、发芽、出苗；该装置易与原旋耕施肥播种镇压一体机安装、调试及拆卸并有机融合协调作业；该装置生产成本低易于生产及推广。

2 装置结构设计及技术参数

2.1 装置结构设计

该装置包括连接构件、调节构件、耧耙构件，见图1。

图1 农作物播种过程板结耧耙装置示意图

该装置位于已有旋耕施肥播种镇压一体机的压辊后面，依次为连接构件、调节构件、耧耙构件。

连接构件共2套，压辊左右两侧各1套。每套包括1 个连接杆、1 个U 型支架A、1 个螺栓A、1 个连接臂。其中连接杆前端与支架横梁焊接，另一端通过螺栓A与U型支架A连接，连接臂一端与U型支架A焊接，另一端与耧耙构件的耙齿固定杆焊接。

调节构件共2 套，在2 套连接构件的正上方各1套。每套包括1个调整支架、1个调节螺纹拉杆、2个调节螺母、1 个支撑板、1 个U 型支架B、1 个固定螺母、1个螺栓B。其中调整支架焊接于连接构件的连接杆上，支撑板一端焊接于连接构件的连接杆上，另一端焊接于调整支架；U 型支架B 焊接于连接构件的连接臂上，调节螺纹拉杆一端通过调节螺母与调整支架固定，另一端焊接有一个固定螺母，调节螺纹拉杆的固定螺母紧置于U 型支架B 中，通过螺栓B 将调节螺纹拉杆的固定螺母与U型支架B连接。

耧耙构件与连接构件连接，位于该装置的最后端，包括1根耙齿固定杆和10～12个耙齿。其中耙齿固定杆的两端分别与连接构件的2个连接臂焊接，10～12个耙齿均匀焊接于耙齿固定杆。

2.2 技术参数

（1）外形尺寸/材质规格：耧耙构件宽度：2000～2500 mm（根据旋耕施肥播种镇压一体的播幅确定）；耙齿固定杆长度：2000～2500 mm；连接方管：长度130 mm；支撑板钢板：长度40 mm；调整角铁支架：长度160 mm；调节螺纹拉杆：长度170 mm；耙齿长度：80 mm；耙齿可调节入土深度：10～40 mm；耙齿距种子可调节距离：10～15 mm。

（2）配套动力：80～140 kW。

（3）作业效率：3～4 hm2/d。

3 安装、调试及拆卸

3.1 安装

将旋耕施肥播种镇压一体机放置于平整的地面。

将连接杆焊接于压辊支架横梁，通过螺栓A 将U型支架A 与连接杆固定，连接臂一端焊接于U 型支架A，另一端与已焊接有耙齿的耙齿固定杆焊接。

通过松动螺栓A，使U型支架A上下转动，U型支架A上下转动带动连接臂上下移动，当耧耙构件自然落于地面时锁定螺栓A。

将固定螺母焊接于调节螺纹拉杆一端，依据调节螺纹拉杆的长度在连接臂一定的位置焊接U 型支架B，并通过螺栓B 将调节螺纹拉杆与U 型支架B 连接（调节螺纹拉杆可转动）；依据调节螺纹拉杆的长度及调整后的角度，将调节螺纹拉杆的另一端穿过带有螺孔的调整支架，然后将调整支架和支撑板置于连接杆一定的位置并焊接，用调节螺母将调节螺纹拉杆与调整支架固定。

3.2 调试

启动牵引动力，将旋耕施肥播种镇压一体机提升于一定高度，下调调节螺母，则耧耙构件随连接臂的下移而下移。依据不同作物种子的播种深度确定耧耙构件的下移距离，原则上为耙齿的入土深度距离种子应保证在1.5～2.0 cm，当下放距离达所需农艺技术要求时，固定调节螺母。

3.3 拆卸

将连接U 型支架A 和连接杆的螺栓A 松动并拧下，将上端调节螺母从调节螺纹拉杆拧出，向下和向后移动调节构件和耧耙构件，则完成拆卸。焊接于连接杆的调整支架及支撑板保持原状，不影响旋耕施肥播种镇压一体机的其他作业性能。

4 应用效果

该耧耙装置经2018、2019年（2个年度小麦播种期降雨较多）在万福特有机农业有限公司（乡宁县双鹤乡红凹村）种植基地示范200 hm2以上，收到了良好效果。该装置各项技术指标符合农艺技术要求，有效解决了表层土壤含水量高与旋耕施肥播种镇压一体机的压辊耦合而造成的播种过程板结，实现了出苗率高且出苗整齐；该装置的可操作性得到公司的认可。

5 讨论与结论

关于农作物播种的土壤适耕期及适当耕作方式。各种农作物的播种均需选择适宜的播期进行适当的耕作。播期需建立在表层土壤有一定的含水量的基础上，表层土壤含水量较低会影响种子发芽，当表层土壤含水量较高则会造成机械碾压破坏土壤，同时影响其通透性造成播种质量差。在播种期内表层土壤具有适宜的水分且利于机械播种则是农田的适耕期。胡桂杰等[11]对赤峰市1961—2018 年春播作物适播期降雨量研究，认为适播期降雨量在13.1～142.4 mm之间。王洪预等[12]研究表明，土壤水分对春玉米出苗率影响最大，二者呈显著正相关。史晓芳等[13]、杨卫君等[15]研究表明，在适耕期播种机械的通透性好利于种子萌发出苗，为作物高产奠定基础。目前旋耕施肥播种镇压一体机由于其压辊的存在，即使在适耕期内实施播种也会造成不同程度的播种过程板结[16-18]，与以往传统播种机械相比缩短了土壤的适耕期，往往会错过适期播种，而影响作物产量。杨晓娟等[19]、李华兴等[22]认为播期选择适当的耕作方式能够减少土壤机械压力，减轻土壤紧实度，增强土壤对水分的调节力，使植株更容易获得水分供应，并且增加土壤菌群活性，获得高产稳产。季中亚[23]、张睿等[24]进行了不同机械播种方式对小麦生长发育影响研究，认为适墒条播能够提高出苗整齐度、成穗率、养分积累。本装置与旋耕施肥播种镇压一体机配套使用可有效解决播种过程形成的板结，延伸播种时间，可有效缓解错过适期播种并减轻土壤机械压力，实现作物一播全苗。

关于旋耕施肥播种镇压一体机的镇压辊。旋耕施肥播种镇压一体机的镇压辊的作用是解决因旋耕土壤悬虚已播种籽与土壤接触差而影响出苗的问题，同时为播种机排种轮的主动轮（播种机排种轮与镇压辊通过链条连接，镇压辊在农田的滚动，带动播种机排种轮而下籽）。由此看出，镇压辊在旋耕施肥播种镇压一体机中具有不可替代的作用。但其在表墒较大的年份造成的播种过程板结对生产造成的损失也是不可忽视的，胡月宝[25]等研究2GB-4 型旋耕播种机的维形剖分式镇压轮能有效解决江淮丘陵地由于雨水较多,墒情差,普通镇压轮出现粘土、壅土现象。因此，如何克服“旋耕施肥播种镇压一体机”造成的播种过程板结缺点，进一步完善“旋耕施肥播种镇压一体机”的功能是目前农业机械领域和农艺栽培领域所面临的一项重要任务。

关于农作物播种过程板结耧耙装置。该装置耧耙构件的耙齿分布与数量可依据全播幅耧耙和行耧耙两种方式而确定。若采用全播幅，耧耙可在耙齿固定杆上安排较多的耙齿；若采用行耧耙，则根据作物播种行距在其对应的播种行上安排耙齿固定杆上的耙齿。耙齿入土深度应依据不同作物的播种深度而调节，原则上耙齿入土最深点距种子应保证1.5～2.0 cm，以免扰动种子。该装置适用于一年一作农田秸秆残茬量较少的农田，在一年两作秸秆残茬量较多的农田则会造成通透性差。

本项研究开发的农作物播种过程板结耧耙装置，其由连接构件、调节构件和耧耙构件组成，通过连接构件与旋耕施肥播种镇压一体机的压辊支架简易连接，通过调节构件调整耧耙构件的耙齿入土深度，达到破除旋耕施肥播种镇压一体机的压辊挤压表土而造成的板结；其可有效延伸作物播种时间，提高出苗率和缩短出苗时间，实现合理的群体构建，为高产奠定基础。