玉米免耕精量播种机关键技术研究

唐立丰

(绥化市北林区北林办事处乡村振兴发展服务中心，黑龙江 绥化 152000)

0 引言

玉米是世界重要的粮食作物之一，我国是玉米生产大国，玉米产量占世界总产量的23%以上，位居世界前列[1]。传统农业生产中，由于不合理的耕作方式、农业机械的碾压及大量使用化肥农药等导致土壤板结，针对以上问题，我国开始大力推广保护性耕作技术，通过进行土壤少耕、免耕技术并配套相应的农机具进行种植模式的改变，优化传统种植模式与栽培方式，从而提高土壤质量，减少传统农业机械对土壤耕作层的破坏，为作物提质增产提供一个适宜的环境。

国外最早在20世纪40年代初期开始进行保护性耕作技术的研究[2]，并相继生产出配套农机具提高机械化程度。保护性耕作技术是经济效益、生态效益及社会效益并行的农业生产技术方式，而免耕播种技术是保护性耕作技术的核心部分，随着机械化技术的不断推进，相应的免耕播种机应运而生[3]。由于免耕播种机在进行开沟、播种、施肥时，土壤表层覆盖一层作物秸秆残茬，容易造成玉米免耕播种机的堵塞，地表不平也会导致整机播种不稳定、播种均匀性差等问题，玉米免耕精量播种机对于实现免耕播种技术下的播种精度、均匀度，提高作物出苗率与出苗整齐度具有重要意义[4]。

1 玉米免耕精量播种机及关键技术

1.1 机构组成及控制系统

玉米免耕精量播种机主要包括传动机构、机架、精准施肥装置、施肥驱动电机、肥箱、种箱、排种装置驱动电机、镇压器、覆土装置、开沟器、施肥开沟器、清垄装置、破茬装置等，主要结构如图1所示。玉米免耕精量播种机控制系统如图2所示，配套硬件系统如表1所示。控制系统由伺服电机实现施肥量的控制，在进行田间作业时，排肥装置根据设定的施肥量进行工作，当播种装置检测到播种信号时，播种阀打开，将适宜的肥料施入土壤，完成后阀门迅速关闭，继续进行下一处的播种施肥。结合相关控制算法，对播种机施肥的间距进行计算，控制播种机施肥位置参数，进而决定免耕播种机的开沟深度与相关技术参数[5]。

1.传动机构；2. 机架；3. 精准施肥装置；4. 施肥驱动电机；5. 肥箱；6. 种箱；7. 排种装置驱动电机；8. 镇压器；9. 覆土装置；10. 开沟器；11. 施肥开沟器；12. 清垄装置；13. 破茬装置

图2 玉米免耕精量播种机控制系统示意图

表1 玉米免耕播种机硬件配置

1.2 玉米免耕精量播种机生产效益

我国农业农村部农机推广站在2020年于黑龙江、辽宁、吉林开展秸秆全覆盖还田下玉米免耕精量播种机试验研究与推广，在三个地区分别建立1个试验示范地点进行试验，分别记录不同生产条件下土壤质量(表2)、玉米产量(表3)、生产收益(表4)进行对比分析[6]。研究结果表明，基于保护性耕作技术下使用玉米免耕精量播种机具有良好的生态效益、经济效益及社会效益。

表2 土壤有机质监测

表3 玉米产量情况表

表4 生产收益概况

生态效益：保护性耕作技术将秸秆进行全量覆盖，一方面减少秸秆焚烧带来的环境污染问题，另一方面秸秆覆盖可以提高土壤蓄水保墒能力，增加有机质含量，具有挡风固土的效果，带来一定的生态效益。

经济效益：保护性耕作技术可以减少农业机械的使用，农户仅仅需要一台玉米免耕精量播种机进行田间作业，减少田间作业环节，减少人工投入、减少燃油成本等农业生产成本，作物产量提高还可以提高经济收入，具有一定的经济效益。

社会效益：保护性耕作技术一方面可以解决秸秆焚烧的难题，另一方面秸秆还田提高土壤养分含量，减少土壤地表水分蒸发，作物根系生长发达，减少作物在极端天气中的倒伏情况。

2 技术发展制约条件

2.1 田间故障频发

免耕播种机在秸秆残茬覆盖的地表进行开沟播种，在田间作业时，由于秸秆残茬及杂草缠绕会导致免耕精量播种机出现故障，影响田间耕作效率，目前常见的主要故障如下。

2.1.1 排种装置不顺畅，导致播种不均匀

一方面主要是由于地表不平整、杂物较多、排种器开口不一致，应该及时进行整地优化作业环境，保证免耕精量播种机的工作状态；另一方面主要是由于刮种器或者气吸装置气流不畅导致种子卡壳与堵塞，应该及时检查传动机构及排种器，清除杂物，保证排种管气流顺畅。

2.1.2 开沟器堵塞

黏质土壤、土壤湿度过大、免耕精量播种机行驶速度较快等会导致开沟器堵塞，应该保证作业速度合理并匀速行驶，并且避免在较为湿润及黏质土壤中进行作业。

2.1.3 播种参数不合理

免耕精量播种机在播种过程中出现漏播，播种深度、播种距离不一致及空穴等问题，主要是由于仿形机构工作性能较差、作业速度不一致、排种装置出现损坏，导致播种参数不符合农艺要求，影响种子萌发。

2.2 控制系统精度差

免耕精量播种机控制系统的精度直接影响播种质量及作业要求，但是由于目前传感器技术、自动监测系统发展技术受限，导致精量播种控制系统精度较低，造成田间播种不均匀、出苗率低、播深不一致等导致作物产量降低。目前，关于提高控制系统精度主要为通过编码器采集机器行走速度及转速，通过PID控制算法实现播种均匀与播深一致，但是自动化与智能化程度较低，不能达到精准播种的要求。

3 关键技术发展重点

3.1 完善玉米免耕精量播种机的操作、保养及维修技术体系

规范玉米免耕精量播种机操作及使用后的保养与维修技术对于提高玉米免耕精量播种机的工作性能、延长整机使用寿命具有重要意义。在玉米免耕精量播种机使用前应该检查土壤环境及土壤表面平整度，优化玉米免耕精量播种机工作环境，清理玉米免耕精量播种机灰尘及污垢，进行关键零部件的润滑，检查传动机构的张紧情况。在正式进入田间作业前，应该进行试播，控制机器作业速度、播种参数及开沟深度，检查镇压及覆土装置是否运行合理，在保证机器可以正常运行的情况下进行田间作业。在进行田间作业时，机器作业速度不超过9 km·h-1，最低不能低于2 km·h-1，保证田间匀速行驶。在作业过程中出现异常情况，应该及时停机，切断动力进行故障检查。玉米免耕精量播种机使用后应该及时清理，将剩余的种子与肥料取出，防止受潮，对关键零部件进行润滑与保养，并停放至专门的库房，如果没有停放位置，也要用棚布将整机进行遮盖，防止风吹日晒及雨淋造成机器锈蚀。

3.2 在不同地区建立试验示范地区，推广相关免耕精量播种技术

为了在全国范围内推广免耕播种技术长效机制，不同地区应该加大资金投入与政策引导，建立相关技术示范区域。在此基础上逐步探索适宜该地区的免耕播种技术生产模式，因地制宜，结合当地特色作物及农艺要求开展免耕播种技术的推广与应用，改善相关装备组成，明确玉米免耕精量播种机生产方案，提高免耕播种技术的应用效率与技术水平。

3.3 提高玉米免耕精量播种机控制精度

随着智能算法、传感器技术及高精度定位技术的逐渐发展，GPS精准定位技术逐渐应用到农业机械的智能控制系统中，实现农业生产的精准作业与管理。未来应该基于高精度定位系统、传感器技术集合智能算法实现精量播种，对免耕精量播种机的位置信息、速度信息进行智能计算，通过程序控制实时调节电机控制转速及施肥、播种速度，实现在不同作业速度及作业环境下保证良好的播种深度及播种均匀性。提高作业精度，为今后进一步推广免耕精量播种技术及研制高端、智能的玉米免耕精量播种机提供依据。

4 结论

免耕播种技术是保护性耕作技术的核心组成部分，免耕播种机是提高免耕播种技术的机械化效率的重要基础条件。免耕播种机在田间作业时，由于地表秸秆残茬覆盖导致整机运行不稳定、秸秆残茬及杂草容易造成机械堵塞，为了提高播种精度提出免耕精量播种技术，通过优化相关结构并配合自动控制系统实现精量播种及施肥，但是由于控制系统及相关技术不成熟导致免耕精量播种技术水平、田间工作效率低。本研究以玉米免耕精量播种机为研究对象，通过对关键技术及生产效益进行分析，指出目前玉米免耕精量播种机发展的主要制约条件，并给予相关的发展建议及技术改进措施，研究结果以期为免耕精量播种机及关键技术的发展提供技术参考及理论依据。