大豆玉米复合种植施肥播种一体机研究*

杨昌敏 ， 赵帮泰 ， 程方平 ， 梅林森 ， 宋乐见 ， 张 巍 ， 王义鹏 ， 刘 琳

（四川省农业机械研究设计院，四川 成都 610066）

0 引言

2021年我国累计进口粮食16 453.9万t，其中大豆进口9 651.8万t，占进口总量的58.7%[1]。近5年大豆平均进口依赖度为87.88%，在粮食作物中进口依赖度最高[2]。耕地面积有限、大豆供需缺口巨大是长期困扰我国粮油安全的“卡脖子”难题。大豆玉米带状复合种植可有效解决玉米、大豆争地问题，是实现玉米大豆兼容发展，扩大大豆种植面积和提高产能的有效途径[3]，对保证国家粮食安全具有重要的战略意义。扩种大豆是2022年农业调结构的一个重点，也是一项重大的政治任务[4]，农业农村部印发的《“十四五”全国种植业发展规划》提出，到2025年，推广大豆玉米带状复合种植面积5 000万亩。

大豆玉米带状复合种植模式经过不断发展，技术日趋成熟，目前推广应用的核心和难点在于机械化的配套[5]。实现与栽培模式相适应的全程机械化机具配套，提高劳动生产率，是大面积推广大豆玉米带状复合种植模式的有力保障[6]。精密施肥播种机是大豆玉米带状复合种植模式全程机械化的关键[7]，机械既要适应大豆玉米小株距密植，又要满足大豆玉米的施肥差异，保证复合种植玉米的施肥量，即保证玉米单株施肥量与净作玉米相同的农艺要求。

1 播种机整机结构设计

针对西南丘陵地区土壤黏重、干旱板结、大豆玉米出苗率低、现有播种机适应性差等问题，课题组开展了针对旋耕施肥播种一体化技术的研究。研发的大豆玉米复合种植施肥播种机主要由旋耕开沟装置、施肥装置、播种装置、限深装置、挡泥覆土装置等组成，整机结构示意图如图1所示。播种时，播种机与动力拖拉机悬接，拖拉机动力经传动轴的传动带动旋耕刀旋转工作，同时肥箱肥料沿排肥管下落，经旋耕作业后均匀施于地面，此时播种装置开始工作，种子经种箱、排种器沿导种管下落于施肥后的田间，挡泥覆土装置覆土后即完成一个播种过程。

图1 播种机整机结构示意图

该播种机可播小麦（12行）、玉米（净作4行）、大豆（净作8行），还可以玉米大豆同时播（即大豆玉米带状复合种植“2+4”间作模式），是一款复合型播种机。整机结构简单，可一次完成整地、灭茬、播种作业，且不易缠草，作业效率较高。播种机主要性能参数如表1所示。

表1 旋耕施肥播种一体机技术参数

2 播种机关键部件设计

2.1 播种机排种装置设计

排种器是精密施肥播种机的核心部件，决定播种质量，影响出苗率[8]。选取适宜西南地区的间作大豆川豆16和玉米仲玉3号种子为研究对象，进行台架试验。以排种盘转速、直径、排种口数、作业速度等为因子开展正交试验，研究各因子对播种质量的影响及综合作用。优化关键参数，设计外槽轮式单粒排种装置，排种器台架试验示意图、排种器局部结构示意图分别如图2、图3所示。

图2 排种器台架试验示意图

图3 排种器局部结构示意图

设计的外槽轮式排种器加装了限位装置，设置了防堵组件，实现辅助震动操作，基本实现排种器单粒排种，避免了播种时种子堵塞、架空或多粒排种，有效提高了播种质量。

2.2 双施肥系统设计

在大豆玉米带状复合种植过程中，大豆需肥量小，玉米需肥量大，玉米单株施肥量与净作玉米相同[9]。针对此农艺要求，课题组基于大豆玉米带状复合种植模式常用复合颗粒肥的特性，对槽轮式排肥装置出料槽大小、转速、肥箱结构等关键参数进行了优化，设置双肥箱、双下肥管，加装搅拌机构对箱体中的肥料进行多方向搅拌，保证玉米大下肥量，满足大豆玉米带状间作的施肥要求。双施肥系统结构示意图如图4所示。

图4 双施肥系统结构示意图

施肥时，施肥装置的转动杆和搅拌杆同时转动和上下往复移动，从而对箱体中的肥料进行多方向的搅拌，能够有效防止肥料堵塞施肥口。若需在肥料中加入杀虫剂混施，此系统也能让二者混合得更加充分，从而使肥料药剂施撒更加均匀，保障幼苗生长。肥箱中设置的导流板，能够让箱体中的肥料更好地流向施肥口，避免肥料漏空，保障了施肥的稳定性。

2.3 播种、施肥质量监测系统设计

为避免播种施肥机种箱架空、排肥装置堵塞等造成播种施肥质量不佳、精度不高等问题[10]，精选传感器，采用电子监测技术手段，通过数据采集模块、数据处理模块、报警模块，实现对种箱、排种管、肥箱、排肥管空堵工况状态的监测，实时计算反馈播种量、施肥量。当出现异常时，可通过自动报警装置提醒操作人员，从而有效提高密植分控播种施肥机的作业质量。

3 播种机性能试验

大豆玉米带状复合种植施肥播种机性能试验的开展包括理论施肥量测算和田间播种试验两部分。理论试验主要是通过手动转动地轮，将地轮旋转圈数换算为田间行走距离，从而计算单位面积大豆、玉米的排肥量是否满足带状复合种植的要求，测试结果如表2、表3所示。田间播种试验初测了大豆、玉米的平均株距、重播和漏播情况。性能测试仪器和工具包括土壤坚实度仪、土壤水分测试仪、温湿度测试仪、皮尺、钢板尺、游标卡尺、秒表、电子秤等。

据表2、表3测试数据，计算得出玉米理论最大施肥量为61.36千克/亩，大豆理论最大施肥量为22.02千克/亩，满足了大豆玉米带状复合种植玉米施肥量60千克/亩～80千克/亩、大豆施肥量10千克/亩～15千克/亩的要求。

表2 玉米理论最大施肥量测试数据

表3 大豆理论最大施肥量测试数据

田间试验根据GB/T 6973—2005《单粒（精密）播种机试验方法》，对大豆玉米带状间作播种株距、重播率、漏播率等主要指标进行测试。经测试，大豆平均株距为12.76 cm，玉米平均株距为14.98 cm，满足了大豆株距70 cm～150 cm、玉米株距80 cm～150 cm的要求，重播率、漏播率满足JB/T 10293—2013《单粒（精密）播种机技术条件》的标准要求。

4 结束语

大豆玉米带状复合种植同常规技术相比，具有高产出、可持续、机械化、低风险等优势。在适宜地区推广大豆玉米带状复合种植技术，可实现玉米基本不减产的同时增收一季大豆。该技术是推动大豆玉米兼容发展、协调发展的主要途径，对提升国家粮油综合生产能力意义重大。要大面积推广大豆玉米复合种植技术，必须尽可能降低劳动强度和生产成本，大力推广应用包括专用播种机在内的实用高效种、管、收作业机具，保障带状复合种植提质增效。播种是大豆玉米复合种植的重要环节，要继续加强专用播种机的研发制造和优化改进，进一步提高专用播种机的精量播种水平，保证播种质量，为大豆玉米带状复合种植技术的推广奠定基础。