大豆玉米带状复合种植复式播种对策与改造应用

孟为国，陆 凯，周 翔，韦 勇，蒋步银

（1.南京农业大学，江苏南京 210000；2.江苏省农机化服务站，江苏南京 210000；3.盐城市大丰区农业机械技术推广站，江苏盐城 224000；4.兴化市现代农业发展服务中心，江苏兴化 225300）

0 引言

大豆和玉米的带状间作复合种植可以充分利用资源、提高土地产出率，通过将大豆和玉米行间套复种，可以增加土地复种指数，提高土地利用率，增加粮食产量，同时培肥地力，达到用地与养地结合的目的，作为土地高产出率的该种植模式已在国内外得到的深入研究[1-4]。大豆玉米带状复合种植是“稳玉米、扩大豆”的有效途径，也是农业农村部重点推广的技术之一[5]。江苏省大豆玉米的套种模式主要以大豆-玉米带状复合种植为主[6-7]，在2022年4万hm2种植基础上，2023年推广种植面积达7.67万hm2。各种植区不同种植模式的机械化播种主要是分播和一体化播种两种形式[8]，分播作业效率远低于一体化播种。由于江苏7～8月份是主汛期，降雨天数多且雨量大，为防止内涝需要在播种前或播种后进行开沟作业。播种前后开纵向沟都受到拖拉机轮距及播种机作业幅宽等因素的影响。

江苏省玉米大豆带状复合种植区大多是在前茬为麦茬且秸秆还田要求的茬口下进行的玉米大豆带状复合种植播种作业，如果采用旋耕后播种，玉米后期容易倒伏。如果直接免耕播种，大豆播种的播种深度以及落种质量等会受到影响，影响大豆的出苗质量。基于上述情况，并结合江苏省机械化收获的实施条件，本文在净作玉米播种机的基础上进行了技术改造，以满足玉米播种带免耕播种，大豆播种带旋耕后播种，并完成开纵沟和施肥的一体化作业。

1 江苏省及黄淮海地区大豆玉米复合种植4+2模式与机械化播种技术要求

大豆玉米复合种植4+2模式是实行4行大豆带与2行玉米带复合种植。带宽270 cm，其中，大豆行距30 cm、株距10 cm，播种9 800粒/667m2，有效株数达到8 000株以上；玉米行距40 cm、株距12 cm，播种4 900粒/667m2，有效株数达到4 500株以上。大豆带与玉米带间距70 cm。大豆玉米复合种植4+2模式亩施氮量比单作玉米、单作大豆的总施氮量可降低3～4 kg，须保证玉米单株施氮量与清种相同。带状间作玉米选用高氮缓控释肥，施用50～65 kg/667m2（折合纯氮14～18 kg/667m2），大豆选用低氮缓控释肥，施用15～20 kg/667m2（折合纯氮2～3 kg/667m2）。带状套作播种玉米时，施20～25 kg/667m2玉米高氮专用配方肥。

2 基于净作玉米播种机的复式播种机改造方案

2.1 净作玉米播种机

江苏省净作玉米播种面积达33.33万hm2，基本的播种模式主要是种肥一体式播种，行距在60～80 cm，株距为15～20 cm，施肥复合肥40～50 kg。根据大豆玉米复合种植4+2模式种植要求并结合机械化收获工艺要求，改造机型选取的玉米净作播种机机架总宽度为2 800 mm（如图1）。

图1 净作玉米播种机结构示意图

2.2 大豆玉米带状复合种植复式播种机改造技术要点

根据玉米大豆复合种植的农艺要求，并且结合江苏省对玉米大豆的种植条件，本研究所设计的玉米大豆复合播种机的主要技术参数指标如表1所示。

表1 玉米大豆复合播种机主要技术参数

玉米大豆复合种植复式播种一体机应满足上述技术要求，改造应满足如下要点：

1）原播种机单体不能满足玉米40 cm和大豆30 cm行距的种植要求，由于播种单体最小宽度限制，原播种机结构不能将玉米播种行距和大豆播种行距调整至4+2种植行距的要求。通过改造机架结构来实现原播种机的最小行距调整值。实现行距的播种技术要求。

2）满足大豆玉米带状复合种植4+2模式的播种机宽度应在280～300 cm。

3）由于大豆玉米带状复合种植4+2的种植模式玉米与大豆施肥量不一致，原播种机无法实现肥料分施。通过对原肥箱进行改造，满足肥料分施的技术要求。

4）原机净作玉米播种量不能满足复合种植的播种量要求，通过改造达到复合种植玉米和大豆播种的播量和株距要求。

5）大豆行间开沟问题，江苏地区降水偏大，影响大豆作物，需开沟，通过改造和加装开沟装置，形成大豆行间沟系。

6）满足玉米免耕板茬播种和大豆旋耕播种，以保证出苗质量和后期玉米抗倒伏能力。

主要的解决策略为大米大豆间的行距为70 cm，大豆的行距为30 cm，玉米的行距为40 cm，中间安装用于排水的开沟装置，开沟宽度为30 cm。为了确保沟两侧的作物正常生长，需要保证距离沟边至少20 cm，因此机架的总宽度为310 cm，两侧各留20 cm（如图2）。

图2 玉米大豆复合播种机播种示意图

2.3 主要技术改造

2.3.1 复式播种一体机播种单体整体配置。播种单体尺寸的相知无法满足不改变机架的情况下无法满足大豆玉米复合种植播种行距要求。设计一个300 mm的接杆如图3，播种单体前后交错排布如图4，满足大豆、玉米行距播种要求。播种单体前后交错安装播种时更容易穿过残茬和秸秆，减少机器的堵塞和故障。

图3 接杆示意图

图4 播种单体安装示意图

2.3.2 大豆带开沟、旋耕一体机设计与配置。大豆带需要旋耕播种，旋耕机采用反旋式，旋耕深度15 cm，旋耕幅宽为150 cm。如图5。旋耕机消耗功率的计算如下[9]：

图5 旋耕开沟一体机

式中，Nx—理想的旋耕功耗（kW）；

k—旋耕比阻（N/m2）；

d—旋耕的深度（cm）；

v—前进的速度（m/s）；

B—工作幅宽（m）。

式中的旋耕比阻k取为，旋耕深度d取值为15 cm，前进的速度v取值为1.3 m/s，工作幅宽为2.7 m，将数据代入上式得出：Nx=27.8KW。

同时，考虑到在作业的过程中存在传动损失的问题，所以结合传动效率，传动效率为，根据公式2：

得出旋耕功率：N1=40KW。

排水沟开沟装置与土壤的相互作用，利用切土和挤压行程排水沟。开沟排水装置的功耗公式为[3]：

式中，b开沟的宽度（m）；

k1—切土比阻（N/cm2）；

h—开沟的深度（cm）；

Vd—前进的速度（m/s）。

根据设计要求，将开沟宽度b取为0.3 m，开沟深度h取为20 cm，前进的速度取为Vd为1.3 m/s，切土比阻k1为为35 N/cm2，将各个数值带入式3中得出N2=27.3KW。

经过改造设计，大豆带开沟、旋耕一体机如图5，悬挂架采用原播种机的悬挂架，在播种机机架横梁上按照中心线对齐进行安装即可。

2.3.4 肥料分施系统改造设计与配置。原玉米净作播种机为4行播种，施肥开沟只有4个，需根据施肥技术要求在机架合适位置另加装2个玉米施肥开沟器，整体式肥箱改为三段布置，两边肥箱装玉米肥箱、中间为大豆肥箱，安装4支排肥器如图6（左）。并装配排肥装置，结构如图6（右）。

图6 大豆肥箱和玉米肥箱

2.3.5 传动系统改造设计与配置。为了保证玉米与大豆复合纸种植播种株距要求，就需要重新确定传动比。播种速度定为1.3 m/s，滚动地轮直径为350 mm，玉米播种单体选用的勺式排种器旋转一圈可以播种18粒，玉米播种单体选用的勺式排种器旋转一圈可以播种24粒。玉米播种株距定位12 cm，大豆播种株距为10 cm。玉米播种单体的传动比为0.9。中间传动杆到大豆播种单体的传动比为0.5。

整机的改造设计如图7所示，大豆带旋耕机安装于机架的前方，肥料箱安装于机架的正上方，开沟装置和播种单体安装于机架的前端横杆和后方横杆上，最后的镇压装置则位于后方固定，并与开沟装置连接固定其镇压高度。

图7 玉米大豆带状复合播种机结构示意图

3 试验与结果

项目于2023年6月23～28日在兴化市和盐城市大丰区项目试验示范基地分别进行了13.33 hm2大豆玉米复合种植复式播种一体机播种作业，试验采用大豆品种为菏豆12，玉米品种联创839，播种平均作业速度3.23 km/h。播种田块以前茬小麦，秸秆全量还田条块试验，秸秆覆盖量为0.79 kg/m2。试验方法依据GB/T 6973—2005《单粒（精密）播种机试验方法》进行。试验数据如表1、表2、表3。

表1 玉米播种均匀性实验数据表

表2 大豆播种均匀性数据表

表3 覆土深度数据表

根据实验数据复式播种一体机播种作业能满足主要播种质量技术要求，玉米平均株距12.43 cm，大豆平均株距为9.8 cm。根据田间试验实测数据玉米平均施肥量为63.50 kg/667m2，玉米平均播种深度为2.83 cm，大豆平均播种深度为3.07 cm。大豆平均施肥量为15.8 kg/667m2，满足了大豆玉米带状复合种植玉米施肥量60～80 kg/667m2、大豆施肥量10～15 kg/667m2的要求。在主要性能指标上都能满足大豆复合种植播种的质量要求。播种后15天进行了田间出苗率检查，玉米出苗率达到94.6%，大都出苗率达到90.7%。播种后达到较好的出苗效果。

4 结论

大豆玉米复合种植的不同模式应严格按照农艺技术要求的行距和株距，以保证基本苗并达到大豆和玉米“高位主体、高低协同”高效利用光能和“以冠促根、种间协同”高效利用氮磷的条件，促进高产[10]。不同模式种植应充分考虑中期田间管理和后期收获的机械化配套，提高机械化作业效率。所以配套高效的种植机械势在必行，本项目改造的大豆玉米复合种植复式播种一体机在播种、施肥各项指标中性能良好，能完成纵向开沟，并能完成玉米免耕和大豆旋耕播种。复式播种一体机作业效率比分播高出2倍左右，能在大豆玉米复合种植技术的推广中起到重要的作用。