水稻覆紙膜全程緩釋底肥增產(chǎn)技術(shù)及設(shè)備的研究

安龍哲

摘 要：論述了水稻覆紙膜全程緩釋底肥增產(chǎn)技術(shù)及設(shè)備研究項(xiàng)目的工作情況，重點(diǎn)介紹了2MZ-180型紙膜覆蓋機(jī)及2F-6型緩釋肥施肥機(jī)的研究、設(shè)計(jì)、加工和試驗(yàn)。指出了該項(xiàng)目的研究應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)綠色有機(jī)水稻生產(chǎn)及環(huán)境保護(hù)的良好措施之一，先進(jìn)實(shí)用的水稻施肥、覆紙膜、插秧作業(yè)設(shè)備，可為綠色、有機(jī)水稻大面積生產(chǎn)作業(yè)奠定基礎(chǔ)。在節(jié)肥、增效、提高水稻品質(zhì)、減輕污染方面具有顯著意義。

關(guān)鍵詞：水稻;覆紙膜;緩釋底肥;技術(shù)及設(shè)備;研究

中圖分類號(hào)：S511 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.04.001

0 引言

黑龍江水稻產(chǎn)量占全省糧食總產(chǎn)的50%，為我省糧食提供了安全保障。在我省大面積推廣綠色、有機(jī)水稻的生產(chǎn)，符合省委省政府提出的“打綠色牌，走特色路”的農(nóng)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略。

長期以來，化肥和農(nóng)藥的使用造成的環(huán)境污染，一直是困擾全球的大問題。世界各國都逐漸認(rèn)識(shí)到研制和使用緩控釋肥料是提高肥料利用率的最有效措施之一。再生紙覆蓋栽培是日本近年來研究成功的一種水稻栽培新技術(shù)。開展水稻全程緩釋底肥增產(chǎn)技術(shù)、紙膜覆蓋技術(shù)及配套設(shè)備的研究日漸重要和迫切。為此牡丹江農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所開展了“水稻覆紙膜全程緩釋底肥增產(chǎn)技術(shù)及設(shè)備的研究”課題立項(xiàng)，通過紙膜覆蓋技術(shù)，解決施用化學(xué)除草劑除草問題，通過一次性施用緩釋肥作業(yè)解決插秧后二次追肥問題。該項(xiàng)目的研究應(yīng)用，在節(jié)肥、增效、提高水稻品質(zhì)、減輕污染方面有重要意義。

1 研究工作情況

指導(dǎo)思想是將水稻緩釋肥施用技術(shù)和覆紙膜技術(shù)相結(jié)合，將施肥裝置和覆膜裝置合理配置在現(xiàn)有四輪驅(qū)動(dòng)乘坐式插秧機(jī)上，實(shí)現(xiàn)水稻施肥、覆紙膜、插秧作業(yè)一次完成?？傮w方案的確定為：

（1）在四輪驅(qū)動(dòng)乘坐式插秧機(jī)配套設(shè)計(jì)緩釋肥施肥機(jī)和紙膜覆蓋機(jī)，組成復(fù)式作業(yè)機(jī)組，一次完成施肥、覆紙膜、插秧三項(xiàng)作業(yè)。

（2）緩釋肥施肥機(jī)和紙膜覆蓋機(jī)安裝方便，調(diào)節(jié)靈活、可靠，緩釋肥施肥機(jī)和紙膜覆蓋機(jī)單獨(dú)或聯(lián)合作業(yè)時(shí)，互不影響。

（3）設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，“三化”程度高，便于今后的推廣應(yīng)用。

2 兩種樣機(jī)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)加工和試驗(yàn)

2.1 2MZ-180型紙膜覆蓋機(jī)的設(shè)計(jì)、加工和試驗(yàn)

總體設(shè)計(jì)水稻插秧機(jī)紙膜敷設(shè)裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖。該機(jī)由支撐器總成、紙膜筒總成、托紙板總成、浮動(dòng)壓輥總成、邊壓輪總成、切紙刀總成等主要部件組成。

在四輪乘坐插秧機(jī)上配置紙膜覆蓋機(jī)，同時(shí)完成覆膜、插秧兩項(xiàng)作業(yè)。重新設(shè)計(jì)了插秧機(jī)船板，使其除具備插秧機(jī)船板原有功能外，還應(yīng)實(shí)現(xiàn)支撐、引導(dǎo)紙膜平穩(wěn)流暢鋪放的功能。

根據(jù)插秧機(jī)結(jié)構(gòu)和配置要求，對紙膜覆蓋機(jī)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了合理設(shè)計(jì)，并按不同部件的功能要求，確定了安裝位置，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)部件。為了將覆設(shè)的紙膜與地表貼實(shí)，并完成插秧工作，設(shè)計(jì)了“三輥式”水稻紙膜覆蓋機(jī)。

紙膜筒總成用來存放和固定紙膜，并防止紙膜被水濺濕，為了便于紙膜卷的安裝和敷膜時(shí)紙卷的轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)計(jì)了帶有芯軸的端蓋，由紙膜筒端蓋的手柄實(shí)現(xiàn)閉合。

為將紙膜貼實(shí)在水田表面，設(shè)計(jì)了壓輥總成，利用壓輥總成的壓簧，調(diào)整壓輥對紙膜壓力。邊壓輪總成將紙膜邊緣壓入水田中，使紙膜鋪放貼實(shí)平展，也可防止紙膜被風(fēng)刮起。設(shè)計(jì)了支撐器總成、托紙板總成結(jié)合作業(yè)形式，可解決上述問題。

支撐器總成具有升降功能，便于紙膜的引出，采用梳式鋼絲結(jié)構(gòu)，有利于減小摩擦阻力。與托紙板總成配合作業(yè)，可提高壓輥總成仿形能力，使紙膜能順利在水田中鋪放，設(shè)計(jì)的托紙板總成，采用了彈性較好的塑料結(jié)構(gòu)，工作時(shí)可為壓輥總成提供支撐界面。

樣機(jī)在黑龍江省海林市海南鄉(xiāng)拉谷村水稻田進(jìn)行了田間性能試驗(yàn)，針對試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的問題，對紙膜覆蓋機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)：

（1）根據(jù)紙膜覆蓋后的接縫重疊要求，調(diào)整了紙膜滾筒的寬度。

（2）為使紙膜排出流暢，在紙膜卷的排出位置設(shè)計(jì)了圓弧過渡板。

（3）為了將紙膜貼實(shí)在水田表面并調(diào)整對紙膜的壓力，設(shè)計(jì)了雙軸分段式浮動(dòng)壓輥，利用浮動(dòng)壓輥總成的壓簧，調(diào)整壓輥對紙膜的壓力并實(shí)現(xiàn)彈性自動(dòng)仿形功能要求。設(shè)計(jì)了浮動(dòng)壓輥總成、支撐器總成及托紙板總成配合作業(yè)模式，解決了單輥對紙膜垂直壓力過大，造成前進(jìn)阻力大等問題。

（4）機(jī)組行駛到地頭時(shí)，應(yīng)將紙膜切斷，為此重新設(shè)計(jì)了鋸齒式切紙刀，通過手柄等控制機(jī)構(gòu)即可完成切紙作業(yè)。

改進(jìn)后的樣機(jī)通過了各項(xiàng)性能試驗(yàn)，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，樣機(jī)實(shí)現(xiàn)了在插秧機(jī)插秧作業(yè)時(shí)，紙膜卷能夠便捷地切換固定和轉(zhuǎn)動(dòng)，通過支撐器總成和托紙板總成，在浮動(dòng)壓輥總成的作用下，平展順暢地將紙膜鋪放在水田表面，由邊壓輪將紙邊沿壓入泥中，實(shí)現(xiàn)水稻插秧作業(yè)。

2.2 2F-6型緩釋肥施肥機(jī)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)加工和試驗(yàn)

根據(jù)緩釋肥料的特點(diǎn)及所需施肥量的要求，按照農(nóng)藝要求，確定采用側(cè)施條播緩釋肥料。按照先條施緩釋肥，再將紙膜覆在水田表面，同時(shí)進(jìn)行插秧工作的程序完成整體作業(yè)過程。

根據(jù)施肥機(jī)在插秧機(jī)上的安裝位置，施肥機(jī)動(dòng)力輸入確定在插秧機(jī)輸出動(dòng)力萬向節(jié)處安裝鏈輪，通過鏈傳動(dòng)解決施肥機(jī)動(dòng)力輸入難題。

對于六行施肥機(jī)，由于動(dòng)力輸入軸在機(jī)器的中央位置，相應(yīng)要設(shè)置換向變速箱，通過換向變速箱兩端軸給施肥裝置提供動(dòng)力。按施肥量調(diào)節(jié)范圍的要求，通過對施肥量計(jì)算，根據(jù)輸入軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算出變速箱的傳動(dòng)比及排肥輪的轉(zhuǎn)速，相應(yīng)設(shè)計(jì)出換向變速箱。

在進(jìn)行排肥裝置的設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)緩釋肥的特性，考慮到要防潮濕、耐腐蝕，根據(jù)施肥量和排肥輪轉(zhuǎn)速，確定排肥輪和阻肥輪的外徑尺寸及肥槽形狀，設(shè)計(jì)出由排肥輪、阻肥輪、調(diào)節(jié)套組成的鑲嵌式排肥輪結(jié)構(gòu)，使其在工作過程中便于調(diào)整排肥量。設(shè)計(jì)的排肥殼體外形精巧，便于固定安裝。

排肥器總成由排肥器殼體、排肥輪、阻肥輪、調(diào)節(jié)套、固定座、肥箱、排肥軸等組成，是施肥機(jī)主要工作部件，也是核心部分。

設(shè)計(jì)肥箱時(shí)，考慮到要減少裝肥次數(shù)和安裝空間，肥箱體積按所需肥量進(jìn)行了設(shè)計(jì)，采用傾斜側(cè)壁，使顆粒肥料易于下滑排出。

在施肥機(jī)機(jī)架固定方式和排肥器傳動(dòng)方面進(jìn)行了合理設(shè)計(jì)，保證其穩(wěn)定性，安裝方便可靠。

3 聯(lián)合作業(yè)樣機(jī)作業(yè)性能試驗(yàn)

試驗(yàn)地點(diǎn)：樣機(jī)在黑龍江省海林市海南鄉(xiāng)進(jìn)行了田間作業(yè)試驗(yàn)。

試驗(yàn)內(nèi)容：試驗(yàn)分正常施肥插秧、全程緩釋底肥（整地時(shí)人工施肥）插秧、插秧機(jī)施緩釋底肥覆紙膜三種方式進(jìn)行對比試驗(yàn)。

正常施肥插秧階段施肥350 kg·hm-2、追肥采用尿素150 kg·hm-2;全程緩釋底肥，整地時(shí)人工施緩釋肥料300 kg·hm-2;插秧機(jī)施緩釋底肥覆紙膜，施緩釋肥料300 kg·hm-2。機(jī)插秧行穴距均為30×16.5 cm，試驗(yàn)田面積共計(jì)6.5 hm2。

試驗(yàn)用材料：覆紙膜采用植物纖維地膜與竹質(zhì)地膜;緩釋肥料使用北京首創(chuàng)新型肥料制造有限公司水稻專用控釋肥料;水稻品種為引優(yōu)一號(hào)。

4 研究試驗(yàn)結(jié)論

（1） 在四輪乘坐式水稻插秧機(jī)上配置緩釋肥施肥機(jī)與紙膜覆蓋機(jī)組成復(fù)式作業(yè)機(jī)組，一次完成施肥、覆紙膜、插秧三項(xiàng)作業(yè)，各項(xiàng)指標(biāo)可達(dá)到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及農(nóng)藝要求。該機(jī)具的研制，為水稻農(nóng)戶提供了一種先進(jìn)實(shí)用的設(shè)備，不僅降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，也促進(jìn)了我省綠色水稻事業(yè)的發(fā)展。

（2） 由于新型緩控釋肥料的養(yǎng)分釋放與作物需肥同步，供養(yǎng)均勻，降低了硝酸鹽含量，提高了營養(yǎng)成分和食品安全性，使水稻作物的品質(zhì)得到了提高，課題組通過對緩控釋肥料的試驗(yàn)研究，探索了緩控釋肥料的施用方式，改變了傳統(tǒng)的施肥方法，一次性施用底肥，不追肥，減少用肥量33.3%，降低生產(chǎn)成本，并可以提高產(chǎn)量5%左右。

（3） 經(jīng)過對水稻紙膜覆蓋栽培技術(shù)的試驗(yàn)證明：該項(xiàng)技術(shù)可在不施用化學(xué)除草劑的情況下，有效抑制雜草，減少對水稻、江河的污染;對提高地溫和水稻品質(zhì);保護(hù)環(huán)境都具有重要意義。雖然紙膜成本較高，但是采用此模式生產(chǎn)的水稻價(jià)格可大幅度提高，一般情況下每千克可提高0.70元。

5 總結(jié)

課題組通過兩年的研究試驗(yàn)，研制出的樣機(jī)首次實(shí)現(xiàn)了施肥、覆紙膜、插秧三項(xiàng)作業(yè)一次完成的功能，通過性能測試及生產(chǎn)試驗(yàn)考核，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求;該項(xiàng)技術(shù)及設(shè)備的研究達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，填補(bǔ)了國內(nèi)空白;通過對比試驗(yàn)和水稻生產(chǎn)跟蹤調(diào)查，研究了紙膜的降解、滅草過程和緩釋肥的性能特點(diǎn)，為今后的推廣應(yīng)用提供了理論依據(jù)。