玉米生產(chǎn)中的精量播種作業(yè)及精確控制技術(shù)研究

康海艷

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機械工程科學研究院，哈爾濱 150081)

0 引言

隨著越來越多先進的農(nóng)業(yè)技術(shù)應用到玉米生產(chǎn)過程中，使玉米的產(chǎn)量不斷提升，同時玉米的生產(chǎn)過程得到了顯著的優(yōu)化。農(nóng)民有更多的精力投入到生產(chǎn)技術(shù)的優(yōu)化之中，有效促進了玉米生產(chǎn)技術(shù)與全程機械化的結(jié)合。播種作業(yè)做為玉米生產(chǎn)過程的基礎(chǔ)性工作，其機械化作業(yè)的能力與可靠性直接關(guān)系到玉米的最終產(chǎn)量。在傳統(tǒng)的玉米播種過程中，為確保玉米的發(fā)芽率通常需要利用機械在每穴中播種2～3顆玉米種子，以彌補機械播種精度不足的影響。隨著精量播種技術(shù)的應用，利用精量播種機對玉米種子進行播種作業(yè)，實現(xiàn)了每穴播種1粒種子的高精度作業(yè)要求，不僅節(jié)省種子資源，也近一步提高了玉米產(chǎn)量和經(jīng)濟價值。

1 玉米精量播種機械化技術(shù)應用情況

我國對于精量播種技術(shù)及相關(guān)機具的研究起始于20世紀70年代，但由于機械技術(shù)的落后和種子培育體系的不健全，導致很多先進技術(shù)得不到有效開發(fā)。隨著玉米育種技術(shù)和種子處理技術(shù)的完善，玉米種子的品質(zhì)得到了有效提升，為機械化精量播種創(chuàng)造了有利條件。

對于玉米生產(chǎn)而言，現(xiàn)階段精量播種機械應用較好的省包括黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古、山西等。但總體而言，盡管精量播種作業(yè)具有節(jié)約種子、降低生產(chǎn)成本的優(yōu)點，但由于先進的精量播種機如氣吸式播種機、精密機械式播種機因結(jié)構(gòu)復雜、技術(shù)含量高，導致其售價比較高，很難在短時間內(nèi)實現(xiàn)大范圍普及。且由于我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的拖拉機仍以小型機具為主，不利于與先進的大型播種機進行配套，限制了先進、高速、精量播種機在玉米生產(chǎn)中的應用。

2 玉米精量播種作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 播種前準備工作

在進行玉米播種作業(yè)之前，必須要完成規(guī)范的整地作業(yè)。在播種前利用翻耙機械對耕地進行翻耙耕整作業(yè)，并在翻耕后及時進行地表壓實，使土壤達到上實下虛的待播種狀態(tài)，同時土壤的結(jié)構(gòu)滿足松、平、齊、碎、墑、凈的要求，并對耕地每隔2～4年實施一次機械深松作業(yè)，深松深度應達到25 cm以上，以保證土壤蓄水保墑的能力，近而確保播種的土壤狀態(tài)符合要求。同時還必須要選用符合國家標準的優(yōu)質(zhì)玉米種子，用于精量播種作業(yè)，種子必須符合較高的凈度、純度、發(fā)芽率要求。

2.2 播種機具種類及選擇

現(xiàn)階段可應用于玉米精量播種的機具按照其工作原理可分為機械式精量播種機和氣力式精量播種機兩類。機械式精量播種機播種精度和播種效率相對較底，但同時其市場價格較底；氣力式精量播種機播種效率高、播種精度高，但其結(jié)構(gòu)更為復雜、技術(shù)更為先進，市場售價相對較高。精量播種機的選擇首先需要考慮與拖拉機的配套使用要求，也就是播種機必須與農(nóng)戶已經(jīng)購置的拖拉機實現(xiàn)可靠裝配(如圖1)，拖拉機的動力懸掛系統(tǒng)、功能均符合精量播種機的要求，方可進行選購與應用，且還必須考查行距、株距、作業(yè)深度、播種量和施肥量是否符合當?shù)氐霓r(nóng)藝要求。

圖1 播種機與拖拉機的配套作業(yè)

2.3 播種過程及要求

精量播種作業(yè)最主要的要求就是每穴播種1粒種子，通常的播種深度在2.5～4.0 cm之間，播種深度要求均勻一至，在播種過程中可同時實施覆土鎮(zhèn)壓功能，以增強土壤的蓄水保墑能力。播種作業(yè)的實施必須要在適合的氣候條件下進行，需要在土壤10 cm深度地溫達到10 ℃以上時方可進行播種作業(yè)，播種過程中的株距和行距可通過合理密植的農(nóng)藝要求進行選擇，播種初期和播種過程中要注意檢查播種質(zhì)量，以避免出現(xiàn)漏播、缺苗等問題。

2.4 播種后的管理工作

精量播種完成后，應注意對玉米出苗前期的病蟲草害防治工作，可選擇對耕地進行出苗前的機械化除草，對于干旱地區(qū)的耕地，可通過精量灌溉技術(shù)有效利用水資源灌溉玉米田，以確保玉米的發(fā)芽率。同時在玉米的苗期應注意選用優(yōu)質(zhì)緩釋復合肥進行合理施加，以保證玉米后期生長養(yǎng)分充足。

3 精量播種的控制技術(shù)及原理

播種量的精確性是影響播種機性能的重要指標，精量播種有利于玉米生長過程均衡、充分地利用自然資源，能有效提高玉米產(chǎn)量，因此，對播種量進行精確控制是播種機技術(shù)研究的一個重要方向。

3.1 精量播種控制技術(shù)原理

現(xiàn)階段的機械化播種技術(shù)中排種器轉(zhuǎn)速取決于拖拉機的行駛速度，播種機運轉(zhuǎn)的動力基本都來自拖拉機牽引地輪轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的動力，地輪因與地面摩擦力轉(zhuǎn)動帶動排種器轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)播種速度、株距與拖拉機的行駛速度相匹配。但在行駛過程中，因農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的復雜因素和駕駛操作的變化，地輪打滑、油門控制不當?shù)群芏嘁蛩貢е虏シN量不精確問題，這與精量播種的作業(yè)需求不符。

精量播種的控制技術(shù)是利用電子檢測與數(shù)據(jù)控制技術(shù)改善播種精度的一種技術(shù)，其主要功能部件包括傳感器、控制單元、輸入輸出接口單元及執(zhí)行機構(gòu)等，能夠根據(jù)傳感器獲取的信息控制排種器的轉(zhuǎn)速，從而達到對播種不精確問題的有效改良。主要技術(shù)原理是在拖拉機后輪與地輪的位置分別安裝轉(zhuǎn)速傳感器，用以分析二者之間的轉(zhuǎn)速關(guān)系，并將獲得的信號傳遞給PLC，利用設(shè)計好的運算公式對數(shù)據(jù)進行加工處理，通過分析與數(shù)據(jù)對比判斷排種器實際工作是否會出現(xiàn)轉(zhuǎn)速不足的問題，將結(jié)果輸出給步進電機并及時對排種器的轉(zhuǎn)速進行控制，避免出現(xiàn)播種量不足的問題，并確保播種的均勻性。

3.2 精量播種控制功能實施

拖拉機后輪的轉(zhuǎn)速及地輪轉(zhuǎn)速可通過霍爾傳感器進行獲取，霍爾傳感器獲取信息后輸出標準脈沖信號并傳遞給PLC，PLC能夠直接利用數(shù)據(jù)計算傳動速比范圍，并通過控制驅(qū)動器來實現(xiàn)對步進電機的控制，可方便地控制步進電機驅(qū)動器，實現(xiàn)步進電機運轉(zhuǎn)速度的自動化調(diào)整，通過控制步進電機脈沖信號的頻率，可以對電機精確調(diào)速，并進一步實現(xiàn)對排種器轉(zhuǎn)速的調(diào)整，確保排種器轉(zhuǎn)速與拖拉機行駛速度的匹配，精量播種控制功能實施過程如圖2所示。

圖2 精量播種控制功能實施過程

4 結(jié)語

在現(xiàn)階段的玉米機械化生產(chǎn)過程中，播種作業(yè)對機械性能、效率、播種質(zhì)量的要求越來越高，受限于我國農(nóng)村地區(qū)的經(jīng)濟能力，先進的氣力式播種機在玉米生產(chǎn)中的應用仍比較少，因此，先進的機械式精量播種機仍然是未來一段時間玉米批量化生產(chǎn)的主力機型。在現(xiàn)階段的機械技術(shù)與結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，加強播種機的播種精度，利用現(xiàn)代化的控制技術(shù)優(yōu)化機具性能，不僅能提高播種作業(yè)的質(zhì)量，更有利于提高玉米的最終產(chǎn)量，促進生產(chǎn)經(jīng)濟效益的提升。