南方油菜開溝起壟種植配套機具發(fā)展現(xiàn)狀

包攀峰 陳超鵬 方志超 羅海峰 沈宇峰

摘要 傳統(tǒng)油菜種植習慣是沿用精耕細作的方式，包括翻地整地、開溝、育苗移栽等環(huán)節(jié)，介紹了近年來國內(nèi)外油菜種植開溝起壟裝置取得的技術進展，對現(xiàn)有油菜種植開溝起壟裝置進行歸類分析;通過對國內(nèi)外油菜種植開溝起壟裝置的研究，對比分析現(xiàn)有油菜種植開溝起壟裝置的優(yōu)缺點，并對存在的不足提出了建設性的改進建議，為推進油菜種植開溝起壟裝置的研發(fā)進程提供一定的參考。

關鍵詞 油菜;開溝起壟;配套機具;研究現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢

中圖分類號 S 223.1 ?文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2022）03-0204-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.03.054

Development Status of Furrow and Ridge Planting Equipment for Rape in Southern China

BAO Pan-feng1，CHEN Chao-peng2，F(xiàn)ANG Zhi-chao3 et al

（1.Changsha Aeronautical Vocational and Technical College，Changsha，Hunan 410124;2.Xi’an Aeronautical Polytechnic Institute， Xi’an，Shaanxi 710089;3.Hunan Agricultural University， Changsha，Hunan 410128）

Abstract The traditional rape planting habit is to follow the intensive cultivation method， including the steps of soil preparation， ditching， seedling raising and transplanting， etc.This article introduced the technological progress made in recent years in rape planting furrowing and ridging devices at home and abroad， and classified and analyzed the existing rapeseed planting furrowing and ridging devices.Through the research on the furrowing and ridging devices for rape planting at home and abroad，the advantages and disadvantages of the existing ditching and ridging devices for rape planting were compared and analyzed， and the constructive suggestions for improvement were put forward， it provided a reference for promoting the research and development of furrow ridging device in rape planting.

Key words Rape;Furrow ridging;Supporting equipment;Research status;Development trend

基金項目 湖南省自然科學基金-科教聯(lián)合基金項目（2019JJ70026）。

作者簡介 包攀峰（1992—），男，湖南祁陽人，講師，碩士，從事農(nóng)業(yè)機械創(chuàng)新設計與理論研究。

收稿日期 2021-06-14

油菜在我國種植面積大，主要分布在長江中下游地區(qū)，南方主要有稻-稻-油、稻-油2種生產(chǎn)模式。目前我國食用油自給率不足40%，50%以上需要進口，油料的自給率已經(jīng)嚴重影響到我國食用油的安全。為了滿足我國未來對糧油的巨大需求，保障糧油安全，急需增加糧油總產(chǎn)量，進而降低對進口糧油的依賴尤為緊迫。增加糧油產(chǎn)量除了擴大種植面積、培育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的作物品種等方法外，改變作物的栽培方式也是一條重要途徑[1-7]。

壟作栽培是指將作物種植在高于地面土臺上的種植方式，其不僅克服了傳統(tǒng)平作栽培的許多不利因素，有節(jié)水、保肥、增產(chǎn)、抗病等優(yōu)點，而且還能在一定程度上改變土壤的光、熱、水條件和微生物活動環(huán)境，較好地協(xié)調(diào)了作物賴以生存的小氣候條件，可產(chǎn)生節(jié)能、高效的良好生態(tài)效益和社會經(jīng)濟效益。在我國，壟作栽培技術也在水稻、小麥、玉米、大豆、油菜等作物的種植中得到了廣泛應用[8-12]。

油菜機械化種植環(huán)節(jié)是油菜生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，主要包括耕翻地、整地、開溝、播種或移栽、施肥等環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)油菜種植習慣是沿用精耕細作的方式，包括翻地整地、開溝、育苗移栽等環(huán)節(jié)。近年來為了減少作業(yè)環(huán)節(jié)和作業(yè)成本，一改傳統(tǒng)翻耕育苗移栽方式，機械化免耕、淺耕直播技術得到了快速發(fā)展，相應配套機械裝備也得到了推廣。目前我國油菜機械化種植水平仍處于初級階段，還有很大的發(fā)展空間。

1 國外油菜種植開溝起壟裝置研究現(xiàn)狀

日本久保田株式會社主要設計生產(chǎn)了RT-41系列開溝起壟機，其可在作物殘茬較多的田間快速地完成開溝起壟作業(yè)，為青菜等其他農(nóng)作物的栽植創(chuàng)造了良好的種床條件。RT-41系列開溝起壟機與洋馬株式會社的系列機型結構與工作原理類似，主要采用旋耕刀、起壟刀和擠壓成型部件互相配合作業(yè)的方式完成開溝起壟作業(yè)，起壟的壟體尺寸即壟面寬、壟底寬和壟高可分別在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，根據(jù)作業(yè)需要RT-41型開溝起壟機具也能在機具后部加裝覆膜裝置進行覆膜作業(yè)，如圖1所示[10]。

意大利Hortech 公司設計生產(chǎn)了AF SUPER、AI MAXI、AI MAXI DG+AIRONE等一系列低壟起壟機，主要用于設施蔬菜種植過程中的種床準備環(huán)節(jié)和室外壟作作物的種植前的土壤準備環(huán)節(jié)，既可起單壟也可起雙壟。如圖2所示Hortech公司的起壟機結構基本一致，主要由前部的培土機構、中部的土壤旋耕細碎裝置和后部的壟體鎮(zhèn)壓整形裝置構成，可以通過更換壟體鎮(zhèn)壓成型裝置來改變壟體尺寸，工作時由大功率拖拉機牽引[11]。

德國Grimme公司設計生產(chǎn)了GF系列旋耕起壟機，包括GF200、GF400、GF600、GF800這4種類型，如圖3所示。該系列開溝起壟機作業(yè)幅寬為1.5～6.0 m，一次作業(yè)可得到2～6個壟脊，壟間距在75～90 cm可調(diào)，配套功率為50～200 kW[12]。

綜上所述，國外的油菜直播機主要為大型寬幅機型，結構龐大，超大馬力，且多為牽引式，大多是在開溝器前增加破茬圓盤刀，靠圓盤刀鋒利的刀口和足夠的重力切斷根茬和切開土壤，采用氣吸式排種原理實現(xiàn)排種，外槽輪排肥器實現(xiàn)排肥功能，一般適合于平原地區(qū)作業(yè)。由于西方國家的主要種植模式為旱作，而我國長江中下游地區(qū)的主要種植模式為水旱輪作，國外與我國南方地區(qū)土壤類型、地形和氣候存在較大差異等原因，國外的開溝起壟機具不能直接用于我國南方的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中。

2 國內(nèi)油菜種植開溝起壟裝置研究現(xiàn)狀

油菜起壟淺耕直播機是在免耕直播機的基礎上發(fā)展起來的，針對南方現(xiàn)有稻田聯(lián)合收割機機收后殘留的高稻茬問題，湖南農(nóng)業(yè)大學研制的2BYD-6型油菜淺耕直播聯(lián)合施肥播種機一次6行2 m定幅施肥播種，可以實現(xiàn)淺耕滅茬、開溝、平土、施肥、播種等作業(yè)，采用大型輪式拖拉機為動力底盤，液壓懸掛式，操作方便舒適，效率高，田間適應性好，作業(yè)效果好。不足之處是該機型對于高濕度土壤的適應性較差，成溝性能差，溝型不完整。

張青松等[13-14]研制了油菜直播機鏵式開畦溝系統(tǒng)（圖4），該系統(tǒng)主要由機架兩側前、后配置安裝的鏵式犁組成，試驗結果得出了鏵式開畦溝系統(tǒng)中碎土型鏵式犁的阻力性能優(yōu)于翻土型鏵式犁。然而，該鏵式開畦溝系統(tǒng)在后期的應用過程中發(fā)現(xiàn)，在含水率高且黏重的土壤中工作時，鏵式后犁易出現(xiàn)黏土、壅土等現(xiàn)象，導致犁體曲面形狀改變，所開畦溝溝型不穩(wěn)定，無法實現(xiàn)清溝整形的功能?；谶@一問題，劉曉鵬等[15-16]在油菜直播機鏵式開畦溝系統(tǒng)的基礎上設計了一款油菜直播機組合式船型開溝器（圖5），該開溝起壟系統(tǒng)主要由前置安裝的鏵式前犁和后置安裝的組合式船型開溝器組成，組合式船型開溝器由船型開溝犁與整形拖板兩部分組

成，并以壟溝的輪廓形狀為試驗指標，對比了幾種常用壟溝開溝器的開溝效果，試驗結果表明該組合式船型開畦溝系統(tǒng)可在黏重、含水率高的土壤條件下開出符合農(nóng)藝要求的壟溝。

吳明亮等[17-22]為解決免耕或淺耕壟作油菜種植過程中的開溝起壟問題，設計了一種利用旋轉刀盤與清溝鏟配合作

業(yè)的新型旋耕開溝裝置，工作時開溝刀盤負責切土拋土，清溝裝置負責清溝整形，試驗表明該開溝裝置能夠在未耕地上開出符合農(nóng)藝要求的壟溝。

任述光等[23-24]通過建立旋耕開溝刀片上土粒運動微分方程，研究了開溝彎刀結構參數(shù)及轉速對開溝器拋土性能的影響，為旋耕開溝機結構與工作參數(shù)的優(yōu)化提供了理論依據(jù)。羅海峰等[25]研究了旋耕開溝裝置的工作參數(shù)與結構參數(shù)對開溝刀盤橫向拋土性能的影響，并得到了最優(yōu)參數(shù)組合。王曉鈺[26]研制了一種油菜壟作縱軸回轉式開溝機（圖6），并探究了該機具工作參數(shù)對功率及溝壁土壤擾動范圍的影響。雖然上述旋轉式開溝器有效地解決了南方農(nóng)田的開溝問題，但旋轉式開溝器在作物秸稈殘量大的農(nóng)田工作時，存在因刀輥纏草導致壟溝溝型穩(wěn)定性誤差降低的問題。因此，謝偉等[27]研制了1Q-180型開溝起壟機（圖7），解決了傳統(tǒng)旋耕開溝裝置在高稻茬、含水率高且土壤黏重的環(huán)境下所開溝型不穩(wěn)定的問題。包攀峰等[28]基于三面楔工作原理及土壤的自然堆積角設計并優(yōu)化了犁旋組合式開溝起壟裝置（圖8），解決了傳統(tǒng)開溝起壟機具在南方高含水率的黏重土壤中工作后壟溝溝壁易垮塌的問題。這2種開溝器在高含水率的農(nóng)田中雖然有較低的壟溝溝型穩(wěn)定性誤差，但在中低含水率的土壤中工作時仍然存在溝壁土壤回流導致壟溝溝型穩(wěn)定性誤差降低的現(xiàn)象。

3 其他作物起壟機具研究進展

起壟直播是在起壟作業(yè)機械的基礎上創(chuàng)新設計并配套直播施肥排種裝置，現(xiàn)有相關機械大部分集中在煙草機械的旋耕起壟作業(yè)機型上，主要表現(xiàn)為1GQS-120、1GZN-130V1、1GZ-60型等系列旋耕起壟機，該系列機型主要在手扶拖拉機配套旋耕機上對旋耕刀片進行改裝設計，采用兩端旋耕彎刀更換成起壟刀盤，中間旋耕刀布置不變的結構實現(xiàn)定幅起壟作業(yè)。1GZN-130V1主要是在中間驅(qū)動型旋耕機兩側加裝螺旋反向起壟刀，實現(xiàn)起壟作業(yè)。1GZ-60 山地旋耕起壟機，該機具與小型手扶拖拉機 （8.8～11.0 kW） 配套，采用所有旋耕刀更換成起壟刀，一次完成旋耕、開溝、起壟、施肥等聯(lián)合作業(yè)，適用于我國中西部地區(qū)坡度小于18°的耕地。1KS-1200、1QL-70型等系列起壟開溝機，1KS-1200起壟開溝機主要利用左右兩端的雙翼鏵式犁，將土壤向內(nèi)側翻倒后形成定幅廂面，能夠一次完成開溝、定畦、起壟作業(yè);1QL-70型固定壟起壟機主要由起壟犁、鎮(zhèn)壓滾、起壟刮板、壟面刮土板等組成，配套動力為20 kW小四輪拖拉機，作業(yè)時起壟犁將兩側的土壤翻到中間形成壟體，兩側呈對稱分布的起壟刮板在壟

面刮土板和鎮(zhèn)壓滾的配合下，形成梯形壟床作業(yè)，主要適合已耕地二次起壟成廂作業(yè)，一次成型單壟。SGTN-125、SGTN-160型等系列滅茬旋耕起壟機，該系列機型基本結構相似，只是幅寬有所差別，主要采用旋耕刀輥、滅茬刀輥前后配置，最后在機組兩側加裝起壟鏵，實現(xiàn)定幅寬壟單壟作業(yè)[29-41]。

目前國內(nèi)起壟機比較多，大多是先旋耕再用起壟機進行起壟作業(yè)，如煙草起壟機，在起壟軸上加裝螺旋起壟刀，起壟作業(yè)時機械振動大，起壟深度受旋耕深度影響，且低于旋耕深度。也有大型專用起壟機，主要針對溫室大棚等進行室內(nèi)整地起壟作業(yè)，起壟時采用擠壓板和輥壓輪，主要適合北方砂性土壤。油菜播種機大都是免耕或淺耕后直播作業(yè)，采用旋耕開溝或淺耕開溝后完成播種施肥作業(yè)，免耕受到田間稻茬等影響其作業(yè)質(zhì)量，且免耕后的種子與土壤的接觸狀況并不理想，影響其出苗，且開溝受土壤濕度的影響較大，對于高濕度田塊無法實施正常作業(yè);淺耕播種相對免耕播種作業(yè)質(zhì)量上有一定的提升，可以解決稻茬的粉碎還田滅茬除草，但是對土壤濕度同樣受到一定程度的影響，需要合適的含水率才能開展正常作業(yè)。且當前所有的油菜播種機基本上是在2 m幅寬左右的廂面上進行多行直播，廂面中間地勢偏低，廂面寬，因此對于南方多雨地區(qū)，土壤黏重特性條件下，其排水性能受到一定的影響，從而對產(chǎn)量有所影響?，F(xiàn)有的油菜起壟直播機型目前鮮見報道?，F(xiàn)對當前的一些主要機型的相關技術指標進行對比，如表1所示。

4 結論與討論

綜上所述，為解決在我國南方復雜農(nóng)田環(huán)境開溝起壟問題，國內(nèi)學者先后設計出了旋耕開溝裝置、鏵式開溝部件與組合式船型開溝部件相組合的開溝裝置以及犁旋組合式開溝裝置等，并分別研究了這些開溝裝置的結構參數(shù)和作業(yè)參數(shù)對作業(yè)質(zhì)量及牽引阻力的影響規(guī)律，也從微觀角度探究了機具作業(yè)后壟溝周圍土壤的擾動情況，得到了相關結論，并根據(jù)這些結論對機具進行了優(yōu)化設計，提高了機具的作業(yè)性能。這些研究成果雖然解決了一些特定條件下的作業(yè)問題，但是在推廣應用中還存在一定不足，如免耕作業(yè)僅適合板田油菜種植，無法解決稻茬田的滅茬除草作業(yè)。淺耕作業(yè)實現(xiàn)了現(xiàn)有南方全喂入收割機收割水稻后殘留的高稻茬田種植功能，但是面對部分高濕度的田塊開溝裝置無法作業(yè)，且?guī)鎸挾仍? m，導致廂面中間積水，因此制約了油菜的高產(chǎn)栽培。

因此，為了進一步提高開溝裝置的廣適性及作業(yè)質(zhì)量，需要在現(xiàn)有壟溝開溝器的基礎上設計一款結構簡單的新型開溝起壟裝置，并以高作業(yè)質(zhì)量和低作業(yè)功耗為優(yōu)化目標對該裝置的主要結構參數(shù)進行優(yōu)化，最終得到一款工作性能優(yōu)異的開溝起壟裝置，配合其他施肥播種裝置集成作業(yè)。

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