基于農(nóng)作物播種過程板結(jié)耬耙裝置的研制與應(yīng)用

亢秀麗，馬愛平，崔歡虎，靖 華，王裕智，黃學(xué)芳，程麥鳳

（1山西農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所，山西 臨汾 041000；2山西農(nóng)業(yè)大學(xué)省部共建有機(jī)旱作農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（籌），太原 030031；3山西農(nóng)業(yè)大學(xué)山西有機(jī)旱作農(nóng)業(yè)研究院，太原 030031）

0 引言

構(gòu)建適宜群體是農(nóng)作物高產(chǎn)的關(guān)鍵，而適宜群體的獲得與作物出苗率密切相關(guān)[1-5]。影響出苗率的因素之一是板結(jié)，板結(jié)的原因有二，播前降雨搶墑播種造成“播種過程板結(jié)[6-7]”和“播后降雨板結(jié)[8]”，2種板結(jié)均會(huì)造成危害，輕者缺苗斷壟，重者毀種，給生產(chǎn)造成巨大損失。有關(guān)播后降雨形成的板結(jié)，崔歡虎等[9]研制開發(fā)出了“農(nóng)作物出苗板結(jié)表土破解器”。馬愛平等[10]研制開發(fā)出了具有破除板結(jié)功能的“農(nóng)田輕便土壤懸虛鎮(zhèn)壓器”。這些不同破除板結(jié)的產(chǎn)品與裝置有效緩解了雨后板結(jié)對(duì)農(nóng)作物出苗率的影響。有關(guān)“播種過程板結(jié)”是“旋耕施肥播種鎮(zhèn)壓一體機(jī)”的壓輥與播種期表墑?shì)^大兩個(gè)因素共同作用，壓輥滾動(dòng)擠壓表土而出現(xiàn)的一種新型板結(jié)，針對(duì)該板結(jié)類型，亢秀麗等[6]研制開發(fā)出了破除該板結(jié)的一種疏松裝置，經(jīng)生產(chǎn)應(yīng)用收到了良好效果，但其核心組件疏松構(gòu)件是以彈簧壓縮、收放帶動(dòng)疏松構(gòu)件調(diào)節(jié)疏松爪（耙齒）的入土深度，存在疏松爪（耙齒）入土深度不一及結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題。本項(xiàng)研究旨在繼承“旋耕施肥播種鎮(zhèn)壓一體機(jī)”基本性能與功能的前提下，通過連接構(gòu)件、調(diào)節(jié)構(gòu)件和耬耙構(gòu)件的設(shè)計(jì)與研制，突破耙齒（疏松爪）入土深度不一的技術(shù)瓶頸，以期解決播種過程形成的板結(jié)，提高出苗率，為組建合理群體、提高產(chǎn)量提供技術(shù)支撐。

1 裝置設(shè)計(jì)的基本原理與指導(dǎo)思想

1.1 基本原理

該裝置設(shè)計(jì)的基本原理是依據(jù)農(nóng)作物播種出苗有較好的土壤微生境即“上虛下實(shí)”。“上虛”指所播種子與農(nóng)田表面間土壤松軟，種子發(fā)芽后出土順暢（通過設(shè)計(jì)的耬耙構(gòu)件的耙齒破除壓輥擠壓土壤形成的板結(jié)而實(shí)施）；其“下實(shí)”指種床土壤與種籽結(jié)合度緊，利于種子吸水發(fā)芽（通過旋耕施肥播種鎮(zhèn)壓一體機(jī)的鎮(zhèn)壓輥鎮(zhèn)壓而實(shí)施）。

1.2 指導(dǎo)思想

（1）保留原旋耕施肥播種鎮(zhèn)壓一體機(jī)的基本性能及特點(diǎn)。在旋耕施肥播種鎮(zhèn)壓一體機(jī)上安裝耬耙裝置不影響原一體機(jī)旋耕、施肥、播種、鎮(zhèn)壓各組件的基本作業(yè)性能及作業(yè)效率。

（2）設(shè)計(jì)研制開發(fā)的耬耙裝置可有效破除原一體機(jī)播種過程造成的板結(jié)。其特點(diǎn)包括：依據(jù)不同作物播種深度、播種過程板結(jié)程度調(diào)整耬耙構(gòu)件的耙齒入土深度而又不打亂所播種子，符合種子出苗“上虛下實(shí)”的微生境，利于種子吸水、發(fā)芽、出苗；該裝置易與原旋耕施肥播種鎮(zhèn)壓一體機(jī)安裝、調(diào)試及拆卸并有機(jī)融合協(xié)調(diào)作業(yè)；該裝置生產(chǎn)成本低易于生產(chǎn)及推廣。

2 裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及技術(shù)參數(shù)

2.1 裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該裝置包括連接構(gòu)件、調(diào)節(jié)構(gòu)件、耬耙構(gòu)件，見圖1。

圖1 農(nóng)作物播種過程板結(jié)耬耙裝置示意圖

該裝置位于已有旋耕施肥播種鎮(zhèn)壓一體機(jī)的壓輥后面，依次為連接構(gòu)件、調(diào)節(jié)構(gòu)件、耬耙構(gòu)件。

連接構(gòu)件共2套，壓輥?zhàn)笥覂蓚?cè)各1套。每套包括1 個(gè)連接桿、1 個(gè)U 型支架A、1 個(gè)螺栓A、1 個(gè)連接臂。其中連接桿前端與支架橫梁焊接，另一端通過螺栓A與U型支架A連接，連接臂一端與U型支架A焊接，另一端與耬耙構(gòu)件的耙齒固定桿焊接。

調(diào)節(jié)構(gòu)件共2 套，在2 套連接構(gòu)件的正上方各1套。每套包括1個(gè)調(diào)整支架、1個(gè)調(diào)節(jié)螺紋拉桿、2個(gè)調(diào)節(jié)螺母、1 個(gè)支撐板、1 個(gè)U 型支架B、1 個(gè)固定螺母、1個(gè)螺栓B。其中調(diào)整支架焊接于連接構(gòu)件的連接桿上，支撐板一端焊接于連接構(gòu)件的連接桿上，另一端焊接于調(diào)整支架；U 型支架B 焊接于連接構(gòu)件的連接臂上，調(diào)節(jié)螺紋拉桿一端通過調(diào)節(jié)螺母與調(diào)整支架固定，另一端焊接有一個(gè)固定螺母，調(diào)節(jié)螺紋拉桿的固定螺母緊置于U 型支架B 中，通過螺栓B 將調(diào)節(jié)螺紋拉桿的固定螺母與U型支架B連接。

耬耙構(gòu)件與連接構(gòu)件連接，位于該裝置的最后端，包括1根耙齒固定桿和10～12個(gè)耙齒。其中耙齒固定桿的兩端分別與連接構(gòu)件的2個(gè)連接臂焊接，10～12個(gè)耙齒均勻焊接于耙齒固定桿。

2.2 技術(shù)參數(shù)

（1）外形尺寸/材質(zhì)規(guī)格：耬耙構(gòu)件寬度：2000～2500 mm（根據(jù)旋耕施肥播種鎮(zhèn)壓一體的播幅確定）；耙齒固定桿長(zhǎng)度：2000～2500 mm；連接方管：長(zhǎng)度130 mm；支撐板鋼板：長(zhǎng)度40 mm；調(diào)整角鐵支架：長(zhǎng)度160 mm；調(diào)節(jié)螺紋拉桿：長(zhǎng)度170 mm；耙齒長(zhǎng)度：80 mm；耙齒可調(diào)節(jié)入土深度：10～40 mm；耙齒距種子可調(diào)節(jié)距離：10～15 mm。

（2）配套動(dòng)力：80～140 kW。

（3）作業(yè)效率：3～4 hm2/d。

3 安裝、調(diào)試及拆卸

3.1 安裝

將旋耕施肥播種鎮(zhèn)壓一體機(jī)放置于平整的地面。

將連接桿焊接于壓輥支架橫梁，通過螺栓A 將U型支架A 與連接桿固定，連接臂一端焊接于U 型支架A，另一端與已焊接有耙齒的耙齒固定桿焊接。

通過松動(dòng)螺栓A，使U型支架A上下轉(zhuǎn)動(dòng)，U型支架A上下轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)連接臂上下移動(dòng)，當(dāng)耬耙構(gòu)件自然落于地面時(shí)鎖定螺栓A。

將固定螺母焊接于調(diào)節(jié)螺紋拉桿一端，依據(jù)調(diào)節(jié)螺紋拉桿的長(zhǎng)度在連接臂一定的位置焊接U 型支架B，并通過螺栓B 將調(diào)節(jié)螺紋拉桿與U 型支架B 連接（調(diào)節(jié)螺紋拉桿可轉(zhuǎn)動(dòng)）；依據(jù)調(diào)節(jié)螺紋拉桿的長(zhǎng)度及調(diào)整后的角度，將調(diào)節(jié)螺紋拉桿的另一端穿過帶有螺孔的調(diào)整支架，然后將調(diào)整支架和支撐板置于連接桿一定的位置并焊接，用調(diào)節(jié)螺母將調(diào)節(jié)螺紋拉桿與調(diào)整支架固定。

3.2 調(diào)試

啟動(dòng)牽引動(dòng)力，將旋耕施肥播種鎮(zhèn)壓一體機(jī)提升于一定高度，下調(diào)調(diào)節(jié)螺母，則耬耙構(gòu)件隨連接臂的下移而下移。依據(jù)不同作物種子的播種深度確定耬耙構(gòu)件的下移距離，原則上為耙齒的入土深度距離種子應(yīng)保證在1.5～2.0 cm，當(dāng)下放距離達(dá)所需農(nóng)藝技術(shù)要求時(shí)，固定調(diào)節(jié)螺母。

3.3 拆卸

將連接U 型支架A 和連接桿的螺栓A 松動(dòng)并擰下，將上端調(diào)節(jié)螺母從調(diào)節(jié)螺紋拉桿擰出，向下和向后移動(dòng)調(diào)節(jié)構(gòu)件和耬耙構(gòu)件，則完成拆卸。焊接于連接桿的調(diào)整支架及支撐板保持原狀，不影響旋耕施肥播種鎮(zhèn)壓一體機(jī)的其他作業(yè)性能。

4 應(yīng)用效果

該耬耙裝置經(jīng)2018、2019年（2個(gè)年度小麥播種期降雨較多）在萬(wàn)福特有機(jī)農(nóng)業(yè)有限公司（鄉(xiāng)寧縣雙鶴鄉(xiāng)紅凹村）種植基地示范200 hm2以上，收到了良好效果。該裝置各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合農(nóng)藝技術(shù)要求，有效解決了表層土壤含水量高與旋耕施肥播種鎮(zhèn)壓一體機(jī)的壓輥耦合而造成的播種過程板結(jié)，實(shí)現(xiàn)了出苗率高且出苗整齊；該裝置的可操作性得到公司的認(rèn)可。

5 討論與結(jié)論

關(guān)于農(nóng)作物播種的土壤適耕期及適當(dāng)耕作方式。各種農(nóng)作物的播種均需選擇適宜的播期進(jìn)行適當(dāng)?shù)母?。播期需建立在表層土壤有一定的含水量的基礎(chǔ)上，表層土壤含水量較低會(huì)影響種子發(fā)芽，當(dāng)表層土壤含水量較高則會(huì)造成機(jī)械碾壓破壞土壤，同時(shí)影響其通透性造成播種質(zhì)量差。在播種期內(nèi)表層土壤具有適宜的水分且利于機(jī)械播種則是農(nóng)田的適耕期。胡桂杰等[11]對(duì)赤峰市1961—2018 年春播作物適播期降雨量研究，認(rèn)為適播期降雨量在13.1～142.4 mm之間。王洪預(yù)等[12]研究表明，土壤水分對(duì)春玉米出苗率影響最大，二者呈顯著正相關(guān)。史曉芳等[13]、楊衛(wèi)君等[15]研究表明，在適耕期播種機(jī)械的通透性好利于種子萌發(fā)出苗，為作物高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。目前旋耕施肥播種鎮(zhèn)壓一體機(jī)由于其壓輥的存在，即使在適耕期內(nèi)實(shí)施播種也會(huì)造成不同程度的播種過程板結(jié)[16-18]，與以往傳統(tǒng)播種機(jī)械相比縮短了土壤的適耕期，往往會(huì)錯(cuò)過適期播種，而影響作物產(chǎn)量。楊曉娟等[19]、李華興等[22]認(rèn)為播期選擇適當(dāng)?shù)母鞣绞侥軌驕p少土壤機(jī)械壓力，減輕土壤緊實(shí)度，增強(qiáng)土壤對(duì)水分的調(diào)節(jié)力，使植株更容易獲得水分供應(yīng)，并且增加土壤菌群活性，獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。季中亞[23]、張睿等[24]進(jìn)行了不同機(jī)械播種方式對(duì)小麥生長(zhǎng)發(fā)育影響研究，認(rèn)為適墑條播能夠提高出苗整齊度、成穗率、養(yǎng)分積累。本裝置與旋耕施肥播種鎮(zhèn)壓一體機(jī)配套使用可有效解決播種過程形成的板結(jié)，延伸播種時(shí)間，可有效緩解錯(cuò)過適期播種并減輕土壤機(jī)械壓力，實(shí)現(xiàn)作物一播全苗。

關(guān)于旋耕施肥播種鎮(zhèn)壓一體機(jī)的鎮(zhèn)壓輥。旋耕施肥播種鎮(zhèn)壓一體機(jī)的鎮(zhèn)壓輥的作用是解決因旋耕土壤懸虛已播種籽與土壤接觸差而影響出苗的問題，同時(shí)為播種機(jī)排種輪的主動(dòng)輪（播種機(jī)排種輪與鎮(zhèn)壓輥通過鏈條連接，鎮(zhèn)壓輥在農(nóng)田的滾動(dòng)，帶動(dòng)播種機(jī)排種輪而下籽）。由此看出，鎮(zhèn)壓輥在旋耕施肥播種鎮(zhèn)壓一體機(jī)中具有不可替代的作用。但其在表墑?shì)^大的年份造成的播種過程板結(jié)對(duì)生產(chǎn)造成的損失也是不可忽視的，胡月寶[25]等研究2GB-4 型旋耕播種機(jī)的維形剖分式鎮(zhèn)壓輪能有效解決江淮丘陵地由于雨水較多,墑情差,普通鎮(zhèn)壓輪出現(xiàn)粘土、壅土現(xiàn)象。因此，如何克服“旋耕施肥播種鎮(zhèn)壓一體機(jī)”造成的播種過程板結(jié)缺點(diǎn)，進(jìn)一步完善“旋耕施肥播種鎮(zhèn)壓一體機(jī)”的功能是目前農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域和農(nóng)藝栽培領(lǐng)域所面臨的一項(xiàng)重要任務(wù)。

關(guān)于農(nóng)作物播種過程板結(jié)耬耙裝置。該裝置耬耙構(gòu)件的耙齒分布與數(shù)量可依據(jù)全播幅耬耙和行耬耙兩種方式而確定。若采用全播幅，耬耙可在耙齒固定桿上安排較多的耙齒；若采用行耬耙，則根據(jù)作物播種行距在其對(duì)應(yīng)的播種行上安排耙齒固定桿上的耙齒。耙齒入土深度應(yīng)依據(jù)不同作物的播種深度而調(diào)節(jié)，原則上耙齒入土最深點(diǎn)距種子應(yīng)保證1.5～2.0 cm，以免擾動(dòng)種子。該裝置適用于一年一作農(nóng)田秸稈殘茬量較少的農(nóng)田，在一年兩作秸稈殘茬量較多的農(nóng)田則會(huì)造成通透性差。

本項(xiàng)研究開發(fā)的農(nóng)作物播種過程板結(jié)耬耙裝置，其由連接構(gòu)件、調(diào)節(jié)構(gòu)件和耬耙構(gòu)件組成，通過連接構(gòu)件與旋耕施肥播種鎮(zhèn)壓一體機(jī)的壓輥支架簡(jiǎn)易連接，通過調(diào)節(jié)構(gòu)件調(diào)整耬耙構(gòu)件的耙齒入土深度，達(dá)到破除旋耕施肥播種鎮(zhèn)壓一體機(jī)的壓輥擠壓表土而造成的板結(jié)；其可有效延伸作物播種時(shí)間，提高出苗率和縮短出苗時(shí)間，實(shí)現(xiàn)合理的群體構(gòu)建，為高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。