玉米免耕精量播種機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究

唐立豐

(綏化市北林區(qū)北林辦事處鄉(xiāng)村振興發(fā)展服務(wù)中心，黑龍江 綏化 152000)

0 引言

玉米是世界重要的糧食作物之一，我國是玉米生產(chǎn)大國，玉米產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的23%以上，位居世界前列[1]。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，由于不合理的耕作方式、農(nóng)業(yè)機(jī)械的碾壓及大量使用化肥農(nóng)藥等導(dǎo)致土壤板結(jié)，針對(duì)以上問題，我國開始大力推廣保護(hù)性耕作技術(shù)，通過進(jìn)行土壤少耕、免耕技術(shù)并配套相應(yīng)的農(nóng)機(jī)具進(jìn)行種植模式的改變，優(yōu)化傳統(tǒng)種植模式與栽培方式，從而提高土壤質(zhì)量，減少傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械對(duì)土壤耕作層的破壞，為作物提質(zhì)增產(chǎn)提供一個(gè)適宜的環(huán)境。

國外最早在20世紀(jì)40年代初期開始進(jìn)行保護(hù)性耕作技術(shù)的研究[2]，并相繼生產(chǎn)出配套農(nóng)機(jī)具提高機(jī)械化程度。保護(hù)性耕作技術(shù)是經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益及社會(huì)效益并行的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)方式，而免耕播種技術(shù)是保護(hù)性耕作技術(shù)的核心部分，隨著機(jī)械化技術(shù)的不斷推進(jìn)，相應(yīng)的免耕播種機(jī)應(yīng)運(yùn)而生[3]。由于免耕播種機(jī)在進(jìn)行開溝、播種、施肥時(shí)，土壤表層覆蓋一層作物秸稈殘茬，容易造成玉米免耕播種機(jī)的堵塞，地表不平也會(huì)導(dǎo)致整機(jī)播種不穩(wěn)定、播種均勻性差等問題，玉米免耕精量播種機(jī)對(duì)于實(shí)現(xiàn)免耕播種技術(shù)下的播種精度、均勻度，提高作物出苗率與出苗整齊度具有重要意義[4]。

1 玉米免耕精量播種機(jī)及關(guān)鍵技術(shù)

1.1 機(jī)構(gòu)組成及控制系統(tǒng)

玉米免耕精量播種機(jī)主要包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)架、精準(zhǔn)施肥裝置、施肥驅(qū)動(dòng)電機(jī)、肥箱、種箱、排種裝置驅(qū)動(dòng)電機(jī)、鎮(zhèn)壓器、覆土裝置、開溝器、施肥開溝器、清壟裝置、破茬裝置等，主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。玉米免耕精量播種機(jī)控制系統(tǒng)如圖2所示，配套硬件系統(tǒng)如表1所示。控制系統(tǒng)由伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)施肥量的控制，在進(jìn)行田間作業(yè)時(shí)，排肥裝置根據(jù)設(shè)定的施肥量進(jìn)行工作，當(dāng)播種裝置檢測(cè)到播種信號(hào)時(shí)，播種閥打開，將適宜的肥料施入土壤，完成后閥門迅速關(guān)閉，繼續(xù)進(jìn)行下一處的播種施肥。結(jié)合相關(guān)控制算法，對(duì)播種機(jī)施肥的間距進(jìn)行計(jì)算，控制播種機(jī)施肥位置參數(shù)，進(jìn)而決定免耕播種機(jī)的開溝深度與相關(guān)技術(shù)參數(shù)[5]。

1.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；2. 機(jī)架；3. 精準(zhǔn)施肥裝置；4. 施肥驅(qū)動(dòng)電機(jī)；5. 肥箱；6. 種箱；7. 排種裝置驅(qū)動(dòng)電機(jī)；8. 鎮(zhèn)壓器；9. 覆土裝置；10. 開溝器；11. 施肥開溝器；12. 清壟裝置；13. 破茬裝置

圖2 玉米免耕精量播種機(jī)控制系統(tǒng)示意圖

表1 玉米免耕播種機(jī)硬件配置

1.2 玉米免耕精量播種機(jī)生產(chǎn)效益

我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)機(jī)推廣站在2020年于黑龍江、遼寧、吉林開展秸稈全覆蓋還田下玉米免耕精量播種機(jī)試驗(yàn)研究與推廣，在三個(gè)地區(qū)分別建立1個(gè)試驗(yàn)示范地點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，分別記錄不同生產(chǎn)條件下土壤質(zhì)量(表2)、玉米產(chǎn)量(表3)、生產(chǎn)收益(表4)進(jìn)行對(duì)比分析[6]。研究結(jié)果表明，基于保護(hù)性耕作技術(shù)下使用玉米免耕精量播種機(jī)具有良好的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。

表2 土壤有機(jī)質(zhì)監(jiān)測(cè)

表3 玉米產(chǎn)量情況表

表4 生產(chǎn)收益概況

生態(tài)效益：保護(hù)性耕作技術(shù)將秸稈進(jìn)行全量覆蓋，一方面減少秸稈焚燒帶來的環(huán)境污染問題，另一方面秸稈覆蓋可以提高土壤蓄水保墑能力，增加有機(jī)質(zhì)含量，具有擋風(fēng)固土的效果，帶來一定的生態(tài)效益。

經(jīng)濟(jì)效益：保護(hù)性耕作技術(shù)可以減少農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用，農(nóng)戶僅僅需要一臺(tái)玉米免耕精量播種機(jī)進(jìn)行田間作業(yè)，減少田間作業(yè)環(huán)節(jié)，減少人工投入、減少燃油成本等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，作物產(chǎn)量提高還可以提高經(jīng)濟(jì)收入，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

社會(huì)效益：保護(hù)性耕作技術(shù)一方面可以解決秸稈焚燒的難題，另一方面秸稈還田提高土壤養(yǎng)分含量，減少土壤地表水分蒸發(fā)，作物根系生長發(fā)達(dá)，減少作物在極端天氣中的倒伏情況。

2 技術(shù)發(fā)展制約條件

2.1 田間故障頻發(fā)

免耕播種機(jī)在秸稈殘茬覆蓋的地表進(jìn)行開溝播種，在田間作業(yè)時(shí)，由于秸稈殘茬及雜草纏繞會(huì)導(dǎo)致免耕精量播種機(jī)出現(xiàn)故障，影響田間耕作效率，目前常見的主要故障如下。

2.1.1 排種裝置不順暢，導(dǎo)致播種不均勻

一方面主要是由于地表不平整、雜物較多、排種器開口不一致，應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行整地優(yōu)化作業(yè)環(huán)境，保證免耕精量播種機(jī)的工作狀態(tài)；另一方面主要是由于刮種器或者氣吸裝置氣流不暢導(dǎo)致種子卡殼與堵塞，應(yīng)該及時(shí)檢查傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及排種器，清除雜物，保證排種管氣流順暢。

2.1.2 開溝器堵塞

黏質(zhì)土壤、土壤濕度過大、免耕精量播種機(jī)行駛速度較快等會(huì)導(dǎo)致開溝器堵塞，應(yīng)該保證作業(yè)速度合理并勻速行駛，并且避免在較為濕潤及黏質(zhì)土壤中進(jìn)行作業(yè)。

2.1.3 播種參數(shù)不合理

免耕精量播種機(jī)在播種過程中出現(xiàn)漏播，播種深度、播種距離不一致及空穴等問題，主要是由于仿形機(jī)構(gòu)工作性能較差、作業(yè)速度不一致、排種裝置出現(xiàn)損壞，導(dǎo)致播種參數(shù)不符合農(nóng)藝要求，影響種子萌發(fā)。

2.2 控制系統(tǒng)精度差

免耕精量播種機(jī)控制系統(tǒng)的精度直接影響播種質(zhì)量及作業(yè)要求，但是由于目前傳感器技術(shù)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展技術(shù)受限，導(dǎo)致精量播種控制系統(tǒng)精度較低，造成田間播種不均勻、出苗率低、播深不一致等導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低。目前，關(guān)于提高控制系統(tǒng)精度主要為通過編碼器采集機(jī)器行走速度及轉(zhuǎn)速，通過PID控制算法實(shí)現(xiàn)播種均勻與播深一致，但是自動(dòng)化與智能化程度較低，不能達(dá)到精準(zhǔn)播種的要求。

3 關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)

3.1 完善玉米免耕精量播種機(jī)的操作、保養(yǎng)及維修技術(shù)體系

規(guī)范玉米免耕精量播種機(jī)操作及使用后的保養(yǎng)與維修技術(shù)對(duì)于提高玉米免耕精量播種機(jī)的工作性能、延長整機(jī)使用壽命具有重要意義。在玉米免耕精量播種機(jī)使用前應(yīng)該檢查土壤環(huán)境及土壤表面平整度，優(yōu)化玉米免耕精量播種機(jī)工作環(huán)境，清理玉米免耕精量播種機(jī)灰塵及污垢，進(jìn)行關(guān)鍵零部件的潤滑，檢查傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的張緊情況。在正式進(jìn)入田間作業(yè)前，應(yīng)該進(jìn)行試播，控制機(jī)器作業(yè)速度、播種參數(shù)及開溝深度，檢查鎮(zhèn)壓及覆土裝置是否運(yùn)行合理，在保證機(jī)器可以正常運(yùn)行的情況下進(jìn)行田間作業(yè)。在進(jìn)行田間作業(yè)時(shí)，機(jī)器作業(yè)速度不超過9 km·h-1，最低不能低于2 km·h-1，保證田間勻速行駛。在作業(yè)過程中出現(xiàn)異常情況，應(yīng)該及時(shí)停機(jī)，切斷動(dòng)力進(jìn)行故障檢查。玉米免耕精量播種機(jī)使用后應(yīng)該及時(shí)清理，將剩余的種子與肥料取出，防止受潮，對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行潤滑與保養(yǎng)，并停放至專門的庫房，如果沒有停放位置，也要用棚布將整機(jī)進(jìn)行遮蓋，防止風(fēng)吹日曬及雨淋造成機(jī)器銹蝕。

3.2 在不同地區(qū)建立試驗(yàn)示范地區(qū)，推廣相關(guān)免耕精量播種技術(shù)

為了在全國范圍內(nèi)推廣免耕播種技術(shù)長效機(jī)制，不同地區(qū)應(yīng)該加大資金投入與政策引導(dǎo)，建立相關(guān)技術(shù)示范區(qū)域。在此基礎(chǔ)上逐步探索適宜該地區(qū)的免耕播種技術(shù)生產(chǎn)模式，因地制宜，結(jié)合當(dāng)?shù)靥厣魑锛稗r(nóng)藝要求開展免耕播種技術(shù)的推廣與應(yīng)用，改善相關(guān)裝備組成，明確玉米免耕精量播種機(jī)生產(chǎn)方案，提高免耕播種技術(shù)的應(yīng)用效率與技術(shù)水平。

3.3 提高玉米免耕精量播種機(jī)控制精度

隨著智能算法、傳感器技術(shù)及高精度定位技術(shù)的逐漸發(fā)展，GPS精準(zhǔn)定位技術(shù)逐漸應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械的智能控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精準(zhǔn)作業(yè)與管理。未來應(yīng)該基于高精度定位系統(tǒng)、傳感器技術(shù)集合智能算法實(shí)現(xiàn)精量播種，對(duì)免耕精量播種機(jī)的位置信息、速度信息進(jìn)行智能計(jì)算，通過程序控制實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電機(jī)控制轉(zhuǎn)速及施肥、播種速度，實(shí)現(xiàn)在不同作業(yè)速度及作業(yè)環(huán)境下保證良好的播種深度及播種均勻性。提高作業(yè)精度，為今后進(jìn)一步推廣免耕精量播種技術(shù)及研制高端、智能的玉米免耕精量播種機(jī)提供依據(jù)。

4 結(jié)論

免耕播種技術(shù)是保護(hù)性耕作技術(shù)的核心組成部分，免耕播種機(jī)是提高免耕播種技術(shù)的機(jī)械化效率的重要基礎(chǔ)條件。免耕播種機(jī)在田間作業(yè)時(shí)，由于地表秸稈殘茬覆蓋導(dǎo)致整機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定、秸稈殘茬及雜草容易造成機(jī)械堵塞，為了提高播種精度提出免耕精量播種技術(shù)，通過優(yōu)化相關(guān)結(jié)構(gòu)并配合自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精量播種及施肥，但是由于控制系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)不成熟導(dǎo)致免耕精量播種技術(shù)水平、田間工作效率低。本研究以玉米免耕精量播種機(jī)為研究對(duì)象，通過對(duì)關(guān)鍵技術(shù)及生產(chǎn)效益進(jìn)行分析，指出目前玉米免耕精量播種機(jī)發(fā)展的主要制約條件，并給予相關(guān)的發(fā)展建議及技術(shù)改進(jìn)措施，研究結(jié)果以期為免耕精量播種機(jī)及關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展提供技術(shù)參考及理論依據(jù)。