水稻種膜覆膜直播裝備改進(jìn)設(shè)計與試驗研究

高希君，車硯名

（1.遼寧省農(nóng)業(yè)機械化研究所，沈陽 110161；2.遼寧省農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，沈陽 110034）

除亞洲以外，歐美等發(fā)達(dá)國家水稻種植均以直播為主，水稻直播已成為我國重點研究的水稻輕簡化栽培技術(shù)之一。水稻種膜直播栽培技術(shù)是一種將種膜覆蓋在地表，種子在膜下與土壤接觸，利用可降解的種膜控制雜草生長，膜下種子發(fā)芽后通過種膜上預(yù)留出苗孔從膜下長出膜外發(fā)育的綠色栽培方式。與傳統(tǒng)水稻移栽作業(yè)模式相比，具有以下特點：一是控草，不會帶來農(nóng)業(yè)面源污染；二是節(jié)水，省水30%～40%；三是省工，該技術(shù)省去了耕田、放水、晾田的步驟，能達(dá)到節(jié)省水源的目的[1]；四是提溫，使水稻提前8~10 d 成熟。水稻種膜直播栽培技術(shù)推廣應(yīng)用的主要障礙因素有兩個方面：一是缺乏管理經(jīng)驗；二是缺少適配裝備。目前使用的水稻覆膜直播設(shè)備還無法滿足作業(yè)質(zhì)量要求，易出現(xiàn)播后不發(fā)芽、不出苗、出弱苗的現(xiàn)象，直接影響覆膜直播效果。為實現(xiàn)可降解膜的田間鋪放作業(yè)， 采用配套的水稻種膜直播機械顯得十分重要[2]。對此，結(jié)合前期研究基礎(chǔ)，對水稻種膜覆膜直播裝備進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)，改善機具性能，規(guī)范作業(yè)程序，保障作業(yè)質(zhì)量，提升應(yīng)用效果。

1 種膜覆膜直播裝備關(guān)鍵部件的研發(fā)與改進(jìn)

為解決水稻直播中的雜草控制問題，設(shè)計研制了2BSM210 型水稻種膜覆膜直播機[3]。 針對該機在試驗中存在的問題，對關(guān)鍵部件進(jìn)行改進(jìn)完善，重點對覆土傳送裝置、分流導(dǎo)向裝置和鎮(zhèn)壓裝置進(jìn)行了機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。 水稻種膜覆膜直播機結(jié)構(gòu)簡圖如圖1。

圖1 水稻種膜覆膜直播機結(jié)構(gòu)簡圖Figure 1 Structural diagram of rice seed film mulching direct seeder

1.1 覆土傳送裝置的研發(fā)與改進(jìn)

覆土傳送裝置包括覆土主動輥、覆土被動輥和覆土輸送帶。 覆土主動輥設(shè)在機架上方，覆土被動輥置于機架下方，靠近旋耕碎土裝置的旋耕刀，覆土主動輥、覆土被動輥上纏繞覆土輸送帶，旋耕刀旋耕后的土拋至覆土輸送帶。減速箱輸出軸與覆土主動輥上分別安裝傳動輪，兩個傳動輪之間傳動連接。

采用旋耕粉碎+拋土方式采集覆蓋土， 用傳送帶將其采集、傳送、覆蓋于種膜上。 在試驗過程中發(fā)現(xiàn)，這種拋土和覆土方式會使種膜上的土壤覆蓋厚度差異加大，進(jìn)而出現(xiàn)覆土不均和種膜懸空現(xiàn)象。對此，增設(shè)了覆土調(diào)節(jié)裝置，即在機架上安裝了覆土調(diào)節(jié)桿和調(diào)節(jié)板。 調(diào)節(jié)板通過兩個調(diào)節(jié)桿連接在機架上，位于覆土輸送帶上方。 通過調(diào)節(jié)覆土調(diào)節(jié)桿長度，可以調(diào)整覆土調(diào)節(jié)板與覆土輸送帶之間的距離，進(jìn)而控制覆土量。 根據(jù)多次試驗驗證，將覆土輸送帶與水平面之間的夾角 α 設(shè)定為 25 °～50 °，角度可調(diào)，以便傳輸。覆土輸送帶兩側(cè)設(shè)有擋板，防止拋上來的土掉落。 經(jīng)改進(jìn)后作業(yè)試驗， 可以達(dá)到消除種膜懸空的效果，保證了膜上覆土量符合農(nóng)藝要求。

1.2 分土裝置的研發(fā)與改進(jìn)

原設(shè)計的覆土分流方式較為簡單，直接將旋耕粉碎的土壤拋至種膜上。由于機械在田間作業(yè)過程中起伏、振動較大，導(dǎo)致拋送的土壤間斷性拋落，部分覆土區(qū)域極易出現(xiàn)部分堆積、部分無土的現(xiàn)象。對此，增設(shè)了覆土分流導(dǎo)向裝置。該裝置由多個三棱錐形的分土塊組成， 相鄰三棱錐分土塊構(gòu)成下窄上寬的梯形截面，并將導(dǎo)流槽傾斜設(shè)計，這樣不僅提高了槽內(nèi)土壤的流動性和方向性，而且可以防止土壤堵塞或粘附在導(dǎo)流槽表面。 改進(jìn)后試驗表明，拋送的土壤被分成若干條，覆蓋于種膜的種帶上，保證了種膜覆土的定向、連續(xù)、集中、均勻，為播后出苗一致性奠定了基礎(chǔ)。

1.3 鎮(zhèn)壓裝置的研發(fā)與改進(jìn)

鎮(zhèn)壓輥用于細(xì)碎土壤的平整和壓實，利于種膜覆膜播種。 為了解決種膜懸空失墑影響出苗的問題，設(shè)計一種帶凸臺的種槽鎮(zhèn)壓輥。該鎮(zhèn)壓輥可在種條帶上鎮(zhèn)壓出一定寬度的條槽，分流后的土壤覆于條槽上將種帶壓實，保證地面平整和種膜緊貼地面，達(dá)到了改進(jìn)效果。

2 水稻種膜覆膜直播機作業(yè)效果

圍繞遼寧東西南中四大區(qū)域，在桓仁縣、阜蒙縣、燈塔市、沈陽于洪區(qū)分別建設(shè)4 個水稻種膜覆膜直播機械化作業(yè)示范基地，面積0.67～6.67 hm2不等，考察水稻種膜覆膜直播機作業(yè)狀態(tài)，驗證機具直播作業(yè)質(zhì)量。春季重點測定了旋耕滅茬整地作業(yè)前和種膜覆膜直播機試驗前的土壤含水率、秸稈覆蓋率、土壤緊實度等數(shù)據(jù)，以保證試驗地達(dá)到水稻種膜覆膜直播機試驗的土壤條件和要求。同時，開展覆土性能參數(shù)測定，測得平均覆土厚度2.96 cm，覆土寬度161.6 cm，覆膜連續(xù)性和種膜搭接效果滿足作業(yè)覆土作業(yè)質(zhì)量要求。種膜降解實地觀測效果良好，有效防控了雜草，減少了除草劑的使用。秋季多地多點測得4 個項目示范區(qū)的平均產(chǎn)量為406.7 kg/667 m2，產(chǎn)量不高的原因在于田間管理不到位，缺乏精細(xì)化管理經(jīng)驗。

通過兩年監(jiān)測，水稻種膜覆膜直播機工作穩(wěn)定性和連續(xù)性較好，工作效率高，能夠基本滿足作業(yè)要求。

3 提升水稻種膜覆膜作業(yè)質(zhì)量的路徑

3.1 播后覆土壓實，防范風(fēng)刮鳥食

由于水稻栽培是以種膜覆蓋地表的方式進(jìn)行的，在覆膜播種時易受春季風(fēng)力的影響。 在2020 年和2021 年水稻種膜覆膜播種試驗期間， 因初春時節(jié)風(fēng)力較大，導(dǎo)致膜上覆蓋的一些土壤被風(fēng)吹走，個別試驗地塊的膜上覆土幾乎被吹凈。盡管采取了人工覆土壓膜補救措施，但部分播在種膜中的稻種仍出現(xiàn)離地懸空、失水跑墑現(xiàn)象，對后續(xù)水稻出苗影響較大，部分試驗區(qū)出現(xiàn)出苗不齊甚至斷苗現(xiàn)象，這也是影響水稻種膜覆膜栽培作業(yè)效果的重要環(huán)境因素。 此外，種膜覆膜播種后若不及時壓土，會導(dǎo)致稻種裸露在外或覆土厚度不夠，還易被麻雀偷食且難以看護(hù)，導(dǎo)致嚴(yán)重缺苗。 這就要求在種膜鋪放的同時要及時覆土壓實，并適時上水濕潤土壤， 這樣不僅可以防止麻雀啄食，還可為稻種提供充足水分，進(jìn)而保障種膜中的稻種正常發(fā)芽、出苗和生長。

3.2 提升整地質(zhì)量，灌水及時跟上

水稻種膜覆膜直播栽培對整地質(zhì)量要求很高，要求地表平整度差在20 mm 以內(nèi)， 否則會因水層難以控制而影響水稻出苗。同時，要求表土細(xì)碎，無明顯土塊，無長秸稈，這樣才能保障種膜與地表緊貼，讓水稻種子接地氣，否則，種膜中的稻種會因無法從土壤中吸取水分和養(yǎng)分而出現(xiàn)不發(fā)芽、不出苗、出弱苗的現(xiàn)象。此時，若灌水后管理跟不上，也會影響水稻種膜覆膜直播效果和糧食產(chǎn)量。 但在實際作業(yè)過程中，很難達(dá)到理想中的地表平整狀態(tài)，主要原因在于選擇水稻種膜覆膜直播栽培的地塊普遍面積較小且大多為旱地改為水用，原有旱作地塊對平整度要求低。 這就要求在播種前期的整地過程中，有條件的地區(qū)事先實施激光平地作業(yè)，再進(jìn)行滅茬旋耕、種膜覆膜、上土壓土等一體化作業(yè)。 如果田塊秸稈覆蓋率較大，應(yīng)事先秸稈粉碎還田，再利用水稻種膜覆膜直播機進(jìn)行覆膜播種作業(yè)。

3.3 細(xì)化田間管理，總結(jié)技術(shù)規(guī)范

水稻種膜覆膜直播栽培技術(shù)要求高， 影響因素多，產(chǎn)量不穩(wěn)定，因此，推廣應(yīng)用普及度不高。 應(yīng)在試驗示范和技術(shù)應(yīng)用中注意以下幾點：一是地塊鹽堿度對水稻種膜直播出苗產(chǎn)生一定影響，需掌握好催芽機浸種催芽時間；二是需要注意播種量的控制，避免播種量過多或過少；三是注意除草劑的種類選擇、噴灑劑量及施藥時間；四是選擇適宜的栽植時間以防倒春寒，后期應(yīng)注意氣溫變化以防低溫冷害；五是培育懂技術(shù)的“明白人”，加強田間精細(xì)化管理，逐步擴大水稻綠色栽培面積；六是持續(xù)開展試驗研究，不斷總結(jié)管理經(jīng)驗，提出適于不同地區(qū)的水稻種膜覆膜直播栽培技術(shù)規(guī)范，用以科學(xué)指導(dǎo)水稻直播栽培實踐。