基于精確播深控制目標(biāo)的播種單體田間臺(tái)架試驗(yàn)

丁啟朔 尤 勇 邢全道 徐高明 梁 磊

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院, 南京 210031；2.江蘇省智能化農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南京 210031；3.江蘇省農(nóng)墾農(nóng)業(yè)發(fā)展股份有限公司, 南京 210031)

0 引言

中國(guó)的小麥播種機(jī)產(chǎn)品類型豐富，不同類別播種機(jī)的設(shè)計(jì)差異及地域特色明顯。其中，長(zhǎng)江中下游區(qū)域用于稻茬小麥播種的機(jī)具多為全幅、寬幅、條帶撒播或旋播等輕簡(jiǎn)機(jī)械化特點(diǎn)，相關(guān)產(chǎn)品(如黃鶴、豪豐、良友、欣田、清淮等)多采用復(fù)式作業(yè)的全幅旋耕或表土淺旋處理。生產(chǎn)中集約化稻麥輪作制周年機(jī)具下地次數(shù)多，機(jī)具壓實(shí)和微地貌破壞嚴(yán)重[1]，因此，應(yīng)研發(fā)播種行或苗帶的單體仿形機(jī)具才可有效適配微地貌變異，單體仿形方式播種機(jī)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)精確種植農(nóng)藝要求的首選技術(shù)，而探明單體精確播種技術(shù)在稻麥輪作區(qū)所受諸多因素的影響規(guī)律是推動(dòng)精播機(jī)理論與技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。

在農(nóng)機(jī)-農(nóng)藝融合的新背景下，區(qū)域適應(yīng)性的單體精播技術(shù)應(yīng)兼顧農(nóng)機(jī)和農(nóng)藝的多方面要求，相關(guān)科學(xué)問(wèn)題涉及：播種單體在不同土壤力學(xué)屬性和苗床物理?xiàng)l件的適應(yīng)性；單體的各設(shè)計(jì)參數(shù)及相互間耦合關(guān)系及其對(duì)精播質(zhì)量的影響；區(qū)域農(nóng)業(yè)的精播農(nóng)藝要求，如精確播深要求下的單體允許變異范圍；播種單體設(shè)計(jì)參數(shù)間的組合及單體-土壤力學(xué)耦合的精播農(nóng)藝效果(如出苗率)。

前期農(nóng)機(jī)-農(nóng)藝融合的精播技術(shù)研究表明，播種單體或開(kāi)溝器的設(shè)計(jì)參數(shù)、土壤條件、地表秸稈等因子影響精播質(zhì)量[2]，也影響種子出苗、作物長(zhǎng)勢(shì)和產(chǎn)量[3]。因此，精確播種技術(shù)的關(guān)鍵是將每粒種子以理想播深置于土壤中，促進(jìn)種-土接觸，提高種子出苗率和苗高一致性[4]，從而降低株間競(jìng)爭(zhēng)[5]，構(gòu)建合理群體結(jié)構(gòu)[6]，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)和生態(tài)效應(yīng)[7]。

針對(duì)當(dāng)前稻茬麥種植技術(shù)多為等深撒播和寬幅條播的現(xiàn)狀[8]，難以滿足精確農(nóng)藝要求[9]，江蘇農(nóng)墾集團(tuán)等大范圍應(yīng)用的新型播種機(jī)也面臨精播技術(shù)突破的瓶頸[10]。將全幅作業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)閱误w精播顯然更利于地表仿形和精確控深，從而最大化降低大田環(huán)境的復(fù)雜干擾(地表起伏、留茬、秸稈覆蓋等)，提高精播質(zhì)量。

近年來(lái)播種單體的地表仿形精播技術(shù)出現(xiàn)了較多創(chuàng)新，相關(guān)學(xué)者提出了單體的平行四連桿動(dòng)力學(xué)模型[11]、開(kāi)溝深度數(shù)學(xué)模型[12]、以拉格朗日方程解析的彈簧四桿仿形機(jī)構(gòu)深度穩(wěn)定性模型[13]等單體動(dòng)力學(xué)和理論。單體的主動(dòng)仿形方面，也研發(fā)出基于力反饋的四連桿液壓電控仿形播深控制系統(tǒng)[14]、基于氣囊壓力控制的四連桿仿形播深控制系統(tǒng)[15]等，配合使用多種傳感器，實(shí)時(shí)獲取微地貌、單體下壓力等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)控制。

不過(guò)，對(duì)各類播種單體控制及播深精確控制技術(shù)的研究較少重視不同農(nóng)業(yè)區(qū)具體田間環(huán)境下的單體精播農(nóng)機(jī)-農(nóng)藝融合與適配性。由于不同的農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)影響機(jī)械化耕播的土壤力學(xué)特點(diǎn)所決定的單體精播性能的差異性，因此需要著重研究播種單體在長(zhǎng)江中下游區(qū)域水稻土的下壓力控制，同時(shí)結(jié)合農(nóng)藝效果作為定量指標(biāo)，以市場(chǎng)成熟的單體產(chǎn)品為研究對(duì)象，探究該區(qū)代表性稻麥輪作制的播種單體下壓力及播深精確控制及效果，深入探討基于農(nóng)機(jī)-農(nóng)藝融合的上述4方面的技術(shù)特征，量化單體精播力學(xué)及精確播深控制的系統(tǒng)行為與效應(yīng)，以期為稻麥輪作制的稻茬麥精確播種單體設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參考。

1 研究方法

1.1 試驗(yàn)地概況

田間試驗(yàn)于2020年11月水稻收獲后進(jìn)行，位于南京市六合區(qū)八百橋(118°59′E，31°98′N)，地勢(shì)平坦，該地區(qū)常年稻麥輪作，土壤類型為壤質(zhì)粘土，屬于長(zhǎng)江中下游地區(qū)代表性稻麥輪作區(qū)。小麥供試品種為寧麥13，0～20 cm土層物理參數(shù)見(jiàn)表1。試驗(yàn)前人工清除地表留茬，后將稻茬田進(jìn)行2種耕作處理(免耕、旋耕)。免耕對(duì)應(yīng)保護(hù)性耕作生產(chǎn)模式，旋耕處理為常規(guī)稻茬麥種植的耕作方式。

表1 0～20 cm土層基礎(chǔ)物理參數(shù)

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)所用免耕播種單體為大華寶來(lái)2BMYFQ系列產(chǎn)品，為市場(chǎng)成熟的中位仿形單體產(chǎn)品(圖1a)，為實(shí)現(xiàn)精確控制及測(cè)試，將單體掛接在土壤耕作原位綜合測(cè)試平臺(tái)上[16](圖1b)，試驗(yàn)平臺(tái)提供牽引動(dòng)力。測(cè)試過(guò)程臺(tái)車水平勻速運(yùn)動(dòng)，牽引速度0.5 m/s，較低的牽引速度有利于減小速度因子對(duì)播種質(zhì)量的影響[17]。

圖1 田間原位綜合試驗(yàn)平臺(tái)

試驗(yàn)前標(biāo)定理論開(kāi)溝深度與搖柄位置關(guān)系(圖2a)，將帶刻度的木方(間隔1 cm)置于限深輪下方，調(diào)節(jié)搖柄，使刻度表數(shù)值與理論開(kāi)溝深度(即開(kāi)溝器底端至限深輪與木材接觸平面的距離)一一對(duì)應(yīng)，標(biāo)定結(jié)果如表2所示。單體下壓力則由被動(dòng)仿形的彈簧位置調(diào)節(jié)，并進(jìn)行單體下壓力標(biāo)定(圖2b)[18]，得到彈簧下壓力控制的3個(gè)擋位(低、中、高)分別對(duì)應(yīng)0.6、1.0、1.2 kN。

表2 開(kāi)溝深度與單體刻度表數(shù)值對(duì)應(yīng)關(guān)系

圖2 預(yù)定播深與單體下壓力標(biāo)定

為保障精確排種的可靠性，使用電驅(qū)動(dòng)精確排種器進(jìn)行精確排種。為了保持種溝形態(tài)并便于后續(xù)測(cè)試，拆除覆土器，播后先將標(biāo)桿橫置跨越播種溝，得到原始地貌高程基準(zhǔn)，后測(cè)取各點(diǎn)的播深數(shù)據(jù)、土壤硬度等數(shù)據(jù)。完成測(cè)試工作后人工覆土蓋籽，后續(xù)按照農(nóng)藝統(tǒng)計(jì)方法測(cè)取出苗率等數(shù)據(jù)。

理論開(kāi)溝深度(即預(yù)定播深)設(shè)2.5、4.0、6.0 cm共3個(gè)水平；單體下壓力設(shè)0.6、1.0、1.2 kN 3個(gè)水平，共9個(gè)組合，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)。試驗(yàn)在一塊長(zhǎng)50 m、寬10 m試驗(yàn)地進(jìn)行，每次測(cè)試的有效行程為5 m，去除前后各1 m的非穩(wěn)定工作區(qū)，取中間3 m為試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集區(qū)，為避免各行交互影響，行距為40 cm，小麥播后遵照農(nóng)學(xué)常規(guī)進(jìn)行田間管理。

1.3 測(cè)試項(xiàng)目與方法

1.3.1實(shí)際播深

為保證試驗(yàn)測(cè)試單體下壓力和播種深度的準(zhǔn)確性，測(cè)取單體作業(yè)后的實(shí)際開(kāi)溝深度，用于考察單體在水稻土條件下的播種深度控制效果，實(shí)際播深反映出單體限深輪的地表接觸平面與種溝底部的距離，也稱為實(shí)際開(kāi)溝深度。根據(jù)NY/T 1768—2009《免耕播種機(jī)質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》計(jì)算實(shí)際播深的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)。

1.3.2土壤緊實(shí)度

播種單體的播深控制主要依靠限深輪，單體下壓力的加載導(dǎo)致限深輪對(duì)種溝兩側(cè)(即種溝側(cè)壁)土壤產(chǎn)生一定擠壓作用，易造成種溝側(cè)壁壓實(shí)。播種作業(yè)完成后，采用TJSD750II型土壤緊實(shí)度測(cè)定儀(浙江托普儀器有限公司)，沿溝壁兩側(cè)限深輪作業(yè)軌跡各均勻選取5個(gè)點(diǎn)測(cè)取0～15 cm土層的緊實(shí)度，各測(cè)點(diǎn)間隔20 cm(圖3)。

圖3 土壤緊實(shí)度樣點(diǎn)示意圖

1.3.3單體限深輪下陷量

實(shí)際作業(yè)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，水稻土條件的單體限深輪會(huì)下陷，因此，播種作業(yè)完成后，以原地表為基準(zhǔn)，測(cè)量限深輪的下陷量，分別在種溝兩側(cè)選取5個(gè)點(diǎn)測(cè)定，測(cè)量點(diǎn)之間間隔20 cm，并計(jì)算其平均值。

1.3.4出苗率

播后7 d進(jìn)行出苗率統(tǒng)計(jì)，每個(gè)處理取0.5 m作為一個(gè)測(cè)試單位，3次重復(fù)[19]，出苗率為出苗數(shù)與播種數(shù)的百分比。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2003處理數(shù)據(jù)和SPSS 23統(tǒng)計(jì)軟件中最小顯著性差異檢驗(yàn)法(LSD)進(jìn)行方差分析和多重比較，用origin 2018 進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同技術(shù)參數(shù)組合對(duì)實(shí)際播深的影響

水稻土的不同耕作處理影響苗床緊實(shí)度，與免耕地土壤緊實(shí)狀態(tài)相比，旋耕地松軟，因此從圖4中2.5 cm預(yù)定播深與實(shí)際播深的對(duì)比發(fā)現(xiàn)(圖中不同大寫(xiě)字母表示相同單體下壓力下不同預(yù)定播深間差異顯著，不同小寫(xiě)字母表示相同預(yù)定播深下不同單體下壓力間差異顯著，下同)，3個(gè)下壓力都造成限深輪的下陷，限深輪下陷導(dǎo)致實(shí)際播深高于預(yù)定播深，而且下壓力的逐步增加也造成實(shí)際播深超出預(yù)定播深更大(即統(tǒng)計(jì)均值線高出虛線部分)。此外，從表3中對(duì)比發(fā)現(xiàn)，旋耕地實(shí)際播深變異系數(shù)明顯低于免耕地。

表3 不同技術(shù)參數(shù)組合對(duì)實(shí)際播深平均值及變異系數(shù)的影響

圖4 不同技術(shù)參數(shù)組合對(duì)實(shí)際播深的影響

圖4顯示在一個(gè)確定的預(yù)定播深-下壓力組合內(nèi)同時(shí)出現(xiàn)了實(shí)際播深低于或者高于預(yù)定播深的情況(即，實(shí)際播深均值高于或低于虛線)。下壓力0.6 kN的3個(gè)預(yù)定播深條件都出現(xiàn)實(shí)際播深達(dá)不到預(yù)期的情況，表明此時(shí)的張緊彈簧-土壤支撐力關(guān)系導(dǎo)致免耕地精確控深失效。在機(jī)械設(shè)計(jì)原理上，則體現(xiàn)為彈簧預(yù)設(shè)擋位提供的壓縮量及下壓力嚴(yán)重不足，雙圓盤開(kāi)溝器在緊實(shí)化免耕地所受土壤的支撐力很容易高于預(yù)設(shè)下壓力，從而導(dǎo)致彈簧在初始?jí)嚎s量的基礎(chǔ)上發(fā)生進(jìn)一步彈性變形?？梢?jiàn)，現(xiàn)有產(chǎn)品基于線性剛度的下壓彈簧設(shè)計(jì)難于合理匹配該工況的“單體-土壤力學(xué)關(guān)系”，基于水稻土的土壤力學(xué)條件設(shè)計(jì)非線性專用彈簧是實(shí)現(xiàn)部分工況下精確播深控制的一個(gè)重要方式。

圖4進(jìn)一步表明，對(duì)所有預(yù)定播深、下壓力及耕作處理而言，下壓力的增加導(dǎo)致實(shí)際播深逐漸增加。但在免耕地條件下，除1.2 kN的實(shí)際播深基本能夠高于預(yù)定播深外，其他處理都難以達(dá)到預(yù)定播深，其中的極端情況發(fā)生在免耕地的預(yù)定播深6 cm處理，該處理的每一個(gè)結(jié)果雖較前一處理(4 cm)都有所增加，但實(shí)際播深距離預(yù)定目標(biāo)差距太大，3個(gè)下壓力所得實(shí)際播深的均值變差高達(dá)37.61%，完全無(wú)法實(shí)現(xiàn)“單體-土壤力學(xué)關(guān)系”條件下的精確播種目標(biāo)。

近年來(lái)NIELSEN等[20]研發(fā)出iGPS精確播深控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)在55 mm目標(biāo)播深工況下的播深變差控制在±1.2 mm之間。本文所得結(jié)果表明，單體下壓力、限深輪下陷、開(kāi)溝器所受土壤支撐力、限深輪虛支撐等多重動(dòng)力學(xué)行為和發(fā)生機(jī)制同時(shí)影響播深的精確控制，任何的精確播深控制策略都需要基于田間真實(shí)工況，表明單體產(chǎn)品針對(duì)保護(hù)性耕作(免耕播種)的農(nóng)藝適應(yīng)性及其對(duì)南方水稻土等工況的匹配性至關(guān)重要。

AHMAD等[21]在南方水稻土條件的圓盤開(kāi)溝器試驗(yàn)表明，種溝深度從3 cm增加到9 cm所需下壓力從660.5 N增加到1 241 N，MAGALHAES等[22]使用齒狀圓盤得到播深70 mm條件下下壓力變化范圍為1.5～2.1 kN，這些前期研究成果與本文所得結(jié)果基本相近。然而就免耕播種機(jī)的整機(jī)設(shè)計(jì)看，一個(gè)12行播種機(jī)需要下壓力14.4 kN，這進(jìn)一步為稻茬麥的輕量化播種裝備研制提出了限定條件。稻作制或粘性土需要輕量化播種機(jī)[10]，在農(nóng)機(jī)輕量化趨勢(shì)下，合理的播深控制必然需要拖拉機(jī)的重心轉(zhuǎn)移設(shè)計(jì)，才能達(dá)成拖拉機(jī)播種機(jī)組的機(jī)組牽引力學(xué)合理性，然而現(xiàn)有的單體產(chǎn)品僅提供簡(jiǎn)單掛接方式，長(zhǎng)江中下游區(qū)域現(xiàn)有的播種機(jī)產(chǎn)品也較少考慮下壓力與播深控制的機(jī)械設(shè)計(jì)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。

WANG等[23]針對(duì)北方旱作的雙圓盤開(kāi)溝器研究發(fā)現(xiàn)，W型種溝、種溝回土、松散粗糙的種溝壁、回落溝底的大土垡等要素顯著影響播種深度一致性。本文針對(duì)南方水稻土的試驗(yàn)過(guò)程沒(méi)有出現(xiàn)這些現(xiàn)象，即使在已耕地碎土條件下，雙圓盤開(kāi)溝器形成了較為整齊的種溝壁且V型溝形干凈整潔(圖5)，表明高濕粘重水稻土具有良好的雙圓盤開(kāi)溝性能，以及相較于旱作制土壤條件更為穩(wěn)定的播深控制。

圖5 免耕地(左)與旋耕地(右)種溝溝形

圖6解析了現(xiàn)有彈簧-平行四桿機(jī)構(gòu)播種單體播深精確控制原理(T為彈簧拉力，N；G0為除限深輪外單體質(zhì)量，kg；G1為限深輪質(zhì)量，kg；Fr1為地面對(duì)單體的水平阻力，N；Fw1為地面對(duì)單體垂直作用分力，N；Fr2為地面對(duì)限深輪的水平阻力，N；Fw2為地面對(duì)限深輪垂直作用分力，N；h為下陷量，cm；H為實(shí)際播深，cm；F為限深塊對(duì)限深輪支臂的作用力，N)，表明在不同預(yù)定播深-下壓力-土壤力學(xué)組合下，實(shí)現(xiàn)精確播深的實(shí)時(shí)在線判斷和控制是非常復(fù)雜的智能農(nóng)機(jī)裝備研究課題。理想的工作狀態(tài)(圖6b)在田間的高度動(dòng)態(tài)工況下難于維持：要么單體因土壤緊實(shí)度增加造成對(duì)(雙圓盤)開(kāi)溝器過(guò)大的向上支撐，從而令限深輪虛支撐，實(shí)際播深達(dá)不到要求(圖6a)；要么會(huì)因水稻土軟爛，地面無(wú)法提供可靠的限深支撐力，導(dǎo)致限深輪下陷明顯，雖然按照國(guó)標(biāo)規(guī)定的測(cè)試方法所得播種深度穩(wěn)定，但是因地表下陷嚴(yán)重，造成實(shí)質(zhì)性的農(nóng)學(xué)意義上種子位過(guò)深(圖6c)。3種動(dòng)態(tài)情況都能夠在圖7所示的限深輪下陷量數(shù)據(jù)與圖4所示數(shù)據(jù)的關(guān)系中體現(xiàn)出來(lái)。因此，長(zhǎng)江中下游區(qū)域濕爛地精播技術(shù)更需要進(jìn)一步重視播種機(jī)行進(jìn)過(guò)程中土壤對(duì)開(kāi)溝器的支撐力動(dòng)態(tài)信息。土壤力學(xué)的狀態(tài)與空間變異需要下壓力的實(shí)時(shí)同步跟進(jìn)，不足的下壓力無(wú)法淹沒(méi)土壤對(duì)開(kāi)溝器支撐力干擾導(dǎo)致的播深不足，過(guò)大的下壓力又會(huì)造成限深輪的深陷，從而導(dǎo)致種子位實(shí)際深度超過(guò)預(yù)定播深。明析兩種影響播深精確性的發(fā)生機(jī)理所需的非線性剛度彈簧、土壤力學(xué)在線檢測(cè)、新型開(kāi)溝器設(shè)計(jì)等技術(shù)與裝備都需要深入研究。

圖6 播種單體不同狀態(tài)下限深塊受力示意圖

圖7為不同技術(shù)參數(shù)組合對(duì)限深輪下陷量的影響結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果表明耕作方式和下壓力對(duì)下陷量的影響十分顯著(p<0.05)，預(yù)定播深對(duì)下陷量的影響不顯著。免耕條件下，下陷量在0.28～0.75 cm之間，變化較小。然而，旋耕條件下，下陷量在3.41～8.35 cm之間，隨著單體下壓力的增加下陷量逐漸增大。

圖7 不同技術(shù)參數(shù)組合對(duì)限深輪下陷量的影響

2.2 不同技術(shù)參數(shù)組合對(duì)土壤緊實(shí)度的影響

圖8顯示不同耕作方式和不同預(yù)定播深-下壓力組合下限深輪對(duì)種溝側(cè)壁0～15 cm土層土壤緊實(shí)度的影響結(jié)果，不同預(yù)定播深-下壓力組合均提高了種溝側(cè)壁土壤緊實(shí)度。預(yù)定播深一定時(shí)，下壓力與土壤緊實(shí)度成正比；下壓力一定時(shí)，預(yù)定播深的增加對(duì)土壤緊實(shí)度有減小趨勢(shì)。對(duì)于不同耕作方式，隨著土層深度的增加土壤緊實(shí)度變化趨勢(shì)也有所區(qū)別。免耕地中(圖8a)，土壤緊實(shí)度隨土層深度的增加總體呈“增大-減小-遞增”變化趨勢(shì)，在0～7.5 cm 表層土壤產(chǎn)生一個(gè)波峰變化，且峰值都大于1 MPa，7.5 cm以下土層土壤緊實(shí)度都呈遞增趨勢(shì)；旋耕地中(圖8b)，土壤緊實(shí)度隨土層深度的增加總體呈遞增趨勢(shì)。

圖8 不同技術(shù)參數(shù)組合下0～15 cm土壤緊實(shí)度變化曲線

對(duì)所有預(yù)定播深、下壓力以及耕作處理方式而言，單體控深機(jī)構(gòu)中的限深輪在播種作業(yè)過(guò)程中對(duì)種溝側(cè)壁土壤產(chǎn)生了壓實(shí)作用，提高了種溝側(cè)壁土壤緊實(shí)度，這與HANNA等[24]研究結(jié)果相一致，下壓力對(duì)0～15 cm土層的土壤緊實(shí)度都相應(yīng)高于播種前土壤緊實(shí)度，單體下壓力越大產(chǎn)生的相應(yīng)土壤緊實(shí)度越大。特別情況下，免耕地中下壓力在0～7.5 cm土層范圍內(nèi)土壤緊實(shí)度變化曲線產(chǎn)生了一個(gè)“波峰”變化，且峰值較高，可能在該層產(chǎn)生了一個(gè)壓實(shí)影響域。其原因可能是單體下壓力在播種作業(yè)過(guò)程中對(duì)種溝側(cè)壁土壤產(chǎn)生了一定的壓實(shí)作用，表層以下土壤受單體下壓力影響小(圖9)。柏建彩[25]針對(duì)水稻土的壓實(shí)研究也表明，表層土對(duì)加載壓力有一定的抵消作用，但與免耕地表現(xiàn)出的局部“波峰”現(xiàn)象不同，旋耕地的種溝側(cè)壁壓實(shí)隨著土層深度的增加逐漸增大。

圖9 限深輪與開(kāi)溝器形成的種溝側(cè)壁壓實(shí)影響域示意圖

2.3 單體不同工作參數(shù)組合對(duì)出苗率的影響

前人研究表明，過(guò)高的單體下壓力產(chǎn)生的種溝側(cè)壁壓實(shí)會(huì)影響種子根系生長(zhǎng)[26]。本研究顯示，免耕地單體下壓力造成不同程度的種溝側(cè)壁壓實(shí)導(dǎo)致不同處理的出苗率差異顯著(表4，表中不同大寫(xiě)字母表示相同單體下壓力下不同預(yù)定播深間差異顯著，不同小寫(xiě)字母表示相同預(yù)定播深下不同單體下壓力間差異顯著)(p<0.05)。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)土壤緊實(shí)度增加至2 MPa時(shí)，根系長(zhǎng)度顯著減小[27]，結(jié)合圖8所示土壤緊實(shí)度數(shù)據(jù)可見(jiàn)，水稻土種溝壁的緊實(shí)化影響稻茬麥的生長(zhǎng)，因此，長(zhǎng)江中下游區(qū)域水稻土條件的精確播種技術(shù)所面臨的農(nóng)機(jī)-農(nóng)藝融合更加困難。

表4 不同技術(shù)參數(shù)組合的種子出苗率

表4也反映了耕作方式和預(yù)定播深對(duì)種子出苗率的顯著影響。前人研究表明，過(guò)淺或過(guò)深的播深都不利于種子出苗[28]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，預(yù)定播深對(duì)出苗率有顯著影響，且預(yù)定播深4 cm的整體出苗效果最好，且旋耕地較免耕地提高12.12%，無(wú)論是較淺的預(yù)定播深2.5 cm還是較深的預(yù)定播深6 cm，出苗率都明顯下降。免耕地中，預(yù)定播深4 cm較預(yù)定播深2.5 cm和6.0 cm出苗率分別提高8.30%、1.71%；旋耕地中，預(yù)定播深4 cm較預(yù)定播深 2.5 cm 和6 cm的出苗率分別提高8.09%、36.37%。表明預(yù)定播深較淺，容易造成種子晾干，易受凍害，出苗率低，這與鄭亭等[29]研究一致。預(yù)定播深較深，導(dǎo)致播種阻力加大，播深合格率低，易出現(xiàn)斷壟現(xiàn)象，此外也易出現(xiàn)悶種、爛籽現(xiàn)象，降低了種子出苗率。因此，水稻土條件下，精確播種技術(shù)應(yīng)將每粒種子置于精確控制的土層中，提供種子最理想的萌發(fā)環(huán)境，是獲得較高出苗的關(guān)鍵因素。此外，除了免耕地預(yù)定播深6 cm的情況特殊外，旋耕處理的種子出苗率整體高于免耕地，這主要是旋耕改善了土壤結(jié)構(gòu)，降低了土壤緊實(shí)度，創(chuàng)建了適宜的地表微氣候，利于種子出苗[30-31]?？梢?jiàn)，在今后開(kāi)發(fā)新型免耕復(fù)式精密播種機(jī)時(shí)，必須充分考慮到機(jī)具的前置合理耕作工藝環(huán)節(jié)。

3 結(jié)論

(1)播種單體與土壤力學(xué)性質(zhì)交互影響對(duì)精播農(nóng)藝要求不同。原茬免耕和旋耕條件下的最優(yōu)播深分別為預(yù)定播深4 cm、下壓力1.2 kN以及預(yù)定播深4 cm、下壓力1.0 kN，實(shí)際播深與預(yù)定播深差異較小，播深穩(wěn)定性高，且旋耕處理的單體播深控制整體效果優(yōu)于免耕。

(2)播種單體在不同土壤力學(xué)屬性和苗床物理?xiàng)l件的適應(yīng)性不同。對(duì)所有預(yù)定播深、下壓力以及耕作處理方式而言，限深輪在播種作業(yè)過(guò)程中對(duì)種溝側(cè)壁土壤產(chǎn)生了土壤壓實(shí)作用，在免耕地0～7.5 cm 表層土壤緊實(shí)度曲線呈“波峰”變化，且峰值大于1 MPa。

(3)播種單體不同設(shè)計(jì)參數(shù)間的組合對(duì)精播農(nóng)藝效果不同。對(duì)所有預(yù)定播深、下壓力以及耕作處理方式而言，預(yù)定播深4 cm出苗率最高，且旋耕地較免耕地提高12.12%。

(4)針對(duì)長(zhǎng)江中下游區(qū)域稻麥輪作制的稻茬田播種單體試驗(yàn)表明，耕作方式、農(nóng)藝播深目標(biāo)、單體下壓力等多方面技術(shù)參數(shù)都影響到種子位的準(zhǔn)確性和小麥出苗率，表明在該區(qū)域?qū)崿F(xiàn)精確控深目標(biāo)的精密播種技術(shù)的復(fù)雜性和單體設(shè)計(jì)所需考慮因素的多樣性。