玉米免耕精量播種機關鍵技術研究

唐立豐

(綏化市北林區北林辦事處鄉村振興發展服務中心，黑龍江 綏化 152000)

0 引言

玉米是世界重要的糧食作物之一，我國是玉米生產大國，玉米產量占世界總產量的23%以上，位居世界前列[1]。傳統農業生產中，由于不合理的耕作方式、農業機械的碾壓及大量使用化肥農藥等導致土壤板結，針對以上問題，我國開始大力推廣保護性耕作技術，通過進行土壤少耕、免耕技術并配套相應的農機具進行種植模式的改變，優化傳統種植模式與栽培方式，從而提高土壤質量，減少傳統農業機械對土壤耕作層的破壞，為作物提質增產提供一個適宜的環境。

國外最早在20世紀40年代初期開始進行保護性耕作技術的研究[2]，并相繼生產出配套農機具提高機械化程度。保護性耕作技術是經濟效益、生態效益及社會效益并行的農業生產技術方式，而免耕播種技術是保護性耕作技術的核心部分，隨著機械化技術的不斷推進，相應的免耕播種機應運而生[3]。由于免耕播種機在進行開溝、播種、施肥時，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的堵塞，地表不平也會導致整機播種不穩定、播種均勻性差等問題，玉米免耕精量播種機對于實現免耕播種技術下的播種精度、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及關鍵技術

1.1 機構組成及控制系統

玉米免耕精量播種機主要包括傳動機構、機架、精準施肥裝置、施肥驅動電機、肥箱、種箱、排種裝置驅動電機、鎮壓器、覆土裝置、開溝器、施肥開溝器、清壟裝置、破茬裝置等，主要結構如圖1所示。玉米免耕精量播種機控制系統如圖2所示，配套硬件系統如表1所示。控制系統由伺服電機實現施肥量的控制，在進行田間作業時，排肥裝置根據設定的施肥量進行工作，當播種裝置檢測到播種信號時，播種閥打開，將適宜的肥料施入土壤，完成后閥門迅速關閉，繼續進行下一處的播種施肥。結合相關控制算法，對播種機施肥的間距進行計算，控制播種機施肥位置參數，進而決定免耕播種機的開溝深度與相關技術參數[5]。

1.傳動機構；2. 機架；3. 精準施肥裝置；4. 施肥驅動電機；5. 肥箱；6. 種箱；7. 排種裝置驅動電機；8. 鎮壓器；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控制系統示意圖

表1 玉米免耕播種機硬件配置

1.2 玉米免耕精量播種機生產效益

我國農業農村部農機推廣站在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試驗研究與推廣，在三個地區分別建立1個試驗示范地點進行試驗，分別記錄不同生產條件下土壤質量(表2)、玉米產量(表3)、生產收益(表4)進行對比分析[6]。研究結果表明，基于保護性耕作技術下使用玉米免耕精量播種機具有良好的生態效益、經濟效益及社會效益。

表2 土壤有機質監測

表3 玉米產量情況表

表4 生產收益概況

生態效益：保護性耕作技術將秸稈進行全量覆蓋，一方面減少秸稈焚燒帶來的環境污染問題，另一方面秸稈覆蓋可以提高土壤蓄水保墑能力，增加有機質含量，具有擋風固土的效果，帶來一定的生態效益。

經濟效益：保護性耕作技術可以減少農業機械的使用，農戶僅僅需要一臺玉米免耕精量播種機進行田間作業，減少田間作業環節，減少人工投入、減少燃油成本等農業生產成本，作物產量提高還可以提高經濟收入，具有一定的經濟效益。

社會效益：保護性耕作技術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分含量，減少土壤地表水分蒸發，作物根系生長發達，減少作物在極端天氣中的倒伏情況。

2 技術發展制約條件

2.1 田間故障頻發

免耕播種機在秸稈殘茬覆蓋的地表進行開溝播種，在田間作業時，由于秸稈殘茬及雜草纏繞會導致免耕精量播種機出現故障，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，應該及時進行整地優化作業環境，保證免耕精量播種機的工作狀態；另一方面主要是由于刮種器或者氣吸裝置氣流不暢導致種子卡殼與堵塞，應該及時檢查傳動機構及排種器，清除雜物，保證排種管氣流順暢。

2.1.2 開溝器堵塞

黏質土壤、土壤濕度過大、免耕精量播種機行駛速度較快等會導致開溝器堵塞，應該保證作業速度合理并勻速行駛，并且避免在較為濕潤及黏質土壤中進行作業。

2.1.3 播種參數不合理

免耕精量播種機在播種過程中出現漏播，播種深度、播種距離不一致及空穴等問題，主要是由于仿形機構工作性能較差、作業速度不一致、排種裝置出現損壞，導致播種參數不符合農藝要求，影響種子萌發。

2.2 控制系統精度差

免耕精量播種機控制系統的精度直接影響播種質量及作業要求，但是由于目前傳感器技術、自動監測系統發展技術受限，導致精量播種控制系統精度較低，造成田間播種不均勻、出苗率低、播深不一致等導致作物產量降低。目前，關于提高控制系統精度主要為通過編碼器采集機器行走速度及轉速，通過PID控制算法實現播種均勻與播深一致，但是自動化與智能化程度較低，不能達到精準播種的要求。

3 關鍵技術發展重點

3.1 完善玉米免耕精量播種機的操作、保養及維修技術體系

規范玉米免耕精量播種機操作及使用后的保養與維修技術對于提高玉米免耕精量播種機的工作性能、延長整機使用壽命具有重要意義。在玉米免耕精量播種機使用前應該檢查土壤環境及土壤表面平整度，優化玉米免耕精量播種機工作環境，清理玉米免耕精量播種機灰塵及污垢，進行關鍵零部件的潤滑，檢查傳動機構的張緊情況。在正式進入田間作業前，應該進行試播，控制機器作業速度、播種參數及開溝深度，檢查鎮壓及覆土裝置是否運行合理，在保證機器可以正常運行的情況下進行田間作業。在進行田間作業時，機器作業速度不超過9 km·h-1，最低不能低于2 km·h-1，保證田間勻速行駛。在作業過程中出現異常情況，應該及時停機，切斷動力進行故障檢查。玉米免耕精量播種機使用后應該及時清理，將剩余的種子與肥料取出，防止受潮，對關鍵零部件進行潤滑與保養，并停放至專門的庫房，如果沒有停放位置，也要用棚布將整機進行遮蓋，防止風吹日曬及雨淋造成機器銹蝕。

3.2 在不同地區建立試驗示范地區，推廣相關免耕精量播種技術

為了在全國范圍內推廣免耕播種技術長效機制，不同地區應該加大資金投入與政策引導，建立相關技術示范區域。在此基礎上逐步探索適宜該地區的免耕播種技術生產模式，因地制宜，結合當地特色作物及農藝要求開展免耕播種技術的推廣與應用，改善相關裝備組成，明確玉米免耕精量播種機生產方案，提高免耕播種技術的應用效率與技術水平。

3.3 提高玉米免耕精量播種機控制精度

隨著智能算法、傳感器技術及高精度定位技術的逐漸發展，GPS精準定位技術逐漸應用到農業機械的智能控制系統中，實現農業生產的精準作業與管理。未來應該基于高精度定位系統、傳感器技術集合智能算法實現精量播種，對免耕精量播種機的位置信息、速度信息進行智能計算，通過程序控制實時調節電機控制轉速及施肥、播種速度，實現在不同作業速度及作業環境下保證良好的播種深度及播種均勻性。提高作業精度，為今后進一步推廣免耕精量播種技術及研制高端、智能的玉米免耕精量播種機提供依據。

4 結論

免耕播種技術是保護性耕作技術的核心組成部分，免耕播種機是提高免耕播種技術的機械化效率的重要基礎條件。免耕播種機在田間作業時，由于地表秸稈殘茬覆蓋導致整機運行不穩定、秸稈殘茬及雜草容易造成機械堵塞，為了提高播種精度提出免耕精量播種技術，通過優化相關結構并配合自動控制系統實現精量播種及施肥，但是由于控制系統及相關技術不成熟導致免耕精量播種技術水平、田間工作效率低。本研究以玉米免耕精量播種機為研究對象，通過對關鍵技術及生產效益進行分析，指出目前玉米免耕精量播種機發展的主要制約條件，并給予相關的發展建議及技術改進措施，研究結果以期為免耕精量播種機及關鍵技術的發展提供技術參考及理論依據。