大豆玉米復合種植施肥播種一體機研究*

楊昌敏 ， 趙幫泰 ， 程方平 ， 梅林森 ， 宋樂見 ， 張 巍 ， 王義鵬 ， 劉 琳

（四川省農業機械研究設計院，四川 成都 610066）

0 引言

2021年我國累計進口糧食16 453.9萬t，其中大豆進口9 651.8萬t，占進口總量的58.7%[1]。近5年大豆平均進口依賴度為87.88%，在糧食作物中進口依賴度最高[2]。耕地面積有限、大豆供需缺口巨大是長期困擾我國糧油安全的“卡脖子”難題。大豆玉米帶狀復合種植可有效解決玉米、大豆爭地問題，是實現玉米大豆兼容發展，擴大大豆種植面積和提高產能的有效途徑[3]，對保證國家糧食安全具有重要的戰略意義。擴種大豆是2022年農業調結構的一個重點，也是一項重大的政治任務[4]，農業農村部印發的《“十四五”全國種植業發展規劃》提出，到2025年，推廣大豆玉米帶狀復合種植面積5 000萬畝。

大豆玉米帶狀復合種植模式經過不斷發展，技術日趨成熟，目前推廣應用的核心和難點在于機械化的配套[5]。實現與栽培模式相適應的全程機械化機具配套，提高勞動生產率，是大面積推廣大豆玉米帶狀復合種植模式的有力保障[6]。精密施肥播種機是大豆玉米帶狀復合種植模式全程機械化的關鍵[7]，機械既要適應大豆玉米小株距密植，又要滿足大豆玉米的施肥差異，保證復合種植玉米的施肥量，即保證玉米單株施肥量與凈作玉米相同的農藝要求。

1 播種機整機結構設計

針對西南丘陵地區土壤黏重、干旱板結、大豆玉米出苗率低、現有播種機適應性差等問題，課題組開展了針對旋耕施肥播種一體化技術的研究。研發的大豆玉米復合種植施肥播種機主要由旋耕開溝裝置、施肥裝置、播種裝置、限深裝置、擋泥覆土裝置等組成，整機結構示意圖如圖1所示。播種時，播種機與動力拖拉機懸接，拖拉機動力經傳動軸的傳動帶動旋耕刀旋轉工作，同時肥箱肥料沿排肥管下落，經旋耕作業后均勻施于地面，此時播種裝置開始工作，種子經種箱、排種器沿導種管下落于施肥后的田間，擋泥覆土裝置覆土后即完成一個播種過程。

圖1 播種機整機結構示意圖

該播種機可播小麥（12行）、玉米（凈作4行）、大豆（凈作8行），還可以玉米大豆同時播（即大豆玉米帶狀復合種植“2+4”間作模式），是一款復合型播種機。整機結構簡單，可一次完成整地、滅茬、播種作業，且不易纏草，作業效率較高。播種機主要性能參數如表1所示。

表1 旋耕施肥播種一體機技術參數

2 播種機關鍵部件設計

2.1 播種機排種裝置設計

排種器是精密施肥播種機的核心部件，決定播種質量，影響出苗率[8]。選取適宜西南地區的間作大豆川豆16和玉米仲玉3號種子為研究對象，進行臺架試驗。以排種盤轉速、直徑、排種口數、作業速度等為因子開展正交試驗，研究各因子對播種質量的影響及綜合作用。優化關鍵參數，設計外槽輪式單粒排種裝置，排種器臺架試驗示意圖、排種器局部結構示意圖分別如圖2、圖3所示。

圖2 排種器臺架試驗示意圖

圖3 排種器局部結構示意圖

設計的外槽輪式排種器加裝了限位裝置，設置了防堵組件，實現輔助震動操作，基本實現排種器單粒排種，避免了播種時種子堵塞、架空或多粒排種，有效提高了播種質量。

2.2 雙施肥系統設計

在大豆玉米帶狀復合種植過程中，大豆需肥量小，玉米需肥量大，玉米單株施肥量與凈作玉米相同[9]。針對此農藝要求，課題組基于大豆玉米帶狀復合種植模式常用復合顆粒肥的特性，對槽輪式排肥裝置出料槽大小、轉速、肥箱結構等關鍵參數進行了優化，設置雙肥箱、雙下肥管，加裝攪拌機構對箱體中的肥料進行多方向攪拌，保證玉米大下肥量，滿足大豆玉米帶狀間作的施肥要求。雙施肥系統結構示意圖如圖4所示。

圖4 雙施肥系統結構示意圖

施肥時，施肥裝置的轉動桿和攪拌桿同時轉動和上下往復移動，從而對箱體中的肥料進行多方向的攪拌，能夠有效防止肥料堵塞施肥口。若需在肥料中加入殺蟲劑混施，此系統也能讓二者混合得更加充分，從而使肥料藥劑施撒更加均勻，保障幼苗生長。肥箱中設置的導流板，能夠讓箱體中的肥料更好地流向施肥口，避免肥料漏空，保障了施肥的穩定性。

2.3 播種、施肥質量監測系統設計

為避免播種施肥機種箱架空、排肥裝置堵塞等造成播種施肥質量不佳、精度不高等問題[10]，精選傳感器，采用電子監測技術手段，通過數據采集模塊、數據處理模塊、報警模塊，實現對種箱、排種管、肥箱、排肥管空堵工況狀態的監測，實時計算反饋播種量、施肥量。當出現異常時，可通過自動報警裝置提醒操作人員，從而有效提高密植分控播種施肥機的作業質量。

3 播種機性能試驗

大豆玉米帶狀復合種植施肥播種機性能試驗的開展包括理論施肥量測算和田間播種試驗兩部分。理論試驗主要是通過手動轉動地輪，將地輪旋轉圈數換算為田間行走距離，從而計算單位面積大豆、玉米的排肥量是否滿足帶狀復合種植的要求，測試結果如表2、表3所示。田間播種試驗初測了大豆、玉米的平均株距、重播和漏播情況。性能測試儀器和工具包括土壤堅實度儀、土壤水分測試儀、溫濕度測試儀、皮尺、鋼板尺、游標卡尺、秒表、電子秤等。

據表2、表3測試數據，計算得出玉米理論最大施肥量為61.36千克/畝，大豆理論最大施肥量為22.02千克/畝，滿足了大豆玉米帶狀復合種植玉米施肥量60千克/畝～80千克/畝、大豆施肥量10千克/畝～15千克/畝的要求。

表2 玉米理論最大施肥量測試數據

表3 大豆理論最大施肥量測試數據

田間試驗根據GB/T 6973—2005《單粒（精密）播種機試驗方法》，對大豆玉米帶狀間作播種株距、重播率、漏播率等主要指標進行測試。經測試，大豆平均株距為12.76 cm，玉米平均株距為14.98 cm，滿足了大豆株距70 cm～150 cm、玉米株距80 cm～150 cm的要求，重播率、漏播率滿足JB/T 10293—2013《單粒（精密）播種機技術條件》的標準要求。

4 結束語

大豆玉米帶狀復合種植同常規技術相比，具有高產出、可持續、機械化、低風險等優勢。在適宜地區推廣大豆玉米帶狀復合種植技術，可實現玉米基本不減產的同時增收一季大豆。該技術是推動大豆玉米兼容發展、協調發展的主要途徑，對提升國家糧油綜合生產能力意義重大。要大面積推廣大豆玉米復合種植技術，必須盡可能降低勞動強度和生產成本，大力推廣應用包括專用播種機在內的實用高效種、管、收作業機具，保障帶狀復合種植提質增效。播種是大豆玉米復合種植的重要環節，要繼續加強專用播種機的研發制造和優化改進，進一步提高專用播種機的精量播種水平，保證播種質量，為大豆玉米帶狀復合種植技術的推廣奠定基礎。