免耕播種機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)及參數(shù)優(yōu)化思路

齊 輝

(清原滿族自治縣農(nóng)機(jī)化技術(shù)推廣服務(wù)站，遼寧 清原 113300)

0 引言

隨著機(jī)械化耕整地技術(shù)的普及，利用拖拉機(jī)配套犁耕、旋耕等耕整地設(shè)備開展現(xiàn)代化生產(chǎn)已經(jīng)成為耕地處理的主要方式，相對(duì)于傳統(tǒng)的生產(chǎn)形勢(shì)，機(jī)械化耕整地顯著提升了作業(yè)效率，更有利于保證耕整地后的地表平整。但常年機(jī)械化翻耕整地也造成了土壤沙化、水土流失、地力降低、秸稈利用不佳等問題，不利于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。隨著保護(hù)性耕作理念和技術(shù)的普及，人們對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)耕整地的合理開展有了新的認(rèn)識(shí)，免耕播種以顛覆傳統(tǒng)生產(chǎn)模式的新姿態(tài)展現(xiàn)出其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)。隨著我國對(duì)于免耕播種技術(shù)的支持和生產(chǎn)過程應(yīng)用免耕播種的政策傾斜，免耕播種農(nóng)田的占比持續(xù)增加，免耕播種的農(nóng)田也陸續(xù)展現(xiàn)出了高產(chǎn)、省工省力、改良土壤、蓄水保墑等眾多優(yōu)勢(shì)。隨之促進(jìn)了免耕播種機(jī)的銷售與應(yīng)用，免耕播種機(jī)作為免耕播種實(shí)施的必須機(jī)型，使用者應(yīng)當(dāng)了解免耕播種機(jī)與傳統(tǒng)的土壤翻耕機(jī)械及播種機(jī)的使用差異，利用免耕播種機(jī)的性能優(yōu)勢(shì)開展作業(yè)。

1 免耕播種機(jī)的研究應(yīng)用情況

隨著傳統(tǒng)耕作模式的長期應(yīng)用，年復(fù)一年的土壤擾動(dòng)與缺少植被有效覆蓋，導(dǎo)致土壤風(fēng)蝕、水蝕問題嚴(yán)重，對(duì)耕地資源的保護(hù)造成了不利影響，從農(nóng)民的角度看，直觀表現(xiàn)為耕地地力持續(xù)下降。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在缺少植被有效覆蓋下，地表徑流發(fā)生率將提高50%～60%。針對(duì)耕地土壤退化問題，免耕播種這一新的技術(shù)形式得到了越來越多農(nóng)民的認(rèn)可與應(yīng)用[1]。我國對(duì)于免耕播種機(jī)的研制和技術(shù)試驗(yàn)開始于20 世紀(jì) 60 年代，最早的試驗(yàn)示范地區(qū)以東北地區(qū)為主，后在20世紀(jì)70—80年代逐漸開始向江蘇、浙江等長江流域普及。早期的免耕播種技術(shù)應(yīng)用目標(biāo)是抵抗旱情，隨著人們認(rèn)識(shí)的提高，免耕播種對(duì)于恢復(fù)地力的作用逐漸體現(xiàn)，我國對(duì)于免耕播種優(yōu)勢(shì)的認(rèn)識(shí)也更加全面。在農(nóng)業(yè)機(jī)械化快速發(fā)展的新時(shí)期，免耕播種機(jī)作為免耕播種技術(shù)實(shí)施的關(guān)鍵，其技術(shù)也得到了快速發(fā)展。自主研發(fā)的很多免耕播種機(jī)械設(shè)備在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，例如德邦大為2BMG型免耕播種機(jī)、勃農(nóng)2BZM-2型指夾式免耕精密播種機(jī)、亞澳2BMYF-2型免耕施肥播種機(jī)、康達(dá)2BMZF-2型免耕指夾式精量施肥播種機(jī)等十余種產(chǎn)品已經(jīng)得到了市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可。且在免耕播種機(jī)的應(yīng)用過程中，表現(xiàn)出了與傳統(tǒng)耕作播種模式的顯著優(yōu)勢(shì)。綜合來看，利用免耕覆蓋播種的方式進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，能降低土壤水蝕50%～80%，提高水分利用率14%～18%，土壤蓄水量提升15%～18%，且土壤中的碳、氮、磷、鉀等元素和微生物、有機(jī)質(zhì)明顯增多，土壤結(jié)構(gòu)得到有效改善[2]。

在免耕播種機(jī)應(yīng)用量不斷提升的同時(shí)，我國針對(duì)免耕播種機(jī)的技術(shù)優(yōu)化也開展了大量的研究工作。齊鵬[3]研究設(shè)計(jì)了一種破茬、防堵、開溝能力更強(qiáng)的破茬防堵裝置，改善了破茬防堵裝置的外徑、偏刃厚、圓弧齒數(shù)量，利用仿真軟件優(yōu)化了機(jī)具行駛速度與入土深度的匹配關(guān)系及圓盤刀面偏角，有效提升了免耕播種機(jī)的破茬防堵能力。劉月琴[4]為提高氣吸式免耕播種機(jī)作業(yè)的質(zhì)量，針對(duì)振動(dòng)特性及對(duì)排種性能的影響展開研究，分析了葵花、玉米、莜麥、荒地四種免耕地振動(dòng)能量的密度分布，明確了免耕播種機(jī)的振動(dòng)受到前進(jìn)速度、壟向、播種深度、根茬種類、土壤堅(jiān)實(shí)度、含水量等有直接關(guān)系，借助離散元軟件仿真種箱內(nèi)大豆種群運(yùn)動(dòng)，對(duì)于取排種過程的吸種孔直徑、真空度、排種盤轉(zhuǎn)速、頻率等參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化改良，有效提升了免耕播種機(jī)的適用性。陳永亮[5]針對(duì)高速免耕播種機(jī)單體展開了專門的設(shè)計(jì)研究，利用EDEM離散元分析種子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，確定了高速免耕播種機(jī)單體的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)免耕播種機(jī)的作業(yè)速度、高速種管離地高度和導(dǎo)種角度進(jìn)行單因素試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了免耕播種機(jī)單體技術(shù)優(yōu)化。

2 免耕播種機(jī)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 組成與原理

免耕播種機(jī)集成了耕整地機(jī)械與播種機(jī)的部分特征與功能，屬于多種功能集成的新型復(fù)合型農(nóng)機(jī)設(shè)備，其使用時(shí)需與拖拉機(jī)進(jìn)行配套，利用拖拉機(jī)的行駛功能和動(dòng)力輸出實(shí)現(xiàn)免耕播種機(jī)的相關(guān)功能。現(xiàn)階段使用的大部分免耕播種機(jī)結(jié)構(gòu)包括破茬開溝裝置、播種裝置、鎮(zhèn)壓裝置及機(jī)架等，部分機(jī)型還配套有施肥裝置(圖1)。免耕播種機(jī)能夠在不翻動(dòng)土壤或少翻動(dòng)土壤情況下完成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的破茬、開溝、播種、施肥、鎮(zhèn)壓等全部工序及技術(shù)要求，與傳統(tǒng)耕作播種方式相比，免耕播種機(jī)不需要事先進(jìn)行旋耕或犁耕，能夠直接在收獲后的耕地基礎(chǔ)上開展播種作業(yè)。很多免耕播種機(jī)還能同時(shí)完成對(duì)耕地表面粉碎秸稈的轉(zhuǎn)移和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)播種后秸稈均勻覆蓋于地表，為農(nóng)田創(chuàng)造秸稈保護(hù)層。

2.2 開溝破茬及防堵技術(shù)

開溝及破茬位于免耕播種機(jī)的最前方，是免耕播種機(jī)在留有根茬的復(fù)雜耕地中可靠作業(yè)的基礎(chǔ)保障，在生產(chǎn)實(shí)踐過程中傳統(tǒng)的免耕播種機(jī)常出現(xiàn)開溝或破茬中的堵塞問題，影響免耕播種的實(shí)際質(zhì)量，因此在新型免耕播種機(jī)研制過程中，很多農(nóng)機(jī)企業(yè)應(yīng)用了更為可靠的防堵技術(shù)，以提升免耕播種機(jī)的作業(yè)質(zhì)量和效率。破茬裝置與防堵結(jié)構(gòu)通常采用一體化設(shè)計(jì)，既能將田間秸稈殘茬切斷，又能有效將其破碎，防止過長和柔性過大的秸稈纏繞堵塞。現(xiàn)階段使用的大部分破茬防堵裝置采用動(dòng)力破茬的方式，即通過拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸輸出的動(dòng)力帶動(dòng)破茬防堵裝置旋轉(zhuǎn)，破茬防堵裝置多采用梯型刀盤的方式，其安裝時(shí)多與開溝器形成小間隙配合，實(shí)現(xiàn)破茬刀盤旋轉(zhuǎn)過程，既將根茬切斷又能利用與開溝器形成的剪切作用將纏繞在開溝器上的雜草切斷，有效防止開溝過程中的堵塞問題。由于可利用秸稈進(jìn)行覆蓋，開溝器開出的種溝相對(duì)于傳統(tǒng)播種更淺，根據(jù)不同直徑種子，開溝深度通常僅為3～4 cm，有效減少了土壤擾動(dòng)，并降低了整機(jī)行駛阻力。

2.3 播種技術(shù)

播種技術(shù)是決定免耕播種機(jī)精度的重要裝置，現(xiàn)階段使用的免耕播種機(jī)根據(jù)排種器形式的不同，可分為機(jī)械式和氣力式兩大類，其中機(jī)械式播種裝置的結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，技術(shù)相對(duì)成熟，生產(chǎn)成本較低，有利于降低免耕播種機(jī)的銷售價(jià)格，但其在使用過程中存在著對(duì)種子的適應(yīng)能力不強(qiáng)、播種效率低、播種精度不高等問題；氣力式播裝置相對(duì)于普通的機(jī)械式播種裝置具有明顯的高效率特征，其播種作業(yè)時(shí)的工作速度可達(dá)10 km·h-1，且氣力式播種裝置對(duì)于種子的形狀、尺寸適應(yīng)能力更強(qiáng)，可配套的氣力式播種技術(shù)包括氣吹式、氣吸式等多種形式，其中以氣吸式應(yīng)用較多，但氣吸式播種機(jī)對(duì)于形狀不規(guī)則的種子存在一定的漏播概率，因此應(yīng)根據(jù)種子特征適當(dāng)選擇播種方式。總體而言，目前免耕播種機(jī)仍以機(jī)械式排種技術(shù)為主，勺輪式和指夾式均為常用的機(jī)械播種技術(shù)形式。

2.4 鎮(zhèn)壓技術(shù)

鎮(zhèn)壓技術(shù)對(duì)于播種后種子的萌發(fā)質(zhì)量影響很大，鎮(zhèn)壓裝置的性能直接關(guān)系到種子與土壤的接觸密度，良好的鎮(zhèn)壓能保證表層土壤孔隙度的有效降低。既能減少土壤中的水分蒸發(fā)，又能為種子萌發(fā)和農(nóng)作物生長創(chuàng)造一個(gè)虛實(shí)適度、水分適宜的環(huán)境。免耕播種機(jī)的鎮(zhèn)壓裝置主要有兩大類：一是地輪與鎮(zhèn)壓輪集成，地輪既做為排種器的動(dòng)力裝置又做為鎮(zhèn)壓裝置，該結(jié)構(gòu)能有效減化整機(jī)結(jié)構(gòu)，降低制造成本，但不能實(shí)現(xiàn)鎮(zhèn)壓力的調(diào)整，對(duì)于復(fù)雜地形的鎮(zhèn)壓效果常不盡如人意；二是單獨(dú)的鎮(zhèn)壓輪，多具備壓力可調(diào)節(jié)的功能，能夠適合不同環(huán)境的土壤壓實(shí)農(nóng)藝要求，更容易保證播種后的出苗率。

3 技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析

3.1 有效簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝

利用免耕播種機(jī)進(jìn)行作業(yè)，其功能集成了破茬、開溝、播種、鎮(zhèn)壓、秸稈覆蓋等多個(gè)工序，有效縮減了傳統(tǒng)生產(chǎn)過程中的土壤翻耕、整地、秸稈收集離田等工序，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的早期工作得以快速完成。

3.2 有效提升生產(chǎn)收益

一方面免耕播種機(jī)的應(yīng)用在減少生產(chǎn)工序的同時(shí)也節(jié)省了雇傭人力和租賃機(jī)械作業(yè)的成本，同時(shí)農(nóng)機(jī)作業(yè)次數(shù)的減少使燃料購置費(fèi)、機(jī)械保養(yǎng)費(fèi)都明顯降低，生產(chǎn)過程中的總支出得到有效縮減。另一方面，免耕播種機(jī)的常年應(yīng)用能有效培肥地力，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物產(chǎn)量的不斷增加，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的收益得到不斷提升。

3.3 有利于耕地保護(hù)與環(huán)境保護(hù)

免耕播種機(jī)的應(yīng)用能有效減緩耕地土壤流失、沙化等問題，并利用秸稈覆蓋的降解作用，能在一定時(shí)期內(nèi)實(shí)現(xiàn)耕地地力的恢復(fù)與提升，有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的長期可持續(xù)發(fā)展。另一方面免耕播種屬于保護(hù)性耕作的技術(shù)范疇，免耕播種作業(yè)使農(nóng)作物的秸稈資源得到了有效利用，避免秸稈處理不當(dāng)造成的空氣及農(nóng)田周邊環(huán)境污染。

4 參數(shù)優(yōu)化思路

4.1 播種效率的優(yōu)化

現(xiàn)階段使用的播種技術(shù)包括機(jī)械式、氣吹式、氣吹式都存在各自的優(yōu)勢(shì)與不足。機(jī)械式排種器的最大問題就是播種效率較低。氣吸式排種器盡管工作效率高，但存在一定的漏播問題，氣吸式排種器在復(fù)雜耕地存在較高的重播問題，因此應(yīng)根據(jù)各排種器的特點(diǎn)對(duì)型孔的尺寸、排種器轉(zhuǎn)速、氣體負(fù)壓力值等參數(shù)進(jìn)一步優(yōu)化。必要時(shí)可利用電驅(qū)動(dòng)輔助排種器運(yùn)轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)播種效率與播種精確度的更好保障。

4.2 鎮(zhèn)壓參數(shù)的優(yōu)化

鎮(zhèn)壓參數(shù)優(yōu)化應(yīng)重點(diǎn)在鎮(zhèn)壓輪的單體形狀、可調(diào)節(jié)壓力裝置及鎮(zhèn)壓過程中的回土覆土能力的綜合優(yōu)化。現(xiàn)階段使用的覆土鎮(zhèn)壓裝置結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)于表層土塊的壓碎能力相對(duì)有限，通過采用1.5～3 cm寬的V型結(jié)構(gòu)或3～5 cm寬的W型單體結(jié)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)更好的土壤壓碎效果，同時(shí)覆土質(zhì)量更加均勻。

4.3 免耕性能的優(yōu)化

免耕性能主要是指在不進(jìn)行土壤翻動(dòng)的表土進(jìn)行直接開溝播種后的實(shí)際效果，免耕性能的影響因素包括開溝器的入土能力及種溝形狀、表層土壤的細(xì)碎能力等。現(xiàn)階段的免耕開溝器設(shè)計(jì)過于簡(jiǎn)單，對(duì)于仿形設(shè)計(jì)、仿聲設(shè)計(jì)的應(yīng)用不理想，部分開溝器在免耕作業(yè)過程中受土壤質(zhì)量的影響大，存在開溝不均勻問題，應(yīng)利用優(yōu)化設(shè)計(jì)改善開溝后的回土速度和回土質(zhì)量。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著免耕播種機(jī)的普及與應(yīng)用，其機(jī)械的先進(jìn)性已經(jīng)成為影響我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)作物產(chǎn)量的重要因素。在免耕播種機(jī)技術(shù)優(yōu)化過程中，農(nóng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)要進(jìn)一步考慮不同地區(qū)對(duì)于免耕播種作業(yè)的實(shí)際需求。結(jié)合留茬免耕和覆蓋免耕等不同的農(nóng)藝要求，研發(fā)有針對(duì)性的可靠機(jī)型，并重視破茬、開溝、播種、鎮(zhèn)壓、秸稈覆蓋等功能之間的技術(shù)匹配，實(shí)現(xiàn)免耕播種機(jī)技術(shù)的全面提升。