不同生产条件下夏玉米机械播种试验研究

杨家华，王　瑞

(1.中国计量大学 现代科技学院，杭州　310018;2.黄河交通学院，河南 焦作　454950)

0　引言

作为世界主要经济作物之一，玉米是全球范围内广泛种植的作物，具有粮食、饲料、经济等综合效益。在我国，玉米的栽培历史约470多年，当前玉米播种面积仅次于水稻和小麦，为0.2亿hm2左右，种植面积大、用途广。我国玉米分为春玉米与夏玉米，夏玉米主要集中于华北、华中及华南地区，相对春玉米来说分布更为广泛。在夏玉米生产中，播种是关键环节，其质量的好坏对玉米的发芽、生长及产量等具有直接影响。夏玉米的播种对时节非常讲究，一般来说其最佳播种时期以当地多数年份最高产量播种期为准。从农业技术要求可知：夏玉米生长时期相对较短，在播种农时方面也比较短暂。为了促进玉米充分成熟，提高玉米产量，且不会耽误后茬小麦播种，可以说夏玉米的播种期所花费的时间越短越好。国内外研究均表明：在玉米增产的各种途径中，种植精度的提高是最为有效的途径之一，如何在短暂的播种时间内提高播种效率，使夏玉米产量更高是夏玉米播种研究的重点。

玉米机械播种技术可对种子在土壤中的位置准确定量，减少苗间用工，使种子的生长发育处于良好的状态，促进玉米的增产丰收。玉米机械播种主要采用精密播种机，破茬开沟器作为其关键部位，对夏玉米的机械播种效果有重要影响。本文对破茬开沟器改进前后的应用进行研究，以分析不同生产条件对夏玉米机械播种的影响。

1　破茬开沟器的类型

作为机械播种机的重要组成部分，夏玉米机械播种机中的破茬开沟器与播种精度等息息相关，不同的破茬开沟器对夏玉米播种的深度和株距有着不同的影响。所以，破茬开沟器设计合理与否与夏玉米播种精度的提高有直接关联。从当前夏玉米机械播种的破茬开沟器来看，常见的主要有以下几种类型。

1.1　单圆盘开沟器

该种开沟器主要以一个倾斜的球面圆盘为主，当夏玉米机械播种机工作时圆盘面会随之运动，且与其运动的方向保持同一角度，这一角度通常稳定地维持在3°～8°之间。在开沟器的圆盘凸面一侧，种子会经由输种管被导入沟内。单圆盘开沟器中这一圆盘的直径与圆盘球面曲率半径一般分别在350～650mm左右。在质量方面，单元盘开沟器比双圆盘开沟器相对较轻；在入土能力方面，单圆盘开沟器比双圆盘开沟器相对较强；在结构方面，单圆盘开沟器比双圆盘开沟器相对简单。但是，与双圆盘开沟器相比，单圆盘开沟器播幅较窄，上下干湿土层在开沟的过程中容易发生搅混现象，当土壤情况不好时，采用单圆盘开沟器不利于种子对发芽水分的吸收。

1.2　双圆盘开沟器

该开沟器的两圆盘面在相互倾斜对称作用中形成夹角ψ，ψ≈15°。在两个圆盘交点s的前下方，即为双圆盘开沟器两个工作部件相互倾斜构成的Ψ夹角。两个圆盘交点s则处于α角处，α角处位于通过轴心水平线的正下方。当设圆盘直径与开出沟的沟底宽度分别为D与b时，b=D(1-sinα)sin2ψ。当开沟器处于工作状态时，其入土主要依靠自身重力及弹簧压力；在此过程中，圆盘会接触地表，种沟的形成则由两个平面圆盘向两侧推挤形成，沿着圆盘之间输种管，种子即可经刮土导板径自落入双圆盘开沟器已经开出的沟底中，两侧湿土在两圆盘走过后便会随之落入沟底。双圆盘开沟器同时作业不容易发生缠草或者将根茬挑起的现象，不过豁开的土壤较难回土。

1.3　尖角开沟器

作为一种新式开沟器，该尖角开沟器在当前夏玉米机械播种机中应用相对较多。该种开沟器所开出的沟较窄，相对入土能力更强，且工作阻力较小，土层不容易被搅浑。这种开沟器最早是中国农业大学从澳大利亚引进的主要包括4种：一为宽翼型，二为窄翼型，三为平底型，四为短翼型。该种开沟器的工作部件中，尖与柄能够实现分离，在尖角开沟器工作时将尖与柄连接在一起后，即可实施开沟。相对其他类型的开沟器来说，尖角开沟器不仅没有开沟器颊板，而且没有两侧翼板，使土壤的上翻和侧移作用能够得以消除。因在结构参数上采用比较合理，尖角开沟器具有较强的入土能力，且在翻土、挤土能力方面较小，所以在自动回落覆土性能方面相对来说更加良好。因各地土壤呈现出不同的类型，在实际田间作业过程中播种机所使用的开沟器也有一定差异；而开沟器不同，则选配的破土切茬部件和播深控制机构也会有所不同。应在对各种开沟器进行比较的基础上，根据夏玉米播种实际情况对开沟器加以选择。

2　破茬开沟器的改进设计

夏玉米机械播种的过程中，小麦根茬因地面未耕，麦茬在普通的破茬器作用下很难被完全分开，种子容易被架空在小麦根茬上，降低夏玉米精密播种质量。播种机作业时，对种沟的要求是窄一些，种子需在沟底的湿土上着陆。种沟较窄时，就可以较少扰动土壤，保湿较好。夏玉米播种的季节，水分容易蒸发，因此更需要做好种子保湿工作。其中，“U”形或倒八字形的沟形往往对玉米种子的发芽生根更有利。我国机械播种机配套拖拉机在功率方面普遍不高，液压机构在举升力方面能力普遍有限，所以播种机的质量应保持轻巧，开沟器牵引阻力越小越好，且要求开沟器具有较强的入土能力。

根据以上3种开沟破茬器的比较，从我国夏玉米机械播种本身的条件来看，尖角开沟器在各方面都更胜一筹，且相对来说具有更简单的结构。同时，很多玉米机械播种机均会对种肥分施的方法加以采用，促进一次性播种和施肥的实现；但机械播种机具有较多的土壤工作部件，对其他两种开沟破茬器进行选用时会进一步复杂化玉米机械播种机种肥分施机构的结构，因而尖角型开沟器与我国广大农村的实际情况更加相符。结合我国大部分夏玉米种植区的夏玉米播种实际情况，对破茬开沟器进行了改进，设计了平底V 型开沟器，则

Wmin≥R×T×cosα(wmax-wmin)

式中W—开沟器的长度；

R—排种轮半径；

T—种子到达地面的时间；

α—投种角；

w—排种轮角速度。

由于开沟器是夏玉米机械播种机主要的入土部件，因此要求材料的选取上必须具有一定的耐磨性。所以，在开沟器刀的设计上，以耐磨和减小工作阻力为主要标准，采用65Mn钢材(厚度6mm)，入土角与刃角分别设计为35°与28°，以使开沟器通过性的大大提高。在开沟器侧板的设计上，因其与土壤接触较为密切，所以也要求具备耐磨性，且需要合理的侧板断面形状。为此，材料依然选择65Mn钢材(厚度3mm)，在左右侧板下面的斜角上均设计为20°。在开沟器的底托方面，经过对玉米种子宽度的多次测量与统计计算，决定取其底托的宽度与长度分别为8mm与70mm。在开沟器的盖板与连接板方面，对其强度和连接尺寸有一定要求，只要强度足够、尺寸准确即可。改进后的破茬开沟器结构如图1所示。

图1　改进后的破茬开沟器结构

3　破茬开沟器改进前后试验与结果

3.1　试验设计与方法

1)试验目的：通过田间试验，对破茬开沟器改进前后的夏玉米机械播种质量进行对比，分析不同生产条件下夏玉米机械播种情况，确定最适合夏玉米机械种植的破茬开沟器。

2)试验地点：当地田间耕作试验区。

3)试验方法：根据正常夏玉米机械播种技术要求对夏玉米进行播种，采集破茬开沟器改进前后夏玉米播种精度数据，对两种情况进行统计对比。

3.2　试验结果分析

1)改进前后在夏玉米主要精密播种质量指标方面的对比。主要以3个性能指标为准：①重播指数，即重播率；②漏播指数，即漏播率；③合格指数，即合格率。播种精度指标也包括3种，即粒距平均值、标准差及变异系数。

与改进开沟破茬器前夏玉米田间机械播种质量的数据相比，改进开沟破茬器后粒距合格率明显提升，由改进前92.43%的粒距合格率提升到94.84%；重播率则由改进前的3.60%重播率下降到2.18%；漏播率由改进前的3.97%漏播率下降到2.98%；变异系数由改进前的0.174变为0.173。改进开沟破茬器前后对比显示：在播种合格率上，改进后提升了2.41%；在漏播率上，改进后下降了0.99%；在重播率上，改进后下降了1.42%；在变异系数上，合格粒距范围内则无太大变化。通过多次试验数据统计结果可知，改进开沟破茬器后的夏玉米机械播种机在作业质量方面完全能够实现农艺要求。相比改进开沟破茬器前，播种机在播种质量上明显提高，同时劳动效率也大大提高，地表温度和土壤含水率在秸秆覆盖后均有所提升，提供了良好的种床环境给玉米生长，有利于夏玉米的增收和增产。

2)改进前后在夏玉米种肥间距与播种深度方面的对比。夏玉米免耕精密机械播种机在播种过程中同时进行着施肥，当导种管和施肥管之间的距离与夏玉米播种间距不合适时，容易导致土壤发生结块，流动性不够；当肥料下落后，肥料与种子之间无法被土块及时充实，从而发生种肥间距小的状况，容易导致烧苗和烧种现象。根据夏玉米播种农艺要求，夏玉米播种种肥间距检测值的合格标准为≥3cm。在测量种肥间距合格率的同时，需要同时测量播种深度合格率，且其测量需在施肥播种后立即进行，以避免肥料发生分解阻碍测量工作展开。测量结果如图2所示。

落入种沟中的种子距离土地表面的垂直距离即为播种深度。对夏玉米种子的发芽和生长来说，播种深度的影响非常大，在播种农艺要求中不允许超过一定的范围，否则很容易导致夏玉米出苗不齐或者不出苗。从夏玉米播种要求来看，播种的深度最好能够保持一致。对播种深度具有影响力的因素主要有两个：一是播种机仿形机构的特征；二是开沟器的深度调节。当农艺要求播种深度标准为h时，种子播种的深度需保持在h±1cm才算合格。改进设计开沟破茬器后的夏玉米机械播种机在播种深度上基本集中在3～5cm，相对来说比较均匀；其平局播种深度保持在3.45cm左右，未发生晒种现象，与农艺要求相符合。播种深度的一致性也为夏玉米机械播种后出苗整齐打下了基础。

图2　夏玉米播种种肥厚度分层

3)改进前后在夏玉米出苗整齐度方面的对比。出苗整齐度的测定主要是在播种1周后，对幼苗高度进行测定并评判。出苗越整齐、均匀的地块，夏玉米单株在生长条件(如营养面积、通风、光照等)方面就越均匀，对单株玉米的生长来说，非常有利于促进其健壮生长。播种7天后，测量了夏玉米机械播种机开沟破茬器改良设计后玉米苗的生长高度，结果如表1所示。

表1　夏玉米出苗整齐度情况

由表1可以看出：在玉米苗生长的高度平均变异系数方面显示为8.3%，与未改进设计的夏玉米播种条件下的长势相比出苗整齐度更高，符合夏玉米播种农艺需求。

4)改进前后在夏玉米产量与构成因素方面的对比。在玉米成熟时期，对试验田中不同生产条件下夏玉米机械播种的收获进行统计，将不同生产条件下夏玉米机械播种后成熟的玉米各自带回50株进行测产预算。结果显示：改进设计开沟破茬器后的夏玉米产量每公顷大约为9 300kg，比未改进设计的夏玉米机械播种后产量增加大约750kg，平均每公顷夏玉米产量增加8.8%。

从播种后产量数据可以看出：播种质量的提高，不仅使玉米地里通风、光照资源得到充分利用，而且可以促进玉米地中水肥等资源的充分利用，自然也会促进夏玉米产量的提高。夏玉米产量构成具体因素如表2所示。

表2　夏玉米产量及产量构成因素

4　结论

1)破茬开沟器不同，对夏玉米播种精度有不同的影响。改进设计后的破茬开沟器，其结构与精密播种的要求更加吻合，能够使夏玉米播种质量受小麦根茬的影响有效减少，促进夏玉米田间种子出苗率的提高。播种速度对排种器的播种质量有很大影响，夏玉米播种时的速度与播种均匀性呈反比，当播种速度较高时容易增加夏玉米播种漏播率。

2)田间试验结果表明：在种子要求上，夏玉米免耕精密播种具有较为严格的要求，种子需要高度均匀才能提高播种的精密度，太大的玉米种子与太小的玉米种子分别具有较高的漏播率和重播率。对合适的破茬开沟器进行设计，根据玉米种子大小设计出合适的破茬开沟器的长度与宽度，能够促进夏玉米播种播距精确度的提高。由试验可以看出：开沟器底托的长度与宽度分别为70、8mm时对玉米进行播种，相比播种粒距理论误差，玉米种子实际播种粒距误差最小。

3)根据田间试验结果，改进设计后的开沟器刀选择65Mn钢材，更具有耐磨性，入土性能与通过性也更好，不仅能够使播种阻力大大降低，而且能够提高夏玉米播种整齐度。

5　建议

1)在材料方面，可选择工程合成塑料塑料能够大幅度地降低精播机的质量，还可节省播种成本。在开沟器等部件的设计中，利用计算机软件仿真技术，模拟其运作模式，对开沟器与排种器的相对位置进行准确定位，使其工作过程中的各个参数进一步确定，以更好地应用于夏玉米播种实践中。

2)夏玉米的播种时间较短，为了抢农时、促进玉米生长，大面积的玉米需要在短时间内播种完成，所以应提高夏玉米播种作业的速度。对于夏玉米播种速度提高后出现的漏播等情况，可安装助吸机构在排种器上，保障排种器工作速度的提高，从而促进播种机作业速度的提高。在播种机上还可添加面积计数器、添种预报装置等一些辅助设备，以实现对播种机所播的面积的自动化记录，同时可明确种子箱余量，适时地添种，促进播种质量的提高。

3)在夏玉米的精密播种中，夏玉米种子的质量作为其中的关键因素，对种子发芽率有很大影响。所以，在夏玉米机械播种中还需要注重玉米种子的质量，为夏玉米机械播种提供种子方面的高质量、高标准配套服务。此外，机械化作业已经成为新时期农业作业的一大趋势，有关部门应加强对机械播种机的研究和投入，促进夏玉米机械播种机的不断进步，广泛推广经过改良和实验检验的优秀精密播种技术。