唐立豐
(綏化市北林區(qū)北林辦事處鄉(xiāng)村振興發(fā)展服務(wù)中心,黑龍江 綏化 152000)
玉米是世界重要的糧食作物之一,我國是玉米生產(chǎn)大國,玉米產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的23%以上,位居世界前列[1]。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,由于不合理的耕作方式、農(nóng)業(yè)機(jī)械的碾壓及大量使用化肥農(nóng)藥等導(dǎo)致土壤板結(jié),針對(duì)以上問題,我國開始大力推廣保護(hù)性耕作技術(shù),通過進(jìn)行土壤少耕、免耕技術(shù)并配套相應(yīng)的農(nóng)機(jī)具進(jìn)行種植模式的改變,優(yōu)化傳統(tǒng)種植模式與栽培方式,從而提高土壤質(zhì)量,減少傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械對(duì)土壤耕作層的破壞,為作物提質(zhì)增產(chǎn)提供一個(gè)適宜的環(huán)境。
國外最早在20世紀(jì)40年代初期開始進(jìn)行保護(hù)性耕作技術(shù)的研究[2],并相繼生產(chǎn)出配套農(nóng)機(jī)具提高機(jī)械化程度。保護(hù)性耕作技術(shù)是經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益及社會(huì)效益并行的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)方式,而免耕播種技術(shù)是保護(hù)性耕作技術(shù)的核心部分,隨著機(jī)械化技術(shù)的不斷推進(jìn),相應(yīng)的免耕播種機(jī)應(yīng)運(yùn)而生[3]。由于免耕播種機(jī)在進(jìn)行開溝、播種、施肥時(shí),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(jī)的堵塞,地表不平也會(huì)導(dǎo)致整機(jī)播種不穩(wěn)定、播種均勻性差等問題,玉米免耕精量播種機(jī)對(duì)于實(shí)現(xiàn)免耕播種技術(shù)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]。
玉米免耕精量播種機(jī)主要包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)架、精準(zhǔn)施肥裝置、施肥驅(qū)動(dòng)電機(jī)、肥箱、種箱、排種裝置驅(qū)動(dòng)電機(jī)、鎮(zhèn)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(jié)構(gòu)如圖1所示。玉米免耕精量播種機(jī)控制系統(tǒng)如圖2所示,配套硬件系統(tǒng)如表1所示。控制系統(tǒng)由伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)施肥量的控制,在進(jìn)行田間作業(yè)時(shí),排肥裝置根據(jù)設(shè)定的施肥量進(jìn)行工作,當(dāng)播種裝置檢測(cè)到播種信號(hào)時(shí),播種閥打開,將適宜的肥料施入土壤,完成后閥門迅速關(guān)閉,繼續(xù)進(jìn)行下一處的播種施肥。結(jié)合相關(guān)控制算法,對(duì)播種機(jī)施肥的間距進(jìn)行計(jì)算,控制播種機(jī)施肥位置參數(shù),進(jìn)而決定免耕播種機(jī)的開溝深度與相關(guān)技術(shù)參數(shù)[5]。
1.傳動(dòng)機(jī)構(gòu);2. 機(jī)架;3. 精準(zhǔn)施肥裝置;4. 施肥驅(qū)動(dòng)電機(jī);5. 肥箱;6. 種箱;7. 排種裝置驅(qū)動(dòng)電機(jī);8. 鎮(zhèn)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(jī)控制系統(tǒng)示意圖
表1 玉米免耕播種機(jī)硬件配置
我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)機(jī)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(jī)試驗(yàn)研究與推廣,在三個(gè)地區(qū)分別建立1個(gè)試驗(yàn)示范地點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn),分別記錄不同生產(chǎn)條件下土壤質(zhì)量(表2)、玉米產(chǎn)量(表3)、生產(chǎn)收益(表4)進(jìn)行對(duì)比分析[6]。研究結(jié)果表明,基于保護(hù)性耕作技術(shù)下使用玉米免耕精量播種機(jī)具有良好的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。
表2 土壤有機(jī)質(zhì)監(jiān)測(cè)
表3 玉米產(chǎn)量情況表
表4 生產(chǎn)收益概況
生態(tài)效益:保護(hù)性耕作技術(shù)將秸稈進(jìn)行全量覆蓋,一方面減少秸稈焚燒帶來的環(huán)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(jī)質(zhì)含量,具有擋風(fēng)固土的效果,帶來一定的生態(tài)效益。
經(jīng)濟(jì)效益:保護(hù)性耕作技術(shù)可以減少農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用,農(nóng)戶僅僅需要一臺(tái)玉米免耕精量播種機(jī)進(jìn)行田間作業(yè),減少田間作業(yè)環(huán)節(jié),減少人工投入、減少燃油成本等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本,作物產(chǎn)量提高還可以提高經(jīng)濟(jì)收入,具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。
社會(huì)效益:保護(hù)性耕作技術(shù)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(yǎng)分含量,減少土壤地表水分蒸發(fā),作物根系生長發(fā)達(dá),減少作物在極端天氣中的倒伏情況。
免耕播種機(jī)在秸稈殘茬覆蓋的地表進(jìn)行開溝播種,在田間作業(yè)時(shí),由于秸稈殘茬及雜草纏繞會(huì)導(dǎo)致免耕精量播種機(jī)出現(xiàn)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(dǎo)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(yīng)該及時(shí)進(jìn)行整地優(yōu)化作業(yè)環(huán)境,保證免耕精量播種機(jī)的工作狀態(tài);另一方面主要是由于刮種器或者氣吸裝置氣流不暢導(dǎo)致種子卡殼與堵塞,應(yīng)該及時(shí)檢查傳動(dòng)機(jī)構(gòu)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(zhì)土壤、土壤濕度過大、免耕精量播種機(jī)行駛速度較快等會(huì)導(dǎo)致開溝器堵塞,應(yīng)該保證作業(yè)速度合理并勻速行駛,并且避免在較為濕潤及黏質(zhì)土壤中進(jìn)行作業(yè)。
2.1.3 播種參數(shù)不合理
免耕精量播種機(jī)在播種過程中出現(xiàn)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(jī)構(gòu)工作性能較差、作業(yè)速度不一致、排種裝置出現(xiàn)損壞,導(dǎo)致播種參數(shù)不符合農(nóng)藝要求,影響種子萌發(fā)。
免耕精量播種機(jī)控制系統(tǒng)的精度直接影響播種質(zhì)量及作業(yè)要求,但是由于目前傳感器技術(shù)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展技術(shù)受限,導(dǎo)致精量播種控制系統(tǒng)精度較低,造成田間播種不均勻、出苗率低、播深不一致等導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低。目前,關(guān)于提高控制系統(tǒng)精度主要為通過編碼器采集機(jī)器行走速度及轉(zhuǎn)速,通過PID控制算法實(shí)現(xiàn)播種均勻與播深一致,但是自動(dòng)化與智能化程度較低,不能達(dá)到精準(zhǔn)播種的要求。
規(guī)范玉米免耕精量播種機(jī)操作及使用后的保養(yǎng)與維修技術(shù)對(duì)于提高玉米免耕精量播種機(jī)的工作性能、延長整機(jī)使用壽命具有重要意義。在玉米免耕精量播種機(jī)使用前應(yīng)該檢查土壤環(huán)境及土壤表面平整度,優(yōu)化玉米免耕精量播種機(jī)工作環(huán)境,清理玉米免耕精量播種機(jī)灰塵及污垢,進(jìn)行關(guān)鍵零部件的潤滑,檢查傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的張緊情況。在正式進(jìn)入田間作業(yè)前,應(yīng)該進(jìn)行試播,控制機(jī)器作業(yè)速度、播種參數(shù)及開溝深度,檢查鎮(zhèn)壓及覆土裝置是否運(yùn)行合理,在保證機(jī)器可以正常運(yùn)行的情況下進(jìn)行田間作業(yè)。在進(jìn)行田間作業(yè)時(shí),機(jī)器作業(yè)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(yè)過程中出現(xiàn)異常情況,應(yīng)該及時(shí)停機(jī),切斷動(dòng)力進(jìn)行故障檢查。玉米免耕精量播種機(jī)使用后應(yīng)該及時(shí)清理,將剩余的種子與肥料取出,防止受潮,對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行潤滑與保養(yǎng),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(jī)進(jìn)行遮蓋,防止風(fēng)吹日曬及雨淋造成機(jī)器銹蝕。
為了在全國范圍內(nèi)推廣免耕播種技術(shù)長效機(jī)制,不同地區(qū)應(yīng)該加大資金投入與政策引導(dǎo),建立相關(guān)技術(shù)示范區(qū)域。在此基礎(chǔ)上逐步探索適宜該地區(qū)的免耕播種技術(shù)生產(chǎn)模式,因地制宜,結(jié)合當(dāng)?shù)靥厣魑锛稗r(nóng)藝要求開展免耕播種技術(shù)的推廣與應(yīng)用,改善相關(guān)裝備組成,明確玉米免耕精量播種機(jī)生產(chǎn)方案,提高免耕播種技術(shù)的應(yīng)用效率與技術(shù)水平。
隨著智能算法、傳感器技術(shù)及高精度定位技術(shù)的逐漸發(fā)展,GPS精準(zhǔn)定位技術(shù)逐漸應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械的智能控制系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精準(zhǔn)作業(yè)與管理。未來應(yīng)該基于高精度定位系統(tǒng)、傳感器技術(shù)集合智能算法實(shí)現(xiàn)精量播種,對(duì)免耕精量播種機(jī)的位置信息、速度信息進(jìn)行智能計(jì)算,通過程序控制實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電機(jī)控制轉(zhuǎn)速及施肥、播種速度,實(shí)現(xiàn)在不同作業(yè)速度及作業(yè)環(huán)境下保證良好的播種深度及播種均勻性。提高作業(yè)精度,為今后進(jìn)一步推廣免耕精量播種技術(shù)及研制高端、智能的玉米免耕精量播種機(jī)提供依據(jù)。
免耕播種技術(shù)是保護(hù)性耕作技術(shù)的核心組成部分,免耕播種機(jī)是提高免耕播種技術(shù)的機(jī)械化效率的重要基礎(chǔ)條件。免耕播種機(jī)在田間作業(yè)時(shí),由于地表秸稈殘茬覆蓋導(dǎo)致整機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定、秸稈殘茬及雜草容易造成機(jī)械堵塞,為了提高播種精度提出免耕精量播種技術(shù),通過優(yōu)化相關(guān)結(jié)構(gòu)并配合自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精量播種及施肥,但是由于控制系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)不成熟導(dǎo)致免耕精量播種技術(shù)水平、田間工作效率低。本研究以玉米免耕精量播種機(jī)為研究對(duì)象,通過對(duì)關(guān)鍵技術(shù)及生產(chǎn)效益進(jìn)行分析,指出目前玉米免耕精量播種機(jī)發(fā)展的主要制約條件,并給予相關(guān)的發(fā)展建議及技術(shù)改進(jìn)措施,研究結(jié)果以期為免耕精量播種機(jī)及關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展提供技術(shù)參考及理論依據(jù)。