基于農作物播種過程板結耬耙裝置的研制與應用

亢秀麗，馬愛平，崔歡虎，靖 華，王裕智，黃學芳，程麥鳳

（1山西農業大學小麥研究所，山西 臨汾 041000；2山西農業大學省部共建有機旱作農業國家重點實驗室（籌），太原 030031；3山西農業大學山西有機旱作農業研究院，太原 030031）

0 引言

構建適宜群體是農作物高產的關鍵，而適宜群體的獲得與作物出苗率密切相關[1-5]。影響出苗率的因素之一是板結，板結的原因有二，播前降雨搶墑播種造成“播種過程板結[6-7]”和“播后降雨板結[8]”，2種板結均會造成危害，輕者缺苗斷壟，重者毀種，給生產造成巨大損失。有關播后降雨形成的板結，崔歡虎等[9]研制開發出了“農作物出苗板結表土破解器”。馬愛平等[10]研制開發出了具有破除板結功能的“農田輕便土壤懸虛鎮壓器”。這些不同破除板結的產品與裝置有效緩解了雨后板結對農作物出苗率的影響。有關“播種過程板結”是“旋耕施肥播種鎮壓一體機”的壓輥與播種期表墑較大兩個因素共同作用，壓輥滾動擠壓表土而出現的一種新型板結，針對該板結類型，亢秀麗等[6]研制開發出了破除該板結的一種疏松裝置，經生產應用收到了良好效果，但其核心組件疏松構件是以彈簧壓縮、收放帶動疏松構件調節疏松爪（耙齒）的入土深度，存在疏松爪（耙齒）入土深度不一及結構復雜等問題。本項研究旨在繼承“旋耕施肥播種鎮壓一體機”基本性能與功能的前提下，通過連接構件、調節構件和耬耙構件的設計與研制，突破耙齒（疏松爪）入土深度不一的技術瓶頸，以期解決播種過程形成的板結，提高出苗率，為組建合理群體、提高產量提供技術支撐。

1 裝置設計的基本原理與指導思想

1.1 基本原理

該裝置設計的基本原理是依據農作物播種出苗有較好的土壤微生境即“上虛下實”?！吧咸摗敝杆シN子與農田表面間土壤松軟，種子發芽后出土順暢（通過設計的耬耙構件的耙齒破除壓輥擠壓土壤形成的板結而實施）；其“下實”指種床土壤與種籽結合度緊，利于種子吸水發芽（通過旋耕施肥播種鎮壓一體機的鎮壓輥鎮壓而實施）。

1.2 指導思想

（1）保留原旋耕施肥播種鎮壓一體機的基本性能及特點。在旋耕施肥播種鎮壓一體機上安裝耬耙裝置不影響原一體機旋耕、施肥、播種、鎮壓各組件的基本作業性能及作業效率。

（2）設計研制開發的耬耙裝置可有效破除原一體機播種過程造成的板結。其特點包括：依據不同作物播種深度、播種過程板結程度調整耬耙構件的耙齒入土深度而又不打亂所播種子，符合種子出苗“上虛下實”的微生境，利于種子吸水、發芽、出苗；該裝置易與原旋耕施肥播種鎮壓一體機安裝、調試及拆卸并有機融合協調作業；該裝置生產成本低易于生產及推廣。

2 裝置結構設計及技術參數

2.1 裝置結構設計

該裝置包括連接構件、調節構件、耬耙構件，見圖1。

圖1 農作物播種過程板結耬耙裝置示意圖

該裝置位于已有旋耕施肥播種鎮壓一體機的壓輥后面，依次為連接構件、調節構件、耬耙構件。

連接構件共2套，壓輥左右兩側各1套。每套包括1 個連接桿、1 個U 型支架A、1 個螺栓A、1 個連接臂。其中連接桿前端與支架橫梁焊接，另一端通過螺栓A與U型支架A連接，連接臂一端與U型支架A焊接，另一端與耬耙構件的耙齒固定桿焊接。

調節構件共2 套，在2 套連接構件的正上方各1套。每套包括1個調整支架、1個調節螺紋拉桿、2個調節螺母、1 個支撐板、1 個U 型支架B、1 個固定螺母、1個螺栓B。其中調整支架焊接于連接構件的連接桿上，支撐板一端焊接于連接構件的連接桿上，另一端焊接于調整支架；U 型支架B 焊接于連接構件的連接臂上，調節螺紋拉桿一端通過調節螺母與調整支架固定，另一端焊接有一個固定螺母，調節螺紋拉桿的固定螺母緊置于U 型支架B 中，通過螺栓B 將調節螺紋拉桿的固定螺母與U型支架B連接。

耬耙構件與連接構件連接，位于該裝置的最后端，包括1根耙齒固定桿和10～12個耙齒。其中耙齒固定桿的兩端分別與連接構件的2個連接臂焊接，10～12個耙齒均勻焊接于耙齒固定桿。

2.2 技術參數

（1）外形尺寸/材質規格：耬耙構件寬度：2000～2500 mm（根據旋耕施肥播種鎮壓一體的播幅確定）；耙齒固定桿長度：2000～2500 mm；連接方管：長度130 mm；支撐板鋼板：長度40 mm；調整角鐵支架：長度160 mm；調節螺紋拉桿：長度170 mm；耙齒長度：80 mm；耙齒可調節入土深度：10～40 mm；耙齒距種子可調節距離：10～15 mm。

（2）配套動力：80～140 kW。

（3）作業效率：3～4 hm2/d。

3 安裝、調試及拆卸

3.1 安裝

將旋耕施肥播種鎮壓一體機放置于平整的地面。

將連接桿焊接于壓輥支架橫梁，通過螺栓A 將U型支架A 與連接桿固定，連接臂一端焊接于U 型支架A，另一端與已焊接有耙齒的耙齒固定桿焊接。

通過松動螺栓A，使U型支架A上下轉動，U型支架A上下轉動帶動連接臂上下移動，當耬耙構件自然落于地面時鎖定螺栓A。

將固定螺母焊接于調節螺紋拉桿一端，依據調節螺紋拉桿的長度在連接臂一定的位置焊接U 型支架B，并通過螺栓B 將調節螺紋拉桿與U 型支架B 連接（調節螺紋拉桿可轉動）；依據調節螺紋拉桿的長度及調整后的角度，將調節螺紋拉桿的另一端穿過帶有螺孔的調整支架，然后將調整支架和支撐板置于連接桿一定的位置并焊接，用調節螺母將調節螺紋拉桿與調整支架固定。

3.2 調試

啟動牽引動力，將旋耕施肥播種鎮壓一體機提升于一定高度，下調調節螺母，則耬耙構件隨連接臂的下移而下移。依據不同作物種子的播種深度確定耬耙構件的下移距離，原則上為耙齒的入土深度距離種子應保證在1.5～2.0 cm，當下放距離達所需農藝技術要求時，固定調節螺母。

3.3 拆卸

將連接U 型支架A 和連接桿的螺栓A 松動并擰下，將上端調節螺母從調節螺紋拉桿擰出，向下和向后移動調節構件和耬耙構件，則完成拆卸。焊接于連接桿的調整支架及支撐板保持原狀，不影響旋耕施肥播種鎮壓一體機的其他作業性能。

4 應用效果

該耬耙裝置經2018、2019年（2個年度小麥播種期降雨較多）在萬福特有機農業有限公司（鄉寧縣雙鶴鄉紅凹村）種植基地示范200 hm2以上，收到了良好效果。該裝置各項技術指標符合農藝技術要求，有效解決了表層土壤含水量高與旋耕施肥播種鎮壓一體機的壓輥耦合而造成的播種過程板結，實現了出苗率高且出苗整齊；該裝置的可操作性得到公司的認可。

5 討論與結論

關于農作物播種的土壤適耕期及適當耕作方式。各種農作物的播種均需選擇適宜的播期進行適當的耕作。播期需建立在表層土壤有一定的含水量的基礎上，表層土壤含水量較低會影響種子發芽，當表層土壤含水量較高則會造成機械碾壓破壞土壤，同時影響其通透性造成播種質量差。在播種期內表層土壤具有適宜的水分且利于機械播種則是農田的適耕期。胡桂杰等[11]對赤峰市1961—2018 年春播作物適播期降雨量研究，認為適播期降雨量在13.1～142.4 mm之間。王洪預等[12]研究表明，土壤水分對春玉米出苗率影響最大，二者呈顯著正相關。史曉芳等[13]、楊衛君等[15]研究表明，在適耕期播種機械的通透性好利于種子萌發出苗，為作物高產奠定基礎。目前旋耕施肥播種鎮壓一體機由于其壓輥的存在，即使在適耕期內實施播種也會造成不同程度的播種過程板結[16-18]，與以往傳統播種機械相比縮短了土壤的適耕期，往往會錯過適期播種，而影響作物產量。楊曉娟等[19]、李華興等[22]認為播期選擇適當的耕作方式能夠減少土壤機械壓力，減輕土壤緊實度，增強土壤對水分的調節力，使植株更容易獲得水分供應，并且增加土壤菌群活性，獲得高產穩產。季中亞[23]、張睿等[24]進行了不同機械播種方式對小麥生長發育影響研究，認為適墑條播能夠提高出苗整齊度、成穗率、養分積累。本裝置與旋耕施肥播種鎮壓一體機配套使用可有效解決播種過程形成的板結，延伸播種時間，可有效緩解錯過適期播種并減輕土壤機械壓力，實現作物一播全苗。

關于旋耕施肥播種鎮壓一體機的鎮壓輥。旋耕施肥播種鎮壓一體機的鎮壓輥的作用是解決因旋耕土壤懸虛已播種籽與土壤接觸差而影響出苗的問題，同時為播種機排種輪的主動輪（播種機排種輪與鎮壓輥通過鏈條連接，鎮壓輥在農田的滾動，帶動播種機排種輪而下籽）。由此看出，鎮壓輥在旋耕施肥播種鎮壓一體機中具有不可替代的作用。但其在表墑較大的年份造成的播種過程板結對生產造成的損失也是不可忽視的，胡月寶[25]等研究2GB-4 型旋耕播種機的維形剖分式鎮壓輪能有效解決江淮丘陵地由于雨水較多,墑情差,普通鎮壓輪出現粘土、壅土現象。因此，如何克服“旋耕施肥播種鎮壓一體機”造成的播種過程板結缺點，進一步完善“旋耕施肥播種鎮壓一體機”的功能是目前農業機械領域和農藝栽培領域所面臨的一項重要任務。

關于農作物播種過程板結耬耙裝置。該裝置耬耙構件的耙齒分布與數量可依據全播幅耬耙和行耬耙兩種方式而確定。若采用全播幅，耬耙可在耙齒固定桿上安排較多的耙齒；若采用行耬耙，則根據作物播種行距在其對應的播種行上安排耙齒固定桿上的耙齒。耙齒入土深度應依據不同作物的播種深度而調節，原則上耙齒入土最深點距種子應保證1.5～2.0 cm，以免擾動種子。該裝置適用于一年一作農田秸稈殘茬量較少的農田，在一年兩作秸稈殘茬量較多的農田則會造成通透性差。

本項研究開發的農作物播種過程板結耬耙裝置，其由連接構件、調節構件和耬耙構件組成，通過連接構件與旋耕施肥播種鎮壓一體機的壓輥支架簡易連接，通過調節構件調整耬耙構件的耙齒入土深度，達到破除旋耕施肥播種鎮壓一體機的壓輥擠壓表土而造成的板結；其可有效延伸作物播種時間，提高出苗率和縮短出苗時間，實現合理的群體構建，為高產奠定基礎。