孟為國(guó)，陸 凱，周 翔，韋 勇，蔣步銀

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，江蘇南京 210000；2.江蘇省農(nóng)機(jī)化服務(wù)站，江蘇南京 210000；3.鹽城市大豐區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)推廣站，江蘇鹽城 224000；4.興化市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，江蘇興化 225300）

0 引言

大豆和玉米的帶狀間作復(fù)合種植可以充分利用資源、提高土地產(chǎn)出率，通過將大豆和玉米行間套復(fù)種，可以增加土地復(fù)種指數(shù)，提高土地利用率，增加糧食產(chǎn)量，同時(shí)培肥地力，達(dá)到用地與養(yǎng)地結(jié)合的目的，作為土地高產(chǎn)出率的該種植模式已在國(guó)內(nèi)外得到的深入研究[1-4]。大豆玉米帶狀復(fù)合種植是“穩(wěn)玉米、擴(kuò)大豆”的有效途徑，也是農(nóng)業(yè)農(nóng)村部重點(diǎn)推廣的技術(shù)之一[5]。江蘇省大豆玉米的套種模式主要以大豆-玉米帶狀復(fù)合種植為主[6-7]，在2022年4萬hm2種植基礎(chǔ)上，2023年推廣種植面積達(dá)7.67萬hm2。各種植區(qū)不同種植模式的機(jī)械化播種主要是分播和一體化播種兩種形式[8]，分播作業(yè)效率遠(yuǎn)低于一體化播種。由于江蘇7～8月份是主汛期，降雨天數(shù)多且雨量大，為防止內(nèi)澇需要在播種前或播種后進(jìn)行開溝作業(yè)。播種前后開縱向溝都受到拖拉機(jī)輪距及播種機(jī)作業(yè)幅寬等因素的影響。

江蘇省玉米大豆帶狀復(fù)合種植區(qū)大多是在前茬為麥茬且秸稈還田要求的茬口下進(jìn)行的玉米大豆帶狀復(fù)合種植播種作業(yè)，如果采用旋耕后播種，玉米后期容易倒伏。如果直接免耕播種，大豆播種的播種深度以及落種質(zhì)量等會(huì)受到影響，影響大豆的出苗質(zhì)量?；谏鲜銮闆r，并結(jié)合江蘇省機(jī)械化收獲的實(shí)施條件，本文在凈作玉米播種機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了技術(shù)改造，以滿足玉米播種帶免耕播種，大豆播種帶旋耕后播種，并完成開縱溝和施肥的一體化作業(yè)。

1 江蘇省及黃淮海地區(qū)大豆玉米復(fù)合種植4+2模式與機(jī)械化播種技術(shù)要求

大豆玉米復(fù)合種植4+2模式是實(shí)行4行大豆帶與2行玉米帶復(fù)合種植。帶寬270 cm，其中，大豆行距30 cm、株距10 cm，播種9 800粒/667m2，有效株數(shù)達(dá)到8 000株以上；玉米行距40 cm、株距12 cm，播種4 900粒/667m2，有效株數(shù)達(dá)到4 500株以上。大豆帶與玉米帶間距70 cm。大豆玉米復(fù)合種植4+2模式畝施氮量比單作玉米、單作大豆的總施氮量可降低3～4 kg，須保證玉米單株施氮量與清種相同。帶狀間作玉米選用高氮緩控釋肥，施用50～65 kg/667m2（折合純氮14～18 kg/667m2），大豆選用低氮緩控釋肥，施用15～20 kg/667m2（折合純氮2～3 kg/667m2）。帶狀套作播種玉米時(shí)，施20～25 kg/667m2玉米高氮專用配方肥。

2 基于凈作玉米播種機(jī)的復(fù)式播種機(jī)改造方案

2.1 凈作玉米播種機(jī)

江蘇省凈作玉米播種面積達(dá)33.33萬hm2，基本的播種模式主要是種肥一體式播種，行距在60～80 cm，株距為15～20 cm，施肥復(fù)合肥40～50 kg。根據(jù)大豆玉米復(fù)合種植4+2模式種植要求并結(jié)合機(jī)械化收獲工藝要求，改造機(jī)型選取的玉米凈作播種機(jī)機(jī)架總寬度為2 800 mm（如圖1）。

圖1 凈作玉米播種機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 大豆玉米帶狀復(fù)合種植復(fù)式播種機(jī)改造技術(shù)要點(diǎn)

根據(jù)玉米大豆復(fù)合種植的農(nóng)藝要求，并且結(jié)合江蘇省對(duì)玉米大豆的種植條件，本研究所設(shè)計(jì)的玉米大豆復(fù)合播種機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 玉米大豆復(fù)合播種機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

玉米大豆復(fù)合種植復(fù)式播種一體機(jī)應(yīng)滿足上述技術(shù)要求，改造應(yīng)滿足如下要點(diǎn)：

1）原播種機(jī)單體不能滿足玉米40 cm和大豆30 cm行距的種植要求，由于播種單體最小寬度限制，原播種機(jī)結(jié)構(gòu)不能將玉米播種行距和大豆播種行距調(diào)整至4+2種植行距的要求。通過改造機(jī)架結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)原播種機(jī)的最小行距調(diào)整值。實(shí)現(xiàn)行距的播種技術(shù)要求。

2）滿足大豆玉米帶狀復(fù)合種植4+2模式的播種機(jī)寬度應(yīng)在280～300 cm。

3）由于大豆玉米帶狀復(fù)合種植4+2的種植模式玉米與大豆施肥量不一致，原播種機(jī)無法實(shí)現(xiàn)肥料分施。通過對(duì)原肥箱進(jìn)行改造，滿足肥料分施的技術(shù)要求。

4）原機(jī)凈作玉米播種量不能滿足復(fù)合種植的播種量要求，通過改造達(dá)到復(fù)合種植玉米和大豆播種的播量和株距要求。

5）大豆行間開溝問題，江蘇地區(qū)降水偏大，影響大豆作物，需開溝，通過改造和加裝開溝裝置，形成大豆行間溝系。

6）滿足玉米免耕板茬播種和大豆旋耕播種，以保證出苗質(zhì)量和后期玉米抗倒伏能力。

主要的解決策略為大米大豆間的行距為70 cm，大豆的行距為30 cm，玉米的行距為40 cm，中間安裝用于排水的開溝裝置，開溝寬度為30 cm。為了確保溝兩側(cè)的作物正常生長(zhǎng)，需要保證距離溝邊至少20 cm，因此機(jī)架的總寬度為310 cm，兩側(cè)各留20 cm（如圖2）。

圖2 玉米大豆復(fù)合播種機(jī)播種示意圖

2.3 主要技術(shù)改造

2.3.1 復(fù)式播種一體機(jī)播種單體整體配置。播種單體尺寸的相知無法滿足不改變機(jī)架的情況下無法滿足大豆玉米復(fù)合種植播種行距要求。設(shè)計(jì)一個(gè)300 mm的接桿如圖3，播種單體前后交錯(cuò)排布如圖4，滿足大豆、玉米行距播種要求。播種單體前后交錯(cuò)安裝播種時(shí)更容易穿過殘茬和秸稈，減少機(jī)器的堵塞和故障。

圖3 接桿示意圖

圖4 播種單體安裝示意圖

2.3.2 大豆帶開溝、旋耕一體機(jī)設(shè)計(jì)與配置。大豆帶需要旋耕播種，旋耕機(jī)采用反旋式，旋耕深度15 cm，旋耕幅寬為150 cm。如圖5。旋耕機(jī)消耗功率的計(jì)算如下[9]：

圖5 旋耕開溝一體機(jī)

式中，Nx—理想的旋耕功耗（kW）；

k—旋耕比阻（N/m2）；

d—旋耕的深度（cm）；

v—前進(jìn)的速度（m/s）；

B—工作幅寬（m）。

式中的旋耕比阻k取為，旋耕深度d取值為15 cm，前進(jìn)的速度v取值為1.3 m/s，工作幅寬為2.7 m，將數(shù)據(jù)代入上式得出：Nx=27.8KW。

同時(shí)，考慮到在作業(yè)的過程中存在傳動(dòng)損失的問題，所以結(jié)合傳動(dòng)效率，傳動(dòng)效率為，根據(jù)公式2：

得出旋耕功率：N1=40KW。

排水溝開溝裝置與土壤的相互作用，利用切土和擠壓行程排水溝。開溝排水裝置的功耗公式為[3]：

式中，b開溝的寬度（m）；

k1—切土比阻（N/cm2）；

h—開溝的深度（cm）；

Vd—前進(jìn)的速度（m/s）。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，將開溝寬度b取為0.3 m，開溝深度h取為20 cm，前進(jìn)的速度取為Vd為1.3 m/s，切土比阻k1為為35 N/cm2，將各個(gè)數(shù)值帶入式3中得出N2=27.3KW。

經(jīng)過改造設(shè)計(jì)，大豆帶開溝、旋耕一體機(jī)如圖5，懸掛架采用原播種機(jī)的懸掛架，在播種機(jī)機(jī)架橫梁上按照中心線對(duì)齊進(jìn)行安裝即可。

2.3.4 肥料分施系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)與配置。原玉米凈作播種機(jī)為4行播種，施肥開溝只有4個(gè)，需根據(jù)施肥技術(shù)要求在機(jī)架合適位置另加裝2個(gè)玉米施肥開溝器，整體式肥箱改為三段布置，兩邊肥箱裝玉米肥箱、中間為大豆肥箱，安裝4支排肥器如圖6（左）。并裝配排肥裝置，結(jié)構(gòu)如圖6（右）。

圖6 大豆肥箱和玉米肥箱

2.3.5 傳動(dòng)系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)與配置。為了保證玉米與大豆復(fù)合紙種植播種株距要求，就需要重新確定傳動(dòng)比。播種速度定為1.3 m/s，滾動(dòng)地輪直徑為350 mm，玉米播種單體選用的勺式排種器旋轉(zhuǎn)一圈可以播種18粒，玉米播種單體選用的勺式排種器旋轉(zhuǎn)一圈可以播種24粒。玉米播種株距定位12 cm，大豆播種株距為10 cm。玉米播種單體的傳動(dòng)比為0.9。中間傳動(dòng)桿到大豆播種單體的傳動(dòng)比為0.5。

整機(jī)的改造設(shè)計(jì)如圖7所示，大豆帶旋耕機(jī)安裝于機(jī)架的前方，肥料箱安裝于機(jī)架的正上方，開溝裝置和播種單體安裝于機(jī)架的前端橫桿和后方橫桿上，最后的鎮(zhèn)壓裝置則位于后方固定，并與開溝裝置連接固定其鎮(zhèn)壓高度。

圖7 玉米大豆帶狀復(fù)合播種機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

3 試驗(yàn)與結(jié)果

項(xiàng)目于2023年6月23～28日在興化市和鹽城市大豐區(qū)項(xiàng)目試驗(yàn)示范基地分別進(jìn)行了13.33 hm2大豆玉米復(fù)合種植復(fù)式播種一體機(jī)播種作業(yè)，試驗(yàn)采用大豆品種為菏豆12，玉米品種聯(lián)創(chuàng)839，播種平均作業(yè)速度3.23 km/h。播種田塊以前茬小麥，秸稈全量還田條塊試驗(yàn)，秸稈覆蓋量為0.79 kg/m2。試驗(yàn)方法依據(jù)GB/T 6973—2005《單粒（精密）播種機(jī)試驗(yàn)方法》進(jìn)行。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1、表2、表3。

表1 玉米播種均勻性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

表2 大豆播種均勻性數(shù)據(jù)表

表3 覆土深度數(shù)據(jù)表

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)復(fù)式播種一體機(jī)播種作業(yè)能滿足主要播種質(zhì)量技術(shù)要求，玉米平均株距12.43 cm，大豆平均株距為9.8 cm。根據(jù)田間試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)玉米平均施肥量為63.50 kg/667m2，玉米平均播種深度為2.83 cm，大豆平均播種深度為3.07 cm。大豆平均施肥量為15.8 kg/667m2，滿足了大豆玉米帶狀復(fù)合種植玉米施肥量60～80 kg/667m2、大豆施肥量10～15 kg/667m2的要求。在主要性能指標(biāo)上都能滿足大豆復(fù)合種植播種的質(zhì)量要求。播種后15天進(jìn)行了田間出苗率檢查，玉米出苗率達(dá)到94.6%，大都出苗率達(dá)到90.7%。播種后達(dá)到較好的出苗效果。

4 結(jié)論

大豆玉米復(fù)合種植的不同模式應(yīng)嚴(yán)格按照農(nóng)藝技術(shù)要求的行距和株距，以保證基本苗并達(dá)到大豆和玉米“高位主體、高低協(xié)同”高效利用光能和“以冠促根、種間協(xié)同”高效利用氮磷的條件，促進(jìn)高產(chǎn)[10]。不同模式種植應(yīng)充分考慮中期田間管理和后期收獲的機(jī)械化配套，提高機(jī)械化作業(yè)效率。所以配套高效的種植機(jī)械勢(shì)在必行，本項(xiàng)目改造的大豆玉米復(fù)合種植復(fù)式播種一體機(jī)在播種、施肥各項(xiàng)指標(biāo)中性能良好，能完成縱向開溝，并能完成玉米免耕和大豆旋耕播種。復(fù)式播種一體機(jī)作業(yè)效率比分播高出2倍左右，能在大豆玉米復(fù)合種植技術(shù)的推廣中起到重要的作用。