玉米深松全层施肥精量播种机的设计

农作物都是通过根系吸收水分与养分供给地上部植株生长开花、长出果实形成产量的。根系生长情况与产量关系非常密切。玉米植株高大,是深根性作物,其生长需要一定的耕作深度, 它的根系主要分布在0~40cm土层内,根量占92. 6%【1】。土壤结构、耕层构造状况对玉米根系的形状、粗细、分布与数量影响极大。玉米在生育前期浅层根系吸肥能力强;生育后期,深层根系作用大【1】。多年连续的旋耕，导致活土层变浅，土壤形成了坚硬的犁底层，对玉米等深根系作物的生长产生了严重的影响【2】,因此,要满足玉米生长发育对土壤的要求,就必须大力提倡和推广机械深松全层施肥技术，深松免耕后打破犁底层，增加土壤的透气性和储水能力，提高水肥利用效率，给玉米生长提供一个良好的物理环境，对玉米产量的提高具有促进作用【3】。本文设计了一种玉米深松全层施肥精量播种机，在深松的同时将肥料分施在土壤下的10㎝至25㎝的区间内。 

一、总体配置与工作原理

玉米深松全层施肥精量播种机如图1所示。

图1  玉米深松全层施肥精量播种机

Fig. 1　subsoil, whole layer fertilization and precise planting device for maize

在工作时，全层施肥开沟铲入土25㎝进行深松作业；与此同时，由地轮驱动的排肥装置也开始进行作业，将肥料分施在土壤中10㎝至25㎝的区域内；经过自然回土后，排种器在地轮的驱动下进行播种作业，由于玉米深松全层施肥精量播种机工作环境是在免耕地上，所以，该设备采用四连杆仿形机构，不论地面横向起伏还是纵向起伏，播种深度都可保持一致；播种完成后用V型镇压轮进行镇压，完成播种作业。

二、关键部件的设计

2.1全层施肥开沟铲的结构设计

该装置由铲柄1、铲刃2、铲尖3、导肥槽4、施肥调整片5、首层施肥孔6、导肥管7以及导肥片8构成，结构简图如图2所示。

图2  全层施肥开沟铲结构图

Fig. 2　The structure of whole layer fertilization furrower

如图2所示，全层施肥开沟铲是在导肥槽的后壁上不同高度开若干施肥孔，使肥料分施到土壤下的不同深度；首层施肥孔下安有导肥管，以确保首层肥的高度，以下每层施肥孔下侧都设有导肥片或导肥管；导肥槽后壁最上侧设有可移动的施肥调整片，根据不同深度施肥量的要求调整施肥调整片的位置，从而控制不同深度的肥料分布。

导肥槽的整体倾斜角度也会直接影响到全层施肥的效果，通过室内试验可以得出当导肥槽的整体角度为55°的时候，全层施肥各层间的变异系数最小，且能保证肥料上层少下层多，具体数据见表1所示。

表1  全层施肥各层对比

Tab. 1  whole layer fertilization comparison of each layer

如图3所示，在铲柄上前端设有安全销，安全销后面设有开沟铲固定销轴，它们除了能起到连接开沟铲和机架的作用外，还可以使全层施肥开沟铲在深松作业时，避免因偶遇树根或砖石等引起阻力过大而损坏机具，当遇到的阻力过大时，安全销就会被剪断，起到保护的作用。

图3  全层施肥开沟铲

Fig. 3  whole layer fertilization furrower

2.2全层施肥开沟铲的工作原理

工作时，地轮转动带动肥箱下的排肥盒转动，肥料通过排肥盒施入到导肥槽内并继续下落，肥料在下落的过程中会碰撞到不同导肥片或导肥管，继而流出导肥槽，被施入到土壤中的不同深度。工作原理图如图4所示。

图4  工作原理示意图

Fig. 4　Working principle diagram

三、其他结构设计

玉米深松全层施肥精量播种机由机架、全层施肥开沟铲、四连杆机构、圆盘开沟器、排种器、镇压轮、种箱和肥箱组成，该机具是在大梁上安装肥箱及全层施肥开沟铲，在全层施肥开沟铲后面通过四连杆机构安装有种箱及排种装置，排种装置下方是圆盘开沟器，最后是镇压装置。

3.1 棘轮机构

玉米深松全层施肥精量播种机的播种、排肥装置是靠机具左右两侧的地轮驱动进行作业的，为此，要保证播种、排肥的均匀性，就必须保证地轮正常工作。在免耕地上，地轮打滑是影响播种、排肥均匀性的主要因素，因此我们在地轮轴上安装棘轮机构，即在工作时确保只要有一侧地轮正常转动就可保证播种、施肥正常工作，而打滑一侧的地轮不会对正常工作的地轮带来影响。

3.2 侧位施肥

由于该机器作业的特点是将化肥一次性分层深施，不再进行二次追肥，所以施肥量比一般施肥播种机要多。因此，为了避免肥料伤种伤苗，我们采用的结构方案是将全层施肥开沟铲与排种器下的圆盘开沟器左右错开5㎝进行安装。

四、田间试验

2010年6月，该机在高阳县宏伟农场大面积作业，种植方式为麦茬免耕直播，局部深松（25 cm），如图5所示，专用肥一次性分层深施，精量播种。对照为常规种植方式，麦茬免耕直播，专用肥一次性浅施（5-8 cm），精量播种。植株长势的对比照片如图6所示，左侧是用玉米深松全层施肥精量播种机作业后的玉米植株长势情况，右侧是对照田用普通玉米播种机播种后的玉米植株长势情况。  

图5  麦茬地免耕作业图         6  长势对照

Fig.5  No-tillage with wheat residues

Fig. 6　Comparison of maize growth

在两块地中随机取样，测量植株的高度和结穗的长度，结果如下表2所示，由表可知，用玉米深松全层施肥精量播种机作业的地块，玉米株高的平均数及穗长的平均数均大于用普通玉米播种机作业后的地块，并且，用玉米深松全层施肥精量播种机作业后的地块，玉米株高的变异系数及穗长的变异系数也都要小于用普通玉米播种机作业后的地块。

表2  株高、穗长对照表

Tab.2  Comparison of plant height and ear length for maize

此外，玉米收获时组织专家进行实收测产，每样点面积不少于66.7 m2。每样点收获全部果穗并数出全部穗数，称取全部鲜穗重，计算平均穗重；按照平均鲜穗重选取20个果穗作为样品，脱粒后称籽粒鲜重，计算鲜穗出籽率。用国家认定并经校正的谷物水分测量仪（PM-8188）测定籽粒含水量（％）。

实测产量（公斤/亩）=收获鲜穗重×鲜穗出籽率÷收获点实际面积×666.7×（1-籽粒含水量）÷（1-0.14），结果见下表3。经专家实收测产，试验示范田平均籽粒产量为795.44公斤/亩。

表3   2010年高阳县宏伟农场夏玉米试验示范田实收测产

Tab. 3  Practical estimation of maize yield in Gaoyang Hongwei farm, in 2010

五、结论

（１）玉米深松全层施肥精量播种机将深松、全层施肥、播种三项作业一次完成，减少机具多次进地对土壤产生的压实，也可节省过多的劳动力投入。

（２）作业后可以达到土壤深松程度为25㎝，有利于玉米根系生长。

（３）可将肥料一次性分施在土壤中10㎝至25㎝的区域内，以确保玉米在生长过程中对肥料的需求，不需二次追肥。

参考文献：

[1]赵秀丽,苑秀荣,王爱仁,. 机械深松深追肥技术的研究[J]. 农机使用与维修,2009,(5).

[2]李久余,. 2SBQ-4深松免耕精量播种机的研制思路[J]. 现代农业,2010,(5)

[3]宫秀杰,钱春荣,于洋,赵杨,姜宇博,王俊河,马军韬,. 深松免耕技术对土壤物理性状及玉米产量的影响[J]. 玉米科学,2009,(5).