玉米优质种床构建关键技术及行间耕播机研究

发布时间：2020-08-04 08:14

【摘要】：玉米是我国第一大粮食作物,在国民经济中占有不可替代的作用,而东北地区是我国玉米主产区,其玉米播种面积占全国的35%以上,且玉米种植机械化水平较高。近几十年来,东北黑土区连年耕翻,导致地表裸露、风蚀水蚀加剧、土壤退化严重,黑土地遭到不可逆的破坏,为保护和恢复黑土地,国家正积极鼓励并大力推广保护性耕作技术。随着科学技术的进步和现代农业的发展,人们对播种机的要求越来越高,不再满足于仅仅实现其基本功能,更多地着眼于如何提高其播种质量,以增加作物产量。为此,本文提出并优化了优质种床构建技术:在苗带上(留茬行间)进行浅松,以增加空气交换;接着开沟并施水,为种子着落构建一个良好的种沟;最后覆土镇压,为种子生长发育提供一个适宜的种床环境。针对东北地区保护性耕作模式,通过理论分析、建立数学模型、试验分析等手段,对玉米优质种床构建关键技术及行间耕播机进行深入研究,探究优质种床构建装置对玉米播种质量的影响,以及不同种床特性对玉米出苗和生长的影响规律,设计了玉米优质种床构建行间耕播机,解决了播种质量差、抗旱能力弱、出苗一致性差、粘附严重等问题。(1)开沟同步种沟压实装置研究针对现有双圆盘开沟器开沟后沟底不平(“W”形)、回土较多、沟壁不平整等原因造成的播深一致性和粒距均匀性差的问题,设计了开沟同步种沟压实装置,可实现对原种沟的压实和重塑,最终形成一条光滑平整的“V”形种沟,有效提高玉米种子播深一致性和横向、纵向粒距一致性。通过理论计算和运动学分析,得到该装置的主要结构参数范围:弹簧刚度系数为0.96~4.19 N/mm,压沟轮角度为30°~60°。进行土槽试验,得出该装置的最佳工作参数组合为:弹簧刚度系数为4.0 N/mm、压沟轮角度为42.4°。开沟同步种沟压实装置为优质种床构建行间耕播机的设计提供了关键部件支撑。(2)种沟洒水装置研究为解决播种作业苗期干旱对玉米出苗和生长的不利影响,保证种子能够正常生根发芽,同时也为进一步提高播种质量,设计了适用于春播干旱风险较高地区的种沟洒水装置,配合开沟同步种沟压实装置使用。进行了田间试验,揭示了因素对指标的影响规律,并找到了种沟洒水装置对播种质量的最优参数组合范围:洒水量为0.4~0.6 L/m,喷头类型为扇形喷嘴喷头。种沟洒水装置为优质种床构建行间耕播机的设计提供了关键部件支撑。(3)仿形弹性镇压装置及其表面脱附结构研究为解决镇压装置土壤粘附严重的问题,本文从蚯蚓运动的角度对蚯蚓减粘脱附进行研究和分析,(1)通过对蚯蚓体表结构特征数据进行提取,得到蚯蚓头部和体部环节的宽高比数据,并基于该数据优化设计了表面凸起结构,进行土槽试验,揭示了载荷和凸起高度对土壤粘附量影响规律,并找到最佳凸起高度为16 mm(h2)。(2)通过MATLAB软件提取各橡胶凸起在不同转角下的曲率半径,并绘制其曲率半径折线图,分别与蚯蚓体表环节曲率半径折线图对比,通过对比发现,凸起高度h2的曲率半径折线图趋势与蚯蚓曲率半径折线图的相似度最高,从仿生原型的角度解释了凸起高度h2最优的原因。(3)通过理论分析,揭示了镇压轮橡胶凸起结构的减粘脱附机理,从理论分析的角度阐释了凸起高度不是越大越好的原因。仿形弹性镇压装置为优质种床构建行间耕播机的设计提供了关键部件支撑。(4)种床特性对玉米出苗和生长的影响研究对不同种沟处理方式下表面压实程度和洒水量对玉米出苗和生长的影响进行了评价。试验因素为:种沟处理方式、土壤压实压力和洒水量。试验评价指标为:土壤坚实度、土壤含水率、平均出苗时间、出苗率、平均苗高、根系干重、地上部分干重和根冠比。对试验结果进行分析,得到播种作业中进行种沟压实是必要的;对于表面压实程度,应选择25~50 kg为宜;洒水量的选择则需要根据播种前后土壤含水率,可选择洒水量为0.2~0.6 L/m范围。该研究为玉米优质种床构建提供了参考,也为配套行间耕播机的适应性改进和创新设计提供数据基础和借鉴。(5)优质种床构建行间耕播机设计与试验将优质种床构建关键技术及装置集成到整机上,并设计了一种适用于东北保护性耕作模式的优质种床构建行间耕播机。为验证整机作业质量和作业效果,对整机进行了田间试验,分别研究各优质种床构建关键部件对播种质量、作业效果或出苗情况的影响,试验表明优质种床构建行间耕播机的综合作业效果显著优于普通行间耕播机。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S223.24
【图文】：

玉米,播种面积

第 1 章绪论究背景及目的、意义究背景是世界主要粮食作物之一，在中国也得到了非常广泛的种植。根[1]，2012 年玉米产量首次超过稻谷，至此以后，玉米就一直是我种。国玉米播种面积上看，近 10 年的数据显示（图 1.1），2015 年之积逐年增加，并在 2015 年达到最大值。然而，2015 年 11 月，国关于镰刀弯地区玉米结构调整的指导意见》，该政策的实施直 2017 年全国玉米播种面积的减少。虽然国家玉米结构调整政策了全国玉米播种总面积，但仍然没有改变玉米作为我国第一大粮此玉米在国民经济中依然占有不可替代的作用。

玉米种植,面积分,情况,保护性耕作

图 1.2 2017 年各省玉米种植面积分布情况[1]国东北黑土区是世界仅存的三大黑土区之一，约占全球总黑土面积的统耕作频繁耕翻导致了地表裸露、风蚀水蚀严重、土壤退化加剧已由开垦初期的 80~100 cm 下降至 20~40 cm，土壤有机质含量由 5右[4-6]；秸秆大量焚烧，导致雾霾加重，环境污染[7-9]。为保护和恢复号多年连续聚焦保护性耕作技术和东北黑土地保护，明确提出：积耕作技术（2005~2013 年），大力推进机械化深松整地和秸秆还田展东北黑土地保护试点（2015 年），扩大东北黑土地保护利用试年），加大东北黑土地保护力度（2017~2019 年）。推行以秸秆还核心的保护性耕作模式并进行配套机具研究对农业可持续发展具有义[10-12]。此，开展适应东北地区保护性耕作条件下的玉米少免耕播种机具的的。选题意义

示意图,留茬,行间,行距

吉林大学博士学位论文机具加大研发力度，开发了宽窄行种植模式、交替休闲模式等，促进及配套机具的推广。我国东北地区常见的模式包括以下几种：1）等行距留茬行间交替种植保护性耕作模式行距留茬行间交替种植技术[38]是指秋季收获时保留原作物根茬（一般30~50 cm）越冬，翌年春季在留茬行间进行免耕或少耕（条带耕）播种形成等行距行间交替种植模式，其播种行距为 65 cm，如图 1.3 所示由于保留根茬越冬，尤其是留高茬，能够降低风蚀水蚀、蓄水保墒，量，同时站立的根茬在空气中更容易风化降解。本文所研究的玉米优间耕播机适用于该保护性耕作模式。

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