大豆玉米带状复合种植机械装备研究.pdf

新疆农机化圆园23 年第 4 期doi:10.13620/ki.issn1007-7782.2023.04.002中图分类号:S565.1文献标识码院A0 引言近年来，我国大豆种植结构、种植面积及产量均在不断下降，由 2020年的 5.90%、988.2 万 hm2和 1960.2万 t下降到 2021 年的 4.99%、841.5 万 hm2和 1 639.5 万 t，而玉米种植结构、种植面积及产量均较为稳定，2020年为 24.64%、4126.4万 hm2和 26066.5万 t，2021 年为25.68%、4332.4万hm2和27255万t1。为缓解国产大豆供给不足、进口量逐年增加的压力，2022年我国首次进行大面积大豆玉米带状复合种植模式推广应用2。大豆玉米带状复合种植模式是实现“玉米不减产，多收一季豆”的有效途径3-4，也是我国扩大大豆种植面积的有效途径，对保障国家粮食安全特别是玉米大豆安全具有重要战略意义5。同时，受耕地资源等因素限制，我国玉米、大豆单产相比国外低了近一倍，因此提高单产是保障玉米和大豆有效供给的唯一途径。大豆玉米带状复合种植的核心是扩间增光、缩株保密，大豆需选用耐荫抗倒、株型收敛、宜机收获的有限结荚型的中早熟高产品种，玉米要选用株型紧凑、抗倒抗病、中矮秆适宜密植和机械化收获的高产品种6。文章编号院1007-7782渊2023冤04-0007-05大豆玉米带状复合种植机械装备研究田 旭1，邹宗峰1，张春林2，宁宇讯1，索玉婷1，张 钦1，卢传兵1，牛长河3（1.烟台市农业技术推广中心，山东 烟台 264001；2.莱州市农业技术推广中心；3.新疆农业科学院农业机械化研究所）摘 要院推广大豆玉米带状复合种植模式是保障国产大豆产能、粮油安全的有效途径，能缓解逐年增加的进口压力。在复合种植全程机械化基本原则上，分析2022年大豆玉米带状复合种植生产过程中农机农艺融合不成熟引起的主要问题：包括播深一致性不足引起的玉米大豆出苗不整齐问题；株距均匀性不足引起的种植密度不够或过密问题以及杂草防控不到位问题。针对现有技术问题提出应用单体仿形+同位仿形+覆土镇压技术解决播深不一致问题；通过调整排种器或传动比解决株距不均匀问题；应用喷药专用或改装的自走式双系统分带喷杆喷雾机解决杂草防控不到位问题，为选用或调整大豆玉米带状复合种植机械装备提供参考。关键词院大豆玉米带状复合种植；植保；收获；机械化；研究StudyonmechanicalequipmentforsoybeanandcornbeltcompoundplantingTian Xu1,Zou Zongfeng1,Zhang Chunlin2,Ning Yuxun1,Suo Yuting1,Zhang Qin1,Lu Chuanbing1,Niu Changhe3渊1.YantaiAgriculturalTechnologyPopularizationCenter,Yantai264001,Shandong,China;2.LaizhouAgriculturalTechnologyPopularizationCenter;3.InstituteofAgriculturalMechanization,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences)Abstract:Promoting the soybean corn belt composite planting model is an effective way to ensure the production capacity ofdomestic soybeans and the safety of grain and oil,and can alleviate the increasing import pressure year by year.Based on the basicprinciple of full mechanization of composite planting,analyze the main problems caused by the immature integration of agricul-tural machinery and agronomy in the production process of soybean and corn belt composite planting in 2022,including unevenemergence of corn and soybean seedlings caused by insufficient consistency in sowing depth,insufficient or excessive plantingdensity caused by insufficient uniformity in plant spacing,and inadequate weed prevention and control.Propose the applicationof monomer profiling,in-place profiling,and soil compaction technology to solve the problem of inconsistent seeding depth inresponse to existing technical problems;Solve the problem of uneven plant spacing by adjusting the seeder or transmission ratio;The self-propelled dual system zonal spray bar spray dedicated for spraying or modified shall be used to solve the problem of in-adequate weed control.Provide reference for selecting or adjusting mechanical equipment for soybean and corn belt compositeplanting.Keywords:Soybeanandcornbeltcompoundplanting;Plantprotection;Harvest;Mechanization;Research窑 开发研究 窑通讯作者院张春林修回日期院2023-04-09基金项目院新疆自治区现代农业大豆产业体系机械化岗位专家项目7援援新疆农机化圆园23 年第 4 期2023年，中央一号文件明确提出“深入推进国家大豆和油料产能提升工程。扎实推进大豆玉米带状复合种植，支持东北、黄淮海地区开展粮豆轮作，稳步开发利用盐碱地种植大豆。完善玉米大豆生产者补贴，实施好大豆完全成本保险和种植收入保险试点”。3月初，全国农业技术推广中心举办了全国大豆玉米带状复合种植技术培训班，推出了相关科学施肥指导意见和除草剂使用指导意见。各级农业技术推广部门人员和种植户积极学习，切实提升大豆玉米带状复合种植规范化标准化生产水平。2022 年是推广大豆玉米复合带状种植的第一年，95%的农户从未进行过大豆玉米带状复合种植，因此出现了示范效果不理想和玉米减产等情况。2023年要规范复合种植技术，使用安全农机具，提升大豆、玉米产能，增加农户收入。本文对2022年大豆玉米复合种植生产中存在的问题进行了研究，并提出了相应解决方案，为后续推广复合种植提供参考。1 复合种植全程机械化基本原则1.1 优选宜复合种植的种子及高产模式大豆玉米带状复合种植模式根据光肥资源高效利用与株型调控理论，选用紧凑型玉米和耐荫性大豆品种，通过调整大豆玉米种植行距、株距，扩间增光（图1），缩株保密，实现大豆玉米双丰收，是解决我国大豆资源紧缺的一个重要途径7。大豆玉米带状复合种植的群体产量主要取决于玉米的单产，为提高玉豆套作体系的总产量和总产值、确保经济效益，一般也将大豆和玉米进行密植8-12。图1 大豆玉米复合种植模式大豆玉米带状复合种植能够协调大豆、玉米相互争地的矛盾13-15，其有套作和间作两种方式，带状套作是指大豆玉米共生时间小于全生育期的一半，带状间作指的是大豆玉米共生时间大于全生育期的一半，主要是2行小株距密植玉米带与26行大豆带相间复合种植，通常玉米为2行，只调整玉米株距，大豆根据地区生态和生产特点确定适宜的行数16。结合当地实际优选“4+2”和“3+2”高产种植模式，再根据农艺要求确定适宜行距、株距、带间距、生产单元、播种深度和施肥量等作业参数，其示意如图2。图2 大豆玉米复合高产种植模式1.2 做好生产规划播种前应根据大豆玉米生育期和成熟期确定播种收获先后顺序：先收大豆后收玉米、先收玉米后收大豆或大豆玉米同时收获；其次规划作业路径，确定适宜机型，设定地头作物或地头预留机具转弯空间，方便作业机具转弯调头，防止被碾压后的作物病害感染率提高；最后由经验丰富的机手进行播种和收获。1.3 优化机具配套依据“以机适艺”原则，结合当地实际选择适用机具装备，播种期优先选用复合种植专用播种机，应用单体仿形技术实现播深一致，确保出苗整齐；应用精量排种技术降低漏播率，确保株距间隔一致。黄淮海地区与其他地区及国外不同，需灭茬免耕播种，应用机艺融合技术保证小麦与大豆玉米种植顺利衔接；应用自动导航技术避开小麦根茬，既确保播行直又防止秸秆堵塞。田间管理期苗期除草应优先选用自走式双系统分带喷杆喷雾机等专用植保机械，实现大豆玉米分带同步植保作业，其次选用经调整改造的自走式双系统分带喷杆喷雾机，也可选用加装隔板的普通自走式喷杆喷雾机。收获期兼用现有谷物联合收获机调整改造，使其满足复合种植作业质量要求，实现“一机多用”，也可在收获机上增加近红外光谱仪，在收割前检测大豆玉米和茎秆的含水率以及在收割时辨别其他作物的混入并预警，以降低大豆玉米籽粒破碎率、避免泥花脸以及大豆玉米混杂等情况的出现。1.4 提高作业精度拖拉机宜应用北斗导航辅助驾驶系统，在田间管理和收获作业环节可直接使用共享导航线，通过导入播种期作业的导航线提高作业精准度和前后环节作业匹配度，从而实现精准播种、分带植保、对行收获，降低机手劳动强度。2 播种机调整及改造技术平展型紧凑型玉米带宽间距株距株距大豆带宽生产单元窑 开发研究 窑8援援新疆农机化圆园23 年第 4 期大豆玉米带状复合种植播种机是落实核心技术的关键机具，非专用播种机不仅核心技术参数达不到要求，还会导致作业成本增加。2022 年大豆玉米带状复合种植播种期遇到的主要问题有玉米大豆出苗不整齐（播深调控问题）、种植密度不够或过密（株距问题），以下通过 4 个方面对播种机进行调整改造，以解决上述问题。2.1 播种机播深调整技术大豆玉米复合种植时大豆与玉米的播种深度要求不同，保障大豆、玉米各自播深一致性是保证保苗率、整齐度和产量效益的关键环节。设置仿形机构可以在地表不平的情况下实现播种深度的一致性和稳定性。免耕施肥播种机的仿形机构按结构形式可分为单体仿形和整体仿形，整体仿形效果要比单体仿形效果差。单体仿形常在开沟器上加装限深轮，如美国 JohnDeere 公司生产的多种播种机上均在圆盘开沟器侧面加装橡胶限深轮、在滑刀式开沟器上加装限深滑板以及将开沟器通过随动机构与机架铰接等。影响播种时地表单体仿形效果的基本参数是仿形轮与开沟器之间的距离，距离为零时，仿形轮和开沟器同步起伏，此时开沟深度一致，仿形效果最好，随着距离的增加，误差逐渐增大。仿形轮与开沟器间距大小的选择取决于开沟器形式，常用的有圆盘开沟器和尖角形开沟器，前者能够与仿形轮实现同步仿形，使开沟深度保持一致，后者容易造成残茬秸秆堵塞。为解决播深不一致导致的玉米大豆出苗不整齐问题，优选单体仿形+同位仿形+覆土镇压技术，避免超前仿形和滞后仿形存在误差，导致开沟器开沟深度不一致。开沟器安装应对称于机组中心线，在其固定后，必须检查实际行距并进行校正。开沟器深度调节机构不同，一般用改变限深板的上下位置或调节限深轮、仿形轮或镇压轮相对开沟器的上下位置的方式来调节开沟深度。2.2 播种机播种量的检查及调整大豆玉米复合种植播种时保证播种量的均匀是保证种植密度适中的关键环节。播种机必须按规定的播量播种，播种前调好播量，播中进行校核。如用外槽轮排种器的谷物条播机播种，播种前应进行固定台架调整。首先按所播种子粒型选定排种间隙，初选排种传动比及槽轮工作长度，再将机器水平架起，使地轮悬空，随后在种箱内加入种子，转动地轮数圈使排种杯内充满种子，然后在输种管下放好盛接种子的容器，以 2030 r/min 的转速均匀转动地轮数圈（一般取 30圈），最后根据排种量公式计算出排出的种子总数17。=仔（1+）式中全部排种器应排种子量，kg；要求播量，kg/m2；播种机工作幅宽，m；地轮直径，m；地轮滑移率，试验时地轮转动圈数。当误差超过 2%时，应调整槽轮工作长度或传动比后重试，直到符合要求为止。播种机工作时，因滑移率的变化、机器的振动及地形的变化等，实际播量可能与固定台架试验不同，还应进行田间校核17。2.3 播种机播种株距的调整及改造大豆玉米复合种植时大豆与玉米播种时保证株距的均匀性是保证不缺苗的关键环节。目前大部分播种机都具有株距调节器，即变速箱，直接调节株距调节手柄即可，完全可以满足玉米 1112 cm 株距的需求；若无法满足大豆小株株距，可以通过以下 3 种方法对播种机进行调整：（1）更换排种器，将 18 勺的勺轮式排种器更换为 24 勺的勺轮式排种器；（2）改变传动比，将原来的由小齿轮驱动大齿轮改为由大齿轮驱动小齿轮，使排种器转速增加，从而增加排种力度；（3）选用气力式排种器，气吸式排种器多用在中耕作物大豆玉米等大粒种子的播种上，具有排种均匀性好、种子破碎率低、适合高速作业、作业质量高等特点。注意：（1）指夹式排种器易夹破大豆种皮导致不出苗，因而不适用于大豆播种；（2）一般勺轮式排种器作业速度为 34 km/h，指夹式排种器作业速度为 56km/h，气力式排种器作业速度为 68 km/h。2.4 播种机行距的调整及改造根据农业农村部 玉米大豆带状复合种植全程机械化技术指引 和当地大豆玉米种植农艺、耕地条件及机具配备优先选择“4+2”、“3+2”高产种植模式。同一个区域模式不宜超过2种。其中“4+2”种植模式为2 行玉米行距 40 cm、4 行大豆行距 30 cm，玉米行和大豆行之间的间距为 70 cm，每个单元宽度 270 cm。3 行的播种机改造成适合“4+2”种植方式的播种机的方法如下：把 3 行排种器变成大豆大豆玉米排种器，行距 3070 cm，通过往返作业就可实现“4+2”种植模式，即玉米大豆大豆大豆大窑 开发研究 窑9援援新疆农机化圆园23 年第 4 期（下转第 15 页）豆玉米或大豆大豆玉米玉米大豆大豆，行距 70-30-30-30-70 cm 或 30-70-40-70-30 cm。由于排种器不在中心线上，因此在播种机转弯作业的时候会出现玉米衔接行碰到其他行作物，所以播种机需要加装自动导航系统，以减少不对行收获造成的玉米损失。3 植保机械使用技术植保的关键问题在于杂草防控，这也是目前大豆玉米带状复合种植田间管理期遇到的主要问题。需合理选用药剂及用量，按照机械化高效植保技术操作规程进行防治作业。3.1 大豆玉米带状复合种植的草害防治植保机械玉米属于高秆作物，草害防治一般采用土壤处理，也可对苗带喷洒除草；大豆属于低矮作物，除草是主要任务，一般对土壤全面喷洒或苗带喷洒。因此大豆玉米带状复合种植的草害防治植保机械可选用有两套喷雾系统的喷杆喷雾机，有条件的种植户建议使用自走式双系统分带喷杆喷雾机等专用型喷药机。苗后喷施除草剂时可在喷杆喷雾机上设置双药箱和喷头区段控制系统，实现不同药液的分条带喷施，在大豆、玉米带间加装隔离板（隔帘、防护罩），防止药剂带间漂移6。3.1.1 喷杆喷雾机特点作业效率高，喷洒质量好，喷液量分布均匀，适合大面积喷洒各类农药、肥料和植物生长调节剂等液态制剂，广泛用于大豆、玉米等农作物的播前、苗前土壤处理、作物生长前期除草及病虫害防治。3.1.2 喷杆喷雾机使用技术田间作业之前应进行检查、调整与校核，并按照作业程序进行操作。3.1.3 喷杆喷雾机配套机具参数（1）喷头与喷杆的位置直接影响药液在喷幅内的均匀性，喷施除草剂应选用扇形雾喷头，喷杆高度应使相邻喷雾面交叉重叠，使地面受药均匀。喷雾角建议为 110毅或 120毅，此时扇形雾喷头因雾面重叠大，喷杆上下颠簸时药液沉积的均匀度影响较小。喷头的安装还应使其夹缝与喷杆同方向倾斜 5毅10毅，避免喷雾面之间的相互干涉。喷杆喷雾机进行苗带喷雾时一般选用均匀型扇形雾喷头，喷头安装间距和作业时离地高度可按照作物行距和高度决定，例如若喷头在喷杆上间距为 50 cm，则喷杆高度宜为 50 cm 和 75 cm。（2）喷杆的水平、垂直摆动主要影响喷雾横向分布沉积，宽幅喷杆喷雾机需要安装各种形式的悬挂支架，垂直面内可采用仿形装置减少垂直晃动，水平面内可加上阻尼弹簧减少水平摆动，坡地上大型喷雾机可加装超声波感应器以自动调节喷杆高度。（3）作业参数、作业速度和工作压力的改变或波动会影响单位面积受药量，喷洒除草剂时拖拉机行驶速度应控制在 48km/h。（4）气象条件对喷洒质量的影响主要是雾滴的漂失和蒸发，可通过增加防飘喷头、辅助气流和罩盖技术等来降低对喷洒质量的影响18。3.2 大豆玉米带状复合种植的虫害防治植保机械玉米防治的害虫主要为麦蚜、高粱蚜、斜纹夜蛾和棉铃虫等钻蛀性害虫，大豆果实类主要防治叶茎害虫，因此大豆玉米带状复合种植的虫害防治植保机械可选择手动喷雾器。从经济角度考虑，手动喷雾器虽然耗费人力，但最终因增产所增加的经济效益远大于人工防治所支出费用。如果选用大型喷雾机，其隔板高度应高于植株高度，可使用薄膜罩子以及采用定向喷雾装置如定向喷头、定向罩子来确保喷头离地高度适宜。4 收获机械使用技术目前国内玉米收获机生产企业主要分布在黑龙江、吉林、河北、河南、山东和江苏等地区19。收获机配套原则有 4 点：（1）根据两种作物成熟期确定同期或分期收获；（2）同期收获时可利用现有收获机采用前后跟随方式收获；（3）分期收获可依据玉米大豆先后成熟顺序进行转行收获；（4）割幅与作物带宽应匹配（两侧各留1520 cm 间隙）。“4+2”种植模式的收获：玉米采用小 2 行收获机，幅宽（轮距）小于大豆带间距（160 cm），割台行距中心距适用于玉米种植行距（40 cm）的收获机均可选用；大豆选用专用或谷物联合收获机，更换大豆挠性割台，调整脱粒凹板、清选筛等工作参数实现大豆收获；收获机幅宽（轮距）小于玉米带间距离（210 cm）。收获减损技术见农业农村部官网大豆玉米带状复合种植机械化收获减损技术指导意见。参考文献院1 中华人民共和国统计局.中国统计年鉴M.北京院中国统计出版社袁2022.2 刘燕袁陈彬袁于庆旭袁等.大豆玉米带状复合种植机械化技术与窑 开发研究 窑10援援新疆农机化圆园23 年第 4 期（上接第 10 页）率的基本论域为-30，30，量化因子为 0.2，驻的基本论域为-30，30，量化因子为 0.2，驻的基本论域为-6，6，量化因子为 1，驻的基本论域为-3，-3，量化因子为 2。（2）隶属函数采用高斯隶属函数。（3）确定模糊控制规则。模糊控制规则是模糊控制器的的核心，根据实践经验编写，形式如表1。根据角度偏差 和偏差变化率的值对参数进行调整，每个参数都可根据实际情况定制控制表格。表1 PID模糊调整规则4 总结作者在 2014 年2015 年期间曾参与农机自动驾驶系统的研发工作，系统研发成功后在东北和新疆各地进行测试调整，测试结果同国外优秀产品相比功能上基本相当。该系统在直线的稳定性上稍有不足，原因为未考虑平缓小角度，以切线方式入线以及 PID 算法造成过调问题，文中已经对入线策略进行了详细改进阐述，并对控制算法进行了优化，采用模糊自适应 PID控制器算法，后期将继续研究改进方案算法，使产品达到国外同类产品效果。参考文献院1 杨柏婷.关于智能农机自动导航系统的应用探讨J.南方农机袁2020袁51渊21冤院57-582 魏爽袁李世超袁张漫袁等.基于 GNSS 的农机自动导航路径搜索及转向控制J.农业工程学报袁2017袁33渊S1冤院70-77.3 蔡芳袁刘智珺.基于区块链和 AI 的农机导航数据处理技术研究J.农机化研究袁2022袁44渊11冤院211-215.4 余越.基于融合导航与强化学习算法的田间智能农机自主避障方法研究D.浙江大学袁2022.5王辉.基于双天线GNSS 的拖拉机自动导航关键技术研究及系统集成应用D.华南农业大学袁2019.6陈志学.农机导航自校正模型控制方法探讨J.时代农机袁201744渊8冤院44袁46.7 宋龙志.农机导航自校正模型控制方法探讨J.农机使用与维修袁2021渊3冤院35-36.8 戴增辉袁何凤琴.智能农机自动导航系统应用研究J.农机化研究袁2018袁40渊2冤院202-206.NBNMNSZOPSPMPBZONBNMNMNSZOPSPSNBPSPSZOZOZOPBPBNMNSNSNSNSZONSPMNSNBNBNMNSZOPSPMPSNBNMNSNSZOPSPSPMNMNSNSNSZOPSPSPBPSZOZOZOZOPBPB装备研究进展J.中国农机化报袁2023袁44渊1冤院39-47.3 张晓晨袁张树阁袁程胜男袁等.大豆玉米带状复合种植专用播种机现场演示验证技术要求J.中国农机化学报袁2023袁44渊1冤院9-13.4 齐彦栋袁金诚谦袁刘岗微袁等.大豆玉米带状复合种植全程机械化关键技术与装备J.中国农机化学报袁2023袁44渊1冤院14-24.5 张园.徐州市大豆玉米带状复合种植全程机械化技术J.农业机械袁2022袁897渊9冤院80-82.6 田旭袁张春林袁王帮高.大豆玉米带状复合种植机械化技术与装备应用J.农业机械袁2022袁896渊8冤院59-61.7 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