小麦密行种植技术及机具

2017/8/27 19:52:29    张晋国 中国农机论坛

  

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大家好!首先感谢大家牺牲周末时间来这里进行交流。今天我跟大家交流的题目是:小麦密行种植技术及机具。

今天,我想跟大家交流五个问题:

一、什么是密行播种

二、小麦密行匀播机产生的背景

三、小麦密行匀播机关键部件的研制

四、小麦密行种植的田间试验

五、下一步的计划

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一、什么是密行种植

关于密行种植,目前还没有一个确切的定义。我们曾经也用过“窄行”种植这样的说法,后来把“窄行”改成“密行”。那什么是“密行”呢?我是这样认为的,就是行距小于10公分的我们可以把它叫做密行种植。

二、小麦密行匀播机产生的背景

在国内,大家可以看一下河北小麦种植行距演变情况:1950-60年代:播种用两眼耧,行距1.2尺,约40厘米;1970年代:小麦行距变化的年代,各种行距及宽窄行;1980年代:小麦行距20厘米左右;1990年代-21世纪初:小麦行距15厘米。

国外的情况,可以参考下面这张照片。这是2013年11月15日在德国拍到的。

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在座的大多数人可能对撒播机有一定了解。撒播机刚出现的时候,曾得到很多专家、领导的认可。撒播可能有优点,但是它也存在着一些问题。

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刚开始的撒播机是将种子撒在地表,然后通过旋耕机将种子混入土壤。这样的结果,种子在土壤中是如何分布的呢?就是有的在地表,有的可能就比较深,深浅不一致必然影响小麦的生长。(播的过浅或者过深,结果或导致死苗或不发芽)

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撒播机后来也经过了改进,就是先把土抛起来,然后撒种,最后再覆土。这样呢,播深不一致的问题算是解决了。但是,在水平面上种子的分布还是不均匀的,因为种子是随机撒下去的。

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为什么会出现不均匀这种现象呢? 我们可以想象一下,如果每亩地需要保住25万基本苗。如果不将种子发芽率和秸秆地里种子的出苗率考虑进去,那么就需要在5×5厘米的这么一块小面积里有一粒种子。这个要求对撒播来说是很难做到的。

根据小麦生长特性,小麦专家、河北农业大学刘树欣教授就找到我商量说,我们能不能做一台真正的实现均匀播种的小麦播种机?于是我们就开始设计一种定行距、定播深、粒距均匀的小麦密行匀播种机。

三、小麦密行匀播机关键部件的设计

小麦密行匀播机的关键部件是排种器。

密行匀播基本思路是:加密不加量。

什么意思呢?比方说行距15cm的情况下,一亩播20斤种子,变成行距7.5cm后,一亩地还是播20斤。也就是说单行的播量减少了一半。

行距越密,单行的播量就越少,我现在做的密行匀播机,在行距7.5cm的情况下,单行的粒距是2cm。

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调行距比较简单,现有的小麦播种机行距随便调,你可以把它调成7.5cm,甚至调到5cm都是可以的。但是你要实现单行的单粒播种,现有的排种器是做不到的,必须研发新的排种器。

现有的排种器都是槽轮式的。排种时,把种子一排一排拨下去。播量大小是靠调整工作面的长度来实现的。在播量大的情况下(槽轮工作面长),这时用斜槽或者螺旋槽可以实现连续的拨种,均匀性还可以。但当播量小时,槽轮工作面变窄,排种会出现脉动性。单粒播种就更不行了。

为什么选择新型小麦排种器?

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精少量播种时,外槽轮小麦排种器的脉动性是导致播种不均匀的关键因素。

关于小麦单粒排种器的研究问题,我是从2010年前开始的,分两个方案开展研究:一条路线是走气力排种,另外一条路是走机械式排种。

气力排种方面,2007年下半年,我带我的研究生马立同学开始了气力式小麦精量排种器的研究,首次提出一种圆管缝隙式气力排种器。其结构和工作原理如图:

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该排种器采用了缝隙吸种,使种子沿缝隙排列,可以实现连续均匀地排种;又由于采用了插入缝隙的投种片排种,缝隙不会堵塞,工作可靠,特别适合于小麦等小粒作物的精量排种。

这种装配有新型缝隙式气力排种器的小麦播种机,于2009年10月在河北辛集市马庄河北农业大学粮食丰产科技工程实验基地进行了田间试验,小麦长势非常好。(次年改进的机具又在河北的深州市和辛集市进行了试验)。

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针对气力式排种器存在的问题,后来又由我的硕士生陈风艳和博士生赵晓顺做了进一步的改进。希望尽早进入实际应用阶段。

机械式排种器方面,我研究的另外一种是机械式的小麦精量排种器,目前在我的密行匀播机上用的就是这种,该排种器的特点是:机械式差速充种沟,基本结构示意图如下:

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从图上可以看到种子排着队一个一个下来。那么从排种器外形来看,有点儿像大直径的窝眼式排种器。但是我们的排种器跟传统窝眼式是有本质区别的。

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怎么能够做到让种子排队往下走呢?这是我们一个很关键的一个创新。就是用的这个差速装置——一种沟两侧的速度是不一样的。这样呢,就可以把横竖杂乱排列的种子都顺过来,种子顺着排着队播下去。

这个差速充种沟式排种器最早于2013年提出,由我的研究生候玲玲制作了第一代样机,后又经过赵晓坤、赵金的改进,在不断的完善中。

关于排种器的设计有很多分析计算。说起来话长了,以后你们可以看我的论文,有已经发表的,还有即将发表的,论文里有相关内容,这里就不多说了。

排种器解决了,接下来的就是整机的设计。

前面虽然我说了播种机的行距可以任意调。但是呢,我们是在玉米秸秆地里播种小麦。地面有大量的秸秆。行距窄了呢,开沟器便会像猪八戒耙子一样搂草,把草给搂起来,造成工作中秸秆堵塞。

怎么解决这个问题呢?

第一个措施,我们采用的圆盘开沟器,它不容易挂草。

第二个措施,我们把这个开沟器按照前后四排来布置。

其实很多人都很担心我这个密行的机子在田间的通过性问题。但是从我们使用了四年的情况来看,从来没有发生过堵塞的问题。

四、小麦密行种植的田间试验

一项新的技术和一个新的机器,其性能好坏,不能仅靠室内试验,不能仅靠数字模拟或者是理论分析,必须经过实践检验。对搞农业机械的来说就必须经过田间试验来验证。

农机作业,面临的作业环境是非常复杂的,仅靠模拟或一、两年的试验数据还不够,因为有气候的原因或其他原因。严格来说田间试验必须经过三年或以上才可能反映它的应用效果。

我这项密行种植技术和机具从开始到现在,已经试验了四年,所以我现在才敢拿出来跟大家进行交流。

密行种植田间试验最早开始于2013年,当年只做了一台样机在石家庄的辛集市和深泽县进行了实验。

以后就逐渐扩大了这个样机的生产量。除了辛集和深泽,我们又在廊坊的文安、固安,保定的涿州、望都、石家庄的藁城、赵县,另外还有邢台的隆尧、邯郸的临漳、衡水的枣强等地。

前两年在河北的实验效果还是不错的:促进分蘖、增加产量效果明显。为了验证这项技术的适应性,从2015年开始,我们又把试验范围扩大到山东的即墨和平度两市。

试验情况。首先看播种,看些照片:

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2013年,河北省深泽县。本播种机是单粒点播,所以不需要太大的播量。一般十几斤二十几斤比较合适,最少的试验地块我们播过9斤。

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2014年,河北藁城。

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2014年,河北辛集 马庄。

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2014年,辛集,和睦井。

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2014年,河北文安县。

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2015年,河北望都县。

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2015年,山东即墨。

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2015年,河北固安

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2016年,望都。

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2016年,平度。

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2016年,即墨

通过照片我们看看出苗的情况。

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理论上是两公分一粒儿,但由于下落过程当中的碰撞和弹跳,达不到这个理论要求,但基本上还是单粒下来的。

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我们的密行播种机可以使种子在土壤中均匀分布,有利于小麦个体的生长。表现出来第一个优势就是它的冬前分蘖数增加了。尤其对于那些一年两熟积温不够的地区,这一点尤为重要。

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前面已经讲了小麦的匀播可以增加分蘖,促进次生根的生长,这些都为亩穗数的增加打下了基础。河北保定以北地区,一年两熟积温不够,分蘖少,穗数一直是影响小麦高产的一个重要的因素。在使用我们密行匀播机后,亩穗数得到显著的提高。比如说,2017年在廊坊文安县黄浦农场的试验田,亩穗数达到了60多万,如下图所示。

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通过前两年的实验,我们曾经认为在保定以北一年两熟积温不够的地区也就是偏冷的地区,用这种密行匀播机播种,是可以提高小麦的分蘖数的,事实上,试验数据也是这样显示的。

但是当我们把这个实验范围扩大到山东以后,那里一年两熟期积温并不是个问题,这种密行匀播技术,仍然表现出显著的增加亩穗数的作用。

山东即墨冬前分蘖的调查,7.5cm行距的小麦冬前分蘖个数为3.005个,15cm行距的小麦冬前分蘖个数为2.68个,20cm小麦冬前分蘖个数为1.96个。

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亩穗数增加了,产量怎么样呢?下面我们来看看各地小麦实收的产量情况。

2015年在廊坊文安进行实收测产,旋耕条件下7.5cm行距小麦产量比15cm行距小麦产量高11.12%;在深松条件下,7.5cm行距小麦产量比15cm行距小麦产量高14.33%。

2016年即墨小麦密行实收测产结果显示:7.5cm行距密行匀播产量比对照20cm行距小麦产量提高了14.39%。

2016年望都实收产量为686.2公斤/亩。

2017年在青岛即墨进行第二年实收测产,7.5cm行距小麦产量比15cm行距产量提高了7.78%,比30cm行距产量提高了18.63%。

2017年在青岛平度进行实收测产, 7.5cm行距小麦产量比15cm行距小麦略有增加,比30cm行距产量提高了14.60%。

2017年在保定望都进行实收测产,选取不同地力的两块地实收,7.5cm行距小麦样段1的产量为676.0公斤/亩;7.5cm行距小麦样段2的产量为746.1公斤/亩。平均亩产711.0公斤。

我们这个实验设置,仅仅只是行距的一个对照,其他的比如说亩播量、施肥量、浇水和其他的管理措施都是一样的,就是改变一下行距,别的不变。多地的实收测产结果显示,增产幅度往往大于10%。

五、下一步工作

一是继续完善机具;二是继续扩大示范的区域,为将来的大面积推广做好准备。

最后在这里,我要感谢我的合作伙伴、前辈、小麦专家刘树欣教授!

感谢国家粮食丰产科技工程河北课题组的各位专家,尤其是李雁鸣教授!

感谢河北小麦体系的曹刚研究员、江光华站长、孙彦玲副站长!

感谢山东青岛市农机推广站的周伟站长、山东平度的姜言芳校长!

感谢河北农哈哈机械集团有限公司的张焕民老总的大力支持!

如果在座的哪位对这项技术感兴趣,同时又存在一些疑问,我们可以到您那里去试验示范,共同探讨共同提高。

谢谢各位的聆听和交流探讨!

专家简介

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张晋国,河北农业大学,教授,博士生导师,博士毕业于中国农业大学,曾作为访问学者分别在澳大利亚昆士兰大学以及美国农业部土壤动力学实验室做保护性耕作研究。主持或承担了多项国家及省部级科研课题,现主持 “十三五”国家粮食丰产科技工程课题。

曾获“海河平原小麦玉米两熟丰产高效关键技术创新与应用”获得国家科技进步二等奖;主持研制的“2BMSQFY-4玉米免耕深松全层施肥精量播种机”获得河北省科技进步二等奖;获教育部科学技术进步一等奖一项,北京市发明专利三等奖一项等。

来自百度百科的截图如下:

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本文系根据张晋国教授7月8号晚在中国农机论坛群内,为群友所作专题交流活动内容整理,经张教授团队确认并授权本公众号发布。所有知识产权归张教授团队所有,如有引用转载,务请注明权属、出处,并不得断章取义。为尊重教授团队权益,特标注“原创”。