【摘要】：玉米是我國(guó)第一大糧食作物,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有不可替代的作用,而東北地區(qū)是我國(guó)玉米主產(chǎn)區(qū),其玉米播種面積占全國(guó)的35%以上,且玉米種植機(jī)械化水平較高。近幾十年來,東北黑土區(qū)連年耕翻,導(dǎo)致地表裸露、風(fēng)蝕水蝕加劇、土壤退化嚴(yán)重,黑土地遭到不可逆的破壞,為保護(hù)和恢復(fù)黑土地,國(guó)家正積極鼓勵(lì)并大力推廣保護(hù)性耕作技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展,人們對(duì)播種機(jī)的要求越來越高,不再滿足于僅僅實(shí)現(xiàn)其基本功能,更多地著眼于如何提高其播種質(zhì)量,以增加作物產(chǎn)量。為此,本文提出并優(yōu)化了優(yōu)質(zhì)種床構(gòu)建技術(shù):在苗帶上(留茬行間)進(jìn)行淺松,以增加空氣交換;接著開溝并施水,為種子著落構(gòu)建一個(gè)良好的種溝;最后覆土鎮(zhèn)壓,為種子生長(zhǎng)發(fā)育提供一個(gè)適宜的種床環(huán)境。針對(duì)東北地區(qū)保護(hù)性耕作模式,通過理論分析、建立數(shù)學(xué)模型、試驗(yàn)分析等手段,對(duì)玉米優(yōu)質(zhì)種床構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)及行間耕播機(jī)進(jìn)行深入研究,探究?jī)?yōu)質(zhì)種床構(gòu)建裝置對(duì)玉米播種質(zhì)量的影響,以及不同種床特性對(duì)玉米出苗和生長(zhǎng)的影響規(guī)律,設(shè)計(jì)了玉米優(yōu)質(zhì)種床構(gòu)建行間耕播機(jī),解決了播種質(zhì)量差、抗旱能力弱、出苗一致性差、粘附嚴(yán)重等問題。(1)開溝同步種溝壓實(shí)裝置研究針對(duì)現(xiàn)有雙圓盤開溝器開溝后溝底不平(“W”形)、回土較多、溝壁不平整等原因造成的播深一致性和粒距均勻性差的問題,設(shè)計(jì)了開溝同步種溝壓實(shí)裝置,可實(shí)現(xiàn)對(duì)原種溝的壓實(shí)和重塑,最終形成一條光滑平整的“V”形種溝,有效提高玉米種子播深一致性和橫向、縱向粒距一致性。通過理論計(jì)算和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,得到該裝置的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)范圍:彈簧剛度系數(shù)為0.96~4.19 N/mm,壓溝輪角度為30°~60°。進(jìn)行土槽試驗(yàn),得出該裝置的最佳工作參數(shù)組合為:彈簧剛度系數(shù)為4.0 N/mm、壓溝輪角度為42.4°。開溝同步種溝壓實(shí)裝置為優(yōu)質(zhì)種床構(gòu)建行間耕播機(jī)的設(shè)計(jì)提供了關(guān)鍵部件支撐。(2)種溝灑水裝置研究為解決播種作業(yè)苗期干旱對(duì)玉米出苗和生長(zhǎng)的不利影響,保證種子能夠正常生根發(fā)芽,同時(shí)也為進(jìn)一步提高播種質(zhì)量,設(shè)計(jì)了適用于春播干旱風(fēng)險(xiǎn)較高地區(qū)的種溝灑水裝置,配合開溝同步種溝壓實(shí)裝置使用。進(jìn)行了田間試驗(yàn),揭示了因素對(duì)指標(biāo)的影響規(guī)律,并找到了種溝灑水裝置對(duì)播種質(zhì)量的最優(yōu)參數(shù)組合范圍:灑水量為0.4~0.6 L/m,噴頭類型為扇形噴嘴噴頭。種溝灑水裝置為優(yōu)質(zhì)種床構(gòu)建行間耕播機(jī)的設(shè)計(jì)提供了關(guān)鍵部件支撐。(3)仿形彈性鎮(zhèn)壓裝置及其表面脫附結(jié)構(gòu)研究為解決鎮(zhèn)壓裝置土壤粘附嚴(yán)重的問題,本文從蚯蚓運(yùn)動(dòng)的角度對(duì)蚯蚓減粘脫附進(jìn)行研究和分析,(1)通過對(duì)蚯蚓體表結(jié)構(gòu)特征數(shù)據(jù)進(jìn)行提取,得到蚯蚓頭部和體部環(huán)節(jié)的寬高比數(shù)據(jù),并基于該數(shù)據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)了表面凸起結(jié)構(gòu),進(jìn)行土槽試驗(yàn),揭示了載荷和凸起高度對(duì)土壤粘附量影響規(guī)律,并找到最佳凸起高度為16 mm(h2)。(2)通過MATLAB軟件提取各橡膠凸起在不同轉(zhuǎn)角下的曲率半徑,并繪制其曲率半徑折線圖,分別與蚯蚓體表環(huán)節(jié)曲率半徑折線圖對(duì)比,通過對(duì)比發(fā)現(xiàn),凸起高度h2的曲率半徑折線圖趨勢(shì)與蚯蚓曲率半徑折線圖的相似度最高,從仿生原型的角度解釋了凸起高度h2最優(yōu)的原因。(3)通過理論分析,揭示了鎮(zhèn)壓輪橡膠凸起結(jié)構(gòu)的減粘脫附機(jī)理,從理論分析的角度闡釋了凸起高度不是越大越好的原因。仿形彈性鎮(zhèn)壓裝置為優(yōu)質(zhì)種床構(gòu)建行間耕播機(jī)的設(shè)計(jì)提供了關(guān)鍵部件支撐。(4)種床特性對(duì)玉米出苗和生長(zhǎng)的影響研究對(duì)不同種溝處理方式下表面壓實(shí)程度和灑水量對(duì)玉米出苗和生長(zhǎng)的影響進(jìn)行了評(píng)價(jià)。試驗(yàn)因素為:種溝處理方式、土壤壓實(shí)壓力和灑水量。試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)為:土壤堅(jiān)實(shí)度、土壤含水率、平均出苗時(shí)間、出苗率、平均苗高、根系干重、地上部分干重和根冠比。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,得到播種作業(yè)中進(jìn)行種溝壓實(shí)是必要的;對(duì)于表面壓實(shí)程度,應(yīng)選擇25~50 kg為宜;灑水量的選擇則需要根據(jù)播種前后土壤含水率,可選擇灑水量為0.2~0.6 L/m范圍。該研究為玉米優(yōu)質(zhì)種床構(gòu)建提供了參考,也為配套行間耕播機(jī)的適應(yīng)性改進(jìn)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和借鑒。(5)優(yōu)質(zhì)種床構(gòu)建行間耕播機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)將優(yōu)質(zhì)種床構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)及裝置集成到整機(jī)上,并設(shè)計(jì)了一種適用于東北保護(hù)性耕作模式的優(yōu)質(zhì)種床構(gòu)建行間耕播機(jī)。為驗(yàn)證整機(jī)作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)效果,對(duì)整機(jī)進(jìn)行了田間試驗(yàn),分別研究各優(yōu)質(zhì)種床構(gòu)建關(guān)鍵部件對(duì)播種質(zhì)量、作業(yè)效果或出苗情況的影響,試驗(yàn)表明優(yōu)質(zhì)種床構(gòu)建行間耕播機(jī)的綜合作業(yè)效果顯著優(yōu)于普通行間耕播機(jī)。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S223.24
【圖文】：

第 1 章 緒論究背景及目的、意義究背景是世界主要糧食作物之一，在中國(guó)也得到了非常廣泛的種植。根[1]，2012 年玉米產(chǎn)量首次超過稻谷，至此以后，玉米就一直是我種。國(guó)玉米播種面積上看，近 10 年的數(shù)據(jù)顯示（圖 1.1），2015 年之積逐年增加，并在 2015 年達(dá)到最大值。然而，2015 年 11 月，國(guó)關(guān)于 鐮刀彎 地區(qū)玉米結(jié)構(gòu)調(diào)整的指導(dǎo)意見》，該政策的實(shí)施直 2017 年全國(guó)玉米播種面積的減少。雖然國(guó)家玉米結(jié)構(gòu)調(diào)整政策了全國(guó)玉米播種總面積，但仍然沒有改變玉米作為我國(guó)第一大糧此玉米在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中依然占有不可替代的作用。

圖 1.2 2017 年各省玉米種植面積分布情況[1]國(guó)東北黑土區(qū)是世界僅存的三大黑土區(qū)之一，約占全球總黑土面積的統(tǒng)耕作頻繁耕翻導(dǎo)致了地表裸露、風(fēng)蝕水蝕嚴(yán)重、土壤退化加劇已由開墾初期的 80~100 cm 下降至 20~40 cm，土壤有機(jī)質(zhì)含量由 5右[4-6]；秸稈大量焚燒，導(dǎo)致霧霾加重，環(huán)境污染[7-9]。為保護(hù)和恢復(fù)號(hào)多年連續(xù)聚焦保護(hù)性耕作技術(shù)和東北黑土地保護(hù)，明確提出： 積耕作技術(shù) （2005~2013 年）， 大力推進(jìn)機(jī)械化深松整地和秸稈還田展東北黑土地保護(hù)試點(diǎn) （2015 年）， 擴(kuò)大東北黑土地保護(hù)利用試 年）， 加大東北黑土地保護(hù)力度 （2017~2019 年）。推行以秸稈還核心的保護(hù)性耕作模式并進(jìn)行配套機(jī)具研究對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有義[10-12]。此，開展適應(yīng)東北地區(qū)保護(hù)性耕作條件下的玉米少免耕播種機(jī)具的的。選題意義

吉林大學(xué)博士學(xué)位論文機(jī)具加大研發(fā)力度，開發(fā)了寬窄行種植模式、交替休閑模式等，促進(jìn)及配套機(jī)具的推廣。我國(guó)東北地區(qū)常見的模式包括以下幾種：1）等行距留茬行間交替種植保護(hù)性耕作模式行距留茬行間交替種植技術(shù)[38]是指秋季收獲時(shí)保留原作物根茬（一般30~50 cm）越冬，翌年春季在留茬行間進(jìn)行免耕或少耕（條帶耕）播種形成等行距行間交替種植模式，其播種行距為 65 cm，如圖 1.3 所示由于保留根茬越冬，尤其是留高茬，能夠降低風(fēng)蝕水蝕、蓄水保墑，量，同時(shí)站立的根茬在空氣中更容易風(fēng)化降解。本文所研究的玉米優(yōu)間耕播機(jī)適用于該保護(hù)性耕作模式。

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