（农业机械化工程专业论文）玉米免耕播种喷药联合作业机研究.pdf

摘要 本文针对我国北方一年两熟地区玉米免耕播种和喷药除草需要两次进地，造成十壤压实，作 业成本高等现状研制了一种适用于我国北方一年两熟地区的玉米免耕播种喷药联台作业机，该 机能一次完成秸秆清理、开沟、施肥、播种、覆土、镇压和喷药等多道工序，试验表明，试验样 机工作性能满足免耕玉米播种喷药的作业要求。联合作业方式下播种喷药同时进行，避免了农时 对喷药作业的限制，保证喷药均匀，并且无重喷、漏喷现象。而且这种联合作业方式可以减少田 间作业次数，减少劳动力、机械设备和能源的投入，提高劳动生产率，是降低作业成本、提高 经济效益的有效措施。 样机不仅可以实现联合全喷作业，而且可以实现联合苗带喷药作业。样机已获得国家实用新 型专利授权。 关键词：一年两熟，玉米免耕播种，喷药，除草，联合作业机 a b s t r a c t t h r o u g ha n a l y z i n gc a p a b i l i t yo ft h ep r e s e n ts e e d e r sf o rn o t i l lm a i z ea n ds p r a y e r s ，ac o m b i n e m a c h i n eo fs p r a y i n ga n dn o t i l lm a i z ep l a n t i n gi sd e v e l o p e d ，w h i c hc a nb eu s e di nt w oc r o p say e a r r e g i o n o fn o r t h e r nc h i n a t h em a c h i n ec a no n c ec o m p l e t ep u s h i n ga s i d et h es t a l k ，d i t c h i n g ， f e r t i l i z i n g ，s e e d i n g ，c o v e r i n g ，s u p p r e s s i n ga n ds p r a y i n g t h ee x p e r i m e n tp r o v e st h a tt h ew o r k c a p a b i l i t yo ft h ec o m b i n em a c h i n ec a nm e e t t h ed e m a n do fn o - t i l lm a i z ep l a n t i n g a ss e e d i n ga n d s p r a y i n ga tt h es a m et i m e ，t h ec o m b i n em a c h i n ec a r la v o i dt h er e s t r i c t i o no ft h ea g r i c u l t u r a lt i m ea n d g u a r a n t e et os p r a yi nt i m ew i t h o u to v e r l a pa n dm i s s e s m o r e o v e r , i tc a nr e d u c eo p e r a t i o nw i t hl o w e r i n p u t o fl a b o r ， m a c h i n e r ya n de n e r g y ， a n dh i g h e rp r o d u c t i v i t y t h ew o r k i n gm e t h o do ft h e m e c h a n i s mi sa ne f f e c t i v em e a s u r et or e d u c eo p e r a t i o n a lc o s ta n di n c r e a s ee c o n o m i cb e n e f i t s t h es t r u c t u r a ld e s i g nn o to n l yc a nr e a l i z ef u l l ys p r a y i n g ，b u ta l s oc a nr e a l i z eb a n ds p r a y i n g a n d t h es t r u c t u r a ld e s i g nh a v ea l r e a d yo b t a i n e dt h ea u t h o r i z a t i o no fn a t i o n a lp r a c t i c a ln e w - t y p ep a t e n t k e yw o r d s t w oc r o p say e a rr e g i o n ，n o t mm a i z e ，s p r a y ，w e e d ，c o m b i n e dm a c h i n e 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名时间：1 删年弓月gf 1 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保 留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上 发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名 舌趁 时间：w 扩多年弓月男日 导师签名：彳1 蔓又时间：。，年；月p 日 1 1 保护性耕作概况 第一章绪论 保护性耕作是用大量秸秆残茬覆盖地表，将耕作减少到只要能保证种子发芽即可，用除草剂 控制条草”1 。保护性耕作是一项完全不同于传统耕作的旱地农业抗旱保收新技术。其核心内容是： 在尽可能不搅动十壤的前提下，使用专用的保护性耕作机械播种、施肥；保持尽可能多的茎叶残 茬覆盖地表；必要时进行喷药或表土耕作来改善土壤结构；使用化学药剂除草和防治病虫害，以 达到减少土壤风蚀、减少水土流失，提高土壤肥力，保水、保十、保肥和抗旱能力的目的”1 。 由于保护性耕作实行免耕或少耕，壤耕作的减少，容易滋生朵草和病虫害，防止病虫草害 是保护性工作技术体系的重要内容。其中，病虫害的影响程度与传统耕作模式相比并不突出，而 控制杂草是主要矛盾。控制杂草的措施有两类：一是化学除草，二是机械除草。采用化学除草， 首先要针对杂草类别及其不同生理阶段选择除草剂，再选择气候等因素确定适宜的喷洒时机，以 最低的投入达到高效除草的目的。化学除草搞得好，还可以免除或减少中耕除草作业程序。美国、 加拿大等国家就是在解决了化学除草后。保护性耕作才得以人面积推广应用。但大范围采用化学 除草又会引起污染问题。从国外的经验来看，一方面是开发或者引进新的低毒、低残留高效专用 除草剂，另一方面是机械除草。利用各种形式的除草机械和表十机械切断草根，干扰和抑制杂革 的生& ，达到控制或清除杂草的目的。美国通过这种措施，使除草剂的使用减少了2 3 使污染 问题降到一个可接受的水平。借鉴国外的经验，我们在推广保护性耕作的过程中，应重视合理使 用除草剂防治草害，同时重视利用接茬、倒茬等关键时节，利用机械除草手段，抑制和防治草害， 降低保护性耕作发生草害的风险”1 。 1 1 1 国外保护性耕作的发展概况 保护性耕作被称为世界农业的一次革命，2 0 0 2 年，美国不同形式残茬覆盖的保护性耕作农田 面积占总耕地面积的6 1 ，且每年以3 6 0 万| l i n2 的速度继续增氏。除美国外，还有许多国家和地 区都在大力发展保护性耕作技术。澳大利亚从7 0 年代初开始研究保护性耕作技术，并根据本国 特点研制出整套保护性耕作技术装备。到8 0 年代末该技术已在澳大利亚全面推广“3 。目前， 保护性耕作在北美、南美、澳洲、欧洲、非洲、亚洲推广应用总面积达到了2 4 亿多公顷，取得 了较好效果，其中，美国、加拿人、澳犬利砸、巴西、阿根廷、法国、墨两哥等国推广应用面积 较大。2 0 0 1 年l o 月，联合国粮农组织( f a o ) 与欧洲保护性农业联合会在西班牙召开了第一届世 界保护性农业人会，标志着保护性耕作在世界范围内得到了广泛重视。国外几十年实践证明，保 护性耕作具有促进农业生产发展和防治沙尘暴的双重效果，是当今世界上应用晟广、效益最好的 一项早地农业耕作技术，是人类与自然协调发展过程中的必然选择。 保护性耕作可有效地扼制沙尘暴、减少土壤风蚀与水蚀、抑制蒸发、增加降水蓄存和十壤蓄 水苗，提高作物产量，改善十壤肥力和结构，可以缓解传统耕作对生态环境破坏的压力，具有多 一1 一 中国农业人学硕l 学位沦文第一币绪论 种独特的生态经济作用，是发展可持续农业的重要技术措施。研究资料表明，采j h 作物残茬覆盖 免耕法可减轻土壤侵蚀4 8 ，增加土壤水分贮存4 0 8 0 m m 增加防风蚀能力2 0 以 二，增加地表 土壤有机质含量2 0 3 0 。采用免耕和少耕代替传统耕作时，可分别降低燃油消耗7 0 苯t5 0 以 上，节约劳动力3 0 以上。在干旱条件下，采用保护性耕作措施可以获得较高的作物产量，比传 统方法一般增产2 0 以上”1 。 1 1 2 国内保护性耕作的发展概况 我国是主要的干旱国家之一，干旱、半干旱面积占国土面积的5 2 5 ，主要分布在北方1 6 个省、市、自治区。旱区农业发展存在两大问题，一是旱灾频繁，产量低而不稳，农民生活贫困； 二是水土流失、沙尘暴猖獗、焚烧秸秆造成大气污染。针对我国北方旱区干旱少雨、土地贫瘠、 产量低、水士流失严重的现状，特别是耕作方式不合理的状况，开展保护性耕作的试验研究，进 行大面积的推广是非常必要的。2 0 世纪8 0 年代初，我国农业科技人员借鉴国外经验，进行了免 耕、喷药、覆盖等单项保护性耕作技术的试验研究。在麦地免耕留茬、机械喷药和玉米整秆、f 覆 盖等方面取得了些初步成果。 目前，保护性耕作已在山两、河北、内蒙占、辽宁、陕曲、甘肃等省( 自治区) 进行了试验 示范和推广应用，已初步建立了适应一1 年熟、一年两熟等不同类型早作区，具有中国特色的保 护性耕作技术体系。为了加快保护性耕作的示范推广进程，农业部将保护性耕作列入“十五”期 间重点推广的5 0 项农业技术之中。2 0 0 2 年，在中央财政的支持下，在北方8 省( 市、区) 建直 了3 8 个保护性耕作示范县( 场) 。在此基础上，2 0 0 3 年义增加2 0 个示范县( 场) ，使示范县总数 达到5 8 个，范围涉及1 2 个省( 市、区) ，这标志着我国保护性耕作的示范推广已进入新的阶段。 根据中国农业大学等在山西l o a 的系统试验，保护性耕作的效益主要表现为保水保土的环境 效益、培肥地力的资源效益和增产增收的经济效益。一是减少径流6 0 、水蚀8 0 左右，减少风 蚀，抑制沙尘暴，不烧砖抒，减少大气污染。二是增加土壤贮水量，提高水分利用效率，可增加 土壤有机质、速效氮、速效钾，使土壤团粒结构增多，蚯蚓增多。三是提高小麦、玉米产量1 3 1 7 ，并减少作业工序，降低作业成本，使农民收入增加2 0 - - 3 0 。由此可见保护性耕作是旱 地雨养农业比较适合的方法，生产效益、经济效益、社会效益和生态效益都比较好”l 。 1 2 国内外玉米免耕播种机研究现状 由于保护性耕作的特殊性，如地表覆盖有大量秸秆、地f 有作物根茬等对实现北方旱地农业 的免耕播种提出了更高的要求”1 。除了要有传统播种机的开沟、下种、r 肥、覆士、镇压功能外， 一般还必须有清草排堵功能、破茬入十功能、种肥分施功能和地面仿形功能。 1 2 1 国外玉米免耕播种机的研究现状 国外从2 0 甘纪4 0 年代初就开始保护性耕作的研究，形成了多种，弘式的荐己套机具，随着保护 性耕作优越性的体现，免耕种植面积逐年增大，少、免耕播种机逐渐成熟，随着化学除草剂的发 展和戍热，保护性耕作彳导到了人面积的推广应刖。目前国外的免耕播种机以联合作业机为主，一 一2 一 巾固农业人学坝i 学位论文第一章绪论 次完成破茬、松十、开沟、播种、施肥、撒药等多项作业。国外农场的十地面积一般比较人，拖 拉机的功率也较人，免耕播种机一般是牵引式的，播种机横梁多，多摊开沟器，各开沟器之间间 隔人，播种机又宽义重，播种机是气力式的，十壤工作部件比较复杂。 国外对免耕播种机具的研究已取得较人成就，如美国的j o h nd e e r 、c a s e 、g r e a tp l a i n 、加 拿大的f l e x i c o l l ，澳大利亚的j o h ns h e a r e r ，巴西m a r c h e s a n 等著名公司生产的免耕播种机 的性能都比较优良。国外免耕播种机一般体型大，质量大，多采用牵引式，需要大功率拖拉机配 套播种效率高，适合于大地块使用，如图1 一l 所示，又由于国外农业生产中一般只使用较少的 化肥，每公顷不到l o o k g ，因此在播种机的设计 上大多采用种、肥同施的方式，但我国大部分地 区要求的公顷化肥施用量却达4 0 0 k g 以上，种、 肥同施必然造成烧种。由丁，国外的免耕播种机 从其结构和工作性能等方面均不能适应我国生产 条件。因此无论从国外免耕播种机对我国农业生 产种植方式、土地条件以及经济发展等多种因素 考虑，还是从需要的配套动力来看，或者是从价 格上看，均不适合我国国情。所以，只能根据我 国的具体情况，研制开发适合我国国情的免耕播 聃 n 图卜1 巴西m a r e h e s a n 公司设计的玉米兔耕播种机 12 2 国内玉米免耕播种机的研究现状 2 0 世纪8 0 年代我国开始研究玉米免耕播种 机。目前，不少厂家和研究机构都已经成功的开 发生产出适合一年两熟茯小麦收获后的夏玉米免 耕播种机，其中部分机型可用于一年一熟区的玉 米免耕橘种。相对于小麦免耕播种机来说，玉米 免耕播种机开发困难的一面是玉米秸秆量大、根 茬粗大；容易的一面是玉米行距较宽，有利于防 堵装置的布置。目前成功开发生产的玉米免耕播 种机，主要有以卜几种： 中国农业大学研制的2 b m j f 一4 玉米免耕播种 机如图1 - 2 所示，该机采用专利产品“切草盘+ 图卜22 8 ”。卜4 玉米免耕播种机 轮齿式拨草轮”清草防堵，采用带短翼式开沟铲的“复合型开沟器”实现破茬入土和种肥乖直分 施，种、肥间距在5 c m 以上，可满足大施肥餐f 不烧种子的要求。防堵性能很强，对七壤搅动小， 种肥垂商分布。该机能在秸秆全部粉碎情况r 进行免耕施肥播种玉米。在经过秸秆覆盖量为 1 6 k g m 2 ( 相当于1 吨亩) 的玉米地时，播种机能够正常作业。另有平行四边杆仿形机构实现单体 仿形。该机与铁牛5 5 ( 6 5 ) 拖拉机再己套。 中图农业大学硕f 学位论文 笫一章绪论 2 b f o - m 3 型秸秆锯切式玉米免耕播种机如图卜3 所示，是天津市蓟县农机技术服务站专为保护性耕作 研制开发的一种新型播种机。其突出特点是在播种机 前部设有秸秆锯切装置，解决了前茬小麦秸秆堵塞难 题，可在小麦秸秆全量还田条件下直接播种，取代了 机械化秸秆处理作业工序。一次作业即可完成秸秆覆 盖处理、免耕播种全套作业，特别适台保护性耕作要 求。该机主要由机架、传动轴、传动箱、拨禾机构、 锯切机构、种肥箱、破土铲、开沟器、覆十器、排种 肥传动机构、镇压轮等组成。在拖拉机牵引f ，破土 铲进行破茬松土，同时，前方的秸秆被破十铲挑起， 图卜32 8 。3 型秸秆锯切式玉米免耕播种机 沿起草板上升至刀床，拨禾轮将秸秆强制喂入，锯切盘与刀床配合，将秸秆切断，分向两侧落下， 不再堵塞，使播种机顺利通过。随后，播种开沟器开 出种沟。橡胶地轮通过链条传动，使排种器和排肥器 工作。覆土器、镇压轮完成覆土镇压。本机一次作业 即可完成秸秆处理、破茬松士、化肥深施、开沟播种、 覆十镇压等全套作业。 2 b j 一6 型气力式玉米免耕施肥精密播种机如图 卜4 所示，由哈尔滨市农机厂研制生产。该机采用吉 林丁大研制的专利产品气力轮式排种气体作为排种 部件，主要适用单粒精搔大豆、玉米等。播种行距、 粒距、深度可调，一次可完成开沟、播种、镇压、覆 、施化肥等项作业，换上中耕部件，可进行中耕、 起垄、追肥等作业。结构紧凑，性能可靠，维修方便， 图卜42 8 。一6 型气力式玉米 省工省种。该机为半悬挂机型，行走为悬挂状态，作 免耕施肥精密播种机 业时为牵引状态。前排施肥，后排播种。采用波纹圆 盘破茬和开施肥用沟，在施肥部件前还装有交错双圆 盘分草器：排种部分采用四连杆仿形机构，选用气吹 式排种器，单波纹圆盘破茬，交错双圆盘开沟，压种 轮将种子和湿土贴紧，胶轮覆土镇压。该机结构紧凑， 上作可靠，适用于高茬地或秸秆粉碎覆盖地的免耕精 密播种和侧深施肥。 2 b j m 一6 型免耕精量播种机如图1 5 所示，是由 黑龙江省农业机械t = 程科学研究院研制，该机主要用 丁早作免耕地上或育作物残茬覆盖地上的玉米单条、剁i _ 52 b j m6 型免耕精量播种机 人豆艘条精密播种作业。可一次完成圆盘开沟、侧深 施肥、圆盘破茬、限深开沟、精密种、乐种接墒、镇 压覆十等多项作业。 4 中陶农业人学顾 学位论义 第一章绪论 经过多年研究试验提出的玉米免耕播种技术已受到农民欢迎。通过减少士壤的耕翻次数和拖 拉机耕整地时进地次数，增加了上壤保墒能力，减少了投入成本，降低了能耗。它对一年两熟地 区增产、抢农时及提高机械化作业水平效果明显。 1 3 国内外喷药植保机具研究现状 1 3 1 玉米地杂草类型及国内外灭草方式 随着玉米免耕播种技术的推广普及，玉米苗期杂草发生逐年加重，既有麦收时遗留下来的热 草，义有与玉米同时出土的杂草，杂草发育参差不齐，形成庞大的群落。在华北一年两熟地区免 耕种植玉米前后，正值高温、多雨的农忙季节杂草生长迅速，一般地块每平方米有草6 0 1 0 0 株，高的可达3 0 0 - 5 0 0 株，除草稍有疏忽，极易形成草荒，成为影响玉米产量主要因素之”1 。 玉米田杂草种类较多，包括一年生的野稗、牛筋草、绿狗尾草、画眉草、苍耳、藜、律草、 马齿苋、越年生的黄蒿；多年生的车前草、刺儿菜、苣萁菜、小旋花和莎草等。在玉米地杂草中， 危害性晟大、展难防治的是具有地下根茎的多年生杂草，即使它的地下根茎被切断，仍具有再生 能力”。玉米田杂草生长迅速生长量大，与玉米争水、争肥、争空问，对玉米苗期生长危害较 人，造成苗瘦、苗弱，影响产量返1 0 一3 0 ，因此，必须进行采取有效的除草方式“o 。 防治病虫草害是保护性耕作技术的重要环肖之一。为了使覆盖土地农作物生长免受病虫草害 影响，主要用化学药品防治病虫草害的发生，也可结合浅松和耙地等作业进行机械除草。目前国 外除草新技术有化学除草、地膜除草、塑料绳除草、电流除草、废报纸除草、麦秸和麦糠除草等。 对于杂草控制，美国采用带状喷药的除草技术1 。这种带状喷药技术可以减少除草剂的用量，节 省农药、降低生产成本，提高农药利用率，同时减少对环境的负面影响，缺点是不容易把握喷药 机械与农作物播种同轨迹。 国内则主要采用播后苗前封闭灭草方式，是在玉米播种后出苗前，用喷药机械对玉米地全部 进行药物喷洒，形成个药物封闭层，可有效控制玉米整个生育期间的杂草危害。此种灭草方式 存在着重喷、漏喷而造成的药物浪费、烧苗等现象。 玉米杂草的防治方法有人工、畜力除草和化学除草等三种方式。由丁- 玉米生育期间正值高温、 高湿季节人工、畜力除草十分圃难，而且除草效果也不理想。因为人”r 、畜力除草，草锄下历 若不运出，则很快又重新生长。传统的玉米栽培方法投入大、成本高、效益差，尤其是在人1 ：除 草、铲趟环节上，需耍大量的人力和时间，劳动强度人，条件十分恶劣。而萏力除草时，容易出 现伤苗和压苗现象。实施药剂灭草免中耕技术不仅能省1 ：、省力、省时，改善劳动条件而且能 提高作物的抗逆性，达到增产增收的目的。采用化学除草的方法简便易行，省。r 、省力作业成 本比人l 除草要低，除草效果好，一般能达到9 0 以上，且防治一次。可有效控制全生育期的杂 草。此外，化学除草可减少田间作业伤苗，化学除草一般是伸 i 、出苗前喷药，对幼苗没有损伤。 1 3 2 国外喷药除草植保机具的研究现状 中国农业人学颤l 学位论义第一辛绪论 世界发达国家自上世纪六七十年代起就开始寻求高效、低污染的旋药技术及其机贝的研制 在化防方面，国际上农约正在向广谱、高效、低毒、低残留发展1 。目前重点开发和应用的施约 新技术包括对靶喷雾技术、离心喷雾技术、可控雾滴技术、低量喷雾技术等。 目前发达国家的植保机械以中、大型喷雾机为主( 自走、牵引和悬挂) ，并采用了大量的先进 技术以提高设备的可靠性、安全性及方便性同时满足越来越高的环保要求实现低喷量、精喷 洒、少污染、高工效、高防效“。 ( 一) 大型植保机械和航空植保为主体的防治体系 2 0 世纪中期以后，农业发达国家逐步形成了大型农场专业化生产方式，农业机械化水平很高， 大田农作物的病虫害防治及化学除草采用大型牵引式喷杆喷雾机，如图卜4 所示，喷幅达1 8 3 4 米，药箱容量4 0 0 3 0 0 0 升，作业速度达8 1 0 千米小时，配套拖拉机功率在5 9 4 7 4 千瓦( 8 0 图卜4 大型牵引式喷杆喷雾机 1 0 0 马力) 以上。棉花、水稻及牧草采用农业专片j 飞机喷洒农药，美国拥有农用e 机6 0 0 0 架以上， 日本以直升机为主，构成了以大型植保机械和航空植保为主体的防治体系。果园和啤酒花等经济 作物采用风送式和高架喷雾机喷洒农药。农业病虫草害防治达到了全面机械化“。 ( 二) 植保机械技术先进，配套齐全 随着发达国家工业化技术水平的全面提高，植保机械技术也获得了较大的发展。在大型喷雾 机上，采用液压机构控制喷杆的工作姿态、平衡与稳定，采用电子技术和电脑对作业速度、作业 面积、喷雾压力、喷雾量等进行监测和自动调整，极大地改善了机手的劳动条件，提高了作业效 率和准确性。从液泵到喷头，每一种工作部件都有完整的系列产品，仅喷头就有几十个系列，几 百种规格，可以满足各种作物和药剂的不同喷雾要求，同时大大提高了喷洒质量。各种大型植保 机械都是机、电、液体化的复杂系统，设计完善，制作精美，f 作可靠，操作方便，作业安全 ( 三) 重点发展安全施药，保护生态环境 能否避免施药操作过程中农药对机手的污染以及减少农药流失、飘移对生态环境的污染，是 现代植保机械先进程度的重要标志，主要体现在：1 开发了直接注入式喷雾机：2 在人中型 喷雾机上采用完善的过滤系统； 3 日本在果园和温室中发展无人操作喷雾机：4 在喷雾机上 采川r ”少飘”( l i d 喷头且在喷雾机的喷杆上安装防风屏，使常规喷杆的雾滴飘移减少了6 5 - - 8 1 ： 5 开发了带有药液雾滴同收装置的循环式喷雾机；6 + 对丁i 某些农作物采用了叶片涂 6 中罔农业人学颂j ：学位论文 第一章绪论 抹机械，直接将除草剂涂抹在杂草q l 片上。或对树木采州注射机械，宜接将内吸性农药注射入树 木术质部，依靠其传导作用分散分布于树小整体，减少r 农药进入外部环境的机会； 7 在喷雾 机上安装近红外光电传感器和控制电路，利媚近红外光的反射米辨别行间杂草，通过控制电路控 制喷洒系统。这种光电控制电路也被用于果园喷雾机上。上述新技术的使用，大幅度提高了农药 使用安全性，减少了农药进入空间的机会，保护了生态环境。 ( 四) 化学防治为主体，直视综合防治技术求发展 世界农业发展的实践证明，化学防治是当前农业病虫害防治的主要手段，是综合防治技术的 重要组成部分。从提高效率、节省能源和保护生态环境的目标出发，各国都在积极发展农业病虫 草害的综合防治技术“。 1 3 3 国内喷药除草植保机具的研究现状 新中国成立后，党和政府大力发展农业、 农业机械和植保机械，化学农药施洒机械得。意 到了较快的发展，特别是2 0 世纪9 0 年代中暑： 后期以成倍速度增长( 如图卜5 所示) 。其f b 3 蠢毫 经历了由仿制国外先进产品到自行研制设誊誊 计；由人力手动喷雾器到机动檀保机械和与饕善 拖拉机相配套的人中型施药机械，以及在某 些地区和领域已得到比较广泛麻用的农林航 空施药机械”“。 1 蚺 q 0 q 1 9 q q 年毋 y e 图卜5 植保机械社会保有量增长情况 我国植保机械产品有手动背负式喷雾 器、手动压缩式喷雾器、手动踏板式喷雾器、手摇喷粉器，以及背负式机动喷雾喷粉机、担架式 机动喷雾机、风送式喷雾机、喷烟机、航空喷雾喷粉和超低量喷雾装置等1 0 大类。据农业部f _ 】 统计，手动植保机具约3 5 个品种、社会保有量约5 8 0 7 9 9 万架。由于其结构简单，价格便宜， 适合当前我国广火农村的购买力，因而市场覆盖面很大，约占整个植保机械国内市场份额的8 0 ，担负着全国农作物病、虫、草害防治面积的7 0 以上。背负式机动喷雾机及背负式机动喷 雾喷粉机约8 个品种，社会保有量约2 6 1 7 3 万台：担架式机动喷雾机种类较多，社会保有量约 1 68 2 万台；小型机动及电动喷雾机约6 个品种，社会保有量2 5 ，3 5 万台；拖拉机悬挂式或牵引 的喷杆式喷雾机及风送式喷雾机约1 2 个品种，社会保有量4 1 6 万台；航空超低量喷雾喷洒装置 2 个品种，总保有量不足2 0 0 架；果园固定管道喷雾设备2 个品种，保有量较少。植保机械配套 零部件包括液泵、风机、喷射部件、喷头、喷嘴、防滴装置等约1 5 个品种“”。 国内植保机具与发达国家的差距主要表现在以f 儿点： 1 技术水平低。约7 0 的产品技术水平仅相当丁国际6 0 7 0 年代的水平，只有约1 0 的 产品能够达到国际8 0 年代末9 0 年代初的技术水平。目前国外捎保机械产品较普遍采划的低容鼙 宽喷幅喷洒、全密封自动混药、宽喷幅气帘防飘移、微电脑及液压控制、静电喷雾等技术，盔我 国植保机械产品上还很少使_ 【 ：j 或尚未开始应用。 7 m协阳 g号q堇劈毒 中国农业人学硕j j 学位论义第幸结论 2 专用化、系列化程度低。目前我国植保机械种类较少，产晶单一，专用植保机械还没有 发展起来，人多利用同一机具进行多种不同施药要求的作业。 3 保机械产品的使用可靠性、制造质量、外删质最及制造一r 艺水平均不及发达国家的同类 型产品。主要零部件质量差，类型少，专业化生产程度低。 4 种类少。多数植保机械的喷头仍然是6 0 7 0 年代研制开发的产品，8 0 9 0 年代没有较大 的发展。正是由于这种情况，我国的植保机械往往只配有1 种喷头，无法满足用户多种作业的需 求。 3 硼1 0 - 6 5 0 型悬挂式喷杆喷雾机的药液 箱容量为6 5 0 升，是目前我国喷杆喷雾机中市 场占有量晟大的一种，如图卜6 所示。其特点 是结构紧凑、喷幅适中，较适合目前我国大田 作物的种植规模。它既可进行土壤处理，又可 进行苗带喷雾，由于该机是通过三点悬挂与拖 拉机联接，所以停放时占地面积小“。 图卜63 嗍1 0 _ 一6 5 0 型悬挂式喷杆嚷雾机 我国是一个发展中的农业国，植保机械技 术整体水平与发达国家相比还相差很大根据现时的农业经营规模与体制，应重点丹发高效低污 染的、手动和机动并举的小型植保机械。但随着城镇化水平的提高，农村十地规模经营的扩人， 以及农机作业集团承包服务的发展，应加速开发人中型植保机械。 1 4 研究目f i g s n 意义 1 4 1 选题依据 ( 一) 农时紧张要求实现免耕播种与喷药联合作业 随着保护性耕作技术在我国的逐渐推广相应的保护性耕作机具也得到了较快的发展。目前， 我国已经研制出多种类型的玉米免耕播种机和喷药机，较好的满足了我国北方一年两熟制地区的 需要。旱地玉米保护性耕作的工艺体系主要包括：小麦收获一夏玉米免耕播种一机械喷施除草剂 一田间管理一玉米收获! 由此可以看出对丁玉米免耕播种和喷药这两项作业，在我国北方一年两 熟制地区都是分别进行，需要进地两次，重复压实上壤，需要较长作业农时，容易受到农时限制。 ( 二) 夏玉米田杂草生长规律 夏玉米田女 草一般在5 月上、中旬开始出苗，7 月上句达剑高峰，以后随气温升高及降雨量 加大，出苗数增加，7 月2 0 日左右达到最高值。此后，由于杂草之间的竞争产生群体调节作用， 个体较小的杂草对水、肥、光竞争能力差而死亡，这就使杂草群体数苗减少。杂草出苗越旱在 与作物竞争的时间及宅间上就越- i 有优势，对玉米构成的危害就越人。研究表明，在玉水出曲前 马庸密度1 0 株m 2 时，玉米减产约1 0 。但7 月2 0 日以后再出十的杂草，基本不对玉米，。二苗构 一8 一 中固，农业大学颀i ? 学位论史第一章绪论 i i 成成胁。所以，杂草第一i i 苗高峰到来之前麻除草，尤其应控制玉米出苗前的杂草生艮“”。 ( 二) 常规喷药方法需要改进 玉米地灭草主要是采取播前七壤处理、播后苗前封闭 处理及苗期处理三种方式其中播后苗前封闭灭草约占整 个灭草的一半以上。播后苗前封闭灭草是在玉米播种后出 苗前，用喷药机械对玉米地喷洒药物，形成一个药物封闭 层，达到灭草目的。此种灭草方式存在着重喷、漏喷现象， 如图卜7 所示。除草剂的大量施用，不但造成生产成本的 提高，而且直接危害人畜健康、污染农产品，污染环境和 水质。对于杂草控制，美国现在主要采用的喷药除草技术 叫带状喷药，而不是往整个地里喷。为了减少除草剂的使 图卜7 重喷、漏喷示意图 用量，也为了使它更有效。这种带状喷药技术可以减少除草剂的用量，节省农药、降低生产成本， 同时减少对环境的负面影响。 1 4 2 研究意义 玉米免耕播种喷药联合作业机是在玉米免耕覆盖播种的同时完成喷药作业，将瓶项作业合i 为一，实现播种、喷药一次完成，减少作业次数和对土壤的重复压实，缩短所需作业农时：有效 解决喷药重和漏的质虽问题，提高农药利用率；节省劳动力、机械设备和能源的投入降低劳动 消耗，降低作业成本；能在一定程度上减少单独喷药作业时对作物的损伤，有利于作物的生长： 能够提高大功率拖拉机的功率利用率；因而具有明显的经济效果和问接的增产作用。对丁大面积 推广和应用保护性耕作法，进一步完善玉米免耕播种和喷药技术具有非常重要的意义。同时，进 行玉米免耕播种喷药联台作业机具的研制和试验研究，进而可以找出一套比较完善的、适合我国 北方一年两熟地区的技术规范、规程和方塞，发现存在的不足，对于机具进一步的优化设计具有 重要的现实意义。 1 4 ，3 研究目的 本课题的目的就是在现有的比较成熟的玉米免耕播种机基础上，研制种适合我国北方一年 两熟制地区的玉米免耕播种喷药联合作业机，达到提高劳动生产率，降低作业成本、提高经济效 益的目的。 1 5 研究内容及技术路线 本课题的主要任务是研制开发出能够与4 4 k w 以上拖拉机配套的玉米免耕播种喷药联合作业 机。该联合作业机能在一年两熟地区针对免耕玉米一次完成种床秸秆清理、开沟、旌肥、播种、 覆十、镇压和喷药等1 序。本课题的主要研究内容如f ： 1玉米免耕播种喷药联合作业机基础机型选择； 2 玉米免耕播种喷药联合作业机喷药结构系统设计； 3 玉米免耕播种喷药联合作业机整机结构设计及性能分析 4 田问对比试验及其结果分析； 5 结论与建议。 技术路线如图1 8 所示 1 6 本章小节 圉卜8 技术路线 在介绍了国内外保护性耕作技术研究概况以及国内外免耕播种机和喷药机的研究现状的基 础上，阐述了本课题研究的依据、意义、目的、主要内容和方法。目前我国北方一年两熟地区的 玉米免耕播种和喷药这两项作业都是分别进行，国内尚没有一种能够适瑚于保护性耕作一次性完 成种床秸秆清理、开沟、施肥、播种、覆土、镇压和喷药等多道t 序的联合作业机。结合我国一 年两熟推广保护性工作对喷药技术的要求，提出了一种玉米免耕播种喷药联合作业机的设计方 案，经分析论证，这种设计方案不仅有较人的市场需求，而且其技术可行。 1 0 中国农业大学硕上学位论史 第二幸下米免耕播种喷药联合作业的可行性分析 第二章玉米免耕播种喷药联合作业的可行性研究 玉米免耕播种喷药联合作业机的设计思想是在分析我国北方一年两熟地区玉米免耕播种 机具、喷药植保机具发展状况后，根据保护性耕作耍求。结合我国j 七方一年两熟制农业技术要 求而提出来的。其基本原理就是在现有的玉米免耕播种机和喷药机的基础上，采用播后苗前的 喷药灭草方式，将玉米免耕播种和喷药这两项作业技术结合起来。本章主要从农艺、结构设计、 经济和社会效益等方面研究玉米免耕播种喷药联台作业的可行性。 2 1 一年两熟地区玉米免耕播种工艺体系 2 1 1 我国保护性耕作技术工艺体系特点 中国特色的保护性耕作体系指该作业工艺和机具能满足我国及第三世界国家地块小、动力 小、经济欠发达、既要保持水土又要提高产量的要求“。其特点为： 1 ) 用小型机具在小地块上实现了保护性耕作。 2 ) 保护性耕作能在贫瘠土地上获得较高产晕，澳大刹弧、加拿大等国的旱地十壤有机质 多在2 以上，保护性耕作小麦产量1 5 2 t h m 2 ，而我国旱地土壤有机质一般在1 左右，但保 护性耕作产量达2 3 t h m 2 ，主要措施是我国施肥量大。经过对种肥分施安全距离、肥料位置的 研究，开发出了具有自主知识产权的“种肥垂直分施开沟器”，化肥施在种子正下方3 5 c m 处， 解决了大施肥量和深施肥的难题。 3 ) 需要表土作业，改善免耕播种质量。试验发现，收获机或拖拉机要进地作业，常常在 土壤表面压出许多沟辙，造成播种深浅不一，甚至缺苗断垄，在秸秆量太大或分布不均的情况 下，播种机还会出现堵塞也影响播种质量。因此在部分情况下需要增加表士作业，以减少地表 秸秆覆盖量、消除地面不平和消灭杂草方面，取得了积极的效果。如圆盘耙作业，耙后地表疏 松、沟辙消除、一次可降低秸秆覆盖率1 5 2 4 ：旋耕机浅旋对平地、粉碎及混合秸秆效果 良好，但杀死蚯蚓，破坏土壤结构；浅松作业切断草根、消灭杂草、疏松表土，松后地表比较 平整，秸秆覆盖量降低很少。 4 ) 综合防治杂草。我国农业劳动力相对富裕，除草剂的效率、性价比较国外差，结合我 国农村经济状况，以及除草剂的性能、价格等，住我国实施保护性耕作廊采取除草剂、机械、 人丁除草相结合的方式。特别是把除草和表_ 十作业结合起来的方式例如播种前有杂草时，结 合耙地或浅松作业既完成表土作业，又消灭了杂草，一举两得，可以减少除草剂用量i 。 2 1 2 华北一年两熟保护性耕作工艺体系 经过近儿年试验研究，我国华北一年两熟地区保护性耕作技术工艺体系主要有以f 三种模 式1 1 ： a 麦免耕播种一田间管理一联合收割机收小麦一夏玉米免耕播种一机械喷施除草利一田 中国扯业人学颂l 学位论立 第一带玉米免荆捕种喷药驻台作业的可行性分析 闸管理一机收毛米+ 粉碎粘秆一小麦免耕播种。 这种模式基本上实现了两茬平作全程机械化，有利于抢农时，保播种，j 7 动生产率高。| _ j 时还可实现秸秆还田覆盖，有利于改善土壤结构，提高地力。这种模式适宜经济发达、规模经 营地区。目前仅有少量试验，是未束发展的一个方向。 b 小麦免耕播种田间管理_ 联合收割机收小麦一夏玉米免耕播种- 机械喷施除草剂呐 田间管理_ + 人工收穗+ 人工或机械割收秸秆一小麦免耕播种。 这种模式机械化程度也比较高，适应了农业结构调整的需要。比较适用十一定规模经营地 区。农业和畜牧养殖业并举，经济比较发达地区。 c 普通播种机种小麦_ + 田间管理_ 联台收割机收小麦一+ 夏玉米免耕播种_ + 机械喷施除草 剂一 h 间管理_ + 人工收穗+ 人工或机械割收秸秆一浅旋耕作业_ 普通播种机种小麦。 这是一种少耕法模式。在收玉米种小麦时，人t 割收或机割人收秸秆后，用旋耕机浅旋 作业，同时播种小麦。这种模式机械化程度低一些，机具进地次数多，保墒效果差“”。 21 3 旱地玉米保护性耕作的工艺体系分析 口前我国己经研制出多种类掣的玉米免耕播种机和喷药机，能较好满足我国北方年两 熟制地区的需要。由毗上分析可必看出，旱地玉米保护性耕竹的工艺体系“主要包括： 小麦收菠一夏玉米免耕播种一机械喷施除草荆一田间管理一玉米收获 其中，玉米免耕播种和机械喷施除草剂两项作业分别进行，需要进地两敬，重复压宴十壤 需要较长作业农时。机械喷施除草剂是在玉米播种后出苗前，用喷药机械对玉米地牟_ 部进行药 物喷洒r 形成一个药物封闭层可有效控制玉米糕个生育期间的杂草危害。作业要求是在播种 后出苗前喷洒除草剂，遇有大风天不宜喷涌；雨后喷洒应视土壤温度情况+ 凡在四人踩、车 乐后而使七壤形成泥块的条件下，不应喷洒。因此容易受农时限制，喷药晚会造成烧苗，喷不 上药则会造成杂草争水争肥，严重影响出苗率的情况，而且还需要在口问实施其他除草方式， 容易出现压苗、伤苗现象。 2 1 4 基于联台作业机的一种新型旱地玉米保护性耕作的工艺体系的提出 鉴于以上对华北一年两熟地区保护性耕作技术t 艺体系分析提出了玉米免耕播种喷药联 合作业机研究，通过对现有比较成熟的玉米免耕播种机和喷药机械分析，研制一种适台我国北 方一年阳熟制地区的玉米免耕插种喷药联台作业机，可以在玉米免耕播种的同时完成喷药作业， 将两项r 艺过稃合一为 ，空现播种、疃药一次完成。这种播种和喷药一次完成的耿合作业， 就能够保证喷蓟及时。不会出现喷晚或喷不上的情况，避免了农叫限制。冈此可以形成一种新 型早地玉米保护性耕作e 艺体系：小麦收获一夏玉米免耕播种、喷药一h 问管理一玉米收获。 2 2 灭草技术及药液使用 221 玉米田问常见革害分析 中国农业人学硕 。学位论立 第一章1 i 米免耕插种喷药联合作业的口，彳性分析 小麦一玉米一年两熟粮田是华北地区的主要种植方式。为了充分利用光热及 一地资源，提 高全年作物产量，小麦收获后，不翻动士壤免耕“贴茬”播种玉米。人部分农田在小麦收获前 就有一部分杂草出十，这部分杂草在麦收后不整地的情况f ，将继续生长在玉米田。夏玉米播 种前后正值高温多雨季节，这时杂草生长迅速，大草、新草往往对玉米苗的生长构成威胁1 “l 。 主要杂草类型有1 4 科，2 8 种以禾本科、藜科、苋科为主，包括升马唐、牛筋草、反枝苋、 马齿苋、苘麻、铁苋菜等。 2 2 2 玉米地常用除草剂 乙阿合剂是一种理想的王米田高效除草剂，它杀草范围很广，能有效防治；黎、克、寥、 马唐、劁儿菜、狗尾草等一年生多种杂草，一次藏药即可控制整个王米生育期杂草危害，对玉 米生长无影响。在防除免耕玉米田杂草时普遍采用乙阿合剂播后苗前土壤处理的方法，如土干 要增加用水量或喷药液后复喷水一次。丽前或雨后旅药效果更好”“。乙阿合剂常量( 1 5 0 2 0 0 ml ，亩) 下对玉米田未出十的杂草防效较理想，但对已山土的3 叶期以上的杂草却防效甚微， 以致于免耕玉米田在喷施乙阿合剂后仍会发生草害，降低作物产量口”j ，因此，免耕播种玉米 在喷乙阿合剂有时效果不根理想。 4 1 农达( g l y p h o s a t e ) 水剂是由美国孟山都公司生产的灭生性传导型除草削。该药剂属 有机磷类，具有良好的触杀及传导性，药剂喷施到杂草茎叶上后会很快传导剑杂草根部，使其 全株枯死；该药施入七壤即刻钝化对朱出土的杂草无封闭效果”。 农达与乙阿台剂混用，由于农达对已出土杂草的触杀作用及乙阿合荆对未出土杂草的封闭 作用，使免耕玉米田杂草得以很好控制。农达与乙阿合剂按不同比例混合，随混用剂量的增加， 对单子叶及阔叶杂草的株数防效提高“。在实际应用中两药荆的用量应根据田间杂草密度、麦 茬高度、土壤湿度、有无降雨等进行调整。在玉米上茬小麦播种密度较大、穗数较多的情况f ， 小麦收获后田间杂草密度小，植株高度较低，这时只喷施乙阿合剂也可起到理想的除草效果， 为降低除草成本，可以不必喷旃农达”“。农达是一种灭生性除草剂，在杀死杂草的同时，喷施 到已出土的作物茎叶上会影响作物生长，必须在玉米播种后出苗前使用。 2 3 联合作业机的结构设计方案分析 2 3 1 整机结构设计 玉米免耕播种喷药联合作业机主要：拖拉机、 开沟装置、施肥装置、播种装置、药液箱、液泵、 喷杆等组成，如图2 一l 所示。为了提高联合作业枧 f 作效率，药液箱的体积人小主要依据肥箱、种箱 图2 1 玉米免耕播种喷药联台作业机 人小硬作业速度设计，一般为2 8 0 l 一3 5 0 l ，可以实 现加种、加约同时进行而不影响正常的播种【：设；拖拉机后丽机具部分重量为7 5 0 k g 。将弱 液箱放在拖拉机止前方，在不明显影响驾驶员规线和机组转弯角度的情况f ，不仅结构美观而 中国农业人学坝j ：学位论文 第一章玉米免耕捕种喷药联合作业的n j 行性分析 且可以作为整机的配重，使机下。i ：作更加平衡、稳定( 具体分析弛第四章总体机构设计部分) 。 位于拖拉机后侧主梁架上的喷约相关机构的重量约，i 拖拉机后面机具部分总重量的3 2 ，对 播种施肥的深度不会有显著影响。同时，单独设计的喷药系统支架直接与联合作业机主梁相连， 这样可以减少联合作业在水平方向造成的相互影响，保证播种、喷药的质量。 2 3 2 喷药系统结构分析 喷药系统主要包括喷药箱、过滤器、喷药泵、喷 嘴、喷杆、输液管、调节阀、分配阀、搅拌器等。拖 拉机动力输出轴输出动力驱动液泵，液泵从药液箱中 吸取农药，药液通过药液管路和调节阀、分配阀后分 为二路，一路通过药液管路经喷杆供给喷嘴实现喷药； 一路药液经分配阀回到药液箱，从而完成喷药过程。 其中药液箱放置在拖拉机正前方，液泵固定在机具主 粱上，调压阀、分配阀等安装在喷药系统支架上，喷 杆则通过喷药系统支架安装在镇压轮后侧如图2 2 所 图2 2 喷杆安装位置 。 联合作业机在开沟、施肥、播种、镇压后，再喷药。经过镇胝后再喷药，这样可以保证药 液不喷在种子上，从而避免烧种现象，保证喷药质量。联合作业机这种结构可以保证喷约与播 种沿相同轨迹运动，有效地避免喷药重、漏的质量问题，提高r 药层均匀度。 2 4 联合作业对玉米生长的影响分析 在田间对比试验中，