玉米免耕播种机振动特性及对排种器排种性能的影响

为研究玉米免耕播种机振动特性以及振动对排种器漏播指数和重播指数的影响,搭建一套由振动加速度传感器、电荷放大器、USB采集卡组成的播种作业振动测试系统,在玉米免耕播种机免耕地表作业时进行振动测试采集播种作业的振动信号。因田间工作环境复杂,使用经典滤波法中的IIR滤波器滤除所采集振动信号中其他高频干扰信号,对田间采集振动信号进行时域分析,均方值作为时域分析指标值。结果表明:振动加速度均方根随着作业速度和旋耕机转速的增加呈线性增加,旋耕机转速和作业速度是引起玉米免耕播种机振动的主要因素,影响顺序为:旋耕机转速>作业速度。使用二次积分法对田间采集信号进行分析,得出播种机作业时最大振动位移为16.004mm,对振动信号进行频域分析,使用直接法求出功率谱密度。结果表明:玉米免耕播种机振动频率主要在0~100Hz之间,频率分布与旋耕机转速影响较大。根据田间振动信号所得工作参数搭建振动试验台,以播种机振动频率、振动幅值、作业速度为试验因素,合格指数、漏播指数为评价指标进行3因素3水平响应面试验。结果表明:作业速度、振动幅值和振动频率对合格指数和漏播指数影响较为显著。各因素对合格指数影响顺序为:振动幅值、作业速度、振动频率;各因素对漏播指数影响顺序为:振动幅值、振动频率、作业速度。研究结果可为降低玉米免耕播种机振动和优化指夹式排种器提供理论参考。

西北旱塬免耕的产量效应受降水特征和施肥显著影响

【目的】在冬小麦-夏春玉米轮作体系,研究不同降水年型条件下西北雨养农业区耕作与施肥对作物产量的影响,为西北旱塬作物高产稳产提供理论依据。【方法】基于2005年甘肃陇东旱塬设置的土壤耕作与培肥长期定位试验(3年冬小麦—1年春玉米),主处理为传统耕作和免耕,副处理为不施肥(CK)、单施氮肥(N)、单施磷肥(P)、单施农家肥(M)、氮磷配施(NP)和氮磷配施农家肥(NPM)。结合对冬小麦和玉米产量的分析,探究不同耕作与施肥处理下作物产量在不同降水年型的差异机制。【结果】降水年型、耕作和施肥方式显著影响冬小麦和玉米产量。无论何种降水年型或耕作方式,配施有机肥的NPM处理作物产量(冬小麦3441 kg/hm^(2),春玉米8991 kg/hm^(2))均显著高于其他施肥处理,并且NPM处理对作物的增产效果在丰水年型更为明显。在丰水年型,相对于传统耕作,免耕处理的作物产量无明显差异,但在干旱及平水年型下,免耕冬小麦平均产量分别下降了15.6%和25.7%,玉米平均产量分别下降了17.9%和4.6%;与传统耕作相比,免耕处理下的冬小麦和玉米水分利用效率在干旱年型分别下降了6.7%和17.0%,冬小麦水分利用效率在平水年型下降了24.0%。免耕处理下土壤有机质、全氮、全钾、速效氮、速效磷和速效钾含量显著高于传统耕作。【结论】在西北半干旱雨养农业区,干旱及平水年型免耕虽然提高了土壤养分含量,但降低了作物水分利用效率,这是导致作物产量降低的主要原因。因此,需要根据降水情况选择耕作方式,提高西北黄土旱塬作物产量的稳定性。

免耕技术对三大粮食作物的区域产量效应及其影响因素的Meta分析

免耕是保护性耕作的核心技术之一,了解免耕对中国粮食作物产量的影响对于保障国家粮食安全和推广应用免耕技术具有重要意义。该研究通过收集整理1995—2023年间国内外公开发表的文献数据,以传统耕作(翻耕、旋耕、耙耕,深度<18 cm)为对照,应用Meta分析方法,定量研究了免耕对中国三大粮食作物产量及产量构成的总体和区域影响,并对其影响因素进行了解析。结果表明:1)在全国范围内,免耕对小麦、玉米和水稻三大粮食作物的产量影响均不显著,但按区域分析,免耕分别显著提高了西南和西北区4.1%和2.2%的小麦产量,显著降低了东北、西北和东南区2.4%、2.6%和3.5%的玉米产量,显著降低了东南区1.0%的水稻产量,而对华北区的小麦、玉米产量以及对其他区域的小麦和水稻产量影响均不明显。2)免耕提高或降低作物的产量效应主要是显著提高或降低了有效穗数的结果,而对穗粒数和千粒质量影响相对较小。3)年均降水量是造成免耕小麦和玉米产量区域性差异的主要因素,贡献度分别为12.7%和13.6%,土壤有机碳含量是影响免耕水稻产量区域性差异的主要因素,贡献度为16.2%。在年均温度≤10℃、年均降水量≤400 mm、土壤养分含量较低(有机碳含量≤10 g/kg、全氮含量≤1 g/kg)的西北区,免耕显著增加了一年一熟制和连作种植下的小麦产量。较低年均降水量(≤400 mm)虽然能促进西北区玉米产量的提升,但该区较高的土壤pH(pH>8)及一年一熟或两年三熟的玉米种植模式,均会导致免耕玉米产量的显著降低;东北区和东南区玉米产量的降低则又分别受低温(≤10℃)和高温(>15℃)的影响。较高的年均降水量(>800 mm)、土壤养分含量(有机碳含量>15 g/kg、全氮含量>1.5 g/kg)和氮、钾肥投入量综合影响东南区免耕水稻的产量效应。因此,免耕技术的应用需要综合考虑作物类型、区域气候、土壤肥力特征和种植制度等因素。研究结果可为免耕技术在不同农区粮食作物上的推广应用提供科学依据。

侧深施肥直斜偏置式免耕播种开沟器设计与试验

采用侧深施肥技术,施肥铲作业后播种带两侧土壤高度不一致,易加剧播种机横向偏摆,进而导致播种深度均匀性和播种横向一致性较差。为解决上述问题,该研究设计了一种直斜偏置式免耕播种开沟器。该开沟器主要由切土斜刃、挡土定位板、偏置推土板等组成,作业时滑切土壤并将其推移至肥沟一侧拓宽种沟,避免种子落至肥沟后位置过深,提高播种质量。通过离散元仿真试验,以前进阻力、肥沟回土深度、种沟回土深度为试验指标进行二因素五水平正交旋转组合试验,得到斜刃滑切角为37°、偏置角为15°时开沟器作业性能最好。在最优参数下与双圆盘式、尖角式开沟器进行田间作业性能对比试验,相对于双圆盘式和尖角式开沟器,直斜偏置式开沟器播种深度变异系数分别降低41.12%、19.41%;播种横向变异系数分别降低39.00%、28.41%;前进阻力分别降低7.26%、28.20%;作业后肥沟与种沟回土深度分别提高9.47%、13.68%和33.33%、7.14%。试验结果表明,该开沟器可以减小前进阻力,增加肥沟与种沟回土,提高播种深度均匀性和播种横向一致性,可为播种开沟器的设计提供参考。

北方地区小地块小麦-玉米通用免耕施肥播种机研发

针对我国北方部分农村地块小且分散、大中型机械化作业难度大、配套动力小等问题,研发了一种小麦-玉米通用免耕施肥播种机,确定了整机总体设计方案与工作原理,并对旋耕装置、离合器等关键部件进行了设计与选用。在免耕小地块分别对小麦、玉米进行了播种试验,田间试验数据表明:玉米和小麦的种肥深度和种肥间距均能满足播种质量要求。该机一次作业能够完成破茬防堵、种肥分施、覆土镇压作业。旋耕装置能够解决播种时开沟器堵塞问题,离合器的使用提高了机具的工作效率,选用小麦玉米两用外槽轮式排种器,提高了该机使用率,施肥播种质量稳定,基本满足了地块较小且分散的农村地区保护性耕作下免耕作业的农艺要求。

连续多年免耕与轮作对土壤肥力的影响研究

为研究保护性农业技术对土壤养分的影响,在宁夏引黄灌区开展麦—稻水旱轮作双免耕(以下简称麦稻轮作免耕)11年定位试验,采用常规土壤养分测定方法,对连续多年麦稻轮作免耕下土壤养分、质地、pH等指标进行检测。结果表明:连续多年麦稻轮作免耕和常规耕作(CK)0~20 cm土层土壤质地差异不明显。与CK相比,连续7年麦稻轮作免耕后,0~10 cm,尤其是0~5 cm表层土壤养分有显著的提高,而且这种增加趋势在深层土壤中也有所体现。此后连续4年冬小麦单作免耕(共计11年免耕)下,土壤有机质、全氮、全钾质量比呈现随时间推移下降的趋势;全钾、速效钾质量比低于CK;有效锌、有效锰、有效铜质量比呈下降趋势,有效铁质量比却呈略上升的趋势;全磷、速效磷质量比高于CK,并且呈逐年上升趋势。可见,免耕与合理轮作是保护性农业中的一项基本原则。

玉米免耕技术对土壤生态学效应的研究进展

免耕栽培是一种节本增效、环境友好、保护土壤的技术模式。从免耕技术对土壤肥力、土壤水热性能和田间微生物群落的影响三方面梳理国内外关于玉米免耕技术对土壤生态学效应影响的研究文献,发现有研究偏重于免耕栽培技术可以显著提高土壤有机质含量、土壤保水能力和田间微生物活性,显著减少农田氨挥发,降低土壤容重等方面,但我国幅员辽阔,地域差别很大。因此,玉米免耕栽培的研究和应用在地域的综合考虑方面略有不足,今后应根据各地的自然条件和技术水平确定适合当地发展的免耕栽培方式和栽培制度,以实现农业可持续发展。

玉米免耕播种技术推广应用初探

1免耕播种技术原理和优点1.1原理免耕播种技术是在耕地表层不进行深翻的情况下,使用现代化种植机械进行直接撒种。在播种前需要进行除草和松土处理,以便将种子和营养土覆盖物一起撒施在耕地表面。这样能够保持土壤完整性和肥力,并为作物提供充足的水分、氧气和营养物质。播种后需要进行覆土处理,以保证种子有良好的接触和保湿,以便种子发芽生长。其原理主要包括以下几个方面:(1)直接播种:玉米免耕播种技术不需要进行耕地、整地等前期准备工作,而是直接将种子投放在地面上,然后通过覆盖膜等技术手段保护种子。

国内免耕气力式精密播种机技术现状及发展趋势

【目的】国内相关研究人员对气力式排种器的结构进行了大量研究,免耕气力式精密播种机技术水平明显提高,但仍没有在国外技术基础上再开发的适合国情的机型。【方法】详细梳理了国内免耕气力式精密播种机技术现状,分析了国内免耕气力式精密播种机研发制造存在的问题,并介绍了4种国内最新免耕气力式精密播种机的结构特征和技术创新。【结果】国内免耕气力式精密播种机破茬越障能力增强、作业速度明显提升、大量采用电传动排种器、作业可靠性提高,但仍存在智能化程度低、关键工作部件研学多创新少、缺少新材料和新工艺的应用等问题。【结论】本研究可为今后国内免耕气力式精密播种机的设计研究提供参考和指导,未来可加强电机驱动气力式排种器以及材料学和加工工艺的研究,开发使用更先进的播种算法及便捷式控制系统,综合运用大数据、人工智能、云计算和自动控制等现代技术手段,以推动国内免耕气力式精密播种机向智能化、高效化方向发展。

玉米免耕精量播种机排种器及播种监控系统的使用问题分析

排种器是玉米免耕精量播种机最关键的部件,是实施播种作业监测的重点内容。该文通过论述目前应用在玉米免耕精量播种机上的排种器类型及检查维护方法,介绍播种机上常用的监测设备,目的是减少漏播或重播现象发生,提高播种机的播种精度,推动精量播种机向自动化、智能化方向发展。同时,提出目前免耕精量播种机上应用的排种器及监控系统存在的问题及解决思路,为免耕精量播种机的改进和研发提供参考。

免耕播种机播深智能控制系统设计

免耕播种机作为免耕播种技术的核心装备,播种深度的精准控制直接影响作物的生长发育。为了进一步提高免耕播种机智能控制系统的稳定性,构建免耕播种机播深自动控制系统,系统阐述其工作原理与流程,并对关键控制模块及设备进行设计与选型。系统测试试验表明,该系统通过充分利用先进的传感器和算法技术,系统响应时间在0.12~0.18 s之间,能够根据不同作物和土壤条件,自动调整播种深度,并取得了良好的播种效果和产量表现。

免耕播种机可调节式覆土镇压装置的设计

播种时覆土镇压作业的质量对作物出苗和产量具有一定影响。针对现有的播种机覆土镇压装置作业效果不佳的问题,设计一种可调节式覆土镇压装置,并在整体结构优化改进的基础上,增设镇压力测控系统,以期在作业过程中实现自动调节,从而提高覆土镇压作业质量。

电驱排种施肥免耕播种机保护性耕作效果试验

针对保护性耕作技术要求,应用自主设计的气吸式电驱动排种施肥免耕播种机进行了保护性耕作效果试验研究。对控制系统进行调试,计算电驱动排种控制系统播种间距调节误差,检测免耕播种机作业效果,监测试验地块出苗率与产量。研究结果表明:在高留茬秸秆全量覆盖还田免耕播种模式下使用自主设计的免耕播种机进行作业,播种间距、播种深度和种肥间距合格率均能达到农艺要求,试验地块产量较相邻传统耕作模式地块产量高4.3%。研究结果可为免耕播种机设计和保护性耕作技术推广提供参考。

丹东地区免耕播种机的应用现状和问题分析

一、丹东地区免耕播种机应用现状1.免耕播种机拥有量情况。随着全国机械化深松技术、保护性耕作技术的推广,免耕播种机的质量及性能有了长足进步与提高。在国家相关政策推动下,东北黑土地保护性耕作行动计划实施已是第四个年头,累计落实40多万亩保护性耕作项目,涉5个1000亩县级应用基地,12个200亩乡级基地。保护性耕作的核心技术是免耕播种技术,近年来免耕播种机得到快速发展,2024年丹东地区免耕播种机增加30%以上,截至2024年6月,丹东地区免耕播种机达到60余台,其中,吉林康达两行、四行机共18台,德邦大为两行机6台,勃农免耕播种机8台,阿波斯免耕播种机3台,以上基本是高性能免耕播种机。

基于IWHO-EKF的高速免耕播种机播种深度监测系统研究

为解决免耕播种机高速(12~16 km/h)作业时因地势起伏造成机械振动与传感器测量误差导致的播种深度监测系统精度降低,以及单一传感器监测可靠性较差的问题,研究了一种基于改进野马算法(Improved wild horse optimizer,IWHO)优化扩展卡尔曼滤波器(Extended Kalman filter,EKF)中关键参数Q_(sigma)、R_(sigma1)、R_(sigma2)、R_(sigma3)的多传感器数据融合算法(IWHO-EKF)的高速免耕播种机播种深度监测系统。首先,建立以激光、超声波与角度传感器为多传感器监测单元的播种深度监测模型;其次,通过卡尔曼滤波算法对3个单一传感器分别滤波;最后,提出一种加入莱维飞行与高斯变异的IWHO-EKF算法,将滤波后的3个单一传感器进行数据融合,从而解决机械振动干扰与传感器测量误差降低的问题,同时充分发挥多传感器融合信息,确保免耕播种机高速作业时实现高精度、高可靠性播种深度实时监测。为验证其优越性,通过IWHO-EKF算法与单一传感器监测、单一传感器滤波和WHO-EKF算法进行仿真对比试验与田间试验。仿真试验表明:基于IWHO-EKF的高速免耕播种机播种深度监测算法平均绝对误差为0.073 cm,均方根误差为0.090 cm,相关系数为0.983,实现了高精度监测,且精度相较于传感器原始监测值、滤波值与WHO-EKF算法均显著提升。田间试验结果表明:基于IWHO-EKF算法的高速免耕播种机播种深度监测系统相较于3个单一传感器监测值,平均绝对误差和平均均方根误差分别降低0.063 cm和0.067 cm,同时平均相关系数提升0.027,该系统能够提高播种深度监测系统的精确性和可靠性。

免耕对不同麦玉轮作农田土壤碳组分及理化性质的影响

为探讨耕作及轮作方式对农田土壤理化性质和碳组分的影响,设置免耕和传统耕作2种耕作方式,以及小麦–玉米轮作、小麦/玉米间作、小麦–冬油菜–玉米轮作3种种植模式共6个处理进行试验。结果表明:与传统耕作相比,免耕增加了0~5、5~20 cm土层全氮、全磷、速效磷和水分含量,降低了土壤pH和容重。免耕小麦/玉米间作(NT.W1/NT.WM.1)处理的土壤容重、含水量、全氮、全磷含量高于免耕小麦–玉米–冬油菜轮作(NT.WRM3)和免耕小麦–玉米轮作(NT.WM5)处理,在不同土层间,土壤全氮、全磷和速效磷含量随着土层深度的增加而降低。土壤碳组分含量总体表现为免耕处理高于传统耕作处理,在0~5 cm土层免耕处理土壤有机碳、颗粒有机碳、可溶性有机碳、微生物生物量碳含量较相应传统耕作处理分别增加了1.31%~36.57%、2.07%~35.22%、2.38%~4.78%、2.08%~11.68%,在5~20 cm土层免耕处理土壤有机碳和微生物生物量碳含量高于传统耕作处理。在不同免耕处理下,土壤有机碳、颗粒有机碳和微生物生物量碳含量在0~5、5~20 cm土层总体表现为NT.WM5处理高于其他免耕处理。相关性分析表明,土壤有机碳、微生物生物量碳和速效磷含量呈极显著正相关,容重和有机碳含量呈极显著负相关。综上,免耕小麦/玉米间作利于改善土壤理化性质,免耕小麦–玉米轮作有利于提高土壤有机碳、颗粒有机碳和微生物生物量碳含量。

播种时期对免耕飞播油菜生长与产量的影响

针对稻油轮作体系中油菜播种窗口期选择的问题,本研究旨在确定免耕飞播模式下适宜的油菜播种时间,以解决茬口紧张导致的迟播问题。本研究于2020—2022年油菜季在湖北武穴和黄陂开展了3个田间试验,均设置8个处理:水稻收获前后1、3、5、7 d播种。研究评估了不同播种时间对冬油菜产量及其构成因素和生长发育的影响。研究结果表明,不同播种时期处理的油菜籽产量差异显著,水稻收获前3 d至收获后3 d是飞播油菜最佳的播种时段,该时间段内播种的油菜平均产量比其他播种时间处理高出28.3%。单株角果数是水稻收获后播种影响油菜籽产量的主要因子,表现为随着播种时期的推迟而减少。与水稻收获后5 d和7 d处理相比,水稻收获后1 d和3 d处理的平均单株角果数增加了15.8%。水稻收获后不同播种时期单株角果数与越冬期绿叶数、蕾薹期茎粗、花期茎粗呈显著正相关。具体而言,与水稻收获后5 d和7 d处理相比,水稻收获后1 d和3 d处理的在越冬期绿叶数、蕾薹期茎粗、花期茎粗分别平均增加18.2%、12.9%、16.0%。综上所述,将飞播油菜的播种时间定在水稻收获前3 d至后3 d,能在优化群体结构的同时促进个体生长发育,从而提高飞播油菜产量,本研究为油菜轻简高效生产提供了技术指导。

玉米免耕播种自动调偏系统设计与试验

为适应新疆滴灌区宽窄行免耕种植模式,解决传统大型玉米免耕播种机播种过程中触碰根茬、无法精确约束路径、玉米粒距合格率低等问题,结合免耕播种农艺要求,在采用导航定位技术获取播种机当前位置与目标路径间偏差的基础上,设计一种玉米免耕播种自动调偏系统。该系统主要包括避茬装置、液压执行系统和控制系统,通过建立整机力学模型,对避茬装置和液压执行系统进行运动和受力分析,确定避茬装置和液压执行系统关键结构参数,获取避茬装置最佳挂接长度和液压执行系统最大驱动力。进一步优化控制系统,实现避茬装置自动调偏及接收反馈信息功能。对免耕播种避茬装置自动调偏系统进行性能试验,试验结果表明,神经网络PID的期望调偏角最大稳态误差为0.932°,超调量全部小于1%,平均响应稳态误差小于0.9°,满足预期。田间试验结果表明,当拖拉机作业速度不大于1.0 m/s、行间秸秆覆盖量不大于1.0 kg/m^(2)时,避茬率不小于85%,纵向调整距离不大于8.6 m,玉米粒距变异系数不大于21.63%。此时播种机调偏避茬效果最佳,满足玉米免耕播种机农艺指标要求。

元宇宙环境下玉米免耕播种机作业机组仿真与试验

针对玉米免耕播种机研发周期长和研发成本高等问题,本文将元宇宙技术应用于玉米免耕播种机作业机组的仿真试验。基于元宇宙系统架构构建仿真平台,在元宇宙环境下,采用标线法和转换法对虚拟农场中场景进行高度还原,构建沉浸式玉米免耕播种机驾驶平台并进行交互性能测试,验证沉浸式玉米免耕播种机驾驶平台交互性能。在此基础上,在不同行驶速度下进行播种性能仿真试验,当玉米免耕播种作业机组前进速度不断增大时,播种质量整体呈下降趋势,趋势接近实际田间试验结果,株距合格率大于88.52%、重播率小于6.97%、漏播率小于4.51%。试验结果表明,本文设计实现的元宇宙虚拟播种仿真平台能够用于玉米播种试验,对降低玉米免耕播种机研发成本、缩短玉米免耕播种机研发周期具有重要意义。

黑土区免耕条件下减施氮肥对大豆光合特性和光合氮利用效率的影响

为探究黑土区减氮对大豆光合特性及光合氮利用效率的影响,以传统耕作配合常规施氮为对照处理,设置免耕常规施氮、免耕减氮15%、免耕减氮30%及免耕不施氮共5个处理,研究不同处理对大豆叶面积指数、光合特性、光合-光响应曲线及光合氮利用效率的影响。结果表明,各生育时期大豆净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、最大净光合速率(Pn_(max))、暗呼吸速率(R_(d))、表观量子速率(α)、叶绿素含量(SPAD)和叶面积指数(LAI)均随施氮量减少呈先升后降趋势,胞间CO_(2)浓度(Ci)随施氮量减少呈先降后升趋势。与对照处理相比,各生育时期免耕减氮15%处理可显著降低大豆Ci 8.03%~11.16%,提高大豆SPAD、LAI、Pn、Tr、Gs分别为3.21%~6.52%、9.60%~35.00%、14.13%~42.20%、12.93%~38.66%、18.62%~40.87%。免耕减氮15%处理大豆叶片光合-光响应实测曲线变化及光合响应参数显著优于其他处理。不同处理间,各生育时期大豆叶片光合氮利用效率随施氮量减少呈先升后降趋势,其中免耕条件下减氮15%处理较对照提高13.29%~25.43%;叶片光合氮利用效率与LAI、SPAD呈极显著正相关。