Field experimental study on optimal design of the rotary strip-till tools applied in rice-wheat rotation cropping system

The rice-wheat rotation system plays a significant role in Asian agriculture.The introduction of strip-tillage into the rice-wheat system for wheat planting offers a way to use conservation tillage practices to improve the seedbed quality,retain residue between rows and reduce energy input.A field experiment was conducted using an in-situ test rig.Three types of blade(bent C,straight and hoe)were evaluated in four tool configurations at four rotary speeds(180 r/min,280 r/min,380 r/min and 510 r/min)in a paddy soil.Furrow shape parameters,tillage-induced soil structures and energy consumption were assessed.Results showed that the straight blade configuration failed to create a continuous furrow at either 180 r/min or 510 r/min.The bent C blade configuration produced a uniform furrow profile but its furrow backfill was poor and unsuitable for seeding.The hoe blade configuration cut a continuous furrow and better tillage-induced soil structure,but it produced a much wider and non-uniform furrow shape.The mixed blade configuration(central hoe blades with two straight blades aside)provided a uniform furrow with good backfill and fine tilth by utilizing both the cutting effect of straight blades on the furrow boundaries and tensile fracturing of the furrow soil by the hoe blades.The torque of the mixed blade configuration was comparable with the bent C blade but was less than the hoe blades.Hence,a mixed blade configuration was recommended for rotary strip-tillage seeding using in rice-wheat system.

东北玉米化肥减施增效技术途径探讨

减肥增效是提高我国玉米竞争力、保护生态环境的重大需求。论文重点以东北玉米为研究对象,从玉米养分需求规律、养分高效品种的节肥潜力、化肥高效施用的4R技术、化肥的有机替代技术等方面论述减肥增效的技术途径。研究表明,东北地区每生产100 kg玉米籽粒产量的平均N、P_2O_5、K_2O的需求量范围分别为1.56—1.89、0.60—0.88和1.27—2.30 kg;吐丝后对氮磷的需求量分别占全生育期需求量的20%—30%和20%—40%,对籽粒氮磷的贡献率分别为20%—30%和30%—38%。在目前东北土壤生产力状况下,实现玉米12 000 kg·hm^(-2)的产量水平平均氮肥投入量约为180 kg·hm~(^(-2))。应用不同类型新型肥料的节约氮肥潜力为9—25 kg·hm^(-2),应用磷酸二铵和硫酸铵+过磷酸钙做启动肥可以促进苗期生长。应用高地隙追肥机可以有效延长追肥的适宜期,有利于使"养分供应匹配养分需求"。滴灌施肥技术适宜在风砂质地土壤及干旱频繁发生地区推广,实现增产19%—128%,产量可达12 000—13 000 kg·hm^(-2)。地下滴灌施肥技术增产效果相同,应该大力推广。利用主动冠层传感器Greenseeker,可以在春玉米V5-V8期很好地估测叶面积指数、地上部生物量以及植株吸氮量,并应用于变量、精准的氮肥推荐。因地制宜地应用秸秆还田技术,可以节省肥料投入,提升土壤质量。其中秸秆覆盖条耕技术(Strip-till)可以协调传统耕作与免耕的优点,有很好的应用前景。未来应该从农民实际应用的角度出发,将技术研究与技术推广相结合,针对不同的栽培耕作技术模式,建立农民可应用、或在不久的将来可应用的技术规程,实现大面积应用,达到区域性减肥增效的目标。

条带耕作错位种植对灌区春玉米产量形成与冠根特征的影响

2017年和2018年在内蒙古通辽市科尔沁区农业高新科技示范园区,以农华101为供试材料,采用条带耕作错位种植(苗带耕作,15 cm+45 cm小双行错位播种,TGCW)和等行常规种植(旋耕,60 cm等行距,CK)两种模式,6.75万株hm^–2、8.25万株hm^–2、9.75万株hm^–23个种植密度,研究条带耕作错位种植模式对西辽河平原灌区春玉米冠根协调特征及产量形成的调控效应。结果表明,相比于等行距常规种植,条带耕作错位种植的产量显著提高,其中8.25万株hm^–2增幅最明显,2017年和2018年分别提高13.1%和13.8%,该模式吐丝后干物质积累量及积累率具有明显优势,较强的物质积累明显延缓了生育后期叶片衰老,同时穗位上和穗位层透光率显著提高,生育后期叶面积指数、净光合速率和群体光合势均显著高于CK。该模式生育后期各土层植株根干重显著高于CK,高密度下更为明显,且20~60 cm根系占比高,吐丝期单位根重获得的籽粒产量和成熟期根冠比均具有明显优势。该模式的这些优点是促成西辽河平原灌区春玉米增产的主要原因之一。

稻茬地双轴驱动防堵式小麦免耕播种机

针对稻茬地土壤粘重、根茬量大韧性强的特点和免耕播种作业的要求,基于旋转部件的铣切、冲击、破碎和抛撒原理,应用带状旋耕和粉碎技术,设计了稻茬地双轴驱动防堵式小麦免耕播种机,一次完成切茬、开沟、防堵、主动覆土和镇压等功能。田间播种性能试验表明,带状旋耕能较好地完成切茬、开沟作业,粉碎装置将收集到的土壤进行了有效的二次粉碎和抛撒,实现了均匀覆土的功能,播种深度和施肥深度变异系数分别为4.33%和2.73%,机具的通过性满足农艺要求。

带状深松全层施肥免耕播种机的设计与试验

针对我国北方一年一熟区秸秆覆盖量大、免耕播种开沟器易堵塞的问题,为适应北方高寒易旱区耕作技术模式,实现一次施肥满足作物不同生长期的养分需求,设计了一种带状深松全层施肥免耕精密播种机。该机采用深松铲与大波纹盘联合整地全层施肥,一次可完成深松、全层施肥、苗带整备、开沟播种及覆土镇压等作业。采用离散元法对带状深松全层施肥装置结构参数进行了仿真优化,并进行了田间试验,田间试验结果表明:当波纹盘间距为20mm、下肥角为35°时,苗带整备效果较好,机具通过性强,肥料分层效果较好,作业质量符合农艺要求。

玉米秸秆集行全量覆盖还田苗带条耕保护性耕作技术模式

保护性耕作是一种以农作物秸秆覆盖还田、免(少)耕播种为主要内容的现代耕作技术体系,能够有效减轻土壤风蚀水蚀、增加土壤肥力和保墒抗旱能力、提高农业生态和经济效益。介绍了玉米秸秆集行全量覆盖还田苗带条耕保护性耕作技术模式的优势、主要机具装备、作业流程及要点、重点注意事项等内容,为保护性耕作技术的推广应用提供参考和借鉴。

玉米秸秆覆盖条耕技术及其应用

玉米秸秆覆盖还田是减少土壤风蚀、保持土壤墒情、增加土壤肥力的一项重要技术,但我国东北春玉米秸秆覆盖面积仍然较小,原因之一是秸秆覆盖还田技术尚不够完善。在欧美国家,秸秆覆盖条耕技术(Strip-till)是实现秸秆覆盖还田的一项重要技术,但在我国应用很少。为此本文综述了国内外秸秆覆盖条耕技术的机械特点、耕作方法及配套管理技术。通过条耕可以将苗带中秸秆清理干净,并疏松土壤,有利用于提高玉米播种质量,实现苗全、苗壮;而行间保持全程秸秆覆盖,有助于减少水分散失。因此条耕结合了秸秆覆盖还田传统耕作的优点。本文认为,秸秆覆盖条耕技术在我国北方土壤风蚀严重、水分缺乏地区有广泛的应用前景,应该加大相关农机农艺综合技术研究,加快该技术的推广应用。

带状旋耕式小麦免耕播种机耕作部件作业机理研究

为明确带状旋耕式免耕播种机耕作过程中耕作机具与土壤间的相互作用机理,利用离散元仿真软件从微观层面对典型的且已广泛应用的IT225型旋耕刀、直刃旋耕刀和凿型旋耕刀进行仿真,研究发现旋耕刀具的抛土特性是影响土壤回填效果的关键因素。田间试验表明,土壤破碎体的回填率随刀轴转速的增加而下降。IT225型旋耕刀在高刀轴转速(>280 r/min)下侧向抛土现象最为明显,在超高刀轴转速(510 r/min)时创造的土壤侧抛率最高,达到了92%,因此产生回填效果最差,回填率仅为8%,无法满足播种时种—土接触的需要。凿型旋耕刀耕作过程中可以勾带起部分土壤破碎体向机具前进方向抛洒,在刀轴转速为510 r/min时土壤侧抛率为85%,能够产生接近36%的土壤回填效果。直刃旋耕刀的侧向抛土集中在刀轴两侧10 cm范围内,在刀轴转速为510 r/min时侧抛率只有70%,回填率高达60%显著高于其他两种刀具。鉴于土壤回填效果对种—土接触的重要性,直刃旋耕刀耕作过程中具有土壤扰动范围小、土壤破碎体侧抛率低、回填效果好等优点,本文推荐直刃旋耕刀作为带状旋耕播种机的耕作部件。

分体式小麦免耕播种机的设计

针对我国北方一年两熟地区夏玉米秸秆覆盖地,秸秆覆盖量比较大,免耕播种冬小麦容易发生堵塞等问题,设计开发了分体式小麦免耕播种机。该机采用条带旋耕与单圆盘播种镇压单体联合防堵机构。该机一次完成施肥、秸秆粉碎、碎土镇压、开沟播种、镇压等作业。该播种机主要由施肥旋耕系统、连杆连接系统和播种系统组成。田间试验结果表明:在夏玉米秸秆覆盖下小麦免耕播种,对土壤扰动量在25%～30%左右,作业质量符合农艺要求;机具结构设计合理,为中国北方一年两熟地区夏玉米秸秆覆盖地表直播小麦提供了技术支持。

条带耕作错位种植模式对西辽河平原农田土壤理化性状的影响

于2019—2020年在通辽市科尔沁区农牧业高新科技示范园区,以农华101为供试品种,以常规种植(CK)模式为对照,在6.75×10^(4)株·hm^(-2)处理下,研究条带耕作错位种植模式对土壤主要理化性状的影响。结果表明:与CK处理相比,条带耕作错位种植模式0~40 cm土壤容重显著降低,土壤孔隙度增加,0~20 cm土层最明显,2年土壤容重分别下降了8.3%和9.0%,土壤孔隙度分别增加了10.5%和10.0%;不同生育时期土壤全氮提高,20~40 cm土层最明显,吐丝期分别较对照提高了21.1%和23.1%,完熟期分别提高了17.0%和14.6%;碱解氮含量显著提高,吐丝期0~20 cm 土层最明显,2年分别提高了24.8%和20.8%,完熟期40~60 cm土层最明显,分别提高了 28.9%和 25.4%;完熟期有机质含量明显提升,20~40 cm 土层较为明显,2 年分别增加了5.5%和6.3%。

不同耕作方式对春玉米种床质量的影响及其与幼苗群体建成和产量的关系

在风沙土与黑土2种土壤类型下,设置免耕与条耕2种耕作方式,对播种期玉米种床水分、温度、土壤紧实度以及出苗质量、产量进行了分析,探究不同耕作方式下种床质量与种子萌发、幼苗生长及产量的关系。结果表明,与免耕相比,条耕模式下,风沙土种床5cm与10cm深度土壤温度分别增加0.73℃与1.53℃,黑土相应提高2.60℃与0.70℃;风沙土10~17cm以及黑土5~17cm深度土壤紧实度降低幅度分别为5.56%~28.21%与14.19%~56.90%,种子入土深度一致性相应提高32.99%与146.90%,黑土种子出苗时间平均缩短1.67d;风沙土与黑土幼苗株高整齐度分别提高31.23%和58.32%,籽粒产量分别提高2.27%和11.57%,其中单位面积有效穗数和百粒重提高是条耕模式增产的主要原因。相关分析表明,种子入土深度一致性与幼苗株高整齐度和籽粒产量均存在极显著相关性。

条耕作业时间对吉林省中部半湿润区玉米出苗质量与产量的影响

为探究不同条耕作业时间对玉米保苗及产量的影响,采用田间试验的方法,在风沙土与黑土上分析春季解冻时条耕(Sp1)、播前条耕(Sp2)与秋季条耕(Au)3种处理下玉米群体保苗质量、播种期土壤温度与水分变化与玉米产量影响。结果表明,条耕作业时间、土壤类型以及两者交互作用均对玉米保苗密度、幼苗株高整齐度有显著影响,Au处理优于其他处理,风沙土优于黑土。Au与Sp1处理不同程度地提高黑土播种期土壤温度,5cm深度土壤两者较Sp2处理分别提高3.9℃~8℃与0.5℃~4.9℃。Sp1处理较Au处理显著降低风沙土10、30、40cm深度以及黑土20cm土壤水分。两种土壤类型上,玉米产量结果均以Au处理最高,这主要得益于群体保苗密度与穗粒数提高。综上,吉林省中部半湿润区条耕作业推荐在秋季作业。

东北地区玉米秸秆覆盖技术应用现状与对策

玉米秸秆覆盖还田作为保护性耕作的重要措施,对东北黑土地保护、抵御干旱、提高黑土地生产力具有重要意义。分析秸秆覆盖技术的利弊,介绍美国基于秸秆覆盖程度的保护性耕作技术分级体系,分析我国东北秸秆覆盖技术的应用现状及限制因素。我国的秸秆覆盖免耕技术及条耕技术已经成熟,亟需大面积应用。东北地区推广应用秸秆覆盖还田技术的限制因素包括生态条件、农机农艺结合及农户认知等方面。