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甘薯移栽机理论研究取得新进展

2016-07-26 16:41:00 

江苏省作物移栽机械化工程技术研究中心 高级工程师 吴亦鹏


2016年第5期《农业工程学报》发表国家现代农业甘薯产业技术体系岗位专家、南京农业部南京农业机械化研究所胡良龙研究员的论文《2ZGF-2型甘薯复式栽植机的设计与试验》标志金沙国际注册娱乐网址国甘薯移栽机理论研究取得新进展。


一、根据目前的农艺,甘薯是必须要移栽的大田作物

移栽技术领域把作物分为两类,一类是必须移栽的,例如烟草、红薯等;另外一些是可栽可播的,例如油菜。

甘薯又名山芋、红薯、红苕等,是全球重要的粮食、淀粉工业原料、优质抗癌保健食品和新型能源用原料,当前中国甘薯种植面积约366.7hm。甘薯一般采用块根无性繁殖,先用种薯在苗床育苗,生长至一定时期后剪(或拔)取茎尖,再运至大田进行裸苗高垄栽插作业 。


二、全世界的甘薯移栽机都是半自动的

在移栽机领域,能自动取苗、喂苗、栽植的称为全自动移栽机,而由于甘薯的特殊性,全世界的甘薯移栽机都是半自动的。

甘薯裸苗由于枝叶交织、形态差异大等特殊生理特性,尚难以实现高效自动分苗,所以目前全球机械移栽中基本都采用半自动栽插形式。如美国玛驰尼克企业生产的大马力拖拉机牵引的半自动链夹式甘薯裸苗栽植机,一次可完成十几垄栽插,但需先起垄,再栽苗,至少由2种机具分段完成,栽植机在已起好的垄中行走,对垄体破坏严重,且主要用于直插方式作业;日本井关农机株式会社等生产的小型自走带夹式栽植机,由人工把苗摆放在带夹上后栽插入土,适宜火山灰土等疏松土作业,只能完成单一的栽插功能,需先由其它机具起好垄然后才能栽插,整体作业效率较低,且压实度较差,尤其是在壤土等土块不易粉碎地区。


三、以金沙国际注册娱乐网址链夹式移栽机为代表,近年来,中国的甘薯移栽机研究取得一定成果

中国甘薯栽植机研究始于上世纪60年代初,但发展一直处于停滞状态,长期以来生产上都采用人工栽插,机械化程度几乎是零,直至近年才有所发展,机具多以半机械化简易栽植器、半自动栽植机为主,主要有国家甘薯产业技术体系与南通金沙国际注册娱乐网址农业装备金沙国际注册娱乐网址合作改进出2ZL-1型半自动链夹式栽植机,山西省农科院研发的可一次完成打孔、浇水、乘坐手工栽插等作业的简易栽植器等,只能完成单一栽插作业,效率不高,且压垄伤垄问题突出,难以实现斜插作业,栽插质量也低。


四、金沙国际注册娱乐网址企业与农机化所合作研发的2ZGF-2型甘薯复式栽植机解决了当前甘薯种植的主要难题

目前,甘薯机械栽植中存在需多台机具下田、主要栽插方式短缺、易压垄伤垄、作业质量差等突出问题,通过产学研合作,结合甘薯种植农艺,研究分析薯苗栽植运动轨迹、关键结构参数等,研制出一种出旋耕起垄栽植复式作业机具,并开展试验研究,解决了甘薯种植难题,优化了栽插机械,为农业生产提供了合适的装备。

甘薯复式移栽机带旋耕1

金沙国际注册娱乐网址2ZGF-2型甘薯复式栽植机


五、甘薯移栽机的整机结构及工作原理

1)整机概述

2ZGF-2型甘薯复式栽植机主要由旋耕起垄破茬、开沟放苗栽植、修垄整形三部分组成,其与大马力拖拉机配套,可一次完成两垄甘薯的旋耕、起垄、破压茬、开沟、栽插、修垄等作业;其主要构成部件有悬挂架、旋耕组件、起垄犁、垄形镇压辊、齿形破茬刀、座椅、喂苗机构、驱动地轮、传动调节系统、开沟器、圆盘镇压器、修垄机构等。拖拉机后动力输出至旋耕组件碎土整地,并起垄作业;在拖拉机牵引前行作用下,行走在垄沟中的地轮通过传动系统驱动喂苗机构,实现斜插栽植作业,避免传统结构驱动镇压器从垄顶行走而严重毁坏垄面情况。


22ZGF-2型甘薯复式栽植机的主要结构:

1.悬挂架2.旋耕组件3.侧向封土板4.齿形破茬刀5.传动调节系统6.开沟器7.圆盘镇压器8.修垄机构9.链夹喂苗机构10.座椅11、调节螺杆12.起垄侧翼犁l3,起垄中间犁14机架l5.垄形镇压辊l6.驱动地轮。


32ZGF-2甘薯复式栽植机结构参数及工作参数:

牵引式整机长×宽×高:2 920×2 200×1305 mm

作业幅宽(mm):1 800

配套动力(kW) 55.1380.85

最宜垄距:(mm900

作业垄数:一次两垄

栽插后垄高:(mm 1>230

开沟深度(mm):60100可调

栽插株距(mm):210300可调

栽插速度 (plants/min ) 60~160

前行速度(m/s) 0.20.4

链夹有效长度(mm):300

适宜土壤类型: 宜多种土壤作业


4甘薯移栽机工作原理

甘薯苗栽插作业时,由拖拉机牵引复式机具前行,旋耕组件将土地打碎平整,在两把单向过中起垄侧翼犁和一把中问犁的作用下,筑起2个高度超过250 mm的梯形垄,旋耕组件两侧封板保证多余的土壤不会外流壅向邻垄而破坏邻垄垄体,齿形破茬刀将垄上的杂草碎茬等破开、切断或压到垄底,为后端栽植开沟器清理出一条干净的土壤环境,避免长杂堆积在开沟器上而出现推垄现象。两侧驱动地轮在形成的后端垄沟中行走,通过传动调节系统将动力传递给喂苗机构,由人工将甘薯苗放置在链夹上,进入导轨后夹紧,在开沟器开好的沟中松开,同时土壤回流,并由两侧呈一定角度的圆盘镇压器压实,完成栽插作业,然后由后端的修垄机构将开沟器、圆盘镇压器作业造成的不平整垄面整形抹平压实,保障垄体美观、适度紧实。

由于该机可一次性完成旋耕、起垄、破压茬、栽插、修垄等种植作业,减少了传统分段作业机具多次下田情况,避免了对垄体两侧的压伤,减轻了田地的碾压,并节能降耗;另外农机农艺结合,采用900 mm垄距标准化种植,其垄距便于与中大型拖拉机后轮距相匹配,便于后续拖拉机下垄收获作业,避免对垄体和薯块压伤。


5甘薯移栽机可以满足甘薯苗栽植特点及农艺要求

一般蔬菜、烟草、棉花等品种育苗移栽,多要求地上部茎秆直立、地下根系少受弯曲,而甘薯苗栽插却有其特殊要求。因为甘薯是靠入土苗体节结处生根结薯,所以人土节结要多(一般34),但又要求其栽插深度不宜太深(60100mm),保障通气性良好,结薯愈多愈大。故而生产上甘薯秧苗栽插方式主要有:斜插法、直插法、舟底形插法和水平插法等;其中,斜插法以秧苗倾斜地面60~70度的方式插入土垄中,苗根部与水平面夹角约为30度,薯苗入土节数较多,且人土深度适宜,有利于抗旱增产,是目前甘薯生产中应用最为广泛的一种栽插方式 。


六、通过田间试验优化影响甘薯移栽机栽植质量的关键因素,为农业生产提供理论引导

(1) 试验条件

试验地点为商丘市农林科学院梁园种植基地,土壤黏度适中。试验用品种是鲜食型品种“宁紫2号”。20153月初在大棚内排种育苗,5月中下旬采用高剪苗方式取苗,开展甘薯复式栽植机田间栽插试验,试验时平均苗长246 mm、苗直径52 mm、结节平均距离约34 mm、叶片数为812片。试验地为冬闲田,试验前已用旋耕施肥机粗旋过一遍。采用垄作不覆膜种植,种植垄距为900 mm,亩栽株数为3 500株,株距约为210 mm,牵引拖拉机为东方红LX-904,拖拉机后轮轮距为1700 mm。栽植机开沟深度H通过调整与拖拉机连接的上拉杆长度和升降螺孔档位实现,喂苗露出链夹长度L通过调整在链夹旁可伸缩的有刻度长度指示器实现,喂苗时苗根端与指示器端部齐平即可,其与理论长度差距在±3 mm之内都可视为合格,然后由人工开始喂苗。

红薯移栽机

甘薯复式栽植机备受红薯种植大户的青睐


(2) 甘薯移栽机试验方案

经单因素试验及部分交互试验研究表明,前行速度、开沟深度、喂苗露出长度3个试验因素对栽苗作业质量的影响较大,但其交互影响却不大,可以忽略 ,因此以这3个因素进行三因素三水平正交试验,测试上述因素对评价甘薯栽苗作业质量最为重要的立苗角度合格率、栽插深度合格率2个指标的影响。试验中,每100株为1组,每1组试验重复3次,分别测试每组薯苗立苗角度合格率Y(1)、栽插深度合格率Y2),取平均值。其中,每组取100株,分别测量薯苗茎杆土上部与垄面夹角、入土苗根部与水平面夹角,两者应分别为6070度和约30度时,且无明显曲折现象,可判定立苗角度合格(即是合格的“斜插法”),合格株数与100株相比即为立苗角度合格率Y1) ;然后测量苗根入土部最深点与垄面的垂直距离,其与理论栽深差距在±5 mm之内都视为合格,栽深合格株数与100株相比即为栽插深度合格率y(2)


(3) 关于甘薯移栽机简化的数据处理结论

根据农业生产实践,把栽苗作业质量的指标确定为立苗角度合格率、栽插深度合格率;影响栽植质量的主要因素是前行速度、开沟深度、喂苗露出长度等。

经过试验,机具选取的主要作业参数为:前行速度0.3ms、开沟深度80 mm、喂苗露出长度140 mm作业质量为最优。


(4) 验证试验

为了验证最优组合方案,确保优选前后栽苗作业质量在试验指标(立苗角度合格率、栽插深度合格率)上具有可比性,故进行了验证试验,机具选取的主要作业参数为:前行速度0.3ms、开沟深度80 mm、喂苗露出长度140 mm。试验结果表明,优选后的甘薯栽苗作业中立苗角度合格率为97.9%,栽插深度合格率为98.2%。优选后的栽苗作业质量指标优于其它参数组合下的作业指标。此外,试验后期也检测了薯苗栽植的成活率,其可达97.7%,能较好的满足生产需求,同时亦可表明本机的覆土、镇压功能适用有效。

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红薯复式栽植机热销


七、 不覆膜垄上栽插是复式作业甘薯移栽机的主要适用范围

中国甘薯90%以上采用不覆膜种植,仅华北、西北地区部分春薯种植采用覆膜种植。2ZGF-2型甘薯栽植复式机采用垄上开沟栽插再镇压原理,主要适用于不覆膜栽插,对先覆膜后栽插方式有一定的局限性。若要用该机完成春薯覆膜栽插,只能是先完成起垄栽插作业,后在苗上覆膜(在该机后端加覆膜组件或由专用覆膜机具完成覆膜),然后再由人工破膜放苗,作业较繁琐、工序多。


八、育苗移栽是一个系统工程,苗也影响栽植质量的重要因素

育苗、用苗标准化也是有效提高甘薯栽插机械化水平的主要措施之一。甘薯栽插时的高剪苗一般较挺直,便于喂苗和栽插,本试验采用的苗也相对较直。但生产中有时剪苗量过大,或长途运输调苗等原因,几天后再栽插时,由于植物受趋光性影响,苗从中部捆扎的位置开始发生大角度的弯曲,不仅不利于栽插分苗喂苗,而且栽入土中后露土部分苗茎的方向杂乱无序、无规则,无法准确测量立苗角度。故本试验用苗是采剪后时间不长、且直立性相对正常的,对于弯曲程度大等形状复杂的薯苗,其栽插特性还有待进一步研究。


九、甘薯移栽机械化生产实践中“喂苗露出长度”值取决于甘薯品种

生产上不同甘薯品种薯苗的结节平均距离有所差异,大多数品种结节距离为3040 mm,但有极少数品种的结节距离会小于或大于上述数值。本文试验用的“宁紫2号”结节平均距离为34 mm,具有较广泛的代表性,但未对很短或很长结节值的品种开展田间试验。如这些品种采用本文研究提出的“喂苗露出长度”值,那么栽插作业后薯苗在土下的结节数量可能会多于4个或少于3,那么结节很短的人土结节数就较多,其结薯一般多而小,适合鲜食用品种;结节很长的入土结节数就较少,其结薯一般少而大,适合淀粉加工用品种。


十、关于甘薯移栽机几个结论

1) 甘薯复式栽植机可一次完成两垄的旋耕、起垄、破压茬、开沟、栽插、镇压、修垄等作业,主要适用于应用广泛的“斜插法”栽植方式,作业时薯苗露出地面的茎杆与垄面夹角为6070度,土苗根与水平面夹角约为30度,并采用非零速栽插原理,链夹运动轨迹为余摆线,适当提高了栽插作业速度。

2) 试验证明影响甘薯主要栽苗作业质量的主唇鹕彻首⒉嵊槔滞夫素顺序为:喂苗露出长度>开沟深度>前行速度,其优选参数组合为:喂苗露出长度140 mm、开沟深度80 mm、前行速度0.3 ms,此时立苗角度合格率为97.9%,栽插深度合格率98.2%。


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