玉米是我国主要的粮食作物,东北黑土地是我国玉米黄金产区,产量占全国总产量1/3。随着连年过度耕作,东北黑土地正面临着黑土层逐年变薄、肥力逐年降低、土壤中微生物变少、土壤板结酸化等重大风险挑战,为实现东北黑土生产的可持续发展,保护性耕作技术的推广势在必行。带状耕作技术是保护性耕作的重要组成部分,研究带状耕作技术及配套装置对保护东北黑土地具有现实意义和实际价值。采用理论分析、离散元和有限元仿真等研究方法,分析了东北三省一区保护性耕作技术模式特点,对带状耕作装置主要组成部分的结构进行了研究,并开展了性能试验和田间验证试验,主要研究内容如下:(1)总结归纳了东北三省一区玉米生产的主要技术模式,分析了带状耕作技术的农艺要求。利用Solidworks软件进行带状耕作装置总体结构设计,确定了耕作宽度26cm,深松深度25cm,整地圆盘作业深度10cm。(2)设计了基于函数模型的深松铲铲柄曲线,并通过EDEM仿真,以工作阻力、深松宽度稳定性、作业深度稳定性为评价指标,确定指数型曲线方程为深松铲铲柄设计曲线;分析确定了施肥管和施肥板的夹角。为优化深松全层施肥装置作业质量,以工作速度和作业深度为影响因子,以各层肥量均匀变异系数为响应指标,设计二次回归旋转组合仿真试验,试验优化结果为:工作速度3.81m/s,作业深度25.22cm。(3)为了提高装置的通过性,设计错位分置式整地结构。以圆盘错位距离、圆盘倾角、圆盘间距为试验因素,以土壤平整度和碎土率为评价指标,设计了二次回归旋转组合试验,确定了装置最优结构组合为:圆盘间距21cm,圆盘夹角4.5°,圆盘错开距离10cm。(4)开展了带状播种的田间试验,追踪记录了玉米田间生长情况,测量了带状播种作业后地温、株距、行距和播种深度。田间试验表明,带状播种种距合格率为91.7%,播种深度合格率为86.1%,均符合国标GB/T20865-2017《免(少)耕施肥播种机》要求。
