水稻覆纸膜全程缓释底肥增产技术及设备的研究

安龙哲

摘 要：论述了水稻覆纸膜全程缓释底肥增产技术及设备研究项目的工作情况，重点介绍了2MZ-180型纸膜覆盖机及2F-6型缓释肥施肥机的研究、设计、加工和试验。指出了该项目的研究应用是实现绿色有机水稻生产及环境保护的良好措施之一，先进实用的水稻施肥、覆纸膜、插秧作业设备，可为绿色、有机水稻大面积生产作业奠定基础。在节肥、增效、提高水稻品质、减轻污染方面具有显著意义。

关键词：水稻;覆纸膜;缓释底肥;技术及设备;研究

中图分类号：S511        文献标识码：A

开放科学（资源服务）标识码

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.04.001

0 引言

黑龙江水稻产量占全省粮食总产的50%，为我省粮食提供了安全保障。在我省大面积推广绿色、有机水稻的生产，符合省委省政府提出的“打绿色牌，走特色路”的农业发展战略。

长期以来，化肥和农药的使用造成的环境污染，一直是困扰全球的大问题。世界各国都逐渐认识到研制和使用缓控释肥料是提高肥料利用率的最有效措施之一。再生纸覆盖栽培是日本近年来研究成功的一种水稻栽培新技术。开展水稻全程缓释底肥增产技术、纸膜覆盖技术及配套设备的研究日渐重要和迫切。为此牡丹江农业机械化研究所开展了“水稻覆纸膜全程缓释底肥增产技术及设备的研究”课题立项，通过纸膜覆盖技术，解决施用化学除草剂除草问题，通过一次性施用缓释肥作业解决插秧后二次追肥问题。该项目的研究应用，在节肥、增效、提高水稻品质、减轻污染方面有重要意义。

1 研究工作情况

指导思想是将水稻缓释肥施用技术和覆纸膜技术相结合，将施肥装置和覆膜装置合理配置在现有四轮驱动乘坐式插秧机上，实现水稻施肥、覆纸膜、插秧作业一次完成。总体方案的确定为：

（1）在四轮驱动乘坐式插秧机配套设计缓释肥施肥机和纸膜覆盖机，组成复式作业机组，一次完成施肥、覆纸膜、插秧三项作业。

（2）缓释肥施肥机和纸膜覆盖机安装方便，调节灵活、可靠，缓释肥施肥机和纸膜覆盖机单独或联合作业时，互不影响。

（3）设计结构合理，“三化”程度高，便于今后的推广应用。

2 两种样机的设计、生产加工和试验

2.1 2MZ-180型纸膜覆盖机的设计、加工和试验

总体设计水稻插秧机纸膜敷设装置总体结构示意图如图。该机由支撑器总成、纸膜筒总成、托纸板总成、浮动压辊总成、边压轮总成、切纸刀总成等主要部件组成。

在四轮乘坐插秧机上配置纸膜覆盖机，同时完成覆膜、插秧两项作业。重新设计了插秧机船板，使其除具备插秧机船板原有功能外，还应实现支撑、引导纸膜平稳流畅铺放的功能。

根据插秧机结构和配置要求，对纸膜覆盖机的整体结构进行了合理设计，并按不同部件的功能要求，确定了安装位置，设计出相应的结构部件。为了将覆设的纸膜与地表贴实，并完成插秧工作，设计了“三辊式”水稻纸膜覆盖机。

纸膜筒总成用来存放和固定纸膜，并防止纸膜被水溅湿，为了便于纸膜卷的安装和敷膜时纸卷的转动，设计了带有芯轴的端盖，由纸膜筒端盖的手柄实现闭合。

为将纸膜贴实在水田表面，设计了压辊总成，利用压辊总成的压簧，调整压辊对纸膜压力。边压轮总成将纸膜边缘压入水田中，使纸膜铺放贴实平展，也可防止纸膜被风刮起。设计了支撑器总成、托纸板总成结合作业形式，可解决上述问题。

支撑器总成具有升降功能，便于纸膜的引出，采用梳式钢丝结构，有利于减小摩擦阻力。与托纸板总成配合作业，可提高压辊总成仿形能力，使纸膜能顺利在水田中铺放，设计的托纸板总成，采用了弹性较好的塑料结构，工作时可为压辊总成提供支撑界面。

样机在黑龙江省海林市海南乡拉谷村水稻田进行了田间性能试验，针对试验发现的问题，对纸膜覆盖机进行了改进设计：

（1）根据纸膜覆盖后的接缝重叠要求，调整了纸膜滚筒的宽度。

（2）为使纸膜排出流畅，在纸膜卷的排出位置设计了圆弧过渡板。

（3）为了将纸膜贴实在水田表面并调整对纸膜的压力，设计了双轴分段式浮动压辊，利用浮动压辊总成的压簧，调整压辊对纸膜的压力并实现弹性自动仿形功能要求。设计了浮动压辊总成、支撑器总成及托纸板总成配合作业模式，解决了单辊对纸膜垂直压力过大，造成前进阻力大等问题。

（4）机组行驶到地头时，应将纸膜切断，为此重新设计了锯齿式切纸刀，通过手柄等控制机构即可完成切纸作业。

改进后的样机通过了各项性能试验，各项性能指标均达到了设计要求，样机实现了在插秧机插秧作业时，纸膜卷能够便捷地切换固定和转动，通过支撑器总成和托纸板总成，在浮动压辊总成的作用下，平展顺畅地将纸膜铺放在水田表面，由边压轮将纸边沿压入泥中，实现水稻插秧作业。

2.2 2F-6型缓释肥施肥机的设计、生产加工和试验

根据缓释肥料的特点及所需施肥量的要求，按照农艺要求，确定采用侧施条播缓释肥料。按照先条施缓释肥，再将纸膜覆在水田表面，同时进行插秧工作的程序完成整体作业过程。

根据施肥机在插秧机上的安装位置，施肥机动力输入确定在插秧机输出动力万向节处安装链轮，通过链传动解决施肥机动力输入难题。

对于六行施肥机，由于动力输入轴在机器的中央位置，相应要设置换向变速箱，通过换向变速箱两端轴给施肥装置提供动力。按施肥量调节范围的要求，通过对施肥量计算，根据输入轴的转速计算出变速箱的传动比及排肥輪的转速，相应设计出换向变速箱。

在进行排肥装置的设计过程中，根据缓释肥的特性，考虑到要防潮湿、耐腐蚀，根据施肥量和排肥轮转速，确定排肥轮和阻肥轮的外径尺寸及肥槽形状，设计出由排肥轮、阻肥轮、调节套组成的镶嵌式排肥轮结构，使其在工作过程中便于调整排肥量。设计的排肥壳体外形精巧，便于固定安装。

排肥器总成由排肥器壳体、排肥轮、阻肥轮、调节套、固定座、肥箱、排肥轴等组成，是施肥机主要工作部件，也是核心部分。

设计肥箱时，考虑到要减少装肥次数和安装空间，肥箱体积按所需肥量进行了设计，采用倾斜侧壁，使颗粒肥料易于下滑排出。

在施肥机机架固定方式和排肥器传动方面进行了合理设计，保证其稳定性，安装方便可靠。

3 联合作业样机作业性能试验

试验地点：样机在黑龙江省海林市海南乡进行了田间作业试验。

试验内容：试验分正常施肥插秧、全程缓释底肥（整地时人工施肥）插秧、插秧机施缓释底肥覆纸膜三种方式进行对比试验。

正常施肥插秧阶段施肥350 kg·hm-2、追肥采用尿素150 kg·hm-2;全程缓释底肥，整地时人工施缓释肥料300 kg·hm-2;插秧机施缓释底肥覆纸膜，施缓释肥料300 kg·hm-2。机插秧行穴距均为30×16.5 cm，试验田面积共计6.5 hm2。

试验用材料：覆纸膜采用植物纤维地膜与竹质地膜;缓释肥料使用北京首创新型肥料制造有限公司水稻专用控释肥料;水稻品种为引优一号。

4 研究试验结论

（1） 在四轮乘坐式水稻插秧机上配置缓释肥施肥机与纸膜覆盖机组成复式作业机组，一次完成施肥、覆纸膜、插秧三项作业，各项指标可达到有关标准及农艺要求。该机具的研制，为水稻农户提供了一种先进实用的设备，不仅降低了劳动强度，提高了劳动生产率，也促进了我省绿色水稻事业的发展。

（2） 由于新型缓控释肥料的养分释放与作物需肥同步，供养均匀，降低了硝酸盐含量，提高了营养成分和食品安全性，使水稻作物的品质得到了提高，课题组通过对缓控释肥料的試验研究，探索了缓控释肥料的施用方式，改变了传统的施肥方法，一次性施用底肥，不追肥，减少用肥量33.3%，降低生产成本，并可以提高产量5%左右。

（3） 经过对水稻纸膜覆盖栽培技术的试验证明：该项技术可在不施用化学除草剂的情况下，有效抑制杂草，减少对水稻、江河的污染;对提高地温和水稻品质;保护环境都具有重要意义。虽然纸膜成本较高，但是采用此模式生产的水稻价格可大幅度提高，一般情况下每千克可提高0.70元。

5 总结

课题组通过两年的研究试验，研制出的样机首次实现了施肥、覆纸膜、插秧三项作业一次完成的功能，通过性能测试及生产试验考核，各项指标均达到了设计要求;该项技术及设备的研究达到了国内领先水平，填补了国内空白;通过对比试验和水稻生产跟踪调查，研究了纸膜的降解、灭草过程和缓释肥的性能特点，为今后的推广应用提供了理论依据。