ویژگی‌های فیزیکی ارقام ذرت اتیوپی برای طراحی دستگاه کاشت سازگار با چند محصول

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• دجنه گِرما گادیسا ¹
• کیشور پوروشوتام کوله ²
• سراج کدیر بوسه ¹
• مبارک محمد عیسی ³
• تسفایه آسِفا آبَیه ³
• درجه آلمو اناوته ³

¹ گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، شیمی و مواد، دانشگاه علوم و فناوری آداما، آداما، اتیوپی

² دانشکده مهندسی مکانیک، کالج مهندسی سینگهاد، دانشگاه پونه، وادگان، هند

³ موسسه تحقیقات کشاورزی اتیوپی، بخش تحقیقات مهندسی کشاورزی، مرکز تحقیقات کشاورزی ملکاسا، آداما، اتیوپی

https://doi.org/10.22067/jam.2025.92654.1356

چکیده

تولید ذرت توسط خرده‌مالکان در کشورهای جنوب صحرای آفریقا، که برای تامین امنیت غذایی منطقه‌ای بسیار مهم است، با معضلات مداوم عملکرد دست و پنجه نرم می‌کند که ناشی از شیوه‌های کاشت پرزحمت و ضعف در مکانیزاسیون است، به‌طوری‌که مطابق با ویژگی‌های ارقام گیاهی بومی طراحی نشده است. این مطالعه سه رقم ذرت (CML-539، Melkassa 3 و Melkassa 6Q) را برای توسعه پارامترهای طراحی برای کاشت‌کننده‌های سازگار با چند محصول توصیف می‌کند. برای 100 دانه از هر رقم، خواص هندسی شامل طول، عرض و ضخامت با استفاده از کولیس‌های دیجیتال اندازه‌گیری شد. تجزیه و تحلیل برای کشیدگی، قطرهای میانگین هندسی و حسابی، مساحت سطح، مساحت تصویر شده، سطح مقطع عرضی، کرویت، ضریب فرورفتگی، نسبت ابعاد، شاخص شکل و گردی انجام شد. خواص وزنی شامل چگالی حجمی و واقعی، تخلخل، جرم هزار دانه و زاویه استقرار به‌طور سیستماتیک برای بهینه‌سازی مکانیسم‌های جابه‌جایی بذر در طراحی دستگاه کاشت تجزیه و تحلیل شدند. تجزیه و تحلیل خواص فیزیکی، الزامات متمایزی را برای هر رقم نشان داد: مورفولوژی نامنظم CML-539 (طول 42/9 میلی‌متر، تخلخل %49.30) نیاز به سیستم‌های اندازه‌گیری ارتعاشی و هوادهی را نشان می‌دهد؛ خواص یکنواخت Melkassa 6Q (کرویت %6.66 ± 71.11، چگالی حجمی 811.62 کیلوگرم بر متر مکعب) امکان استفاده از مکانیسم‌های تغذیه گرانشی را فراهم می‌کند؛ و ویژگی‌های متوسط Melkassa 3 با نسبت کشیدگی بیش از 2.3 و تغییر چگالی %19.31 نیاز به شیاربازکن‌های قابل‌تنظیم با زاویه شیب 25 تا 30 درجه را مشخص می‌کند. تغییرپذیری هندسی، پیاده‌سازی راه‌حل‌های تطبیقی، مانند لوله‌های بذر انحنادار و شیاربازکن‌های قابل‌تنظیم را برای جلوگیری موثر از کج شدن و پشته‌سازی ضروری می‌سازد. سیستم کاشت مدولار حاصل، شامل اندازه‌گیری حساس به رطوبت، اندازه‌گیری تطبیقی سلول‌ها و هوادهی، با استانداردهای کشاورزی-اکولوژیکی اتیوپی مبنی بر فاصله ردیف 75 سانتی‌متر و عمق کاشت 4 تا 7 سانتی‌متر مطابقت دارد. این چارچوب، یک مدل مقیاس‌پذیر و پایدار برای مکانیزاسیون دقیق خرده‌مالکان را ارائه می‌دهد و قابل‌انتقال به سیستم‌های جهانی تولید ذرت است.

کلیدواژه‌ها

• خواص فیزیکی
• زاویه استقرار
• کاشت چند محصولی
• کرویت
• واریته ذرت

موضوعات

• طراحی و ساخت

©2025 The author(s). This is an open access article distributed under Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0)

مراجع

1. Alemayehu, A., Tamado, T., Nigussie, D., Yigzaw, D., Kinde, T., & Wortmann, C. S. (2017). Maize common bean intercropping to optimize maize-based crop production. The Journal of Agricultural Science, 155(7), 1124-1136. https://doi.org/10.1017/S0021859617000193
2. Ayele, S. (2022). The resurgence of agricultural mechanisation in Ethiopia: rhetoric or real commitment? Journal of Peasant Studies, 49(1), 137-157. https://doi.org/10.1080/03066150.2020.1847091
3. Balanian, H., Karparvarfard, S. H., Mousavi Khanghah, A., Raoufat, M. H., & Azimi-Nejadian, H. (2021). Prediction of Seed Flow Rate of a Multi-Slot Rotor Feeding Device of a Corn Planter. Journal of Agricultural Machinery, 11(1), 17-27. https://doi.org/10.22067/jam.v11i1.79992
4. Bhiman, J., Patel, S., Yaduvanshi, B., & Gupta, P. (2019). Optimization of the operational parameters of a picking-type pneumatic planter using response surface methodology. Journal of AgriSearch, 6(1), 38-43. https://doi.org/10.21921/jas.v6i1.14919
5. Bisrat, G., Laike, K, A., & Hae, K. K. (2015). Evaluation of Conservation Tillage Techniques for Maize Production in Ethiopia. Ethiopian Journal of Agricultural Sciences, 25(2), 47-58.
6. Central Statistical Agency. (2021). Farm Management Practices Agricaltural Sample Survey 2020/21. In Central Statistical Agency: Vol. III (Issue 12). https://www.statsethiopia.gov.et
7. Dinberu, A., & Megersa, M. (2023). Effect of Inter and Intra Row Spacing on Growth , Yield and Yield Components of Sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench ) at Assosa District , Western Ethiopia. American Journal of Plant Biology, 8(1), 20-24. https://doi.org/10.11648/j.ajpb.20230801.14
8. FAO. (2023). Standard operating procedure for soil bulk density; Cylinder method. Food and Agriculture Organization of the United Nations. https://doi.org/10.4060/cc7568en
9. Getaneh, L., Belete, K., & Tana, T. (2016). Growth and Productivity of Maize (Zea mays) as Influenced by Inter- and Intra-Row Spacing in Kombolcha, Eastern Ethiopia. Journal of Biology, Agriculture and Healthcare, 6(13), 90-101.
10. Ghabshyam, P., Raghunandan, S., Pankaj, G., & Kripanarayan, S. (2023). A review of methodologies and influencing factors in planter performance evaluation for higher maize yield. The Pharma Innovation Journal, 12(12), 1465-1471. www.thepharmajournal.com
11. Girma, O., Tola, S., & Olaniyan, A. (2024). Design and development of a tractor-drawn multi-row garlic planter. Agricultural Engineering International: CIGR Journal, 26(2), 34-56.
12. Huang. (2022). Measurement of physical properties of sorghum seeds and calibration of discrete element modeling parameters. Agriculture (Switzerland), 12(5), 2-19. https://doi.org/10.3390/agriculture12050681
13. Jyotirmay, M., Prem, S. T., Krishna, P. S., Balaji, M. N., Jagjeet, Singh, A., & Ramesh, K. S. (2024). Flexible orifice seed metering plate to address variability in seed shape, size and orientation enhances field performance of a pneumatic planter. Discover Applied Sciences, 6(11). https://doi.org/10.1007/s42452-024-06275-5
14. Kara, B. (2011). Effect of seed size and shape on grain yield and some ear characteristics of maize. Research on Crops, 12(3), 680-685.
15. Kawuyo, U. A., Aviara, N. A., Mari, H. H., & Ahmed, M. (2022). Physical properties of four varieties of sorghum grain at different moisture contents. Arid Zone Journal of Engineering, Technology & Environment, 18(1), 159-168. www.azojete.com.ng
16. Kebede, M. B. (2019). Effect of Inter and Intra Row Spacing on Growth , Yield Components and Yield of Hybrid Maize (Zea mays) Varieties at Haramaya , Eastern Ethiopia. American Journal of Plant Sciences, 10(7), 1548-1564. https://doi.org/10.4236/ajps.2019.109110
17. Kimmelshue, C. L., Goggi, S., & Moore, K. J. (2022). Seed Size, Planting Depth, and a Perennial Groundcover System Effect on Corn Emergence and Grain Yield. Agronomy, 12(2). https://doi.org/10.3390/agronomy12020437
18. Liang, G., Chi, B., Li, N., Chen, W., Qin, W., Wu, X., & Huang, X. (2021). Evaluating agronomic factors for maize production in a semi-arid Loess Plateau. Agronomy Journal, 113(6), 5157-5169. https://doi.org/10.1002/agj2.20818
19. Masa, M., Tana, T., & Abdulatif, A. (2017). Effect of Plant Spacing on Yield and Yield Related Traits of Common Bean Varieties at Areka ,Southern Ethiopia. Journal of Plant Biology & Soil Healt, 4(2).
20. Meseret, A. (2024). Design, Fabrication and Performance Evaluation of Two Row Animal Drawn Maize Planter with Fertilizer Applicator. Ethiopian Institute of Agricultural Research, 5(2), 153-166. https://doi.org/10.46592/turkager.1487496
21. Muhidin, B. (2019). Effect of Inter-and Intra-Row Spacing on Yield and Yield Components of Maize QPM Hybrid, BHQPY545 in Southwestern Ethiopia Muhidin. International Journal of Research Studies in Agricultural Sciences, 6(10), 19-26. https://doi.org/10.20431/2454-6224.0703003
22. Omar, S., Abd Ghani, R., Khalid, N., Jolánkai, M., Tarnawa, Á., Percze, A., Mikó, P. P., & Kende, Z. (2023). Effects of Seed Quality and Hybrid Type on Maize Germination and Yield in Hungary. Agriculture, 13(9), 2-14. https://doi.org/10.3390/agriculture13091836
23. Pandey, H. S., & Sawant, C. P. (2023). Design and Development of a Seed Metering Mechanism for Ginger Planter. Journal of Scientific and Industrial Research, 82(10), 1071-1080. https://doi.org/10.56042/jsir.v82i10.225
24. Panwar, G., Swarnkar, R., Kumar, N., & Shukla, K. (2023). Evaluation of physical properties of maize and pigeonpea seeds for seed metering mechanism. Journal of Experimental Agriculture International, 45(12), 89-97. https://doi.org/10.9734/jeai/2023/v45i122269
25. Pascual, K. S., Rafael, M. L., Remocal, A. T., & Regalado, M. J. C. (2021). Development and evaluation of four-wheel tractor-attached multi-crop planter for mechanized seeding of maize in the Philippines. CIGR Journal, 23(3), 143.
26. Patel, S. K., Bhimani, J. B., Yduvanshi, B. K., & Gupta, P. (2024). Radish (Raphanus raphanistrum sativus) Seed Planter Parameters Optimization using Response Surface Methodology. Journal of Scientific and Industrial Research, 83(5), 483-489. https://doi.org/10.56042/jsir.v83i5.2823
27. Rabbani, M. A., Hossain, M. M., Asha, J. F., & Khan, N. A. (2016). Design and development of a low cost planter for maize establishment. Journal of Science Technology and Environment Informatics, 4(1), 270-279. https://doi.org/10.18801/jstei.040116.30
28. Seyoum, A., Paul, D., & Sinafikeh, A. (2013). Crop production in Ethiopia: Regional patterns and trends. Food and Agriculture in Ethiopia: Progress and Policy Challenges, 9780812208, 53-83. https://doi.org/10.9783/9780812208610.53
29. Shah, K., Alam, S., Nasir, F. E., Qadir, M. O., Haq, I. U., & Tahir Khan, M. (2022). Design and performance evaluation of a novel variable rate multi-crop seed metering unit for precision agriculture. IEEE Access, 10(September), 133152-133163. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3231136
30. Sharma, P. T., & Dewangan, K. N. (2023). Design and development of a vertical plate precision seed metering device with positive seed knockout mechanism. Agricultural Engineering International: CIGR Journal, 25(1), 27-42.
31. Singh, S., Sahoo, D. C., & Bisht, J. K. (2017). Development and performance evaluation of manual/bullock operated multicrop planter for hilly region. Agricultural Engineering International: CIGR Journal, 19(1), 81-86.
32. Sinha, A. K., Sinha, A. K., Sharma, S., Khar, S., Gupta, V., Parkash, S., Mishra, S. K., & Gupta, S. (2021). Maize sowing with multi crop planter under rain fed conditions in Rajouri District of J & K proved beneficial. Journal of Krishi Vigyan, 9(2), 120-123. https://doi.org/10.5958/2349-4433.2021.00023.4
33. Soyoye, B. O., Ademosun, O. C., & Agbetoye, L. A. S. (2018). Determination of some physical and mechanical properties of soybean and maize in relation to planter design. Agricultural Engineering International: CIGR Journal, 20(1), 81-89.
34. Theodrose, S., Kindie, T., Mezegebu, G., Nigussie, D., & Mengistu, K. (2024). Calibration and Evaluation of CERES-Maize and CROPGRO-Dry Bean Crop Simulation Models of the DSSAT in the Great Rift Valley Region of Ethiopia. International Journal of Applied Agricultural Sciences, 10(4), 149-156. https://doi.org/10.11648/j.ijaas.20241004.11
35. Tolossa, A., & Gizawu, T. (2024). Effect of Intra and Inter Row Spacing on Yield, Yield Components and Growth Parameter of Hybrid Maize at Mettu, South Western Ethiopia. Journal of Environment and Earth Science, 10(1), 16-19. https://doi.org/10.7176/JEES/10-1-03
36. Van Loon, J., Krupnik, T. J., López-Gómez, J. A., Timsina, J., & Govaerts, B. (2020). A standard methodology for evaluation of mechanical maize seed meters for smallholder farmers comparing devices from Latin America, Sub-Saharan Africa, and Asia. Agronomy, 10(8). https://doi.org/10.3390/agronomy10081091
37. Woldesenbet, M. (2014). Effect of Spacing on the Growth Parameters of Common Bean at Keker , Southwestern Ethiopia. International Journal of Research in Agricultural Sciences, 1(5), 15-18.
38. Zewdie, B., Olaniyan, A. M., Wako, A., Alemu, D., & Lema, T. (2024). Engineering properties of common bean in perspective of physical and frictional parameters for threshing machine design. INMATEH Agricultural Engineering, 73(2), 771-783. https://doi.org/10.35633/inmateh-73-65