水稻缽盤精量播種裝置長短粒芽種播種試驗(yàn)研究

陶桂香，衣淑娟，柳詠芬

(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 工程學(xué)院，黑龍江 大慶　163319)

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水稻缽盤精量播種裝置長短粒芽種播種試驗(yàn)研究

陶桂香，衣淑娟，柳詠芬

(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 工程學(xué)院，黑龍江 大慶163319)

摘要：為優(yōu)化水稻缽盤精量播種機(jī)有關(guān)參數(shù)及提高播種性能，利用水稻缽盤精量播種機(jī)，通過二次正交旋轉(zhuǎn)回歸分析，分別以水稻品種為空育131(短粒)、墾鑒3號(hào)(長粒)為研究對象，建立了型孔直徑、型孔厚度、種箱速度與性能指標(biāo)間的非線性回歸模型。結(jié)果表明：水稻品種為短粒時(shí)，對播種合格率和損傷率影響的主次因素均為型孔直徑、型孔厚度、種箱速度；當(dāng)水稻品種為長粒時(shí)，影響播種合格率和損傷率的主次因素不同，分別為型孔厚度、種箱速度、型孔直徑(長粒)和型孔直徑、種箱速度、型孔厚度(長粒)，確定較優(yōu)參數(shù)組合為10mm、4mm和0.290m/s(短粒)；11mm、4mm和0.240m/s(長粒)。此時(shí)，播種合格率94.81%、損傷率0.479%(短粒)；播種合格率95.37%、損傷率0.368%(長粒)。研究結(jié)果可為水稻缽盤精量播種機(jī)設(shè)計(jì)與性能改進(jìn)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水稻；缽盤精量播種裝置；長短粒芽種；播種

0引言

缽盤育秧因帶蔸插秧、不傷根系及栽植時(shí)不傷根系等優(yōu)點(diǎn)，可減少緩苗期，提高產(chǎn)量而成為寒地水稻育秧的主要育秧方式[1-6]。日本的缽盤育秧機(jī)械化技術(shù)相對成熟，但其設(shè)備價(jià)格高，不適合大面積推廣[7-8]。國內(nèi)由于目前水稻品種繁多，且不同品種之間物理特性差異較大，因此現(xiàn)有缽盤精量播種機(jī)仍舊存在播種合格率低、損傷率高等問題。為了解決上述問題，出現(xiàn)了機(jī)械式及氣吸式等不同形式的播種裝置。其中，氣力式主要是利用氣流壓差協(xié)種，對不同種子其播種參數(shù)差異較大；機(jī)械式主要利用機(jī)械裝置和稻種自重完成充種和播種。以往的研究結(jié)果表明[9]：無論是氣吸式還是機(jī)械式，播種裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)都與稻種的物理特性有關(guān)。目前，我國常用的水稻品種從尺寸上主要分為兩大類(即長粒和短粒)，通過對其物理特性的研究得知：長粒水稻芽種尺寸主要分布范圍為長度7.72～8.60mm、寬度2.00～2.52mm、厚度2.10～2.86mm；短粒水稻芽種尺寸主要分布范圍為長度6.71～7.20mm、寬度3.07～4.12mm、厚度1.56～2.23mm。以上數(shù)據(jù)表明：長短粒稻種的尺寸存在一定的差異，尤其是長度最大可相差2mm，給播種帶來了一定的難度[10-12]。目前，國內(nèi)外研究的播種裝置在進(jìn)行試驗(yàn)研究時(shí)多數(shù)都是選擇一種品種的水稻而獲得的結(jié)構(gòu)參數(shù)組合，而對于長短粒水稻均研究的沒有見到報(bào)道。本文分別選擇目前黑龍江常用水稻品種空育131(短粒)和墾鑒稻3號(hào)(長粒)為試驗(yàn)材料，對長、短粒芽種播種性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，分別獲得了長、短粒水稻品種為研究對象下的最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)組合，為水稻缽盤精量播種機(jī)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供依據(jù)。

1試驗(yàn)裝置和方法

1.1試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)在水稻缽盤精量播種試驗(yàn)臺(tái)上完成，如圖1所示。試驗(yàn)時(shí)，播種后的芽種由秧盤接取，根據(jù)植質(zhì)缽育栽植要求，使栽植分秧時(shí)保持完整的秧缽，秧盤穴缽為經(jīng)緯排列形式[13]，秧盤整體尺寸為560mm×265mm×22mm，壁厚3mm，缽孔為29×14=406穴，缽孔直徑為17.8mm，中心距為20.1mm。工作原理見參考文獻(xiàn)[14]。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1試驗(yàn)材料及條件

短粒選空育131為代表，長粒以墾鑒3號(hào)為代表。根據(jù)以往的試驗(yàn)研究結(jié)果[14]，確定試驗(yàn)條件為型孔穴形狀為圓柱形，型孔直徑8～12mm，型孔厚度2～6mm，種箱速度0.160～0.624m/s，型孔中心距19.3mm，稻種垂直位移29mm，秧盤與型孔中心距偏差13mm，稻種芽長1～2mm，每千粒稻種質(zhì)量空育131為38.36g，墾鑒3號(hào)為35.96g，含水率為23%。

1.電機(jī)座　2.機(jī)架　3推盤組合　4.表土箱　5播盤組合

1.2.2試驗(yàn)方法

以型孔直徑x1、型孔厚度x2、種箱速度x3為試驗(yàn)因素，以播種合格率和損傷率為指標(biāo)，利用二次正交旋轉(zhuǎn)回歸試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法[15-16]，進(jìn)行試驗(yàn)。因素水平編碼如表1所示。

表1　因素水平編碼表

續(xù)表1

試驗(yàn)前，將秧盤放到指定位置，待種箱內(nèi)充滿稻種后進(jìn)行試驗(yàn)。最初種箱擋板處于關(guān)閉狀態(tài)，待變頻器頻率處于指定數(shù)值、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定、種箱處于開始位置時(shí)，打開種箱擋板，試驗(yàn)開始。播種合格率=3～5粒/穴數(shù)/秧盤總穴數(shù)；損傷率：根據(jù)同行研究的經(jīng)驗(yàn)[16]，隨機(jī)取播種后的秧盤穴內(nèi)稻種200粒在相同環(huán)境下發(fā)芽，統(tǒng)計(jì)沒有繼續(xù)發(fā)芽的水稻數(shù)量占總水稻數(shù)量之比。每次試驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值。

2結(jié)果與分析

2.1試驗(yàn)結(jié)果

利用水稻缽盤精量播種試驗(yàn)臺(tái)，根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。

表2　二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)方案及結(jié)果

續(xù)表2

2.2回歸模型及試驗(yàn)因素主次順序

利用DPS對試驗(yàn)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次正交旋轉(zhuǎn)回歸統(tǒng)計(jì)分析，分別得出水稻品種空育131和墾鑒稻3號(hào)時(shí)播種合格率和損傷率回歸方程，并對其進(jìn)行F檢驗(yàn)和t檢驗(yàn)，剔除對綜合指標(biāo)影響小的項(xiàng)，得到試驗(yàn)因素與性能指標(biāo)的關(guān)系為：

1)空育131為

(1)

(2)

2)墾鑒稻3號(hào)為

(3)

(4)

其中，y1為播種合格率(%)；y2為損傷率(%)；x1為型孔直徑(mm)；x2為型孔厚度(mm)；x3為種箱速度(r/min)。

對回歸方程(1)～(4)式進(jìn)行貢獻(xiàn)率分析得：水稻品種為空育131時(shí)，影響播種合格率和損傷率的因素主次順序均為x1、x2、x3；水稻品種為墾鑒稻3號(hào)時(shí)，影響播種合格率的因素主次順序?yàn)閤2、x3、x1，損傷率的因素主次順序?yàn)閤1、x3、x2，各因素檢驗(yàn)均顯著。

2.3多因素響應(yīng)圖分析

根據(jù)回歸方程，運(yùn)用DPS得到播種合格率和損傷率與各因素之間的關(guān)系如圖2和圖3所示。

圖2　播種合格率雙因素曲線

圖3　損傷率雙因素曲線

2.3.1對播種合格率的影響分析

由圖2(a)可知：水稻品種分別為短粒和長粒時(shí)，型孔直徑與型孔厚度交互作用下對播種合格率的影響規(guī)律相似，為上凸形曲面。水稻品種為短粒時(shí)，當(dāng)型孔直徑在9.5～11.0mm之間、型孔厚度在3.5～5.0mm之間時(shí)，播種合格率達(dá)到90%以上；水稻品種為長粒時(shí)，當(dāng)型孔直徑在10.5～12.0mm之間、型孔厚度在3.5～5.0mm以上時(shí)，播種合格率達(dá)到90%以上。

由圖2(b)可知：水稻品種分別為短粒和長粒時(shí)，型孔直徑與種箱速度交互作用下對播種合格率的影響規(guī)律相似，為馬鞍形曲面。當(dāng)水稻品種為長粒時(shí)，型孔直徑對播種合格率影響變化幅度大于當(dāng)水稻品種為短粒時(shí)。

由圖2(c)可知：水稻品種分別為短粒和長粒時(shí)，型孔厚度與種箱速度交互作用下對播種合格率的影響規(guī)律相似，為馬鞍形曲面。水稻品種為短粒時(shí)，當(dāng)型孔厚度在3.0～4.0mm之間、種箱速度在0.102～0.132m/s之間時(shí)，播種合格率達(dá)到90%以上；水稻品種為長粒時(shí)，當(dāng)型孔厚度在3.5～4.5mm之間、種箱速度在0.102～0.132m/s之間時(shí)，播種合格率達(dá)到90%以上。其中，水稻品種為長粒時(shí)，型孔厚度對播種合格率的影響變化幅度大于當(dāng)水稻品種為短粒時(shí)。

2.3.2對損傷率的影響分析

由圖3(a)可知：水稻品種分別為短粒和長粒時(shí)，型孔直徑與型孔厚度交互作用下在對損傷率影響規(guī)律相似，為凹形曲面。水稻品種為短粒時(shí)，當(dāng)型孔直徑在9.0～11.0mm之間、型孔厚度在3.0～5.0mm之間時(shí)，損傷率均在0.5%以下；水稻品種為長粒時(shí)，當(dāng)型孔直徑在10.5～12.0mm之間、型孔厚度在3.5～5.0mm以上時(shí)，損傷率均在0.5%以下。

由圖3(b)可知：水稻品種分別為短粒和長粒時(shí)，型孔直徑與種箱速度交互作用下對損傷率影響規(guī)律相似，為凹形曲面。當(dāng)種箱速度一定時(shí)，損傷率均隨型孔直徑的增大而先減少后增加；當(dāng)型孔直徑一定時(shí)，損傷率隨種箱速度的變化幅度平緩。

由圖3(c)可知：水稻品種分別為短粒和長粒時(shí)，型孔厚度與種箱速度交互作用下對損傷率的影響為凹形曲面。水稻品種為短粒時(shí)，當(dāng)型孔厚度在3.0～4.0mm之間、種箱速度在0.102～0.132m/s之間時(shí)，損傷率均在0.5%以下；水稻品種為長粒時(shí)，當(dāng)型孔厚度在3.0～4.5mm之間、種箱速度在0.102～0.132m/s之間時(shí)，損傷率均在0.5%以下。

3性能指標(biāo)優(yōu)化

分別以播種合格率、損傷率為目標(biāo)函數(shù)，利用主目標(biāo)函數(shù)法，通過MatLab 進(jìn)行優(yōu)化求解，得到最佳參數(shù)組合方案如表3所示。

表3　最佳參數(shù)組合方案

由表3得出：最佳參數(shù)組合方案為：型孔直徑10mm、型孔厚度4mm、種箱速度0.290m/s(短粒)；型孔直徑11mm、型孔厚度4mm、種箱速度0.240m/s (長粒)。

4驗(yàn)證試驗(yàn)

在水稻缽盤精量播種試驗(yàn)臺(tái)上，當(dāng)型孔中心距19.3mm、稻種垂直位移29mm、秧盤與型孔中心距偏差13mm、型孔直徑10mm、型孔厚度4mm、種箱速度0.290 m/s(短粒)，型孔直徑11mm、型孔厚度4mm、種箱速度0.240m/s(長粒)的條件下，分別對品種為空育131、墾鑒稻3號(hào)的水稻芽種進(jìn)行播種試驗(yàn)，通過統(tǒng)計(jì)分析獲得播種合格率、損傷率的值分別為：94.81%、0.479%(短粒)；95.37%、0.368%(長粒)。根據(jù)文獻(xiàn)[13]可知育秧盤整體播種器技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為：播種合格率>90%、損傷率<3%?？梢?，上述性能指標(biāo)滿足技術(shù)要求。

5結(jié)論

1)通過二次正交旋轉(zhuǎn)回歸分析，以水稻品種為空育131、墾鑒3號(hào)為研究對象，建立了型孔直徑、型孔厚度、種箱速度與性能指標(biāo)間的非線性回歸模型。

2)水稻品種為短粒時(shí)，對播種合格率和損傷率影響的主次因素均為型孔直徑、型孔厚度、種箱速度；水稻品種為長粒時(shí)，影響播種合格率和損傷率的主次因素不同，分別為型孔厚度、種箱速度、型孔直徑(長粒)和型孔直徑、種箱速度、型孔厚度(長粒)。

3)在一定條件下，分別對品種為空育131、墾鑒稻3號(hào)的水稻芽種進(jìn)行播種試驗(yàn)，通過統(tǒng)計(jì)分析獲得播種合格率、損傷率的值分別為：94.81%、0.479%(短粒)；95.37%、0.368%(長粒)。

4)通過試驗(yàn)驗(yàn)證得到在較優(yōu)工藝參數(shù)組合條件下播種合格率、損傷率分別為：94.81%、0.479%(短粒)；95.37%、0.368%(長粒)。

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Experiments on Rice Bowl Dish Precision Seeder Long and Short Paddy Grain in Seeding Processing

Tao Guixiang, Yi Shujuan, Liu Yongfen

(College of Engineering Heilongjiang Bayi Agricultural University , Daqing 163319，China)

Abstract：In order to optimize the parameters of the rice Bowl-dish precise seeder to improve the plant performance, the three factors five levels quadratic orthogonal rotational regression experiment has been conducted by using rice bowl-dish precise seeder, studying the effect on seeding rate and the damage rate by the shaped hole diameter, shaped hole thickness, seedbox speed. Empty test is commonly used in Heilongjiang province rice varieties kongyu131(long grain) and kenjian3(short grain)，The results shows that the order of factors affecting rice seeding rate is the type of hole diameter, shaped hole thickness, seed box speed(short grain), shaped hole thickness, seed box speed , the type of hole diameter (long grain); the order of factors affecting rice injury rate is the type of hole diameter, shaped hole thickness, seed box speed(short grain), the type of hole diameter, seed box speed, shaped hole thickness (long grain).The result including more optimal parameters(the type of hole diameter is 10mm, shaped hole thickness 4mm; seed box speed 0.290m/s(short grain) and the type of hole diameter is 11mm, shaped hole thickness 4mm; seed box speed 0.240m/s(long grain)respectively) and performance indicators(the seeding rate is 94.81%; damage rate 0.479%(short grain) and the seeding rate is 95.37%; damage rate 0.368%(long grain) )provide the basis for design and performance improvement of bowl-dish precision seeder.

Key words：rice; bowl-dish precision seeder; long and short paddy; seed

文章編號(hào)：1003-188X(2016)04-0158-07

中圖分類號(hào)：S223.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡介：陶桂香(1976-)，女，山東單縣人，副教授，博士,(E-mail)tgx1996@163.com。通訊作者：衣淑娟(1965-)，女，山東棲霞人，教授，博士生導(dǎo)師， (E-mail)yishujiuan_2005@126.com。

基金項(xiàng)目：“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2014BAD06B01)；黑龍江省科學(xué)基金項(xiàng)目(E2015033)；黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目(DXB2013-20)

收稿日期：2015-03-31