水稻精量穴直播機(jī)開溝裝置的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

張明華，王在滿※，羅錫文，楊文武，戴億政，王寶龍

水稻精量穴直播機(jī)開溝裝置的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

張明華1,2，王在滿※1,2，羅錫文1,2，楊文武1,2，戴億政1，王寶龍1,2

（1. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510642；2. 南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，長(zhǎng)沙 410128）

為解決人工撒播與機(jī)械條播表土播種方式存在的苗難齊、產(chǎn)量不穩(wěn)等問題，根據(jù)“精量穴播”、“開溝起壟”的技術(shù)思路，對(duì)水稻精量穴直播機(jī)同步開溝起壟裝置的關(guān)鍵部件播種溝開溝器和蓄水溝開溝器進(jìn)行了研究。根據(jù)同步開溝起壟的農(nóng)藝要求確定適宜直播機(jī)水田作業(yè)的土壤（壤土和黏土）含水率為50%～58%，并確定了播種溝開溝器及蓄水溝開溝器的外形尺寸分別為50 mm×35 mm×30 mm、80 mm×50 mm×50 mm（上寬×下寬×高度）。對(duì)不同開溝方式對(duì)水稻出苗、水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理：開水溝+開播種溝+機(jī)械穴播（W1）、開播種溝+機(jī)械穴播（W2）、不開溝+機(jī)械穴播（W3），選用雜交稻品種培雜泰豐和常規(guī)稻品種玉香油占為試驗(yàn)材料。研究結(jié)果表明，與“不開溝+穴播”播種方式相比，開播種溝的播種方式不僅可以保證穴播方式的成行成穴齊苗生長(zhǎng)，還可提高水稻出苗率（培雜泰豐提高了13.4%～17.8%，玉香油占提高了12.3%～16.0%）；結(jié)實(shí)率與產(chǎn)量極顯著相關(guān)，有效穗數(shù)與產(chǎn)量亦具有顯著相關(guān)性。綜合考慮3者的變化程度及趨勢(shì)，“播種溝+水溝+穴播”播種方式總體優(yōu)勢(shì)明顯，較不開溝播種方式，在水稻產(chǎn)量方面最高可提高8.10%，且始終保持相對(duì)最高產(chǎn)量的效果。開溝裝置的設(shè)計(jì)以及大田試驗(yàn)的驗(yàn)證對(duì)水稻機(jī)械化穴直播技術(shù)的推廣應(yīng)用有重要的指導(dǎo)意義。

農(nóng)業(yè)機(jī)械；設(shè)計(jì)；試驗(yàn)；水稻；精量穴播；同步開溝起壟；開溝器

0 引 言

目前國(guó)內(nèi)水稻直播方式主要有人工撒播和機(jī)械直播2種方式。人工撒播難以實(shí)現(xiàn)成行成穴種植，受自然因素影響較大，出苗率低，群體結(jié)構(gòu)不合理，疏密不均，導(dǎo)致產(chǎn)量不穩(wěn)[1-3]。同時(shí)，播種溝的質(zhì)量對(duì)種子著床的精確性有影響[4]，良好的播種溝有助于提高水稻種子分布的均勻性和播深的一致性，有利于提高出苗率[5-7]。上海滬嘉系列外槽輪式水稻條直播機(jī)和廣西大學(xué)農(nóng)機(jī)化研究所研制的2BD-8型自走型分流式水稻直播機(jī)都采用條播方式，播種量較大，且都將種子播于泥面[8-9]，如播后遇大雨，可能將已播種子沖亂。江蘇昆山市農(nóng)機(jī)推廣站研制的水稻帶式精量條直播機(jī)[10]，在塑料底板下裝有播種溝開溝器，但開出的播種溝較寬較淺，播后種溝回土性能較差，對(duì)播深沒有顯著幫助。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)研究了一種輕便式的水稻直播機(jī)[11]，以條播方式將種子播在泥面上，再由覆土板抹入泥漿中，雖可減少種子漂浮，但對(duì)田面的平整度和泥腳的平整度要求較高，否則會(huì)出現(xiàn)覆土板將種子拖拉移位或不能實(shí)現(xiàn)覆土的問題。目前的水稻直播技術(shù)主要將種子播于表面，沒有一定的播深，受雨水等自然因素影響，導(dǎo)致種子在田間的分布不均勻，影響水稻生長(zhǎng)群體結(jié)構(gòu)，從而影響出苗率和產(chǎn)量。

國(guó)內(nèi)外農(nóng)學(xué)家研究表明，水稻生產(chǎn)采用濕潤(rùn)灌溉方式，可有效提高水分利用率，有利于作物干物質(zhì)的積累和產(chǎn)量的提高[12-16]。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)提出了同步開溝起壟技術(shù)[17-19]，并研制成功同步開溝起壟水稻精量穴直播機(jī)[20-26]。該技術(shù)在田面同時(shí)開出播種溝和蓄水溝，播種溝位于兩條蓄水溝之間的壟臺(tái)中間，采用穴播方式將水稻種子成行成穴地播在播種溝中，保證“溝中有水，水不上畦”，有利于實(shí)現(xiàn)濕潤(rùn)灌溉。鄭天翔等[16]對(duì)同步開溝起壟水稻精量穴播技術(shù)結(jié)合濕潤(rùn)灌溉進(jìn)行了研究，結(jié)果表明可節(jié)水30%以上。臧英等[27-28]對(duì)同步開溝起壟水稻精量穴播技術(shù)對(duì)甲烷排放的影響進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明該技術(shù)可降低54.55%甲烷氣體排放。

本文主要針對(duì)水稻精量穴直播機(jī)的開溝起壟裝置進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了播種溝開溝器和蓄水溝開溝器的形狀與尺寸，使水稻精量穴直播機(jī)有良好的開溝起壟效果；在大田對(duì)水稻精量穴播“同步開溝起壟”與“不開溝”2種播種方式進(jìn)行了對(duì)比研究，分析了“同步開溝起壟”對(duì)出苗率和水稻產(chǎn)量構(gòu)成的影響，以期為水稻精量直播技術(shù)與機(jī)具的優(yōu)化提供依據(jù)。

1 開溝裝置總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 開溝裝置總體結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)依據(jù)

根據(jù)同步開溝起壟水稻機(jī)械化穴播技術(shù)的技術(shù)原理，在精量穴直播作業(yè)的同時(shí)，采用蓄水溝開溝器開出水溝，在開出水溝的同時(shí)形成相應(yīng)的壟臺(tái)，采用播種溝開溝器在壟臺(tái)上同時(shí)開出播種溝，如圖1所示。

圖1 開溝裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Overall structure diagram of furrowing device

為了達(dá)到較好的開溝起壟效果，根據(jù)水稻機(jī)械化穴直播技術(shù)的要求，開溝器必須滿足：

1）開溝成形效果好。主要與田塊準(zhǔn)備有關(guān)，包括打田起漿、平整、沉淀和排水等過程，即需要控制田面滿足開溝起壟成形的條件。

2）開溝深淺一致。溝形整齊、平直，開溝起壟裝置能適應(yīng)不同泥面情況自適應(yīng)進(jìn)行仿形作業(yè)。

3）開溝器不纏草。開溝作業(yè)時(shí)纏草影響開溝效果和播種效果。

4）開溝成形時(shí)無壅泥現(xiàn)象。壅泥會(huì)影響機(jī)器行走性能和覆蓋已播稻種，從而影響出苗。

5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，作業(yè)阻力小，維護(hù)方便。

1.2 播種溝開溝器設(shè)計(jì)

水稻移栽深度一般為20～40 mm，以此作為水稻機(jī)械化穴播技術(shù)的播種溝開溝深度的設(shè)計(jì)依據(jù)，即平均開溝深度定為30 mm。為保證大多數(shù)的種子可以落入種溝中，需要研究排種器在工作過程種子下落的成穴寬度，即每穴垂直于前進(jìn)方向的最大距離。

采用水稻精量穴直播機(jī)所用的排種器在多功能播種試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了試驗(yàn)，排種輪轉(zhuǎn)速為60 r/min，輸送帶的速度為1 m/s，播種高度為180 mm，種子選用破胸露白的玉香油占和秀水134。各取100穴，用直尺測(cè)量成穴寬度。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 水稻精量穴直播機(jī)播種成穴寬度Table1 Hill width of precision rice hill-drop drilling machine

從表1結(jié)果可知，種溝底部的寬度應(yīng)不小于44 mm，但考慮到播種后，受播種行距（特別是20 cm行距）的限制，播種溝不能過大，否則壅泥現(xiàn)象較嚴(yán)重。若播種溝設(shè)計(jì)成上下底邊分別為50 mm和35 mm的梯形時(shí)，以玉香油占和秀水134為例，100%的種子將落入種溝中，98.7%的玉香油占種子和99%的秀水134種子將落入種溝底部。

已有研究表明，溝形呈“U”形或“倒八字”形，有利于回土[29]，但是水稻水田直播時(shí)不可覆土過深[30-31]，否則會(huì)嚴(yán)重影響出苗率和秧苗素質(zhì)，播種溝最理想的狀態(tài)是應(yīng)隨著水稻出苗和生長(zhǎng)，慢慢覆蓋平整。為此，播種溝的截面采用上下底邊為50 mm和35 mm的等腰梯形較合理。考慮水田泥面較軟，播種溝開溝器采用滑塊型式，如圖2所示，播種溝開溝器前端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為尖端圓弧形狀，與平端面相比，既能降低工作阻力，又可減少雜草纏繞而影響開溝效果。為了保證開溝的成形性和稻種順利落到播種溝溝底，播種溝溝壁的泥土回流情況是研究和分析的關(guān)鍵。

圖2 播種溝開溝器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure diagram of seeding furrow opener

如圖3所示，播種溝溝壁的泥土在開溝器的擠壓過程中主要發(fā)生塑性形變，部分泥土在開溝器的作用力下有反彈回流的趨勢(shì)，水平方向的受力Fx為

從式（1）可知，當(dāng)F與水平方向的夾角θ（°）增大時(shí)，F(xiàn)x變小，有利于減緩泥土的回流，因此，播種溝開溝器的成形部分設(shè)計(jì)為梯形結(jié)構(gòu)，下端寬度為35 mm，上端寬度為50 mm，更有利于播種溝的開溝成形。

圖3 播種溝溝壁土壤受力情況Fig.3 Force situation on soil of seeding furrow wall

根據(jù)式（2）可計(jì)算稻種下落的垂直方向初速度

忽略空氣阻力，根據(jù)式（3）可計(jì)算稻種下落的距離

式中vy為稻種下落的垂直方向初速度，m/s；v0為種子下落時(shí)的速度，m/s；Sy為稻種下落的距離，m；α為型孔中的稻種開始下落的速度方向與水平方向的角度，所選排種器為30°；n為排種器的轉(zhuǎn)速，60 r/min；r為排種輪的半徑，0.056 m；g為重力加速度，10 m/s2；t1為稻種從型孔開始下落到落入播種溝溝底所花時(shí)間，s。

根據(jù)式（3）可知，當(dāng)投種總高度Sy為180 mm（包括播種溝溝深30 mm）時(shí)，t1大約為0.16 s，因此，播種溝泥土回流的較佳時(shí)間應(yīng)大于0.16 s，即可保證大部分稻種順利落入種溝底。故合適的播種溝開溝器尺寸為50 mm× 35 mm× 30 mm (上寬×下寬×高度)。

田間試驗(yàn)表明，播種溝的成形性能主要受泥面沉實(shí)狀況、土壤含水量和播種溝開溝器等因素影響。根據(jù)大田生產(chǎn)結(jié)果，田塊平整后一般需要沉實(shí)2～3 d，采用滑塊式開溝器開溝的成形效果較佳。

1.3 蓄水溝開溝器設(shè)計(jì)

根據(jù)播種溝開溝器的開溝成形機(jī)理，蓄水溝開溝器采用相同的開溝原理，也采用梯形形狀的滑塊式開溝器。由于蓄水溝的溝形尺寸比播種溝大，因此必須分析蓄水溝開溝器的入土條件和工作阻力。蓄水溝越大，蓄水效果越好，但機(jī)器工作阻力亦會(huì)相應(yīng)增大，導(dǎo)致作業(yè)效率降低，甚至可能造成嚴(yán)重的壅泥現(xiàn)象；反之，蓄水溝越小，工作阻力亦越小，但蓄水效果差；所以必須設(shè)計(jì)合理的蓄水溝開溝尺寸。根據(jù)開溝器在滑板上的安裝尺寸，梯形的上下底邊分別取80 mm與50 mm；開溝器的成形長(zhǎng)度越長(zhǎng)，所開溝的成形效果越好，因此開溝器安裝面長(zhǎng)度可取滑板的地面寬度，為300 mm；考慮降低工作阻力和減少雜草纏繞，蓄水溝開溝器的尖端做成弧形，因此開溝器的成形長(zhǎng)度L暫取160 mm，結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 蓄水溝開溝器結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Structure diagram of water furrow opener

影響蓄水溝開溝器的開溝效果的因素主要有土壤堅(jiān)實(shí)度、土壤壓縮性、抗剪強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和土壤塑性等。

根據(jù)《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（2007）的土壤堅(jiān)實(shí)度曲線[28]可知，同步開溝起壟裝置的開溝深度h應(yīng)該控制在彈性變形與塑性變形階段內(nèi)；為了減少開溝作業(yè)過程中出現(xiàn)嚴(yán)重壅泥的現(xiàn)象，h不能超過10 cm。

土壤的壓縮性可以土壤容積系數(shù)q0（N/cm3）表示，一般為5～50 N/cm3。

式中P為壓力，N；A為開溝器平均截面積，A=（a +b）·h/2，cm2；h為開溝器開溝深度，cm；a為開溝器上端面寬度，cm；b為開溝器下端面寬度，cm。

式（4）表示土壤被壓縮時(shí)，壓力P與開溝深度h成線性關(guān)系，一般是出現(xiàn)在低壓狀態(tài)，因此該公式適合水田濕潤(rùn)狀態(tài)土壤的分析。

假設(shè)開溝起壟裝置完全靠自重壓入土壤中進(jìn)行開溝作業(yè)，若播種機(jī)的質(zhì)量（包括稻種質(zhì)量，每個(gè)種箱加5 kg稻種）為250 kg，為了在土壤最佳壓縮范圍內(nèi)容進(jìn)行開溝，土壤容積系數(shù)q0可取最小值5.0 N/cm3，根據(jù)式（4）可計(jì)算出開溝器的平均截面積A和開溝深度h。

A·h = P / q0= 250×9.8 / 5.0 = 490 cm3假設(shè)開溝器的上、下端面寬度分別為8 cm和5 cm，長(zhǎng)度L為16 cm，可得到開溝深度為

h = 490 / (((8+5)/2)×16) ≈ 4.7 cm因此，開溝器高度可取整數(shù)5.0 cm，即合適的蓄水溝開溝器尺寸為80 mm×50 mm×50 mm (上寬×下寬×高度)。

根據(jù)以上分析，開溝器在合適的外形尺寸時(shí)，可滿足水田土壤的堅(jiān)實(shí)度和壓縮性的要求，在保證開溝效果的同時(shí)，也可減少開溝壅泥現(xiàn)象。

1.4 水田開溝作業(yè)與土壤含水率的關(guān)系

根據(jù)上述分析，本研究設(shè)計(jì)了一種同步開溝起壟裝置（圖1），每一個(gè)播種溝開溝器對(duì)應(yīng)一行排種器，如10行機(jī)器對(duì)應(yīng)的是10個(gè)播種溝開溝器；每2個(gè)播種溝開溝器中間安裝一個(gè)蓄水溝開溝器，為保證機(jī)器的對(duì)稱性，同時(shí)方便田間掉頭準(zhǔn)確對(duì)行播種作業(yè)，整套同步開溝起壟裝置的蓄水溝開溝器數(shù)量為11個(gè)。

同步開溝起壟裝置田間作業(yè)時(shí)，實(shí)際情況與單個(gè)開溝器的開溝理論類似，但開溝器數(shù)量增加后，開溝器與土壤相互間的受力情況會(huì)有差異。根據(jù)圖5水田土壤的抗壓、抗剪強(qiáng)度與含水率和塑性范圍的關(guān)系[32]可知，同一類土壤，由于含水率的不同，機(jī)械性質(zhì)也有所不同。水分較低時(shí)，土壤堅(jiān)硬，耕作阻力增加，水分達(dá)到上塑限時(shí)，開始出現(xiàn)泥漿，最后水分增至飽和狀態(tài)，也就是水田耕作性能較好的狀態(tài)；水分增大到上塑限附近時(shí)，抗剪強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度最小。

圖5 水田土壤的抗壓、抗剪強(qiáng)度與塑性范圍和含水率的關(guān)系Fig.5 Relationships between compressive strength, shear strength, plastic range and water content in paddy soil

同步開溝起壟裝置作業(yè)性能與水田土壤條件（特別是含水率）的關(guān)系密切。在保證水田打田起漿和沉實(shí)排水的條件下，選擇適合開溝播種作業(yè)時(shí)的泥面土壤含水率至關(guān)重要。在湖南長(zhǎng)沙、廣州華南農(nóng)業(yè)大學(xué)躍進(jìn)北農(nóng)場(chǎng)、上海松江等地對(duì)開溝起壟效果較好的田塊取土樣調(diào)查，測(cè)得含水率如表2所示。

表2 開溝效果較好的土壤含水率范圍Table2 Range of water content with which opener furrowing is better

根據(jù)圖5可知，在含水率為40%以上時(shí)，水田土壤的抗剪和抗壓強(qiáng)度趨于最小值，且達(dá)到上塑限值，即同步開溝起壟作業(yè)阻力較小，成形性能較好，有利于同步開溝起壟精量穴直播作業(yè)。根據(jù)表2可知，壤土土壤的含水率為48.7%～55.5%，黏土土壤的含水率為49.3%～57.8%時(shí)，開溝起壟效果較好，與圖5理論基本相符。

實(shí)際上，播種后的稻種在比較濕潤(rùn)（即含水率高，但不淹水）的泥面生長(zhǎng)效果會(huì)更好，出苗率會(huì)更高，綜合以上分析，建議在進(jìn)行同步開溝起壟精量穴直播作業(yè)時(shí)，在水田泥面保持不淹水和不積水的情況下，土壤（壤土和黏土）含水率為50%～58%時(shí)，可獲得較好的作業(yè)性能和水稻生長(zhǎng)效果。

2 同步開溝裝置田間對(duì)比試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)處理

2012年晚季和2013年晚季2a在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)的同一田塊共進(jìn)行了2次試驗(yàn)，選用雜交稻品種培雜泰豐和常規(guī)稻品種玉香油占為研究材料。

試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理：開水溝+開播種溝+機(jī)械穴播（W1）、開播種溝+機(jī)械穴播（W2）、不開溝+機(jī)械穴播（W3），每個(gè)小區(qū)處理面積為300 m2。

采用華南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的水稻精量穴播機(jī)（10行、行距20 cm、穴距18 cm）播種，W1處理為正常機(jī)器播種，W2處理播種前拆除了水溝開溝器，W3則同時(shí)拆除水溝開溝器和播種溝開溝器進(jìn)行播種。期間田間水肥管理按當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培方法進(jìn)行。

2.2 調(diào)查內(nèi)容與方法

1）出苗率調(diào)查：在2013年晚季，在播種當(dāng)天和播種后第15天，分別調(diào)查田間每穴播種粒數(shù)和每穴出苗數(shù)，計(jì)算出苗率，每個(gè)處理小區(qū)共調(diào)查100穴。

2）產(chǎn)量構(gòu)成調(diào)查：調(diào)查每個(gè)處理小區(qū)的有效穗數(shù)，每個(gè)小區(qū)重復(fù)3次實(shí)割1 m2水稻，并取樣考種調(diào)查每穗總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量等，稱量得出實(shí)際產(chǎn)量。

3）采用Excel 2010進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析。

2.3 結(jié)果與分析

2.3.1 不同開溝方式對(duì)水稻出苗的影響

表3是2013年試驗(yàn)調(diào)查的出苗率情況，對(duì)2個(gè)品種而言，開播種溝播種處理（W1、W2）明顯高于不開溝播種處理（W3）的出苗率，培雜泰豐提高了13.4%、17.8%，玉香油占提高了16.0%、12.3%。

表3 2013年水稻出苗率情況Table3 Rate of seedling emergence in 2013

2.3.2 對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

表4為2012年和2013年水稻精量穴直播在不同開溝方式下，水稻出苗率情況。從表4的結(jié)果中可知，在2012年試驗(yàn)中，對(duì)產(chǎn)量而言，培雜泰豐和玉香油占的產(chǎn)量(分別為W1≈W2＞W(wǎng)3；W1＞W(wǎng)3＞W(wǎng)2)均以W1處理最高，相比W2和W3，分別提高了0.12%～1.28%，2.68%～8.10%；培雜泰豐和玉香油占的每穗總粒數(shù)也以W1處理最高；對(duì)有效穗數(shù)而言，培雜泰豐、玉香油占分別以W3、W1處理最高；對(duì)結(jié)實(shí)率而言，培雜泰豐和玉香油占的結(jié)實(shí)率均以W3處理最高；對(duì)千粒質(zhì)量而言，培雜泰豐、玉香油占分別以W1、W3處理最高。相關(guān)性分析結(jié)果（表5）表明：結(jié)實(shí)率與產(chǎn)量極顯著相關(guān)(P＜0.01，r =0.813 1)，有效穗數(shù)與產(chǎn)量亦具有顯著相關(guān)性(P＜0.05，r =0.703 5)。但3組的結(jié)實(shí)率之間差異極?。?.3%～1.95%）；2個(gè)品種3組處理的有效穗數(shù)之間關(guān)系不穩(wěn)定（W3＞W(wǎng)2＞W(wǎng)1；W1＞W(wǎng)2≈W3)。故重點(diǎn)考慮最重要的產(chǎn)量因素，盡管W2與W3之間變化不穩(wěn)定，但是W1始終保持相對(duì)最高產(chǎn)量，較W3提高產(chǎn)量最高可達(dá)到8.10%。

表4 不同開溝方式對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table4 Effect on rice yield and yield components with different furrow-opening methods

表5 產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素之間的相關(guān)性分析Table5 Correlation analysis of rice yield and yield components

在2013年試驗(yàn)中，對(duì)產(chǎn)量而言，培雜泰豐和玉香油占的產(chǎn)量分別以W2處理和W1處理最高；培雜泰豐和玉香油占的每穗總粒數(shù)均以W1處理最高；對(duì)結(jié)實(shí)率而言，培雜泰豐和玉香油占的結(jié)實(shí)率均以W3處理最高；對(duì)有效穗數(shù)而言，培雜泰豐和玉香油占的處理W1≈W2，且明顯大于W3，此外，2個(gè)水稻品種之間的產(chǎn)量趨勢(shì)也都表現(xiàn)為W1≈W2＞W(wǎng)3。

結(jié)合2a的試驗(yàn)結(jié)果表明，W1的總體優(yōu)勢(shì)明顯，具有較好的水稻產(chǎn)量效果；W2與W3的變化相對(duì)不穩(wěn)定。

3 結(jié) 論

1）田間試驗(yàn)結(jié)果表明，同步開溝起壟水稻播種方式，可滿足水稻機(jī)械化穴播技術(shù)的農(nóng)藝要求。

2）根據(jù)同步開溝起壟農(nóng)藝要求確定了適宜作業(yè)的土壤含水率為50%～58%，并確定了播種溝開溝器及蓄水溝開溝器的外形尺寸分別為50 mm×35 mm×30 mm、80 mm× 50 mm×50 mm（上寬×下寬×高度）。

3）田間試驗(yàn)結(jié)果表明，較“不開溝+機(jī)械穴播”播種方式，有開播種溝的播種方式的高培雜泰豐的出苗率提高17.8%，玉香油占的出苗率提高16.0%；“開水溝+開播種溝+機(jī)械穴播”播種方式總體優(yōu)勢(shì)明顯。較不開溝播種方式，水稻產(chǎn)量最高可提高8.10%；而且相對(duì)受品種及年份的影響小。

“開溝起壟”技術(shù)與“精量穴播”結(jié)合，是解決直播稻苗難齊導(dǎo)致的產(chǎn)量不穩(wěn)現(xiàn)象的有效途徑，同時(shí)有利于實(shí)現(xiàn)水稻節(jié)水生產(chǎn)的濕潤(rùn)灌溉技術(shù)。因此，在保證不影響機(jī)器作業(yè)效率和生產(chǎn)成本的情況下，應(yīng)充分發(fā)揮“同步開溝起壟”的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

[1] 陳翻身，許四五．水稻直播栽培三個(gè)技術(shù)瓶頸問題形成原因及對(duì)策[J]．中國(guó)稻米，2006，12(2)：33－34.

[2] 陳萬勝．淺談水稻直播栽培的三大難點(diǎn)及對(duì)策[J]．中國(guó)稻米，2001，7(1)：33–33．

[3] 殷本華，孫作林．水稻直播技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀、難點(diǎn)問題及對(duì)策[J].中國(guó)稻米，2005，11(2)：28－28．

[4] Celik A, Ozturk I, Way T R. Effects of various planters on emergence and seed distribution uniformity of sunflower[J]. Applied Engineering in Agriculture, 2007, 23(1): 57－61.

[5] Trapeznikov V K, Ivanov I I, Kudoyarova G R, et al. Effect of heterogeneous distribution of nutrients on root growth, ABA content and drought resistance of wheat plants[J]. Plant and Soil, 2003, 252(2): 207－214.

[6] Liu W D, Tollenaar M, Stewart G, et al. Response of corn grain yield to spatial and temporal variability in emergence[J]. Corp Science, 2004, 44(3): 847－854.

[7] Singh K P, Agrawal K N, Jat D, et al. Design, development and evaluation of furrow opener for differential depth fertilizer application[J]. Indian Journal of Agricultural Sciences, 2016, 86(2): 250－255.

[8] 肖體瓊．精少量水稻直播機(jī)排種器的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[D]．南京：南京理工大學(xué)，2006．

Xiao Tiqiong. Design and Experimental Study on Fine and Small-amount Seed Metering Device of Rice Direct Seeding Machine [D]. Nanjing: Nanjing University of science and Technology, 2006. (in Chinese with English abstract)

[9] 楊堅(jiān)，韋林，覃振友，等．2BD-8自走型分流式小型水稻直播機(jī)[J]．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，1998，29(4)：177－180.

Yang Jian, Wei Lin, Tan Zhenyou, et al. 2BD-8 small selfpropelled and shunt direct seeding machine[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Machinery, 1998, 29(4): 177－180. (in Chinese with English abstract)

[10] 許恩龍，夏孝勤，施祺琪，等．我國(guó)水稻直播機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀與對(duì)策研究[J]．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41(21)：9136－9137．

Xu Enlong, Xia Xiaoqin, Shi Qiqi, et al. Research on the development status of rice direct seeding machine and countermeasure[J]. Journal of Anhui Agricultural science, 2013, 41(21): 9136－9137. (in Chinese with English abstract)

[11] 馬廣．輕便型水稻直播機(jī)的研制[D]．南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008．

Ma Guang. Development of Light-duty Paddy Planter[D]. Nanjing：Nanjing Agricultural University, 2008. (in Chinese with English abstract)

[12] Belder P, Bouman B A M, Cabangon, et al. Effect of water-saving irrigation on rice yield and water use in typical low land conditions in Asia[J]. Agricultural Water Management, 2004, 65(3): 193－210.

[13] Borrell A, Garside A, Fukai S. Improving efficiency of water use for irrigated rice in asemi-arid tropical environment[J]. Field Crop Res, 1997, 52(3): 231－248.

[14] Bouman B A M, Tuong T P. Field water management to save water and increase its productivity in irrigated lowland rice[J]. Agricultural Water Management, 2001, 49(1): 1－30.

[15] Moya P, Hong L, Dawe D, et al. The impact of on-farm water saving irrigation techniques on rice productivity and profitability in Zhanghe Irrigation System, Hubei, China[J]. Paddy and Water Environment, 2004, 2(4): 207－215.

[16] 鄭天翔，唐湘如，羅錫文，等．不同灌溉方式對(duì)精量超級(jí)稻生產(chǎn)的影響[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26(8)：52－55. Zheng Tianxiang, Tang Xiangru, Luo Xiwen. et al. Effects of different irrigation methods on production of precisionhill-direct-seeding super rice[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2010, 26(8): 52－55. (in Chinese with English abstract)

[17] 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)．一種適應(yīng)于水稻精量的開溝起壟播種方法：CN101390485[P]．2009-03-25．

[18] 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)．一種用于水稻精量的同步開溝起壟施肥播種方法：CN101617618[P]．2010-01-06．

[19] 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)．一種同步開溝起壟施肥鋪膜水稻旱方法：201110243532.4[P]．2011-8-12．

[20] 羅錫文，蔣恩臣，王在滿，等．開溝起壟式水稻精量穴直播機(jī)的研制[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24(12)：52－56．

Luo Xiwen, Jiang Enchen, Wang Zaiman, et al. Precision rice hill-drop drilling machine[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2008, 24(12): 52－56. (in Chinese with English abstract)

[21] 羅錫文，歐洲，蔣恩臣，等．拋擲成穴式水稻精量直播排種器試驗(yàn)[J]．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2005，36(9)：37－40．

Luo Xiwen, Ou Zhou, Jiang Enchen, et al. Experimental research on precision rice direct-seeder with hill sowing[J]. Transactions of The Chinese Society for Agricultural Machinery, 2005, 36(9): 37－40. (in Chinese with English abstract)

[22] 王在滿，羅錫文，唐湘如，等．基于農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝相結(jié)合的水稻精量技術(shù)及機(jī)具[J]．華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，31(1)：91－95．

Wang Zaiman, Luo Xiwen, Tang Xiangru, et al. Precision rice hill-direct seeding technology and mechaine based on the combination of agricultural machinery and agronomic technology[J]. Journal of South China Agricultural University, 2010, 31(1): 91－95. (in Chinese with English abstract)

[23] 羅錫文，王在滿，蔣恩臣，等．型孔輪式排種器彈性隨動(dòng)護(hù)種帶裝置設(shè)計(jì)[J]．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2008，39(12)：60－63．

Luo Xiwen, Wang Zaiman, Jiang Enchen, et al. Design of disassemble rubber guard device for cell wheel feed[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2008, 39(12): 60－63. (in Chinese with English abstract)

[24] 羅錫文，劉濤，蔣恩臣，等．水稻精量排種輪的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2007，23(3)：108－112．

Luo Xiwen, Liu Tao, Jiang Enchen, et al. Design and experiment of hill so wing wheel of precision rice direct-seeder[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2007, 23(3): 108－112. (in Chinese with English abstract)

[25] 曾山，湯海濤，羅錫文，等．同步開溝起壟施肥水稻精量旱機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28(20)：12－19．

Zeng Shan, Tang Haitao, Luo Xiwen, et al. Design and experiment of precision rice hill-drop drilling machine for dry land with synchronous fertilizing[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(20): 12－19. (in Chinese with English abstract)

[26] 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)．一種同步開溝起壟施肥鋪膜水稻旱機(jī)：201110231283.7[P]．2011-8-24．

[27] 臧英，羅錫文，張國(guó)忠，等．開溝起壟方式對(duì)水稻分蘗前期甲烷排放的影響[J]．華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，35(2)：96－100．

Zang Ying, Luo Xiwen, Zang Guozhong, et al. Effects on methane emission in the precision rice hill-drop drilled field during the early tillering stage[J]. Journal of South China Agricultural University, 2014, 35(2): 96－100. (in Chinese with English abstract)

[28] Zang Y, Zhang G, Wang P, et al. Effects of precision rice hill-drop drilling on methane emission from paddy field[C]//American Society of Agricultural and Biological Engineers Annual International Meeting 2011, ASABE 2011: 372－379.

[29] 中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院編．農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（上冊(cè)）[M]．北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2007，373－385．

[30] 任文濤，韓雙，石鵬，等．水稻種繩直播機(jī)作業(yè)參數(shù)對(duì)種繩覆土厚度影響的試驗(yàn)[J]．農(nóng)機(jī)化研究，2013，35(5)：167－169．

Ren Wentao, Han Shuang, Shi Peng, et al. Study on the effects of soil covering thickness on working parameter of rice rope direct seeding machine[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2013, 35(5): 167－169．(in Chinese with English abstract)

[31] 惠秀芬，宗淑娟．不同覆土厚度對(duì)水稻秧苗素質(zhì)的影響[J]．農(nóng)民致富之友，2013(9)：49－49．

[32] 中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院編．農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（下冊(cè)）[M]．北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2007，1857－1858．

Design and experiment of furrowing device of precision hill-drop drilling machine for rice

Zhang Minghua1,2, Wang Zaiman1,2※, Luo Xiwen1,2, Yang Wenwu1,2, Dai Yizheng1, Wang Baolong1,2
(1. Key Laboratory of Key Technology on Agricultural Machine and Equipment, Ministry of Education, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China; 2. Southern Regional Collaborative Innovation Center for Grain and Oil Crops in China, Changsha, 410128, China)

In general, manual rice broadcast seeding method has the problems of seedling without the same height, unstable yield, and so on. To solve these problems, the furrowing device of rice precision hill-drop drilling machine was designed and improved, on the basis of the technical idea of “precision hill-drop drilling” and “furrowing and ridging”. The precision rice hill-drop drilling technology with synchronous furrowing and ridging was researched to meet the requirements of rice planting in order. It can create a ridge, open the seeding furrow on the ridge and the water furrow between the ridges synchronously, and sow pre-germinated rice seeds in the seeding furrow. The results of the test in Hunan, Shanghai and Guangdong showed that the suitable water content of loam and clay was between 50% and 58%. According to agronomic requirement of furrowing and ridging, the size of seeding furrow opener (50 mm × 35 mm × 30 mm) and the size of water furrow opener (80 mm × 50 mm × 50 mm) were determined. The furrower must meet the following demands: 1) Good forming effect of ridge and furrow; 2) The furrows had the same depth, and were formed neatly and straightly and could adapt to different mud surface; 3) Furrower would not be wrapped with grass; 4) Furrower was not attached with a large quantity of mud; and 5) Simple structure, light weight and light operation resistance. Based on the rice transplanting depth of about 20-40 mm and the width of seed bed, the seeding furrower had a size of 50 mm × 35 mm × 30 mm; according to the experiments, the water furrower had a size of 80 mm × 50 mm × 50 mm. The effects of different furrow opening methods on seedling-emergence, yield and its component were studied using the compared tests, and the methods included water furrow + seeding furrow + hill-drop drilling (W1), seeding furrow + hill-drop drilling (W2) and hill-drop drilling (W3). Hybrid rice variety (Peizataifeng) and conventional variety (Yuxiangyouzhan) were used as the materials and treated under W1, W2, and W3. The test was conducted in 2012 and 2013. The results showed that compared with the method without furrow, furrowing and ridging synchronously could not only ensure the seedling to grow orderly and evenly, but also increase the seedling emergence rate (17.8% for Peizataifeng, 16.0% for Yuxiangyouzhan). Furthermore, the grain-filling percentage (P＜0.01) and effective panicle number (P＜0.05) were significantly correlated to the yield. Analyses of the change degree and tendency of the 3 furrow opening methods were performed, and the result showed that obvious advantages were exhibited under the W1 treatment, which not only increased the yield by up to 8.10% (compared with W3), but also kept the highest yield while not affected by rice varieties and different years (compared with W2 and W3). Totally, the design of furrow opening device, the suitable mechanical factors and the results of field experiments can be of significance to the extending application.

agricultural machinery; design; experiment; rice; precision hill-drop drilling; synchronous furrowing and ridging; opener

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.05.002

S223.2+3

A

1002-6819(2017)-05-0010-06

張明華，王在滿，羅錫文，楊文武，戴億政，王寶龍. 水稻精量穴直播機(jī)開溝裝置的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(5)：10－15.

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.05.002 http://www.tcsae.org

Zhang Minghua, Wang Zaiman, Luo Xiwen, Yang Wenwu, Dai Yizheng, Wang Baolong. Design and experiment of furrowing device of precision hill-drop drilling machine for rice[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(5): 10－15. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.05.002 http://www.tcsae.org

2016-06-24

2017-03-03

948計(jì)劃項(xiàng)目（2011-G18(2)）；公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201203059）；863計(jì)劃項(xiàng)目（2012AA10A501-2）

張明華，男，浙江嘉興人，博士，主要從事水稻生產(chǎn)機(jī)械化研究。廣州 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，510642。Email：zhangminghuascau@163.com

※通信作者：王在滿，男，廣東汕頭人，博士，副研究員，主要從事水稻機(jī)械化生產(chǎn)裝備研究。廣州 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，510642。Email：wangzaiman@scau.edu.cn