水稻缽苗移栽直立度試驗研究

蔡 翰，蔡金平，劉木華，肖麗萍，蒲 闖，黃糧糧，鄧方遷，梅 宇，梁永安

（江西農(nóng)業(yè)大學(xué)江西省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備重點實驗室/工學(xué)院，江西南昌 330045）

【研究意義】水稻缽苗移栽是利用缽苗自身重力進(jìn)行精準(zhǔn)移栽的一項水稻機械種植新技術(shù)[1]，是對我國傳統(tǒng)人工移栽方式的重大改革。因其特殊的移栽方式，移栽后的缽苗直立度大小不一，且缽苗直立度較差，導(dǎo)致缽苗群體立苗時間差異，嚴(yán)重制約群體生長力；立苗是指移栽后非直立苗到直立苗的生長過程，研究表明，缽苗直立度狀態(tài)與立苗時間長短具有重要聯(lián)系，對水稻增產(chǎn)具有顯著影響?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】水稻農(nóng)藝專家經(jīng)過多年試驗研究，結(jié)果表明水稻缽苗移栽質(zhì)量高、不傷根、緩苗期短、分蘗早且有效分蘗多、返青快、穗型整齊、成熟一致，乳熟期穎花根活量提高14.2%，千粒質(zhì)量提高，籽粒更加充實，比毯苗機插增產(chǎn)6.0%～12.6%，具有顯著的增產(chǎn)優(yōu)勢[2?12]。同時有試驗研究表明帶土傾斜苗、帶土平躺苗、無土平躺苗的立苗時間分別是4，8，12 d；各苗姿秧苗的理論產(chǎn)量、實際產(chǎn)量由高到低依次為帶土直立苗、帶土傾斜苗、帶土平躺苗和無土平躺苗[13]。由此說明，水稻缽苗落入田中的直立度越大，其立苗時間越短，產(chǎn)量越高?！颈狙芯壳腥朦c】從農(nóng)藝角度來說，水稻缽苗移栽成功的關(guān)鍵是缽苗的直立度狀態(tài)，即通過水稻缽苗移栽機投放落入田中的缽苗莖干與水平泥面的夾角。本文為更深入了解水稻缽苗移栽對缽苗直立度的影響機制，通過農(nóng)機與農(nóng)藝相結(jié)合，有效模擬實際水稻缽苗移栽機在水田中的投秧過程；直觀地觀察水稻缽苗下落到泥土中的直立度效果?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究通過探究適合水稻缽苗移栽的最佳工作環(huán)境，為水稻缽苗移栽機的優(yōu)化設(shè)計提供重要理論依據(jù)，且在保證缽苗直立度良好的情況下投放缽苗，有效縮減了缽苗立苗時間和立苗所需能量，從而顯著提高水稻作物的產(chǎn)量和生長速度。

1 材料與方法

2019年7—8月，在江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院江西省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備實驗室土槽臺上完成試驗。選擇中嘉3號為試驗品種。

1.1 試驗裝置及工具

水稻缽苗直立度測試試驗臺，如圖1、圖2所示。主要由試驗臺架、同步帶輸送裝置、調(diào)速電機、輸秧筒、臺架板高度調(diào)節(jié)橫梁、同步帶預(yù)緊裝置、四輪行走裝置及霍爾元件組成；試驗所需的主要工具包括：卷尺、角度測量尺等。

圖1 試驗臺俯視圖Fig.1 Top view of test device

圖2 試驗臺側(cè)視圖Fig.2 Side view of test device

試驗臺架下端的四輪行走裝置帶動整個試驗裝置在土槽上行走；霍爾元件實時顯示電機轉(zhuǎn)速值，測量精度精確到0.01 r/min；同步帶輸送裝置和預(yù)緊裝置保證秧苗順利地輸送到下方的輸秧筒Ⅰ中；臺架板可實現(xiàn)升降，其升降最大行程為1 m。為避免臺架在行進(jìn)過程中由于重心過高導(dǎo)致?lián)u晃，在試驗臺架兩側(cè)設(shè)有呈三角放置的支撐橫梁。

1.2 試驗方法

首先將所選品種置于在缽盤中進(jìn)行培育。采用單因素重復(fù)試驗法，每組重復(fù)10次。保證其它可控試驗因素一致的情況下，分別研究在投秧過后缽苗秧齡（19，24，29 d）、前進(jìn)速度（0.46，0.35，0.23 m/s）和落秧高度（680，780，880 mm）對水稻缽苗直立度的影響，分析缽苗直立度在各個因素不同水平下的變化情況。結(jié)合正交試驗法，綜合分析各試驗因素對水稻缽苗直立度的影響，選取三因素中最優(yōu)水平組合。

試驗育秧采用手拋434孔式缽盤，每穴深度為17 mm。播種時控制底層土厚度在13 mm左右，單缽播種量在3～5粒，最后覆土至缽體口。播好種的秧盤置于土槽上培育，育秧時間在6月23日，蓋上一層薄膜，防止鳥類啄食以及大雨天氣沖散種子。秧齡分別為14，19，24，29 d的缽苗的生長狀況見圖3。

圖3 各時段缽苗生長狀況Fig.3 Seedling growth status at various period

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻缽苗直立度試驗

2.1.1 秧齡對缽苗直立度的影響 選取秧齡為19，24，29 d的缽苗（3葉1芯）作為試驗對象，對應(yīng)的缽苗平均高度分別為178.5，211.1，237.5 mm（圖4）。

圖4 各秧齡段秧苗樣本長勢對比Fig.4 Comparisonof the growth of seeding samples in different ages

試驗前先將秧盤從育秧土槽中取出靜置0.5 h，再進(jìn)行試驗，以防止缽苗土缽含水率過高影響試驗結(jié)果。手動取出無任何損傷的缽苗，水平放置在試驗臺輸送帶上，每次試驗3株，苗株之間距離保持恒定。試驗臺在試驗土槽上的前進(jìn)速度為0.46 m/s，落秧高度為680 mm，缽苗輸送至輸秧筒Ⅰ中擺正再經(jīng)輸秧筒Ⅱ落入土槽。缽苗秧齡與缽苗直立度關(guān)系見圖5。秧苗秧齡過短，質(zhì)量較輕，移栽后無法深入泥面，秧齡過長，秧苗質(zhì)心上移易造成傾倒，均致使立苗時間延長，生長周期增加，產(chǎn)量下降。由圖可知，秧苗秧齡為24 d時，直立度受秧苗秧齡的影響顯著，缽苗掉落在泥土中的直立度較大，且上下偏差值最小；并且在3種水平條件下，直立度變化趨勢較大，因此在秧齡為24 d時水稻缽苗移栽直立度狀態(tài)較佳。在整個試驗過程，秧苗每組數(shù)據(jù)的平均直立度均高于國家最低機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值30°。不同秧齡時間段下秧苗樣本長勢對比見圖5。

2.1.2 前進(jìn)速度對缽苗直立度的影響 前進(jìn)速度即是水稻缽苗移栽直立度測試試驗臺沿土槽前行線速度。目前市面上的水稻插秧機最低行進(jìn)速度在0.5 m/s左右，由于試驗臺與實際水稻缽苗移栽機結(jié)構(gòu)不同并且試驗土槽長度有限，通過調(diào)速電機和霍爾元件精準(zhǔn)達(dá)到3種前進(jìn)速度（0.46，0.35，0.23 m/s），即調(diào)速電機為160 r/min時，試驗臺前進(jìn)速度為0.46 m/s。土槽長度大約4 m，每組試驗后需將試驗臺復(fù)位再進(jìn)行試驗。調(diào)節(jié)橫梁使落秧高度為680 mm，并在3個秧齡段分別進(jìn)行試驗。不同秧齡情況下試驗臺前進(jìn)速度與缽苗直立度關(guān)系見圖6。在不同秧齡段情況下，試驗臺前進(jìn)速度為0.35 m/s時缽苗直立度狀態(tài)較佳，且缽苗直立度變化值相對于秧齡影響較小。因此，試驗臺前進(jìn)速度為0.345 m/s時移栽效果較好，相對秧齡試驗因素，前進(jìn)速度對缽苗直立度的影響程度要次之。試驗后缽苗直立度效果見圖7。

圖5 缽苗直立度與秧齡關(guān)系Fig.5 Relationship between upright degree and age of seedling

圖6 缽苗直立度與前進(jìn)速度關(guān)系Fig.6 Relationship between upright degree of seedling and the moving speed

2.1.3 落秧高度對缽苗直立度的影響 落秧高度為秧苗從輸送帶上下落時刻點到水平泥面之間的垂直距離（圖8）。參考本課題組水稻缽苗移栽機移栽軌跡落秧點數(shù)據(jù)，選取落秧高度分別為680，780，880 mm，探討與移栽后缽苗直立度之間的關(guān)系。其中輸秧筒Ⅱ出口端面與試驗土槽平面之間的垂直距離為300 mm。試驗結(jié)果見圖，水稻缽苗移栽后直立度隨落秧高度增大而減小。在落秧高度為680 mm時，移栽后缽苗直立度較高，并且在3個水平階段的直立度偏差值較小。落秧高度越高，在下落過程中受到空氣阻力影響的時間越長，導(dǎo)致缽苗落入泥面的直立度狀況較差。因此總結(jié)得知：缽苗移栽后直立度隨落秧高度增大而減小，在落秧高度為680 mm時移栽效果較好，落秧高度對水稻缽苗移栽后直立度影響程度較低。

圖7 試驗過程后缽苗直立度效果Fig.7 Effect of the seedling’s upright degree after transplanted

圖8 落秧高度示意圖Fig.8 Diagram of the falling height

2.1.4 試驗綜合對比分析 綜合上述試驗結(jié)果，可得各試驗因素對缽苗直立度大小影響對比（圖10）。缽苗秧齡對移栽后缽苗直立度大小影響最為顯著，秧齡為24 d時，試驗效果較好；前進(jìn)速度對直立度的影響次之，且數(shù)值為0.35 m/s時，移栽后缽苗直立度狀況較佳；缽苗直立度隨落秧高度增大而減小，其影響程度最小。

圖9 缽苗直立度與落秧高度關(guān)系Fig.9 Relationship between upright degree of seedling and the falling height

圖10 各試驗因素對缽苗直立度大小影響對比Fig.10 Comparison of the influence of various test factors on the seedling’s upright degree

2.2 正交試驗

經(jīng)過上述對三因素的多重單因素試驗，分析得知各因素對移栽后缽苗直立度大小都具有不同程度的影響。為了更清楚地了解各因素與移栽后缽苗直立度大小之間的關(guān)系，在單因素試驗的基礎(chǔ)上進(jìn)行正交試驗研究。試驗設(shè)計采用L9（33）正交試驗表，無空白對照，表1、2分別為各因素水平編碼表和正交試驗設(shè)計表。分析獲得各因素對移栽后缽苗直立度大小的影響主次順序，以及尋找一種適合水稻缽苗移栽機進(jìn)行投秧工作的最佳工作環(huán)境。

表1 因素水平Tab.1 Factors and levels

表2 正交試驗Fab.2 Orthogonal experiment

由正交試驗表和極差分析得知：RA>RB>RC，即各試驗因素對移栽后缽苗直立度大小的影響程度由大到小依次為A（秧齡）、B（前進(jìn)速度）和C（落秧高度），與上述單因素試驗分析結(jié)果相符合，說明試驗分析具有可信度。

綜合分析得到，當(dāng)秧齡為24 d、前進(jìn)速度為0.35 m/s、和落秧高度為680 mm時，缽苗在經(jīng)過水稻缽苗移栽機移栽后直立度狀況較佳，有助于立苗，實現(xiàn)增產(chǎn)。

3 結(jié)論

在秧齡3種水平下，秧苗直立度變化趨勢較大，秧齡為24 d時水稻缽苗移栽直立度狀態(tài)較佳，直立度受秧苗秧齡的影響顯著；試驗臺前進(jìn)速度為0.35 m/s時移栽效果較好，相對于秧齡試驗因素，前進(jìn)速度對秧苗直立度的影響程度次之；缽苗移栽后直立度隨落秧高度增大而減小，在落秧高度為680 mm時移栽效果較好，落秧高度對水稻缽苗移栽后直立度影響程度較低。

結(jié)合單因素重復(fù)試驗與正交試驗進(jìn)行綜合分析得知：各試驗因素對移栽后缽苗直立度大小的影響程度次序依次為秧齡、前進(jìn)速度、落秧高度。并且當(dāng)秧齡為24 d、前進(jìn)速度為0.35 m/s、和落秧高度為680 mm時，缽苗在經(jīng)過水稻缽苗移栽機移栽后直立度狀況較佳。

在進(jìn)行與缽苗直立度相關(guān)的試驗時應(yīng)注意一些細(xì)節(jié)：每組試驗后，試驗臺復(fù)位，需將試驗土槽用工具清理平整，防止上一組試驗秧苗下落入泥面形成的泥坑對下一組試驗造成影響，并且在用角度測量尺對秧苗直立度進(jìn)行測量時，應(yīng)保持人與測量角度平面正對，盡量使缽苗土缽與角度測量尺基點在同一水平面上，以減少測量時的誤差。