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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(xiàng)水稻機(jī)械種植新技術(shù)[1]，是對(duì)我國(guó)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(shí)間差異，嚴(yán)重制約群體生長(zhǎng)力；立苗是指移栽后非直立苗到直立苗的生長(zhǎng)過(guò)程，研究表明，缽苗直立度狀態(tài)與立苗時(shí)間長(zhǎng)短具有重要聯(lián)系，對(duì)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(zhuān)家經(jīng)過(guò)多年試驗(yàn)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(shí)，比毯苗機(jī)插增產(chǎn)6.0%～12.6%，具有顯著的增產(chǎn)優(yōu)勢(shì)[2?12]。同時(shí)有試驗(yàn)研究表明帶土傾斜苗、帶土平躺苗、無(wú)土平躺苗的立苗時(shí)間分別是4，8，12 d；各苗姿秧苗的理論產(chǎn)量、實(shí)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(wú)土平躺苗[13]。由此說(shuō)明，水稻缽苗落入田中的直立度越大，其立苗時(shí)間越短，產(chǎn)量越高?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】從農(nóng)藝角度來(lái)說(shuō)，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(guò)水稻缽苗移栽機(jī)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(duì)缽苗直立度的影響機(jī)制，通過(guò)農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝相結(jié)合，有效模擬實(shí)際水稻缽苗移栽機(jī)在水田中的投秧過(guò)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(wèn)題】本研究通過(guò)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(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)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(shí)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(zhǎng)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(shí)驗(yàn)室土槽臺(tái)上完成試驗(yàn)。選擇中嘉3號(hào)為試驗(yàn)品種。

1.1 試驗(yàn)裝置及工具

水稻缽苗直立度測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)，如圖1、圖2所示。主要由試驗(yàn)臺(tái)架、同步帶輸送裝置、調(diào)速電機(jī)、輸秧筒、臺(tái)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(yàn)所需的主要工具包括：卷尺、角度測(cè)量尺等。

圖1 試驗(yàn)臺(tái)俯視圖Fig.1 Top view of test device

圖2 試驗(yàn)臺(tái)側(cè)視圖Fig.2 Side view of test device

試驗(yàn)臺(tái)架下端的四輪行走裝置帶動(dòng)整個(gè)試驗(yàn)裝置在土槽上行走；霍爾元件實(shí)時(shí)顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速值，測(cè)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(tái)架板可實(shí)現(xiàn)升降，其升降最大行程為1 m。為避免臺(tái)架在行進(jìn)過(guò)程中由于重心過(guò)高導(dǎo)致?lián)u晃，在試驗(yàn)臺(tái)架兩側(cè)設(shè)有呈三角放置的支撐橫梁。

1.2 試驗(yàn)方法

首先將所選品種置于在缽盤(pán)中進(jìn)行培育。采用單因素重復(fù)試驗(yàn)法，每組重復(fù)10次。保證其它可控試驗(yàn)因素一致的情況下，分別研究在投秧過(guò)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(duì)水稻缽苗直立度的影響，分析缽苗直立度在各個(gè)因素不同水平下的變化情況。結(jié)合正交試驗(yàn)法，綜合分析各試驗(yàn)因素對(duì)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(yàn)育秧采用手拋434孔式缽盤(pán)，每穴深度為17 mm。播種時(shí)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(pán)置于土槽上培育，育秧時(shí)間在6月23日，蓋上一層薄膜，防止鳥(niǎo)類(lèi)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(zhǎng)狀況見(jiàn)圖3。

圖3 各時(shí)段缽苗生長(zhǎng)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(yàn)

2.1.1 秧齡對(duì)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(yàn)對(duì)象，對(duì)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(zhǎng)勢(shì)對(duì)比Fig.4 Comparisonof the growth of seeding samples in different ages

試驗(yàn)前先將秧盤(pán)從育秧土槽中取出靜置0.5 h，再進(jìn)行試驗(yàn)，以防止缽苗土缽含水率過(guò)高影響試驗(yàn)結(jié)果。手動(dòng)取出無(wú)任何損傷的缽苗，水平放置在試驗(yàn)臺(tái)輸送帶上，每次試驗(yàn)3株，苗株之間距離保持恒定。試驗(yàn)臺(tái)在試驗(yàn)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(jiàn)圖5。秧苗秧齡過(guò)短，質(zhì)量較輕，移栽后無(wú)法深入泥面，秧齡過(guò)長(zhǎng)，秧苗質(zhì)心上移易造成傾倒，均致使立苗時(shí)間延長(zhǎng)，生長(zhǎng)周期增加，產(chǎn)量下降。由圖可知，秧苗秧齡為24 d時(shí)，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?。徊⑶以?種水平條件下，直立度變化趨勢(shì)較大，因此在秧齡為24 d時(shí)水稻缽苗移栽直立度狀態(tài)較佳。在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程，秧苗每組數(shù)據(jù)的平均直立度均高于國(guó)家最低機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值30°。不同秧齡時(shí)間段下秧苗樣本長(zhǎng)勢(shì)對(duì)比見(jiàn)圖5。

2.1.2 前進(jìn)速度對(duì)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(cè)試試驗(yàn)臺(tái)沿土槽前行線(xiàn)速度。目前市面上的水稻插秧機(jī)最低行進(jìn)速度在0.5 m/s左右，由于試驗(yàn)臺(tái)與實(shí)際水稻缽苗移栽機(jī)結(jié)構(gòu)不同并且試驗(yàn)土槽長(zhǎng)度有限，通過(guò)調(diào)速電機(jī)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(jī)為160 r/min時(shí)，試驗(yàn)臺(tái)前進(jìn)速度為0.46 m/s。土槽長(zhǎng)度大約4 m，每組試驗(yàn)后需將試驗(yàn)臺(tái)復(fù)位再進(jìn)行試驗(yàn)。調(diào)節(jié)橫梁使落秧高度為680 mm，并在3個(gè)秧齡段分別進(jìn)行試驗(yàn)。不同秧齡情況下試驗(yàn)臺(tái)前進(jìn)速度與缽苗直立度關(guān)系見(jiàn)圖6。在不同秧齡段情況下，試驗(yàn)臺(tái)前進(jìn)速度為0.35 m/s時(shí)缽苗直立度狀態(tài)較佳，且缽苗直立度變化值相對(duì)于秧齡影響較小。因此，試驗(yàn)臺(tái)前進(jìn)速度為0.345 m/s時(shí)移栽效果較好，相對(duì)秧齡試驗(yàn)因素，前進(jìn)速度對(duì)缽苗直立度的影響程度要次之。試驗(yàn)后缽苗直立度效果見(jiàn)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(duì)缽苗直立度的影響 落秧高度為秧苗從輸送帶上下落時(shí)刻點(diǎn)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(jī)移栽軌跡落秧點(diǎn)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(yàn)土槽平面之間的垂直距離為300 mm。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)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(shí)，移栽后缽苗直立度較高，并且在3個(gè)水平階段的直立度偏差值較小。落秧高度越高，在下落過(guò)程中受到空氣阻力影響的時(shí)間越長(zhǎng)，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(shí)移栽效果較好，落秧高度對(duì)水稻缽苗移栽后直立度影響程度較低。

圖7 試驗(yàn)過(guò)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(yàn)綜合對(duì)比分析 綜合上述試驗(yàn)結(jié)果，可得各試驗(yàn)因素對(duì)缽苗直立度大小影響對(duì)比（圖10）。缽苗秧齡對(duì)移栽后缽苗直立度大小影響最為顯著，秧齡為24 d時(shí)，試驗(yàn)效果較好；前進(jìn)速度對(duì)直立度的影響次之，且數(shù)值為0.35 m/s時(shí)，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(yàn)因素對(duì)缽苗直立度大小影響對(duì)比Fig.10 Comparison of the influence of various test factors on the seedling’s upright degree

2.2 正交試驗(yàn)

經(jīng)過(guò)上述對(duì)三因素的多重單因素試驗(yàn)，分析得知各因素對(duì)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(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行正交試驗(yàn)研究。試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用L9（33）正交試驗(yàn)表，無(wú)空白對(duì)照，表1、2分別為各因素水平編碼表和正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表。分析獲得各因素對(duì)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(jī)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(yàn)Fab.2 Orthogonal experiment

由正交試驗(yàn)表和極差分析得知：RA>RB>RC，即各試驗(yàn)因素對(duì)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(yàn)分析結(jié)果相符合，說(shuō)明試驗(yàn)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(shí)，缽苗在經(jīng)過(guò)水稻缽苗移栽機(jī)移栽后直立度狀況較佳，有助于立苗，實(shí)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(shì)較大，秧齡為24 d時(shí)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(yàn)臺(tái)前進(jìn)速度為0.35 m/s時(shí)移栽效果較好，相對(duì)于秧齡試驗(yàn)因素，前進(jìn)速度對(duì)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(shí)移栽效果較好，落秧高度對(duì)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(yàn)與正交試驗(yàn)進(jìn)行綜合分析得知：各試驗(yàn)因素對(duì)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(shí)，缽苗在經(jīng)過(guò)水稻缽苗移栽機(jī)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(yàn)時(shí)應(yīng)注意一些細(xì)節(jié)：每組試驗(yàn)后，試驗(yàn)臺(tái)復(fù)位，需將試驗(yàn)土槽用工具清理平整，防止上一組試驗(yàn)秧苗下落入泥面形成的泥坑對(duì)下一組試驗(yàn)造成影響，并且在用角度測(cè)量尺對(duì)秧苗直立度進(jìn)行測(cè)量時(shí)，應(yīng)保持人與測(cè)量角度平面正對(duì)，盡量使缽苗土缽與角度測(cè)量尺基點(diǎn)在同一水平面上，以減少測(cè)量時(shí)的誤差。