李澤華 馬 旭 李秀昊 陳林濤 李宏偉 袁志成

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)數(shù)學(xué)與信息學(xué)院， 廣州 510642； 2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院， 廣州 510642)

0 引言

水稻是我國主要糧食作物之一，水稻生產(chǎn)機(jī)械化是水稻生產(chǎn)發(fā)展的主要方向，提高水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化水平是保障國家糧食安全、增強(qiáng)農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力、增加農(nóng)業(yè)收入和推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要舉措之一[1]。長期以來，水稻種植機(jī)械化是我國水稻生產(chǎn)機(jī)械化的薄弱環(huán)節(jié)，也是我國水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化發(fā)展中的瓶頸[2-3]。目前，我國水稻機(jī)械化種植方式主要有機(jī)栽植和機(jī)直播。機(jī)栽植包括育秧和移栽2個(gè)環(huán)節(jié)，機(jī)移栽包括機(jī)插秧、機(jī)栽插和機(jī)拋秧等。近年來，機(jī)拋秧應(yīng)用較少，機(jī)直播因具有現(xiàn)代稻作輕簡化特點(diǎn)，是一種省工、省力、節(jié)本、節(jié)能、節(jié)水高效的種植方式[4]，在我國發(fā)展非常迅速，逐漸成為水稻機(jī)械化種植的重要方式之一[5]，相關(guān)技術(shù)研究[6-7]也逐漸深入。但是，直播技術(shù)受自然條件、種植制度制約，尤其是容易受積溫、土壤平整、種子處理、水層控制、除草技術(shù)等因素的影響，國內(nèi)大部分地區(qū)還是選擇機(jī)栽植方式作為突破水稻種植機(jī)械化的發(fā)展方向。目前，國內(nèi)外水稻機(jī)械化移栽方式主要有毯狀苗機(jī)插秧(含缽形毯狀苗機(jī)插秧)和缽體苗機(jī)栽插2種形式。這兩種機(jī)械化栽植技術(shù)的共同特點(diǎn)是都包含育秧技術(shù)、移栽技術(shù)及兩者之間的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系。本文主要對水稻栽植機(jī)械化技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行闡述。首先對我國水稻種植機(jī)械化的發(fā)展現(xiàn)狀及其特征進(jìn)行概述，然后圍繞毯狀苗機(jī)插秧和缽體苗機(jī)栽插2種移栽方式，重點(diǎn)闡述機(jī)械化育秧技術(shù)和機(jī)械化移栽技術(shù)及其裝備的研究進(jìn)展。

1 水稻種植機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 中國水稻機(jī)械種植面積及其結(jié)構(gòu)

2004年，《農(nóng)業(yè)機(jī)械化促進(jìn)法》頒布實(shí)施，并開始實(shí)施農(nóng)機(jī)具購置補(bǔ)貼，這是中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展進(jìn)程中的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，也是水稻種植機(jī)械化快速發(fā)展的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。表1給出了2004—2015年全國水稻機(jī)械種植面積及其結(jié)構(gòu)(數(shù)據(jù)來源于歷年《全國農(nóng)業(yè)機(jī)械化統(tǒng)計(jì)年報(bào)》)。由表1可知，12年間全國水稻機(jī)械種植面積增加了6倍多，增加的面積主要是機(jī)插面積，機(jī)播面積略有增加，機(jī)拋秧的面積大幅下滑；2012年以來機(jī)拋秧面積占全國水稻機(jī)械種植面積的比例都小于1%，表明機(jī)拋秧已不是我國水稻機(jī)械化種植的主要方式；2011年以來機(jī)插面積占全國水稻機(jī)械種植面積的比例都超過90%，2015年達(dá)94.54%，表明機(jī)插秧方式在全國得到了較成功的推廣，其主導(dǎo)地位已明顯確立。然而，2015年全國水稻機(jī)械種植率僅42.26%，剛剛實(shí)現(xiàn)從初級階段向中級階段的跨越，表明徹底解決我國水稻種植機(jī)械化難題需繼續(xù)努力。

表1 2004—2015年中國水稻機(jī)械種植面積及其結(jié)構(gòu)Tab.1 Area of rice planting with machine and its structure from 2004 to 2015 in China

為了說明機(jī)插秧技術(shù)在全國推廣的特點(diǎn)，圖1給出了全國10個(gè)主要水稻種植省區(qū)(標(biāo)準(zhǔn)為2015年水稻種植面積超過百萬公頃) 2004—2015年機(jī)插秧面積的變化情況，這10個(gè)省區(qū)2015年的水稻種植面積共2.43×107hm2，占全國水稻種植面積的80.47%，具有較好的代表性。

圖1 主要水稻產(chǎn)區(qū)機(jī)插秧面積變化曲線Fig.1 Area and its changing trend of rice transplanting machine in main provinces of China

由圖1可知，2004年，除黑龍江省和江蘇省的機(jī)插秧有一些基礎(chǔ)外，其它8個(gè)省區(qū)的機(jī)插秧面積幾乎為零，說明我國水稻機(jī)插秧技術(shù)快速推廣主要在2004年以后。從機(jī)插秧面積的絕對數(shù)看，黑龍江省發(fā)展很快，2009年接近2×106hm2，2015年達(dá)到3.82×106hm2；其次是江蘇省，2015年的機(jī)插面積為1.71×106hm2；除這2個(gè)省外，其它8個(gè)省區(qū)的機(jī)插面積都不足1×106hm2；湖北省和安徽省一直保持較平穩(wěn)的發(fā)展態(tài)勢，湖南省則從2010年開始以高速增長的姿態(tài)于2015年躍居全國第3位；廣東省、廣西壯族自治區(qū)、四川省的發(fā)展速度相對較慢，云南省的機(jī)插秧發(fā)展更慢。從機(jī)插面積的相對數(shù)看，2015年，黑龍江省和江蘇省的機(jī)插率分別達(dá)到99.38%和74.84%，其它8個(gè)省區(qū)的機(jī)插率都不足40%，尤其是云南省的機(jī)插率僅3.08%。由此可見，整體上中國水稻機(jī)插秧技術(shù)推廣取得了較好的成效，正以較快的速度由黑龍江省和江蘇省向全國推廣，但各省區(qū)發(fā)展不平衡，整體水平仍然較低。

1.2 水稻毯狀苗機(jī)插秧技術(shù)推廣的影響因素

水稻毯狀苗機(jī)插秧技術(shù)推廣的影響因素備受關(guān)注。研究表明[8-17]，影響水稻毯狀苗機(jī)插秧技術(shù)推廣的因素主要有社會(huì)因素和技術(shù)因素。社會(huì)因素主要是指影響水稻機(jī)插秧技術(shù)推廣的基礎(chǔ)條件，包括自然地理環(huán)境、耕作制度、土地經(jīng)營形式、農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施、農(nóng)民經(jīng)濟(jì)狀況和文化水平等。技術(shù)因素是指機(jī)插秧技術(shù)本身，包括技術(shù)上的先進(jìn)性、適應(yīng)性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性等。

從社會(huì)因素方面看，陳聰?shù)萚8]應(yīng)用面板數(shù)據(jù)模型分析得到水稻戶均種植規(guī)模是制約水稻機(jī)插秧發(fā)展最主要的因素；李澤華等[9]基于灰色關(guān)聯(lián)分析得到影響中國水稻種植機(jī)械化地區(qū)發(fā)展不平衡的前5個(gè)因素依次為：農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平、土地經(jīng)營規(guī)模、育秧機(jī)械化水平、農(nóng)機(jī)化培訓(xùn)和機(jī)械作業(yè)需求水平。其他的一些觀點(diǎn)認(rèn)為，因?yàn)檗r(nóng)民追求水稻生產(chǎn)輕簡化，在直播和機(jī)插秧之間更傾向于選擇直播方式[10]，從而部分地限制了水稻機(jī)插秧技術(shù)的推廣應(yīng)用；推廣的運(yùn)行機(jī)制不健全也是水稻機(jī)插秧推廣緩慢的原因之一[11]；插秧機(jī)機(jī)具價(jià)格貴、利用率低，故障多而維修困難[12-13]；經(jīng)營者總體年齡偏大，文化水平不高，新技術(shù)接受掌握難度大，耕作觀念與思想轉(zhuǎn)變顧忌多[14-15]，等等，都在一定程度上影響水稻機(jī)插秧技術(shù)的推廣。

從技術(shù)因素看，現(xiàn)有的育秧技術(shù)和插秧技術(shù)本身的特性是影響水稻機(jī)插秧推廣的重要因素，也是最關(guān)鍵的因素。目前，我國水稻機(jī)插秧技術(shù)發(fā)展的難點(diǎn)是雜交稻和晚稻機(jī)插秧[16]。原因是現(xiàn)有的毯狀苗機(jī)插秧技術(shù)是以日本的常規(guī)粳稻種植為基礎(chǔ)發(fā)展起來的，對我國的常規(guī)稻基本適應(yīng)，但對雜交稻、雙季晚稻和連作晚稻的種植還存在較多問題，主要表現(xiàn)為育秧取土困難[10,13]、播種量大[13,16]、播種均勻性欠佳[17]、秧齡彈性小[16]、秧苗素質(zhì)差[10-19]、苗床管理粗放[13]、機(jī)插效果差(均勻合格度偏低、漏秧率偏高、傷秧較重)[10-16]等。

總之，無論是社會(huì)因素還是技術(shù)因素，我國水稻毯狀苗機(jī)插秧技術(shù)的發(fā)展仍面臨較多困難，不同地方的問題也不盡相同，需要各地區(qū)根據(jù)自身的特點(diǎn)系統(tǒng)分析，謀求整體突破。

1.3 水稻缽體苗機(jī)栽插技術(shù)推廣的影響因素

缽體苗機(jī)栽插主要特點(diǎn)：有利于培育長秧齡壯秧，秧苗素質(zhì)好，秧齡彈性大，移栽時(shí)不傷根、植傷輕、返青活棵快、分蘗早；有利于利用優(yōu)勢分蘗爭取高產(chǎn)適宜穗數(shù)，培育適宜數(shù)量的壯稈大穗，增產(chǎn)顯著、生產(chǎn)適應(yīng)性強(qiáng)[18]。因此，國內(nèi)外對缽體苗機(jī)栽插技術(shù)進(jìn)行了大量探索[19-21]。但是，該技術(shù)的推廣較慢，主要原因?yàn)椋豪忬w苗栽插機(jī)價(jià)格高，特別是秧盤價(jià)格高，投入成本高，機(jī)械作業(yè)效率較低、部分產(chǎn)品可靠性差，且此種方式下水稻穩(wěn)定高產(chǎn)或超高產(chǎn)的規(guī)律與關(guān)鍵農(nóng)藝尚不清晰。然而，缽體苗機(jī)栽插育秧不需要秧苗成毯，在雜交稻和超級雜交稻育秧中能有效化解播種密度與成毯性之間的矛盾，有望解決雜交稻機(jī)移栽難題。因此，缽體苗機(jī)栽插技術(shù)將進(jìn)一步得到更多的關(guān)注，是農(nóng)機(jī)農(nóng)藝深度融合的重點(diǎn)。

2 水稻機(jī)械化育秧技術(shù)與裝備研究進(jìn)展

育秧是水稻栽植機(jī)械化的前提，其中播種是關(guān)鍵，國內(nèi)外現(xiàn)有的機(jī)械化育秧方式都是采用秧盤育秧，下面主要對秧盤育秧方式及其機(jī)械播種技術(shù)與裝備進(jìn)行闡述。

2.1 水稻秧盤育秧方式現(xiàn)狀

根據(jù)秧盤的材質(zhì)不同，可分為塑料軟盤育秧、硬盤育秧和植質(zhì)育秧；根據(jù)秧苗的根系分布不同，可分為毯狀苗育秧、缽形毯狀苗育秧和缽體苗育秧；根據(jù)育秧用水方式不同，可分為旱育秧、水育秧和濕潤育秧；根據(jù)育秧場地不同，可分為工廠化育秧和田間育秧；根據(jù)育秧基質(zhì)和需要的特殊材質(zhì)，包括泥漿育秧、多層薄膜育秧、無紡布育秧、麻膜育秧等多種形式。

圖2給出了常見的7種機(jī)插育秧秧盤，包括毯狀軟秧盤、硬秧盤，缽體軟秧盤、硬秧盤，缽形毯狀軟秧盤、硬秧盤和植質(zhì)秧盤等。為適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，毯狀秧盤的規(guī)格通常是一致的，如軟、硬秧盤的內(nèi)部尺寸為580 mm×280 mm×25 mm，缽體盤根據(jù)不同的機(jī)型，尺寸與穴數(shù)差異較大，有406(29×14)穴、375(25×15)穴和448(32×14)穴等。這些秧盤育成的秧苗有3種類型，即毯狀苗、缽形毯狀苗和缽體苗(圖3)。

圖2 機(jī)插育秧盤Fig.2 Seedling tray for rice transplanting with machine

圖3 機(jī)插秧苗Fig.3 Rice seeding for transplanting with machine

在毯狀苗和缽形毯狀苗機(jī)插秧育秧技術(shù)中，播種量是關(guān)鍵。對常規(guī)稻，要求栽插3～6株/穴，播種量一般要求干種達(dá)到100 g/盤以上，芽種120～160 g/盤[22-23]，此時(shí)播種密度大，秧塊盤根性好，機(jī)械栽插質(zhì)量能達(dá)到農(nóng)藝要求，現(xiàn)有育秧技術(shù)能較好地適應(yīng)生產(chǎn)需要。若是雜交稻，農(nóng)藝上要求栽插1～3株/穴，理論上播種量為芽種40～45 g/盤，現(xiàn)有的育秧技術(shù)還不能很好地適應(yīng)這一要求，表現(xiàn)為秧塊盤根性較差，機(jī)插時(shí)漏插率較高。試驗(yàn)表明，現(xiàn)有技術(shù)下雜交稻實(shí)際播種量需要芽種70～100 g/盤[24-26]，才能保證漏插率滿足農(nóng)藝要求，且不同的地區(qū)差異較大。隨著育插秧技術(shù)的改進(jìn)，雜交稻育秧播種量進(jìn)一步降低，例如，李澤華等[27]以天優(yōu)998和五優(yōu)308為材料，試驗(yàn)得到缽形毯狀秧盤和毯狀秧盤的最佳播種量范圍為65～80 g/盤；滕飛等[28]試驗(yàn)得到甬優(yōu)12和中浙優(yōu)1號最適播種量分別為65 g/盤和50 g/盤。如何通過降低播種量提高雜交稻秧苗素質(zhì)并滿足機(jī)插要求是目前機(jī)插育秧面臨的難題之一，該問題的解決主要受制于播種均勻性、秧苗盤根性以及播種密度與取秧面積的耦合關(guān)系。

為實(shí)現(xiàn)低播量均勻播種，鐘平等[29-30]對印刷播種技術(shù)進(jìn)行了初步研究，播種效果如圖4所示。

圖4 印刷播種效果Fig.4 Rice printing-sowing

謝小兵等[31]對印刷播種和常規(guī)播種的秧苗素質(zhì)進(jìn)行了比較，并且進(jìn)行了單本密植機(jī)插和常規(guī)機(jī)插的大田栽培對比試驗(yàn)，結(jié)果表明印刷播種的秧苗素質(zhì)顯著高于常規(guī)播種，增產(chǎn)10.28%～13.96%。然而，據(jù)湖南省的一些農(nóng)民反映，該技術(shù)也存在一些問題：因播種量太低，秧苗成毯性較差，若延長秧齡，秧苗又太高，需要通過旱育化控技術(shù)進(jìn)行控苗，實(shí)際栽插時(shí)漏插率偏高。

為解決低播量下秧苗盤根性不足問題，人們嘗試應(yīng)用中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所研發(fā)的“麻膜”進(jìn)行育秧，結(jié)果表明[32-33]麻膜育秧能顯著增加秧苗的物質(zhì)積累能力、促進(jìn)根系生長，秧苗素質(zhì)明顯提高，與不墊麻膜相比增產(chǎn)11.9%。但該技術(shù)在水稻生產(chǎn)上尚未大面積推廣，還需系統(tǒng)深入研究。

對于缽體苗育秧，有大量文獻(xiàn)[18-20,26]表明缽體苗的秧苗素質(zhì)優(yōu)于毯狀苗和缽形毯狀苗，問題是目前尚無成本低、性能可靠、作業(yè)效率高的缽體苗栽插機(jī)，育秧質(zhì)量也依賴于播種機(jī)性能的提高。

2.2 水稻秧盤育秧播種技術(shù)與裝備研究進(jìn)展

常見的機(jī)械化育秧裝備包括田間育秧播種機(jī)和工廠化育秧流水線，一般認(rèn)為田間育秧播種機(jī)是從工廠化育秧流水線演變而來，屬于半機(jī)械化設(shè)備，因此，工廠化育秧流水線是水稻育秧機(jī)械化的主要裝備[21]。較完備的秧盤育秧流水線主要包括秧盤供送、鋪底土、壓床土、淋灑水、播種(條播、撒播、精播)、覆表土、清掃、取秧盤等工序，其中排種器是核心部件之一。隨著秧盤育秧向自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展，育秧作業(yè)自動(dòng)化技術(shù)和智能化技術(shù)也得到了快速發(fā)展。本節(jié)主要對水稻秧盤育秧的精密播種技術(shù)、作業(yè)自動(dòng)化技術(shù)和智能化技術(shù)3方面的研究動(dòng)態(tài)進(jìn)行綜述，對我國水稻秧盤育秧播種技術(shù)的發(fā)展前景和發(fā)展趨勢加以展望。

2.2.1水稻秧盤育秧精密播種技術(shù)

根據(jù)農(nóng)藝要求，水稻秧盤育秧的播種方式有穴播、條播和撒播3種，培育出的秧苗分別為缽體苗和毯狀苗(含缽形毯狀苗)。一般地，根據(jù)播種裝置的結(jié)構(gòu)形式和工作原理分類，排種器主要有機(jī)械式、振動(dòng)式和氣力式，但實(shí)際中有些是幾種方式的組合，本文稱為組合式。圖5給出了國內(nèi)外排種器的主要類型。

圖5 排種器的主要類型Fig.5 Main form of seeding apparatus

對水稻而言，美國、意大利、澳大利亞等歐美發(fā)達(dá)國家以機(jī)械化直播種植為主，研制水稻秧盤育秧播種的設(shè)備比較少，排種器主要用于水稻直播等[21,34-36]；亞洲的水稻秧盤育秧設(shè)備比較多，日本和韓國的水平最高，日本的久保田、井關(guān)、洋馬、實(shí)產(chǎn)業(yè)等株式會(huì)社都有自己的秧盤育秧播種設(shè)備，其工藝精湛、自動(dòng)化程度高，但這些設(shè)備主要是針對常規(guī)稻育秧研制，能實(shí)現(xiàn)4～8粒/格的撒播或3～6粒/穴的穴播作業(yè)，不適用雜交稻或超級雜交稻1～3粒/格的需要，采用的排種器主要是機(jī)械式[21]。例如，圖6為久保田2BZP- 800(SR- K800CN)型育秧播種機(jī)中采用的外槽輪。

圖6 外槽輪Fig.6 Open type sowing roller

我國水稻精密排種器的研發(fā)始于20世紀(jì)70年代初，早期主要是機(jī)械式排種器，80年代初開始?xì)饬κ脚欧N器的研究[37]，同時(shí)開展育秧流水線的研制，90年代起研制振動(dòng)式播種流水線[38]，21世紀(jì)以來，除了適應(yīng)水稻直播的排種器有較多的研究外，我國水稻秧盤育秧播種器的研發(fā)也取得了快速發(fā)展[39-53]?？v觀這些排種器，基本上覆蓋了圖5所示的各種類型。例如，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的2ZBZ- 600型水稻穴(平)盤播種設(shè)備[39]，采用的是外槽輪式排種器。目前，我國市場上銷售的播種機(jī)部分采用該類排種器。此外，佳木斯市文嶺農(nóng)機(jī)制造廠研制的2FB- 840型水稻苗床播種機(jī)采用的是凸棒式排種器[40]；黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)研制的2BYLS- 320型水稻秧盤聯(lián)合播種機(jī)[41]采用的是窩眼輪式排種器，研制的2BS- 420型水稻植質(zhì)缽育秧盤精量播種機(jī)[42]采用的是型孔板式排種器，并探討了正三角形、正方形、圓形等多種型孔對播種性能的影響，結(jié)果表明圓形相對較好；山西農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)了一種傾斜圓盤式精少量排種器[43]；華南農(nóng)業(yè)大學(xué)李志偉等[38]采用電磁振動(dòng)排種機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了2BZ- 300型電磁振動(dòng)式水稻育秧播種流水線等。馬旭等[44-45]采用螺旋勺輪式排種器設(shè)計(jì)了一種適用于南方水稻田間育秧的精密播種機(jī)，之后又利用螺旋勺輪供種、V- T型氣動(dòng)振盤排種，研制了一種2SJB- 500型水稻秧盤育秧精密播種流水線。該流水線采用的是一種較典型的組合式排種器(圖7)，播種時(shí)，由變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺旋勺輪排種器在種箱中運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)定量供種，種子落入V- T型振盤的T型篩分板上，通過振動(dòng)在V型槽板內(nèi)形成均勻的種子流，然后對行對穴實(shí)現(xiàn)精密播種。周海波等[46]在此基礎(chǔ)上又設(shè)計(jì)了一種電磁振動(dòng)勺型外槽輪式定量供種裝置，有望進(jìn)一步提升該機(jī)的播種性能。

圖7 組合式排種器Fig.7 Combined-type seeding device

江蘇大學(xué)李耀明等[47-49]對氣吸振動(dòng)式精密播種機(jī)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，采用的主要是吸盤式排種器(圖8)。播種時(shí)，啟動(dòng)振動(dòng)電動(dòng)機(jī)，通過振動(dòng)使得種子呈“沸騰”運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過豎直單軌道絲桿螺母傳動(dòng)系統(tǒng)和水平單軌道絲桿螺母傳動(dòng)系統(tǒng)將吸種盤移動(dòng)到種子盤上方，調(diào)節(jié)吸種部件轉(zhuǎn)換開關(guān)使得氣室形成負(fù)壓，拋起的種子被吸附在均勻分布的吸種孔上；吸種后將吸種盤移動(dòng)到導(dǎo)種管上方合適位置，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換開關(guān)產(chǎn)生正壓，種子在氣室正壓力和自身重力作用下經(jīng)導(dǎo)種管落入育秧盤，實(shí)現(xiàn)對靶精播。該裝置雖能實(shí)現(xiàn)單粒精密播種，但對于水稻芽種，吸種孔容易堵塞。此外，江蘇大學(xué)胡建平等[50-51]基于磁吸式排種原理，設(shè)計(jì)了磁吸滾筒式穴盤育苗精密排種器；東北農(nóng)業(yè)大學(xué)韓豹等[52-53]在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)龐昌樂等[54]的氣吸式雙層滾筒播種器的基礎(chǔ)上，針對吸孔堵塞問題，研制了一種氣吸滾筒式自動(dòng)清堵排種器，并進(jìn)行了性能改良。

圖8 氣吸式播種裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.8 Structure diagram of suction-vibration precision seeder1.定量加種裝置 2.豎直單軌道絲桿螺母傳動(dòng)系統(tǒng) 3.L形連接架 4.水平單軌道絲桿螺母傳動(dòng)系統(tǒng) 5.吸種盤 6.振動(dòng)彈簧 7.氣室 8.振動(dòng)電動(dòng)機(jī) 9.導(dǎo)種管 10.種子盤 11.氣泵電動(dòng)機(jī)

總之，為解決我國水稻特別是雜交稻的秧盤育秧精密播種問題，國內(nèi)學(xué)者對現(xiàn)有的各種排種器進(jìn)行了廣泛探索性研究，取得了豐富的成果。存在的問題主要是各種研究都尚未系統(tǒng)徹底地解決雜交稻和超級雜交稻的精密播種問題，多數(shù)都停留在試驗(yàn)階段，沒有將相關(guān)的研究成果轉(zhuǎn)化為實(shí)用的生產(chǎn)裝備。

從市場上看，目前我國銷售的水稻秧盤育秧播種裝備使用的排種器主要是機(jī)械式，部分是氣力式。例如江蘇云馬農(nóng)機(jī)制造有限公司生產(chǎn)的2BL- 280A型育秧播種機(jī)采用的是螺旋形外槽輪式排種器，井關(guān)農(nóng)機(jī)(常州)有限公司生產(chǎn)的2BZP- 580A(THK- 3017KC)型育秧播種機(jī)采用的是槽輪式排種器，宜興旭達(dá)機(jī)械制造有限公司的2BS- 1000型水稻盤育秧播種機(jī)采用的是窩穴式播種輪[55]，鹽城盎宇機(jī)械制造有限公司的2BJD- 840型水稻育秧播種機(jī)采用的是直槽輪式，都是屬于機(jī)械式；臺(tái)州市一鳴機(jī)械設(shè)備有限公司生產(chǎn)的YM- 0812型水稻育秧機(jī)采用的排種器屬于氣力式排種器。這些機(jī)型都是最近幾年享受國家農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼的裝備，具有較好的代表性。

從排種器的設(shè)計(jì)原理上看，現(xiàn)有秧盤育秧精密排種器的設(shè)計(jì)主要有3類方法：①通過控制種子的體積控制排種量，例如窩眼輪式、型孔式排種器等，利用排種器上的容腔從種群中分離出種子，此時(shí)排種效果受制于種子的形狀、尺寸和容腔的形式等，因此這類裝置對不同水稻品種播種的普適性相對較差。②通過控制種子的質(zhì)量控制排種量，例如氣力式排種器等，該方法的優(yōu)點(diǎn)是對種子的形狀和尺寸等要求較低，但對吸孔結(jié)構(gòu)的密封性等要求較高，該方法播水稻芽種時(shí)面臨的最大困難是堵塞問題，且效率偏低。③通過控制種子流量控制排種量，例如槽輪式、振動(dòng)式排種器等，這類排種器播種時(shí)播種量通常比較大，適合常規(guī)稻播種，若要播種雜交稻，需要配合其它的裝置(如V型導(dǎo)種槽等)進(jìn)行工作，因種子流速受眾多復(fù)雜因素的影響，精確性還有待提高。綜上可見，現(xiàn)有單一的排種方法很難實(shí)現(xiàn)雜交稻1～3粒/格的精確播種，因此需要繼續(xù)學(xué)習(xí)國內(nèi)外先進(jìn)的理論和方法，加強(qiáng)精密排種理論的研究和創(chuàng)新，其中組合式排種器是一個(gè)可行的發(fā)展方向。

與國際排種器的研究進(jìn)程比較，我國水稻秧盤育秧排種器的研究雖然借鑒了已有的研究成果，但基本上也遵循著從機(jī)械式、振動(dòng)式、氣力式向組合式方向發(fā)展的軌跡。目前，國際上先進(jìn)的精密排種器普遍采用了組合式工作原理，正朝著大型、高效、智能化方向發(fā)展[36,56]?？梢灶A(yù)見，未來我國水稻秧盤育秧精密排種器的研究也將向組合式方向發(fā)展。

2.2.2水稻秧盤育秧作業(yè)自動(dòng)化技術(shù)

隨著農(nóng)機(jī)裝備技術(shù)水平的發(fā)展，人們對提高水稻秧盤育秧設(shè)備自動(dòng)化程度的要求愈來愈高。特別是育秧流水線包含供盤、覆土、淋水、播種、取盤等多道工序，為提高各部件的工作性能和各環(huán)節(jié)之間的協(xié)調(diào)性，人們對育秧流水線自動(dòng)作業(yè)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了廣泛深入的研究[57-62]。

目前，歐美和日本等國家的育秧播種系統(tǒng)已基本實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化作業(yè)[63]，例如日本Soyono公司的BOX- B010- G型播種機(jī)是小型育苗播種設(shè)備的代表，該機(jī)采用伺服精確定位控制和氣動(dòng)技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)播種，工作效率高[64]，其它如久保田、洋馬等播種流水線都能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)[65-66]。國內(nèi)，人們對育秧流水線的自動(dòng)化技術(shù)也進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。例如華南農(nóng)業(yè)大學(xué)馬旭等[67-72]針對軟、硬秧盤，設(shè)計(jì)了一種軟秧盤嵌入式托盤，實(shí)現(xiàn)了軟、硬秧盤的自動(dòng)供送 (圖9a)，以STM32單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)了一種電控式自動(dòng)供盤裝置，實(shí)現(xiàn)了軟、硬秧盤的自動(dòng)供盤作業(yè)，試驗(yàn)表明軟塑秧盤和硬塑秧盤的供盤成功率分別達(dá)到98%和100%[68]；采用電磁換向閥和氣缸相結(jié)合的控制方法, 研制了一種秧盤連續(xù)輸送與穴孔同步對中裝置，解決了高速連續(xù)式氣吸滾筒秧盤育苗精準(zhǔn)播種的連續(xù)輸送秧盤與氣吸滾筒的穴孔同步對中的難題，提高了投種準(zhǔn)確性，避免了因竄穴而產(chǎn)生的空穴和重播[69]；以AT89C51單片機(jī)為控制系統(tǒng)核心，采用步進(jìn)電機(jī)和開關(guān)等實(shí)現(xiàn)秧盤供送、秧盤孔穴與壓實(shí)輥指對準(zhǔn)等作業(yè)，設(shè)計(jì)了一種水稻播種機(jī)缽體軟、硬秧盤穴孔底土壓實(shí)通用裝置，試驗(yàn)表明當(dāng)生產(chǎn)率在500盤/h、提前角對應(yīng)弧長為1 mm時(shí)，對準(zhǔn)率為98%[70]；基于超聲波傳感器和單片機(jī)等研制了一種種層厚度檢測和控制系統(tǒng)，能對播種過程中的播種量實(shí)現(xiàn)全程監(jiān)控和自動(dòng)控制[71]；以PLC為控制核心，設(shè)計(jì)了一種氣動(dòng)式自動(dòng)疊盤裝置(圖9b)，實(shí)現(xiàn)了秧盤的自動(dòng)疊放工作，試驗(yàn)表明當(dāng)生產(chǎn)率為 600～800盤/h、升降速度為 0.15 m/s、采用氣動(dòng)移動(dòng)蓋板時(shí)，硬盤和軟秧盤的疊盤成功率分別為 100%與99%～100%[72-73]。目前，國內(nèi)市場上的水稻育秧流水線大部分都能實(shí)現(xiàn)從自動(dòng)供盤、鋪床土、播種、灑水到覆表土和自動(dòng)疊盤的作業(yè)自動(dòng)化。

圖9 自動(dòng)供盤和自動(dòng)疊盤裝置Fig.9 Automatic tray feeder and automatic stacker device

控制系統(tǒng)是機(jī)械裝備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的核心組成部分，其設(shè)計(jì)水平表征著自動(dòng)化水平的高低。國外，早期的育苗播種流水線采用的控制方式主要為液壓控制、氣動(dòng)控制或電磁控制，現(xiàn)在則主要采用單片機(jī)和可編程控制器(PLC)等進(jìn)行控制[74]。國內(nèi)水稻播種育秧流水線各環(huán)節(jié)的自動(dòng)化作業(yè)也主要以單片機(jī)和PLC為控制核心，例如吉林大學(xué)研制的YB- 2000型簡塑秧盤自動(dòng)精密播種生產(chǎn)線采用MCS- 51系列的8031單片機(jī)作為控制單元，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)填土、播種、覆土、灑水和秧盤輸送等[75]，南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研發(fā)的振動(dòng)氣吸式盤育秧精密流水線采用PLC為控制核心，實(shí)現(xiàn)播種的精確定位和對位落種等功能[62]，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的2SJB- 500型水稻秧盤育秧精密播種流水線采用PLC為控制核心實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供盤和自動(dòng)疊盤作業(yè)[72-73]等。與國外先進(jìn)的育秧流水線比較，我國的育秧作業(yè)自動(dòng)化技術(shù)還存在一些差距，主要表現(xiàn)為：①實(shí)際生產(chǎn)中的播種流水線還沒有實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，某些環(huán)節(jié)仍需人工操作完成。②播種流水線上涉及的裝置較多，作業(yè)環(huán)節(jié)多，現(xiàn)有技術(shù)對單一裝置控制時(shí)效果相對較好，但對所有裝置的同步控制技術(shù)還亟待提高和完善。③作業(yè)的可靠性和效率還有待進(jìn)一步提高?？傊?，秧盤育秧作業(yè)自動(dòng)化是一個(gè)系統(tǒng)工程，既包括硬件配備，也包括軟件設(shè)計(jì)。未來，我國水稻秧盤育秧作業(yè)自動(dòng)化應(yīng)充分應(yīng)用電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，向機(jī)械與微電子技術(shù)相結(jié)合的機(jī)電一體化方向發(fā)展。

2.2.3水稻秧盤育秧精密播種智能化技術(shù)

智能化是水稻播種育秧作業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的高級階段，也是農(nóng)機(jī)裝備發(fā)展的方向，其中播種質(zhì)量的智能化監(jiān)控技術(shù)是研究重點(diǎn)。對播種質(zhì)量進(jìn)行智能化監(jiān)控，一方面能檢驗(yàn)播種效果，對排種器的排種性能進(jìn)行評價(jià)；另一方面能對漏播、重播和播種量等進(jìn)行預(yù)警和調(diào)控，提升播種質(zhì)量，保障播種的穩(wěn)定性。

歐美等發(fā)達(dá)國家在水稻直播播種質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)方面已達(dá)到很高的水平，例如美國Precision公司和AgLeader 公司在播種機(jī)中采用排種器電驅(qū)控制技術(shù)、高速投種技術(shù)、播種監(jiān)測技術(shù)、播種壓力控制技術(shù)和防堵清草技術(shù)等，達(dá)到了播種均勻度一致和深淺一致的播種效果[76]。國內(nèi)在智能化水稻機(jī)直播方面也取得了快速發(fā)展，如2016年南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研制出國內(nèi)首臺(tái)33行大型智能化氣力集排式水稻直播機(jī)——2BDZQ- 33800型寬幅折疊式水稻直播機(jī)，該機(jī)播種作業(yè)僅由一名操作人員即可完成，能通過控制系統(tǒng)調(diào)整排種部件轉(zhuǎn)速，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)播量的精確調(diào)整，有效解決現(xiàn)有機(jī)械槽輪式播種機(jī)播量一致性難以保證的難題，填補(bǔ)了國內(nèi)大型氣力式智能化水稻直播技術(shù)空白。然而，水稻秧盤育秧播種質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)則相對落后。

一般地，播種質(zhì)量監(jiān)控可分為排種器性能的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和育秧盤內(nèi)播種情況的靜態(tài)監(jiān)控[77]。水稻直播播種質(zhì)量的監(jiān)控主要采用動(dòng)態(tài)監(jiān)控方法，秧盤育秧播種質(zhì)量的監(jiān)控目前主要采用靜態(tài)監(jiān)控方法。動(dòng)態(tài)監(jiān)控技術(shù)方面，歐美、澳大利亞等國家主要應(yīng)用了電子技術(shù)和高速攝像技術(shù)實(shí)現(xiàn)排種器性能的動(dòng)態(tài)檢測。例如，KARAYEL等[78]用高速攝像系統(tǒng)拍攝下落種子流的間距和速度，通過分析相關(guān)數(shù)據(jù)達(dá)到檢測的目的；LEEMANS等[79]用計(jì)算機(jī)視覺指導(dǎo)排種器定位，由機(jī)器視覺系統(tǒng)測量位置，再應(yīng)用于反饋控制回路，實(shí)現(xiàn)播種質(zhì)量的動(dòng)態(tài)檢測。靜態(tài)監(jiān)控技術(shù)方面，國內(nèi)外主要采用圖像處理技術(shù)和機(jī)器視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)育秧播種質(zhì)量的檢測。NAGATA等[80]提出用圖像處理技術(shù)實(shí)時(shí)檢測自動(dòng)育秧生產(chǎn)中的漏播問題，在此基礎(chǔ)上，MGANILWA等[81]提出了用機(jī)器視覺技術(shù)來檢測移動(dòng)秧盤內(nèi)的漏播情況，并及時(shí)對漏播位置進(jìn)行補(bǔ)種的方法；URENA等[82]用機(jī)器視覺技術(shù)監(jiān)測了育秧盤中種芽的育秧質(zhì)量，并用模糊規(guī)則進(jìn)行了等級分類； KIM等[83]設(shè)計(jì)了一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的自動(dòng)排種控制裝置，檢測播種過程中種子胚芽方向，并通過PLC控制系統(tǒng)將種子按胚芽一致的縱向方向播種在秧盤里，提高播種的質(zhì)量和精度。這些研究多是針對蔬菜和花卉進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，對水稻播種質(zhì)量的監(jiān)控研究有一定的借鑒意義。國內(nèi)，對水稻秧盤育秧播種質(zhì)量的監(jiān)控方法也主要是采用圖像處理和機(jī)器視覺技術(shù)等，不同點(diǎn)主要在圖像識別算法上。例如，齊龍、周海波等[84-85]依據(jù)秧盤掩膜內(nèi)的灰度均值實(shí)現(xiàn)了對空穴、1粒和2粒種子的在線檢測，并基于LabVIEW圖像處理技術(shù)探索了點(diǎn)位控制補(bǔ)種技術(shù)[86-87]，圖10為檢測系統(tǒng)的硬件組成。

圖10 在線檢測系統(tǒng)的硬件組成Fig.10 Structure of hardware for on-line detection system1.光源 2.CCD攝像機(jī) 3.光箱 4.圖像采集卡 5.計(jì)算機(jī) 6.托盤 7.穴盤 8.前接近傳感器 9.后接近傳感器

王辰星等[88]通過投影、差分等方法處理靜態(tài)圖像，將分水嶺算法和區(qū)域面積統(tǒng)計(jì)方法結(jié)合用于種子數(shù)量的識別；譚穗妍等[89]針對多粒種子存在粘連、重疊、交叉等情況，提出了一種基于機(jī)器視覺和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)超級稻數(shù)量檢測模型；趙鄭斌等[90]設(shè)計(jì)了基于HALCON的通用型穴盤精密播種性能檢測軟件，運(yùn)用Blob進(jìn)行種子分析和計(jì)數(shù)；王安等[91]用改進(jìn)的形狀因子，結(jié)合單連通域面積實(shí)現(xiàn)缽體秧盤穴粒數(shù)的檢測；陳進(jìn)等[92]應(yīng)用GABP算法并結(jié)合超級稻連通區(qū)域形狀特征參數(shù)對播種效果進(jìn)行檢測。現(xiàn)有秧盤育秧播種質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)主要是監(jiān)測育秧播種效果，重點(diǎn)解決漏播問題，減少漏播種造成的漏秧損失，但對重播等問題尚無相關(guān)解決方案。另外，與水稻直播相比，由于機(jī)械栽植育秧精密播種要求種子為芽種，至少要求破胸露白，種子的流動(dòng)性不及干種，且容易破碎；育成的秧苗為了與栽植機(jī)械取秧機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)耦合，要求種子在秧盤上按一定的方向有規(guī)則地均勻排列，因此機(jī)械栽植精密播種的質(zhì)量要求比機(jī)直播更高，實(shí)現(xiàn)的難度也更大。這是現(xiàn)有水稻秧盤育秧播種技術(shù)不能完全適應(yīng)雜交稻生產(chǎn)的重要原因之一，也是亟需大力發(fā)展智能化監(jiān)控技術(shù)提升育秧播種質(zhì)量的重要內(nèi)驅(qū)力之一。

3 水稻機(jī)械化移栽技術(shù)與裝備研究進(jìn)展

水稻機(jī)械化移栽方式主要有毯狀苗機(jī)插秧(含缽形毯狀苗機(jī)插秧)和缽體苗機(jī)栽插2種。因此，從移栽裝備的角度看，主要有兩類機(jī)械：一類是適應(yīng)毯狀苗和缽形毯狀苗的插秧機(jī)；另一類是適應(yīng)缽體苗的插秧機(jī)。本節(jié)首先對水稻機(jī)械化移栽方式與裝備現(xiàn)狀進(jìn)行概述，然后分別對毯狀苗機(jī)插秧技術(shù)、缽體苗機(jī)栽插技術(shù)和移栽機(jī)械控制與智能化技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行闡述。

3.1 水稻機(jī)械化移栽方式與裝備現(xiàn)狀

總體上，國內(nèi)外生產(chǎn)和使用的水稻移栽機(jī)，按操作方式分類，主要有步進(jìn)式和乘坐式兩大類，乘坐式又分為獨(dú)輪乘坐式和四輪乘坐式2種；按移栽速度分類，主要有普通移栽機(jī)和高速移栽機(jī)。目前，市場上銷售的機(jī)型主要有3種(表2)，這3種典型的移栽機(jī)代表了目前的技術(shù)水平。

表2 3種典型的移栽機(jī)及性能Tab.2 Three typical rice transplanting machine and their performance

自2004年以來，我國水稻種植機(jī)械化快速發(fā)展，插秧機(jī)保有量也迅速增長。據(jù)全國農(nóng)業(yè)機(jī)械化統(tǒng)計(jì)年報(bào)顯示，全國插秧機(jī)保有量從2004年的6.71萬臺(tái)，增加到2015年的72.57萬臺(tái)，增長高于10倍；其中乘坐式插秧機(jī)保有量從2008年的9.01萬臺(tái)，增加到2015年的24.24萬臺(tái)，增長了1.69倍。圖11給出了2004—2015年全國插秧機(jī)保有量的變化趨勢，與全國水稻插秧機(jī)的增速相比，乘坐式插秧機(jī)的增長速度相對較慢，乘坐式插秧機(jī)占比由2008年的45.14%降低到2015年的33.40%，表明我國推廣的插秧機(jī)從數(shù)量上看主要是步進(jìn)式普通插秧機(jī)，這可能與我國水田面積細(xì)碎化和農(nóng)戶水稻種植規(guī)模相對較小有關(guān)。

圖11 2004—2015年全國插秧機(jī)保有量Fig.11 Total number of rice transplanting machine in China from 2004 to 2015

水稻機(jī)械化移栽裝備中，分插機(jī)構(gòu)是核心工作部件。由于趙勻等[93]對水稻移栽機(jī)械的分插機(jī)構(gòu)及其研究進(jìn)展進(jìn)行了詳細(xì)總結(jié)，本文不再贅述。下面主要從毯狀苗機(jī)插秧技術(shù)、缽體苗機(jī)栽插技術(shù)和水稻移栽機(jī)械控制與智能化技術(shù)等方面進(jìn)行總結(jié)，主要分析存在的問題及其發(fā)展方向。

3.2 毯狀苗機(jī)插秧技術(shù)

毯狀苗機(jī)插秧技術(shù)是目前我國應(yīng)用最廣泛的一種水稻種植機(jī)械化技術(shù)，其發(fā)展經(jīng)歷了較長的一段歷程。1953年，我國開始研制插秧機(jī)，到1960年，各地推薦生產(chǎn)上使用的人力、畜力插秧機(jī)已達(dá)21種，1967年，鑒定并推出自行研制的第一臺(tái)東風(fēng)- 2S型自走式機(jī)動(dòng)水稻插秧機(jī)，但由于各種原因，該機(jī)并未得到普遍推廣[94]。

1968年，日本佐藤造機(jī)株式會(huì)社制造出帶土毯狀小苗插秧機(jī)，該機(jī)橫向送秧機(jī)構(gòu)和插秧機(jī)構(gòu)連動(dòng)，自動(dòng)將帶土毯狀小苗切斷，強(qiáng)制插秧，奠定了現(xiàn)代插秧機(jī)的基本構(gòu)造。1986年，日本農(nóng)機(jī)研究所與井關(guān)農(nóng)機(jī)株式會(huì)社共同開發(fā)制造高速插秧機(jī)，插秧速度1.1 m/s，這是現(xiàn)代高速插秧機(jī)的原型。隨后，插秧機(jī)各部分的控制機(jī)構(gòu)得到根本的改進(jìn)，插秧精度進(jìn)一步提高，如插秧部分左右搖擺控制、速度感應(yīng)型插深控制、根據(jù)水田硬度自動(dòng)液壓控制等，毯狀苗機(jī)插秧技術(shù)日趨成熟[95]。20世紀(jì)70年代末，我國從日本引進(jìn)了秧盤育秧機(jī)插水稻種植技術(shù)，解決了育秧與機(jī)插秧的配套問題。在此基礎(chǔ)上研制出了國產(chǎn)2ZT系列水稻插秧機(jī)[96]，對我國機(jī)插秧發(fā)展起到了較大的促進(jìn)作用。國產(chǎn)機(jī)中，較典型的還有延吉插秧機(jī)廠研制的2ZT- 9356B型獨(dú)輪插秧機(jī)、江蘇省南通市柴油機(jī)股份有限公司研制的Z- 455型手扶步進(jìn)式插秧機(jī)和中機(jī)南方機(jī)械股份有限公司生產(chǎn)的碧浪2ZG824(630A)型高速插秧機(jī)。2010年，為了適應(yīng)寬窄行插秧方式，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)研制了高速寬窄行插秧機(jī)。另外，無人駕駛水稻插秧機(jī)也得到了發(fā)展[94]。正是基于這段歷史，長期以來毯狀苗機(jī)插秧技術(shù)成為我國水稻種植機(jī)械化研究的重點(diǎn)。然而，毯狀苗機(jī)插秧技術(shù)在我國的發(fā)展還主要面臨如下一些難題：

(1)品種問題

現(xiàn)有的毯狀苗機(jī)插秧技術(shù)是以常規(guī)粳稻為基礎(chǔ)研發(fā)的，對雜交稻和超級雜交稻不適應(yīng)，主要矛盾表現(xiàn)為：雜交稻種植強(qiáng)調(diào)稀植早發(fā)，通過強(qiáng)分蘗能力保障有效穗、攻取大穗提高單產(chǎn)，而毯狀苗育秧時(shí)為保障一定的盤根成毯性，播種密度大，秧苗生長空間小，秧苗素質(zhì)差，且機(jī)插植傷較重，栽后至恢復(fù)正常生長通常要經(jīng)歷7～15天的“滯長期”，縮短了正常生育期，生育進(jìn)程后移[18]，當(dāng)機(jī)插育秧或栽插質(zhì)量不理想時(shí)，嚴(yán)重影響雜交稻生育優(yōu)勢的發(fā)揮。目前，雜交稻機(jī)插秧問題尚未徹底解決。為解決雜交稻機(jī)插秧問題，通過低播量精密播種，培育適合機(jī)插的健壯秧苗是雜交稻育秧的發(fā)展方向。另外，調(diào)研表明我國水稻育種過程中，很少將“機(jī)械化生產(chǎn)適應(yīng)性”作為品種培育的評選標(biāo)準(zhǔn)之一。因此，基于農(nóng)機(jī)農(nóng)藝深度融合發(fā)展理念，培育適應(yīng)機(jī)械化生產(chǎn)的品種是解決我國雜交稻種植機(jī)械化難題需要考慮的重要內(nèi)容。

(2)種植制度問題

雙季稻和連作稻在我國水稻生產(chǎn)中占有很大面積，為了解決晚稻茬口緊張問題，需要培育長秧齡大苗，但現(xiàn)有毯狀苗機(jī)插秧技術(shù)僅適應(yīng)于中小苗栽插，限制了該技術(shù)在雙季晚稻和連作晚稻中的推廣應(yīng)用。如何解決雙季晚稻和連作晚稻的機(jī)插秧問題是目前我國水稻種植機(jī)械化發(fā)展中的難點(diǎn)。

(3)雜交稻精密育插秧技術(shù)問題

理論上，雜交稻精準(zhǔn)栽插要求每穴插1～3棵苗，此時(shí)播種量芽種為40～45 g/盤，現(xiàn)有的撒播和條播技術(shù)雖能滿足播種量要求，但播種均勻性有待提高，秧苗盤根性不足，栽插漏秧率偏高(試驗(yàn)表明此時(shí)的漏插率一般超過15%)。如果采用精準(zhǔn)穴播技術(shù)，一方面缺乏能實(shí)現(xiàn)每穴播(2±1)粒種子的實(shí)用高效播種機(jī)，另一方面缺乏合適的毯狀苗精準(zhǔn)插秧機(jī)。插秧質(zhì)量是人們接受使用插秧機(jī)的最重要標(biāo)準(zhǔn)之一。影響插秧質(zhì)量的因素很多，是一個(gè)從耕整地、播種育秧到機(jī)械栽插的系統(tǒng)問題。就插秧機(jī)本身而言，其核心工作部件主要包括分插機(jī)構(gòu)和送秧機(jī)構(gòu)。國際上，插秧機(jī)的分插機(jī)構(gòu)大致經(jīng)歷了從初級階段的滑道機(jī)構(gòu)，到中級階段的桿機(jī)構(gòu)，再到高級階段的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的發(fā)展過程[93]。目前，較先進(jìn)的高速插秧機(jī)采用的都是回轉(zhuǎn)式分插機(jī)構(gòu)，部分手扶插秧機(jī)仍采用曲柄搖桿式(如洋馬AP4、AP6型等)。國內(nèi)外，適應(yīng)毯狀苗機(jī)插秧的分插機(jī)構(gòu)已基本成熟，作業(yè)質(zhì)量可靠，能基本滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。但送秧機(jī)構(gòu)還需改進(jìn)。送秧機(jī)構(gòu)包括橫向送秧機(jī)構(gòu)和縱向送秧機(jī)構(gòu)。橫向送秧通常采用空間雙螺旋凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)固定次數(shù)(如14、16、18、20、24次等)的定量供送，因此橫向送秧準(zhǔn)確可靠。目前毯狀苗插秧機(jī)的縱向送秧都是采用整體推送式送秧機(jī)構(gòu)，當(dāng)秧箱橫向移動(dòng)至兩端極限位置時(shí)，通過縱向送秧機(jī)構(gòu)(星輪式或橡膠輸送帶式送秧機(jī)構(gòu))將秧苗整體向秧門推送一次實(shí)現(xiàn)縱向送秧，受重力或機(jī)器振動(dòng)的影響，以及秧苗成毯質(zhì)量、秧苗含水量等原因，秧苗易產(chǎn)生滑動(dòng)或擠壓變形，導(dǎo)致縱向送秧不準(zhǔn)確[97]，亟需改進(jìn)縱向送秧方法與裝備，以提高縱向送秧精準(zhǔn)性?？傊?，解決毯狀苗機(jī)插秧的作業(yè)質(zhì)量問題，重點(diǎn)需要解決雜交稻低播量下的精密育插秧技術(shù)問題，該問題主要受制于播種的均勻性、栽插的精準(zhǔn)性和作業(yè)效率等。

(4)施肥機(jī)械化問題

國外如日本、韓國生產(chǎn)的毯狀苗插秧機(jī)都配有同步側(cè)深施肥裝置，能有效地提高肥料的利用率；這些施肥裝置主要采用風(fēng)力把固態(tài)肥料顆粒吹入輸肥管，風(fēng)力作用能有效防止輸肥管和排肥口堵塞，施肥效果較好，但由于價(jià)格、肥料特性和差異化技術(shù)設(shè)備銷售等原因，在國內(nèi)應(yīng)用較少[98]。國內(nèi)普遍采用人工施撒肥料，肥效利用率低；目前已開展了多種水稻插秧機(jī)同步施肥裝置的試驗(yàn)研究，排肥部件主要有風(fēng)力式、槽輪式和螺旋式等[99]。但因國內(nèi)的肥料極易潮解，水田作業(yè)環(huán)境下風(fēng)力式和槽輪式排肥裝置易堵塞，施肥效果差，螺旋式排肥裝置處于試驗(yàn)之中[100]；采用開溝方式實(shí)現(xiàn)深施肥作業(yè)，主要存在開溝難、開溝施肥后覆土難等問題。迄今為止，我國水田機(jī)械深施肥技術(shù)尚未得到很好的解決，為了提高肥料的利用率，減少污染，亟需對該技術(shù)進(jìn)行深入的研究，并研發(fā)相關(guān)的施肥機(jī)械。

3.3 缽體苗機(jī)栽插技術(shù)

由于缽體苗機(jī)栽插技術(shù)不傷根，不傷苗，無返青期，秧齡彈性大，增產(chǎn)效果顯著，解決了傳統(tǒng)機(jī)插秧的不足，人們對缽體苗機(jī)栽插技術(shù)進(jìn)行了廣泛研究[101-104]。缽體苗機(jī)栽插主要有機(jī)拋秧、機(jī)擺栽和機(jī)插秧等多種形式，缽體苗機(jī)拋秧屬于無序栽插技術(shù)，已應(yīng)用很少，應(yīng)用的技術(shù)主要集中在缽體苗機(jī)擺栽和機(jī)插秧。國外，最早研究和使用缽體苗栽插機(jī)械的國家是日本，后來有印度、韓國和尼日利亞等國。日本的井關(guān)和實(shí)產(chǎn)業(yè)公司已有缽體苗插秧機(jī)產(chǎn)品，但機(jī)具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴，使用成本高，配套的育秧設(shè)備僅適應(yīng)常規(guī)稻，對雜交稻不適應(yīng)。國內(nèi)，吉林鑫華裕農(nóng)業(yè)裝備有限公司、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、黑龍江農(nóng)墾科學(xué)院、常州亞美柯機(jī)械設(shè)備有限公司、浙江理工大學(xué)和東北農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位，都開展了水稻缽體苗栽插機(jī)的研制，已開發(fā)出一些機(jī)型，例如東北農(nóng)業(yè)大學(xué)與鑫華裕農(nóng)業(yè)裝備有限公司聯(lián)合研制了2ZB- 630型水稻缽體苗插秧機(jī)(圖12)，該機(jī)分插機(jī)構(gòu)采用雙曲柄五桿機(jī)構(gòu)完成缽體苗取苗、運(yùn)苗和栽植，實(shí)現(xiàn)了使用缽體軟秧盤進(jìn)行缽體苗栽插作業(yè)，生產(chǎn)成本較低。2013年，在廣東省肇慶市懷集縣試驗(yàn)基地，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)馬旭等應(yīng)用該機(jī)具對雜交稻五優(yōu)308進(jìn)行了田間對比試驗(yàn)，增產(chǎn)效果明顯，但生產(chǎn)效率太低、可靠性較差。

圖12 2ZB- 630型水稻缽體苗插秧機(jī)Fig.12 2ZB- 630 rice seedling transplanting mechanism

近年來，常州亞美柯機(jī)械設(shè)備有限公司研制生產(chǎn)了2ZB- 6A(RXA- 60T)型缽體苗乘坐式高速擺栽機(jī)(表2)，該機(jī)采用頂出式缽體苗自動(dòng)栽植機(jī)構(gòu)完成秧苗取秧、翻轉(zhuǎn)、輸送和栽植作業(yè)，是我國水稻缽體苗栽插機(jī)中相對較先進(jìn)的產(chǎn)品。2017年，馬旭等應(yīng)用該機(jī)，配合華南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的2SJB- 500型水稻秧盤育秧精密播種生產(chǎn)線進(jìn)行精密播種，在廣東省肇慶市農(nóng)科所試驗(yàn)基地對雜交稻廣8優(yōu)165進(jìn)行了大田栽插對比試驗(yàn)，結(jié)果表明缽體苗機(jī)栽插的單產(chǎn)比毯狀苗機(jī)插秧提高0.96%～4.61%，比人工手插提高3.45%。試驗(yàn)表明該機(jī)作業(yè)效率相對較高，可靠性較好，這將促進(jìn)人們對缽體苗機(jī)栽插技術(shù)進(jìn)行更深入的研究，有望很快獲得突破并應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。然而，存在的問題是機(jī)具價(jià)格偏高，尤其是配套的秧盤價(jià)格更高，生產(chǎn)成本增加較大，所以目前難于大面積推廣應(yīng)用。

較多的試驗(yàn)研究表明，與毯狀苗機(jī)插秧相比，缽體苗秧苗素質(zhì)好[27,105]，缽體苗機(jī)栽插的產(chǎn)量高、品質(zhì)好[105-106]，且能改善水稻株型、優(yōu)化群體結(jié)構(gòu)、提升抗倒伏性能[107]。另外，毯狀苗機(jī)插秧育秧時(shí)，低播量的秧苗成毯困難，缽體苗機(jī)栽插能有效化解這一矛盾，這對解決雜交稻機(jī)械化種植難題是一種可行的途徑。因此，缽體苗機(jī)栽插是一種較優(yōu)的機(jī)械化種植方式。但是，該技術(shù)尚缺乏合適的高效栽插機(jī)械，攻克缽體苗輕簡化栽插機(jī)械的研發(fā)難題、優(yōu)化配套的育秧技術(shù)、降低生產(chǎn)成本是水稻缽體苗機(jī)栽插技術(shù)研究的核心問題。

3.4 水稻移栽機(jī)械控制與智能化技術(shù)

信息化和智能化是水稻移栽機(jī)械技術(shù)更高水平的標(biāo)志，其中機(jī)械裝備控制技術(shù)是研究的重要內(nèi)容?，F(xiàn)階段，對水稻移栽機(jī)械裝備控制技術(shù)的研究主要集中于自動(dòng)導(dǎo)航和機(jī)械部件控制等方面。

水稻移栽機(jī)械自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)主要包括GPS導(dǎo)航、機(jī)器視覺導(dǎo)航和慣性導(dǎo)航等。日本的研究相對早一些，例如WEISE等[108]用Trimble- RTK GPS確定和記錄位置信息，用長度傳感器測量轉(zhuǎn)向角度，對水稻插秧機(jī)的轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向角和轉(zhuǎn)彎半徑的關(guān)系進(jìn)行了研究，得到了轉(zhuǎn)向半徑(r)、輪距(wb)和轉(zhuǎn)向角(δ)的關(guān)系為r=wb/cos(π/2-δ)。NAGASAKA等[109]基于CAN總線控制和GPS技術(shù)設(shè)計(jì)了一種適應(yīng)于長毯式秧苗的自動(dòng)導(dǎo)航插秧機(jī)，試驗(yàn)表明該機(jī)的橫向跟蹤誤差小于0.04 m，航向角誤差小于3.6°。張智剛等[110]將計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、GPS技術(shù)和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)等集成和融合，在久保田SPU- 68型插秧機(jī)上設(shè)計(jì)了基于DGPS和電子羅盤的導(dǎo)航控制系統(tǒng)。以該插秧機(jī)為平臺(tái)，胡煉等[111]將插秧機(jī)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、變速機(jī)構(gòu)和插秧機(jī)具升降機(jī)構(gòu)改造為電控操作，以直流電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，設(shè)計(jì)了專業(yè)的控制器，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制；同時(shí)設(shè)計(jì)了一種基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)[112]，提高了插秧機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性，試驗(yàn)表明道路直線跟蹤誤差小于0.05 m。偉利國等[113]以XDNZ630型插秧機(jī)為平臺(tái)，將插秧機(jī)的行走與栽插機(jī)構(gòu)進(jìn)行電控改造，以伺服電機(jī)為動(dòng)力，設(shè)計(jì)了基于GPS技術(shù)的控制器，實(shí)現(xiàn)了插秧機(jī)的自動(dòng)對行導(dǎo)航及地頭轉(zhuǎn)向。

機(jī)器視覺導(dǎo)航方面，YUTAKA等[114]利用NIR和RGB攝像機(jī)作為視覺傳感器，對插秧機(jī)進(jìn)行改裝，解決了水田的水面倒影干擾問題；張小超等[115]采用多目機(jī)器視覺技術(shù)自動(dòng)識別已插秧苗曲線軌跡并進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，實(shí)現(xiàn)了水稻插秧機(jī)的自動(dòng)對行功能，設(shè)計(jì)了智能對行插秧機(jī)(圖13)，該機(jī)具的控制機(jī)構(gòu)突破了農(nóng)業(yè)機(jī)械高精度全自動(dòng)導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了無人駕駛自動(dòng)導(dǎo)航控制。遲德霞等[116-117]對插秧機(jī)視覺導(dǎo)航的基準(zhǔn)線提取問題和導(dǎo)航信息獲取問題進(jìn)行了理論建模分析。

圖13 水稻智能對行插秧機(jī)Fig.13 Smart on-line rice transplanter

慣性導(dǎo)航方面，MATSUO等[118]在乘坐式水稻插秧機(jī)上安裝自動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，由三軸地磁方向傳感器、光纖陀螺儀、兩軸傾斜傳感器組成導(dǎo)航設(shè)備，對插秧機(jī)進(jìn)行導(dǎo)航控制。田間試驗(yàn)表明，在30 cm距離內(nèi)自動(dòng)駕駛比人工駕駛多產(chǎn)生5 cm的偏差，但可節(jié)省8%的作業(yè)時(shí)間。NAGASAKA等[119]將RTK- GPS與慣性測量單元和光纖陀螺儀結(jié)合，應(yīng)用在久保田SPU650插秧機(jī)上(圖14)，試驗(yàn)表明當(dāng)插秧機(jī)速度為0.7 m/s時(shí)，最大直線偏差0.12 m，平均直線偏差0.055 m。此外，任文濤等[120]、謝昌盛等[121]和陳訓(xùn)教等[122]對插秧機(jī)無線遙控技術(shù)進(jìn)行了初步探索。

圖14 慣性導(dǎo)航水稻插秧機(jī)Fig.14 Rice transplanter navigated by inertia sensors

機(jī)插秧的優(yōu)勢在于淺插并且插深一致，因此，在插秧機(jī)部件控制技術(shù)中，插秧機(jī)水平平衡控制和插深控制是當(dāng)前水稻移栽機(jī)械部件控制技術(shù)研究的重點(diǎn)。目前，國內(nèi)外高速插秧機(jī)對插深的自動(dòng)控制主要是通過液壓仿形機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，其工作原理按照機(jī)架和浮板的連接方式可分為整體式和鉸接式2種，整體式連接屬于力反饋控制系統(tǒng)，鉸接式屬于位置控制系統(tǒng)。插秧時(shí)仿形機(jī)構(gòu)隨著大田表面及硬底層起伏，液壓控制機(jī)構(gòu)不斷調(diào)整插秧機(jī)插植部的仰俯狀態(tài)，調(diào)節(jié)插秧臂的工作高度，實(shí)現(xiàn)插深的控制。圖15為碧浪2ZG- 630四輪驅(qū)動(dòng)高速插秧機(jī)的液壓仿形系統(tǒng)，這是典型的整體式連接。

圖15 高速插秧機(jī)仿形系統(tǒng)原理圖Fig.15 Schematic diagram of high-speed rice transplanter’s profiling system1.機(jī)體 2.油壓敏感度調(diào)節(jié)手柄 3.搖桿 4.上拉桿 5.下拉桿 6.機(jī)械式傳感器 7.液壓缸 8.仿形滑閥 9.仿形鋼絲繩

水田中作業(yè)時(shí)，插秧機(jī)仿形滑閥由機(jī)械式傳感器控制，當(dāng)插秧機(jī)處在水田硬底層的下坡時(shí)，泥水表面與插植部的相對距離較小，浮板受到的浮力增大，浮板上的壓力傳感器通過仿形鋼絲繩和調(diào)節(jié)手柄將壓力變化傳遞給仿形系統(tǒng)的仿形滑閥，通過滑閥的閥芯運(yùn)動(dòng)控制液壓升降機(jī)構(gòu)，使得插植部上升，直到浮板的受力狀態(tài)恢復(fù)到初始值[123]。實(shí)際上，插秧機(jī)仿形系統(tǒng)的控制一般與拖拉機(jī)耕深系統(tǒng)控制類似。在控制自動(dòng)化方面，李福超等[124]以單片機(jī)MSP 430F149為核心部件，設(shè)計(jì)了一種水稻插秧機(jī)水平智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對插植部位置的實(shí)時(shí)控制，保證插植部的傾角范圍控制在±4°以內(nèi)。張俊寧等[125]針對高速插秧機(jī)因地勢起伏導(dǎo)致橫向秧苗插深不一致問題，設(shè)計(jì)了基于插植部傾角檢測的秧苗插深自適應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該技術(shù)能提高橫向插深的穩(wěn)定性。

總體上，由于各種原因，國內(nèi)對移栽裝備插秧部分水平平衡控制和插深自動(dòng)控制的研究比較少，亟需加強(qiáng)相關(guān)研究，以提高栽插質(zhì)量。隨著對自動(dòng)化和智能化的要求，加強(qiáng)移栽機(jī)械控制和智能化技術(shù)研究將是未來研究的重點(diǎn)。

4 水稻栽植機(jī)械化技術(shù)發(fā)展趨勢

水稻栽植機(jī)械化技術(shù)是解決中國水稻種植機(jī)械化難題的主要方向。徹底解決水稻栽植機(jī)械化問題，需要系統(tǒng)地從耕整地、播種育秧到機(jī)械移栽3個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行整體性突破和完善。基于現(xiàn)有技術(shù)以及未來發(fā)展的需要，我國水稻栽植機(jī)械化技術(shù)將主要朝以下方向發(fā)展：

(1)從移栽方式上看，今后仍然是以毯狀苗機(jī)插秧技術(shù)為主體的多種機(jī)械化并存的方向發(fā)展，并重點(diǎn)開展適應(yīng)雜交稻和超級雜交稻機(jī)插秧技術(shù)，以及經(jīng)濟(jì)高效、輕簡型缽體苗機(jī)栽插技術(shù)的研發(fā)和示范應(yīng)用。

毯狀苗機(jī)插秧技術(shù)相對成熟，在常規(guī)稻種植中將占主導(dǎo)地位，應(yīng)用于雜交稻和超級雜交稻，主要突破低播量下精密播種育秧和精準(zhǔn)栽插難題，研制精密育秧和精準(zhǔn)插秧裝備?，F(xiàn)有毯狀苗機(jī)插秧技術(shù)用于雜交稻時(shí)播種量大，秧苗素質(zhì)差，每穴栽插的苗數(shù)多，產(chǎn)量低，不能滿足雜交稻和超級雜交稻少本稀植、利用分蘗能力提高產(chǎn)量的栽培要求；解決的關(guān)鍵是采用低播量精密播種技術(shù)，以保證少本稀植，培育壯秧，并保證秧苗成毯性；同時(shí)，研制帶有精準(zhǔn)縱向供秧機(jī)構(gòu)的插秧機(jī)，改現(xiàn)有依靠重力帶動(dòng)的縱向供秧方式為強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)的精準(zhǔn)縱向供秧方式，保證分插機(jī)構(gòu)對毯狀秧苗的精準(zhǔn)取秧與切塊，實(shí)現(xiàn)少本稀植精準(zhǔn)栽插。

缽體苗機(jī)栽插技術(shù)中，主要研制經(jīng)濟(jì)高效、輕簡型水稻缽體苗栽插技術(shù)與裝備。主要突破效率高、結(jié)構(gòu)簡單、投入成本低的缽體苗栽插技術(shù)與裝備；采用缽體苗機(jī)栽插技術(shù)，育秧不存在播種量與成毯性之間的矛盾，是解決雜交稻和超級雜交稻機(jī)移栽作業(yè)問題的有效方法之一，因此，缽體苗機(jī)栽插技術(shù)具有十分廣闊的發(fā)展前景，是未來水稻栽植機(jī)械化技術(shù)研究中的重點(diǎn)。

(2)育秧床土制備和育秧生產(chǎn)規(guī)?；瘜⒊蔀樗驹灾矙C(jī)械化發(fā)展的新特點(diǎn)。隨著水稻生產(chǎn)機(jī)械化的發(fā)展，種植規(guī)?；瘜⒊蔀樗旧a(chǎn)方式的主要特點(diǎn)，為適應(yīng)規(guī)?；l(fā)展，對育秧床土的制備和育秧生產(chǎn)的規(guī)模都提出了新的要求；我國現(xiàn)有的育秧床土制備方式不科學(xué)也不可持續(xù)，北方采用農(nóng)田中取土育秧，對耕地的破壞較大，是一種不可持續(xù)的育秧技術(shù)；南方采用田間淤泥育秧，符合可持續(xù)發(fā)展，但育秧質(zhì)量較差，影響栽插質(zhì)量；需制備適于機(jī)械化操作、結(jié)構(gòu)松散、通氣性好、有利于秧苗根系的生長和成秧率較高的育秧床土，實(shí)現(xiàn)育秧床土的產(chǎn)業(yè)化，這是解決機(jī)栽植育秧取土難題的重要途徑；在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)育秧生產(chǎn)規(guī)?；?，明確秧苗素質(zhì)調(diào)控規(guī)律，提高秧苗素質(zhì)，降低育秧生產(chǎn)成本，是保證水稻機(jī)械化栽插質(zhì)量的重要措施，實(shí)現(xiàn)秧苗工廠化、規(guī)?；a(chǎn)，也將成為水稻栽植機(jī)械化中育秧發(fā)展的新特點(diǎn)。

(3)重點(diǎn)解決連作晚稻和雙季晚稻機(jī)械化栽植技術(shù)，通過育秧技術(shù)研究，延長連作晚稻和雙季晚稻的秧齡，使之適應(yīng)機(jī)移栽，同時(shí)研制大苗移栽機(jī)。我國連作晚稻、油菜- 水稻和小麥- 水稻等雙季晚稻的種植面積較大，實(shí)現(xiàn)連作晚稻和雙季晚稻機(jī)栽植技術(shù)的關(guān)鍵是其秧齡短的問題；目前我國機(jī)插秧技術(shù)主要適應(yīng)中小苗，一般苗高要求在100～180 mm之間，秧苗太高時(shí)機(jī)栽插對秧苗的損傷較大，故應(yīng)研究育秧技術(shù)，將目前連作晚稻和雙季晚稻的秧齡從15 d左右，延長至25 d以上，控制秧苗生長，實(shí)現(xiàn)長秧齡機(jī)移栽，同時(shí)加快研制適應(yīng)大苗的移栽機(jī)，以滿足連作晚稻和雙季晚稻的機(jī)移栽要求。

(4)研制具有同步施肥裝置的插秧機(jī)，提高肥料利用率。目前我國使用的插秧機(jī)作業(yè)功能單一，缺少配套的施肥裝置，肥效利用率低，需研制配備的同步施肥裝置，有效地提高肥料利用率，減少環(huán)境污染。

(5)自動(dòng)化和智能化技術(shù)將成為水稻栽植機(jī)械化技術(shù)研究中的熱點(diǎn)。為適應(yīng)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展，以及不同水稻產(chǎn)區(qū)的需要，水田栽植機(jī)械將向多功能、自動(dòng)化與智能化方向發(fā)展，如自動(dòng)化和智能化催芽機(jī)、自動(dòng)化的工廠化秧盤育秧精密播種流水線、自動(dòng)導(dǎo)航移栽機(jī)等。

5 結(jié)束語

我國水稻種植面積大、區(qū)域廣，因氣候及地理環(huán)境等差異，種植方式多元化，其中栽植機(jī)械化是種植機(jī)械化中的主要方式。水稻栽植機(jī)械化技術(shù)包括育秧技術(shù)、移栽技術(shù)和智能控制技術(shù)等多個(gè)方面。機(jī)械育秧技術(shù)的核心是精密播種技術(shù)，它保證提供均勻一致的種子流，培育適合機(jī)械移栽的健壯秧苗，為實(shí)現(xiàn)符合農(nóng)藝要求的栽插奠定基礎(chǔ)。機(jī)械移栽技術(shù)是將育成的秧苗栽插于大田中，滿足一定的株距、行距和每穴苗數(shù)，保障每穴秧苗的栽插深度，減少漏穴率、傷秧率、翻倒率和漂秧率，實(shí)現(xiàn)滿足農(nóng)藝要求的高質(zhì)量栽插。智能控制技術(shù)涉及育秧流水線作業(yè)自動(dòng)控制、播種質(zhì)量監(jiān)控、移栽機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航、水平平衡控制、插深控制、送秧量自動(dòng)調(diào)節(jié)等智能技術(shù)，使水稻栽植機(jī)械化向智能化方向推進(jìn)，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度、提升作業(yè)質(zhì)量和提高資源利用效率，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要內(nèi)容。

為滿足實(shí)際生產(chǎn)對水稻栽植機(jī)械化技術(shù)的要求，加強(qiáng)耕整地機(jī)械化技術(shù)研究與應(yīng)用示范，解決雜交稻、超級雜交稻、雙季晚稻和連作晚稻的機(jī)械栽植問題是水稻栽植機(jī)械化技術(shù)的研究重點(diǎn)，其中提升秧盤育秧精密播種的均勻性、解決低播量下精密播種育秧問題、解決毯狀苗機(jī)插秧縱向送秧的精準(zhǔn)性，研發(fā)經(jīng)濟(jì)高效、輕簡型缽體苗栽插裝備和農(nóng)機(jī)農(nóng)藝深度融合等是突破水稻栽植機(jī)械化的關(guān)鍵。

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