丘陵區(qū)小型化水稻精量直播及同步深施肥智能裝備研究

萬(wàn)偉紅， 胡 凱， 王 瑛

（江西省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，江西 南昌 330044）

1 概述

水稻是我國(guó)主要的糧食，具有極其重要的戰(zhàn)略地位和發(fā)展?jié)摿Α?近年來(lái)，隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)、農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移、傳統(tǒng)移栽和拋秧等栽培方式的發(fā)展，傳統(tǒng)的水稻種植模式已經(jīng)不能完全適應(yīng)水稻種植現(xiàn)代化的發(fā)展需求。 水稻機(jī)械化生產(chǎn)越來(lái)越受到重視， 受到南方雙季稻的生態(tài)區(qū)域、 環(huán)境和氣候的影響， 且我國(guó)機(jī)插栽培技術(shù)研發(fā)滯后，限制了雙季稻機(jī)械化發(fā)展。 水稻機(jī)械直播作為一種輕簡(jiǎn)的栽培方式，生產(chǎn)成本低，作業(yè)效率高，仍是目前農(nóng)戶種植水稻的首選， 且直播栽培方式省去了育秧和移栽等前期準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，省去了人工成本和時(shí)間，將破胸露白的水稻芽種直接播種于大田。 江西是我國(guó)主要的雙季稻產(chǎn)區(qū)，逐漸形成了直播、移栽、拋秧和機(jī)插等多元栽培方式。 截至2017 年，其直播稻面積已高達(dá)697.1 萬(wàn)畝。 因此，針對(duì)我國(guó)農(nóng)村勞動(dòng)力現(xiàn)狀和水稻種植機(jī)械化發(fā)展需求， 研發(fā)一種成本低廉、高效栽培、輕簡(jiǎn)化的水稻機(jī)械化直播裝備成為迫切需要。

2 國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品和技術(shù)情況

水稻直播排種器主要分為機(jī)械式和氣力式兩種，現(xiàn)階段運(yùn)用機(jī)械式排種器開(kāi)展水稻種植的比例較大[1-2]。 新疆生產(chǎn)兵團(tuán)陳學(xué)庚等優(yōu)化改進(jìn)了鴨嘴式膜上打孔排種器，并研制了一種排種器帶式導(dǎo)種裝置， 減小了種子的彈跳問(wèn)題。 美國(guó)、歐洲、澳大利亞等采用直播的方式種植水稻，包括飛機(jī)撒播和機(jī)械條播。 日本洋馬公司采用水平圓盤(pán)式排種器，久保田、井關(guān)和矢崎公司采用調(diào)節(jié)爪式槽輪穴播排種器，播量可調(diào)，通過(guò)加大條播外槽輪種槽之間的間距變?yōu)檠úァ?根據(jù)氣流方式，可分為氣吹式、氣吸式以及正負(fù)氣壓式等。 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)曹成茂等設(shè)計(jì)了一種氣吹異形孔勺輪式排種器， 且排種器采用坡?tīng)钚涂椎牟シN性能較優(yōu)，能滿足水稻穴直播的農(nóng)藝要求。 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)張順、 夏俊芳等設(shè)計(jì)了氣力滾筒式水稻直播精量排種器[3]，采用圓錐形型孔和多吸孔吸附充種、 柔性繩結(jié)合氣吹清種、柔性護(hù)種帶護(hù)種以及氣吹防堵，能滿足雜交稻的精少量播種要求。 大量國(guó)內(nèi)專(zhuān)家和學(xué)者對(duì)水稻機(jī)械化直播技術(shù)和裝備開(kāi)展了技術(shù)研究，尤其是機(jī)械式和氣力式排種器技術(shù)，但水稻直播仍缺乏配套的水稻機(jī)械化直播裝備和作業(yè)機(jī)具，通過(guò)對(duì)新裝備、新技術(shù)和新原理的分析研究，研制一系列水稻機(jī)械化直播技術(shù)是解決江西地區(qū)水稻機(jī)械化生產(chǎn)的重要手段，也可解決制約水稻規(guī)?；图苫l(fā)展的生產(chǎn)難題。

排肥裝置是種植機(jī)械的重要組成部分，生產(chǎn)過(guò)程中排肥穩(wěn)定性與均勻性能直接影響到機(jī)具施肥效果，當(dāng)前采用外槽輪排肥器，外槽輪式排肥器對(duì)肥料的三維尺寸和機(jī)械物理特性都具有較好的適宜性，但由于肥料在實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)出現(xiàn)破碎和粘結(jié)現(xiàn)象， 尤其是干燥的顆粒肥在吸潮后，施肥效果變差，排肥量減小，易出現(xiàn)堵塞和粘結(jié)，造成排肥效果不好，水稻植物生產(chǎn)也受到影響，機(jī)械穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性較差，使得農(nóng)戶無(wú)法接受此種類(lèi)型的施肥機(jī)具，影響產(chǎn)品和市場(chǎng)的發(fā)展。 日本研制的水稻條播機(jī)，可實(shí)現(xiàn)水稻條播和側(cè)位深施肥；久保田農(nóng)業(yè)機(jī)械有限公司研制的水稻多功能乘坐式插秧機(jī)施肥深度可達(dá)3cm～5cm。 頓國(guó)強(qiáng)等優(yōu)化改進(jìn)了排肥舌結(jié)構(gòu)，改善了外槽輪式排肥器排肥過(guò)程中出現(xiàn)的脈動(dòng)現(xiàn)象。

針對(duì)南方稻區(qū)，開(kāi)展顆粒肥料精量排肥技術(shù)與裝置研究，對(duì)促進(jìn)機(jī)械化肥料深施技術(shù)在南方稻區(qū)的應(yīng)用，提高肥料利用率，降低農(nóng)業(yè)面源污染，具有重要的理論與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

3 市場(chǎng)預(yù)測(cè)和發(fā)展趨勢(shì)

隨著國(guó)內(nèi)外水稻直播技術(shù)和裝備的迅速發(fā)展，這種輕簡(jiǎn)化的作業(yè)方式已經(jīng)獲得了廣大農(nóng)民朋友的青睞，無(wú)論是目前實(shí)際生產(chǎn)中的人工撒播，還是噴直播，都是以直播的方式得到推廣和應(yīng)用， 這種輕簡(jiǎn)化的直播技術(shù)和裝備在水稻種植領(lǐng)域占有越來(lái)越大的比例。 在農(nóng)場(chǎng)人口城鎮(zhèn)化轉(zhuǎn)移、勞動(dòng)力人口減少、第三產(chǎn)業(yè)人口比例減少、農(nóng)業(yè)機(jī)械迅速發(fā)展等多重因素影響下， 水稻機(jī)械直播技術(shù)成為未來(lái)發(fā)展必不可少的環(huán)節(jié)，因此，無(wú)論是日韓還是歐美，均以水稻機(jī)械直播技術(shù)作為主要的生產(chǎn)手段， 國(guó)內(nèi)直播技術(shù)具有節(jié)本增效的優(yōu)勢(shì)， 未來(lái)發(fā)展中將有更多的種植面積和生產(chǎn)投入，因此，水稻直播技術(shù)具有較好的生產(chǎn)效率和性能，以滿足廣大農(nóng)戶朋友的生產(chǎn)要求[4]。

4 研究?jī)?nèi)容和重點(diǎn)解決的技術(shù)關(guān)鍵

4.1 研究開(kāi)發(fā)內(nèi)容

1）施肥技術(shù)研究和排肥裝置設(shè)計(jì)。 目前水稻直播機(jī)具大部分采用外槽輪式排肥器， 受到市場(chǎng)上的顆粒肥料影響，在顆粒肥料的填充時(shí)，顆粒肥料受到物理作業(yè)易破碎， 并產(chǎn)生粉末粘結(jié)在排肥器槽輪結(jié)構(gòu)上， 減小了排肥量，無(wú)法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)排施。 因此，可采用主動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)排肥器來(lái)排施顆粒肥， 保證水稻直播的排施肥料過(guò)程滿足水稻生產(chǎn)的農(nóng)藝要求， 為水稻精量施肥技術(shù)和同步深施肥裝備提供參考。

2）水稻直播作業(yè)機(jī)具研制和搭建試驗(yàn)平臺(tái)。 針對(duì)江西丘陵地區(qū)地形地貌，以雙季稻產(chǎn)區(qū)作為主要研究對(duì)象，以小型化水稻精量直播及同步深施肥作業(yè)機(jī)具為設(shè)計(jì)目標(biāo)，與輪式拖拉機(jī)進(jìn)行配套，試制并加工水稻直播樣機(jī)及同步深施肥智能機(jī)具，開(kāi)展臺(tái)架試驗(yàn)和田間試驗(yàn)研究。 基于研究結(jié)果，測(cè)試其作業(yè)機(jī)具的作業(yè)性能，分析各主要影響參數(shù)對(duì)機(jī)器性能的作用規(guī)律， 優(yōu)化設(shè)計(jì)水稻直播作業(yè)機(jī)具的關(guān)鍵參數(shù)。

3）建立試驗(yàn)基地，開(kāi)展試驗(yàn)研究與示范推廣。 建立水稻機(jī)械直播示范基地， 并將研制的水稻精量直播及同步深施肥智能裝備運(yùn)至示范基地開(kāi)展試驗(yàn)研究， 且追蹤水稻參數(shù)，通過(guò)對(duì)比分析，形成主要農(nóng)藝參數(shù)；后期開(kāi)展不同作業(yè)機(jī)具的大規(guī)模試驗(yàn)示范和應(yīng)用推廣， 以達(dá)到節(jié)能減排，提高生產(chǎn)效率的目標(biāo)。

4.2 重點(diǎn)解決技術(shù)關(guān)鍵問(wèn)題

1） 精量排施顆粒肥料是解決同步深施肥智能作業(yè)機(jī)具的關(guān)鍵， 尤其是作為水稻直播機(jī)具的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)同步深施肥功能，可有效提高肥料的利用效率。

2） 建立水稻直播示范基地， 開(kāi)展試驗(yàn)研究和示范應(yīng)用，以促進(jìn)水稻機(jī)械化直播技術(shù)的推廣應(yīng)用，提高水稻機(jī)械化生產(chǎn)水平，減少農(nóng)民種植水稻的成本，提高生產(chǎn)效率。

4.3 項(xiàng)目的特色和創(chuàng)新之處

1） 針對(duì)農(nóng)村種植業(yè)生產(chǎn)力缺乏、 水稻種植面積下降等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，提出了一種水稻精量直播智能裝備和技術(shù)方法，提高播量水稻芽種直播的兼容性和適應(yīng)性。

2） 圍繞丘陵區(qū)小型化水稻直播裝備和技術(shù)的缺乏，通過(guò)集成關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)， 量化水稻直播質(zhì)量評(píng)價(jià)目標(biāo)，優(yōu)化水稻直播裝置結(jié)構(gòu)，其研究結(jié)論可對(duì)水稻直播技術(shù)和裝置研究提供新參考。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述， 本文以江西省主要水稻產(chǎn)區(qū)作為目標(biāo)，建立水稻機(jī)械直播示范基地，并將研制的水稻精量直播及同步深施肥智能裝備運(yùn)至示范基地開(kāi)展不同參數(shù)的試驗(yàn)研究，且追蹤水稻不同生長(zhǎng)期的植物參數(shù)（出苗率、分蘗期、揚(yáng)花期、結(jié)穗期和成熟期等），通過(guò)對(duì)比分析，形成主要農(nóng)藝參數(shù)，指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)；后期開(kāi)展不同作業(yè)機(jī)具的大規(guī)模試驗(yàn)示范和應(yīng)用推廣，以達(dá)到節(jié)能減排，提高生產(chǎn)效率的目標(biāo)。