農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合的手動輕簡化水稻陣列式育播秧系列機(jī)具研究

馮國祿 龔軍慧 謝小魁

［摘 要］由于我國南方大多山地和丘陵地形，且雜交水稻面積占比大、稻田復(fù)種指數(shù)較高等，目前的插秧機(jī)產(chǎn)品在本區(qū)難以推廣應(yīng)用。因此，本文研究農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合創(chuàng)新原理，提出改插秧機(jī)上分秧為播種育秧時(shí)預(yù)分秧、改插秧為播秧、多列多行矩陣陣列式群塊播秧、根部捅播等原始創(chuàng)新思路與系列機(jī)具設(shè)計(jì)目標(biāo)，經(jīng)過7年的育插秧機(jī)具研制和多地不同季節(jié)田間育播秧試驗(yàn)，研制出了可用于生產(chǎn)的精量播種預(yù)分秧機(jī)具和多種用途的播秧機(jī)，具有高效、優(yōu)質(zhì)、輕簡、廉價(jià)等特點(diǎn)，特別適用于雜交水稻和山丘區(qū)。

［關(guān)鍵詞］雜交稻；全程機(jī)械化；插秧機(jī)；水稻育秧

［中圖分類號］S3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

我國水稻種植全程機(jī)械化技術(shù)經(jīng)多年努力依然存在不少技術(shù)難題，盡管最近幾年水稻育插秧機(jī)械化的發(fā)展速度較快，但水稻主產(chǎn)區(qū)總體技術(shù)水平仍然很低［1］。

例如，湖南、湖北、廣東、廣西、江西等5個南方雜交秈稻、雙季稻?。▍^(qū)），水稻種植面積占全國的45 %，目前稻田機(jī)耕水平和機(jī)收水平己分別超過 90 %和接近80 %。湖南經(jīng)過5年的努力，花費(fèi)了大量人力、財(cái)力，到2016年，水稻機(jī)插率才接近27 %，在本稻區(qū)位列第一［2］。目前，機(jī)械化育插秧仍然是我國南方雜交秈稻與雙季稻區(qū)水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化中的瓶頸。

當(dāng)前，在水稻育插秧機(jī)械化中存在的主要問題如下：①目前國內(nèi)生產(chǎn)的插秧機(jī)產(chǎn)品，還存在產(chǎn)品型號單一、制造工藝水平比較低、可靠性差等一系列的問題；②由于多種原因，插秧質(zhì)量較差，插秧時(shí)秧門堵塞，成行漏插；③稻田泥漿中雜質(zhì)多，機(jī)械手插秧時(shí)常夾卡秧爪，田間停機(jī)多，插秧質(zhì)量也差；④目前我國機(jī)械育插秧技術(shù)主要用于中、小苗，秧苗秧齡彈性小，缺少適應(yīng)我國華中雙季稻區(qū)連作晚稻的中、大苗的育插秧技術(shù)；⑤我國水稻生產(chǎn)情況復(fù)雜，農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合問題需在實(shí)際生產(chǎn)中研究解決。

1 系列機(jī)具設(shè)計(jì)的創(chuàng)新思路

1.1 改插秧機(jī)上分秧為播種育秧時(shí)預(yù)分秧

在插秧時(shí)，可以取消插秧機(jī)上最復(fù)雜的分秧插秧機(jī)構(gòu)，并避免切分秧塊時(shí)傷秧。雜交水稻播種量只有常規(guī)稻的1/4～1/5，秧根很難交織成毯狀，很難將秧苗卷毯裝秧；若成倍加大播種量，則會明顯增加生產(chǎn)成本并影響雜交水稻雜種優(yōu)勢的發(fā)揮。

1.2 改插秧為播秧

改插秧為帶土播秧，插秧機(jī)為播秧機(jī)。秧塊在一定高度（約70cm）被捅出網(wǎng)格后，憑借自重落入稻田表層泥中，符合淺栽要求。

1.3 多列多行矩陣陣列式群塊播秧

秧苗既已在網(wǎng)格秧盤上預(yù)分好，就可以考慮大幅加快播秧速度，突破傳統(tǒng)的單列插秧方式，采取多列多行矩陣群塊播秧，成倍提高播植作業(yè)效率。

1.4 定位送秧和定位捅播同步聯(lián)動

設(shè)計(jì)一系列簡單機(jī)械，實(shí)現(xiàn)前后往復(fù)與左右往復(fù)、定位步移送秧與捅秧?xiàng)U定位捅秧同步聯(lián)動。

1.5 根部捅播

為了不傷秧或輕傷秧，裝秧時(shí)應(yīng)翻放秧盤（根部在上，秧苗朝下），播秧時(shí)從秧盤底部各秧塊根部捅出秧塊，秧塊被捅出秧格后，會自動翻轉(zhuǎn)180°，秧苗基本直立入泥，可實(shí)現(xiàn)播后即活。

1.6 適當(dāng)延長秧齡

現(xiàn)有各種機(jī)動插秧機(jī)對品種選擇、播種期及多熟種植都有一定限制，本研究要求能將秧齡彈性加大5天左右。

2 田間試驗(yàn)結(jié)果與分析

按照上述思路和要求，本研究從2009年開始，先后在廣西欽州及海南樂東、三亞等地不同季節(jié)、不同氣候與土壤條件下，進(jìn)行了田間播種育秧研究和田間機(jī)試播秧共9次。

2.1 播種預(yù)分分秧及秧塊帶肥試驗(yàn)

2.1.1 網(wǎng)格秧盤和定距精量播種器研制［3］

網(wǎng)格秧盤每盤有秧格400個左右，根據(jù)樣機(jī)機(jī)型需要設(shè)定。秧格略呈圓缽形，高20mm。樣機(jī)從缽底根部捅秧時(shí)，頂部直徑20mm，比底部直徑寬1mm；從缽頂捅秧時(shí)，則底部略寬0.1mm，以減少捅秧阻力。

對應(yīng)網(wǎng)格秧盤規(guī)格設(shè)計(jì)定距精量播種器。播種器由可活動的排種板和與之密貼的定位板及操縱桿構(gòu)成。排種板上的排種孔的長、寬、深，根據(jù)對2個常規(guī)秈稻品種和1個雜交組合種子的實(shí)測最大值分別定為9.84mm、3.22mm和3.35mm。多次試播雜交稻的結(jié)果表明，定距精量播種器播種合格率達(dá)90 %以上，漏播率在2 %以下，具體見表1。

如表2所示，成苗后調(diào)查，秧塊合格率高達(dá)95.1 %，效果良好。定距精量播和秧塊合格率高，可以保證大田秧苗分布均勻和水稻群體均勻健康發(fā)展。

2.1.2 秧塊帶肥

在網(wǎng)格盤育秧泥土中適當(dāng)添加肥料，不但秧苗生長健壯，而且?guī)Х室浦?，有利于秧苗在本田早發(fā)壯發(fā)。

2.1.3 秧齡彈性

由于實(shí)現(xiàn)了控制播種量均勻穴播，穴間空間較大且較均勻（雜交稻更明顯），又能帶土下田，基本無回青期，因而秧齡可適當(dāng)延長幾天。

2.2 根部捅播試驗(yàn)

2.2.1 捅播需力

經(jīng)多次模擬試驗(yàn)測定，將秧塊捅出秧格，每格需力約150g。若每次捅播15格，則需力約2.25kg。

2.2.2 秧盤放置和捅播方式

試驗(yàn)表明，正面平置秧盤，從秧格頂部捅播，易發(fā)生輕度傷秧，但秧塊落泥正；反面（翻轉(zhuǎn)）平置秧盤，從高度約70cm的秧盤底根部捅播，秧塊被捅出后會自動迅速翻轉(zhuǎn)180°，秧塊落泥仍基本正位；豎直側(cè)立秧盤，秧塊從高度約70cm的秧盤底根部被捅出后，會迅速自動翻轉(zhuǎn)90°，秧塊落泥正位。

2.2.3 防盤底長根吊秧

與現(xiàn)在推廣的多種型號機(jī)動插秧機(jī)要求秧盤盤底秧根交織成毯狀相反，本研究要求網(wǎng)格盤底格間根系徹底分離。除通過改進(jìn)秧盤構(gòu)造（秧盤設(shè)計(jì)為主盤與底盤兩層）進(jìn)行防止外，最簡單的方法是用寬扁鏟去盤底長根。

2.3 定位送秧和定位捅播同步聯(lián)動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

秧盤定位送秧和捅秧?xiàng)U定位捅播同步聯(lián)動機(jī)構(gòu)，是陣列式播秧機(jī)的核心機(jī)構(gòu)。本研究設(shè)計(jì)了撥齒與齒條驅(qū)動秧盤架，再由兩組直線軸承和導(dǎo)移槽板控制秧盤架做前后和左右步移并自動換向，實(shí)現(xiàn)了定位送秧和定位捅播同步聯(lián)動，操作輕便、靈活、準(zhǔn)確，效果良好［4］。

2.4 田間拉力試驗(yàn)

本研究制作的9代播秧機(jī)樣機(jī)本機(jī)重大多在25kg～35kg，全負(fù)荷（裝滿秧盤）時(shí)最大重量約40kg～55kg，行走和播秧所需最大動力不會超過0.5KW（0.68馬力）；全負(fù)荷40kg以下時(shí)，可由農(nóng)村一般勞動力人工拖動、操作和搬動。具體如表3所示。

2.5 多列多行矩陣陣列式群塊播秧機(jī)的機(jī)型

本研究在7年中先后制作的9代樣機(jī)，按秧盤上機(jī)裝秧方式可以分為正面裝（Z）和翻轉(zhuǎn)秧盤反面裝（F）兩大類。兩類機(jī)型都先后制作了不同行數(shù)、不同列數(shù)和不同穴數(shù)的多個樣機(jī)，先后分別在廣西欽州和海南樂東、三亞田間試播秧成功，其中F12-3-36雜交稻母本機(jī)一次可播秧36穴，為目前12行機(jī)動插秧機(jī)一次插秧穴數(shù)的3倍，也是目前國內(nèi)外一次機(jī)植穴數(shù)的最高紀(jì)錄，單列插秧機(jī)不可能達(dá)到這一紀(jì)錄［5］。

2.6 矩陣群塊式播秧機(jī)與久保田機(jī)動手扶插秧機(jī)［2ZS-6（SPW-68C）］對比

陣列式播秧機(jī)本機(jī)重僅為久保田機(jī)動手扶插秧機(jī)機(jī)重的16 %，所需動力前者僅為后者的約15 %，前者單機(jī)價(jià)格更只及后者的約5 %～10 %，但前者的工作效率能達(dá)到后者的50 %以上，而且播秧質(zhì)量良好，播后基本上無返青期。這種播秧機(jī)，既適宜于山丘稻區(qū)，也適宜于平原稻區(qū)。

3 結(jié)語

本研究經(jīng)過7年的育插秧機(jī)具研制和多地不同季節(jié)田間育播秧試驗(yàn)，初步實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)，研制出了可用于生產(chǎn)的精量播種預(yù)分秧機(jī)具與技術(shù)和多種用途的播秧機(jī)。

20世紀(jì)70年代以來至今，從日、韓引進(jìn)和自主研制的多種機(jī)動插秧機(jī)，基本上都是采取機(jī)上用插植臂切分毯苗帶土單列插秧模式，很難適應(yīng)我國南方水稻主產(chǎn)區(qū)雜交水稻少本插秧的新農(nóng)藝要求，因而推廣受阻。水稻機(jī)械化育插秧研究必須開辟新途徑。

稻秧機(jī)插研究是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，只有實(shí)現(xiàn)催芽、育秧用土或基質(zhì)的制備、流水線秧盤裝土（泥）和精量播種、工廠化育秧、運(yùn)秧等各個環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)配合，才能真正實(shí)現(xiàn)稻秧機(jī)育機(jī)插的高效優(yōu)質(zhì)機(jī)械化。

參考文獻(xiàn)

［1］羅錫文. 我國水稻生產(chǎn)機(jī)械化現(xiàn)狀與發(fā)展思路［J］. 農(nóng)機(jī)科技推廣，2010（12）：10-12.

［2］羅錫文. 對加速我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展的思考［J］. 農(nóng)業(yè)工程，2011，1（4）：1-8，56.

［3］羅錫文，王在滿. 水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化技術(shù)研究進(jìn)展［J］.? 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備，2014（1）：23-29.

［4］羅錫文，廖娟，胡煉，等. 提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展［J］. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，32（1）：1-11.

［5］馬旭，李澤華，梁仲維，等. 我國水稻栽植機(jī)械化研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備，2014（1）：30-36，40.