周中林，戴逸群，邱旺聰，胡洪基，陶有鳳，秦琴，雷小龍.*，任萬(wàn)軍

溝插壟播式雜交稻制種機(jī)開(kāi)溝裝置的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

周中林1，戴逸群1，邱旺聰1，胡洪基1，陶有鳳2，秦琴2，雷小龍1.2*，任萬(wàn)軍2

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院，四川 雅安 625014；2.作物生理生態(tài)及栽培四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 611130)

為實(shí)現(xiàn)雜交稻制種“溝底機(jī)插父本+壟臺(tái)直播母本”種植模式下父本淺水、母本濕潤(rùn)的水分管理目標(biāo)，根據(jù)2ZD–2.4型溝插壟播式雜交稻制種機(jī)設(shè)計(jì)了一種開(kāi)溝裝置。該裝置由種溝開(kāi)溝器、蓄水溝開(kāi)溝器、插秧溝開(kāi)溝器和浮板組成，由浮板帶動(dòng)開(kāi)溝器同步開(kāi)出所需溝型。采用三因素三水平正交試驗(yàn)分析開(kāi)溝器起土角角度、元線角角度和擠壓成型面長(zhǎng)度對(duì)回土率和溝深穩(wěn)定系數(shù)的影響，并進(jìn)行多目標(biāo)尋優(yōu)，獲取開(kāi)溝器最佳參數(shù)組合。結(jié)果表明：當(dāng)開(kāi)溝器起土角為5°、開(kāi)溝器元線角為65°、擠壓成型面長(zhǎng)度為140 mm時(shí)，種溝開(kāi)溝器的回土率和溝深穩(wěn)定系數(shù)分別為10.99%和8.34%，可實(shí)現(xiàn)種溝、插秧溝和蓄水溝同步作業(yè)。田間試驗(yàn)結(jié)果表明，插秧開(kāi)溝深度為50 mm時(shí)，插秧深度為22.8 mm，漏插率和漂秧率均低于2.0%，母本出苗率達(dá)87.67%，可滿足雜交稻制種種植農(nóng)藝要求。

雜交稻；制種機(jī)；溝插壟播方式；艦型開(kāi)溝器；設(shè)計(jì)

雜交稻制種種植機(jī)械化率低，人工成本逐年增加，制約了雜交稻種業(yè)的發(fā)展。雜交稻制種種植機(jī)械化[1–3]主要采取2種方式：一種是父本和母本分別機(jī)插；另一種是父本機(jī)插和母本直播同時(shí)進(jìn)行，一次性完成父、母本種植作業(yè)，父、母本行比可選，行距可調(diào)，這種方式省工省時(shí)，可提高制種效率，降低制種成本[4–6]。第2種方式，由于機(jī)插秧和直播對(duì)水分需求不同，開(kāi)溝裝置成為實(shí)現(xiàn)父本淺水、母本濕潤(rùn)和父、母本種植同步作業(yè)的關(guān)鍵部件。

對(duì)于開(kāi)溝裝置的研究[7–11]多集中于旱地開(kāi)溝裝置，針對(duì)稻田開(kāi)溝裝置的研究較少。羅錫文等[12–13]根據(jù)“精量穴播”“開(kāi)溝起壟”“壟畦栽培”的技術(shù)思路，設(shè)計(jì)了水稻精量穴直播機(jī)同步開(kāi)溝起壟裝置，實(shí)現(xiàn)直播水稻成行成穴齊苗生長(zhǎng)。曾山等[14]根據(jù)2BDH–8型水稻精量旱穴直播機(jī)研制了一種同步開(kāi)溝起壟施肥水稻精量旱穴直播機(jī)，通過(guò)開(kāi)溝裝置實(shí)現(xiàn)肥料定量、定位和均勻地施埋在肥溝內(nèi)。劉曉鵬等[15]、張青松等[16]研制了一種組合式船型畦溝開(kāi)溝器，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)廂溝和平土整形功能，溝寬、溝深穩(wěn)定性系數(shù)均達(dá)90%以上，有利于雨水排出。趙淑紅等[17]采用仿生原理設(shè)計(jì)出一種仿旗魚(yú)頭部曲線型滑推式開(kāi)溝器，降低開(kāi)溝器對(duì)土壤的擾動(dòng)，有效提高了開(kāi)溝后播種的均勻性。

為滿足雜交稻“溝底機(jī)插父本+壟臺(tái)直播母本”制種的種植模式，父本機(jī)插移栽期淺水、母本直播幼苗期濕潤(rùn)的水分管理要求，筆者設(shè)計(jì)了一種適用于父本溝插和母本壟播的開(kāi)溝裝置，開(kāi)溝器采用艦形設(shè)計(jì)，確定了開(kāi)溝器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，并開(kāi)展開(kāi)溝性能的路面試驗(yàn)和田間試驗(yàn)，以期為雜交稻制種機(jī)開(kāi)溝裝置的完善提供參考。

1　溝插壟播式雜交稻制種機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理

溝插壟播式雜交稻制種的種植模式采用“溝底機(jī)插父本+壟臺(tái)直播母本”方式，父本秧苗機(jī)插于插秧溝的溝底，母本直播于壟臺(tái)上的種溝內(nèi)，蓄水溝和插秧溝均灌水但不上壟臺(tái)。這種種植模式需開(kāi)好種溝、蓄水溝和插秧溝，從而保證插秧溝和蓄水溝的灌水以及種溝的濕潤(rùn)，滿足同步機(jī)插與直播的水分管理要求。根據(jù)雜交稻制種要求，采用父本、母本行比4∶12設(shè)計(jì)，左側(cè)6行蓄水溝與6行種溝交替，等距間隔300 mm，蓄水溝與種溝間隔125 mm。為適應(yīng)后續(xù)植保和機(jī)收作業(yè)需要，種溝與插秧溝間隔400 mm，右側(cè)2行插秧溝之間間隔300 mm。

1.1　結(jié)構(gòu)

溝插壟播式雜交稻制種機(jī)包括動(dòng)力系統(tǒng)、機(jī)架、傳動(dòng)系統(tǒng)、溝插壟播開(kāi)溝裝置與精量成穴排種裝置等(圖1)，機(jī)具幅寬2400 mm，父母本行數(shù)分別為2行和6行、行距分別為300 mm和250 mm，穴距可調(diào)。精量成穴排種裝置可實(shí)現(xiàn)制種母本稻種均勻成穴播于壟臺(tái)種溝內(nèi)；溝插壟播開(kāi)溝裝置同步完成蓄水溝、種溝和插秧溝的開(kāi)溝。

1　插秧機(jī)機(jī)頭；2　藥箱；3　父本秧苗；4　栽植機(jī)構(gòu)；5　溝插壟播開(kāi)溝裝置；6　機(jī)架；7　排種裝置；8　變速裝置；9　導(dǎo)種管；10　直角換向器；11　投種口；12　植保噴霧裝置。

1.2　工作原理

溝插壟播式雜交稻制種機(jī)工作時(shí)，高速插秧機(jī)底盤(pán)驅(qū)動(dòng)栽植機(jī)構(gòu)工作，插秧臺(tái)帶動(dòng)溝插壟播開(kāi)溝裝置隨田面高低變化自動(dòng)調(diào)節(jié)高度；插秧溝開(kāi)溝器、蓄水溝開(kāi)溝器和種溝開(kāi)溝器分別開(kāi)出插秧溝、蓄水溝和種溝；父本秧苗由插秧機(jī)秧爪栽植在插秧溝內(nèi)，通過(guò)秧爪傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)直角換向器，經(jīng)過(guò)變速裝置帶動(dòng)精量穴排種器工作，母本稻種通過(guò)精量穴排種器進(jìn)入導(dǎo)種管，通過(guò)導(dǎo)種管牽引作用落入種溝溝底。后方植保裝置進(jìn)行封閉除草作業(yè)，實(shí)現(xiàn)仿形平整地、開(kāi)溝、母本直播、父本插秧及封閉除草同步作業(yè)。

2　溝插壟播開(kāi)溝裝置的設(shè)計(jì)

溝插壟播開(kāi)溝裝置主要由蓄水溝開(kāi)溝器、種溝開(kāi)溝器、插秧溝開(kāi)溝器與仿形浮板等組成。為滿足開(kāi)溝要求，蓄水溝、種溝和插秧溝的開(kāi)溝器均設(shè)計(jì)為艦形開(kāi)溝器，各開(kāi)溝器安裝于仿形浮板正下方，依靠其重力平整廂面，仿形浮板的前端設(shè)計(jì)成圓弧形，同時(shí)結(jié)合插秧臺(tái)的仿形功能，以保證仿形平地效果。

為減小阻力，開(kāi)溝器采用艦形設(shè)計(jì)，如圖2所示。以種溝開(kāi)溝器為例，艦形開(kāi)溝器與土壤的相互作用可分為入土切削、擠壓成型和二次整形3個(gè)過(guò)程：首先與土壤接觸的刃口面采用等腰倒三角形斜面設(shè)計(jì)，減小土壤對(duì)開(kāi)溝器的阻力；其次接觸土壤的擠壓成型面利用光滑斜面逐步入土和擠壓成型，能有效避免雜草纏繞和土壤黏附；最后對(duì)溝型進(jìn)行二次整形與平整，防止溝壁土壤回流。

1　二次整形面；2　擠壓成型面；3　刃口；4　刃口面。

2.1　開(kāi)溝器刃口的設(shè)計(jì)

開(kāi)溝器刃口是降低土壤阻力的重要部分，根據(jù)水稻機(jī)械化播栽農(nóng)藝要求，水稻栽插深度為20～ 40 mm[18]，通過(guò)多品種投種試驗(yàn)，根據(jù)穴徑取種溝開(kāi)溝寬30 mm。據(jù)土壤堅(jiān)實(shí)度曲線及其壓縮性可知，開(kāi)溝深度0～100 mm為土壤彈性與塑性變形階段，超過(guò)100 mm將會(huì)出現(xiàn)壓力增大而變形急劇增加[19]。選取刃口斜面上任意一點(diǎn)的土粒質(zhì)點(diǎn)建立坐標(biāo)系，方向?yàn)殚_(kāi)溝器作業(yè)時(shí)前進(jìn)方向，方向?yàn)殚_(kāi)溝器所受壓力方向，如圖3所示。

ε為開(kāi)溝器刃口錐角；S為開(kāi)溝器刃口與土壤在任一高度所接觸的面積；β為開(kāi)溝器元線角；OA為開(kāi)溝器刃口；α為開(kāi)溝器刃口傾角。

假設(shè)斜面對(duì)土粒質(zhì)點(diǎn)的合力為3，則有：

1=3×cos；2=3×sin(1)

式中：為開(kāi)溝器刃口傾角；1為土粒質(zhì)點(diǎn)在平面所受切應(yīng)力；2為土粒質(zhì)點(diǎn)在平面所受正應(yīng)力。

由式(1)可知，刃口傾角決定了開(kāi)溝器刃口的形狀和阻力，且開(kāi)溝深度與土壤對(duì)刃口壓力相關(guān)。取開(kāi)溝器刃口任一高度與土壤所接觸的面積，根據(jù)土壤堅(jiān)實(shí)度曲線，所受壓強(qiáng)1隨土壤深度增大而增大，其在面所受合力31。在開(kāi)溝深度為0～100 mm的土層內(nèi)，平均堅(jiān)實(shí)度2的公式如下：

由此可知，艦型開(kāi)溝器以刃口為等腰倒三角形斜面，隨深度增加而減小，土壤平均堅(jiān)實(shí)度隨深度增大而增大，同時(shí)刃口傾角決定3大小。

在<100 mm的范圍內(nèi)，以為自變量，對(duì)圖3進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，可得：在0<<60 mm時(shí)開(kāi)溝器任一高度面積所受合力3滿足式(3)。

2.2　開(kāi)溝器擠壓成型面的設(shè)計(jì)

溝型呈“倒八字”形有利于后期溝內(nèi)土壤回土，且最理想溝型狀態(tài)為隨著水稻出苗和生長(zhǎng)而慢慢覆蓋平整[12,18]。艦形開(kāi)溝器的擠壓成型面采用光滑平行四邊形斜面設(shè)計(jì)(圖4)，避免擠壓成型面依附土壤產(chǎn)生壅泥現(xiàn)象。

F4為整形平面對(duì)土粒質(zhì)點(diǎn)壓力的合力；F5為土粒質(zhì)點(diǎn)所受在x方向上的分力；F6為土粒質(zhì)點(diǎn)所受在y方向上的分力；F7為土粒質(zhì)點(diǎn)所受在z方向上的分力；G為土粒質(zhì)點(diǎn)重力；f’1為f1在y方向上的摩擦分力； f2為土粒質(zhì)點(diǎn)在yz平面所受的摩擦力；β為開(kāi)溝器在整形平面上的元線角；f’2為f2在y方向上的摩擦分力；f1為土粒質(zhì)點(diǎn)在xy平面所受的摩擦力；γ為開(kāi)溝器在擠壓成型面前方的起土角。

艦型開(kāi)溝器對(duì)土壤的擠壓與整形主要受土壤接觸的擠壓成型面影響。選取整形平面上任意一點(diǎn)的土粒質(zhì)點(diǎn)，建立空間坐標(biāo)系(圖4–a)。設(shè)方向?yàn)殚_(kāi)溝器作業(yè)時(shí)前進(jìn)方向，速度為，整形平面對(duì)土粒質(zhì)點(diǎn)的壓力為4。

則土粒質(zhì)點(diǎn)所受分力與總壓力的關(guān)系為：

土粒質(zhì)點(diǎn)在方向上的加速度為：

式中，為土粒質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量。

分析式(5)可知，起土角、元線角和擠壓成型斜面長(zhǎng)度是影響前進(jìn)阻力和擠壓成型面擠壓效果的主要因素。當(dāng)元線角90，起土角越小，a越大，a越小，對(duì)土壤側(cè)向擠壓力越大，擠壓成型面對(duì)土壤的擠壓效果越好，前進(jìn)阻力越小。當(dāng)過(guò)小時(shí)，當(dāng)土粒沿?cái)D壓成型面運(yùn)動(dòng)時(shí)，擠壓成型斜面越長(zhǎng)，前進(jìn)速度越?。灰虼?，控制土粒所受正向應(yīng)力小于切向應(yīng)力，即a<a。從安裝位置考慮，開(kāi)溝器擠壓成型斜面長(zhǎng)度最大值為150 mm時(shí)，則起土角為5°；擠壓成型斜面長(zhǎng)度最小值為50 mm時(shí)，則起土角為10°。根據(jù)《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[20]黏性土壤顆粒的應(yīng)力分析，選取土壤摩擦角為25°，則元線角為65°。

3　溝插壟播開(kāi)溝裝置的路面試驗(yàn)

試驗(yàn)在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)雅安教學(xué)科研園區(qū)進(jìn)行。以洋馬VP8D高速插秧機(jī)為平臺(tái)，試驗(yàn)裝置為自主設(shè)計(jì)的溝插壟播開(kāi)溝裝置。試驗(yàn)田塊前茬為水稻，土壤類型為重壤土，機(jī)具前進(jìn)速度0.95 m/s，土壤含水率(1～200 mm)為60.91%，土壤堅(jiān)實(shí)度(1～200 mm)為0.96 kPa，茬高為215.9 mm。

3.1　三因素正交試驗(yàn)

為優(yōu)化開(kāi)溝器結(jié)構(gòu)參數(shù)，采用二次旋轉(zhuǎn)正交組合試驗(yàn)(表1)，確定影響開(kāi)溝性能試驗(yàn)因素為開(kāi)溝器起土角角度1、開(kāi)溝器元線角角度2和開(kāi)溝器擠壓成型面長(zhǎng)度3。

表1　二次旋轉(zhuǎn)正交組合試驗(yàn)因素及水平

根據(jù)NY/T 740—2003田間開(kāi)溝機(jī)械作業(yè)質(zhì)量的試驗(yàn)方法[25]，選取回土率和溝深穩(wěn)定系數(shù)為開(kāi)溝裝置路面試驗(yàn)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。試驗(yàn)中取作業(yè)長(zhǎng)度30 m為測(cè)量區(qū)域，沿前進(jìn)方向每隔6 m測(cè)定開(kāi)溝溝型截面、溝寬、溝深。重復(fù)3次[21]。

溝型參數(shù)采用自制溝型測(cè)繪裝置進(jìn)行測(cè)定，測(cè)距儀為SW–50G激光測(cè)距儀(東莞市森威電子有限公司)。將測(cè)繪支架橫架于溝型之上并保持支架與開(kāi)溝方向垂直，利用水平尺調(diào)節(jié)兩端高度，使支架保持水平；將激光測(cè)距儀安裝在支架滑塊上，按照滑軌上的刻度尺從左往右依次每隔5 mm讀取1次數(shù)據(jù)；擬合得到開(kāi)溝溝型斷面如圖5–a所示，并根據(jù)溝型斷面計(jì)算出所對(duì)應(yīng)開(kāi)溝的回土率1、溝深穩(wěn)定系數(shù)2，如圖5–b所示。

式中：1為回土截面面積；2為理論開(kāi)溝截面面積。

(7)

式中：2為理論開(kāi)溝深度；1為測(cè)量開(kāi)溝深度。

a　溝型擬合斷面；b　開(kāi)溝斷面；W1　測(cè)量開(kāi)溝深度；W2　理論開(kāi)溝深度；G1　測(cè)量開(kāi)溝上寬度；G2　理論開(kāi)溝上寬度；H　測(cè)量點(diǎn)水位深度；E1　測(cè)量開(kāi)溝下寬度；E2　理論開(kāi)溝下寬度。

3.2　回歸模型建立與顯著性檢驗(yàn)

正交試驗(yàn)的回土率和溝深穩(wěn)定系數(shù)列于表2。

表2　正交試驗(yàn)的回土率和溝深穩(wěn)定系數(shù)

利用Design–Expert 8.0.6軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行二次回歸分析，并進(jìn)行多元回歸擬合，得到二次多項(xiàng)式回歸模型。

1=14.32+0.761–2.282–3.243–0.2712

–2.4513+1.2223–0.9212–0.1622–0.6632

2=14.86+4.071+2.472+2.683+3.9012

+1.8513+1.5723–0.2212–0.1622–2.2432(8)

從方差分析結(jié)果(表3)可知，回歸模型的值均小于0.01，表明回歸模型高度顯著；模型失擬項(xiàng)的>0.05，其2值分別為0.95、0.91，說(shuō)明模型失擬性不顯著，回歸模型可以擬合91%以上的試驗(yàn)結(jié)果，擬合程度高；因此，該模型可以優(yōu)化開(kāi)溝器的工作參數(shù)。

表3　回土率與溝深穩(wěn)定系數(shù)二次多項(xiàng)式模型的方差分析結(jié)果

表3(續(xù))

**表示該項(xiàng)極顯著(<0.01)；*表示該項(xiàng)顯著(<0.05)。

3.3　交互因素對(duì)開(kāi)溝器開(kāi)溝性能的影響

方差分析結(jié)果表明，開(kāi)溝器起土角角度與擠壓成型面長(zhǎng)度的交互作用、開(kāi)溝器元線角與擠壓成型面長(zhǎng)度的交互作用對(duì)回土率的影響顯著；開(kāi)溝器起土角角度與元線角角度的交互作用對(duì)溝深穩(wěn)定系數(shù)的影響顯著。各因素交互效應(yīng)響應(yīng)曲面如圖6所示。

圖6　三因素交互作用下的回土率和溝深穩(wěn)定系數(shù)

當(dāng)開(kāi)溝器元線角角度為60°時(shí)，開(kāi)溝器回土率隨擠壓成型面長(zhǎng)度的減小快速增加，隨開(kāi)溝器起土角角度的增加逐步增加，當(dāng)起土角為8.58°后逐步減小。響應(yīng)曲面沿?cái)D壓成型面長(zhǎng)度變化比沿開(kāi)溝器起土角角度變化更快，基于交互效應(yīng)分析可知，擠壓成型面長(zhǎng)度比開(kāi)溝器起土角角度的影響更大(圖6–a)。當(dāng)開(kāi)溝器起土角角度為7.5°時(shí)，隨擠壓成型面長(zhǎng)度的減小，開(kāi)溝回土率隨擠壓成型面長(zhǎng)度的減小而增加，隨開(kāi)溝器元線角角度的增加而減小，響應(yīng)曲面沿?cái)D壓成型面長(zhǎng)度變化比沿開(kāi)溝器元線角變化更快?；诮换バ?yīng)分析可知，擠壓成型面長(zhǎng)度比開(kāi)溝器元線角角度的影響更大(圖6–b)。

當(dāng)擠壓成型面長(zhǎng)度為125 mm時(shí)，隨著開(kāi)溝器元線角角度的增加，溝深穩(wěn)定系數(shù)逐步增加，當(dāng)開(kāi)溝器元線角58.48°后逐步減??；開(kāi)溝器起土角逐漸增加時(shí)，溝深穩(wěn)定系數(shù)逐漸降低，響應(yīng)曲面沿開(kāi)溝器刃口傾角變化比沿開(kāi)溝器擠壓面傾角方向變化更快?；诮换バ?yīng)分析可知，開(kāi)溝器刃口傾角對(duì)溝深穩(wěn)定系數(shù)的影響比開(kāi)溝器擠壓面傾角的影響更大(圖6–c)。

3.4　參數(shù)優(yōu)化及性能驗(yàn)證

利用Design–Expert 8.0.6進(jìn)行優(yōu)化求解回土率與溝深穩(wěn)定系數(shù)的回歸模型，其目標(biāo)函數(shù)與約束條件為1、2取最小值，1、2、3均在[–1,1] 范圍內(nèi)。優(yōu)化結(jié)果為：開(kāi)溝器起土角角度為5°、開(kāi)溝器元線角角度為65°、擠壓成型面長(zhǎng)度為138.97 mm，此時(shí)回土率為10.50%、溝深穩(wěn)定系數(shù)為8.19%。為便于加工，擠壓成型面長(zhǎng)度取140 mm。

2020年5月20日在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)崇州現(xiàn)代研發(fā)基地進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)田前茬為油菜，在優(yōu)化參數(shù)條件下，機(jī)具前進(jìn)速度為0.95 m/s，含水率59.48%，試驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果取均值。結(jié)果種溝開(kāi)溝器回土率和溝深穩(wěn)定系數(shù)分別為10.99%和8.34%。測(cè)得蓄水溝開(kāi)溝器的結(jié)構(gòu)參數(shù)為起土角5°、元線角65°、擠壓成型面長(zhǎng)度為140 mm時(shí)，開(kāi)溝深度、溝寬和開(kāi)溝坡角分別為69.62 mm、80.18 mm和64.56°，回土率和溝深穩(wěn)定系數(shù)分別為10.54%分8.08%，蓄水水位深度為38 mm。插秧溝開(kāi)溝器在起土角5°、元線角65°、擠壓成型面長(zhǎng)度140 mm時(shí)，開(kāi)溝深度、溝寬和開(kāi)溝坡角分別為49.49 mm、201.36 mm和64.43°，回土率和溝深穩(wěn)定系數(shù)分別為10.43%和8.39%，插秧溝水位深度為27 mm。

4　生產(chǎn)性能田間試驗(yàn)

以雜交稻宜香優(yōu)2115組合(父本為雅恢2115、母本為宜香1A)為供試材料。洋馬VP8D高速插秧機(jī)作為試驗(yàn)平臺(tái)，搭載自主設(shè)計(jì)的溝插壟播開(kāi)溝裝置和水稻集排式精量穴排種器，進(jìn)行田間試驗(yàn)。

4.1　試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用最優(yōu)參數(shù)的插秧溝開(kāi)溝器(開(kāi)溝器起土角5°、開(kāi)溝器元線角65°、擠壓成型面長(zhǎng)度133 mm)，在開(kāi)溝深度分別為30、50、70 mm時(shí)進(jìn)行田間試驗(yàn)。父本秧苗機(jī)插時(shí)葉齡平均為3～3.5葉，行穴距300 mm×180 mm，平均苗數(shù)設(shè)定為3～5苗/穴。母本直播水溝和種溝深度分別為70 mm和30 mm，母本宜香1A浸種1 d，晾干后直播，穴粒數(shù)10粒，穴距為180 mm，水肥按制種要求管理。

試驗(yàn)后調(diào)查連續(xù)20穴父本移栽的穴苗數(shù)、漏插數(shù)、漂秧數(shù)、傷秧數(shù)、插秧深度和母本直播每穴粒數(shù)，播栽7 d后調(diào)查母本每穴出苗數(shù)，每隔7 d測(cè)父本秧苗莖蘗數(shù)。各處理重復(fù)3次。分析不同開(kāi)溝深處理下父本秧苗的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)[22–23]。

4.2　插秧溝深度對(duì)父母本播插質(zhì)量的影響

3種插秧開(kāi)溝深度的父本栽插質(zhì)量和母本直播出苗率見(jiàn)表4。插秧開(kāi)溝深度對(duì)穴苗數(shù)、漏插率、漂秧率、傷秧率、插秧深度和直播出苗率有顯著影響，穴苗數(shù)、穴距和直播出苗率均隨開(kāi)溝深度的增加呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，當(dāng)開(kāi)溝深度大于50 mm后逐步降低；傷秧率隨開(kāi)溝深度增加呈減少趨勢(shì)，當(dāng)開(kāi)溝深度大于50 mm后，傷秧率逐步增大。漏插率和漂秧率均隨開(kāi)溝深度的增加而增加，插秧開(kāi)溝深度為50 mm和30 mm時(shí)，漏插率和漂秧率差異不明顯。插秧深度隨開(kāi)溝深度增加而減小，插秧開(kāi)溝深度為50 mm時(shí)，插秧深度為22.8 mm，且漏插率和漂秧率低于2.0%，能滿足母本對(duì)水分的需求，符合制種的農(nóng)藝要求。

表4　不同插秧溝深度下父母本秧苗的栽插質(zhì)量

同列不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(<0.05)；“*”“**”分別表示該項(xiàng)顯著(<0.05)、極顯著(<0.01)。

4.3　插秧溝深度對(duì)父本分蘗動(dòng)態(tài)的影響

插秧開(kāi)溝深度對(duì)父本莖蘗有顯著影響，其中開(kāi)溝深度為50 mm的平均莖蘗數(shù)比溝深30 mm和70 mm的分別高14%和8%。開(kāi)溝深度為50 mm時(shí)即能提供父本分蘗期所需水分，如圖7所示。

圖7　不同插秧溝深度處理下的父本分蘗數(shù)

5　結(jié)論

基于雜交稻制種種植農(nóng)藝要求，為適應(yīng)“溝底機(jī)插父本+壟臺(tái)直播母本”的制種種植模式,設(shè)計(jì)了一種溝插壟播式開(kāi)溝裝置，實(shí)現(xiàn)種溝、蓄水溝和插秧溝同步作業(yè)。通過(guò)對(duì)關(guān)鍵部件開(kāi)溝器的力學(xué)分析，確定了影響因素為開(kāi)溝器起土角角度、開(kāi)溝器元線角角度和擠壓成型面長(zhǎng)度。

采用三因素三水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，分析開(kāi)溝器起土角角度、開(kāi)溝器元線角角度和擠壓成型面長(zhǎng)度對(duì)回土率和溝深穩(wěn)定系數(shù)的影響。路面試驗(yàn)結(jié)果表明，種溝開(kāi)溝器起土角5°、元線角65°、擠壓成型面長(zhǎng)度140 mm時(shí)，回土率和溝深穩(wěn)定系數(shù)分別為10.99%和 8.34%，蓄水溝開(kāi)溝器回土率和溝深穩(wěn)定系數(shù)分別為10.54%和8.08%，插秧溝開(kāi)溝器回土率和溝深穩(wěn)定系數(shù)分別為10.43%和8.39%。

田間試驗(yàn)結(jié)果表明：插秧開(kāi)溝深度為50 mm時(shí)，插秧深度為22.8 mm，漏插率和漂秧率均低于2.0%，且母本出苗率達(dá)到87.67%，能滿足雜交稻制種機(jī)插父本淺水、直播母本濕潤(rùn)的水分管理要求。

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Design and experiment of a ditching device on the transplanting in ditch and seeding in ridge hybrid rice breeding machine

ZHOU Zhonglin1，DAI Yiqun1，QIU Wangcong1，HU Hongji1，TAO Youfeng2，QIN Qin2，LEI Xiaolong1,2*，REN Wanjun2

(1.College of Mechanical and Electrical Engineering, Sichuan Agricultural University, Ya’an, Sichuan 625014, China; 2.Crop Ecophysiology and Cultivation Key Laboratory of Sichuan Province, Chengdu, Sichuan 611130, China)

In order to realize water management target of male parent in shallow water and female parent wetted under the planting mode of “mechanical transplanting of male parent at the bottom of ditch + direct-seeding of female parent on ridge platform”, a ditching device was designed for 2ZD-2.4 type transplanting in ditch and seeding in ridge hybrid rice breeding machine, which was composed of seed ditch opener, water storage ditch opener, rice transplanting ditch opener and floating plate. The floating plate drives the ditch opener to open the required groove synchronously. Through the mechanical analysis, the effects of the soil angle, element line angle of ditching device and length of extrusion molding surface on the ditching performance were investigated using three factors and three levels orthogonal test. The multi-objective optimization was conducted to obtain the optimal parameter combination of the ditch opener. The results indicated that when the soil angle of 5°, the element line angle of 65°, and the length of the extrusion molding surface of 140mm, the soil reflux rate of sowing ditch and the stability coefficient of ditching depth were 10.99% and 8.34%, respectively. The sowing ditch, water storage ditch and seedling transplanting ditch were accomplished simultaneously through ditching device. Field experiment results showed that both the leakage rate and dumping rate were lower than 2.0% and germination rate of female parent was 87.67% when the depth of transplanting ditch was 50 mm and the depth of transplanting was 22.8 mm, which can meet the agronomic requirements of hybrid rice seed production and planting.

hybrid rice; seed breeding machine; method of transplanting in ditch and seeding in ridge; ship-type ditching device; design

S222.5+2

A

1007-1032(2022)03-0355-08

10.13331/j.cnki.jhau.2022.03.016

2021–03–05

2022–01–06

四川省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(sccxtd–2021–01)；四川省科學(xué)技術(shù)廳項(xiàng)目(2016NYZ0051)；科學(xué)技術(shù)部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2018YF D0301204)

周中林(1994—)，男，四川眉山人，碩土研究生，主要從事雜交稻制種種植機(jī)械裝備技術(shù)與農(nóng)藝研究，xiaozhou0116@163.com；*通信作者，雷小龍，博士，副教授，主要從事油稻種植技術(shù)與裝備研究，leixl1989@163.com

周中林，戴逸群，邱旺聰，胡洪基，陶有鳳，秦琴，雷小龍，任萬(wàn)軍．溝插壟播式雜交稻制種機(jī)開(kāi)溝裝置的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]．湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2022，48(3)：355–362．

ZHOU Z L，DAI Y Q，QIU W C，HU H J，TAO Y F，QIN Q，LEI X L，REN W J．Design and experiment of a ditching device on the transplanting in ditch and seeding in ridge hybrid rice breeding machine[J]．Journal of Hunan Agricultural University(Natural Sciences)，2022，48(3)：355–362．

http://xb.hunau.edu.cn

責(zé)任編輯：羅慧敏

英文編輯：吳志立