水稻缽苗移栽機(jī)作業(yè)質(zhì)量測(cè)試方法研究

孫 超，陳興和，葉宗照，孫麗娟，馮 健，劉聲春，朱 良

(農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定總站，北京 100122)

0 引言

水稻機(jī)械化種植技術(shù)近年來發(fā)展迅速，傳統(tǒng)的水稻機(jī)插秧技術(shù)推廣應(yīng)用不斷普及，新型的水稻機(jī)械化移栽和精量直播等技術(shù)快速推廣[1-2]。農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明：2010年全國(guó)水稻機(jī)械種植率為20.86%，2016年為44.45%，增長(zhǎng)率為113.08%[3]，先進(jìn)適用的水稻機(jī)械化種植技術(shù)和裝備為水稻全程機(jī)械化生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

作為一種新型水稻機(jī)械化栽植技術(shù)，水稻缽苗移栽相對(duì)于傳統(tǒng)的盤育毯狀小苗機(jī)插技術(shù)和機(jī)械拋秧技術(shù)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，其育出的秧苗個(gè)體發(fā)育好、秧齡彈性大、病蟲害較少[4-5]，且缽苗移栽能夠克服毯狀苗機(jī)插過程中勾秧、傷根和均勻性低等不利現(xiàn)象[6-7]。獨(dú)特的水稻缽苗帶土淺栽避免了裸根苗栽插緩苗期長(zhǎng)的劣勢(shì)[8]，實(shí)現(xiàn)了缽苗有序成行移栽[9]，栽植的水稻穗型整齊、成熟度好，不僅有利于后續(xù)機(jī)械化作業(yè)，更有利有于增產(chǎn)增收。

作業(yè)質(zhì)量是制約水稻栽植機(jī)械能否推廣應(yīng)用的先決條件。水稻機(jī)械化栽植易出現(xiàn)傷秧、漂秧、翻倒等不良現(xiàn)象，影響機(jī)械化作業(yè)效果。作為一種新型產(chǎn)品，水稻缽苗移栽機(jī)作業(yè)質(zhì)量測(cè)試大多借鑒水稻插秧機(jī)械的測(cè)試方法，在實(shí)際測(cè)試中還存在方法不固定、操作不規(guī)范等問題，影響對(duì)產(chǎn)品性能的科學(xué)評(píng)價(jià)。因此，研究規(guī)范統(tǒng)一的水稻缽苗移栽機(jī)作業(yè)質(zhì)量測(cè)試方法，不僅能夠判斷產(chǎn)品是否適合推廣應(yīng)用，還能通過分析作業(yè)質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品提出改進(jìn)及優(yōu)化建議，推動(dòng)水稻缽苗移栽技術(shù)和裝備不斷發(fā)展。

1 測(cè)試方法的確定

1.1 缽苗移栽作業(yè)過程分析

水稻缽苗移栽作業(yè)是利用水稻缽苗移栽機(jī)將培育在營(yíng)養(yǎng)土缽中的水稻秧苗連同土缽一同有序減傷淺栽到水田中的過程[10-12]，其核心工序是取秧、送秧和插秧過程，核心部件是取秧插植機(jī)構(gòu)。常見的取秧插植機(jī)構(gòu)有推送插植式和拔取插植式兩類：推送插植式機(jī)構(gòu)通過推出棒將秧盤中的缽苗推出到接苗器，并落放到輸送帶上，再由種植爪完成栽插過程；拔取插植式機(jī)構(gòu)通過拔秧輥將缽苗夾出，再通過分秧和導(dǎo)秧裝置完成栽插過程，或通過行星輪式機(jī)構(gòu)一次完成取秧和插秧過程。

根據(jù)水稻缽苗移栽作業(yè)原理，在水稻插秧機(jī)試驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上[13]，研究缽苗移栽作業(yè)質(zhì)量測(cè)試方法，具體測(cè)試指標(biāo)分試驗(yàn)條件和作業(yè)質(zhì)量?jī)深?。試?yàn)條件應(yīng)考慮影響水稻機(jī)械化移栽的秧苗條件和試驗(yàn)地條件，作業(yè)質(zhì)量應(yīng)考察缽苗的栽植深度、完好性及均勻性等作業(yè)性能指標(biāo)。

1.2 試驗(yàn)條件的確定

1.2.1 秧苗條件

秧苗條件的選擇需要綜合考慮水稻缽苗的特性和機(jī)具的特點(diǎn)。水稻插秧機(jī)使用毯狀秧苗，秧苗分散密布在秧盤上，呈現(xiàn)“一片片”的狀態(tài)，插秧機(jī)構(gòu)以一定的移距和取秧深度將毯狀苗取下并栽插到水田中。水稻缽苗移栽機(jī)使用缽體秧苗，水稻秧苗以帶土缽的形式均勻分布在秧盤上，呈現(xiàn)出“一簇簇”的狀態(tài)。針對(duì)缽苗移栽的特殊性，在秧苗條件中應(yīng)以“缽”為單元測(cè)量秧苗密度及插前均勻度合格率等秧苗條件，并以空缽率代替插秧機(jī)的空格率。此外，對(duì)不同類型的缽苗移栽機(jī)構(gòu)，頂出式機(jī)構(gòu)沒有移距和取秧深度要求，行星輪式機(jī)構(gòu)應(yīng)調(diào)整后移距和取秧深度與缽體大小一致。因此，水稻缽苗移栽機(jī)作業(yè)質(zhì)量測(cè)試應(yīng)主要考慮苗高、葉齡、插前均勻度合格率、空缽率及秧苗密度等秧苗條件。主要指標(biāo)的計(jì)算方法如下：

其中，Rjq為插前均勻度合格率(%)；nh為合格缽數(shù)(缽)；Zk為測(cè)定總缽數(shù)(缽)。

其中，Rk為空缽率(%)；nk為空缽數(shù)(缽)。

其中，My為秧苗密度(株/缽)；a為缽體寬度(mm)；s為缽體長(zhǎng)度(mm)；Z為測(cè)定總株數(shù)(株)。

1.2.2 試驗(yàn)地條件

水稻缽苗移栽需要在水田中進(jìn)行，移栽作業(yè)前需要對(duì)田塊進(jìn)行整地和泡田，使土壤田面平整、秸稈粉碎，以利于栽植作業(yè)。在試驗(yàn)地條件中，泥腳深度制約水稻缽苗移栽機(jī)的通過性能，土壤堅(jiān)實(shí)度(錐深)反映田面對(duì)移栽機(jī)構(gòu)和秧苗的沖擊程度，田面水深影響水稻秧苗栽插完好性。測(cè)試時(shí)，應(yīng)盡可能選擇面積較大、形狀規(guī)則的田面進(jìn)行試驗(yàn)，以利于機(jī)手進(jìn)行操作。因此，水稻缽苗移栽機(jī)作業(yè)質(zhì)量測(cè)試應(yīng)主要考慮田面水深、土壤堅(jiān)實(shí)度(錐深)及泥腳深度等試驗(yàn)地條件。

1.3 作業(yè)質(zhì)量指標(biāo)的確定

水稻機(jī)械化移栽作業(yè)質(zhì)量主要包括水稻秧苗栽植的完好性和均勻性。由于缽苗移栽是將整個(gè)秧苗缽體移入水田，因此需要以“缽”為單位測(cè)量漂秧率、翻倒率及栽秧深度等作業(yè)質(zhì)量。秧苗栽植的完好性主要是指秧苗莖部有無折傷、刺傷和切斷現(xiàn)象，秧苗缽體有無漂浮或翻倒等影響秧苗生長(zhǎng)的情況，秧苗缽體的栽秧深度是否符合農(nóng)藝要求等。秧苗栽植的均勻性主要是指秧苗缽體在栽插后的均勻度，是否存在嚴(yán)重的漏栽和重栽等現(xiàn)象。因此，水稻缽苗移栽機(jī)的作業(yè)質(zhì)量測(cè)試應(yīng)主要考慮傷秧率、漂秧率、翻倒率、漏栽率、均勻度合格率及栽秧深度等作業(yè)質(zhì)量指標(biāo)。主要指標(biāo)的計(jì)算方法如下：

其中，Rs為傷秧率(%)；Zs為傷秧株數(shù)總和(株)；Z為測(cè)定總株數(shù)(株)。

其中，Rp為漂秧率(%)；Xp為漂秧穴數(shù)總和(穴)；X為測(cè)定總穴數(shù)(穴)。

其中，Rf為翻倒率(%)；Xf為翻倒穴數(shù)總和(穴)。

其中，Rl為漏栽率(%)；Xl為漏栽穴數(shù)總和(穴)。

其中，Rj為均勻度合格率(%)；Xb為合格穴數(shù)(穴)。

2 試驗(yàn)過程

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)采用2Z-6型水稻缽苗移栽機(jī)，其結(jié)構(gòu)型式為高速乘坐式，主要由汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、行走機(jī)構(gòu)及移栽機(jī)構(gòu)等部件組成，配套汽油發(fā)動(dòng)機(jī)(功率7.7kW，轉(zhuǎn)速3 600r/min)，工作行數(shù)為6行，行距為300mm，穴距為5擋調(diào)節(jié)(210、180、160、140、120mm)，栽秧深度為6擋調(diào)節(jié)(15mm～44mm)，移栽機(jī)構(gòu)為高速回轉(zhuǎn)式。試驗(yàn)在安徽省淮南市進(jìn)行，試驗(yàn)使用的水稻秧苗采用缽體軟盤育秧，水稻品種為皖稻121。

2.2 測(cè)試過程

2.2.1 試驗(yàn)條件測(cè)定

試驗(yàn)開始前，按照五點(diǎn)法在測(cè)區(qū)內(nèi)取樣，分別測(cè)定田面水深、土壤堅(jiān)實(shí)度(錐深)和泥腳深度。

從秧箱中隨機(jī)取出已栽插1/3的5塊秧盤，從每塊秧苗中隨機(jī)取10株秧苗，測(cè)定苗高和葉齡片數(shù)，再?gòu)拿勘P缽苗中隨機(jī)取10缽，清數(shù)每缽上的秧苗株數(shù)，根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)藝要求的均勻度合格范圍，計(jì)算插前均勻度合格率、空缽率和秧苗密度。

2.2.2 作業(yè)質(zhì)量測(cè)試

在測(cè)區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取3個(gè)小區(qū)，用于作業(yè)質(zhì)量測(cè)試，小區(qū)距田邊大于一個(gè)工作幅寬。在每個(gè)小區(qū)在全幅寬內(nèi)各測(cè)100穴，測(cè)定并記錄每穴株數(shù)、傷秧株數(shù)、漂秧穴數(shù)、翻倒穴數(shù)和漏栽穴數(shù)，計(jì)算傷秧率、漂秧率、翻倒率、漏栽率和均勻度合格率。此外，在每個(gè)小區(qū)內(nèi)任選一行,連續(xù)測(cè)取10穴秧苗的栽秧深度，取平均值。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 試驗(yàn)條件測(cè)定結(jié)果

對(duì)試驗(yàn)條件進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表1所示。

表1 試驗(yàn)條件測(cè)定結(jié)果

對(duì)試驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行使用前調(diào)整，移距和取秧深度均為19mm，穴距為180mm，插秧深度為20mm，作業(yè)擋次為前進(jìn)擋。

2.3.2 作業(yè)質(zhì)量測(cè)試結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)方法對(duì)水稻缽苗移栽機(jī)進(jìn)行作業(yè)質(zhì)量測(cè)試，試驗(yàn)過程中水稻缽苗移栽機(jī)的平均作業(yè)速度為1.17m/s、平均穴距為175mm。作業(yè)質(zhì)量測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 水稻缽苗移栽機(jī)作業(yè)質(zhì)量測(cè)試結(jié)果

Table 2 The measurement results of working quality of rice

potted-seedling transplanter

項(xiàng)目單位測(cè)定結(jié)果項(xiàng)目單位測(cè)定結(jié)果傷秧率%3.5±1.0漂秧率%0.5±0.2翻倒率%0.6±0.4漏栽率%2.8±1.9均勻度合格率%80.6±3.5栽秧深度mm20.5±1.2

3 結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)條件分析

對(duì)比同期開始育秧的缽苗和毯狀苗，缽苗的苗高、葉齡和插前均勻度合格率均高于毯狀苗(表3)，證明缽苗育出的秧苗發(fā)育情況更好，優(yōu)勢(shì)明顯。

表3 缽苗與毯狀苗秧苗條件對(duì)比

分析缽苗秧盤均勻性，每缽秧苗株數(shù)基本分布在3～9株的合格范圍內(nèi)，其頻數(shù)分布集中(見圖1)，僅有2缽的秧苗株數(shù)為2株。這說明，缽苗育秧的均勻度很好，有利于進(jìn)行移栽作業(yè)。

圖1 試驗(yàn)前秧苗株數(shù)頻數(shù)分布

在試驗(yàn)地條件中，田面水深為2.7cm±0.6cm，田面中水淺且均勻，有利于移栽作業(yè)進(jìn)行。泥腳深度為9.0±2.0cm，其標(biāo)準(zhǔn)差較大，證明田面泥腳深度分布不均，可能會(huì)影響水稻缽苗移栽機(jī)作業(yè)的穩(wěn)定性。土壤堅(jiān)實(shí)度(錐深)為8.7±0.6cm，其標(biāo)準(zhǔn)差較小，證明田塊硬度較均勻，整地作業(yè)質(zhì)量好。采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)對(duì)泥腳深度和土壤堅(jiān)實(shí)度(錐深)之間的差異進(jìn)行比較，得出p=0.795，高于α=0.05的水平。由此證明，泥腳深度和土壤堅(jiān)實(shí)度(錐深)之間的差異不顯著，二者基本等同，栽秧過程中秧苗受到的沖擊不會(huì)顯著增加，有利于栽植作業(yè)進(jìn)行。

3.2 作業(yè)質(zhì)量分析

作業(yè)質(zhì)量測(cè)試結(jié)果表明：2Z-6型水稻缽苗移栽機(jī)試驗(yàn)中的漂秧率、翻倒率較低，分別為0.5% ± 0.2%和0.6%±0.4%。這說明，在較好的田面水深等試驗(yàn)條件下移栽機(jī)構(gòu)能夠完成栽秧作業(yè)。采用缽苗移栽方式的栽秧深度為20.5±1.2mm，明顯低于傳統(tǒng)的水稻機(jī)插秧作業(yè)，有利于秧苗生長(zhǎng)[14]。

試驗(yàn)中秧苗的均勻度合格率較低，僅為80.6%±3.5%，漏栽率較高，達(dá)到2.8%±1.9%，兩項(xiàng)指標(biāo)均較插前狀態(tài)大幅降低。分析試驗(yàn)后秧苗的頻數(shù)分布圖(見圖2)可知：秧苗株數(shù)在3～9株的合格范圍外的頻數(shù)大幅增加，且秧苗株數(shù)小于3的頻數(shù)較大于9的更多。這說明，缽苗移栽機(jī)的移距和取秧深度較小，導(dǎo)致取下的缽苗株數(shù)偏少，取秧量還不夠精確。

圖2 試驗(yàn)后秧苗株數(shù)頻數(shù)分布

試驗(yàn)中產(chǎn)品的傷秧率較高，達(dá)到3.5% ± 1.0%。引發(fā)傷殃主要有試驗(yàn)地條件不適宜、移栽機(jī)構(gòu)取秧?yè)p傷大等因素。試驗(yàn)條件分析表明：高速回轉(zhuǎn)式移栽機(jī)構(gòu)在栽秧過程中秧苗受到試驗(yàn)地的沖擊并未顯著增加，說明傷殃發(fā)生在高速回轉(zhuǎn)式移栽機(jī)構(gòu)取秧的過程。因此，應(yīng)當(dāng)優(yōu)化移栽機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)，必要時(shí)設(shè)置緩沖裝置[15]，減少取秧過程中的秧苗損傷，提高取秧精確度。

4 結(jié)論

1)建立了水稻缽苗移栽機(jī)作業(yè)質(zhì)量測(cè)試方法，以缽為單位測(cè)定空缽率、秧苗密度、插前均勻度合格率等秧苗特性指標(biāo)，以穴為單位測(cè)量漂秧率、翻倒率、漏栽率、均勻度合格率等作業(yè)質(zhì)量，提出的方法能夠完成對(duì)水稻缽苗移栽機(jī)的作業(yè)質(zhì)量測(cè)試。

2)對(duì)2Z-6型水稻缽苗移栽機(jī)進(jìn)行作業(yè)質(zhì)量測(cè)試，結(jié)果表明：采用水稻缽苗育秧的秧苗和試驗(yàn)地條件優(yōu)良，適宜進(jìn)行缽苗移栽作業(yè)，產(chǎn)品的漂秧率、翻倒率、栽秧深度較好；但傷秧率、漏栽率、均勻度合格率較差。分析表明：應(yīng)對(duì)產(chǎn)品的缽苗移栽機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)定適宜的取秧量，并減少取秧過程中移栽機(jī)構(gòu)對(duì)缽苗的損傷，提高水稻缽苗移栽機(jī)的作業(yè)質(zhì)量。