丘陵區小型化水稻精量直播及同步深施肥智能裝備研究

萬偉紅， 胡 凱， 王 瑛

（江西省農業機械研究所，江西 南昌 330044）

1 概述

水稻是我國主要的糧食，具有極其重要的戰略地位和發展潛力。 近年來，隨著我國城鎮化建設、農村勞動力轉移、傳統移栽和拋秧等栽培方式的發展，傳統的水稻種植模式已經不能完全適應水稻種植現代化的發展需求。 水稻機械化生產越來越受到重視， 受到南方雙季稻的生態區域、 環境和氣候的影響， 且我國機插栽培技術研發滯后，限制了雙季稻機械化發展。 水稻機械直播作為一種輕簡的栽培方式，生產成本低，作業效率高，仍是目前農戶種植水稻的首選， 且直播栽培方式省去了育秧和移栽等前期準備環節，省去了人工成本和時間，將破胸露白的水稻芽種直接播種于大田。 江西是我國主要的雙季稻產區，逐漸形成了直播、移栽、拋秧和機插等多元栽培方式。 截至2017 年，其直播稻面積已高達697.1 萬畝。 因此，針對我國農村勞動力現狀和水稻種植機械化發展需求， 研發一種成本低廉、高效栽培、輕簡化的水稻機械化直播裝備成為迫切需要。

2 國內外同類產品和技術情況

水稻直播排種器主要分為機械式和氣力式兩種，現階段運用機械式排種器開展水稻種植的比例較大[1-2]。 新疆生產兵團陳學庚等優化改進了鴨嘴式膜上打孔排種器，并研制了一種排種器帶式導種裝置， 減小了種子的彈跳問題。 美國、歐洲、澳大利亞等采用直播的方式種植水稻，包括飛機撒播和機械條播。 日本洋馬公司采用水平圓盤式排種器，久保田、井關和矢崎公司采用調節爪式槽輪穴播排種器，播量可調，通過加大條播外槽輪種槽之間的間距變為穴播。 根據氣流方式，可分為氣吹式、氣吸式以及正負氣壓式等。 安徽農業大學曹成茂等設計了一種氣吹異形孔勺輪式排種器， 且排種器采用坡狀型孔的播種性能較優，能滿足水稻穴直播的農藝要求。 華中農業大學張順、 夏俊芳等設計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、 柔性繩結合氣吹清種、柔性護種帶護種以及氣吹防堵，能滿足雜交稻的精少量播種要求。 大量國內專家和學者對水稻機械化直播技術和裝備開展了技術研究，尤其是機械式和氣力式排種器技術，但水稻直播仍缺乏配套的水稻機械化直播裝備和作業機具，通過對新裝備、新技術和新原理的分析研究，研制一系列水稻機械化直播技術是解決江西地區水稻機械化生產的重要手段，也可解決制約水稻規模化和集成化發展的生產難題。

排肥裝置是種植機械的重要組成部分，生產過程中排肥穩定性與均勻性能直接影響到機具施肥效果，當前采用外槽輪排肥器，外槽輪式排肥器對肥料的三維尺寸和機械物理特性都具有較好的適宜性，但由于肥料在實際生產中會出現破碎和粘結現象， 尤其是干燥的顆粒肥在吸潮后，施肥效果變差，排肥量減小，易出現堵塞和粘結，造成排肥效果不好，水稻植物生產也受到影響，機械穩定性和經濟性較差，使得農戶無法接受此種類型的施肥機具，影響產品和市場的發展。 日本研制的水稻條播機，可實現水稻條播和側位深施肥；久保田農業機械有限公司研制的水稻多功能乘坐式插秧機施肥深度可達3cm～5cm。 頓國強等優化改進了排肥舌結構，改善了外槽輪式排肥器排肥過程中出現的脈動現象。

針對南方稻區，開展顆粒肥料精量排肥技術與裝置研究，對促進機械化肥料深施技術在南方稻區的應用，提高肥料利用率，降低農業面源污染，具有重要的理論與實際應用價值。

3 市場預測和發展趨勢

隨著國內外水稻直播技術和裝備的迅速發展，這種輕簡化的作業方式已經獲得了廣大農民朋友的青睞，無論是目前實際生產中的人工撒播，還是噴直播，都是以直播的方式得到推廣和應用， 這種輕簡化的直播技術和裝備在水稻種植領域占有越來越大的比例。 在農場人口城鎮化轉移、勞動力人口減少、第三產業人口比例減少、農業機械迅速發展等多重因素影響下， 水稻機械直播技術成為未來發展必不可少的環節，因此，無論是日韓還是歐美，均以水稻機械直播技術作為主要的生產手段， 國內直播技術具有節本增效的優勢， 未來發展中將有更多的種植面積和生產投入，因此，水稻直播技術具有較好的生產效率和性能，以滿足廣大農戶朋友的生產要求[4]。

4 研究內容和重點解決的技術關鍵

4.1 研究開發內容

1）施肥技術研究和排肥裝置設計。 目前水稻直播機具大部分采用外槽輪式排肥器， 受到市場上的顆粒肥料影響，在顆粒肥料的填充時，顆粒肥料受到物理作業易破碎， 并產生粉末粘結在排肥器槽輪結構上， 減小了排肥量，無法實現精準排施。 因此，可采用主動軸驅動排肥器來排施顆粒肥， 保證水稻直播的排施肥料過程滿足水稻生產的農藝要求， 為水稻精量施肥技術和同步深施肥裝備提供參考。

2）水稻直播作業機具研制和搭建試驗平臺。 針對江西丘陵地區地形地貌，以雙季稻產區作為主要研究對象，以小型化水稻精量直播及同步深施肥作業機具為設計目標，與輪式拖拉機進行配套，試制并加工水稻直播樣機及同步深施肥智能機具，開展臺架試驗和田間試驗研究。 基于研究結果，測試其作業機具的作業性能，分析各主要影響參數對機器性能的作用規律， 優化設計水稻直播作業機具的關鍵參數。

3）建立試驗基地，開展試驗研究與示范推廣。 建立水稻機械直播示范基地， 并將研制的水稻精量直播及同步深施肥智能裝備運至示范基地開展試驗研究， 且追蹤水稻參數，通過對比分析，形成主要農藝參數；后期開展不同作業機具的大規模試驗示范和應用推廣， 以達到節能減排，提高生產效率的目標。

4.2 重點解決技術關鍵問題

1） 精量排施顆粒肥料是解決同步深施肥智能作業機具的關鍵， 尤其是作為水稻直播機具的重要組成部分，實現同步深施肥功能，可有效提高肥料的利用效率。

2） 建立水稻直播示范基地， 開展試驗研究和示范應用，以促進水稻機械化直播技術的推廣應用，提高水稻機械化生產水平，減少農民種植水稻的成本，提高生產效率。

4.3 項目的特色和創新之處

1） 針對農村種植業生產力缺乏、 水稻種植面積下降等現實問題，提出了一種水稻精量直播智能裝備和技術方法，提高播量水稻芽種直播的兼容性和適應性。

2） 圍繞丘陵區小型化水稻直播裝備和技術的缺乏，通過集成關鍵科學技術， 量化水稻直播質量評價目標，優化水稻直播裝置結構，其研究結論可對水稻直播技術和裝置研究提供新參考。

5 結語

綜上所述， 本文以江西省主要水稻產區作為目標，建立水稻機械直播示范基地，并將研制的水稻精量直播及同步深施肥智能裝備運至示范基地開展不同參數的試驗研究，且追蹤水稻不同生長期的植物參數（出苗率、分蘗期、揚花期、結穗期和成熟期等），通過對比分析，形成主要農藝參數，指導實際生產；后期開展不同作業機具的大規模試驗示范和應用推廣，以達到節能減排，提高生產效率的目標。