水稻钵盘精量播种装置长短粒芽种播种试验研究

陶桂香，衣淑娟，柳咏芬

(黑龙江八一农垦大学 工程学院，黑龙江 大庆　163319)



水稻钵盘精量播种装置长短粒芽种播种试验研究

陶桂香，衣淑娟，柳咏芬

(黑龙江八一农垦大学 工程学院，黑龙江 大庆163319)

摘要：为优化水稻钵盘精量播种机有关参数及提高播种性能，利用水稻钵盘精量播种机，通过二次正交旋转回归分析，分别以水稻品种为空育131(短粒)、垦鉴3号(长粒)为研究对象，建立了型孔直径、型孔厚度、种箱速度与性能指标间的非线性回归模型。结果表明：水稻品种为短粒时，对播种合格率和损伤率影响的主次因素均为型孔直径、型孔厚度、种箱速度；当水稻品种为长粒时，影响播种合格率和损伤率的主次因素不同，分别为型孔厚度、种箱速度、型孔直径(长粒)和型孔直径、种箱速度、型孔厚度(长粒)，确定较优参数组合为10mm、4mm和0.290m/s(短粒)；11mm、4mm和0.240m/s(长粒)。此时，播种合格率94.81%、损伤率0.479%(短粒)；播种合格率95.37%、损伤率0.368%(长粒)。研究结果可为水稻钵盘精量播种机设计与性能改进提供依据。

关键词：水稻；钵盘精量播种装置；长短粒芽种；播种

0引言

钵盘育秧因带蔸插秧、不伤根系及栽植时不伤根系等优点，可减少缓苗期，提高产量而成为寒地水稻育秧的主要育秧方式[1-6]。日本的钵盘育秧机械化技术相对成熟，但其设备价格高，不适合大面积推广[7-8]。国内由于目前水稻品种繁多，且不同品种之间物理特性差异较大，因此现有钵盘精量播种机仍旧存在播种合格率低、损伤率高等问题。为了解决上述问题，出现了机械式及气吸式等不同形式的播种装置。其中，气力式主要是利用气流压差协种，对不同种子其播种参数差异较大；机械式主要利用机械装置和稻种自重完成充种和播种。以往的研究结果表明[9]：无论是气吸式还是机械式，播种装置的结构参数都与稻种的物理特性有关。目前，我国常用的水稻品种从尺寸上主要分为两大类(即长粒和短粒)，通过对其物理特性的研究得知：长粒水稻芽种尺寸主要分布范围为长度7.72～8.60mm、宽度2.00～2.52mm、厚度2.10～2.86mm；短粒水稻芽种尺寸主要分布范围为长度6.71～7.20mm、宽度3.07～4.12mm、厚度1.56～2.23mm。以上数据表明：长短粒稻种的尺寸存在一定的差异，尤其是长度最大可相差2mm，给播种带来了一定的难度[10-12]。目前，国内外研究的播种装置在进行试验研究时多数都是选择一种品种的水稻而获得的结构参数组合，而对于长短粒水稻均研究的没有见到报道。本文分别选择目前黑龙江常用水稻品种空育131(短粒)和垦鉴稻3号(长粒)为试验材料，对长、短粒芽种播种性能进行试验研究，分别获得了长、短粒水稻品种为研究对象下的最佳结构参数组合，为水稻钵盘精量播种机的设计和改进提供依据。

1试验装置和方法

1.1试验设备

试验在水稻钵盘精量播种试验台上完成，如图1所示。试验时，播种后的芽种由秧盘接取，根据植质钵育栽植要求，使栽植分秧时保持完整的秧钵，秧盘穴钵为经纬排列形式[13]，秧盘整体尺寸为560mm×265mm×22mm，壁厚3mm，钵孔为29×14=406穴，钵孔直径为17.8mm，中心距为20.1mm。工作原理见参考文献[14]。

1.2试验方法

1.2.1试验材料及条件

短粒选空育131为代表，长粒以垦鉴3号为代表。根据以往的试验研究结果[14]，确定试验条件为型孔穴形状为圆柱形，型孔直径8～12mm，型孔厚度2～6mm，种箱速度0.160～0.624m/s，型孔中心距19.3mm，稻种垂直位移29mm，秧盘与型孔中心距偏差13mm，稻种芽长1～2mm，每千粒稻种质量空育131为38.36g，垦鉴3号为35.96g，含水率为23%。

1.电机座　2.机架　3推盘组合　4.表土箱　5播盘组合

1.2.2试验方法

以型孔直径x1、型孔厚度x2、种箱速度x3为试验因素，以播种合格率和损伤率为指标，利用二次正交旋转回归试验设计方法[15-16]，进行试验。因素水平编码如表1所示。

表1　因素水平编码表

续表1

试验前，将秧盘放到指定位置，待种箱内充满稻种后进行试验。最初种箱挡板处于关闭状态，待变频器频率处于指定数值、电动机运行稳定、种箱处于开始位置时，打开种箱挡板，试验开始。播种合格率=3～5粒/穴数/秧盘总穴数；损伤率：根据同行研究的经验[16]，随机取播种后的秧盘穴内稻种200粒在相同环境下发芽，统计没有继续发芽的水稻数量占总水稻数量之比。每次试验重复3次，取平均值。

2结果与分析

2.1试验结果

利用水稻钵盘精量播种试验台，根据设计方案进行试验，结果如表2所示。

表2　二次正交旋转组合设计方案及结果

续表2

2.2回归模型及试验因素主次顺序

利用DPS对试验所获得的数据进行二次正交旋转回归统计分析，分别得出水稻品种空育131和垦鉴稻3号时播种合格率和损伤率回归方程，并对其进行F检验和t检验，剔除对综合指标影响小的项，得到试验因素与性能指标的关系为：

1)空育131为

(1)

(2)

2)垦鉴稻3号为

(3)

(4)

其中，y1为播种合格率(%)；y2为损伤率(%)；x1为型孔直径(mm)；x2为型孔厚度(mm)；x3为种箱速度(r/min)。

对回归方程(1)～(4)式进行贡献率分析得：水稻品种为空育131时，影响播种合格率和损伤率的因素主次顺序均为x1、x2、x3；水稻品种为垦鉴稻3号时，影响播种合格率的因素主次顺序为x2、x3、x1，损伤率的因素主次顺序为x1、x3、x2，各因素检验均显著。

2.3多因素响应图分析

根据回归方程，运用DPS得到播种合格率和损伤率与各因素之间的关系如图2和图3所示。

图2　播种合格率双因素曲线

图3　损伤率双因素曲线

2.3.1对播种合格率的影响分析

由图2(a)可知：水稻品种分别为短粒和长粒时，型孔直径与型孔厚度交互作用下对播种合格率的影响规律相似，为上凸形曲面。水稻品种为短粒时，当型孔直径在9.5～11.0mm之间、型孔厚度在3.5～5.0mm之间时，播种合格率达到90%以上；水稻品种为长粒时，当型孔直径在10.5～12.0mm之间、型孔厚度在3.5～5.0mm以上时，播种合格率达到90%以上。

由图2(b)可知：水稻品种分别为短粒和长粒时，型孔直径与种箱速度交互作用下对播种合格率的影响规律相似，为马鞍形曲面。当水稻品种为长粒时，型孔直径对播种合格率影响变化幅度大于当水稻品种为短粒时。

由图2(c)可知：水稻品种分别为短粒和长粒时，型孔厚度与种箱速度交互作用下对播种合格率的影响规律相似，为马鞍形曲面。水稻品种为短粒时，当型孔厚度在3.0～4.0mm之间、种箱速度在0.102～0.132m/s之间时，播种合格率达到90%以上；水稻品种为长粒时，当型孔厚度在3.5～4.5mm之间、种箱速度在0.102～0.132m/s之间时，播种合格率达到90%以上。其中，水稻品种为长粒时，型孔厚度对播种合格率的影响变化幅度大于当水稻品种为短粒时。

2.3.2对损伤率的影响分析

由图3(a)可知：水稻品种分别为短粒和长粒时，型孔直径与型孔厚度交互作用下在对损伤率影响规律相似，为凹形曲面。水稻品种为短粒时，当型孔直径在9.0～11.0mm之间、型孔厚度在3.0～5.0mm之间时，损伤率均在0.5%以下；水稻品种为长粒时，当型孔直径在10.5～12.0mm之间、型孔厚度在3.5～5.0mm以上时，损伤率均在0.5%以下。

由图3(b)可知：水稻品种分别为短粒和长粒时，型孔直径与种箱速度交互作用下对损伤率影响规律相似，为凹形曲面。当种箱速度一定时，损伤率均随型孔直径的增大而先减少后增加；当型孔直径一定时，损伤率随种箱速度的变化幅度平缓。

由图3(c)可知：水稻品种分别为短粒和长粒时，型孔厚度与种箱速度交互作用下对损伤率的影响为凹形曲面。水稻品种为短粒时，当型孔厚度在3.0～4.0mm之间、种箱速度在0.102～0.132m/s之间时，损伤率均在0.5%以下；水稻品种为长粒时，当型孔厚度在3.0～4.5mm之间、种箱速度在0.102～0.132m/s之间时，损伤率均在0.5%以下。

3性能指标优化

分别以播种合格率、损伤率为目标函数，利用主目标函数法，通过MatLab 进行优化求解，得到最佳参数组合方案如表3所示。

表3　最佳参数组合方案

由表3得出：最佳参数组合方案为：型孔直径10mm、型孔厚度4mm、种箱速度0.290m/s(短粒)；型孔直径11mm、型孔厚度4mm、种箱速度0.240m/s (长粒)。

4验证试验

在水稻钵盘精量播种试验台上，当型孔中心距19.3mm、稻种垂直位移29mm、秧盘与型孔中心距偏差13mm、型孔直径10mm、型孔厚度4mm、种箱速度0.290 m/s(短粒)，型孔直径11mm、型孔厚度4mm、种箱速度0.240m/s(长粒)的条件下，分别对品种为空育131、垦鉴稻3号的水稻芽种进行播种试验，通过统计分析获得播种合格率、损伤率的值分别为：94.81%、0.479%(短粒)；95.37%、0.368%(长粒)。根据文献[13]可知育秧盘整体播种器技术经济指标为：播种合格率>90%、损伤率<3%。可见，上述性能指标满足技术要求。

5结论

1)通过二次正交旋转回归分析，以水稻品种为空育131、垦鉴3号为研究对象，建立了型孔直径、型孔厚度、种箱速度与性能指标间的非线性回归模型。

2)水稻品种为短粒时，对播种合格率和损伤率影响的主次因素均为型孔直径、型孔厚度、种箱速度；水稻品种为长粒时，影响播种合格率和损伤率的主次因素不同，分别为型孔厚度、种箱速度、型孔直径(长粒)和型孔直径、种箱速度、型孔厚度(长粒)。

3)在一定条件下，分别对品种为空育131、垦鉴稻3号的水稻芽种进行播种试验，通过统计分析获得播种合格率、损伤率的值分别为：94.81%、0.479%(短粒)；95.37%、0.368%(长粒)。

4)通过试验验证得到在较优工艺参数组合条件下播种合格率、损伤率分别为：94.81%、0.479%(短粒)；95.37%、0.368%(长粒)。

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Experiments on Rice Bowl Dish Precision Seeder Long and Short Paddy Grain in Seeding Processing

Tao Guixiang, Yi Shujuan, Liu Yongfen

(College of Engineering Heilongjiang Bayi Agricultural University , Daqing 163319，China)

Abstract：In order to optimize the parameters of the rice Bowl-dish precise seeder to improve the plant performance, the three factors five levels quadratic orthogonal rotational regression experiment has been conducted by using rice bowl-dish precise seeder, studying the effect on seeding rate and the damage rate by the shaped hole diameter, shaped hole thickness, seedbox speed. Empty test is commonly used in Heilongjiang province rice varieties kongyu131(long grain) and kenjian3(short grain)，The results shows that the order of factors affecting rice seeding rate is the type of hole diameter, shaped hole thickness, seed box speed(short grain), shaped hole thickness, seed box speed , the type of hole diameter (long grain); the order of factors affecting rice injury rate is the type of hole diameter, shaped hole thickness, seed box speed(short grain), the type of hole diameter, seed box speed, shaped hole thickness (long grain).The result including more optimal parameters(the type of hole diameter is 10mm, shaped hole thickness 4mm; seed box speed 0.290m/s(short grain) and the type of hole diameter is 11mm, shaped hole thickness 4mm; seed box speed 0.240m/s(long grain)respectively) and performance indicators(the seeding rate is 94.81%; damage rate 0.479%(short grain) and the seeding rate is 95.37%; damage rate 0.368%(long grain) )provide the basis for design and performance improvement of bowl-dish precision seeder.

Key words：rice; bowl-dish precision seeder; long and short paddy; seed

文章编号：1003-188X(2016)04-0158-07

中图分类号：S223.1

文献标识码：A

作者简介：陶桂香(1976-)，女，山东单县人，副教授，博士,(E-mail)tgx1996@163.com。通讯作者：衣淑娟(1965-)，女，山东栖霞人，教授，博士生导师， (E-mail)yishujiuan_2005@126.com。

基金项目：“十二五”国家科技支撑计划项目(2014BAD06B01)；黑龙江省科学基金项目(E2015033)；黑龙江八一农垦大学科研启动基金项目(DXB2013-20)

收稿日期：2015-03-31