水稻钵苗移栽机作业质量测试方法研究

孙 超，陈兴和，叶宗照，孙丽娟，冯 健，刘声春，朱 良

(农业农村部农业机械试验鉴定总站，北京 100122)

0 引言

水稻机械化种植技术近年来发展迅速，传统的水稻机插秧技术推广应用不断普及，新型的水稻机械化移栽和精量直播等技术快速推广[1-2]。农业部统计数据表明：2010年全国水稻机械种植率为20.86%，2016年为44.45%，增长率为113.08%[3]，先进适用的水稻机械化种植技术和装备为水稻全程机械化生产奠定了坚实基础。

作为一种新型水稻机械化栽植技术，水稻钵苗移栽相对于传统的盘育毯状小苗机插技术和机械抛秧技术具有独特优势，其育出的秧苗个体发育好、秧龄弹性大、病虫害较少[4-5]，且钵苗移栽能够克服毯状苗机插过程中勾秧、伤根和均匀性低等不利现象[6-7]。独特的水稻钵苗带土浅栽避免了裸根苗栽插缓苗期长的劣势[8]，实现了钵苗有序成行移栽[9]，栽植的水稻穗型整齐、成熟度好，不仅有利于后续机械化作业，更有利有于增产增收。

作业质量是制约水稻栽植机械能否推广应用的先决条件。水稻机械化栽植易出现伤秧、漂秧、翻倒等不良现象，影响机械化作业效果。作为一种新型产品，水稻钵苗移栽机作业质量测试大多借鉴水稻插秧机械的测试方法，在实际测试中还存在方法不固定、操作不规范等问题，影响对产品性能的科学评价。因此，研究规范统一的水稻钵苗移栽机作业质量测试方法，不仅能够判断产品是否适合推广应用，还能通过分析作业质量对产品提出改进及优化建议，推动水稻钵苗移栽技术和装备不断发展。

1 测试方法的确定

1.1 钵苗移栽作业过程分析

水稻钵苗移栽作业是利用水稻钵苗移栽机将培育在营养土钵中的水稻秧苗连同土钵一同有序减伤浅栽到水田中的过程[10-12]，其核心工序是取秧、送秧和插秧过程，核心部件是取秧插植机构。常见的取秧插植机构有推送插植式和拔取插植式两类：推送插植式机构通过推出棒将秧盘中的钵苗推出到接苗器，并落放到输送带上，再由种植爪完成栽插过程；拔取插植式机构通过拔秧辊将钵苗夹出，再通过分秧和导秧装置完成栽插过程，或通过行星轮式机构一次完成取秧和插秧过程。

根据水稻钵苗移栽作业原理，在水稻插秧机试验方法的基础上[13]，研究钵苗移栽作业质量测试方法，具体测试指标分试验条件和作业质量两类。试验条件应考虑影响水稻机械化移栽的秧苗条件和试验地条件，作业质量应考察钵苗的栽植深度、完好性及均匀性等作业性能指标。

1.2 试验条件的确定

1.2.1 秧苗条件

秧苗条件的选择需要综合考虑水稻钵苗的特性和机具的特点。水稻插秧机使用毯状秧苗，秧苗分散密布在秧盘上，呈现“一片片”的状态，插秧机构以一定的移距和取秧深度将毯状苗取下并栽插到水田中。水稻钵苗移栽机使用钵体秧苗，水稻秧苗以带土钵的形式均匀分布在秧盘上，呈现出“一簇簇”的状态。针对钵苗移栽的特殊性，在秧苗条件中应以“钵”为单元测量秧苗密度及插前均匀度合格率等秧苗条件，并以空钵率代替插秧机的空格率。此外，对不同类型的钵苗移栽机构，顶出式机构没有移距和取秧深度要求，行星轮式机构应调整后移距和取秧深度与钵体大小一致。因此，水稻钵苗移栽机作业质量测试应主要考虑苗高、叶龄、插前均匀度合格率、空钵率及秧苗密度等秧苗条件。主要指标的计算方法如下：

其中，Rjq为插前均匀度合格率(%)；nh为合格钵数(钵)；Zk为测定总钵数(钵)。

其中，Rk为空钵率(%)；nk为空钵数(钵)。

其中，My为秧苗密度(株/钵)；a为钵体宽度(mm)；s为钵体长度(mm)；Z为测定总株数(株)。

1.2.2 试验地条件

水稻钵苗移栽需要在水田中进行，移栽作业前需要对田块进行整地和泡田，使土壤田面平整、秸秆粉碎，以利于栽植作业。在试验地条件中，泥脚深度制约水稻钵苗移栽机的通过性能，土壤坚实度(锥深)反映田面对移栽机构和秧苗的冲击程度，田面水深影响水稻秧苗栽插完好性。测试时，应尽可能选择面积较大、形状规则的田面进行试验，以利于机手进行操作。因此，水稻钵苗移栽机作业质量测试应主要考虑田面水深、土壤坚实度(锥深)及泥脚深度等试验地条件。

1.3 作业质量指标的确定

水稻机械化移栽作业质量主要包括水稻秧苗栽植的完好性和均匀性。由于钵苗移栽是将整个秧苗钵体移入水田，因此需要以“钵”为单位测量漂秧率、翻倒率及栽秧深度等作业质量。秧苗栽植的完好性主要是指秧苗茎部有无折伤、刺伤和切断现象，秧苗钵体有无漂浮或翻倒等影响秧苗生长的情况，秧苗钵体的栽秧深度是否符合农艺要求等。秧苗栽植的均匀性主要是指秧苗钵体在栽插后的均匀度，是否存在严重的漏栽和重栽等现象。因此，水稻钵苗移栽机的作业质量测试应主要考虑伤秧率、漂秧率、翻倒率、漏栽率、均匀度合格率及栽秧深度等作业质量指标。主要指标的计算方法如下：

其中，Rs为伤秧率(%)；Zs为伤秧株数总和(株)；Z为测定总株数(株)。

其中，Rp为漂秧率(%)；Xp为漂秧穴数总和(穴)；X为测定总穴数(穴)。

其中，Rf为翻倒率(%)；Xf为翻倒穴数总和(穴)。

其中，Rl为漏栽率(%)；Xl为漏栽穴数总和(穴)。

其中，Rj为均匀度合格率(%)；Xb为合格穴数(穴)。

2 试验过程

2.1 试验材料

试验采用2Z-6型水稻钵苗移栽机，其结构型式为高速乘坐式，主要由汽油发动机、行走机构及移栽机构等部件组成，配套汽油发动机(功率7.7kW，转速3 600r/min)，工作行数为6行，行距为300mm，穴距为5挡调节(210、180、160、140、120mm)，栽秧深度为6挡调节(15mm～44mm)，移栽机构为高速回转式。试验在安徽省淮南市进行，试验使用的水稻秧苗采用钵体软盘育秧，水稻品种为皖稻121。

2.2 测试过程

2.2.1 试验条件测定

试验开始前，按照五点法在测区内取样，分别测定田面水深、土壤坚实度(锥深)和泥脚深度。

从秧箱中随机取出已栽插1/3的5块秧盘，从每块秧苗中随机取10株秧苗，测定苗高和叶龄片数，再从每盘钵苗中随机取10钵，清数每钵上的秧苗株数，根据当地农艺要求的均匀度合格范围，计算插前均匀度合格率、空钵率和秧苗密度。

2.2.2 作业质量测试

在测区内随机选取3个小区，用于作业质量测试，小区距田边大于一个工作幅宽。在每个小区在全幅宽内各测100穴，测定并记录每穴株数、伤秧株数、漂秧穴数、翻倒穴数和漏栽穴数，计算伤秧率、漂秧率、翻倒率、漏栽率和均匀度合格率。此外，在每个小区内任选一行,连续测取10穴秧苗的栽秧深度，取平均值。

2.3 试验结果

2.3.1 试验条件测定结果

对试验条件进行测定，结果如表1所示。

表1 试验条件测定结果

对试验样机进行使用前调整，移距和取秧深度均为19mm，穴距为180mm，插秧深度为20mm，作业挡次为前进挡。

2.3.2 作业质量测试结果

根据试验方法对水稻钵苗移栽机进行作业质量测试，试验过程中水稻钵苗移栽机的平均作业速度为1.17m/s、平均穴距为175mm。作业质量测试结果如表2所示。

表2 水稻钵苗移栽机作业质量测试结果

Table 2 The measurement results of working quality of rice

potted-seedling transplanter

项目单位测定结果项目单位测定结果伤秧率%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均匀度合格率%80.6±3.5栽秧深度mm20.5±1.2

3 结果分析

3.1 试验条件分析

对比同期开始育秧的钵苗和毯状苗，钵苗的苗高、叶龄和插前均匀度合格率均高于毯状苗(表3)，证明钵苗育出的秧苗发育情况更好，优势明显。

表3 钵苗与毯状苗秧苗条件对比

分析钵苗秧盘均匀性，每钵秧苗株数基本分布在3～9株的合格范围内，其频数分布集中(见图1)，仅有2钵的秧苗株数为2株。这说明，钵苗育秧的均匀度很好，有利于进行移栽作业。

图1 试验前秧苗株数频数分布

在试验地条件中，田面水深为2.7cm±0.6cm，田面中水浅且均匀，有利于移栽作业进行。泥脚深度为9.0±2.0cm，其标准差较大，证明田面泥脚深度分布不均，可能会影响水稻钵苗移栽机作业的稳定性。土壤坚实度(锥深)为8.7±0.6cm，其标准差较小，证明田块硬度较均匀，整地作业质量好。采用独立样本t检验对泥脚深度和土壤坚实度(锥深)之间的差异进行比较，得出p=0.795，高于α=0.05的水平。由此证明，泥脚深度和土壤坚实度(锥深)之间的差异不显著，二者基本等同，栽秧过程中秧苗受到的冲击不会显著增加，有利于栽植作业进行。

3.2 作业质量分析

作业质量测试结果表明：2Z-6型水稻钵苗移栽机试验中的漂秧率、翻倒率较低，分别为0.5% ± 0.2%和0.6%±0.4%。这说明，在较好的田面水深等试验条件下移栽机构能够完成栽秧作业。采用钵苗移栽方式的栽秧深度为20.5±1.2mm，明显低于传统的水稻机插秧作业，有利于秧苗生长[14]。

试验中秧苗的均匀度合格率较低，仅为80.6%±3.5%，漏栽率较高，达到2.8%±1.9%，两项指标均较插前状态大幅降低。分析试验后秧苗的频数分布图(见图2)可知：秧苗株数在3～9株的合格范围外的频数大幅增加，且秧苗株数小于3的频数较大于9的更多。这说明，钵苗移栽机的移距和取秧深度较小，导致取下的钵苗株数偏少，取秧量还不够精确。

图2 试验后秧苗株数频数分布

试验中产品的伤秧率较高，达到3.5% ± 1.0%。引发伤殃主要有试验地条件不适宜、移栽机构取秧损伤大等因素。试验条件分析表明：高速回转式移栽机构在栽秧过程中秧苗受到试验地的冲击并未显著增加，说明伤殃发生在高速回转式移栽机构取秧的过程。因此，应当优化移栽机构的结构和工作参数，必要时设置缓冲装置[15]，减少取秧过程中的秧苗损伤，提高取秧精确度。

4 结论

1)建立了水稻钵苗移栽机作业质量测试方法，以钵为单位测定空钵率、秧苗密度、插前均匀度合格率等秧苗特性指标，以穴为单位测量漂秧率、翻倒率、漏栽率、均匀度合格率等作业质量，提出的方法能够完成对水稻钵苗移栽机的作业质量测试。

2)对2Z-6型水稻钵苗移栽机进行作业质量测试，结果表明：采用水稻钵苗育秧的秧苗和试验地条件优良，适宜进行钵苗移栽作业，产品的漂秧率、翻倒率、栽秧深度较好；但伤秧率、漏栽率、均匀度合格率较差。分析表明：应对产品的钵苗移栽机构进行优化设计，设定适宜的取秧量，并减少取秧过程中移栽机构对钵苗的损伤，提高水稻钵苗移栽机的作业质量。