水稻钵苗移栽直立度试验研究

蔡 翰，蔡金平，刘木华，肖丽萍，蒲 闯，黄粮粮，邓方迁，梅 宇，梁永安

（江西农业大学江西省现代农业装备重点实验室/工学院，江西南昌 330045）

【研究意义】水稻钵苗移栽是利用钵苗自身重力进行精准移栽的一项水稻机械种植新技术[1]，是对我国传统人工移栽方式的重大改革。因其特殊的移栽方式，移栽后的钵苗直立度大小不一，且钵苗直立度较差，导致钵苗群体立苗时间差异，严重制约群体生长力；立苗是指移栽后非直立苗到直立苗的生长过程，研究表明，钵苗直立度状态与立苗时间长短具有重要联系，对水稻增产具有显著影响。【前人研究进展】水稻农艺专家经过多年试验研究，结果表明水稻钵苗移栽质量高、不伤根、缓苗期短、分蘖早且有效分蘖多、返青快、穗型整齐、成熟一致，乳熟期颖花根活量提高14.2%，千粒质量提高，籽粒更加充实，比毯苗机插增产6.0%～12.6%，具有显著的增产优势[2−12]。同时有试验研究表明带土倾斜苗、带土平躺苗、无土平躺苗的立苗时间分别是4，8，12 d；各苗姿秧苗的理论产量、实际产量由高到低依次为带土直立苗、带土倾斜苗、带土平躺苗和无土平躺苗[13]。由此说明，水稻钵苗落入田中的直立度越大，其立苗时间越短，产量越高。【本研究切入点】从农艺角度来说，水稻钵苗移栽成功的关键是钵苗的直立度状态，即通过水稻钵苗移栽机投放落入田中的钵苗茎干与水平泥面的夹角。本文为更深入了解水稻钵苗移栽对钵苗直立度的影响机制，通过农机与农艺相结合，有效模拟实际水稻钵苗移栽机在水田中的投秧过程；直观地观察水稻钵苗下落到泥土中的直立度效果。【拟解决的关键问题】本研究通过探究适合水稻钵苗移栽的最佳工作环境，为水稻钵苗移栽机的优化设计提供重要理论依据，且在保证钵苗直立度良好的情况下投放钵苗，有效缩减了钵苗立苗时间和立苗所需能量，从而显著提高水稻作物的产量和生长速度。

1 材料与方法

2019年7—8月，在江西农业大学工学院江西省现代农业装备实验室土槽台上完成试验。选择中嘉3号为试验品种。

1.1 试验装置及工具

水稻钵苗直立度测试试验台，如图1、图2所示。主要由试验台架、同步带输送装置、调速电机、输秧筒、台架板高度调节横梁、同步带预紧装置、四轮行走装置及霍尔元件组成；试验所需的主要工具包括：卷尺、角度测量尺等。

图1 试验台俯视图Fig.1 Top view of test device

图2 试验台侧视图Fig.2 Side view of test device

试验台架下端的四轮行走装置带动整个试验装置在土槽上行走；霍尔元件实时显示电机转速值，测量精度精确到0.01 r/min；同步带输送装置和预紧装置保证秧苗顺利地输送到下方的输秧筒Ⅰ中；台架板可实现升降，其升降最大行程为1 m。为避免台架在行进过程中由于重心过高导致摇晃，在试验台架两侧设有呈三角放置的支撑横梁。

1.2 试验方法

首先将所选品种置于在钵盘中进行培育。采用单因素重复试验法，每组重复10次。保证其它可控试验因素一致的情况下，分别研究在投秧过后钵苗秧龄（19，24，29 d）、前进速度（0.46，0.35，0.23 m/s）和落秧高度（680，780，880 mm）对水稻钵苗直立度的影响，分析钵苗直立度在各个因素不同水平下的变化情况。结合正交试验法，综合分析各试验因素对水稻钵苗直立度的影响，选取三因素中最优水平组合。

试验育秧采用手抛434孔式钵盘，每穴深度为17 mm。播种时控制底层土厚度在13 mm左右，单钵播种量在3～5粒，最后覆土至钵体口。播好种的秧盘置于土槽上培育，育秧时间在6月23日，盖上一层薄膜，防止鸟类啄食以及大雨天气冲散种子。秧龄分别为14，19，24，29 d的钵苗的生长状况见图3。

图3 各时段钵苗生长状况Fig.3 Seedling growth status at various period

2 结果与分析

2.1 水稻钵苗直立度试验

2.1.1 秧龄对钵苗直立度的影响 选取秧龄为19，24，29 d的钵苗（3叶1芯）作为试验对象，对应的钵苗平均高度分别为178.5，211.1，237.5 mm（图4）。

图4 各秧龄段秧苗样本长势对比Fig.4 Comparisonof the growth of seeding samples in different ages

试验前先将秧盘从育秧土槽中取出静置0.5 h，再进行试验，以防止钵苗土钵含水率过高影响试验结果。手动取出无任何损伤的钵苗，水平放置在试验台输送带上，每次试验3株，苗株之间距离保持恒定。试验台在试验土槽上的前进速度为0.46 m/s，落秧高度为680 mm，钵苗输送至输秧筒Ⅰ中摆正再经输秧筒Ⅱ落入土槽。钵苗秧龄与钵苗直立度关系见图5。秧苗秧龄过短，质量较轻，移栽后无法深入泥面，秧龄过长，秧苗质心上移易造成倾倒，均致使立苗时间延长，生长周期增加，产量下降。由图可知，秧苗秧龄为24 d时，直立度受秧苗秧龄的影响显著，钵苗掉落在泥土中的直立度较大，且上下偏差值最小；并且在3种水平条件下，直立度变化趋势较大，因此在秧龄为24 d时水稻钵苗移栽直立度状态较佳。在整个试验过程，秧苗每组数据的平均直立度均高于国家最低机械行业标准数值30°。不同秧龄时间段下秧苗样本长势对比见图5。

2.1.2 前进速度对钵苗直立度的影响 前进速度即是水稻钵苗移栽直立度测试试验台沿土槽前行线速度。目前市面上的水稻插秧机最低行进速度在0.5 m/s左右，由于试验台与实际水稻钵苗移栽机结构不同并且试验土槽长度有限，通过调速电机和霍尔元件精准达到3种前进速度（0.46，0.35，0.23 m/s），即调速电机为160 r/min时，试验台前进速度为0.46 m/s。土槽长度大约4 m，每组试验后需将试验台复位再进行试验。调节横梁使落秧高度为680 mm，并在3个秧龄段分别进行试验。不同秧龄情况下试验台前进速度与钵苗直立度关系见图6。在不同秧龄段情况下，试验台前进速度为0.35 m/s时钵苗直立度状态较佳，且钵苗直立度变化值相对于秧龄影响较小。因此，试验台前进速度为0.345 m/s时移栽效果较好，相对秧龄试验因素，前进速度对钵苗直立度的影响程度要次之。试验后钵苗直立度效果见图7。

图5 钵苗直立度与秧龄关系Fig.5 Relationship between upright degree and age of seedling

图6 钵苗直立度与前进速度关系Fig.6 Relationship between upright degree of seedling and the moving speed

2.1.3 落秧高度对钵苗直立度的影响 落秧高度为秧苗从输送带上下落时刻点到水平泥面之间的垂直距离（图8）。参考本课题组水稻钵苗移栽机移栽轨迹落秧点数据，选取落秧高度分别为680，780，880 mm，探讨与移栽后钵苗直立度之间的关系。其中输秧筒Ⅱ出口端面与试验土槽平面之间的垂直距离为300 mm。试验结果见图，水稻钵苗移栽后直立度随落秧高度增大而减小。在落秧高度为680 mm时，移栽后钵苗直立度较高，并且在3个水平阶段的直立度偏差值较小。落秧高度越高，在下落过程中受到空气阻力影响的时间越长，导致钵苗落入泥面的直立度状况较差。因此总结得知：钵苗移栽后直立度随落秧高度增大而减小，在落秧高度为680 mm时移栽效果较好，落秧高度对水稻钵苗移栽后直立度影响程度较低。

图7 试验过程后钵苗直立度效果Fig.7 Effect of the seedling’s upright degree after transplanted

图8 落秧高度示意图Fig.8 Diagram of the falling height

2.1.4 试验综合对比分析 综合上述试验结果，可得各试验因素对钵苗直立度大小影响对比（图10）。钵苗秧龄对移栽后钵苗直立度大小影响最为显著，秧龄为24 d时，试验效果较好；前进速度对直立度的影响次之，且数值为0.35 m/s时，移栽后钵苗直立度状况较佳；钵苗直立度随落秧高度增大而减小，其影响程度最小。

图9 钵苗直立度与落秧高度关系Fig.9 Relationship between upright degree of seedling and the falling height

图10 各试验因素对钵苗直立度大小影响对比Fig.10 Comparison of the influence of various test factors on the seedling’s upright degree

2.2 正交试验

经过上述对三因素的多重单因素试验，分析得知各因素对移栽后钵苗直立度大小都具有不同程度的影响。为了更清楚地了解各因素与移栽后钵苗直立度大小之间的关系，在单因素试验的基础上进行正交试验研究。试验设计采用L9（33）正交试验表，无空白对照，表1、2分别为各因素水平编码表和正交试验设计表。分析获得各因素对移栽后钵苗直立度大小的影响主次顺序，以及寻找一种适合水稻钵苗移栽机进行投秧工作的最佳工作环境。

表1 因素水平Tab.1 Factors and levels

表2 正交试验Fab.2 Orthogonal experiment

由正交试验表和极差分析得知：RA>RB>RC，即各试验因素对移栽后钵苗直立度大小的影响程度由大到小依次为A（秧龄）、B（前进速度）和C（落秧高度），与上述单因素试验分析结果相符合，说明试验分析具有可信度。

综合分析得到，当秧龄为24 d、前进速度为0.35 m/s、和落秧高度为680 mm时，钵苗在经过水稻钵苗移栽机移栽后直立度状况较佳，有助于立苗，实现增产。

3 结论

在秧龄3种水平下，秧苗直立度变化趋势较大，秧龄为24 d时水稻钵苗移栽直立度状态较佳，直立度受秧苗秧龄的影响显著；试验台前进速度为0.35 m/s时移栽效果较好，相对于秧龄试验因素，前进速度对秧苗直立度的影响程度次之；钵苗移栽后直立度随落秧高度增大而减小，在落秧高度为680 mm时移栽效果较好，落秧高度对水稻钵苗移栽后直立度影响程度较低。

结合单因素重复试验与正交试验进行综合分析得知：各试验因素对移栽后钵苗直立度大小的影响程度次序依次为秧龄、前进速度、落秧高度。并且当秧龄为24 d、前进速度为0.35 m/s、和落秧高度为680 mm时，钵苗在经过水稻钵苗移栽机移栽后直立度状况较佳。

在进行与钵苗直立度相关的试验时应注意一些细节：每组试验后，试验台复位，需将试验土槽用工具清理平整，防止上一组试验秧苗下落入泥面形成的泥坑对下一组试验造成影响，并且在用角度测量尺对秧苗直立度进行测量时，应保持人与测量角度平面正对，尽量使钵苗土钵与角度测量尺基点在同一水平面上，以减少测量时的误差。