水稻秧棚苗床平地机的研究现状与发展趋势＊

陆博远 ， 万 霖 ， 车 刚 ， 田雨琪

（黑龙江八一农垦大学工程学院，黑龙江 大庆 163000）

0 引言

水稻是我国的主要粮食作物，种植面积占全国谷物种植面积的30%，产量约占全国谷物产量的一半[1-2]。作为北大仓的黑龙江省，粮食总产量位居全国首位，商品粮产量也是全国第一。其中水稻是黑龙江省重要的粮食作物，该省水稻种植面积不断提高，从2010年的近314万公顷增加到2019年的近390万公顷，增加了76万公顷，种植面积的提高和发展意味着对水稻育秧的需求大大增加。

黑龙江省是寒地水稻的产区，土地积温对比华中等地区低很多，所以延长水稻生长周期至关重要。在东北地区通过水稻育秧大棚来增加水稻生长过程中的积温，改善在室外生长阶段的积温不足的问题，是非常有效且常见的一种水稻育秧的方式。水稻标准化育秧大棚是针对东北水稻产区和作业时间较早的稻米季节气温低的特点，通过大棚提高温度、精选种子品种、精准播放种子、精确对准施肥、加强病虫害防治、培育壮秧等相关技术，实现水稻的增产丰收。大棚育秧能提高水稻的抗寒抗旱能力。同时具有扣棚早、保温效果好、集约化程度高，省工时、省人力、便于集中管理等优势，通过试验和基层调查的对比可以看出，水稻大棚基质育秧所育秧苗根系发达，苗身健壮整齐，不易倒伏，适宜于下个阶段的机插作业。栽培后的缓苗时间短，成苗速度快，秧苗栽插的成活率高也是大棚育秧的优势之一。

因此，必须结合适合东北水稻种植方式的现状，认识到水稻大棚育秧技术的优势，不断加大对大棚育秧技术的研究力度，促进水稻生产能更好地发展，最终实现水稻产量的提高和经济收益的提升。通过总结分析现阶段存在的技术问题，笔者发现，其中的水稻育秧大棚的机械配套设施不完善尤为突出，导致从根本上难以形成标准化作业要求。主要表现在自身标准化秧棚的苗床凹凸不平，不在同一水平面，会出现后续秧棚作业机械难以适应当前秧棚苗床实际环境，造成后来起苗和移栽作业出现漏起等现象，并且目前国内没有较为理想的适合秧棚内部的小型苗床精整地机械，多为人工找平，不仅土地平整度难以保证，而且浪费大量的劳动力，也会造成不必要的经济支出。

1 平地机研究现状

自从19世纪出现最早的平地机以来，经过近百年的发展，专家学者不断地改进与实验创新，平地技术已经应用于工程施工、工程测量、建筑和农业等诸多领域。

1.1 国外研究现状

20世纪70年代，美国首次将激光技术使用在农用平地机械上。到20世纪的80年代中后期，平地技术依靠电子控制等领域的技术，开始了一次高速发展。美国、加拿大等欧美发达国家已经广泛应用农业上的激光平地系统。20世纪90年代，伴随着半导体技术的推广应用。一些发达国家采用以半导体技术为基础的红外激光设备，使得平地精度和作业半径大大增加[3]。最突出的就是美国和葡萄牙两个国家，葡萄牙机械设备的平地精度误差不足1.7 cm；美国机械设备的平地精度误差不足1.2 cm，同时，作业半径扩大到200 m。

经过几十年的发展，国外农用平地机械设备的结构形式方面的改变小，但是驾驶人员的舒适度有所提高，并且在平地系统中添加了微电脑控制系统，提高了平地机械智能化程度和人员安全方面的保障，既降低了能源消耗，也减少了环境污染，向低能耗、低污染、可持续性方面发展。但这类平地机械设备都具有体型庞大特点，在水稻标准化秧棚中难以使用，且价格昂贵，高于同等国产机械3倍以上，农户难于负担，不符合中国国情，推广起来难度较大。

1.2 国内研究现状

1995年，黑龙江农垦的研究人员研制了一种新型的1JPY-6型激光平地机[4]，平地的精度误差为1.5 cm左右，该机型代表了当时国内最先进科研水平。2001年，黑龙江八一农垦大学的研究人员开发了一种1PJ2-3型激光平地机。吴明良为解决旧式水田耕作机具重量过大、稳定性差等方面问题研制出1ZS-20型水田耕整地机。2013年，河北农业大学的唐明、崔保键、袁永伟等人设计了一种专门针对温室大棚里土地平整度问题的温室电动旋平机，该机械具有整机小巧简单、无污染、精度较高等特点，但是动力来源是电力驱动，在东北旱地推广难度较大。同时，相对于其他机型，日后维修的零件匹配性难以保证，增加了维修费用。山东理工大学的李腾、刁培松等人研制了一种液控智能激光平地机，机型为12PJY-3A，加上智能化的液压控制系统让平地的效果和平地精度更好一些。姚东伟、刘存祥针对我国土地集约化农业耕作现状设计了一款JPD-360型旱地激光平地机，解决了当时平地机的适应性差和作业抖动造成信号中断失准等问题。2018年，昆明理工大学的杨青丰针对平地机在水平控制方面的缺陷设计一种搅浆平地系统。近年来，对于平地机的结构创新方面较少，大部分学者和研究人员在平地系统方面的研究较多。

2014年，胡炼等人设计了1PJ-4.0型水田激光平地机，使得平地机的平地效果得到了较大提升，同时，使工作部件的反应时间大幅度缩小，提高了工作效率。2016年，杨伟伟等人优化了现有水田激光平地机的控制系统，使得控制系统更加人性化和智能化。2019年，周浩等人设计了一款新型的激光控制打浆平地机[5]，一次性实现了水田作业的打浆和平地作业，节约了工作时间，提高了工作效率。同年，胡炼、杜攀设计一种悬挂式的多轮支撑旱地激光平地机，因为多轮支撑，所以极大地减少了支撑轮对松软土壤的压实轮辙，该机型在小地块的田间作业有一定优势。

综合国内文献可知，国内学者和研究人员开展了大量针对水田或者旱田等大地块的田间大型平地机的研制，但是针对育秧大棚中的小型平地机械的研究较少。而且近年来的发展趋势是结合现有的激光技术，使得土地平整度更高，对于水稻育秧大棚内的相对于封闭的小地块而言，采用激光平地装备设施不仅会加大平地作业的复杂性和不确定性，同时在一定程度上也会增加不必要的成本支出。

2 苗床平地机存在的问题

1）目前国内外平地机型皆是大型机械应用于大田作业较多，反观小地块和棚室作业的机型少之又少。

2）人工找平难以达到上实下虚的秧棚农艺要求，也不能制定出符合作业要求的苗床平整度标准。

3）摆盘前的春季，单纯运用人工不仅平整度差，而且增加作业成本，农户们急需一款可靠实用的苗床机械进行平地作业。

3 水稻苗床平地机的发展趋势

1）发展前景大，目前国内外没有相对于水稻秧棚苗床的平地机械，研究此机械可填补相关平地机械的空白。

2）科学技术性好，传统的人工找平的方法，难以达到相关的农艺要求，会造成秧盘的高低不平，不利于稻苗的生长发育。

3）节约成本，符合政策。用机械代替人工，不仅节约人工成本，同时还可以提高作业效率，一举两得。有利于实现水稻生产全程机械化，符合现代化农业发展的大方向。

4 结语

水稻秧棚苗床平地机是一个集机械、电子、液压等多方面于一体的复杂机具，因此，需要专家和学者不断进行创新与改善[6]。由于水稻秧棚的复杂性和空间狭小性，这就决定了该机具必须具有结构紧凑、效率高等特点。所以，如何将该机具完善和投产使用，服务于广大的农民群众，需要各位专家和学者的不懈努力。