丘陵区小型化水稻精量直播及同步深施肥智能装备研究

万伟红， 胡 凯， 王 瑛

（江西省农业机械研究所，江西 南昌 330044）

1 概述

水稻是我国主要的粮食，具有极其重要的战略地位和发展潜力。 近年来，随着我国城镇化建设、农村劳动力转移、传统移栽和抛秧等栽培方式的发展，传统的水稻种植模式已经不能完全适应水稻种植现代化的发展需求。 水稻机械化生产越来越受到重视， 受到南方双季稻的生态区域、 环境和气候的影响， 且我国机插栽培技术研发滞后，限制了双季稻机械化发展。 水稻机械直播作为一种轻简的栽培方式，生产成本低，作业效率高，仍是目前农户种植水稻的首选， 且直播栽培方式省去了育秧和移栽等前期准备环节，省去了人工成本和时间，将破胸露白的水稻芽种直接播种于大田。 江西是我国主要的双季稻产区，逐渐形成了直播、移栽、抛秧和机插等多元栽培方式。 截至2017 年，其直播稻面积已高达697.1 万亩。 因此，针对我国农村劳动力现状和水稻种植机械化发展需求， 研发一种成本低廉、高效栽培、轻简化的水稻机械化直播装备成为迫切需要。

2 国内外同类产品和技术情况

水稻直播排种器主要分为机械式和气力式两种，现阶段运用机械式排种器开展水稻种植的比例较大[1-2]。 新疆生产兵团陈学庚等优化改进了鸭嘴式膜上打孔排种器，并研制了一种排种器带式导种装置， 减小了种子的弹跳问题。 美国、欧洲、澳大利亚等采用直播的方式种植水稻，包括飞机撒播和机械条播。 日本洋马公司采用水平圆盘式排种器，久保田、井关和矢崎公司采用调节爪式槽轮穴播排种器，播量可调，通过加大条播外槽轮种槽之间的间距变为穴播。 根据气流方式，可分为气吹式、气吸式以及正负气压式等。 安徽农业大学曹成茂等设计了一种气吹异形孔勺轮式排种器， 且排种器采用坡状型孔的播种性能较优，能满足水稻穴直播的农艺要求。 华中农业大学张顺、 夏俊芳等设计了气力滚筒式水稻直播精量排种器[3]，采用圆锥形型孔和多吸孔吸附充种、 柔性绳结合气吹清种、柔性护种带护种以及气吹防堵，能满足杂交稻的精少量播种要求。 大量国内专家和学者对水稻机械化直播技术和装备开展了技术研究，尤其是机械式和气力式排种器技术，但水稻直播仍缺乏配套的水稻机械化直播装备和作业机具，通过对新装备、新技术和新原理的分析研究，研制一系列水稻机械化直播技术是解决江西地区水稻机械化生产的重要手段，也可解决制约水稻规模化和集成化发展的生产难题。

排肥装置是种植机械的重要组成部分，生产过程中排肥稳定性与均匀性能直接影响到机具施肥效果，当前采用外槽轮排肥器，外槽轮式排肥器对肥料的三维尺寸和机械物理特性都具有较好的适宜性，但由于肥料在实际生产中会出现破碎和粘结现象， 尤其是干燥的颗粒肥在吸潮后，施肥效果变差，排肥量减小，易出现堵塞和粘结，造成排肥效果不好，水稻植物生产也受到影响，机械稳定性和经济性较差，使得农户无法接受此种类型的施肥机具，影响产品和市场的发展。 日本研制的水稻条播机，可实现水稻条播和侧位深施肥；久保田农业机械有限公司研制的水稻多功能乘坐式插秧机施肥深度可达3cm～5cm。 顿国强等优化改进了排肥舌结构，改善了外槽轮式排肥器排肥过程中出现的脉动现象。

针对南方稻区，开展颗粒肥料精量排肥技术与装置研究，对促进机械化肥料深施技术在南方稻区的应用，提高肥料利用率，降低农业面源污染，具有重要的理论与实际应用价值。

3 市场预测和发展趋势

随着国内外水稻直播技术和装备的迅速发展，这种轻简化的作业方式已经获得了广大农民朋友的青睐，无论是目前实际生产中的人工撒播，还是喷直播，都是以直播的方式得到推广和应用， 这种轻简化的直播技术和装备在水稻种植领域占有越来越大的比例。 在农场人口城镇化转移、劳动力人口减少、第三产业人口比例减少、农业机械迅速发展等多重因素影响下， 水稻机械直播技术成为未来发展必不可少的环节，因此，无论是日韩还是欧美，均以水稻机械直播技术作为主要的生产手段， 国内直播技术具有节本增效的优势， 未来发展中将有更多的种植面积和生产投入，因此，水稻直播技术具有较好的生产效率和性能，以满足广大农户朋友的生产要求[4]。

4 研究内容和重点解决的技术关键

4.1 研究开发内容

1）施肥技术研究和排肥装置设计。 目前水稻直播机具大部分采用外槽轮式排肥器， 受到市场上的颗粒肥料影响，在颗粒肥料的填充时，颗粒肥料受到物理作业易破碎， 并产生粉末粘结在排肥器槽轮结构上， 减小了排肥量，无法实现精准排施。 因此，可采用主动轴驱动排肥器来排施颗粒肥， 保证水稻直播的排施肥料过程满足水稻生产的农艺要求， 为水稻精量施肥技术和同步深施肥装备提供参考。

2）水稻直播作业机具研制和搭建试验平台。 针对江西丘陵地区地形地貌，以双季稻产区作为主要研究对象，以小型化水稻精量直播及同步深施肥作业机具为设计目标，与轮式拖拉机进行配套，试制并加工水稻直播样机及同步深施肥智能机具，开展台架试验和田间试验研究。 基于研究结果，测试其作业机具的作业性能，分析各主要影响参数对机器性能的作用规律， 优化设计水稻直播作业机具的关键参数。

3）建立试验基地，开展试验研究与示范推广。 建立水稻机械直播示范基地， 并将研制的水稻精量直播及同步深施肥智能装备运至示范基地开展试验研究， 且追踪水稻参数，通过对比分析，形成主要农艺参数；后期开展不同作业机具的大规模试验示范和应用推广， 以达到节能减排，提高生产效率的目标。

4.2 重点解决技术关键问题

1） 精量排施颗粒肥料是解决同步深施肥智能作业机具的关键， 尤其是作为水稻直播机具的重要组成部分，实现同步深施肥功能，可有效提高肥料的利用效率。

2） 建立水稻直播示范基地， 开展试验研究和示范应用，以促进水稻机械化直播技术的推广应用，提高水稻机械化生产水平，减少农民种植水稻的成本，提高生产效率。

4.3 项目的特色和创新之处

1） 针对农村种植业生产力缺乏、 水稻种植面积下降等现实问题，提出了一种水稻精量直播智能装备和技术方法，提高播量水稻芽种直播的兼容性和适应性。

2） 围绕丘陵区小型化水稻直播装备和技术的缺乏，通过集成关键科学技术， 量化水稻直播质量评价目标，优化水稻直播装置结构，其研究结论可对水稻直播技术和装置研究提供新参考。

5 结语

综上所述， 本文以江西省主要水稻产区作为目标，建立水稻机械直播示范基地，并将研制的水稻精量直播及同步深施肥智能装备运至示范基地开展不同参数的试验研究，且追踪水稻不同生长期的植物参数（出苗率、分蘖期、扬花期、结穗期和成熟期等），通过对比分析，形成主要农艺参数，指导实际生产；后期开展不同作业机具的大规模试验示范和应用推广，以达到节能减排，提高生产效率的目标。