插秧機滑轉率與種植密度的田間測試研究

易文裕，應 婧，熊昌國，余滿江，庹洪章

(1.四川省農業機械研究設計院，成都 610066；2.農業部丘陵山地農業裝備技術重點實驗室，成都 610066)

0 引言

水稻機插秧是我國水稻種植普遍采用的方法，按照農藝要求的種植密度進行機插秧是水稻穩產增產的基礎。葉丹杰等在水稻精確定量栽培關鍵技術研究中提出水稻精確定量栽培關鍵是把握壯秧、密度、施肥和管水等四大關鍵技術[1]。目前，市場上多行插秧機幾乎行距都是固定的，在插秧機作業過程中可以保證秧苗行距一致，但由于水稻秧田土質和泥腳深度的差異，插秧機在插秧行走時的滑轉率差異很大；而滑轉率直接關系到株距大小，滑轉率越大秧苗株距越小，株距精確定量難以保證，造成水稻機械化田間種植密度依靠推算無法精確統計，難以達到農藝要求的種植密度。

目前，有關機插秧滑轉率和種植密度田間測試的研究還未見報道，關于水層深度對插秧機滑轉率和田間種植密度的影響研究更未見報道。插秧機行走機構的通過性與土壤承受壓強有密切關系[2]，泥腳越深，土壤承壓強度越低，插秧機越容易打滑，種植密度隨機性越大，難以滿足農業種植密度要求。朱亞東在水稻生產全程機械化關鍵環節的配套裝備研究中指出：機插秧對水田整地的要求較高，要求田平、底實、地表無殘茬、泥腳較淺[3]，一般要求田塊平整、水層平均深度2cm左右。目前，水稻田間種植密度計算主要以插秧機廠家性能參數中的行距和標定株距為計算依據，依照此法計算出的種植密度沒有考慮到插秧機作業時的滑轉率，計算結果與實際種植密度存在較大差異，更不適合作業條件不佳的冬水田。易文裕等針對泥腳深度30cm以上的冬水田，研制了一種2行步進式插秧機，經在冬水田試驗測試，秧苗栽插質量有一定幅度提高，但工作效率低、經濟性差[4]。

根據徐富賢等對冬水田雜交中稻栽秧密度的研究，頭季產量、再生稻產量及兩季總產在15.16萬穴/ hm2的密度下，等行距栽培比三角形栽培增產作用大[5]。徐富賢等針對冬水田水稻生長季節氣候特點，提出“稀植足肥”的栽培策略[6]，在10.76萬穴/ hm2的密度下取得較高產量。

本試驗研究以15.16萬穴/ hm2和10.76萬穴/ hm2兩種種植密度為試驗設計依據，進行了插秧機田間無載荷滑轉率試驗、模擬滿載荷滑轉率試驗和實際插秧試驗，并在田間測試了不同水田插秧機滑轉率和種植密度，研發了插秧機滑轉率和田間種植密度測試裝置，為冬水田機械化生產奠定了堅實基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗測試裝置

本試驗測試裝置安裝在步進式插秧機上，包括中央處理器、行走輪轉動圈數傳感器、田間位置采集攝像頭、無線路由器或GPRS及手機終端5部分，如圖1所示。

1.中央處理器 2.插秧機 3.無線路由器或GPRS 4.田間位置采集攝像頭 5.行走輪轉動圈數傳感器 6.手機終端APP圖1 試驗測試裝置結構示意圖

測試裝置在插秧機作業時由傳感器記錄輸出行走輪的轉動圈數n；根據公式(1)，中央處理器計算得出理論行走距離L，田間位置采集攝像頭記錄插秧機位置坐標計算得出實際行走距離Lp；根據公式(2)直接輸出插秧機滑轉率；根據實際行走距離Lp計算出的株距和固定行距30cm輸出種植密度。

理論行走距離采用的公式為

L=πDn

(1)

式中D——行走輪直徑，D=642mm；

n——輪子行走圈數。

滑轉率采用的公式為

(2)

式中δ——滑轉率(%)；

LP——實際行走距離(mm)。

1.2 無載荷和模擬滿載荷的滑轉率試驗

無載荷滑轉率試驗直接采用測試裝置，即插秧機在空機狀態下進行；模擬滿載荷滑轉率試驗在試驗測試裝置插秧機上采用砝碼模擬實際插秧作業載荷進行加載后進行。模擬滿載荷總質量約60kg，采用7個砝碼并用軟繩捆扎固定。

試驗地點在瀘縣，無載荷滑轉率試驗于2016年3月19日進行；模擬滿載荷滑轉率試驗于2016年4月1日進行。

1.3 普通水田和冬水田實際插秧滑轉率對比試驗

試驗于2016年5月21日在瀘縣進行。普通水田1泥腳深度為12cm，水層深度為1～3cm；普通水田2泥腳深度為14cm，水層深度為1～3cm；冬水田3泥腳深度為21cm，水層深度為2～5cm；冬水田4泥腳深度為32cm，水層深度為2～5cm。普通水田和冬水田實際插秧滑轉率對比試驗采用試驗測試裝置加載秧苗進行。

1.4 冬水田實際插秧滑轉率正交試驗

試驗于2016年4月15日在瀘縣進行。正交試驗設計方案如下。

1.4.1 試驗參數選擇

1)3個品種及育秧。根據農藝要求，選取了3個品種，分別為：宜香優2115，千粒質量32.8g；旌優127，千粒質量28.3g；內香8514，千粒質量29.5g。2016年3月11日在秧母田播種育秧，播種量71.4g/盤；4月15日插秧，秧齡35天，苗高26～28cm。

2)兩類田塊。選取有代表性的不同泥腳深度和水層深度的田塊：冬水田5泥腳深度25cm，水層深度3～7cm；冬水田6泥腳深度29cm，水層深度8～11cm。

3)兩種標定株距。根據現有插秧機的標定株距擋位，結合農藝要求選擇標定株距21cm和28cm。

4)兩種驅動輪。兩種驅動輪結構：輪1外徑660mm，葉片數量9片，葉片寬度90mm，長度85mm，葉片沿輪1周邊均勻分布；輪2外徑660mm，葉片數量12片，其中9個葉片寬度90mm、長度85mm，3個葉片寬度100mm、長度120mm，12個葉片沿輪2周邊均勻間隔分布。

1.4.2 正交試驗方案

本試驗設計選用三因素兩水平和一因素三水平的混合型正交試驗L12(3×24)進行機插秧。三因素兩水平分別為標定株距、田塊和驅動輪，一因素三水平為水稻品種。因素水平表如表1所示，試驗方案如表2所示。

表1 水平表

表2 試驗方案

2 結果與分析

2.1 無載荷滑轉率試驗

無載荷滑轉率的測試結果如表3所示。由表3可知：

1)無載荷滑轉率與泥腳深度成正比，在泥腳深度25～29cm、水層深度3～11cm的冬水田，滑轉率為14.4%～15.5%。

2)無載荷滑轉率與水層深度沒有明顯相關性。

表3 無載荷滑轉率測試

續表3

2.2 模擬滿載荷滑轉率試驗

模擬滿載荷滑轉率測試結果如表4所示。由表4可知：

1)對于泥腳深度25～29cm、水層深度3～11cm的冬水田，模擬滿載滑轉率為19.5%～22.3%，比空機滑轉率增加5.1%～6.8%。

2)模擬滿載荷滑轉率與水層深度無關。

表4 模擬滿載滑轉率測試

2.3 普通水田和冬水田實際插秧滑轉率對比試驗

普通水田和冬水田實際插秧滑轉率測試結果如表5所示。由表5可知：

1)在泥腳深度13cm左右、水層深度1～3cm呈花花水狀態的普通水田，滑轉率為10.7%～12.6%，插秧機滑轉率和出廠標識的10%左右滑轉率基本一致。因此，采用固定系數11.5%左右的滑轉率估算田間種植密度是可行的。

2)在泥腳深度32cm、水層深度2～5cm的冬水田，滑轉率高達29.5%～32.5%，再加上插秧機的“漂秧率”、“漏秧率”和“傷秧率”，現有4行插秧機難以保證農業種植密度，不適宜泥腳深度大于等于32cm的冬水田。

3)在泥腳深度21cm、水層深度2～5cm的冬水田，滑轉率為15.0%～17.3%。

4)實際插秧滑轉率滑轉率與水層深度沒有明顯相關性。

表5 普通水田和冬水田實際插秧滑轉率測試

2.4 實際插秧滑轉率正交試驗

實際插秧滑轉率正交試驗測測試結果如表6所示。由表6可知：

1)冬水田5實際插秧滑轉率比空機滑轉率高1.6%，比模擬滿載滑轉率低3.5%；冬水田6實際插秧滑轉率比空機滑轉率高2.7%，比模擬滿載滑轉率低4.1%。

2)對于泥腳深度25～29cm的冬水田，實際插秧滑轉率比空機滑轉率高1%～3%，比模擬滿載滑轉率低3%～5%。

表6 實際插秧滑轉率正交試驗測試

實際插秧滑轉率正交試驗方差分析如表7所示。由表7可知：C因素田塊泥腳深度對滑轉率有一定影響，泥腳深度為25cm滑轉率要低于泥腳深度為29cm，水層深度對實際插秧滑轉率并無影響。

2.5 實際插秧種植密度試驗

標定密度為固定行距和標定株距的乘積通過計算得出的密度；測試密度為測試裝置輸出的種植密度；實測密度為采用GPS測量儀測出總作業面積，再人工統計總作業面積內的實際秧苗數量，通過計算得出的種植密度，種植密度即為實測密度。實際插秧種植密度試驗分析如表8所示。

1)測試密度不高于實測密度的8%為合格。根據國家標準《水稻插秧機 技術條件》(GB/T20864-2007)規定，漂秧率和漏插率應分別小于等于3%和5%，即兩項之和應小于等于8%。如果測試密度高于實測密度的比值小于等于8%，一是說明插秧機的漂秧率和漏插率符合要求，二是水田泥腳深度和水層深度的條件適宜機插秧，即為合格；否則，不合格。

2)在水層深度8～11cm、泥腳深度29cm冬水田6的測試密度高于實測密度的比值在10.1%～35.1%的范圍，遠遠高于8%。這表明，當水層深度大于7cm時，機插秧種植密度隨機性較大，與滑轉率無關，難以保證種植密度，主要原因是水層較深容易漂秧和倒秧。在水層深度3～7cm、泥腳深度25cm冬水田5的測試密度高于實測密度的比值在0.8%～7.5%的范圍，完全保證種植密度達到農藝要求。

3)測試密度高于標定密度1.2%～7%，測試滑轉率高于標定滑轉率4.1%～8.8%，測試密度變化趨勢與測試滑轉率變化趨勢基本一致。

4)在水層深度3～7cm、泥腳深度25cm冬水田5的標定密度與實測密度的比值在±5%以內，能夠按照標定密度保證種植密度達到農藝要求。

表7 實際插秧滑轉率正交試驗方差分析

F>F0.01，影響特別顯著，記為“**”；F0.01≥F>F0.05，影響顯著，記為“*”；F0.05≥F>F0.1，有一定影響，記為“**”；F0.1≥F，看不出影響。

3 結論

插秧機滑轉率與種植地區、土壤性能和泥腳深度有關。同一地區，插秧機無載荷滑轉率、模擬滿載荷滑轉率和實際插秧滑轉率與泥腳深度成正比，泥腳越深滑轉率越高，種植密度差異越大；插秧機滑轉率與水層深度無關。

3.1 泥腳深度對滑轉率的影響

1)在泥腳深度13cm左右，水層深度1～3cm呈花花水狀態的普通水田，滑轉率為10.7%～12.6%，插秧機滑轉率和出廠標識的10%左右滑轉率基本一致。

2)在泥腳深度32cm、水層深度2～5cm的冬水田，滑轉率高達29.5%～32.5%，再加上插秧機的“漂秧率”“漏秧率”“傷秧率”，現有4行插秧機難以保證農業種植密度，不適宜泥腳深度大于等于32cm的冬水田。

3)對于泥腳深度25～29cm的冬水田，滑轉率為14.1%～19.6%。

3.2 滑轉率對種植密度的影響

1)當水層深度小于等于7cm、泥腳深度小于等于29cm時，種植密度和標定密度相差5%以內，實際插秧中能夠按照標定密度保證種植密度達到農藝要求，適宜機插秧。

2)當水層深度大于7cm時，機插秧種植密度隨機性大，雖然滑轉率僅19%左右，但“漏秧率”較高，種植密度與標定密度相差高達28.1%，無法保證農業種植密度。