水稻精量穴直播机开沟装置的设计与试验

张明华，王在满※，罗锡文，杨文武，戴亿政，王宝龙

水稻精量穴直播机开沟装置的设计与试验

张明华1,2，王在满※1,2，罗锡文1,2，杨文武1,2，戴亿政1，王宝龙1,2

（1. 华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室，广州 510642；2. 南方粮油作物协同创新中心，长沙 410128）

为解决人工撒播与机械条播表土播种方式存在的苗难齐、产量不稳等问题，根据“精量穴播”、“开沟起垄”的技术思路，对水稻精量穴直播机同步开沟起垄装置的关键部件播种沟开沟器和蓄水沟开沟器进行了研究。根据同步开沟起垄的农艺要求确定适宜直播机水田作业的土壤（壤土和黏土）含水率为50%～58%，并确定了播种沟开沟器及蓄水沟开沟器的外形尺寸分别为50 mm×35 mm×30 mm、80 mm×50 mm×50 mm（上宽×下宽×高度）。对不同开沟方式对水稻出苗、水稻产量及其构成因素的影响进行了对比试验，试验设3个处理：开水沟+开播种沟+机械穴播（W1）、开播种沟+机械穴播（W2）、不开沟+机械穴播（W3），选用杂交稻品种培杂泰丰和常规稻品种玉香油占为试验材料。研究结果表明，与“不开沟+穴播”播种方式相比，开播种沟的播种方式不仅可以保证穴播方式的成行成穴齐苗生长，还可提高水稻出苗率（培杂泰丰提高了13.4%～17.8%，玉香油占提高了12.3%～16.0%）；结实率与产量极显著相关，有效穗数与产量亦具有显著相关性。综合考虑3者的变化程度及趋势，“播种沟+水沟+穴播”播种方式总体优势明显，较不开沟播种方式，在水稻产量方面最高可提高8.10%，且始终保持相对最高产量的效果。开沟装置的设计以及大田试验的验证对水稻机械化穴直播技术的推广应用有重要的指导意义。

农业机械；设计；试验；水稻；精量穴播；同步开沟起垄；开沟器

0 引 言

目前国内水稻直播方式主要有人工撒播和机械直播2种方式。人工撒播难以实现成行成穴种植，受自然因素影响较大，出苗率低，群体结构不合理，疏密不均，导致产量不稳[1-3]。同时，播种沟的质量对种子着床的精确性有影响[4]，良好的播种沟有助于提高水稻种子分布的均匀性和播深的一致性，有利于提高出苗率[5-7]。上海沪嘉系列外槽轮式水稻条直播机和广西大学农机化研究所研制的2BD-8型自走型分流式水稻直播机都采用条播方式，播种量较大，且都将种子播于泥面[8-9]，如播后遇大雨，可能将已播种子冲乱。江苏昆山市农机推广站研制的水稻带式精量条直播机[10]，在塑料底板下装有播种沟开沟器，但开出的播种沟较宽较浅，播后种沟回土性能较差，对播深没有显著帮助。南京农业大学研究了一种轻便式的水稻直播机[11]，以条播方式将种子播在泥面上，再由覆土板抹入泥浆中，虽可减少种子漂浮，但对田面的平整度和泥脚的平整度要求较高，否则会出现覆土板将种子拖拉移位或不能实现覆土的问题。目前的水稻直播技术主要将种子播于表面，没有一定的播深，受雨水等自然因素影响，导致种子在田间的分布不均匀，影响水稻生长群体结构，从而影响出苗率和产量。

国内外农学家研究表明，水稻生产采用湿润灌溉方式，可有效提高水分利用率，有利于作物干物质的积累和产量的提高[12-16]。华南农业大学提出了同步开沟起垄技术[17-19]，并研制成功同步开沟起垄水稻精量穴直播机[20-26]。该技术在田面同时开出播种沟和蓄水沟，播种沟位于两条蓄水沟之间的垄台中间，采用穴播方式将水稻种子成行成穴地播在播种沟中，保证“沟中有水，水不上畦”，有利于实现湿润灌溉。郑天翔等[16]对同步开沟起垄水稻精量穴播技术结合湿润灌溉进行了研究，结果表明可节水30%以上。臧英等[27-28]对同步开沟起垄水稻精量穴播技术对甲烷排放的影响进行了研究，研究结果表明该技术可降低54.55%甲烷气体排放。

本文主要针对水稻精量穴直播机的开沟起垄装置进行研究，设计了播种沟开沟器和蓄水沟开沟器的形状与尺寸，使水稻精量穴直播机有良好的开沟起垄效果；在大田对水稻精量穴播“同步开沟起垄”与“不开沟”2种播种方式进行了对比研究，分析了“同步开沟起垄”对出苗率和水稻产量构成的影响，以期为水稻精量直播技术与机具的优化提供依据。

1 开沟装置总体结构设计

1.1 开沟装置总体结构和设计依据

根据同步开沟起垄水稻机械化穴播技术的技术原理，在精量穴直播作业的同时，采用蓄水沟开沟器开出水沟，在开出水沟的同时形成相应的垄台，采用播种沟开沟器在垄台上同时开出播种沟，如图1所示。

图1 开沟装置总体结构示意图Fig.1 Overall structure diagram of furrowing device

为了达到较好的开沟起垄效果，根据水稻机械化穴直播技术的要求，开沟器必须满足：

1）开沟成形效果好。主要与田块准备有关，包括打田起浆、平整、沉淀和排水等过程，即需要控制田面满足开沟起垄成形的条件。

2）开沟深浅一致。沟形整齐、平直，开沟起垄装置能适应不同泥面情况自适应进行仿形作业。

3）开沟器不缠草。开沟作业时缠草影响开沟效果和播种效果。

4）开沟成形时无壅泥现象。壅泥会影响机器行走性能和覆盖已播稻种，从而影响出苗。

5）结构简单，重量轻，作业阻力小，维护方便。

1.2 播种沟开沟器设计

水稻移栽深度一般为20～40 mm，以此作为水稻机械化穴播技术的播种沟开沟深度的设计依据，即平均开沟深度定为30 mm。为保证大多数的种子可以落入种沟中，需要研究排种器在工作过程种子下落的成穴宽度，即每穴垂直于前进方向的最大距离。

采用水稻精量穴直播机所用的排种器在多功能播种试验台上进行了试验，排种轮转速为60 r/min，输送带的速度为1 m/s，播种高度为180 mm，种子选用破胸露白的玉香油占和秀水134。各取100穴，用直尺测量成穴宽度。试验结果如表1所示。

表1 水稻精量穴直播机播种成穴宽度Table1 Hill width of precision rice hill-drop drilling machine

从表1结果可知，种沟底部的宽度应不小于44 mm，但考虑到播种后，受播种行距（特别是20 cm行距）的限制，播种沟不能过大，否则壅泥现象较严重。若播种沟设计成上下底边分别为50 mm和35 mm的梯形时，以玉香油占和秀水134为例，100%的种子将落入种沟中，98.7%的玉香油占种子和99%的秀水134种子将落入种沟底部。

已有研究表明，沟形呈“U”形或“倒八字”形，有利于回土[29]，但是水稻水田直播时不可覆土过深[30-31]，否则会严重影响出苗率和秧苗素质，播种沟最理想的状态是应随着水稻出苗和生长，慢慢覆盖平整。为此，播种沟的截面采用上下底边为50 mm和35 mm的等腰梯形较合理。考虑水田泥面较软，播种沟开沟器采用滑块型式，如图2所示，播种沟开沟器前端结构设计为尖端圆弧形状，与平端面相比，既能降低工作阻力，又可减少杂草缠绕而影响开沟效果。为了保证开沟的成形性和稻种顺利落到播种沟沟底，播种沟沟壁的泥土回流情况是研究和分析的关键。

图2 播种沟开沟器结构示意图Fig.2 Structure diagram of seeding furrow opener

如图3所示，播种沟沟壁的泥土在开沟器的挤压过程中主要发生塑性形变，部分泥土在开沟器的作用力下有反弹回流的趋势，水平方向的受力Fx为

从式（1）可知，当F与水平方向的夹角θ（°）增大时，Fx变小，有利于减缓泥土的回流，因此，播种沟开沟器的成形部分设计为梯形结构，下端宽度为35 mm，上端宽度为50 mm，更有利于播种沟的开沟成形。

图3 播种沟沟壁土壤受力情况Fig.3 Force situation on soil of seeding furrow wall

根据式（2）可计算稻种下落的垂直方向初速度

忽略空气阻力，根据式（3）可计算稻种下落的距离

式中vy为稻种下落的垂直方向初速度，m/s；v0为种子下落时的速度，m/s；Sy为稻种下落的距离，m；α为型孔中的稻种开始下落的速度方向与水平方向的角度，所选排种器为30°；n为排种器的转速，60 r/min；r为排种轮的半径，0.056 m；g为重力加速度，10 m/s2；t1为稻种从型孔开始下落到落入播种沟沟底所花时间，s。

根据式（3）可知，当投种总高度Sy为180 mm（包括播种沟沟深30 mm）时，t1大约为0.16 s，因此，播种沟泥土回流的较佳时间应大于0.16 s，即可保证大部分稻种顺利落入种沟底。故合适的播种沟开沟器尺寸为50 mm× 35 mm× 30 mm (上宽×下宽×高度)。

田间试验表明，播种沟的成形性能主要受泥面沉实状况、土壤含水量和播种沟开沟器等因素影响。根据大田生产结果，田块平整后一般需要沉实2～3 d，采用滑块式开沟器开沟的成形效果较佳。

1.3 蓄水沟开沟器设计

根据播种沟开沟器的开沟成形机理，蓄水沟开沟器采用相同的开沟原理，也采用梯形形状的滑块式开沟器。由于蓄水沟的沟形尺寸比播种沟大，因此必须分析蓄水沟开沟器的入土条件和工作阻力。蓄水沟越大，蓄水效果越好，但机器工作阻力亦会相应增大，导致作业效率降低，甚至可能造成严重的壅泥现象；反之，蓄水沟越小，工作阻力亦越小，但蓄水效果差；所以必须设计合理的蓄水沟开沟尺寸。根据开沟器在滑板上的安装尺寸，梯形的上下底边分别取80 mm与50 mm；开沟器的成形长度越长，所开沟的成形效果越好，因此开沟器安装面长度可取滑板的地面宽度，为300 mm；考虑降低工作阻力和减少杂草缠绕，蓄水沟开沟器的尖端做成弧形，因此开沟器的成形长度L暂取160 mm，结构如图4所示。

图4 蓄水沟开沟器结构图Fig.4 Structure diagram of water furrow opener

影响蓄水沟开沟器的开沟效果的因素主要有土壤坚实度、土壤压缩性、抗剪强度、抗压强度和土壤塑性等。

根据《农业机械设计手册》（2007）的土壤坚实度曲线[28]可知，同步开沟起垄装置的开沟深度h应该控制在弹性变形与塑性变形阶段内；为了减少开沟作业过程中出现严重壅泥的现象，h不能超过10 cm。

土壤的压缩性可以土壤容积系数q0（N/cm3）表示，一般为5～50 N/cm3。

式中P为压力，N；A为开沟器平均截面积，A=（a +b）·h/2，cm2；h为开沟器开沟深度，cm；a为开沟器上端面宽度，cm；b为开沟器下端面宽度，cm。

式（4）表示土壤被压缩时，压力P与开沟深度h成线性关系，一般是出现在低压状态，因此该公式适合水田湿润状态土壤的分析。

假设开沟起垄装置完全靠自重压入土壤中进行开沟作业，若播种机的质量（包括稻种质量，每个种箱加5 kg稻种）为250 kg，为了在土壤最佳压缩范围内容进行开沟，土壤容积系数q0可取最小值5.0 N/cm3，根据式（4）可计算出开沟器的平均截面积A和开沟深度h。

A·h = P / q0= 250×9.8 / 5.0 = 490 cm3假设开沟器的上、下端面宽度分别为8 cm和5 cm，长度L为16 cm，可得到开沟深度为

h = 490 / (((8+5)/2)×16) ≈ 4.7 cm因此，开沟器高度可取整数5.0 cm，即合适的蓄水沟开沟器尺寸为80 mm×50 mm×50 mm (上宽×下宽×高度)。

根据以上分析，开沟器在合适的外形尺寸时，可满足水田土壤的坚实度和压缩性的要求，在保证开沟效果的同时，也可减少开沟壅泥现象。

1.4 水田开沟作业与土壤含水率的关系

根据上述分析，本研究设计了一种同步开沟起垄装置（图1），每一个播种沟开沟器对应一行排种器，如10行机器对应的是10个播种沟开沟器；每2个播种沟开沟器中间安装一个蓄水沟开沟器，为保证机器的对称性，同时方便田间掉头准确对行播种作业，整套同步开沟起垄装置的蓄水沟开沟器数量为11个。

同步开沟起垄装置田间作业时，实际情况与单个开沟器的开沟理论类似，但开沟器数量增加后，开沟器与土壤相互间的受力情况会有差异。根据图5水田土壤的抗压、抗剪强度与含水率和塑性范围的关系[32]可知，同一类土壤，由于含水率的不同，机械性质也有所不同。水分较低时，土壤坚硬，耕作阻力增加，水分达到上塑限时，开始出现泥浆，最后水分增至饱和状态，也就是水田耕作性能较好的状态；水分增大到上塑限附近时，抗剪强度和抗压强度最小。

图5 水田土壤的抗压、抗剪强度与塑性范围和含水率的关系Fig.5 Relationships between compressive strength, shear strength, plastic range and water content in paddy soil

同步开沟起垄装置作业性能与水田土壤条件（特别是含水率）的关系密切。在保证水田打田起浆和沉实排水的条件下，选择适合开沟播种作业时的泥面土壤含水率至关重要。在湖南长沙、广州华南农业大学跃进北农场、上海松江等地对开沟起垄效果较好的田块取土样调查，测得含水率如表2所示。

表2 开沟效果较好的土壤含水率范围Table2 Range of water content with which opener furrowing is better

根据图5可知，在含水率为40%以上时，水田土壤的抗剪和抗压强度趋于最小值，且达到上塑限值，即同步开沟起垄作业阻力较小，成形性能较好，有利于同步开沟起垄精量穴直播作业。根据表2可知，壤土土壤的含水率为48.7%～55.5%，黏土土壤的含水率为49.3%～57.8%时，开沟起垄效果较好，与图5理论基本相符。

实际上，播种后的稻种在比较湿润（即含水率高，但不淹水）的泥面生长效果会更好，出苗率会更高，综合以上分析，建议在进行同步开沟起垄精量穴直播作业时，在水田泥面保持不淹水和不积水的情况下，土壤（壤土和黏土）含水率为50%～58%时，可获得较好的作业性能和水稻生长效果。

2 同步开沟装置田间对比试验

2.1 试验处理

2012年晚季和2013年晚季2a在华南农业大学实验农场的同一田块共进行了2次试验，选用杂交稻品种培杂泰丰和常规稻品种玉香油占为研究材料。

试验设3个处理：开水沟+开播种沟+机械穴播（W1）、开播种沟+机械穴播（W2）、不开沟+机械穴播（W3），每个小区处理面积为300 m2。

采用华南农业大学研制的水稻精量穴播机（10行、行距20 cm、穴距18 cm）播种，W1处理为正常机器播种，W2处理播种前拆除了水沟开沟器，W3则同时拆除水沟开沟器和播种沟开沟器进行播种。期间田间水肥管理按当地高产栽培方法进行。

2.2 调查内容与方法

1）出苗率调查：在2013年晚季，在播种当天和播种后第15天，分别调查田间每穴播种粒数和每穴出苗数，计算出苗率，每个处理小区共调查100穴。

2）产量构成调查：调查每个处理小区的有效穗数，每个小区重复3次实割1 m2水稻，并取样考种调查每穗总粒数、结实率、千粒质量等，称量得出实际产量。

3）采用Excel 2010进行试验数据的处理和分析。

2.3 结果与分析

2.3.1 不同开沟方式对水稻出苗的影响

表3是2013年试验调查的出苗率情况，对2个品种而言，开播种沟播种处理（W1、W2）明显高于不开沟播种处理（W3）的出苗率，培杂泰丰提高了13.4%、17.8%，玉香油占提高了16.0%、12.3%。

表3 2013年水稻出苗率情况Table3 Rate of seedling emergence in 2013

2.3.2 对水稻产量及其构成因素的影响

表4为2012年和2013年水稻精量穴直播在不同开沟方式下，水稻出苗率情况。从表4的结果中可知，在2012年试验中，对产量而言，培杂泰丰和玉香油占的产量(分别为W1≈W2＞W3；W1＞W3＞W2)均以W1处理最高，相比W2和W3，分别提高了0.12%～1.28%，2.68%～8.10%；培杂泰丰和玉香油占的每穗总粒数也以W1处理最高；对有效穗数而言，培杂泰丰、玉香油占分别以W3、W1处理最高；对结实率而言，培杂泰丰和玉香油占的结实率均以W3处理最高；对千粒质量而言，培杂泰丰、玉香油占分别以W1、W3处理最高。相关性分析结果（表5）表明：结实率与产量极显著相关(P＜0.01，r =0.813 1)，有效穗数与产量亦具有显著相关性(P＜0.05，r =0.703 5)。但3组的结实率之间差异极小（0.3%～1.95%）；2个品种3组处理的有效穗数之间关系不稳定（W3＞W2＞W1；W1＞W2≈W3)。故重点考虑最重要的产量因素，尽管W2与W3之间变化不稳定，但是W1始终保持相对最高产量，较W3提高产量最高可达到8.10%。

表4 不同开沟方式对水稻产量及其构成因素的影响Table4 Effect on rice yield and yield components with different furrow-opening methods

表5 产量与产量构成因素之间的相关性分析Table5 Correlation analysis of rice yield and yield components

在2013年试验中，对产量而言，培杂泰丰和玉香油占的产量分别以W2处理和W1处理最高；培杂泰丰和玉香油占的每穗总粒数均以W1处理最高；对结实率而言，培杂泰丰和玉香油占的结实率均以W3处理最高；对有效穗数而言，培杂泰丰和玉香油占的处理W1≈W2，且明显大于W3，此外，2个水稻品种之间的产量趋势也都表现为W1≈W2＞W3。

结合2a的试验结果表明，W1的总体优势明显，具有较好的水稻产量效果；W2与W3的变化相对不稳定。

3 结 论

1）田间试验结果表明，同步开沟起垄水稻播种方式，可满足水稻机械化穴播技术的农艺要求。

2）根据同步开沟起垄农艺要求确定了适宜作业的土壤含水率为50%～58%，并确定了播种沟开沟器及蓄水沟开沟器的外形尺寸分别为50 mm×35 mm×30 mm、80 mm× 50 mm×50 mm（上宽×下宽×高度）。

3）田间试验结果表明，较“不开沟+机械穴播”播种方式，有开播种沟的播种方式的高培杂泰丰的出苗率提高17.8%，玉香油占的出苗率提高16.0%；“开水沟+开播种沟+机械穴播”播种方式总体优势明显。较不开沟播种方式，水稻产量最高可提高8.10%；而且相对受品种及年份的影响小。

“开沟起垄”技术与“精量穴播”结合，是解决直播稻苗难齐导致的产量不稳现象的有效途径，同时有利于实现水稻节水生产的湿润灌溉技术。因此，在保证不影响机器作业效率和生产成本的情况下，应充分发挥“同步开沟起垄”的技术优势。

[1] 陈翻身，许四五．水稻直播栽培三个技术瓶颈问题形成原因及对策[J]．中国稻米，2006，12(2)：33－34.

[2] 陈万胜．浅谈水稻直播栽培的三大难点及对策[J]．中国稻米，2001，7(1)：33–33．

[3] 殷本华，孙作林．水稻直播技术应用现状、难点问题及对策[J].中国稻米，2005，11(2)：28－28．

[4] Celik A, Ozturk I, Way T R. Effects of various planters on emergence and seed distribution uniformity of sunflower[J]. Applied Engineering in Agriculture, 2007, 23(1): 57－61.

[5] Trapeznikov V K, Ivanov I I, Kudoyarova G R, et al. Effect of heterogeneous distribution of nutrients on root growth, ABA content and drought resistance of wheat plants[J]. Plant and Soil, 2003, 252(2): 207－214.

[6] Liu W D, Tollenaar M, Stewart G, et al. Response of corn grain yield to spatial and temporal variability in emergence[J]. Corp Science, 2004, 44(3): 847－854.

[7] Singh K P, Agrawal K N, Jat D, et al. Design, development and evaluation of furrow opener for differential depth fertilizer application[J]. Indian Journal of Agricultural Sciences, 2016, 86(2): 250－255.

[8] 肖体琼．精少量水稻直播机排种器的设计与试验研究[D]．南京：南京理工大学，2006．

Xiao Tiqiong. Design and Experimental Study on Fine and Small-amount Seed Metering Device of Rice Direct Seeding Machine [D]. Nanjing: Nanjing University of science and Technology, 2006. (in Chinese with English abstract)

[9] 杨坚，韦林，覃振友，等．2BD-8自走型分流式小型水稻直播机[J]．农业机械学报，1998，29(4)：177－180.

Yang Jian, Wei Lin, Tan Zhenyou, et al. 2BD-8 small selfpropelled and shunt direct seeding machine[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Machinery, 1998, 29(4): 177－180. (in Chinese with English abstract)

[10] 许恩龙，夏孝勤，施祺琪，等．我国水稻直播机发展现状与对策研究[J]．安徽农业科学，2013，41(21)：9136－9137．

Xu Enlong, Xia Xiaoqin, Shi Qiqi, et al. Research on the development status of rice direct seeding machine and countermeasure[J]. Journal of Anhui Agricultural science, 2013, 41(21): 9136－9137. (in Chinese with English abstract)

[11] 马广．轻便型水稻直播机的研制[D]．南京：南京农业大学，2008．

Ma Guang. Development of Light-duty Paddy Planter[D]. Nanjing：Nanjing Agricultural University, 2008. (in Chinese with English abstract)

[12] Belder P, Bouman B A M, Cabangon, et al. Effect of water-saving irrigation on rice yield and water use in typical low land conditions in Asia[J]. Agricultural Water Management, 2004, 65(3): 193－210.

[13] Borrell A, Garside A, Fukai S. Improving efficiency of water use for irrigated rice in asemi-arid tropical environment[J]. Field Crop Res, 1997, 52(3): 231－248.

[14] Bouman B A M, Tuong T P. Field water management to save water and increase its productivity in irrigated lowland rice[J]. Agricultural Water Management, 2001, 49(1): 1－30.

[15] Moya P, Hong L, Dawe D, et al. The impact of on-farm water saving irrigation techniques on rice productivity and profitability in Zhanghe Irrigation System, Hubei, China[J]. Paddy and Water Environment, 2004, 2(4): 207－215.

[16] 郑天翔，唐湘如，罗锡文，等．不同灌溉方式对精量超级稻生产的影响[J]．农业工程学报，2010，26(8)：52－55. Zheng Tianxiang, Tang Xiangru, Luo Xiwen. et al. Effects of different irrigation methods on production of precisionhill-direct-seeding super rice[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2010, 26(8): 52－55. (in Chinese with English abstract)

[17] 华南农业大学．一种适应于水稻精量的开沟起垄播种方法：CN101390485[P]．2009-03-25．

[18] 华南农业大学．一种用于水稻精量的同步开沟起垄施肥播种方法：CN101617618[P]．2010-01-06．

[19] 华南农业大学．一种同步开沟起垄施肥铺膜水稻旱方法：201110243532.4[P]．2011-8-12．

[20] 罗锡文，蒋恩臣，王在满，等．开沟起垄式水稻精量穴直播机的研制[J]．农业工程学报，2008，24(12)：52－56．

Luo Xiwen, Jiang Enchen, Wang Zaiman, et al. Precision rice hill-drop drilling machine[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2008, 24(12): 52－56. (in Chinese with English abstract)

[21] 罗锡文，欧洲，蒋恩臣，等．抛掷成穴式水稻精量直播排种器试验[J]．农业机械学报，2005，36(9)：37－40．

Luo Xiwen, Ou Zhou, Jiang Enchen, et al. Experimental research on precision rice direct-seeder with hill sowing[J]. Transactions of The Chinese Society for Agricultural Machinery, 2005, 36(9): 37－40. (in Chinese with English abstract)

[22] 王在满，罗锡文，唐湘如，等．基于农机与农艺相结合的水稻精量技术及机具[J]．华南农业大学学报，2010，31(1)：91－95．

Wang Zaiman, Luo Xiwen, Tang Xiangru, et al. Precision rice hill-direct seeding technology and mechaine based on the combination of agricultural machinery and agronomic technology[J]. Journal of South China Agricultural University, 2010, 31(1): 91－95. (in Chinese with English abstract)

[23] 罗锡文，王在满，蒋恩臣，等．型孔轮式排种器弹性随动护种带装置设计[J]．农业机械学报，2008，39(12)：60－63．

Luo Xiwen, Wang Zaiman, Jiang Enchen, et al. Design of disassemble rubber guard device for cell wheel feed[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2008, 39(12): 60－63. (in Chinese with English abstract)

[24] 罗锡文，刘涛，蒋恩臣，等．水稻精量排种轮的设计与试验[J]．农业工程学报，2007，23(3)：108－112．

Luo Xiwen, Liu Tao, Jiang Enchen, et al. Design and experiment of hill so wing wheel of precision rice direct-seeder[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2007, 23(3): 108－112. (in Chinese with English abstract)

[25] 曾山，汤海涛，罗锡文，等．同步开沟起垄施肥水稻精量旱机设计与试验［J］．农业工程学报，2012，28(20)：12－19．

Zeng Shan, Tang Haitao, Luo Xiwen, et al. Design and experiment of precision rice hill-drop drilling machine for dry land with synchronous fertilizing[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(20): 12－19. (in Chinese with English abstract)

[26] 华南农业大学．一种同步开沟起垄施肥铺膜水稻旱机：201110231283.7[P]．2011-8-24．

[27] 臧英，罗锡文，张国忠，等．开沟起垄方式对水稻分蘖前期甲烷排放的影响[J]．华南农业大学学报，2014，35(2)：96－100．

Zang Ying, Luo Xiwen, Zang Guozhong, et al. Effects on methane emission in the precision rice hill-drop drilled field during the early tillering stage[J]. Journal of South China Agricultural University, 2014, 35(2): 96－100. (in Chinese with English abstract)

[28] Zang Y, Zhang G, Wang P, et al. Effects of precision rice hill-drop drilling on methane emission from paddy field[C]//American Society of Agricultural and Biological Engineers Annual International Meeting 2011, ASABE 2011: 372－379.

[29] 中国农业机械化科学研究院编．农业机械设计手册（上册）[M]．北京：中国农业科学技术出版社，2007，373－385．

[30] 任文涛，韩双，石鹏，等．水稻种绳直播机作业参数对种绳覆土厚度影响的试验[J]．农机化研究，2013，35(5)：167－169．

Ren Wentao, Han Shuang, Shi Peng, et al. Study on the effects of soil covering thickness on working parameter of rice rope direct seeding machine[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2013, 35(5): 167－169．(in Chinese with English abstract)

[31] 惠秀芬，宗淑娟．不同覆土厚度对水稻秧苗素质的影响[J]．农民致富之友，2013(9)：49－49．

[32] 中国农业机械化科学研究院编．农业机械设计手册（下册）[M]．北京：中国农业科学技术出版社，2007，1857－1858．

Design and experiment of furrowing device of precision hill-drop drilling machine for rice

Zhang Minghua1,2, Wang Zaiman1,2※, Luo Xiwen1,2, Yang Wenwu1,2, Dai Yizheng1, Wang Baolong1,2
(1. Key Laboratory of Key Technology on Agricultural Machine and Equipment, Ministry of Education, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China; 2. Southern Regional Collaborative Innovation Center for Grain and Oil Crops in China, Changsha, 410128, China)

In general, manual rice broadcast seeding method has the problems of seedling without the same height, unstable yield, and so on. To solve these problems, the furrowing device of rice precision hill-drop drilling machine was designed and improved, on the basis of the technical idea of “precision hill-drop drilling” and “furrowing and ridging”. The precision rice hill-drop drilling technology with synchronous furrowing and ridging was researched to meet the requirements of rice planting in order. It can create a ridge, open the seeding furrow on the ridge and the water furrow between the ridges synchronously, and sow pre-germinated rice seeds in the seeding furrow. The results of the test in Hunan, Shanghai and Guangdong showed that the suitable water content of loam and clay was between 50% and 58%. According to agronomic requirement of furrowing and ridging, the size of seeding furrow opener (50 mm × 35 mm × 30 mm) and the size of water furrow opener (80 mm × 50 mm × 50 mm) were determined. The furrower must meet the following demands: 1) Good forming effect of ridge and furrow; 2) The furrows had the same depth, and were formed neatly and straightly and could adapt to different mud surface; 3) Furrower would not be wrapped with grass; 4) Furrower was not attached with a large quantity of mud; and 5) Simple structure, light weight and light operation resistance. Based on the rice transplanting depth of about 20-40 mm and the width of seed bed, the seeding furrower had a size of 50 mm × 35 mm × 30 mm; according to the experiments, the water furrower had a size of 80 mm × 50 mm × 50 mm. The effects of different furrow opening methods on seedling-emergence, yield and its component were studied using the compared tests, and the methods included water furrow + seeding furrow + hill-drop drilling (W1), seeding furrow + hill-drop drilling (W2) and hill-drop drilling (W3). Hybrid rice variety (Peizataifeng) and conventional variety (Yuxiangyouzhan) were used as the materials and treated under W1, W2, and W3. The test was conducted in 2012 and 2013. The results showed that compared with the method without furrow, furrowing and ridging synchronously could not only ensure the seedling to grow orderly and evenly, but also increase the seedling emergence rate (17.8% for Peizataifeng, 16.0% for Yuxiangyouzhan). Furthermore, the grain-filling percentage (P＜0.01) and effective panicle number (P＜0.05) were significantly correlated to the yield. Analyses of the change degree and tendency of the 3 furrow opening methods were performed, and the result showed that obvious advantages were exhibited under the W1 treatment, which not only increased the yield by up to 8.10% (compared with W3), but also kept the highest yield while not affected by rice varieties and different years (compared with W2 and W3). Totally, the design of furrow opening device, the suitable mechanical factors and the results of field experiments can be of significance to the extending application.

agricultural machinery; design; experiment; rice; precision hill-drop drilling; synchronous furrowing and ridging; opener

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.05.002

S223.2+3

A

1002-6819(2017)-05-0010-06

张明华，王在满，罗锡文，杨文武，戴亿政，王宝龙. 水稻精量穴直播机开沟装置的设计与试验[J]. 农业工程学报，2017，33(5)：10－15.

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.05.002 http://www.tcsae.org

Zhang Minghua, Wang Zaiman, Luo Xiwen, Yang Wenwu, Dai Yizheng, Wang Baolong. Design and experiment of furrowing device of precision hill-drop drilling machine for rice[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(5): 10－15. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.05.002 http://www.tcsae.org

2016-06-24

2017-03-03

948计划项目（2011-G18(2)）；公益性行业（农业）科研专项（201203059）；863计划项目（2012AA10A501-2）

张明华，男，浙江嘉兴人，博士，主要从事水稻生产机械化研究。广州 华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室，510642。Email：zhangminghuascau@163.com

※通信作者：王在满，男，广东汕头人，博士，副研究员，主要从事水稻机械化生产装备研究。广州 华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室，510642。Email：wangzaiman@scau.edu.cn