插秧机滑转率与种植密度的田间测试研究

易文裕，应 婧，熊昌国，余满江，庹洪章

(1.四川省农业机械研究设计院，成都 610066；2.农业部丘陵山地农业装备技术重点实验室，成都 610066)

0 引言

水稻机插秧是我国水稻种植普遍采用的方法，按照农艺要求的种植密度进行机插秧是水稻稳产增产的基础。叶丹杰等在水稻精确定量栽培关键技术研究中提出水稻精确定量栽培关键是把握壮秧、密度、施肥和管水等四大关键技术[1]。目前，市场上多行插秧机几乎行距都是固定的，在插秧机作业过程中可以保证秧苗行距一致，但由于水稻秧田土质和泥脚深度的差异，插秧机在插秧行走时的滑转率差异很大；而滑转率直接关系到株距大小，滑转率越大秧苗株距越小，株距精确定量难以保证，造成水稻机械化田间种植密度依靠推算无法精确统计，难以达到农艺要求的种植密度。

目前，有关机插秧滑转率和种植密度田间测试的研究还未见报道，关于水层深度对插秧机滑转率和田间种植密度的影响研究更未见报道。插秧机行走机构的通过性与土壤承受压强有密切关系[2]，泥脚越深，土壤承压强度越低，插秧机越容易打滑，种植密度随机性越大，难以满足农业种植密度要求。朱亚东在水稻生产全程机械化关键环节的配套装备研究中指出：机插秧对水田整地的要求较高，要求田平、底实、地表无残茬、泥脚较浅[3]，一般要求田块平整、水层平均深度2cm左右。目前，水稻田间种植密度计算主要以插秧机厂家性能参数中的行距和标定株距为计算依据，依照此法计算出的种植密度没有考虑到插秧机作业时的滑转率，计算结果与实际种植密度存在较大差异，更不适合作业条件不佳的冬水田。易文裕等针对泥脚深度30cm以上的冬水田，研制了一种2行步进式插秧机，经在冬水田试验测试，秧苗栽插质量有一定幅度提高，但工作效率低、经济性差[4]。

根据徐富贤等对冬水田杂交中稻栽秧密度的研究，头季产量、再生稻产量及两季总产在15.16万穴/ hm2的密度下，等行距栽培比三角形栽培增产作用大[5]。徐富贤等针对冬水田水稻生长季节气候特点，提出“稀植足肥”的栽培策略[6]，在10.76万穴/ hm2的密度下取得较高产量。

本试验研究以15.16万穴/ hm2和10.76万穴/ hm2两种种植密度为试验设计依据，进行了插秧机田间无载荷滑转率试验、模拟满载荷滑转率试验和实际插秧试验，并在田间测试了不同水田插秧机滑转率和种植密度，研发了插秧机滑转率和田间种植密度测试装置，为冬水田机械化生产奠定了坚实基础。

1 材料与方法

1.1 试验测试装置

本试验测试装置安装在步进式插秧机上，包括中央处理器、行走轮转动圈数传感器、田间位置采集摄像头、无线路由器或GPRS及手机终端5部分，如图1所示。

1.中央处理器 2.插秧机 3.无线路由器或GPRS 4.田间位置采集摄像头 5.行走轮转动圈数传感器 6.手机终端APP图1 试验测试装置结构示意图

测试装置在插秧机作业时由传感器记录输出行走轮的转动圈数n；根据公式(1)，中央处理器计算得出理论行走距离L，田间位置采集摄像头记录插秧机位置坐标计算得出实际行走距离Lp；根据公式(2)直接输出插秧机滑转率；根据实际行走距离Lp计算出的株距和固定行距30cm输出种植密度。

理论行走距离采用的公式为

L=πDn

(1)

式中D——行走轮直径，D=642mm；

n——轮子行走圈数。

滑转率采用的公式为

(2)

式中δ——滑转率(%)；

LP——实际行走距离(mm)。

1.2 无载荷和模拟满载荷的滑转率试验

无载荷滑转率试验直接采用测试装置，即插秧机在空机状态下进行；模拟满载荷滑转率试验在试验测试装置插秧机上采用砝码模拟实际插秧作业载荷进行加载后进行。模拟满载荷总质量约60kg，采用7个砝码并用软绳捆扎固定。

试验地点在泸县，无载荷滑转率试验于2016年3月19日进行；模拟满载荷滑转率试验于2016年4月1日进行。

1.3 普通水田和冬水田实际插秧滑转率对比试验

试验于2016年5月21日在泸县进行。普通水田1泥脚深度为12cm，水层深度为1～3cm；普通水田2泥脚深度为14cm，水层深度为1～3cm；冬水田3泥脚深度为21cm，水层深度为2～5cm；冬水田4泥脚深度为32cm，水层深度为2～5cm。普通水田和冬水田实际插秧滑转率对比试验采用试验测试装置加载秧苗进行。

1.4 冬水田实际插秧滑转率正交试验

试验于2016年4月15日在泸县进行。正交试验设计方案如下。

1.4.1 试验参数选择

1)3个品种及育秧。根据农艺要求，选取了3个品种，分别为：宜香优2115，千粒质量32.8g；旌优127，千粒质量28.3g；内香8514，千粒质量29.5g。2016年3月11日在秧母田播种育秧，播种量71.4g/盘；4月15日插秧，秧龄35天，苗高26～28cm。

2)两类田块。选取有代表性的不同泥脚深度和水层深度的田块：冬水田5泥脚深度25cm，水层深度3～7cm；冬水田6泥脚深度29cm，水层深度8～11cm。

3)两种标定株距。根据现有插秧机的标定株距挡位，结合农艺要求选择标定株距21cm和28cm。

4)两种驱动轮。两种驱动轮结构：轮1外径660mm，叶片数量9片，叶片宽度90mm，长度85mm，叶片沿轮1周边均匀分布；轮2外径660mm，叶片数量12片，其中9个叶片宽度90mm、长度85mm，3个叶片宽度100mm、长度120mm，12个叶片沿轮2周边均匀间隔分布。

1.4.2 正交试验方案

本试验设计选用三因素两水平和一因素三水平的混合型正交试验L12(3×24)进行机插秧。三因素两水平分别为标定株距、田块和驱动轮，一因素三水平为水稻品种。因素水平表如表1所示，试验方案如表2所示。

表1 水平表

表2 试验方案

2 结果与分析

2.1 无载荷滑转率试验

无载荷滑转率的测试结果如表3所示。由表3可知：

1)无载荷滑转率与泥脚深度成正比，在泥脚深度25～29cm、水层深度3～11cm的冬水田，滑转率为14.4%～15.5%。

2)无载荷滑转率与水层深度没有明显相关性。

表3 无载荷滑转率测试

续表3

2.2 模拟满载荷滑转率试验

模拟满载荷滑转率测试结果如表4所示。由表4可知：

1)对于泥脚深度25～29cm、水层深度3～11cm的冬水田，模拟满载滑转率为19.5%～22.3%，比空机滑转率增加5.1%～6.8%。

2)模拟满载荷滑转率与水层深度无关。

表4 模拟满载滑转率测试

2.3 普通水田和冬水田实际插秧滑转率对比试验

普通水田和冬水田实际插秧滑转率测试结果如表5所示。由表5可知：

1)在泥脚深度13cm左右、水层深度1～3cm呈花花水状态的普通水田，滑转率为10.7%～12.6%，插秧机滑转率和出厂标识的10%左右滑转率基本一致。因此，采用固定系数11.5%左右的滑转率估算田间种植密度是可行的。

2)在泥脚深度32cm、水层深度2～5cm的冬水田，滑转率高达29.5%～32.5%，再加上插秧机的“漂秧率”、“漏秧率”和“伤秧率”，现有4行插秧机难以保证农业种植密度，不适宜泥脚深度大于等于32cm的冬水田。

3)在泥脚深度21cm、水层深度2～5cm的冬水田，滑转率为15.0%～17.3%。

4)实际插秧滑转率滑转率与水层深度没有明显相关性。

表5 普通水田和冬水田实际插秧滑转率测试

2.4 实际插秧滑转率正交试验

实际插秧滑转率正交试验测测试结果如表6所示。由表6可知：

1)冬水田5实际插秧滑转率比空机滑转率高1.6%，比模拟满载滑转率低3.5%；冬水田6实际插秧滑转率比空机滑转率高2.7%，比模拟满载滑转率低4.1%。

2)对于泥脚深度25～29cm的冬水田，实际插秧滑转率比空机滑转率高1%～3%，比模拟满载滑转率低3%～5%。

表6 实际插秧滑转率正交试验测试

实际插秧滑转率正交试验方差分析如表7所示。由表7可知：C因素田块泥脚深度对滑转率有一定影响，泥脚深度为25cm滑转率要低于泥脚深度为29cm，水层深度对实际插秧滑转率并无影响。

2.5 实际插秧种植密度试验

标定密度为固定行距和标定株距的乘积通过计算得出的密度；测试密度为测试装置输出的种植密度；实测密度为采用GPS测量仪测出总作业面积，再人工统计总作业面积内的实际秧苗数量，通过计算得出的种植密度，种植密度即为实测密度。实际插秧种植密度试验分析如表8所示。

1)测试密度不高于实测密度的8%为合格。根据国家标准《水稻插秧机 技术条件》(GB/T20864-2007)规定，漂秧率和漏插率应分别小于等于3%和5%，即两项之和应小于等于8%。如果测试密度高于实测密度的比值小于等于8%，一是说明插秧机的漂秧率和漏插率符合要求，二是水田泥脚深度和水层深度的条件适宜机插秧，即为合格；否则，不合格。

2)在水层深度8～11cm、泥脚深度29cm冬水田6的测试密度高于实测密度的比值在10.1%～35.1%的范围，远远高于8%。这表明，当水层深度大于7cm时，机插秧种植密度随机性较大，与滑转率无关，难以保证种植密度，主要原因是水层较深容易漂秧和倒秧。在水层深度3～7cm、泥脚深度25cm冬水田5的测试密度高于实测密度的比值在0.8%～7.5%的范围，完全保证种植密度达到农艺要求。

3)测试密度高于标定密度1.2%～7%，测试滑转率高于标定滑转率4.1%～8.8%，测试密度变化趋势与测试滑转率变化趋势基本一致。

4)在水层深度3～7cm、泥脚深度25cm冬水田5的标定密度与实测密度的比值在±5%以内，能够按照标定密度保证种植密度达到农艺要求。

表7 实际插秧滑转率正交试验方差分析

F>F0.01，影响特别显著，记为“**”；F0.01≥F>F0.05，影响显著，记为“*”；F0.05≥F>F0.1，有一定影响，记为“**”；F0.1≥F，看不出影响。

3 结论

插秧机滑转率与种植地区、土壤性能和泥脚深度有关。同一地区，插秧机无载荷滑转率、模拟满载荷滑转率和实际插秧滑转率与泥脚深度成正比，泥脚越深滑转率越高，种植密度差异越大；插秧机滑转率与水层深度无关。

3.1 泥脚深度对滑转率的影响

1)在泥脚深度13cm左右，水层深度1～3cm呈花花水状态的普通水田，滑转率为10.7%～12.6%，插秧机滑转率和出厂标识的10%左右滑转率基本一致。

2)在泥脚深度32cm、水层深度2～5cm的冬水田，滑转率高达29.5%～32.5%，再加上插秧机的“漂秧率”“漏秧率”“伤秧率”，现有4行插秧机难以保证农业种植密度，不适宜泥脚深度大于等于32cm的冬水田。

3)对于泥脚深度25～29cm的冬水田，滑转率为14.1%～19.6%。

3.2 滑转率对种植密度的影响

1)当水层深度小于等于7cm、泥脚深度小于等于29cm时，种植密度和标定密度相差5%以内，实际插秧中能够按照标定密度保证种植密度达到农艺要求，适宜机插秧。

2)当水层深度大于7cm时，机插秧种植密度随机性大，虽然滑转率仅19%左右，但“漏秧率”较高，种植密度与标定密度相差高达28.1%，无法保证农业种植密度。