一种新的水稻种植技术及其装备设计

朱铮涛　张彬　刘德桃　陈益民　黎勉

摘要 针对传统水稻生产中存在的问题，提出了一种新的水稻种植方法，在工厂将优选的水稻种子按照实际种植间距播种到专用的纸膜上，形成水稻种子膜，水稻种植窗口期利用专用的铺膜机将水稻种子膜铺设到田间。该技术具有防草、有效利用秸秆、设备利用率高、改善田间通风环境、节省种子、用高精度机械设备实现精准播种等特点。围绕这一新方法，对生产种子膜的设备进行了研究，完成了送膜机构、供土机构、点种机构、喷胶机构和覆膜机构的原理性设计。原理样机的实验室研究和种子膜的田间试种，证实了水稻种子膜技术的可行性。

关键词 水稻种植;水稻种子膜;点种;喷胶;覆膜

中图分类号 S511文献标识码 A文章编号 0517-6611（2020）22-0206-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.22.055

A New Rice Planting Technology and Its Equipment Design

ZHU  Zheng-tao1， ZHANG  Bin2，LIU  De-tao3 et al

（1.Guangdong University of Technology，Guangzhou，Guangdong 510006; 2.Rice Institute， Guangdong Academy of Agricultural Sciences， Guangzhou， Guangdong 510640; 3.South China University of Technology，Guangzhou， Guangdong 510640）

Abstract In view of the problems existing in traditional rice production， a new rice planting method was proposed， in which the optimized rice seeds were sown on a special paper according to the actual planting spacing in the factory to form a rice seed membrane. During the rice planting window period， the rice seed membrane was laid in the field by a special membrane-laying machine. The technology had the characteristics of grass control， effective use of straw，high equipment utilization rate， improving field ventilation environment， saving seeds， realizing accurate sowing with high-precision mechanical equipment and so on.Centering on this new method， this paper made a related research on the equipment for producing seed membrane， and completed the principle design of membrane feeding mechanism，soil supply mechanism，dibbling mechanism， glue spraying mechanism and membrane mulching mechanism. The laboratory study of the principle prototype and the field trial of seed membrane proved the feasibility of rice seed membrane technology.

Key words Rice planting;Rice seed membrane;Dibbling;Glue spraying;Membrane mulching

作者簡介 朱铮涛（1967—），男，江苏启东人，副教授，博士，从事视觉检测技术和水稻种植机械研究。

收稿日期 2020-01-04

目前，传统水稻种植方式仍然以直播、插秧以及抛秧为主。水稻直播中的旱直播与水直播都可以采用机械化方式。插秧和抛秧可以采用手工及机械两种技术[1]。我国水稻种植区域广，但种植面积小且相对分散，水稻种植窗口期短，我国水稻用机械设备利用率低且使用面积远远小于发达国家。水稻机械化种植水平较高的国家有美国、澳大利亚、日本、意大利和韩国等[2]。美国是最早实现水稻机械化种植的国家之一，目前已实现100%的水稻机械化直播。20世纪90年代，日本开发了很多种水、旱直播机，近些年又开发了环保型直播机，利用废报纸、旧报纸（或再生纸膜）作为覆盖膜[3]，帮助遮挡直射阳光，防止水分蒸发，保水保墒，减缓杂草生长，之后纸膜逐渐分解融入土壤。韩国农业机械化是在20世纪70年代后期发展起来的，旱直播大多采用小麦播种机，将原先的条播改为开沟垄条播加镇压（或覆土），并在原来耕播机器上连接一个镇压器和一个开沟器（或覆土器）。韩国LG公司研制的水稻直播机采用四轮驱动的插秧机底盘[4]，排种器为可调的对插齿形槽轮式。我国水稻的种植区域非常广泛，但机械化种植水平较低，与其他作物的种植机械化程度有明显差距。华南农业大学罗锡文院士开展了水稻精量穴播技术与机具、水田精准平整技术与机具、 农业机械导航关键技术与装备、农业航空关键技术、农情信息获取关键技术等方面的研究，首创同步开沟起垄施肥水稻精量穴直播技术体系[5-6]，成功研制了具有国际领先水平的水稻精量穴直播机和水田激光平地机，在国内首次成功研制无人驾驶水稻拖拉机、插秧机和直播机。笔者在总结现有水稻种植方法和技术的基础上，提出了水稻种子膜的思想，在工厂车间对特殊纸膜实施水稻直播。在水稻种植窗口期，将种子膜铺设到田间，实现水稻种植。

1 水稻种子膜种植技术

水稻种子膜是一种按照实际种植间距排列水稻种子的专用纸膜，水稻种子膜种植技术包括基于水稻种子膜的新型水稻种植工艺及加工制造种子膜的农机装备。与传统水稻种植技术相比，基于水稻种子膜技术的水稻种植具有如下优势。

1.1 专用纸膜解决了秸秆再利用问题

随着人民生活水平和生活方式的转变，农村柴火灶越来越少，科学、有效地实现秸秆还田，能够提高土壤肥力、改善土壤物理性质和提高微生物活性[7]，避免田间焚烧带来的环境污染。以秸秆为原料、利用特殊工艺制成的底膜和面纸，起着承载种子的作用，便于存储和运输，可以控制溶解的时间。底膜位置特殊的工艺孔不影响出苗，溶解的纸膜对土质也不造成影响。

1.2 专用纸膜有效解决了水稻田间除草问题

长期依靠除草剂进行水稻田间除草，对稻田土壤质量的影响不好。4～7 d 腐烂的面纸可防止鸟类、蜗牛等种子的天敌，40～60 d腐烂的底膜可使草种早期见不到阳光，后期没有办法与稻秧争阳光和肥料，使草种不能快速生长，从而解决了水稻田间除草问题。

1.3 种子膜的车间化生产提高了农机的利用率

传统水稻种植窗口期短，水稻作业机械仅在水稻播种和收割阶段使用，成本高，利用率低，限制了企业研制水稻农机的积极性[8]。车间化的种子膜生产加工机器作业环境好，改良后的种子膜可以保存3个月以上，提高了水稻农机的使用率，降低了使用成本。

1.4 种子膜技术使播种率大大提高

在种子膜生产线上，通过增加漏种检测和补种装置，保证了实际行列位置都有指定数量的种子颗粒。整齐划一的行列保证了田间的通风，有利于后续水稻的生长。同时，精准点种减少了每公顷需要的种子数，加上后续的缓释肥技术，节省了水稻的种植成本。

2 种子膜生产线原理

加工水稻种子膜的设备原理框图见图1。具体工作过程包括由送膜机构输送底膜，在纸膜传送过程中复合肥料（膨润土混合农家肥、有机矿物质等）经搅拌、打散、筛选后，均匀地铺在运动的底膜上，然后通过2个滚轮压制成2 mm左右厚的复合肥料层。利用压印滚轮，在复合肥料层上压印出等间隔、等行距的圆形印痕作为容种槽。印痕中心通过喷胶机构喷上适量胶水，固定种子和后续覆膜。纸膜前行通过点种机构完成精准的定量下种。点种机构每次选取1～2粒种子，在印痕中心位置准确下种。沿着下种的位置，由覆膜机构进行覆膜，烘干后由收卷机构卷成卷，以便运输和存放。

3 种子膜加工机械的关键技术及结构设计

3.1 水稻覆膜栽培技术

目前水稻覆膜栽培用的薄膜主要用来防止杂草的生长。在水稻种植过程中，无论是旱作还是水栽，在稻田内均有杂草与水稻伴生。这些杂草的根茎和球茎的繁殖再生能力极强，常与水稻争夺水分及养分，并影响其通风透光、寄生病菌和害虫等。田间清理杂草是水稻正常生长发育的基本保障。化学除草不仅影响水稻生长，而且污染环境，不符合绿色食品生产要求。采用覆膜技术栽培水稻，可在不使用除草剂的情况下，有效抑制田间杂草，解决水稻除草问题，同时具有提高田间管理水平、改善土壤耕作环境等作用，满足绿色水稻的种植要求[9]。

3.2 复合肥料水稻栽培技术

水稻种植过程中，土壤对植株的生长有着至关重要的影响，其中土壤的肥力决定了水稻的产量。传统的种植方式由于直接在稻田中施肥，很容易造成肥料流失。肥料的利用率不高，增加了种植成本。

缓释复合肥料为水稻提供了养分。缓释肥具有锁住肥力的能力。种植前期还可以在复合肥料中加入种子生长需要的抗生素，以提高种子发芽率及成活率[10]。缓释肥颗粒按照种子根系的生长规律布置在种子不同的半径范围内，实现按需释放，精准施肥。

3.3 气吸式点种机构

播种精度影响播种的均匀性、空穴率、穴粒数、可调节的粒距及行距等。气吸式点种机构可以控制气压、吸嘴直径、吸头数目，结合后续的漏种检测机构，控制有效的穴粒数。

实现上述技术的关键结构包括送膜机构、供土机构、点种机构、喷胶机构、覆膜机构等。

3.4 送膜机构的原理

考虑到水稻栽培用底膜不能承受较大的外加张力，因而选用带式传送的方式。张紧装置采用三辊式，可以根据传送的速度来调节辊的位置，控制传送时的张力。底膜传送机构示意图如图2所示。

3.5 供土机构的原理

供土机构的结构示意图如图3如示。底膜土料经料斗进入工作仓，工作仓中的工作螺杆旋转将仓内的土料定量排出。排出的土料落入到下方的传送带，凸轮往复机构带动的刮板在传送带一定高度上往复运动，土料经刮板作用，覆盖宽度接近底膜宽幅。在传动带尽头下方设置振动筛，带有一定黏度的土料经振动打散，均匀地落在底膜上。

3.6 点种机构的原理

点种机构选用气力滚筒式方案[11]，工作原理如图4所示。容种轮作为动轮滚动，容种齿的底部小孔分别与正、负压气室相连通。工作时，动轮围绕空心轴逆时针转动，经过料斗时，在负压吸力的作用下，种子进入容种腔，转至出料口，依靠自重及正壓的作用，将容种槽内的种子排入下方的底膜空穴中，完成水稻种子的定量精准播种。

3.7 喷胶机构的原理

喷胶装置中的液体由混有农药的胶水组成，其中胶水起到定位水稻种子及后续覆膜粘贴的作用，农药可以防止病虫害。喷胶机构示意图如图5所示。利用胶水的自重，打开单向气阀，将胶水不断补充进储料缸;减压后的压缩空气在电磁气阀接通时作用在储料缸的上部，便于将胶水压入喷胶口。左右两种喷头在柱塞运动时能实现连续和定量喷胶的功能。

3.8 覆膜机构工作原理

在点种后的底膜上进行覆膜，不仅能对储存及运输过程中的种子起到保护作用，而且当种子膜铺在地上，种子发芽前可以防止种子因被鸟类、老鼠等吃掉而影响每公顷种苗数。覆膜机构原理如图6所示，铺有复合土层的底膜，沿着种子的列方向喷涂了胶水，与张紧了的上膜实现贴合、压实。

覆膜后的种子膜最后经过烘干、收卷，在一定的条件下储存，播种时利用专用的铺膜机实施田间播种。

4 结论

笔者提出了一种新型水稻种植技术，并设计了种子膜加工设备的关键结构。利用人工制膜并种植的方法，试验田试种结果表明种子出苗率不低于田间直播，防草效果非常好，且水稻排布行列整齐，作业环境的改善可以提高机械的加工精度，每穴按需点种，减少人工，节约种子，由此可见水稻种子膜技术具有广阔的市场前景。

参考文献

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