气吸式杂交稻单粒排种器研制

针对气力式水稻精量排种器充种不稳定、单粒播种精度不高和播种量大的问题,该研究设计了一种具有矩形吸种孔和辅助充种装置的气吸式杂交稻单粒排种器。根据“吉田优”型杂交稻的长短轴重力分布情况,确定排种盘吸种孔形状;基于CFD-DEM(Computational fluid dynamics,Discrete element method)流固耦合理论,以吸附力为指标,进行5类具有相同面积的吸种孔单因素仿真试验,确定吸附力最大的吸种孔规格为0.8 mm×2.25 mm;以该型吸种孔为基础,选取辅助充种角、工作转速和工作负压为试验因素,以单粒率S、多粒率M和漏播率L为试验指标,开展Box-Bhnken台架试验,对试验结果进行响应曲面分析和多目标优化,得到排种盘辅助充种角为80.90°、工作转速为42.65 r/min、工作负压为621 Pa时,排种器的单粒率为86.91%,漏播率为3.63%。验证试验结果的排种器单粒率为86.36%、漏播率为3.41%,与优化结果吻合。研究结果可为后续气吸式杂交稻单粒排种器的优化设计和直播机整机作业精度的提高提供指导。

科技成果转化农学创新综合实验的探索与实践

探索将科技成果“香稻增香增产栽培技术”转化为农学专业的综合实验,形成“香稻增香增产栽培技术应用与香气测定分析”创新综合实验,包括了田间实验设计、田间调查与取样、室内测定与分析、实验报告撰写等环节的实验教学体系。通过多途径强化创新能力。综合实验的实施有利于调动新农科学生的科研热情,增强科研创新素质和实践能力,实现推动卓越农林人才培养的目标。

水田动力底盘逆向建模与质心验证——基于Geomagic Design X

针对目前农业机械仿真和优化模型精度不高的问题,提出了一种构建精确模型的逆向建模方法。应用光学扫描仪采集点云数据,基于Geomagic Design X处理点云数据并重构零部件模型,在SolidWorks中完成水田动力底盘的装配。以VP6D-CQ型水田动力底盘为例,将测得的实际质心位置与所建的模型质心位置进行比较,并对提出的逆向建模方法进行了试验验证以及误差分析。结果表明:总质量、x坐标、y坐标、z坐标的误差值分别为4.55%、3.62%、2.23%、4.81%,误差值均在5%内。此方法可构建准确的三维模型,为后续仿真优化数据精确性奠定了基础,与传统的研发相比较,可缩短农业机械研发周期、降低设计成本。

杂交粳稻申优28全程机械化高产高效制种技术研究

申优28是以BT型不育系申21A与恢复系申恢26-28配组育成的三系杂交粳稻新组合。申优28制种时,通过调节双亲的生长发育,确保了父母本花期高度相遇。研究了父母本均机插条件下不同父母本行比及母本株距对申优28制种产量的影响,以及在父本机插(行距25cm)-母本机直播(行距20 cm)条件下,母本不同株距对申优28制种产量的影响。结果表明,在父母本均机插条件下,父母本行比2︰8~10、行株距25 cm×14 cm时制种产量高;父本机插-母本机直播条件下,以株距16 cm时制种产量高。通过以上优化栽培方式,确保了杂交粳稻制种高产高效。

气吸式播种机多分支汇流管路气压损失分析与试验

为探究气吸式播种机气力系统多分支汇流管路负压气流的流动规律,掌握管路总体压力损失与管路几何结构之间的关联特性,获取管路总体压力损失的定量预测目标值,该研究对多分支汇流管路气流流动状态进行分析,明确了影响管路气流流动的主要因素,采用单因素试验及Fluent仿真模拟,从宏观、微观尺度阐明多分支汇流管路中的气流流动规律及总体气压损失原因,通过量纲分析法建立了总体压力损失(ΔP,Pa)与空气密度(ρ,kg/m^(3))、空气动力黏度(μ,Pa·s)、集管封闭端长度(L,mm)、入口支管1的入口流量(Q,m^(3)/s)、入口支管内径(d,mm)、入口支管长度(h,mm)、入口支管间距(δ,mm)、集管内径(γ,mm)、出口支管内径(D,mm)和出口支管长度(Δ,mm)关系的经验式。台架试验结果表明,所建立的经验式应用范围为0.0009 m^(3)/s≤Q≤0.0045 m^(3)/s,28 mm≤d≤45.2 mm,100 mm≤l≤200 mm、200 mm≤δ≤300 mm,42.6 mm≤γ≤81.4 mm,150 mm≤Δ≤250 mm,34 mm≤D≤42.6 mm、53.6 mm≤D≤57 mm,对多分支汇流管路总体压力损失的预测精度在经验式计算值的10%以内。所建立的经验式可为气吸式播种机多分支汇流管路的设计选型、结构优化提供参考。

γ-氨基丁酸和光照对香稻稻米品质和干物质积累的影响

为了探明外源喷施γ-氨基丁酸和光照处理对香稻干物质积累与稻米品质的影响,以香稻品种Basmati、玉香油占和云粳优14为供试材料,比较分析3个试验处理(常规光照处理、弱光处理和弱光+喷施γ-氨基丁酸处理)下香稻的稻米品质和干物质积累。结果表明:与常规光照相比,弱光处理降低了香稻稻米的加工品质和外观品质,增加了其蛋白质含量,这可能与弱光降低了叶片的光合特性和干物质积累有关;喷施γ-氨基丁酸能够减轻弱光对整精米率的不利影响,改善玉香油占和云粳优14的稻米外观品质,显著影响弱光处理下稻米的蛋白质含量。进一步分析发现,弱光处理下外源喷施γ-氨基丁酸能够改善香稻叶片成熟期光合特性指标,提高香稻成熟期穗干物质积累量,影响香稻抽穗期不同部位干物质分配,促进香稻成熟期穗的干物质积累。综合分析,外源喷施γ-氨基丁酸可以缓解弱光胁迫对稻米品质和干物质积累产生的不利影响。

基于农机与农艺相结合的水稻精量穴直播技术及机具

对水稻直播存在的农艺技术难点,基于农机与农艺相结合的理念,提出了同步开沟起垄水稻精量穴直播技术、同步开沟起垄施肥水稻精量穴直播技术和同步开沟起垄喷施水稻精量穴直播技术,研制成功2BD系列水稻精量穴直播机.生产试验结果表明,采用精量穴直播技术的水稻群体结构合理,减少了直播稻的倒伏现象,实现了水稻节水灌溉种植,产量可比人工撒播、人工抛秧和人工插秧分别增加10%、8%和6%以上;采用同步开沟起垄施肥水稻精量穴直播技术可节肥30%以上,产量提高10%以上;采用同步开沟起垄喷施水稻精量穴直播技术在直播时同步喷施液体地膜成苗率可提高18%以上,产量提高5%以上.

水稻机械化穴播技术对稻米品质的影响

水稻机械化穴播技术是一种轻简化水稻种植技术,在适宜的地区可以取得较高产量。该研究比较了国内水稻机械穴播主要推广地区采用的机械穴播种植技术和机械插秧种植技术的稻米品质性状。试验结果表明,水稻机械穴播技术有利于提高稻谷的整精米产量,机械穴播在安徽南陵、四川绵竹、新疆温宿和山东高清等地区的整精米产量分别比机械插秧显著提高了9.11%、27.02%、4.08%、11.11%。水稻机械化穴播技术对稻米蛋白质含量和直链淀粉含量的影响在部分地区表现降低趋势。机械穴播显著降低了山东高清地区稻米的垩白粒率,对其余稻米外观品质性状无显著影响。该研究初探了水稻机械穴播技术对中国部分水稻种植区较大面积种植的水稻品种的稻米品质的影响,有利于进一步促进水稻机械穴播技术在适宜地区的推广应用。

水稻精量穴直播机播量监测系统研制

播种量是水稻精量穴直播机的关键技术参数。为了实时监测水稻精量穴直播机的播种量,提高播种作业性能,该文以环形布置安装于排种管的面源式光电传感器为主要监测元件,设计了水稻精量穴直播机播量监测系统。根据型孔式排种器结构与工作原理,确定了面源式光电传感器和旋转编码器的安装方式。采用高速摄像技术建立了水稻种子流通过监测区时种子数量与脉冲宽度之间的数学模型;通过时间分割节点得到穴粒数监测时间窗口,根据监测时间窗口内的脉冲宽度信息得到每穴播种粒数。选用南粳46和象牙香占2种具有代表性的水稻品种,对水稻精量穴直播机播量监测系统进行试验,将人工统计数据与监测系统统计数据进行对比分析,台架试验结果表明:对于南粳46(短粒型品种),平均穴粒数监测误差不超过7.99%,穴数监测误差不超过6.07%;对于象牙香占(长粒型品种),平均穴粒数监测误差不超过24.07%,穴数监测误差不超过5.66%。该系统基本满足不同工作转速下不同粒型的水稻播种量实时监测要求,可为后期实现水稻精量穴直播机大田作业参数监测提供了参考。

型孔式水稻排种轮充种过程的高速摄像分析

采用高速摄像技术拍摄了型孔式水稻排种轮的充种过程,分析了充种区内稻种的流动规律、充种姿态以及充种趋势。高速摄像表明:稻种在充种区内主要是沿着限种板一侧向下流动,流动后稻种呈竖立或斜立姿态;在稻种充入型孔的过程中,稻种首先以竖立或斜立姿态充入到排种轮型孔中,其余稻种以平躺姿态填充到型孔上部;91.1%的稻种集中在第2充种区内完成最终的充种过程,因此充分利用第2充种区可以提高型孔式排种轮的充种性能。

播量无级调节水稻精量排种装置设计与试验

为提高现有组合型孔式排种器对不同品种的播量适应性,满足不同地区、不同品种的播种量要求。该文在此排种器的基础上进行优化设计和试验研究。以瓢形形状可变容积型孔的排种轮结构为主体,对型孔的形状、最大截面、深度和体积进行数学模型计算,确定在最小、中间、最大合成型孔位置的长轴尺寸分别为9.2、12.4和15.6 mm,截面积范围为71.31～154.58 mm^2,型孔容积大小调节范围为271.91～485.79 mm^3;在排种轮内部安装步进电机和控制电路,通过蓝牙控制每穴播量在3～10粒之间无级调节。选用常规粳稻秀水134、杂交粳稻花优14、常规籼稻黄华占和杂交籼稻晶两优1212四种具有代表性的直播稻品种,对无级调节型孔进行三因素四水平试验,试验结果表明:粳稻每穴粒数调节范围为5～10粒,籼稻每穴粒数调节范围为3～8粒,当型孔容积调节变化时,每穴排种粒数变化趋势明显,从而能达到播量无级调节的效果,满足不同品种每穴播种量3～10粒的设计目标;分析结果表明:水稻品种、型孔容积和排种轮转速3个因素对播量影响主次为型孔容积、水稻品种、排种轮转速。该文设计的播量无级调节水稻精量排种装置实现了不同水稻品种的播量无级调节作业,调节范围大,适应性较好,无级调节简便快速,具有较好的实际实用价值。

不同播种方式对直播水稻倒伏指数和根系生长的影响

为了探明不同播种方式对直播稻倒伏性状的影响,以水稻精量穴直播机(行距20 cm)进行开沟起垄,试验以杂交稻品种培杂泰丰和常规稻品种玉香油占为材料,比较分析人工穴播和人工条播2种播种方式下水稻各生育时期的根系生长动态以及抗倒伏性状。结果表明,与条播方式相比,穴播方式显著降低了培杂泰丰的重心高度和基部3节总长,显著提高了培杂泰丰分蘖期的根系干质量和孕穗期的单茎根系体积以及玉香油占分蘖期的平均直径和单茎根系体积。说明开沟起垄方式下穴播较条播有利于提高水稻的抗倒伏能力。

不同播种方式对直播水稻产量形成的影响

为了探明不同播种方式对直播水稻产量形成的影响,以水稻精量穴直播机进行开沟起垄,开展人工穴播和人工条播两种播种方式的大田研究。试验以杂交稻品种培杂泰丰和常规稻品种玉香油占为研究材料,比较分析了2种播种方式下水稻干物质积累动态、产量及其构成因素。基于开沟起垄直播开展穴播和条播的研究结果表明,以穴播方式的水稻产量较高,穴播处理能够显著提高培杂泰丰和玉香油占的产量,分别达到23.77%和10.89%,其原因是穴播处理能够提高供试水稻品种的有效穗数,穴播方式还有利于优化水稻群体配置,增加水稻群体干物质积累。因此,开沟起垄方式下穴播较条播有利于水稻稳产和增产。

同步喷施除草技术及除草剂消解动态规律

目前水稻直播稻田的常用除草方法是在播种3～5 d后采用喷雾机具喷施土壤处理除草剂,生产效率较低,劳动强度大,可能耽误施药较佳时期,从而会影响直播水稻生长。为了解决与水稻机械化穴播技术配套的除草技术问题,该文在水稻精量穴直播机的基础上,设计了一套同步喷施除草剂装置。在2014年早季、2015年早季和晚季的水稻机械穴直播大田生产中,采用二甲戊灵、扫茀特（主要成分丙草胺）和直播净（主要成分丙草胺）3种除草剂作为研究材料,开展了同步喷施除草剂的技术适应性以及不同除草剂有效成分在土壤和水体中的消解动态规律研究。研究结果表明,喷施20～23 d后,土壤和水体中的3种除草剂有效成分消解率均达95%以上;与二甲戊灵除草剂相比,喷施扫茀特除草剂后的水稻成苗和杂草控制效果较好;与不喷施除草剂对照（CK1）相比,同步喷施扫茀特处理的产量增加了4.02%～10.79%,播种后3d喷施扫茀特处理产量增加了7.65%;与播种后3 d喷施扫茀特处理相比,同步喷施扫茀特处理的产量变化仅为-3.38%～2.91%,可见,扫茀特除草剂的适应性较好;播种时同步喷施除草剂后,稻田土壤中除草剂浓度较播后3 d喷施处理的高,水体中除草剂存留时间较土壤中的长;在建议的平均用药量条件下,喷施扫茀特除草剂后20～23 d在土壤或水体中的有效成分含量较直播净除草剂高。研究结果可为同步喷施水稻精量穴直播技术与机具的改进研究提供参考。

水稻机械化穴播和条播的对比研究

以常规稻品种黄华占和杂交稻组合天优998为供试材料,研究了机械穴播和机械条播2种水稻机械化直播播种方式下的水稻产量及其产量构成因素。结果表明,在播种量相同的条件下,2种播种方式的出苗率差异不大,表明该试验研究具有可比性;对2个不同供试水稻品种而言,采用机械穴播处理的水稻产量较采用机械条播处理的有优势,黄华占和天优998的产量分别提高了4.75%和13.96%。

型孔轮式水稻排种器排种机构的优化设计

绘制了稻种经过护种机构后在排种管内的排种轨迹,结合排种过程高速摄像分析结果,确定在30°落种处的排种轨迹作为排种管结构形状的优化设计依据。为了降低不同型孔的稻种在排种管相遇的几率,排种管总长度设计为100mm;为了实现穴径小于50mm的目的,排种口尺寸设计为20mm×20mm;按照稻种排种轨迹,设计了"斜边+直边"的排种管形状,减少了稻种在排种管内壁碰撞而造成伤种伤芽现象;排种管采用滑道和单螺丝的安装方式,拆装方便。

2BD-10型水稻精量穴直播机

20世纪90年代以来,随着农村中的劳动力大量转移,直播水稻发展很快。据资料统计,目前我国约有30%的水稻种植面积采用直播,且大都采用人工撒播,人工撒播的稻种在田间无序分布,水稻生产疏密不均,通风透气采光性差。

同步开沟起垄施肥水稻精量旱穴直播机设计与试验

根据水稻旱直播同步施肥播种的农艺要求,研制了一种同步开沟起垄施肥水稻精量旱穴直播机,可同步完成开沟、起垄、施肥、覆盖和播种作业。该机器在2BDH-8型水稻精量旱穴直播机上增加施肥装置改装而成,根据水稻旱穴直播施肥农艺要求设计了排肥动力传动系统、排肥系统和施肥开沟器,排种、排肥动力均来自于拖拉机;采用锐角式施肥沟开沟器,在距种沟水平距离100～120mm处开出宽50mm、深50～70mm的施肥沟;采用外槽轮式排肥器将肥料排入施肥沟底,施肥后由播种机拖板刮土覆盖施肥沟。生产试验结果表明,机械定位深施肥的节肥增产效果明显,同等施肥量条件下,机械施肥播种处理与人工施肥播种处理相比,水稻分蘖能力平均增加6.9穗/蔸,增幅25.2%;相对叶绿素含量(SPAD值)平均增加8.9,增幅29.8%;氮素利用效率绝对值提高13.78%,增幅22.3%;氮素偏生产力每千克氮提高20.54kg,增幅46.3%;产量增加1411.5kg/hm2,增幅29.5%。同步开沟起垄施肥水稻精量旱直播机能同时完成开沟、起垄、施肥、覆盖和播种作业,且与人工施肥播种相比增产显著,研究结果可为指导水稻旱直播定位深施肥节氮栽培提供理论依据。

水稻气力式排种器群布吸孔吸种盘吸种精度试验

为实现杂交水稻(3～4)粒/穴精量直播要求,设计了一种用于水稻气力式精量穴播排种器的具有群布吸孔的吸种盘。以培杂泰丰种子为对象,采用4×24正交试验设计的方法,对吸室真空度、吸孔直径与清种对吸种盘吸附精度的影响进行了试验研究。结果表明,真空度、孔径、清种对吸种精度有影响。3因素对平均穴播种量的影响顺序为孔径>清种>真空度;对≤2粒/穴率的影响顺序为真空度>孔径>清种;对(3～4)粒/穴率的影响顺序为孔径>清种>真空度,对≥5粒/穴率的影响顺序为孔径>清种>真空度。在真空度3.2kPa、孔径1.5mm和采用清种装置的最佳参数条件下,≤2粒/穴率为8.27%,(3～4)粒/穴率为81.87%,≥5粒/穴率为9.86%。试验结果显示群布吸孔吸种盘吸附精确性较高,可应用于水稻精量穴播。

开沟起垄式水稻精量穴直播机的研制

根据水稻种植农艺要求,研制了一种开沟起垄式水稻精量穴直播机,可同步进行开沟、起垄和播种。采用穴播方式将破胸露白的稻种播在垄上的播种沟中。采用瓢形型孔轮和两个充种室设计方案,可实现播量可调和精量穴直播。采用弹性随动护种带代替传统的固定式护种板,减少了稻种的破损率和对排种轮的磨损。采用乘坐式高速插秧机底盘,四轮驱动,在水田中的通过性能好。由于行距可选、穴距可调、播量可控,可适应不同茬口、不同品种和不同地区的水稻种植要求。在全国10省(区)的生产试验结果表明,采用精量穴直播方式,可比人工撒播增产10%以上,比人工抛秧增产8%以上,比人工插秧增产5%以上。