杂交水稻穗层埋入式管道送风辅助授粉机设计与试验

高地隙杂交水稻制种授粉机在作业过程中,当泥底层高差变化过大时,两侧的授粉器上下颠簸导致授粉器风场脱离父本穗层最佳作用位置,甚至完全脱离父本穗层,从而导致局部区域出现授粉缺失。为解决上述问题,该研究设计了一种杂交水稻穗层埋入式管道送风辅助授粉机,从减轻授粉器质量和增加有效作用深度2个方面进行优化,对授粉器的分流器和授粉管进行分析,并对分流器的气流均布效果和授粉器的气流风场特性进行仿真试验。仿真结果表明:在工作区间内,分流器的气流均布效果与入口风量无关(P0.05),根据参数优化选出的分流器可使3支授粉管的入口总压平均变异系数仅为1.14%;授粉管的喷孔直径为12 mm时,授粉边界区域风场速度约为1.2 m/s,可保证花粉横向悬浮运送至整个母本区域。根据理论分析和仿真结果试制样机并进行试验,结果表明:授粉机行走速度为1.5 m/s,作业效率约14 hm~2/h,在通过200 mm地面高差时依然具有稳定的穗层风场保持能力,授粉管喷孔轴心气流平均速度为34.2 m/s的条件下,母本厢花粉采集点的载玻片单位视野内平均粒数为8.35粒(杂交水稻制种农艺上要求至少有3粒花粉),其中平均花粉粒数多于3粒的采集点数量占比为96.02%,基本解决了局部区域授粉缺失问题。该研究可为杂交水稻制种田间机械化授粉提供参考。     

“击穗气吹式”杂交水稻制种授粉机授粉管优化与试验

为克服人工授粉效率低、花粉分布均匀性差等缺点,实现杂交水稻制种机械化授粉,该文设计并试制了击穗-气吹式杂交水稻授粉机,利用CFD数值仿真技术对该机气吹嘴式和气吹孔式2种授粉管的气流场分布进行数值模拟,测试了不同流量下授粉管各吹气孔流速;然后进行田间授粉试验,采用重力玻片法检测了授粉机授粉与人工授粉时花粉分布。结果表明,在相同进气口速度条件下,吹孔式授粉管外部分气吹孔气流倾斜,授粉管外侧存在气流未达到的死区;气嘴式授粉管外侧各气吹嘴气流方向基本一致,可为气流授粉提供均匀稳定的气流场,吹嘴式授粉管是较理想的授粉管型式;在进气口风速为5.4、10.0和13.5 m/s时,吹嘴式授粉管各气吹嘴出口气流速度的模拟与实测值沿授粉管的变化趋势一致,气吹嘴出口气流速度模拟值与实测值的平均误差分别为2.14%、2.40%和3.43%,气流沿授粉管分布的均匀性变异系数分别为14.76%、15.93%和16.31%。田间授粉试验表明,在气吹嘴出口平均流速为7.3 m/s时,该机的每行花粉量及各母本行花粉量分布的均匀性上均优于人工授粉,授粉效率高于人工授粉法,为杂交水稻制种机械化授粉提供了实用机型。     

杂交水稻制种气力授粉的参数试验及优化

摘要：为研究各作用因素对杂交水稻制种气力授粉效果的影响,该文设计了气力授粉试验装置,应用二次正交旋转试验设计方法,研究气流速度、作用位置和作用角度对花粉有效分布面积比率、花粉平均分布密度以及花粉分布不均匀度的影响。通过Design-Expert8.05数据处理系统建立3个因素对各指标影响的回归方程,进一步优化,得到最佳授粉效果的参数组合为：气流速度21.98 m/s,作用位置为穗顶以下16.85 cm,作用角度为0。此时,花粉有效分布面积率为88.75%,单视野花粉平均密度为4.50粒,花粉分布不均匀度为19.53,授粉效果综合评价指数为最大值0.744。该结果为研究杂交水稻气力式授粉技术及研制气力式授粉装备提供理论依据。     

气力式杂交水稻制种授粉机授粉管结构参数优化

针对当前杂交水稻制种对机械化授粉装备的迫切需求，设计了气力式杂交水稻制种授粉机。首先对其关键部件授粉管建立了计算流体力学模型，进一步以授粉管内径、气流出口长度与宽度为因素，以气流出口流速变异系数、气流覆盖高度为指标，利用Design Expert软件设计了三因素三水平的Box-Behnken仿真试验，最后对授粉管结构参数进行优化。结果表明：在授粉管内径为60～80 mm、气流出口长度为100～200 mm、气流出口宽度为4～10 mm的范围内，授粉管内径、气流出口宽度及授粉管内径与气流出口宽度的交互作用、气流出口长度与宽度的交互作用、气流出口宽度平方对气流出口流速变异系数影响极显著（P<0.01）；授粉管内径、气流出口长度与宽度及二者的交互作用、授粉管内径与宽度的交互作用对气流覆盖高度的影响极显著（P<0.01）。授粉管较佳结构为内径64.49 mm，气流出口长度、宽度分别为200.0、7.25 mm，此时出口气流速度变异系数为9.10%，气流覆盖高度187.57 mm。为便于加工，选用授粉管内径61.5 mm的标准不锈钢管，取气流出口长度、宽度分别为200、7.5 mm并进行验证试验，气流出口流速仿真值与实测值基本一致，实测流速变异系数为8.83%～9.25%，气流出口流速分布均匀。研究结果可为气力式杂交水稻制种授粉机参数优化提供理论参考。     

杂交水稻机械化种子生产技术的研究进展

该文回顾分析了国内外杂交水稻制种技术的发展概况,提出中国杂交水稻种子生产技术经历了杂交水稻制种繁种的经验摸索和积累阶段（1973～1980年）、杂交水稻制（繁）种的技术提高和完善阶段（1981～1990年）和杂交水稻制（繁）种的超高产技术研究与推广阶段（1991～至今）等3个发展阶段;国外杂交水稻大面积推广应用与与制种技术研究还在进行之中。认为要提高中国杂交水稻种子质量和种子生产效益及种子生产技术竞争力,今后必须应用推广杂交水稻机械化种子生产技术。至今已进行了除草剂敏感基因导入父本法、抗除草剂基因导入母本法和稻壳颜色标记法的杂交水稻混播机械化制种技术;杂交水稻机械采粉贮粉与授粉制种技术;利用雌性不育系的机械制种技术等。其中杂交水稻混播机械化制种技术已获得小面积成功应用,其余方法还在试验与研究之中。因此,今后需要水稻育种家与农机专家密切合作,进一步深入开展杂交水稻机械化制种技术的研究及推广应用工作。     

气流速度对杂交水稻制种授粉花粉分布的影响

气流速度(包括自然风速)对杂交水稻制种授粉过程中花粉分布情况的影响十分显著,直接关系到制种产量。为研究流速对授粉效果的影响,该文首先分析杂交水稻气力授粉的基本原理,通过试验验证气流速度对花粉分布的影响,从花粉的分散密度、水平分布、垂直分布3个方面进行评价。结果表明:花粉分布受气流影响显著,水平分布量、竖直分布量以及花粉总量都随流速的增大而增大;水平分布出现特有的双峰图像,且后峰随流速的增大远离花粉源;竖直分布随流速的增大向气流中心靠拢,说明花粉在一定速度的定向气流中能保持较好的直线传播。气流速度为20m/s时,水平花粉量较多,且竖直分布能满足作用范围内花粉的传播要求。该文为进一步研究气力授粉机械提供依据。     

杂交水稻制种机械授粉研究现状及发展对策

制种是杂交水稻生产过程的重要组成部分,授粉是制种的关键环节,对杂交水稻制种的产量和效益有明显影响。研究国内外杂交水稻授粉技术与装备的现状表明目前所采用的授粉机械依据工作原理的不同有碰撞式和气力式二种。通过分析二种授粉装备的工作原理,总结出它们的特点和存在的不足。现用的授粉装备存在授粉不匀、损伤植株等问题,对授粉效果带有一定的盲目性和随机性。杂交水稻授粉应向机械化、多用途化综合发展,提出了探索不同机械授粉方式的科学性、研究不同机械授粉方式的适应性、寻求合理的工作参数、确保安全隔离防止生物学混杂和开发适用的授粉机械的对策和建议。     

杂交水稻制种生产全程机械化研究初报

针对现有杂交水稻种子生产方式即将被集约化的种子生产方式所取代的趋势,2010年度开展了机械化育苗、插秧、赶粉等技术的探索,结果初步表明:杂交水稻制种生产全程机械化是可行的。制种生产全程机械化比目前大面积的常规生产每667m2节约成本421.5元,同等条件下增产6%～10%。     

双腔气力式水稻精量水田直播机设计与试验

杂交水稻分蘖能力强，产量高。为满足杂交水稻水田直播需求，该研究以3～5粒/穴为播种目标，设计了一种双腔气力式水稻精量直播机。介绍了双腔气力式水稻精量直播机主要工作部件结构，并对负压风力系统进行选型与设计。以杂交稻甬优4949为试验对象，以吸种负压与直播机前进速度为影响因素进行了田间试验。试验结果表明：当吸种负压为3.2 kPa、直播机前进速度为0.2～0.4 m/s时，10行排种器平均播种合格率（3～5粒/穴率）为91.04%，0～2粒/穴率为2.23%，大于5粒/穴率为6.73%，各排种器之间的播种合格率变异系数为1.24%，满足杂交稻田间播种作业要求，为水田精量直播提供了参考依据。     

气流作用位置对杂交水稻制种气力式授粉花粉分布的影响

摘要：为研究气流作用位置对杂交水稻制种气力式授粉花粉分布效果的影响,分析了杂交水稻气力式授粉中花粉的两种运动情况,重点分析了气流作用下植株受力及气力作用层下层的花粉运动情况,对气流不同作用位置产生的弯曲变形进行了对比分析,从花粉的分散密度、水平分布、竖直分布三个方面评价气流作用位置对花粉分布的影响效果。结果表明：气流作用位置对花粉量、水平分布、竖直分布影响明显,气流中心作用在穗头中部位置（穗顶下100 mm/200 mm）时,能得到较大的花粉扩散量,花粉水平、竖直分布量明显增多,且有利于花粉沿气流方向的分布;作用位置主要影响传播花粉量以及花粉的分布,对花粉沿气流方向分布的距离影响较小。     

气力式授粉喷气管道参数优化与试验验证

杂交水稻制种气力式辅助授粉时,花粉随气流场运动,喷气管道多个喷孔的气流场叠加,表征气流场特性的射流极角、出孔动压对花粉分布均匀性、传播距离起决定性作用,为探索射流极角、出孔动压与管道参数之间的影响关系,获得较理想的气力授粉管道参数组合。该研究首先分析喷气管道气流场的叠加原理,采用消防烟雾弹发出有色气体经喷气管道的喷孔喷射并拍摄气流场图片,选取喷管直径、喷管壁厚、喷孔直径三因素为影响因子,以射流极角、出孔动压为评价指标,进行三因素五水平的单因素和多因素正交试验,通过对试验结果进行极差分析、矩阵分析,获得各因素对气流场特性的影响规律,找出较理想的因素组合并进行验证试验。结果表明,喷孔直径对射流极角和出孔动压的影响显著,3个因素的影响顺序为喷孔直径、喷管直径、喷管壁厚,较优的因素组合为喷管直径63 mm、喷管壁厚5 mm、喷孔直径12 mm,此时的射流极角为13.38°,出孔动压为31.6 Pa。验证试验表明,优化的因素组合明显提高花粉分布均匀性,花粉分布不均匀度（方差）降为1.33,花粉能形成覆盖母本行呈正态分布特性的单峰分布,能够满足气力辅助授粉对授粉管道的作业要求,研究结果为气力式授粉喷气管道的设计提供参考。     

无人油动力直升机用于水稻制种辅助授粉的田间风场测量

无人驾驶直升机具有机动灵活、不需要专用机场等特点,目前已在农业航空植保中得到应用。杂交水稻制种中,利用无人直升飞机飞行时其旋翼产生的风力能使父本花粉传播更远,可扩大父本和母本相间种植的宽度,实现父本和母本的机械化耕种和收割,从而实现制种全程机械化。杂交稻制种辅助授粉的效果(母本异交结实率)、作业效率及经济效益与无人直升机飞行时产生的风速、风向和风场宽度等参数密切相关,但迄今尚不明确。该文采用风场无线传感器网络测量系统组成三向风速测量线阵和单向风速面阵在水稻田里对无人油动单旋翼直升机飞行时的风场进行了测量试验,目的在于探明无人直升机在辅助授粉作业时不同方向的风速和风场宽度等参数,以便决策出较佳的飞行作业参数,包括飞行高度、作业航向等。无人直升机授粉作业的飞行速度设置为3m/s,作业载荷为3.75kg,飞行高度为:9、8、7和6m,测量的风向为:平行于飞行方向(X)、垂直于飞行方向(Y)、垂直于地面方向(Z)。测量试验结果表明,上述3个风向的风速值大小排序为VX>VY>VZ,且风速持续稳定,因此,在直升机辅助水稻授粉作业时,平行于飞行方向的风力(即沿着直升机前进方向的飞机尾风)更有益于辅助授粉作业;随着飞行高度不断降低,风场宽度亦有所增加,在飞行高度为6～8m时,达到3级风的风场宽度最大可达到9m,飞行高度为9m时,达到3级风的风场宽度最大仅为4m,明显缩小,综合考虑农艺要求、作业效率及安全性等因素,该文建议无人驾驶油动单旋翼直升机Z3机型的较佳飞行作业高度为7m;直升机逆自然风方向飞行作业时到达水稻冠层的风力较小,很难形成能满足水稻制种授粉所需的风场宽度和风速,而顺风方向飞行时的风场宽度和风速较大,因此采用油动力无人直升机辅助水稻制种授粉时,宜避免逆自然风方向飞行作业。该研究可为无人直升机水稻制种辅助授粉技术的发展提供参考。     

Wind field measurement for supplementary pollination in hybrid rice breeding using unmanned gasoline engine single-rotor helicopter

无人驾驶直升机具有机动灵活、不需要专用机场等特点,目前已在农业航空植保中得到应用。杂交水稻制种中,利用无人直升飞机飞行时其旋翼产生的风力能使父本花粉传播更远,可扩大父本和母本相间种植的宽度,实现父本和母本的机械化耕种和收割,从而实现制种全程机械化。杂交稻制种辅助授粉的效果(母本异交结实率)、作业效率及经济效益与无人直升机飞行时产生的风速、风向和风场宽度等参数密切相关,但迄今尚不明确。该文采用风场无线传感器网络测量系统组成三向风速测量线阵和单向风速面阵在水稻田里对无人油动单旋翼直升机飞行时的风场进行了测量试验,目的在于探明无人直升机在辅助授粉作业时不同方向的风速和风场宽度等参数,以便决策出较佳的飞行作业参数,包括飞行高度、作业航向等。无人直升机授粉作业的飞行速度设置为3 m/s,作业载荷为3.75 kg,飞行高度为：9、8、7和6 m,测量的风向为：平行于飞行方向（X）、垂直于飞行方向（Y）、垂直于地面方向（Z）。测量试验结果表明,上述3个风向的风速值大小排序为VX>VY>VZ,且风速持续稳定,因此,在直升机辅助水稻授粉作业时,平行于飞行方向的风力（即沿着直升机前进方向的飞机尾风）更有益于辅助授粉作业;随着飞行高度不断降低,风场宽度亦有所增加,在飞行高度为6～8 m时,达到3级风的风场宽度最大可达到9 m,飞行高度为9 m时,达到3级风的风场宽度最大仅为4 m,明显缩小,综合考虑农艺要求、作业效率及安全性等因素,该文建议无人驾驶油动单旋翼直升机Z3机型的较佳飞行作业高度为7 m;直升机逆自然风方向飞行作业时到达水稻冠层的风力较小,很难形成能满足水稻制种授粉所需的风场宽度和风速,而顺风方向飞行时的风场宽度和风速较大,因此采用油动力无人直升机辅助水稻制种授粉时,宜避免逆自然风方向飞行作业。该研究可为无人直升机水稻制种辅助授粉技术的发展提供参考。     

杂交水稻工程化制种窝眼型孔分选机分选筒设计

为改变传统杂交水稻制种中不育系和恢复系规则化种植,分期收获,效率低,劳动强度大,授粉不均匀,种子质量、产量低的现状,在现有工程化混播制种中急需高效的机械化分选设备。该文通过试验研究的手段,对所设计的窝眼型孔分选机分选筒的运动参数及结构参数进行了研究。结果表明：针对现有不育系籽粒长度不超过5.8 mm,恢复系不小于12 mm时,其分选筒外径设计为130 mm,分选筒转速为30 r/min,窝眼孔径为7 mm,孔深为3 mm情况下,能够杂交水稻种子纯度要求的分选效果。该分选机的设计,为解决工程化混播制种中杂交水稻种子不育系与恢复系的分选、清选提供了基础保障。     

手持式风送授粉机研制与试验

针对中国果树授粉大多采用人工点授、蜜蜂授粉等作业方式,迫切需要机械授粉机具的现状,研制了手持式风送授粉机。该机采用可变速的直流电机驱动离心风机,依照流体力学射流原理,计算授粉出口风速并设计了离心风机,叶片型式采用径向直板叶片,叶轮型式为平前盘,叶轮直径38 mm,叶片数为6,叶片宽度为18 mm。通过室内试验和样机田间试验分别测试了风机性能特性和气流速度对花粉分布的影响及猕猴桃柱头处的花粉覆盖率,试验结果表明:风机转速在8 000 r/min时风量为3.0×10-3 m3/s,满足风送授粉作业要求,风机转速9 000 r/min时全压效率较高,达到43%;花粉分布受风速影响较大,花粉竖直分布量以及喷粉量与出口风速成正比,且水平分布、竖直分布峰值随着风速的增加而后移,竖直分布峰值在距出口一定距离内保持稳定,显示花粉在一定速度的定向气流中能保持较好的直线传播;随着出口风速的增加,柱头处花粉覆盖率提高,当出口风速达到19.5 m/s时,花朵柱头平均有57.66%的花粉覆盖率。研究结果可为进一步研究风送授粉机的结构设计和作业参数优化提供依据。