3GY-1920型宽幅水田中耕除草机的设计与试验

为了提高机械除草的作业效率、降低地头频繁调头引起的伤苗率,该文研制了3GY-1920型宽幅水田中耕除草机。该机由12 k W水田拖拉机提供动力,工作幅宽为5.7 m,一次作业可覆盖6行插秧机3个行程的作业宽度,并配备了4个双作用液压缸,控制整个机架的展开闭合与除草轮位置的横向调节。该文结合水田土壤特性和现有除草部件的特点,通过对除草轮的运动学与显式动力学仿真分析,设计并优化了螺旋刀齿式样除草轮,该除草轮通过与土壤及杂草的剪切、翻耕作用实现中耕除草作业。田间除草试验结果表明:在机具不同前进速度(0.3、0.6、0.9 m/s)和除草轮入土深度(3、6、9 cm)条件下,该机平均除草率为82%,伤苗率为4.8%;根据机具作业速度和幅宽可知该机作业效率为0.6~1.8 hm2/h;整机工作性能和作业效率满足水稻田机械中耕除草作业的技术要求。机械除草与化学除草产量对比试验结果表明:在试验区域内,机械除草产量高于化学除草,该研究可为中耕除草对水稻田产量的影响提供参考。     

水田行间除草装置设计与试验

为减少化学除草剂的使用，解决现有水田除草机械除草效果差等问题，该研究设计了一种水田行间除草装置，包括压草浮板和除草辊等结构，工作时压草浮板先将压倒杂草，紧接着除草辊将压倒的杂草压入泥中。压草浮板先将杂草压倒，除草辊将杂草压入泥中的几率可提高9.98%。除草辊两端设有倒角，在避免或减少对水稻根系损伤的同时可扩大行间除草区域，最大可增加常规除草宽度的3%。对压草浮板和除草辊进行了参数设计，通过仿真试验分析了行间除草装置与土壤之间的相互作用规律，确定最佳作业条件为入土深度35 mm，前进速度0.8 m/s。以未除草、化学除草、人工除草和不同参数的除草辊为试验因素，以水稻植株高度、产量、产量构成因素和水稻根系参数为试验指标，进行田间试验，试验结果表明，行间除草装置平均除草率最高为87.51%，可以翻动土壤，增加土壤透气性。与常规宽度的除草辊相比，增加除草宽度，扩大行间除草区域最大可提高除草率7.3个百分点。不同的除草处理对水稻植株高度和产量等有显著影响（P<0.05），机械除草可以促进水稻的生长发育，其产量可以达到甚至超过化学除草和人工除草水平。不同参数的除草辊对植株高度、产量和根系等有显著影响（P<0.05），增加除草辊宽度同时两端设倒角，可以减少对水稻根系的损伤，有利于水稻的生长发育，提高水稻产量。研究结果可为水田除草机械装备的研究提供参考。     

基于线性自抗扰的稻田除草对行控制系统设计与试验

为降低水稻机械除草的行间伤苗率,该文基于线性自抗扰技术开展水稻田间除草对行控制系统研究。在苗带信息获取的基础上,针对水田作业环境设计了一种基于线性自抗扰的对行液压控制系统。采用内、外滑梁结构,实现对行执行机构对除草部件作业路径的避苗调控。应用Amesim与Matlab联合仿真方法,构建了对行液压控制系统仿真平台,分别对线性自抗扰算法和PID算法进行了控制器设计及仿真比较,仿真结果表明:在加入扰动情况下,线性自抗扰控制系统达到期望的对行调控时间比PID减少0.1s,且抗干扰性及鲁棒性均优于PID控制算法。田间试验结果表明:行进速度和作业深度对伤苗率影响显著,最优作业参数组合为行进速度0.5 m/s,调节间距60 cm,作业深度20 cm,此时伤苗率为3.6%;性能比较试验表明:有对行控制系统的平均伤苗率为3.9%,没有对行系统控制的伤苗率为18.6%。该系控制统满足机械除草对行控制的要求,可为水田作业环境下的精准控制问题提供借鉴。     

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。     

株间除草装置横向偏移量识别与作物行跟踪控制

株间机械除草技术与装置能有效摆脱田间除草的繁重体力劳动并消除化学除草方法所带来的危害,株间机械除草装置的牵引拖拉机在跟踪作物行时总会产生航向偏差,导致除草装置出现横向偏移,甚至无法进入除草的株间区域,同时还会增加伤苗率。为增大株间机械除草的作用区域和降低伤苗率,该文提出了通过作物行信息识别出株间机械除草装置与作物行横向偏移量的方法,并设计了株间机械除草作物行跟踪机构和控制器,实现了株间机械除草跟随作物行。采用正弦波和三角波2种标准信号作为横向偏移补偿量信号,对作物行跟踪控制器的性能进行了测试,试验结果表明：作物行跟踪控制器能较好地控制除草装置跟随横向偏移补偿信号,前进速度为0.5 m/s时正弦波信号跟踪最大误差10 mm,平均误差0.8 mm,三角波信号跟踪最大误差11 mm,平均误差1.2 mm。除草试验表明,作物行跟踪控制系统能较好地控制株间除草装置跟踪作物行,在0.5 m/s前进速度下跟踪最大误差为20.8 mm,平均误差2.5 mm;作物行跟踪控制明显减少了除草爪齿未进入株间区域的比例,在300 mm株距下,可保证93.3%的株间区域有除草爪齿进行除草作业,在200 mm株距下为85.9%;作物行跟踪控制降低了除草爪齿对作物的损伤,伤苗率从20%以上降到了12%以内,提高了株间机械除草的作业效果。     

不同化感潜力水稻化感效应与产量的关系

本研究探讨了连续3年5种不同化感潜力水稻田间抑草效应、产量及其之间相互关系。结果表明,不同种植时间,不同化感潜力水稻田间种植过程中伴生杂草总生物量以非化感水稻"Lemont"最大,化感水稻"PI-1"最小。化感潜力分析结果表明,不同化感潜力水稻以化感水稻"PI-1"化感抑草潜力最强,非化感水稻"Lemont"最弱。水稻产量分析结果表明,不除草条件下,不同种植时间均以化感水稻"PI-1"产量最高,非化感水稻"Lemont"产量最低。除草条件下,依然以化感水稻"PI-1"产量最高,化感水稻"IAC47"产量最小。杂草生物量、水稻化感潜力与水稻产量的相关性分析结果表明,不同化感潜力水稻产量的大小与田间杂草生物量存在极显著负相关,与化感潜力大小存在极显著正相关。     

水稻机械化抛秧技术

机械化抛秧可大大提高水稻抛秧的速度和质量，与其它水稻移栽方式相比，具有明显优势。本文简要介绍了水稻抛秧机的工作原理，对水稻机械抛秧的田间作业技术及机械抛秧栽秧苗的培育技术要点做了较全面的说明。     

耙压式除草轮与水田土壤作用的流固耦合仿真分析及验证

为探明水稻机械除草过程中,除草轮的工作阻力大小变化及水田土壤的动态行为,该文利用ANSYS软件的显式动力分析模块LS-DYNA对耙压式除草轮在水田环境下的作业过程进行仿真分析。采用ALE(Arbitrary Lagrange-Euler)多物质耦合算法建立了土壤-水两物质耦合有限元模型;运用流固耦合算法分析除草轮与土壤-水模型的相互作用过程。采用有交互作用的正交试验方法选取土壤种类、水层厚度和除草轮旋转速度3个因素进行仿真试验分析,得到各因素及其一级交互作用对除草轮和土壤-水模型的耦合应力和土壤扰动率的影响规律。利用多目标优化设计方法综合评判仿真试验结果,综合评分结果表明,在不同的土壤工作环境下,除草轮在水层厚度为60mm、转速为160r/min的作业条件下均可获得较优的工作性能。影响除草轮和土壤-水模型耦合应力的因素主次顺序为:土壤种类水层厚度土壤种类×水层厚度土壤种类×除草轮转速除草轮转速水层厚度×除草轮转速。影响土壤扰动率的因素主次顺序为:土壤种类除草轮转速土壤种类×水层厚度土壤种类×除草轮转速水层厚度水层厚度×除草轮转速。为验证仿真结果,进行了田间试验和土槽试验,根据仿真所得耦合应力值推导出除草轮所受土壤反作用力扭矩值,与田间实测值相对误差为8.84%;仿真所得土壤扰动率与土槽试验实测值相对误差为9.86%;仿真所得综合评分结果与试验综合评分结果相对误差为7.02%。仿真分析结果可为轻简式水稻除草机应用在不同稻区的田间作业参数提供参考。     

玉米田间机械-化学协同除草的杂草防除效果

施用除草剂和机械除草是目前杂草控制的两种主要手段，受农田环境、机具作业能力等限制，单一机械或化学防治均存在一定的局限性。该研究以玉米田为研究对象，设置机械除草协同减量化学除草策略，选取2种机械除草方式（行间与株间）和3种化学减量比例（减量25%、50%、75%）及2种化学施药方式（全幅和苗行）组合进行除草试验。从除草效果和玉米生长方面综合研究了机械-化学协同除草方式的杂草防除效果。试验结果表明：机械除草方式能够疏松土壤，使除草区域的土壤紧实度降低64.4%以上。除草处理后2周，行间机械除草的株防效为83.4%，优于株间机械除草的株防效46.7%；玉米吐丝期，机械-化学协同处理的除草效果优于单一机械除草，行间机械除草协同除草剂减施处理的除草效果优于同水平施药量下的株间机械除草协同除草剂减施处理；无论是在吐丝期还是成熟期，机械-化学协同除草处理的玉米叶面积和干物质量大于单一机械除草或化学除草，机械-化学协同除草模式可促进植株营养元素累积和作物生长；行间机械-化学协同除草处理的平均产量分别高出单一机械和化学除草模式29.0%和20.4%，株间机械-化学协同除草处理的平均产量分别高出单一机械和化学除草模式55.9%和5.1%；从玉米产量及其构成来看，机械除草协同除草剂减施25%处理的增产效果最优，该处理下的千粒质量和产量均高于其他协同处理。该研究明确了机械-化学协同除草策略对农田杂草防除和作物生长的影响，机械协同除草剂减施处理能在不降低除草效果的前提下减少除草剂施用和增加玉米产量。该研究为杂草绿色防控提供了新思路，研究结果可为玉米田除草剂减施提供参考。     

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。     

步进式水田中耕除草机的研制与试验

为解决水田的除草问题,增加现有机具的作业功能,该文在步进式插秧机底盘结构的基础上,研制了一种步进式水田中耕除草机。该机由步进式插秧机底盘提供动力,主要由机架、传动系统、仿形及耕深调节机构以及复合式除草部件指辊和刀辊等组成,可实现对杂草的拉拔和埋压。田间试验结果表明:该机配备复合式除草部件、工作速度为0.5m/s、除草深度为50mm时,行间除草率为83.7%,伤苗率为4.1%,可在草量多、杂草高的水田中进行有效除草。     

水稻苗间除草装置工作机理分析

为了满足绿色环保大米生产需要,设计了一种水稻中耕苗间除草装置。对总体结构、关键部件的设计及工作原理进行了分析。选择秧苗插秧后第7 d进行除草试验,秧苗行距为30 cm,株距为14~16 cm。采用二次旋转正交试验方法,利用Design-Expert软件进行数据处理与分析,获得了弹齿式苗间除草盘转速、机器前进速度、除草深度之间交互作用对除草率及伤秧率的影响。得到影响除草作业质量的指标主次因素和各因素的显著性水平。根据田间试验结果,插秧7 d时除草装置的较优工作参数为：除草盘转速186 r/min,机器前进速度为0.47 m/s,除草深度为37 mm,此时伤秧率为3.9 %,除草率为75 %。研究结果为整机的设计提供了可靠依据。     

基于彩色模型和近邻法聚类的水田秧苗列中心线检测方法

水田秧苗列中心线的检测是实现水田除草机器人自主导航的重要保证。在秧苗的不同生长时期,秧苗形态各不相同;并且在南方地区的水田中经常会出现的绿色浮萍、蓝藻,它们的颜色与目标秧苗非常接近,这给秧苗的分割以及列中心线的检测带来很大的困难。针对这些问题,提出一种基于彩色模型和近邻法聚类实现秧苗列中心线的检测方法。首先,基于彩色模型即2G-R-B模型(2Green-Red-Blue)和HSI(Hue,Saturation and Intensity)彩色空间中提取S分量提取秧苗灰度特征;然后,在保持秧苗原有形状的前提下提取秧苗特征点,获得秧苗特征点图像;最后,基于近邻法利用特征点间的邻近关系对特征点进行聚类,采用基于已知点的Hough变换(known point Hough transform)提取秧苗列中心线。试验表明:提出的方法能够在图像中存有绿色浮萍、蓝藻等噪声情况下准确提取秧苗灰度特征,平均每幅真彩色图像(分辨率:1280×960)整个流程所需时间小于350ms,并能够适应自然光线变化。提出的方法能够适应环境的变化,满足机器人实时性要求。     

Inhibitors of methane production in paddy soils

Global warming is now attracting the world attention. Methane is an important greenhouse gas next to CO₂. Prather et al. (1995) estimated that rice paddy fields account for 14% of all biogenic atmospheric methane. It is considered that methane production from rice paddy fields is increasing along with the increase of the population. Therefore, the development of rice cultivation techniques for reducing methane production is essential, in order to preserve the global environment.     

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。     

稻麦轮作条件下机插水稻CH_4和N_2O的排放特征及温室效应

于2008年采用静态暗箱-气相色谱法对人工手插和机插2种水稻种植方式下CH4和N2O排放进行田间观测,研究稻麦轮作条件下机插水稻CH4和N2O的排放特征及其温室效应。结果表明,水稻生长季CH4排放通量人工手插水稻和机插水稻均呈先升高后降低的变化趋势,N2O仅在水稻搁田期间有明显排放,机插和人工手插水稻CH4平均排放通量分别为4.68、4.39 mg.m-2.h-1,N2O平均排放通量为92.80、111.33μg.m-.2h-1。与人工手插水稻相比,机插水稻增加CH4排放总量14%,减少N2O排放总量11%,使稻季排放CH4和N2O所产生的全球增温潜势（GWP）和＂单位产量的GWP＂分别提高8%和10%。在稻麦轮作条件下采用机插水稻种植方式,水稻生长期间排放的CH4和N2O所形成的温室效应有提高的趋势。