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2025年, 第39卷, 第4期
刊出日期：2025-07-10 上一期   
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专题：水稻生产机械化与智能化
综述与专论
研究报告


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专题：水稻生产机械化与智能化

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拖拉机作业机组路径跟踪控制方法研究进展 肖茂华, 田丰瑜, 魏文波, 朱烨均, 李东方, 张鹏程, 耿国盛 2025, 39(4): 423-439.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2025.250104 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1823KB) ( )   拖拉机作业机组是指由拖拉机与配套机具组成的一种具有独特铰接牵引式结构的农业机械系统，路径跟踪控制方法是实现该机组无人化作业的关键技术。然而，受限于农业环境的多变性及铰接式车体复杂的转向结构，现有方法在适应性、鲁棒性和控制效率方面仍面临挑战。本文旨在通过分析机组模型、路径跟踪控制算法，系统概述拖拉机作业机组路径跟踪控制方法的研究现状。此外，讨论了拖拉机作业机组路径跟踪控制方法研究面临的主要问题及解决思路，以期为拖拉机作业机组路径跟踪控制方法的研究工作提供有益参考。

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基于自适应耕深调节的后悬挂调平系统方法研究 李慧捷, 袁浩宇, 解臣硕, 肖茂华, 黄伟星, 曹瑜轩, 唐存干 2025, 39(4): 440-450.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2025.250317 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1756KB) ( )   【目的】针对当前农业生产中传统耕作机具容易受到地形和工作负载变化的影响，适应性较差和调平控制精度不高等问题，【方法】提出了一种基于模糊PID算法的智能耕深自适应调平控制方法，设计了一种四杆式电控液压后悬挂调平装置，实现了耕深的自适应调控与均匀性保障。通过三维建模软件对四杆式液压后悬挂调平装置进行设计建模，并对该自适应耕深调节的电控液压后悬挂调平装置进行仿真分析，验证其能够安全稳定运行的载荷条件。【结果】实际田间作业试验验证，当拖拉机以低速、中速和高速三种不同行驶速度在田间作业时，采用模糊PID算法的液压后悬挂调平装置在10°和20°的坡上平均调平响应时间分别为2.2 s和5.3 s，调平误差均小于0.5°，且无超调现象。【结论】该系统能较好保证耕深的合格率和均匀度，实现了旋耕机在耕作过程中对耕深的实时自适应调控。

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水田侧深施肥末端分流式加速装置的设计与优化 林逸, 孙良, 陈东顺, 朱广飞, 孔子阳, 俞高红 2025, 39(4): 451-464.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2025.250209 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1746KB) ( )   【目的】解决水稻侧深施肥装置在施肥过程中施肥管末端落肥速度慢且易堵肥的问题。【方法】基于通用颗粒复合肥物理参数提出一种末端分流式加速装置，根据气固两相流理论的研究方法，将气流和肥料分流，使引出气流经变径管加速后引入出肥口，提升出肥口风速，加速肥料下落并预防堵塞。【结果】通过建立流体动力学与离散元耦合仿真模型，选取气肥分流器混合管倾角、弯径比以及导气口倾角作为影响因素，以导气口的肥料误入率和气流速度作为响应值，采用Box-Behnken三因素三水平的中心组合设计法设计正交仿真实验，组合出最佳的气肥分流装置的结构参数。结果表明，气肥分流装置的最佳结构参数组合为混合管倾角10°，导气管倾角16°，弯径比2。在此条件下进行台架实验，测量得到的加速后气流平均速度为19.74 m/s，肥料误入率为7.74%，肥料下落平均速度为2.14 m/s，【结论】该装置能有效提高施肥管末端风速及落肥速度，可为气送式水田施肥技术研究提供参考。

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直取直栽式空间轨迹宽窄行分插机构运动分析与设计 周斌, 黄江军, 薛晓迪, 顾伟, 冯涛, 孙良, 俞高红 2025, 39(4): 465-476.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2025.250303 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1333KB) ( )   【目的】为了解决现有空间轨迹宽窄行分插机构在推秧栽插秧苗时存在秧苗侧向倾斜的问题，本文提出了一种由平面轨迹演变而来的空间轨迹分插机构。【方法】首先，结合水稻秧苗种植要求确定栽植臂秧爪尖点运动轨迹上的若干关键位姿点，构建行星轮系分插机构简化机构(平面2R机构)的运动参数求解模型，并以求解的2R机构整周期角位移对分插机构非圆齿轮进行传动比分配；而后，引入一种共轭凸轮驱动栽植臂侧向运动、分体拨叉实现推秧的摆臂式推秧装置，结合秧爪取秧时刻的姿态角确定栽植臂摆动轴与秧爪的平面夹角；并以平面轨迹段直取秧、侧向摆转定植立苗为要求，设计共轭凸轮廓线和结构参数，实现分插机构取秧过程零偏移量，推秧结束竖直立苗的宽窄行机插。最后，对分插机构进行实物样机试验。【结果】样机的实际轨迹及姿态与理论设计基本一致：取秧角β1=0.75°，xoy平面推秧角β2=55.25°，yoz平面内推秧角β3=34.42°，推秧侧向总偏移量ΔS=39.26 mm，轨迹高度h1=318.86 mm，环扣高度h2=179.83 mm，穴口宽度d1=19.97 mm，满足宽窄行种植的农艺要求，验证了直取直栽式宽窄行分插机构设计的正确性。

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播种量和取秧量对精量条播机插杂交稻高产群体构建及能效的影响 曹云, 陈雪芳, 黄兴海, 何咨霆, 汤菁莎, 陈坤, 汪爱羚, 罗贯洲, 廖琴, 孙园园, 郭翔, 杨志远, 马均, 孙永健 2025, 39(4): 477-490.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2025.250311 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2255KB) ( )   【目的】明确杂交稻精量条播下，条播量和取秧量对机插质量、高产群体构建及能效的影响，提出条播量和机插取秧量的优化组合，为完善杂交稻精量条播育插秧高产高效栽培技术提供依据。【方法】在精量条播18条带下，以川康优6308为试材，进行两因素裂区试验设计，主区设100粒/条(M1)，130粒/条(M2)，160粒/条(M3)，190粒/条(M4)四个条播量，副区为1.25 cm2(S1)，2.03 cm2(S2)，2.81 cm2(S3)三个机插取秧面积来代表不同取秧量，研究其对机插杂交稻秧苗素质、机插质量、群体质量、产量及能效的影响。【结果】在不同条播量，秧龄为25 d下，M1和M2处理间差异不显著，株高(17.05~17.95 cm)、茎基宽(1.78~1.84 mm)、绿叶数(3.41~3.57片)、成苗率(74.15%~77.75%)和根数(7.04~7.71条/株)均显著优于M3和M4处理(1.36%~21.46%)，但M2处理根冠比和根系盘结力优于M1处理。不同条播量和取秧量处理下，M2S3为最佳试验处理，其机插质量最优，且在生育后期叶面积衰减缓慢，群体生长率和群体净同化率分别比其余处理高0.77%~70.59%，2.54%~55.79%，产量达到10768.79 kg/hm2，相比于其他处理提高4.02%~37.23%。此外，其净能量、能量利用效率、能量生产力分别显著提高3.70%~34.41%，0.04%~1.80%和2.50%~24.24%，净收益和产投比分别增加335.13%~3935.06元/hm2和0.36%~18.93%。【结论】精量条播机插杂交稻条播18条带，条播量为130粒/条，秧龄为25 d，可以培育素质较优的秧苗，并配合机插取秧量为2.81 cm2可构建高产群体质量，节本增效，并协同提高产量和能效比。

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杂交稻钵毯苗机插质量及产量形成对钵深的响应 唐承翰, 陈惠哲, 怀燕, 孙良, 张玉屏, 向镜, 张义凯, 王志刚, 徐逸文, 王亚梁 2025, 39(4): 491-500.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2025.241106 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1345KB) ( )   【目的】钵毯苗能有效聚拢根系，降低水稻机插损伤，明确钵深对杂交稻钵毯苗机插质量及产量形成的影响，为研发适宜的杂交稻钵毯苗秧盘提供理论依据。【方法】以籼粳杂交稻甬优1540为供试品种。普通平盘(CK，平盘，钵深为0 cm)作为对照，设置4个不同钵深类型的钵毯苗处理：T1(钵毯盘，钵深为0.4 cm，钵体体积为1.6 cm3、T2(钵毯盘，钵深为0.8 cm，钵体体积为3.2 cm3)、T3(钵毯盘，钵深为1.2 cm，钵体体积为4.8 cm3)、T4(钵毯盘，钵深为1.6 cm，钵体体积为6.4 cm3)。所有处理采用的秧盘大小一致(长度×宽度×高度=58 cm×28 cm×2.8 cm)，横向播种14次，纵向播种29次，每穴播种3粒种子，播种量为30.94 g/盘。比较分析不同处理间成毯性、秧苗素质、机插质量、机插根系损伤、移栽后秧苗的生理指标以及群体产量形成的差异。【结果】1)钵深增加，降低了机插取秧对根系的损伤，提高机插后秧苗的根系活力、叶片可溶性糖和叶绿素含量。钵深1.6 cm的秧苗成毯性差，机插后群体漏秧率高、均匀度低。2)钵深增大，群体分蘖多，群体的叶面积指数和干物质积累量增加。3)钵深越大，群体依靠更多的有效穗数促进产量提升，T1、T2、T3、T4的产量较CK分别提高2.37%、2.93%、4.03%、7.60%。【结论】增加钵毯盘的钵深能降低机插对水稻秧苗根系的损伤，使群体以更多有效穗数获得高产，但钵深过大的秧苗成毯困难、机插质量差，大钵体稀播育秧的钵深不宜大于1.2 cm。实际生产中，建议在确保秧苗成毯的前提下，增加钵毯盘的钵深，以促进杂交稻钵毯苗机插高产群体的构建。

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机直播条件下不同控草方式对抗除草剂水稻产量和品质差异性研究 朱鹏, 凌溪铁, 王金彦, 张保龙, 杨郁文, 许轲, 裘实 2025, 39(4): 501-515.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2025.241001 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1819KB) ( )   【目的】探讨机直播条件下不同控草方式对抗除草剂水稻生长及其产量、品质形成的影响。【方法】以粳型常规糯稻镇糯19 (Z19)、籼型恢复系水稻华占(HZ)、常规粳稻镇稻18 (Z18)和软米K6 (K6)的抗乙酰乳酸合成酶类(acetolactate synthase，ALS)除草剂品种与对相应除草剂敏感的野生型品种为材料进行田间试验，采用乳苗移栽模拟机直播的方式，设置三种除草方式即人工除草(T1)、甲氧咪草烟除草(T2)、常规除草(T3)。【结果】施药40 d后调查发现，人工除草处理杂草防效最好，其次为甲氧咪草烟处理，对田间总草株防效分别为95.43%、86.34%，比常规除草处理分别高34.32%、24.23%。此外，随着田间杂草危害的减轻，不同品种水稻的农艺性状特征(茎蘖数、成穗率、叶面积指数、结实期叶面积衰减率和干物质积累量)均不同程度地提高，但对SPAD值和稻米品质无显著影响。与常规除草方式(T3)相比，T1中镇糯19、华占、镇稻18和K6的产量分别提高35.0%、34.8%、31.9%和28.8%，T2中对应水稻的产量则分别提高17.6%、15.9%、14.1%和15.2%。【结论】以上结果表明，机直播条件下选用抗ALS类除草剂水稻品种配套相应除草剂除草技术可以高效除草并能维持较高的水稻产量，是一种值得推广的高产栽培方式。

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北方粳稻密苗机插育秧对秧苗素质及取秧特性的影响 董立强, 张义凯, 杨铁鑫, 冯莹莹, 马亮, 梁潇, 张玉屏, 李跃东 2025, 39(4): 516-528.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2025.250105 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1657KB) ( )   【目的】研究密播乳苗对机插水稻秧苗质量及取秧特性的影响，探明其对水稻育秧及机插效率的提升作用。【方法】于2024年以辽粳419为试材，以农户常规播种水平100 g/盘(长×宽为58 cm×28 cm, CK)为对照，设置125 g/盘(ISR1)、150 g/盘(ISR2)、175 g/盘(ISR3)、200 g/盘(ISR4)共4个密播处理，进行育苗试验，探究不同播种量对水稻秧苗质量及机插取秧特性的影响，阐明密播乳苗的秧苗生理生化特性与机插作业质量的关系。【结果】水稻秧苗整盘生物量随着播种量提高显著增加，在175 g/盘(ISR3)达到最大，且秧苗的根系盘结力显著提高，分别平均增加了35.6%和29.1%。高播种量处理下水稻秧苗个体生物量显著下降，秧苗抗氧化酶活性、可溶性糖含量降低，抗逆相关基因的表达受到影响。株高均匀度和茎基宽均匀度在ISR1~ISR3下较对照分别降低了1.3%~2.6%和0.6%~3.7%，ISR4分别显著降低了7.2%和9.3%；机插伤苗率与播种量呈线性正关系，在ISR1~ISR3下平均伤苗率为4.1%，ISR4下为9.8%，ISR2~ISR3处理维持较高的秧苗充实度、壮苗指数和较低的伤苗率。机插实际用秧盘数ISR1~ISR4较CK降低了53.2~148.1盘/hm2，机插人工操作效率显著提升17.2%~40.2%。【结论】密播乳苗育秧提高了整盘秧苗生物量和根系盘结力，150~175 g/盘播种量可以维持较高的个体秧苗质量，显著降低秧盘用量36.2%，极大提升了机插作业效率，可作为北方粳稻地区高质高效机插秧作业选择。

综述与专论

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典型促生微生物提高盐胁迫水稻抗性的研究进展 周洋, 叶凡, 刘立军 2025, 39(4): 529-542.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2025.240814 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1685KB) ( )   土壤盐碱化是当前全球粮食安全面临的主要挑战之一，水稻是滨海滩涂和盐碱地改良首选的粮食作物，提高耐盐性对稳定盐碱地水稻生产至关重要。促生微生物是生物改良土壤盐碱化的重要组成部分。耐盐型促生微生物如丛枝菌根真菌、芽孢杆菌和假单胞菌等，可以通过激活土壤酶活性、生成胞外多糖、增强抗氧化酶活性、调节渗透代谢、调节植物激素等方式来缓解盐胁迫对水稻的生长发育造成不利影响。本文总结了上述三种促生微生物提高盐胁迫下水稻抗性的不同途径和相关机理，指出现阶段研究领域存在的欠缺并对今后的研究提出展望，以期为盐碱地改良和水稻高产提供理论和实践依据。

研究报告

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水稻粉质胚乳突变体we1的表型分析与基因定位 朱建平, 李霞, 李文奇, 许扬, 王芳权, 陶亚军, 蒋彦婕, 陈智慧, 范方军, 杨杰 2025, 39(4): 543-551.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2025.240508 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1407KB) ( )   【目的】对粉质胚乳突变体的研究有助于解析稻米品质形成的分子机制。【方法】从日本晴60Co诱变突变体库中筛选到一份粉质皱缩胚乳突变体we1(white endosperm1)，对其表型、理化性质进行分析，并利用we1与9311杂交获得的F2群体对目标基因进行精细定位。【结果】we1胚乳表现为白色粉质皱缩状，淀粉颗粒排列疏松且不规则；千粒重、株高、总淀粉、直链淀粉含量显著下降，脂肪含量显著上升。遗传分析表明we1粉质皱缩胚乳性状受单个隐性基因控制。利用we1/9311 F2群体进行基因定位，WE1被定位在6号染色体短臂P16和P18之间约181 kb区间内，该区间包含23个开放阅读框(Open reading frame, ORFs)。qRT-PCR 结果显示，WE1的突变会影响淀粉合成相关基因的表达。【结论】WE1可能是一个参与淀粉合成的新基因，本研究为进一步解析WE1调控水稻淀粉合成的分子机制奠定了基础。

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水稻OsNF-YC10自然变异及其与谷粒宽度的相关性 陈嘉乐, 于清涛, 郑琛凡, 汪庆, 谭瑗瑗, 陈百翠, 李承欣, 蒋萌, 舒庆尧 2025, 39(4): 552-562.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2025.240713 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1904KB) ( )   【目的】水稻谷粒宽度是粒型和粒重的重要决定因子，可影响水稻产量和稻米外观品质。迄今已发现大量基因突变可影响粒宽，但因突变存在其他显著负效应，真正具有育种价值的基因不多，挖掘新的粒宽基因特别是对品质和产量没有负效应的自然变异具有重要意义。【方法】通过小粒型籼稻(DR610)和大粒型粳稻(哈粳稻7号，HG7)的F2群体极端粒重个体的QTL-seq和已知影响粒型基因的联合分析，发现DR610的OsNF-YC10存在一个无义突变，这可能是其谷粒比HG7窄的原因。为探明OsNF-YC10变异与水稻粒宽的关系，我们对4000余份水稻种质中该基因的自然变异类型及其与粒宽的相关性进行分析。【结果】OsNF-YC10存在10种主要的单倍型，其中，以HG7为代表的单倍型(Hap1)为粳稻中的高频单倍型(1464/1509)；以DR610为代表的单倍型(Hap5)在第1048位核苷酸发生了一个C(HapC)→T(HapT)的无义突变，HapC型品种的粒宽(3.036 mm，n=1596)显著大于HapT型品种的粒宽(2.938 mm，n=309)，表明该基因的自然变异显著影响水稻粒宽。进一步分析发现，Hap1和Hap5单倍型存在明显的籼粳分化，后者主要分布在低纬度地区。最后，利用四引物ARMS-PCR，开发了一个区分C→T变异的分子标记，可用于粒型的分子标记辅助选择。【结论】本研究确定了OsNF-YC10的自然变异及其单倍型与粒宽的相关性，为粒宽的设计育种提供了重要参考。

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不同氮肥水平下水稻倒二叶叶鞘的转录组分析 黄福灯, 吴春艳, 郝媛媛, 韩一飞, 张小斌, 孙会锋, 潘刚 2025, 39(4): 563-574.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2025.250306 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2200KB) ( )   【目的】探明叶鞘对氮素响应的重要基因，为水稻氮素高效利用的遗传改良提供科学依据。【方法】将粳稻品种秀水134种植在低氮(LN)、中氮(MN)和高氮(HN)的渗漏池中，选取抽穗后第10天的倒二叶叶鞘进行转录组测序分析，以鉴定叶鞘对氮素响应的重要基因。【结果】转录组数据比较分析显示，三种氮素水平间存在1791个差异表达基因。其中HN与MN、MN与LN、以及HN与LN组间的上调和下调表达基因数分别为312个和155个，263个和160个，1059个和542个。三种施氮水平间的共有上调和下调差异表达基因分别为15个和53个，涉及营养元素吸收和转运、生物与非生物胁迫响应、植物激素响应以及光调控等生理生化过程。基于GO富集分析和KEGG代谢途经分析，最终鉴定出参与氮素利用及光合作用的已知功能基因分别为6个和4个，以及50个功能未知基因，推测这些基因在倒二叶叶鞘的氮素响应中发挥重要作用。【结论】研究结果初步明确了叶鞘对不同氮素水平响应的重要基因，这些基因在氮素利用的信号转导途径中发挥重要作用。