我国水稻种植区域大,种植方式多种多样,水稻种植机械化是实现水稻生产全程机械化的难点之一。机械化直播是一种水稻轻简化栽培技术模式,具有省工、省时、省力等优势,但受区域、品种、茬口和栽培习惯等因素的影响,目前只能在适宜地区推广应用。针对人工撒播存在的齐苗、倒伏、除草和产量等问题,通过农机与农艺相融合,本文提出了一种同步开沟起垄水稻机械化穴播技术,结合相应机具及其装置的改进设计,以”精量穴播“和“开沟起垄”为核心技术开展了相关研究,主要研究内容及结论如下:(1)根据水稻成行成株有序种植的农艺特点,提出了一种同步开沟起垄水稻精量穴播技术,即在播种时在田面同时开出蓄水沟和播种沟,播种沟位于两条蓄水沟之间的垄台上,采用穴播方式将水稻芽种播在播种沟中,其主要技术特点是“精量穴播”和“开沟起垄”,本文对其进行了基础理论分析。根据田间出苗率情况分析了国内不同地区适宜的播种密度和播种量,确定了行距可选(以20cm和25cm为主)、穴距可调(10-20cm)和播量可控(3-10粒/穴或10-20粒/穴)的精量穴播技术参数。根据同步开沟起垄理论确定适宜作业的土壤含水量为40~50%,并确定了播种沟开沟器外形尺寸(上宽5cm、下宽3cm、高3cm)和蓄水沟开沟器外形尺寸(上宽7cm、下宽5cm、高6cm)。根据“精量穴播”、“开沟起垄”和“播喷同步”的技术思路,改进设计了同步开沟起垄水稻精量穴播机和同步开沟起垄喷施水稻精量穴播机。(2)“精量穴播”播种方式是实现合理水稻生长群体的有效途径之一。开展了不同水稻种植方式和不同水稻播种方式的大田生产对比研究,研究结果表明,机械穴播在一定程度上可提高水稻的抗倒伏性能,降低倒伏指数;有利于促进个体生长的优势,优化水稻群体配置,增加了水稻群体的个别水稻生育期的根系、干物重等指标,因此,机械穴播利于水稻稳产高产。(3)为了解决人工撒播表土播种方式存在的苗难齐、扎根浅、易倒伏等问题,对“同步开沟起垄”与“不开沟”两种方式开展了对比研究,研究结果表明,与“不开沟+穴播”播种方式相比,开播种沟的播种方式不仅可以保证穴播方式的成行成穴齐苗生长,还可提高水稻出苗率14.9%;“播种沟+水沟+穴播”播种方式具有降低水稻倒伏指数的作用,而且有利于提高部分生育期的根系形态指标和干重积累;“播种沟+水沟+穴播”播种方式虽然对水稻产量无显著影响,但是不同水稻品种对不同开沟方式的响应有差异。(4)为了解决与水稻机械化穴播技术配套的除草技术问题,本文提出了一种“播喷同步”除草技术,并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、水体和植株中的残留和消解动态规律的研究。研究结果表明,在水稻机械化穴播时采用二甲戊灵、丙草胺(扫茀特)和丙草胺(直播净)三种除草剂,喷施第20天后,土壤和水体中的除草剂有效成分消解率均达95%以上,满足机械穴播的出苗时间间隔要求;丙草胺(扫茀特)喷施后对水稻发芽成苗、稻谷产量的影响均较二甲戊灵的小,适应性较好;播种时同步喷施除草剂后,稻田土壤中除草剂有效成分较播后3天喷施的高;水体中除草剂存留时间较土壤中的长,且扫茀特在土壤或水体中的有效成分含量较直播净高。播种时同步喷施技术宜采用丙草胺(扫茀特)等安全除草剂。(5)调查分析了不同区域的水稻机械化穴播技术的稻谷产出、稻米品质和经济效益等指标。结果表明,同步开沟起垄水稻机械化穴播技术的稻谷产量稳定性较高,与人工撒播相比,平均可增产16.7%,与水稻移栽技术相比产量相当。水稻机械化穴播技术有利于提高稻谷的整精米产量,在安徽南陵、四川绵竹、新疆温宿和山东高清地区的测试结果分别比机械插秧提高了9.11%、27.02%、4.08%和11.11%。与人工插秧、人工抛秧和机械插秧相比,采用水稻机械化穴播技术的平均生产成本分别可降低14.4%、7.7%和7.9%;与人工插秧、人工抛秧、人工撒播、机械插秧和机械条播相比,采用水稻机械化穴播技术的平均纯收入分别可增加80.0%、46.6%、36.0%、18.1%和6.1%。研究结果表明:采用同步开沟起垄水稻机械化穴播技术,可实现水稻成行成穴有序生长,通风透气采光性好,可提高水稻出苗率,改善直播稻的抗倒伏性能,水稻产量较高,稻米品质较优,综合效益显著。研究成果可为同步开沟起垄水稻精量穴播机具的改进设计提供理论依据,也可为水稻机械化穴播技术的生产应用提供技术参考。