编辑推荐：
针对膜下滴灌技术受限于播种机作业速度低（＜4 km/h）的问题，研究人员基于 TRIZ 理论开展双种取棉花精量穴播器研究。通过模型分析与试验优化，得出最优参数组合，证实椭圆穴种盘性能更优，为高速播种理论及参数确定提供参考。
在农业生产的广袤天地中，节水与高效始终是绕不开的核心命题。我国新疆作为重要的棉花产区，地处干旱区域，水资源短缺与灌溉需求的矛盾日益突出。膜下滴灌技术凭借增温保墒、抑制杂草等优势，成为棉花丰产的重要助力，但其配套的播种机械却因作业速度低下（普遍低于 4 km/h），严重制约了该技术的推广效率。问题的症结在于传统播种机在充种过程中，种子流紊乱导致棉种无法及时分离迁移，形成 “沸腾” 般的无序运动状态，既影响播种精度，又难以提升速度。
为突破这一技术瓶颈，国内研究团队聚焦于棉花精量穴播技术的革新，在国家自然科学基金（Grant No. 52165036）和 XPCC 科技计划项目（Grant No. 2024DB002）的支持下，开展了双种取棉花精量穴播器的研发工作，并将成果发表于《Computers and Electronics in Agriculture》。这项研究旨在通过创新机械结构与参数优化，在保证播种质量的前提下显著提升作业速度，为资源节约型农业提供关键装备支撑。
研究团队综合运用多种技术方法：首先基于 TRIZ（发明问题解决理论）构建系统功能模型，通过 “物 - 场模型” 引入复合力场（应力场、摩擦场、支撑场）优化充种功能；借助离散元法（DEM）建立双种取目标棉种充种孔的力学模型，分析强制充种角、引导充种角对种群局部聚散与迁移的影响；设计 Plackett-Burman 筛选试验与 Box-Behnken 响应面试验，结合数值模拟优化关键参数；利用高速摄像技术对比平面穴与椭圆穴种盘的充种性能，通过台架试验验证结构有效性。
关键参数优化与模型分析
研究以充种过程的种群运动规律为核心，构建力学模型探究强制充种角（α）与引导充种角（β）的影响机制。结果表明，较小的充种倾斜面（由 α 与种盘厚度共同决定）可减少种子颗粒间的无序扰动，提升充种合格率。通过 Plackett-Burman 试验筛选出显著影响因子（种盘厚度、α、β），再经 Box-Behnken 响应面分析确定最优参数组合：转速 43 r/min（对应播种速度 4.14 km/h）、种盘厚度 6.69 mm、α=40.73°，此时合格指数达 88.19%，过充指数 10.02%，漏播指数 1.8%，突破了传统机械播种速度的限制。
种盘结构性能验证
通过高速摄像技术对两种种盘的充种过程进行动态捕捉，发现椭圆穴种盘通过平面与弧面组合形成有限迁移空间，可诱导种群产生局部动态颗粒涡旋，延长椭球形棉种在取种单元的滞留时间，减少 “沸腾” 现象。台架对比试验证实，椭圆穴种盘的充种性能显著优于平面穴结构，满足棉花净作生产的精度要求，为高速播种设备的结构设计提供了新范式。
结论与意义
本研究基于 TRIZ 理论构建的双种取精量穴播技术体系，成功解决了传统机械播种中种子流紊乱与速度受限的核心问题。通过多场耦合的力学模型与试验设计，揭示了种盘结构参数与种群运动的内在关联，确立了高速播种的关键参数组合。椭圆穴种盘的创新设计不仅提升了充种效率，其诱导颗粒涡旋的机制更为同类播种设备的研发提供了普适性参考。该成果不仅为膜下滴灌技术的规模化应用扫清了装备障碍，更在理论层面丰富了高速播种过程中颗粒动力学的研究维度，对推动资源节约型农业的机械化、智能化发展具有重要战略意义。研究提出的参数优化方法与结构创新思路，可延伸至其他作物的精量播种领域，助力农业生产向高效、精准方向迈进。
