我国是杂交稻种子生产大国和用种大国,杂交稻种子轻简化种植生产对保障国家粮食稳定供给具有重要意义。杂交稻制种是水稻生产的前提和基础,而杂交稻制种机械缺乏是杂交稻种子成本高和效益低的重要原因,研发杂交稻制种机械有利于提高制种效率与效益。本文根据杂交稻制种种植农艺要求,设计了一种沟插垄播式杂交稻制种机,可实现父本和母本同步播栽作业。应用理论分析、EDEM仿真、高速摄像和大田试验等技术和方法开展沟插垄播式杂交稻制种机关键部件设计与试验研究。主要研究结论包括:（1）基于杂交稻制种亲本间的播插期,提出了一种“沟底机插父本+垄台直播母本”的种植模式,该模式针对水田开沟作业和杂交稻制种父母本种植对水分的要求,通过父本秧苗机插于插秧沟的沟底,母本稻种直播于垄台上的种沟内,蓄水沟和插秧沟均灌水而不上垄台,从而保证秧苗灌水,种沟湿润的条件,满足同步机插与直播的水分管理要求。确定了沟插垄播式杂交稻制种机的总体设计方案,阐述了杂交稻制种机的结构组成与工作原理,确定了杂交稻制种机的排种装置和开沟装置等关键部件的结构参数。（2）开展了沟插垄播式杂交稻制种机排种装置关键部件设计与参数分析,确定“一器六行”母本集中排种装置的主要结构参数,设计了一种叶形曲线状型孔,确定排种轮直径和型孔数量分别为70 mm和6个,种箱容积0.11 m~3,排种装置安装高度800～900 mm排种性能较优。采用组合段限种板设计,可改变限种板位置和排种轮转速调节排种量。（3）利用EDEM仿真、高速摄像和台架试验方法,开展了精量穴播集中排种装置排种过程分析,台架试验与高速摄像对比分析了直线状、曲线状和叶形曲线状3种型孔结构的排种性能。试验结果表明:叶形曲线状型孔排种合格率最高,为90.41%,漏播率和重播率最小,种子在型孔内主要以平躺和侧卧姿态为主,其比例大于76%,排种性能较好;比较型孔内竖立、倾斜和平躺姿态稻种,发现竖立姿态在充种和投种过程受力最大。应用三因素五水平试验设计研究了叶形曲线状型孔的长度、宽度和深度对排种性能的影响,结果表明:型孔长度、宽度和高度分别为20.27 mm、16.84 mm和7.46 mm时排种效果较优,该参数组合下排种的合格率、重播率和漏播率分别为92.99%、4.73%和2.28%。（4）开展了沟插垄播式杂交稻制种机开沟装置关键部件设计与参数分析。应用土壤剪切、挤压原理,设计了一种舰型开沟器,分析了开沟器接触面的力学特性,确定其主要结构参数。试验研究了开沟器起土角、元线角和挤压成型面长度对开沟性能的影响,结果表明:当开沟器起土角为5°、开沟器元线角为65°、挤压成型面长度为140 mm时,种沟开沟器的回土率和沟深稳定系数分别为10.99%和8.34%;蓄水沟开沟器的回土率和沟深稳定系数分别为10.54%和8.08%;插秧沟开沟器的回土率和沟深稳定系数分别为10.43%和8.39%,可实现种沟、插秧沟和蓄水沟同步作业。（5）2019～2021连续3年开展大田生产试验,沟插垄播开沟装置试验结果表明插秧沟开沟深度为50 mm时,插秧深度为22.8 mm,漏插率和漂秧率均低于2.0%,满足水分供给需求,有效分蘖更多且提高了母本出苗率;精量穴集中排种装置直播不育系试验结果表明排种合格率82.69%、漏播率8.52%、重播率8.79%、成苗率46.93%、平均穴距为121.20 mm;品种和密度对不育系生长特性和产量影响的试验结果表明,该制种机能适应不同品种制种农艺的栽插需求,父本雅恢2115和成恢727在穴距22 cm密度处理下拔节期和成熟期干物质积累总量分别高于穴距15 cm处理的6.59%、21.46%和16.41%、15.12%,齐穗期分别低于穴距15 cm处理的9.42%和4.64%;母本宜香1 A和蜀21 A在8±2粒播量密度处理下分别比6±2粒和4±2粒密度处理高21.06%、40.85%和17.72%、35.58%,父本在穴距22 cm密度处理下和母本在8±2粒播量密度处理下拔节期、齐穗期和成熟期地上部分茎鞘、叶和穗部干物质重积累更多,相同单位面积上宜香1 A和蜀21 A在8±2粒播量密度处理下分别比6±2粒和4±2粒密度处理高制种产量高11.27%、26.76%和13.44%、27.42%。因此,精量穴播集中排种装置的单穴排种数量和性能能满足杂交稻制种要求。