保护性耕作作为一种高效节能和低成本的耕作体系可获得更高的作物产量。然而，由于作物残留对后续播种作业、特别是在潮湿地区对水田作业机械的干扰，使得作物残留的管理严重制约了保护性耕作的发展。由于土壤质地、气候条件、土壤发生和土壤结构的复杂性，水稻田土壤在破坏模式和耕作阻力方面有其特有的复杂性。圆盘开沟器既是条播机的开沟装置、同时也是播种前切割去除作物残留的工具。开沟器性能受到各种因素的影响，如圆盘几何形状、土壤性质以及免耕地块中作物残茬的性质等。受圆盘几何形状和土壤-秸秆条件的影响，开沟器切除作物残茬的能力尚存在一些问题。因此，在保护性耕作免耕系统中提高耕作效率仍是迫切需要解决的问题。还需要对不同开沟器对稻田土壤免耕直播的适应性做全面的评估。为研究评估开沟器的性能，开展了三种不同的试验。首先，对小麦秸秆和水稻秸秆在不同含水率和加载速率时的机械性能进行了测定，并设计了性能测定的模糊逻辑算法。其次，试验测试了四种不同的圆盘式开沟器（缺口形、锯齿形、单圆盘和双圆盘）在免耕水稻土开沟时的牵引阻力以及对秸秆的切割能力。第三，测试了三种不同直径（330、450和600mm）双圆盘开沟器的性能。在南京农业大学江苏省智能化农业装备重点实验室研制了一种室外试验台架，用来测试开沟器的性能。试验台架配备了电源、移动小车、可调机架，以及两个负载传感器和数据采集系统，以测定作用在开沟器上的水平力和垂直力。田间试验工况分别选择30、60、90 mm三种耕深和01、0.2、0.3 m/s三种前进速度。最后，用EDEM软件对各种开沟器的性能用离散元法进行仿真。研究的主要结果如下:　　1.设计了一种在不同含水率和加载速率情况下，评价稻麦秸秆剪切强度、弯曲强度、拉伸强度和杨氏模量等机械性能的模糊算法。在小麦秸秆含水率为9.5％、15.1％和22.8％、水稻秸秆含水率为22.6％、35.4％和45.6％，以及加载速率为10、20和30mm/min情况下，分别测定了稻麦秸秆第1、第2、第3节(IN1，IN2和IN3)节间位置的机械性能。结果表明:在不同的节间区域，含水率和加载速率均显著影响(P＜0.05)秸秆的剪切强度、弯曲强度、拉伸强度和杨氏模量。麦秆和稻草朝向第三茎节的剪切强度和拉伸强度随含水率和加载速率的增加变大。而弯曲强度和杨氏模量随含水率和加载速率的增大而减小。依据试验数据，基于马丹尼(Mamdani)最小-最大27规则提出模糊评价模型。剪切强度、弯曲强度、拉伸强度和杨氏模量的确定系数(小麦秸秆:0.96，0.92，0.93和0.75;水稻秸秆:0.94，0.85，0.94和0.80)表明:预测小麦秸秆机械性能的模糊逻辑算法可替代所选择条件下的试验结果。　　2.利用完全随机(4×3×3)多因子试验设计对不同的圆盘式开沟器进行评估测试。结果表明:开沟器类型、工作深度和作业速度显著影响(P＜0.05)开沟器受到的水平力和垂直力、以及对秸秆的切割能力。缺口形、锯齿形、单圆盘和双圆盘式开沟器的牵引阻力平均值分别为444.3、421.0、481.3和737.3 N，垂直力平均值分别为1105.3、903.7、923.0和1553.9N，而对秸秆的切割效率分别为12.44％、46.2％、11.3％和78.5％。双圆盘开沟器缠草率最低、对秸秆的切割效率最高，在90 mm的耕作深度时达到88.6％，因此双圆盘开沟器与其它开沟器相比性能最佳。　　3.为探讨圆盘直径对双盘开沟器性能的影响，设计了完全随机33因子田间试验。结果表明:圆盘尺寸、工作深度和前进速度显著影响（P＜0.05）开沟器的水平力、垂直力以及对秸秆的切割性能。直径为330、450和600mm开沟器的牵引阻力平均值分别为648.9、737.2和784.6N，垂直力分别为904.7、1553.9和1620.4N，秸秆切割效率分别为39.36％、78.47％和65.46％。450mm直径的圆盘开沟器比600mm直径圆盘开沟器的秸秆切割效率更高，而300mm直径的开沟器切割效率最低。450mm直径的圆盘开沟器在90 mm工作深度时秸秆切割效率最高(88.6％)，相比于其他开沟器性能最佳。　　4.综上所述，直径为450mm的双圆盘开沟器(DD450)在免耕水稻土田间工作时性能良好，其秸秆切割效率高，工作阻力（牵引阻力和垂直力）小。因此，本研究对于在水稻土条件下为免耕机械选择适当的开沟器以及确定其适用性是非常有用的。　　5.对于土壤这样的颗粒材料，离散元模型能够很好地模拟其特性和相互作用。将模拟结果和田间试验数据进行了比较，以便确定在不同工作条件下的适用性。利用EDEM软件对缺口形、锯齿形、单圆盘和双圆盘开沟器进行离散元模拟，应用HertzMindlin键合接触模型，建立了3D DEM模型。其法向和切向刚度的标定值是5×107N·m-1，法向（正应力）和切向应力（剪切强度）的标定值为3×107 Pa。相对于单圆盘（33.7％-44.9％）、缺口形（29.2％-44.4％）和锯齿形（31.5％-45.9％）开沟器，双圆盘开沟器的相对误差（-1.7％-20.6％）最小。