水稻機械精量濕潤直播技術的創(chuàng)新與發(fā)展

王丹英 褚光 陳松 徐春梅 陳里鵬 章秀福*

（1 中國水稻研究所/水稻生物學國家重點實驗室，杭州310006；2 杭州富陽鹿山街道南山村，杭州311400；第一作者：wangdanying@caas.cn；*通訊作者：zhangxiufu@caas.cn）

隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展、農(nóng)業(yè)結構的調(diào)整、水稻生產(chǎn)經(jīng)營主體的轉變，水稻種植季節(jié)的請工難、用工貴問題異常突出。同時，水稻生產(chǎn)的比較效益逐年下降，省工節(jié)本高效的直播技術成為稻農(nóng)的必然選擇。

水稻直播是指不經(jīng)過育秧、移栽而直接將水稻種子播入大田的一種勞動強度相對較輕、成本相對較少的種植方式。目前我國直播稻面積占全國水稻播種面積的1/3 左右，主要分布于長江中下游及淮河流域的雙季早稻和單季稻，以及北方的單季稻；華南及西南稻區(qū)的直播稻則呈快速發(fā)展之勢。播種方式以撒直播為主，占直播面積的80%以上，機械直播面積不足20%。

根據(jù)播種時稻田的水分狀況，水稻直播又可以分為濕潤直播和旱直播。毋庸置疑，水稻人工濕潤撒直播可以節(jié)省大量勞動力及成本，將農(nóng)民從繁瑣的育秧、插秧等勞作中解放出來，但也存在著播量過大，出苗不勻的問題。生產(chǎn)上農(nóng)戶為克服整地不平造成的漬水或陰雨天氣對種子成苗的影響，往往會加大播種量，較高的播種量導致群體密度過高，限制了個體優(yōu)勢的發(fā)揮，尤其不利于雜交稻的高產(chǎn)。此外，與移栽稻相比，撒直播水稻因群體郁閉、扎根淺，極易發(fā)生倒伏。

為了解決上述問題，并進一步發(fā)揮直播稻節(jié)本高效的優(yōu)勢，近20 年，大量的農(nóng)機和農(nóng)藝科研工作者、種糧大戶投入于機械化精量濕潤直播機具和技術的研究、應用和推廣，促進和推動了水稻機械化精量濕潤直播技術創(chuàng)新和發(fā)展。

圖1 同步開溝起壟水稻機械精量穴直播技術原理及效果

1 水稻機械精量濕潤直播技術

水稻機械精量濕潤直播是使用機械在整地后的濕潤稻田進行穴播、條播稻種，兼具撒直播省工節(jié)本和機插秧水稻成行分布均勻的優(yōu)點。水稻機械精量直播機按其排種工作原理可分為機械式（槽輪式、窩眼輪式、型孔式、勺式、轉盤式等）、氣力式（氣吸式、氣吹式）和電磁振動式等，按其結構型式又可以分為自走式和懸掛式兩種。懸掛式水稻直播機可與高速水稻插秧機機頭配套使用，使一臺插秧機能實現(xiàn)插秧、直播兩種作業(yè)。據(jù)2019 年農(nóng)機購置補貼公示銷量數(shù)據(jù)顯示，目前有補貼銷量的水稻直播機生產(chǎn)廠家已超20 家，在售直播機產(chǎn)品有近50 款。

在水稻濕潤機械精量穴直播機具的研發(fā)上，華南農(nóng)業(yè)大學做了大量工作[1－4]，成功研究出同步開溝起壟水稻精量穴直播機，在田面上同時開設蓄水溝和播種溝，采用穴播方式將稻種播在壟上的播種溝中，實現(xiàn)了直播水稻成行成穴有序生長和壟植潤灌栽培（圖1）；直播機行距可選、株距可調(diào)、播量可調(diào)，其中20 cm 固定行距適合常規(guī)稻，25 cm 固定行距適合雜交稻；株距10～25 cm，穴距多級可調(diào)；每穴播種量可以調(diào)控在3～5粒（1.2～1.8 kg/667 m2，適用于雜交稻）、6～10 粒（2.5～5.0 kg/667 m2，適用于常規(guī)稻）和10 粒以上（5～25 kg/667 m2）。中國水稻研究所在此基礎上研究了農(nóng)藝農(nóng)機相融合的超級稻精量機械穴直播技術[5]，創(chuàng)建了基于種子包衣和盲谷播種的全苗勻苗、肥水耦合、除草等超級稻機械精量穴直播農(nóng)藝關鍵技術，突破了超級稻小播量條件下有序穴播全苗、肥水高效利用、除草、穩(wěn)產(chǎn)等技術難題，充分發(fā)揮了超級稻高產(chǎn)潛力。2012—2015 年，以超級稻甬優(yōu)9 號、甬優(yōu)12 號、內(nèi)2 優(yōu)6 號和春優(yōu)84、春優(yōu)927 等為材料進行的大面積示范推廣，創(chuàng)造了連續(xù)4 年單產(chǎn)超800 kg/667 m2的高產(chǎn)記錄。

有研究表明，機械精量濕潤直播水稻出苗后可以達到與機插秧一樣的成行成穴效果，產(chǎn)量與機插秧相近，但省工節(jié)本優(yōu)勢非常明顯[6-7]：1）省去了育秧和移栽環(huán)節(jié)，每667 m2節(jié)省勞動力1.1～1.6 工、節(jié)本100～200元；2）在作業(yè)環(huán)節(jié)，在機械前進速度相同的情況下，由于直播機不需要停機加秧苗，純作業(yè)時間大大高于機插秧，加上直播機的作業(yè)幅寬為8～10 行，大于插秧機的6～8 行，單個直播機作業(yè)效率比機插秧提高40%，通常水稻機械濕潤直播的播種速率3.3～5.3 hm2/天；另外，機插秧作業(yè)需1 名機手、2～3 名輔助工搬運秧苗，而機械化直播僅需1 名機手即可完成整個播種環(huán)節(jié)，用工量大減。3）在生育期上，由于機直播水稻沒有拔秧傷根和栽后返青的過程，生育進程也加快，全生育期較移栽水稻縮短5～7 d。與撒直播相比，機械精量直播播種質量穩(wěn)定，稻種在田間分布均勻，通風透光性好，病害發(fā)生較輕，抗倒伏性強，產(chǎn)量比撒直播增加40～80 kg/667 m2。

正是基于上述優(yōu)點，“十三五”期間，水稻機械精量濕潤直播技術的應用面積迅速增加。據(jù)《全國農(nóng)業(yè)機械化統(tǒng)計年報》，2018 年我國水稻直播機擁有量約3 萬臺，較2017 年增加近6 000 臺，增長23.97%；全國水稻機直播面積151 萬hm2，同比增長36.91%[8]。

圖2 同步開溝起壟施肥水稻機械精量穴直播技術原理及效果

2 水稻機械精量穴直播同步側深施肥技術

鑒于水稻生產(chǎn)中基肥利用效率低，基肥面施的吸收利用率僅為10%～36%，通過基肥深施是將肥料定量地施在根系的側深位置，可有效提高肥料的利用效率[9-10]。

水稻側深施肥技術的研究多見于機插秧，其核心載體是側深施肥裝置。國內(nèi)對施肥裝置的研發(fā)始于20世紀60 年代，雖然相繼研制出多款施肥機具，但施肥作業(yè)效果并不理想，應用面積很少。日本和韓國在施肥裝置的研發(fā)具有明顯優(yōu)勢，日本的機械插秧和側深施肥已實現(xiàn)了系列化和標準化。在排肥結構設計上，井關、東洋、久保田等公司生產(chǎn)的側深施肥裝置主要采用直槽輪式排肥器，施肥效率高，但施肥穩(wěn)定性略差，而洋馬等公司生產(chǎn)的側深施肥裝置可通過調(diào)節(jié)齒輪轉速實現(xiàn)施肥量的調(diào)節(jié)，施肥穩(wěn)定性和均勻性好[11]。

水稻機直播同步側深施肥技術是在直播機械作業(yè)時，在兩條播種溝中同步開出一條施肥溝并施入肥料，然后將施肥溝覆蓋。與機插秧同步側深施肥技術相比，機直播的同步側深施肥技術研究相對滯后。在2010 年左右華南農(nóng)業(yè)大學提出了水稻同步開溝起壟施肥精量穴直播技術，在壟臺上的播種溝的一側開設1 條施肥溝，溝寬度一般為5 cm、深度5～10 cm[12]（圖2）。2019年，上海世達爾現(xiàn)代農(nóng)機有限公司推出搭配有洋馬施肥裝置的水稻同步側深施肥機械精量穴直播機。

研究表明，機械直播同步側深施肥技術可有效提高肥料的利用效率，減少肥料流失，在同等水稻產(chǎn)量下，可減少肥料用量10%左右。通常，基肥的施用量占總肥量的30%～50%；若用緩釋肥作基肥深施，理論上可以將基肥比例提高到70%以上，甚至將全部肥料作基肥深施，以減少追肥作業(yè)程序。然而，一方面受施肥裝置排肥量的限制，另一方面大量施肥增加肥料的添加次數(shù)影響作業(yè)效率，一般基肥用量不高于35 kg/667 m2。研究表明，在機械直播同步側深施肥時以緩釋肥和速效肥混合作為肥源為好，如用緩釋尿素和普通尿素混施。機械側深施肥方式替代傳統(tǒng)撒施方式能夠顯著增加直播水稻齊穗期和成熟期干物質積累量，增加有效穗數(shù)，提高稻谷產(chǎn)量和氮肥吸收利用率[13]。

3 機械精量穴直播同步噴施除草劑技術

水稻直播栽培時，雜草與水稻種子同步萌發(fā)，相互競爭，雜草防治始終是水稻直播生產(chǎn)最需解決的問題之一。水稻直播稻田的常用除草方法是采用“一封兩殺”或“兩封一殺”方法：在播前5～7 d 用滅生性除草劑除老草，播種3～5 d 后噴施土壤封閉除草劑，水稻2 葉1 心至3 葉期莖葉噴霧處理。這種方法如若用人工，則勞動強度大、效率低；若用無人機噴施除草劑，為防止藥劑漂移產(chǎn)生藥害，則對天氣要求很高，可能會因天氣不適合而耽誤施藥適期，從而影響雜草防除和直播水稻生長。為了解決此問題，中國水稻研究所和華南農(nóng)業(yè)大學相繼提出了機械精量穴直播同步噴施除草劑技術[14-15]，在水稻精量穴直播機的基礎上，加裝了一套同步噴施除草劑裝置，在播種同時噴施除草劑。研究表明，選用安全性較高的封閉除草劑（如30%丙·芐可分散油懸浮劑和25%雙環(huán)磺草酮懸浮劑）進行同步噴施，或機播時采用盲谷（只浸種不催芽）播種，機械播種時同步噴施除草劑并不會影響水稻種子的出苗率[16-18]。這種播種和施藥機械同步化，不僅避免了除草劑的漏施、重施，生產(chǎn)上還可以節(jié)約1 次施藥的勞力成本。目前，該技術已在安徽、上海、四川、浙江等省市推廣。

4 存在問題

近年來我國直播稻面積增長迅速，在機械精量濕潤直播技術出現(xiàn)了一些創(chuàng)新和發(fā)展，但機械直播的比例還是偏低。華南農(nóng)業(yè)大學的羅錫文院士認為主要是由于水稻直播存在的“苗難全、草難除”兩大難題尚未解決，生產(chǎn)上缺乏適宜直播的品種，農(nóng)藝和農(nóng)機尚不配套。但是，不能否認的是，近年全國水稻直播的面積在快速增加。因此，機械精量濕潤直播技術推廣有難度，除了上述原因外，可能還在于該技術對稻田和土壤的要求較高，不適用于小面積、不規(guī)則田塊和泥腳較深的稻田。與撒直播相比，機械精量濕潤穴直播在操作靈活性上的欠缺，以及這兩年稻谷收購價偏低所導致的效益增加不多，不足以吸引農(nóng)戶從撒播或噴播轉向機械精量直播。今后，唯有加強栽培、育種、農(nóng)機、植保、智能控制等學科的有機融合，切實解決直播生產(chǎn)中存在的問題，才有可能在水稻機械精量直播技術上有所突破，建立起符合農(nóng)民需求的水稻機械直播高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)技術體系。