水稻種植農(nóng)藝和機(jī)械化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)研究

魏國(guó)俊 劉穎

水稻是我國(guó)主要糧食作物之一。近年來(lái)，我國(guó)水稻種植機(jī)械化水平提升較快，已由2005年的7.1%提升至2019年的50%；但相較于日本、韓國(guó)等已100%實(shí)現(xiàn)水稻種植機(jī)械化的國(guó)家，差距還很大?，F(xiàn)階段，水稻種植農(nóng)藝、機(jī)械化需求都發(fā)生了較大變化，傳統(tǒng)的水稻種植技術(shù)已不能適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展需求，需要進(jìn)行產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和改革。

1 水稻種植農(nóng)藝技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

1.1 行距變化

傳統(tǒng)的水稻種植行距是300 mm，隨著水稻品種、種植模式和農(nóng)藝技術(shù)的改良，水稻種植行距也有所變化。近年來(lái)，經(jīng)江蘇省農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)站鑒定的水稻種植機(jī)械中，行距從300 mm到330 mm、250 mm、266 mm都有。還有部分機(jī)械采用寬窄行不等距技術(shù)，就是同一臺(tái)機(jī)器可以實(shí)現(xiàn)寬窄不等行距種植（如170 mm/330 mm、160 mm/340 mm、180 mm/320 mm）。水稻寬窄行種植農(nóng)藝技術(shù)改善了田間小氣候，提高了單位面積的光能利用率，通過(guò)縮壟增行，合理增加單位面積穴株數(shù)，增加了產(chǎn)量，提高了稻米品質(zhì)，每畝可增收約50元，開啟了水稻種植農(nóng)藝技術(shù)發(fā)展的新時(shí)代。水稻寬窄行作業(yè)效果見圖1。

1.2 密苗移栽技術(shù)

圖1水稻寬窄行作業(yè)效果

密苗移栽技術(shù)由日本洋馬公司于2018年提出，2019年在中國(guó)進(jìn)行了試驗(yàn)。洋馬密苗移栽技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)移栽技術(shù)，可減少67%的秧盤數(shù)量，減少50%育秧費(fèi)用，減少67%的播種和秧盤搬運(yùn)時(shí)間，降低育秧成本，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，減少插秧時(shí)的用工量，增加農(nóng)民水稻種植收益。密苗移栽與常規(guī)移栽對(duì)比見圖2。

圖2密苗移栽與常規(guī)移栽對(duì)比

1.3 缽苗移栽技術(shù)

我國(guó)水稻栽培專家在研究育苗方法對(duì)產(chǎn)量影響試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，缽苗移栽不傷根，緩苗快，根系生長(zhǎng)快，比普通毯狀秧苗移栽提早5～7天分蘗，低節(jié)位有效分蘗增加20%，省種30%，節(jié)約用水80%，節(jié)約用肥40%，平均增產(chǎn)10%～20%，節(jié)本增效明顯。水稻缽體育秧方式及移栽效果如圖3、圖4所示。

圖3水稻缽體育秧方式

1.4 穴直播技術(shù)

地域不同種植技術(shù)也存在差異。如：黑龍江高緯度寒地水稻穴直播技術(shù)，未來(lái)三年推廣面積將達(dá)到66.67萬(wàn)hm2，可節(jié)約成本20多億元，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)10多億元，節(jié)約水資源近20億t，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

1.5 有序機(jī)拋秧技術(shù)

圖4移栽后35天根系對(duì)比

相對(duì)于機(jī)插秧和人工拋秧，有序機(jī)拋秧技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于：第一，秧苗返青快，比機(jī)插秧縮短5～8天；第二，基本苗足，并且是有序拋秧，行距寬窄可調(diào)節(jié)，每畝增產(chǎn)10%～20%；第三，拋栽效率高，每小時(shí)可拋秧0.33～0.40 hm2，一天可拋秧4～4.67 hm2；第四，育秧不需要專門的育秧基質(zhì)，對(duì)田塊要求也比其他栽培方式低，適合在集中連片的水稻生產(chǎn)區(qū)域推廣。圖5為中聯(lián)有序拋秧機(jī)作業(yè)圖。

圖5中聯(lián)有序拋秧機(jī)作業(yè)圖

2 水稻種植機(jī)械化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

2.1 手扶式插秧機(jī)將被高科技含量機(jī)型取代

我國(guó)正在從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)呈數(shù)字化、自動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展趨勢(shì)，這對(duì)于國(guó)內(nèi)的農(nóng)業(yè)裝備企業(yè)而言，既是機(jī)遇，也是挑戰(zhàn)。從國(guó)內(nèi)目前水稻生產(chǎn)機(jī)械化的發(fā)展情況看，水稻機(jī)械化種植仍然是水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化的薄弱環(huán)節(jié)，且水稻種植機(jī)械化發(fā)展極不平衡，區(qū)域剛性需求差別較大。如江蘇水稻種植機(jī)械化水平達(dá)到了85%，黑龍江水稻種植機(jī)械化水平則超過(guò)了90%，而其他地區(qū)水稻種植機(jī)械化水平依然十分低下，水稻移栽機(jī)械化依然占水稻種植機(jī)械化的主導(dǎo)地位。手扶式插秧機(jī)被高速插秧機(jī)和智能化自動(dòng)直行插秧機(jī)等高科技含量的機(jī)型取代是發(fā)展趨勢(shì)，未來(lái)幾年，高速插秧機(jī)市場(chǎng)需求量將繼續(xù)保持快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。2018－2019年手扶式插秧機(jī)銷量對(duì)比見表1。

表1 2018－2019年手扶式插秧機(jī)銷量對(duì)比

2.2 可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)彎、對(duì)行及路徑規(guī)劃的輔助駕駛技術(shù)

高速插秧機(jī)具有高效率、高性能等優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)插秧機(jī)的主導(dǎo)產(chǎn)品，智能化是高速插秧機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。江蘇省農(nóng)機(jī)試驗(yàn)鑒定站近年來(lái)開展了智能化直行插秧機(jī)和半自動(dòng)插秧機(jī)的專項(xiàng)鑒定，這些新機(jī)型可減少用工量、節(jié)約生產(chǎn)成本、提高工作效率。豐疆智能科技研究院（常州）有限公司研發(fā)的智能半自動(dòng)高速插秧機(jī)，除了可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)直行功能，還可以實(shí)現(xiàn)田間自動(dòng)調(diào)頭、自動(dòng)對(duì)行功能，大大減少了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。圖6為智能半自動(dòng)高速插秧機(jī)作業(yè)示意圖。

圖6智能半自動(dòng)高速插秧機(jī)作業(yè)示意圖

2.3 同一底盤技術(shù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用和多種懸掛作業(yè)

高速插秧機(jī)從單一插秧作業(yè)向插秧的同時(shí)完成施肥、施藥等復(fù)式作業(yè)方向發(fā)展。2019版的插秧機(jī)鑒定大綱已經(jīng)把側(cè)深施肥納入到插秧機(jī)選裝功能中。該機(jī)一次工作能完成多項(xiàng)作業(yè)，可提高生產(chǎn)效率，降低作業(yè)成本。

插秧機(jī)底盤將向水田多功能通用底盤方向發(fā)展。發(fā)展多功能插秧機(jī)底盤，可以提高機(jī)器利用率，降低生產(chǎn)成本。高速插秧機(jī)是具有高科技含量的機(jī)型，將逐步出現(xiàn)能夠適應(yīng)各地氣候、土壤特征及農(nóng)藝要求的插秧機(jī)產(chǎn)品，江蘇省內(nèi)插秧機(jī)生產(chǎn)企業(yè)都在自主研發(fā)高速插秧機(jī)的核心技術(shù)，并將逐步推向市場(chǎng)。同一底盤搭載多種懸掛作業(yè)和一機(jī)多用作業(yè)分別見圖7、圖8。

圖7同一底盤搭載多種懸掛作業(yè)

3 關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)方向

3.1 注重滿足大范圍可調(diào)節(jié)取秧量的秧苗供給系統(tǒng)研發(fā)

加強(qiáng)秧苗輸送系統(tǒng)適應(yīng)性和不同品種秧苗取秧數(shù)量的差異化研究。隨著新的水稻品種的增加，水稻栽插對(duì)秧苗的育秧技術(shù)和插秧機(jī)取苗精準(zhǔn)度要求越來(lái)越高，機(jī)械化育秧和高精度取秧成為機(jī)插秧的發(fā)展趨勢(shì)。滿足大范圍精量可調(diào)節(jié)取秧量的秧苗供給系統(tǒng)對(duì)秧爪、秧門要求嚴(yán)格，橫向取秧次數(shù)（移距）選擇種類多、縱向進(jìn)秧量可調(diào)節(jié)性好的秧苗輸送系統(tǒng)適應(yīng)性技術(shù)開發(fā)就成為必然選擇。秧苗輸送系統(tǒng)還要滿足非正常秧苗（爛、散底盤秧苗等）的栽插要求，并解決固定式備秧臺(tái)上部分區(qū)域補(bǔ)充秧苗不方便及低效的問(wèn)題。高速插秧機(jī)是一種技術(shù)含量高、傳動(dòng)復(fù)雜的機(jī)械，只有進(jìn)行正確的調(diào)整才能安全、合理有效地使用，最終實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)的目的。雖然高速插秧機(jī)自動(dòng)化程度高，但仍需進(jìn)行必要的檢查和調(diào)整設(shè)計(jì)，保持插秧機(jī)整體良好的工作性能，并使駕駛更為舒適。

圖8一機(jī)多用作業(yè)

3.2 注重插秧機(jī)防纏草油封技術(shù)研發(fā)

秸稈還田后的水田，秸稈雜草量比較大，插秧作業(yè)時(shí)經(jīng)常會(huì)纏在插秧機(jī)的各個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)零件上，一旦纏繞較多，會(huì)損壞到密封件，從而導(dǎo)致密封件失效。為提高密封件的可靠性，必須解決纏草問(wèn)題。纏草的原因是油封的動(dòng)殼和靜殼之間間隙增大，細(xì)小的雜草會(huì)纏到間隙中。針對(duì)上述原因，需要加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，使得栽植部防纏草油封不易漏油，不易進(jìn)泥水。將外露或旋轉(zhuǎn)的殼體沉到靜殼中，雜草就無(wú)法纏到動(dòng)殼和靜殼之間的間隙中。同時(shí)，為了降低纏草的可能性，還要設(shè)計(jì)防護(hù)唇，使密封更加可靠。

3.3 注重高速插秧機(jī)平衡系統(tǒng)研發(fā)

隨著農(nóng)機(jī)化的推進(jìn)，高速插秧機(jī)使用的范圍越來(lái)越廣。平衡系統(tǒng)具有升降仿形功能，還具有左右水平平衡控制功能。左右水平平衡控制機(jī)構(gòu)主要由彈簧拉桿、液壓?jiǎn)卧?、電子單元、傳感器組件、平衡器總成、鏈條箱及行走輪組成。平衡器可以保障作物插植深淺一致。平衡機(jī)構(gòu)一般有三種結(jié)構(gòu)形式：機(jī)械式、電子式和液壓式，個(gè)別產(chǎn)品還有復(fù)合式。機(jī)械式平衡機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)機(jī)械彈簧、拉桿用萬(wàn)有引力及天平杠桿原理來(lái)平衡插植機(jī)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)一般用于手扶式插秧機(jī)。電子式平衡機(jī)構(gòu)通過(guò)傳感器重錘自動(dòng)找平衡，通過(guò)執(zhí)行電機(jī)來(lái)控制插植部件的平衡角度。該機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是精準(zhǔn)度高，但成本偏高，還涉及到水田作業(yè)時(shí)的防護(hù)，需做好傳感器和線束的保護(hù)工作，否則容易產(chǎn)生故障。液壓式平衡機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，但平衡效果好，可靠性高，一般用于高端機(jī)型。該機(jī)構(gòu)通過(guò)傳感器重錘自動(dòng)找平衡，控制液壓系統(tǒng)，液壓油缸帶動(dòng)相關(guān)聯(lián)部件，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)體的左右水平控制，能避免出現(xiàn)秧苗栽植深度不一致、秧苗漂浮現(xiàn)象，可增強(qiáng)操控性能，減小勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

4 發(fā)展建議

4.1 加大補(bǔ)貼力度

插秧機(jī)行業(yè)發(fā)展受國(guó)家政策的影響較大，各地區(qū)可結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)藝實(shí)際，適當(dāng)加大補(bǔ)貼力度，推進(jìn)水稻生產(chǎn)機(jī)械化高質(zhì)量發(fā)展。

4.2 提高零部件質(zhì)量

相比于大型農(nóng)業(yè)機(jī)械，插秧機(jī)雖小但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及的零部件種類多，需完整的供應(yīng)體系來(lái)保證零部件質(zhì)量。需加快技術(shù)革新，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級(jí)。插秧機(jī)核心零部件主要是發(fā)動(dòng)機(jī)及電器液壓件，該部分的核心技術(shù)掌握在外資企業(yè)中，需提升國(guó)內(nèi)插秧機(jī)產(chǎn)業(yè)的工業(yè)基礎(chǔ)能力，打破技術(shù)壁壘。

4.3 強(qiáng)化人才培養(yǎng)

為提升工業(yè)基礎(chǔ)能力，需不斷進(jìn)行技術(shù)革新。技術(shù)創(chuàng)新的主體是人，因此要注重引進(jìn)和培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人員，加強(qiáng)與高等院校和科研院所的溝通交流，彌補(bǔ)專業(yè)人才及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的不足，并結(jié)合行業(yè)現(xiàn)狀對(duì)市場(chǎng)上新出現(xiàn)的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行吸收、轉(zhuǎn)化、利用。

4.4 發(fā)揮省內(nèi)企業(yè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)

目前，江蘇省有從事高速插秧機(jī)技術(shù)研發(fā)及生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的單位近十家，從業(yè)的專業(yè)技術(shù)人員超百人，高速插秧機(jī)的研發(fā)、生產(chǎn)已初具規(guī)模，部分項(xiàng)目的研究與開發(fā)已達(dá)到較高的水平。要充分發(fā)揮省內(nèi)企業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，利用先進(jìn)的科研手段改進(jìn)工藝、設(shè)備，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)高速插秧機(jī)產(chǎn)品高質(zhì)量發(fā)展。