水稻機(jī)械直播同步覆土技術(shù)裝備研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)*

胡敦科，劉木華，陳雄飛，余佳佳，劉俊安，劉兆朋

（1.江西省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330045；2.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)，江西 南昌 330045）

0 引言

我國(guó)水稻常年種植面積約為3 000萬(wàn)hm2，產(chǎn)量約占糧食總產(chǎn)量的1/3[1]。受到農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移、勞動(dòng)力成本攀升、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料價(jià)格上漲及糧食價(jià)格疲軟等因素的影響，農(nóng)民對(duì)輕簡(jiǎn)化水稻種植方式的需求越來(lái)越強(qiáng)烈[2-3]。水稻直播因省去了育秧、起秧、運(yùn)秧、移栽等作業(yè)環(huán)節(jié)，是一種輕簡(jiǎn)化種植方式，越來(lái)越受到農(nóng)民的歡迎，我國(guó)約有30%的水稻種植采用直播方式[4-5]。

我國(guó)水稻直播主要有人工撒直播和機(jī)械直播兩種。人工撒直播秧苗在田間無(wú)序分布，通風(fēng)透光性差，易感染病蟲害，且后期容易倒伏。機(jī)械直播可通過(guò)開(kāi)溝起壟的方式將稻種成行或成行成穴播入田間，實(shí)現(xiàn)了有序種植。相較于人工撒直播，機(jī)械直播水稻秧苗生長(zhǎng)均勻，通風(fēng)透光性好，不易感染病蟲害，且抗倒伏能力顯著提高，逐漸受到農(nóng)戶青睞[6-7]。

水稻機(jī)械直播主要分為機(jī)械旱直播和機(jī)械水直播。我國(guó)北方稻區(qū)多采用機(jī)械旱直播，可一次性完成開(kāi)溝、起壟、播種、覆土的復(fù)合作業(yè)；南方稻區(qū)多采用機(jī)械水直播，可一次性實(shí)現(xiàn)開(kāi)溝、起壟、穴播或條播的復(fù)合作業(yè)，但未進(jìn)行覆土作業(yè)，稻種均裸露在泥面上，易受到鳥鼠害、雨水沖刷、陽(yáng)光暴曬、低溫等因素的影響，導(dǎo)致全苗難及群體生長(zhǎng)不均勻，影響水稻產(chǎn)量[8-9]。為此，亟需在南方稻區(qū)開(kāi)展水稻機(jī)械直播同步覆土技術(shù)研究，以保障南方直播水稻安全生產(chǎn)。

1 水稻機(jī)械直播技術(shù)研究現(xiàn)狀

1.1 機(jī)械化旱直播技術(shù)

機(jī)械旱直播是將未催芽的稻種采用機(jī)械播種的方式播在旋耕后表土細(xì)碎的旱地種溝內(nèi)，并在生長(zhǎng)期內(nèi)進(jìn)行科學(xué)的灌溉和田間管理，提高了水資源利用率和產(chǎn)量，具有高效增產(chǎn)優(yōu)點(diǎn)。

美國(guó)和歐洲國(guó)家水稻種植幾乎全采用機(jī)械旱直播方式，其中美國(guó)John Deere公司研發(fā)的BD11系列機(jī)械式谷物直播機(jī)和德國(guó)Amasone公司研發(fā)的AD-P系列氣吹式條播機(jī)等裝備播種量在150 kg/hm2以上，作業(yè)速度達(dá)到10 km/h，均得到大規(guī)模推廣應(yīng)用[3]。

現(xiàn)階段，水稻機(jī)械化旱直播技術(shù)較廣泛應(yīng)用在我國(guó)北方稻區(qū)。我國(guó)水稻機(jī)械化旱直播技術(shù)研究起于20世紀(jì)60年代，早期的旱直播機(jī)是基于小麥條播機(jī)改制而成，對(duì)稻種適應(yīng)性差，未能解決雜交稻和常規(guī)稻播量調(diào)節(jié)的問(wèn)題，難以實(shí)現(xiàn)精量直播[3]；楊堅(jiān)等[10]改進(jìn)的2BD-8自走型分流式水稻直播機(jī)，增設(shè)了分流盤，實(shí)現(xiàn)了水稻旱直播的播種量可調(diào)，但仍未解決雜交稻精少量播種的難題。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展和輕簡(jiǎn)化種植的生產(chǎn)需求，機(jī)械化旱直播技術(shù)進(jìn)入了推廣應(yīng)用的快車道。為解決我國(guó)水稻旱直播機(jī)對(duì)雜交稻與常規(guī)稻的精量播種等問(wèn)題，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)水稻精量排種技術(shù)開(kāi)展了深入研究，主要為機(jī)械式與氣力式。曾山等[3]基于農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合研制了2BDH型水稻精量旱穴直播機(jī)，采用播量可調(diào)組合型孔式排種器，基本滿足了不同稻區(qū)和不同品種對(duì)播量的要求；劉春波等[11]研制了一種水稻螺旋槽式排種器旱直播機(jī)，減少了排種脈沖現(xiàn)象產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了播量大范圍調(diào)節(jié)；趙永亮等[12]研發(fā)的水稻旱直播機(jī)實(shí)現(xiàn)了播種量在30 kg/hm2～200 kg/hm2范圍內(nèi)可調(diào)。因氣力式排種具有不傷種和精量排種的優(yōu)點(diǎn)，逐漸引起了關(guān)注。夏俊芳等[13]研制了一種氣力式水稻芽種精量旱直播機(jī)，可實(shí)現(xiàn)2～4粒稻種精量排種，具有作業(yè)效率高和傷種率低等優(yōu)點(diǎn)；戴億政等[14]研制了一種氣吹集排式水稻旱直播機(jī)，采用播量無(wú)級(jí)可調(diào)槽輪式排種器使得播種量在75 kg/hm2～375kg/hm2之間可調(diào)，最高作業(yè)速度達(dá)到14 km/h。

總之，我國(guó)水稻機(jī)械旱直播技術(shù)裝備得到了快速發(fā)展，形成了系列產(chǎn)品，均可實(shí)現(xiàn)開(kāi)溝、起壟、播種、覆土的復(fù)合作業(yè)，并在北方稻區(qū)得到了廣泛推廣應(yīng)用。

1.2 機(jī)械化水直播技術(shù)

機(jī)械水直播是將預(yù)催芽處理的稻種播于耕整后沒(méi)有積水的泥面種溝內(nèi)，具有扎根深、根系活力強(qiáng)、分蘗勢(shì)強(qiáng)和高峰苗數(shù)充足等優(yōu)勢(shì)，多應(yīng)用于灌溉條件較好的地區(qū)。

日本和韓國(guó)的直播水稻多采用機(jī)械水直播方式種植。日本和韓國(guó)基于水稻高速乘坐式插秧機(jī)動(dòng)力底盤保有量的優(yōu)勢(shì)，久保田、矢崎、東洋和大同等企業(yè)以高速乘坐式插秧機(jī)動(dòng)力底盤，搭配槽輪式排種裝置，開(kāi)發(fā)了系列水稻水直播機(jī)具，并得到了較為廣泛的應(yīng)用[3]。

我國(guó)水稻機(jī)械水直播技術(shù)主要應(yīng)用于長(zhǎng)江中下游稻作區(qū)。早期的上海滬嘉系列直播機(jī)采用條播方式，造成播種量大且不均勻，易發(fā)生斷條現(xiàn)象[3]；浙江省農(nóng)戶改裝背負(fù)式噴霧機(jī)進(jìn)行水稻噴直播作業(yè)，雖作業(yè)效率較高，但造成稻種分布不均勻[15]。為解決我國(guó)水稻機(jī)械化水直播技術(shù)裝備播種均勻性和對(duì)田塊的適應(yīng)性等問(wèn)題，羅錫文等[16-20]首創(chuàng)性提出了同步開(kāi)溝起壟水稻精量穴直播技術(shù)，研發(fā)了播量可調(diào)組合型孔式、垂直圓盤氣吸式和氣吸滾筒集排式等系列排種器，并以高速乘坐式插秧機(jī)動(dòng)力底盤為配套動(dòng)力，研制了系列同步開(kāi)溝起壟水稻精量穴直播機(jī)，廣泛應(yīng)用在我國(guó)南方稻區(qū)。此外，農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所種植機(jī)械化團(tuán)隊(duì)[21]和楊文武等[22]均研制了與輪式拖拉機(jī)配套的大型折疊式寬幅水稻精量穴直播機(jī)，大大提高了作業(yè)效率，可滿足大型農(nóng)場(chǎng)的高效作業(yè)需求。

總體上，我國(guó)水稻機(jī)械水直播技術(shù)裝備也得到了快速的發(fā)展，形成了系列產(chǎn)品，可一次性實(shí)現(xiàn)開(kāi)溝、起壟、穴播或條播的復(fù)合作業(yè)。但機(jī)械水直播稻種均裸露在泥面上，易受鳥害、鼠害、陽(yáng)光暴曬、雨水沖刷、低溫等因素影響，導(dǎo)致全苗難及群體生長(zhǎng)不均勻。為此，迫切需要開(kāi)展機(jī)械水直播同步覆土技術(shù)研究。

2 水稻機(jī)械直播同步覆土技術(shù)研究進(jìn)展

2.1 水稻直播同步覆土技術(shù)

合理的水稻直播覆土有利于提高水稻出苗率、秧苗素質(zhì)及水稻產(chǎn)量，但機(jī)械旱直播與機(jī)械水直播同步覆土技術(shù)存在明顯的差異。周鳳明等[23]通過(guò)大田試驗(yàn)，研究了浸種催芽和播種深度對(duì)麥后旱直播稻田間成苗率的影響，結(jié)果表明播種深度直接影響旱直播水稻成苗率，出苗率隨播種深度增加而降低；倪道理等[24]和朱江艷等[25]均開(kāi)展了不同播種深度對(duì)機(jī)械旱直播水稻產(chǎn)量影響的試驗(yàn)，結(jié)果均表明播種深度在10 mm～20 mm時(shí)，有利于提高機(jī)械旱直播水稻成苗率、有效穗數(shù)和產(chǎn)量；楊慶等[26]在盆栽條件下，研究了不同播種深度對(duì)水稻旱直播出苗率的影響，結(jié)果表明播種深度在10 mm～30 mm條件時(shí)，水稻出苗率最高，當(dāng)播種深度增至70 mm～90 mm時(shí)，水稻出苗率極顯著降低；王成等[27-28]采用盆栽方式研究了不同溫度和覆土深度對(duì)旱直播水稻出苗率的影響，結(jié)果表明同一品種在高溫時(shí)的出苗率顯著高于低溫，覆土深度在0 mm～30 mm時(shí)，出苗率隨覆土深度的增加而下降，出苗率在覆土深度為5 mm時(shí)最高；余佳佳等[29]研究了覆土厚度對(duì)水稻水直播全苗的影響，結(jié)果表明合理的覆土厚度有利于出苗率及秧苗素質(zhì)的提高，且覆土處理有利增強(qiáng)抵抗低溫的能力，并明確了水直播同步覆土厚度以5 mm為宜，不超過(guò)10 mm。

2.2 機(jī)械直播同步覆土裝備

基于水稻直播覆土的農(nóng)藝需求，機(jī)械直播同步覆土裝備相繼涌現(xiàn)。北方稻區(qū)水稻機(jī)械化旱直播通過(guò)搭載同步覆土裝置進(jìn)行復(fù)合作業(yè)，已得到大面積的推廣應(yīng)用，如曾山[30]研制的同步覆土裝置通過(guò)覆土輪擠壓溝壁土壤將種溝覆蓋，利用平行四桿單體仿形機(jī)構(gòu)可將播種深度控制在10 mm～30 mm，有效解決了播種深度控制一致性的問(wèn)題，保證了出苗率；夏俊芳等[13]研制的覆土鎮(zhèn)壓裝置通過(guò)鎮(zhèn)壓輪對(duì)種溝內(nèi)稻種進(jìn)行鎮(zhèn)壓覆土，鎮(zhèn)壓輪帶有的限位桿和調(diào)壓彈簧可控制鎮(zhèn)壓的深度和力度，避免損傷稻種。但南方稻區(qū)因水田土壤含水率高、流動(dòng)性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)同步覆土難度較大，現(xiàn)階段對(duì)機(jī)械化水直播覆土裝備的研究相對(duì)遲緩。針對(duì)南方稻區(qū)水稻機(jī)械化水直播同步覆土的難題，羅錫文等[31]提出了一種水稻精量直播仿生壓種滾輪裝置，依靠滾輪與泥面的摩擦力實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)壓種覆土；余佳佳等[32]研制了一種同步懸擺式覆土裝置，將播種溝兩側(cè)壟臺(tái)土壤運(yùn)移覆蓋在稻種上，完成覆土作業(yè)，但均未見(jiàn)實(shí)際推廣應(yīng)用的報(bào)道。

3 水稻機(jī)械直播同步覆土技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

北方稻區(qū)機(jī)械旱直播同步覆土作業(yè)技術(shù)已趨向成熟，但南方稻區(qū)受水直播田塊土壤特性的影響，機(jī)械水直播同步覆土作業(yè)存在一定的技術(shù)難題。為解決這一技術(shù)問(wèn)題，需充分融合農(nóng)機(jī)農(nóng)藝技術(shù)，從品種的選育到耕整、開(kāi)溝、播種、覆土等多環(huán)節(jié)系統(tǒng)性開(kāi)展研究，主要發(fā)展趨勢(shì)及方向如下。

1）適宜直播覆土品種的選育。根據(jù)水稻機(jī)械水直播種植農(nóng)藝技術(shù)要求，篩選或培育出具有高活力和耐缺氧能力的適合直播覆土的水稻品種，確保一定覆土厚度范圍內(nèi)水稻出苗響應(yīng)速率基本一致。

2）氣力式同步覆土技術(shù)。南方稻區(qū)水直播田塊土壤含水率高、流行性好且粘性強(qiáng)，機(jī)械接觸式同步覆土裝置難以保證覆土厚度的一致性及可控性，且存在覆土裝置上粘附的土壤將已播稻種從種床帶離的問(wèn)題。氣力式同步覆土是重要的發(fā)展方向之一，即采用高速氣流將稻種直接送入田塊土壤內(nèi)，通過(guò)控制氣流流速實(shí)現(xiàn)對(duì)播種深度的控制。

3）覆蓋外援性材料。即機(jī)械水直播過(guò)程中在播種行上側(cè)覆蓋外援性材料，如土壤粉末、水稻育秧基質(zhì)、可降解地膜等，以解決南方稻區(qū)直播水稻稻種裸露在泥面的問(wèn)題，但需要考慮外援性材料成本及不同外源性材料覆蓋厚度對(duì)出苗率的影響。

4）智能化覆土性能監(jiān)測(cè)技術(shù)。智能化監(jiān)測(cè)機(jī)械直播同步覆土作業(yè)性能是重要發(fā)展方向。重點(diǎn)研究覆土厚度、覆蓋率、漏覆率智能化監(jiān)測(cè)及覆土執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自適應(yīng)調(diào)整。

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)水稻種植區(qū)域廣、面積大、種植品種繁雜，受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移及成本攀升等因素影響，水稻機(jī)械化和輕簡(jiǎn)化種植模式是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要途徑，無(wú)論是機(jī)械化旱直播技術(shù)還是機(jī)械化水直播技術(shù)，均需實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合，提升機(jī)械直播裝備的適應(yīng)性和作業(yè)效率。

水稻機(jī)械直播同步覆土技術(shù)是保證直播水稻全苗及群體生長(zhǎng)的重要措施，北方稻區(qū)機(jī)械旱直播同步覆土技術(shù)已趨向成熟，但南方稻區(qū)機(jī)械水直播同步覆土技術(shù)發(fā)展較為遲緩。為提高南方稻區(qū)機(jī)械水直播抵抗風(fēng)險(xiǎn)的能力，亟需開(kāi)展機(jī)械水直播同步覆土技術(shù)與裝備的研發(fā)，重點(diǎn)突破南方水田直播土壤對(duì)覆土技術(shù)的限制。