水稻覆膜插秧技術(shù)

田 野，邢占強(qiáng)

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150081)

0 引言

我國是水稻生產(chǎn)及種植大國，2020年，我國水稻種植面積為3 007.6萬hm2，相比2019年提高1.3%；但由于災(zāi)害，水稻單產(chǎn)為7 044.0 kg·hm-2，相比2019年降低15.0 kg·hm-2[1]。目前，水稻種植仍以人工種植方式為主，農(nóng)戶們依靠種植經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行播種、插秧、施肥等步驟，往往插出的秧苗總是疏密不一，且整個過程生產(chǎn)力低，耗時較長，對秧苗生長不利。因此，在水稻栽培種植過程中，為全方位保障其產(chǎn)量與質(zhì)量，科研人員采取雜交、品種改良、栽培技術(shù)改良等方法，以達(dá)到水稻增產(chǎn)增收的目的。

水稻機(jī)械化育苗插秧技術(shù)是在品種與栽培技術(shù)之后的一項(xiàng)技術(shù)革新，屬于提升水稻勞動生產(chǎn)率的技術(shù)革命。水稻機(jī)械化插秧具有省時、省工、省秧田、省成本、減輕勞動強(qiáng)度，促進(jìn)水稻早熟、增產(chǎn)增效的優(yōu)點(diǎn)，可滿足種植環(huán)境、條件的限制及水稻栽培的現(xiàn)實(shí)需要。插秧機(jī)的出現(xiàn)源于我國的漢代，北宋時使用的秧馬是最早用于水稻撥秧和插秧作業(yè)的輔助乘坐器械。1956年春，我國又研發(fā)出人拉單行鐵木結(jié)構(gòu)插秧機(jī)；同年又研發(fā)出畜力4行梳齒分秧滾動式插秧機(jī)，并命名為“東風(fēng)號插秧機(jī)”，并在20世紀(jì)70年代實(shí)現(xiàn)了大面積推廣應(yīng)用，推動傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變。1980—1990年插秧機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，陸續(xù)出現(xiàn)了手扶式插秧機(jī)、獨(dú)輪乘坐式插秧機(jī)、乘坐式高速插秧機(jī)等。隨著技術(shù)的發(fā)展，有學(xué)者提出將機(jī)械化插秧與覆膜設(shè)備相結(jié)合，夠?qū)崿F(xiàn)生物質(zhì)降解地膜鋪設(shè)和插秧一體化作業(yè)，在提高種植效率的同時，還可減少水肥的使用量，提高水稻產(chǎn)量，提高土壤地溫和水溫，防止雜草的生長，提高有效分蘗率，從而提高水稻產(chǎn)量[2]，是實(shí)現(xiàn)高效低耗栽培技術(shù)的新途徑。

因此，本文分析了水稻覆膜械化插秧技術(shù)的重要性，并對其優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，以期為該技術(shù)的進(jìn)一步研究與應(yīng)用提供參考。

1 覆膜插秧機(jī)

水稻覆膜插秧技術(shù)是在現(xiàn)有成熟的乘坐式高速插秧機(jī)上配裝鋪膜功能部件，實(shí)現(xiàn)覆膜、插秧機(jī)械一體化作業(yè)的水稻種植新技術(shù)。其關(guān)鍵在于覆膜的同時戳破地膜插入秧苗進(jìn)行栽培，這樣可在植株生長前期創(chuàng)造一個利于秧苗生長，而抑制雜草生長發(fā)育的環(huán)境條件[4]。該技術(shù)可以靈活調(diào)節(jié)插秧的深度和株距，水田經(jīng)地膜覆蓋達(dá)到封閉滅草、節(jié)水、增溫、促早熟等作用，可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益雙增長。

如圖1所示，覆膜插秧機(jī)主要由覆膜輥、腳踏板、秧箱、帶狀苗卷、壓膜輥、脫膜架、切膜刀、壓膜邊輥構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)整地、覆膜、壓實(shí)、打孔和覆土壓膜等功能聯(lián)合作業(yè)。工作時，地膜由覆膜輥引出，平鋪在土層表面，在覆膜輥的作用下壓實(shí)；壓膜邊輥側(cè)邊翻出土壤壓實(shí)地膜，避免地膜被風(fēng)刮起。覆膜的同時，同步開孔插秧，避免了秧苗與地膜直接接觸造成根系損傷，覆膜后水田效果圖如圖2所示。

1.乘坐式高速插秧機(jī)；2.覆膜輥；3.腳踏板；4.秧箱；5.帶狀苗卷；6.壓膜輥；7.脫膜架；8.切膜刀；9.壓膜邊輥圖1 覆膜插秧機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖[4]

圖2 水田覆膜圖

栽培土質(zhì)宜選擇砂壤土、輕壤土和重壤土，pH值在6.0～8.5之間、地勢平坦、土壤水分充足的土地。覆膜能夠?qū)⑼寥罍囟忍岣?～5 ℃，因此應(yīng)選擇抗逆性強(qiáng)、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、晚熟的水稻品種，有利于增加水稻的產(chǎn)量[5]。

采用覆膜技術(shù)，要施足底肥，謹(jǐn)防早衰，可相比露地栽培增加20%～30%施肥量，或采用緩控釋肥、生物有機(jī)肥等先進(jìn)的肥料，以滿足水稻在整個生長期內(nèi)對營養(yǎng)元素的需求，保證水稻產(chǎn)量與品質(zhì)。底肥在初耙后施入，再次翻耙，使化肥與泥土層混拌均勻，如中后期稻株出現(xiàn)脫肥狀態(tài)，可在穴中間扎孔深施，也可在雨天前或灌水前把有機(jī)肥追施在畦外圍，便于隨活水入穴孔，或用有機(jī)肥水進(jìn)行葉片噴灑，可達(dá)到追加肥量的效果。

2 地膜的應(yīng)用

常用的農(nóng)用塑料地膜主要成分是低密度聚乙烯，在自然條件下，完全降解需要200～400年，帶來嚴(yán)重的“白色污染”。土壤中塑料薄膜的殘留量過高會改變土壤的理化性質(zhì)、降低肥力、透氣性變差，還會限制植株根系生長，提高弱苗率和死苗率，降低作物產(chǎn)量[5]。

為解決此問題，科研人員逐漸研發(fā)出以農(nóng)產(chǎn)品及農(nóng)業(yè)廢物為原料的環(huán)保型生物降解地膜，在適當(dāng)條件下，其被微生物和藻類等逐漸降解為H2O和CO2，實(shí)現(xiàn)地力提升，一般3～6個月就可完全降解，降解情況如圖3?？捎行Ц纳仆寥牢⑸锶郝浣Y(jié)構(gòu)和土壤酶活性，還可以直接還田或堆肥，培肥土壤，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。生物降解地膜常采用淀粉、纖維素及其衍生物聚乳酸(PLA)和聚羥基烷酸酯(PHA)等為原料，其中最為常用的是纖維素地膜。楊敏等[6]以100%苧麻纖維地膜為實(shí)驗(yàn)對象，將其埋入種植小白菜的麻沙泥中，對比11個月后土壤pH值、營養(yǎng)元素及有效態(tài)重金屬含量，發(fā)現(xiàn)麻纖維地膜還田對這三個指標(biāo)均無顯著影響。比較小白菜植株長勢發(fā)現(xiàn)，使用地膜的實(shí)驗(yàn)組小白菜體內(nèi)氮、磷、鉀含量均有所升高，其植株株高也較對照組高17.79%～ 22.42 %，這可能是由于麻纖維地膜分解釋放了其本身的養(yǎng)分，促進(jìn)土壤原有有機(jī)質(zhì)的周轉(zhuǎn)，進(jìn)而釋放氮、磷等養(yǎng)分，為小白菜的生長提供養(yǎng)分保障。針對地膜的分解速率影響因素，龍世方等[7]做了進(jìn)一步的研究，他發(fā)現(xiàn)土壤中微生物量及酶活性(尤其是纖維素酶和過氧化氫酶)與麻纖維地膜的降解速率呈正相關(guān)，小白菜的種植與施肥量的增加卻抑制了降解速率。如今該技術(shù)已成功普及至湖南、湖北、黑龍江、江蘇、安徽等地，累計(jì)推廣30萬hm2，每公頃增產(chǎn)375 kg、增收1 050元[8]。

圖3 地膜降解情況

但是，現(xiàn)今農(nóng)民在栽培過程中仍普遍使用塑料膜，降解地膜沒有得到廣泛普及。因此在下一步工作中，需著力推進(jìn)可降解地膜的應(yīng)用，采取電視、廣播、網(wǎng)絡(luò)等多元化宣傳方式，鼓勵并引導(dǎo)廣大地膜使用者積極參與到“地膜改革”活動中。

3 優(yōu)點(diǎn)

3.1 保水

與傳統(tǒng)培育方式相比，覆膜可在地面和地膜之間形成半封閉的空間，可使土壤蒸發(fā)的水分保留在稻田與薄膜形成的空間內(nèi)，即使在光照強(qiáng)烈的條件下也不會完全蒸發(fā)。當(dāng)夜晚溫度降低時，水蒸氣凝結(jié)成水滴落入土壤，以維持土壤水分，起到節(jié)水保水的作用。王立明[9]等通過實(shí)驗(yàn)證明周年覆膜的大豆苗在0～60 cm土層深度處，其土壤含水量均高于單次覆膜和傳統(tǒng)露地。

3.2 保溫

覆膜削弱了潛熱交換損失，減弱土壤與外界的熱交換，提高了土壤吸熱效率，增加了覆膜微環(huán)境的全年積溫[4]，可充分滿足水稻生長發(fā)育對溫度的要求。水稻分蘗最適溫度為30～32 ℃，覆膜可在早期使水稻在近地面處產(chǎn)生更多的分蘗節(jié)，植株有效分孽率提高、營養(yǎng)生長期延長、營養(yǎng)體增大，減少營養(yǎng)的浪費(fèi)，水稻可增產(chǎn)750 kg·hm-1，增產(chǎn)率達(dá)10%以上，增加收入600 元·hm-2。

3.3 土壤中養(yǎng)分及肥料

隨著地膜溫度和濕度的升高，土壤的體積密度逐漸降低，孔隙度升高[12]，為土壤中微生物(如真菌、細(xì)菌、固氮細(xì)菌等)的活動提供了有力的幫助，進(jìn)而提高土壤酶活和土壤養(yǎng)分的有效性，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為植物更易吸收的養(yǎng)分，提高肥料投入利用率，為促進(jìn)土壤潛在養(yǎng)分轉(zhuǎn)化為有效養(yǎng)分創(chuàng)造了有利條件[13]。另外，隨著灌溉水用量的減少，也降低了肥料隨水淋溶及流失，從而提高了肥料的利用率，減少肥料投入。

3.4 降低雜草和病蟲害風(fēng)險

采用黑色降解膜覆蓋，形成的半封閉式空間使膜與土壤之間形成氧氣屏障，田間雜草在未長出地表前就因無法光合作用及窒息而死亡，水稻苗孔處的雜草也在與水稻競爭中處于劣勢，田間雜草的生長得以控制，防止其爭奪肥料和水源。

同時，覆膜后田間光照條件改善，地表相對濕度低于稻田，對水稻病蟲害起到有效的抑制作用，降低各種病蟲害的發(fā)生和傳播[14]。祝增榮等[15]對比稻田覆膜旱作和常規(guī)淹水稻田單季稻紋枯病株發(fā)病率，發(fā)現(xiàn)其明顯低于常規(guī)水稻，天敵及腐食者密度也低于常規(guī)水稻。

4 缺點(diǎn)

水稻的生理活動對溫度十分敏感，其生長的最適溫度為24～28 ℃，覆膜雖提升了膜下微環(huán)境的積溫，但當(dāng)溫度過高時，也會降低水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)、改變淀粉分支酶活性，影響粒長、粒寬和粒重等。對此，需根據(jù)水稻品種、外界氣候條件和土壤環(huán)境等因素，選擇不同薄厚、材料地膜以適應(yīng)不同的種植條件。

Yang等[16]以88S/1128型雜交水稻為研究對象，比較無膜種植和有膜種植情況下水稻倒伏指數(shù)變化發(fā)現(xiàn)，覆膜后稻倒伏指數(shù)較未覆膜組水稻增加了14.68%～17.09%。產(chǎn)生這一原因可能是：覆膜后，稻田地表土壤的水分含量增加，水稻不會向土壤深處扎根，易倒伏；覆膜后，也無法根據(jù)水稻生長情況追肥，只能在覆膜前一次性添加肥料。

5 經(jīng)濟(jì)效益

在種植環(huán)節(jié)，水稻覆膜插秧與人工栽種相比，其所需的時間資源、人力資源較少，可大提升插秧過程的工作效率。通常情況下，人工栽種水稻的前期投入為2 000元·hm-2，而采取水稻覆膜插秧技術(shù)成本可降低至300元·hm-2，可減少投入1 700元·hm-2[17]。同時，人工種植過程中，為保證作物的生長，要根據(jù)情況定期對雜草進(jìn)行清除。使用小型手提式除草機(jī)新增作業(yè)成本550元，這種除草方式除草率只有40%～50%，且工作效率低，仍需配合人工除草。而覆膜處理在不增加成本的前提下，除草率在85%～90%，節(jié)省成本、提高效率。同時采用水稻覆膜插秧技術(shù)也顯著降低了農(nóng)藥的使用量，這在確保水稻健康生長的基礎(chǔ)上，顯著提升了水稻品質(zhì)，這對解決糧食安全問題也有著促進(jìn)性作用。

6 結(jié)語

隨著生活水平不斷提高，人們對綠色的、安全、健康食品的重視程度也不斷加強(qiáng)。覆膜插秧技術(shù)高效完成覆膜插秧任務(wù)的同時，還能降低草害的發(fā)生，節(jié)水、增溫、增產(chǎn)、促早熟，全過程不使用化學(xué)除草劑，真正做到了綠色、環(huán)保，是農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破，作業(yè)市場前景十分廣闊，是未來水稻種植的新方向。