遼寧稻區(qū)機(jī)械化寬窄行移栽技術(shù)研究進(jìn)展與應(yīng)用分析

李躍東 董立強(qiáng) 楊鐵鑫 馬亮 隋國(guó)民* 王雙 寧寶常

（1 遼寧省水稻研究所，沈陽(yáng) 110101；2 燈塔市農(nóng)業(yè)農(nóng)村事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 燈塔 111399；第一作者：daozuosuo@163.com；*通信作者：guomin666@126.com）

遼寧是我國(guó)粳稻主產(chǎn)省之一，年均種植面積約50萬(wàn)hm2，其稻谷單產(chǎn)和稻米品質(zhì)均處于國(guó)內(nèi)較高水平[1-2]。近年來(lái)隨著機(jī)械化的應(yīng)用和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)規(guī)模的擴(kuò)大，遼寧省已基本實(shí)現(xiàn)了育苗、移栽和收獲等生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化，為地區(qū)水稻高質(zhì)量發(fā)展提供了良好的生產(chǎn)作業(yè)基礎(chǔ)[3-5]。技術(shù)的革新和農(nóng)業(yè)發(fā)展結(jié)構(gòu)的改變對(duì)地區(qū)水稻生產(chǎn)提出了新要求，新時(shí)代下水稻生產(chǎn)需兼?zhèn)涔?jié)本、綠色、高效和優(yōu)質(zhì)等特點(diǎn)[6-7]。

水稻機(jī)械化寬窄行移栽是將傳統(tǒng)機(jī)插秧行間等距調(diào)整為“寬行-窄行”間距插秧方式，形成縱向大小壟，充分發(fā)揮邊際效應(yīng)，通過(guò)改善植株間通風(fēng)和透光性，使葉面積指數(shù)增加、葉片壽命延長(zhǎng)和干物質(zhì)積累加速，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)與節(jié)本增效[8]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前已有包括久保田、久富、錦禾等近10 種寬窄行插秧機(jī)進(jìn)行機(jī)插秧作業(yè)[4,9-12]。基于2018—2022 年機(jī)械化寬窄行移栽技術(shù)在遼寧稻區(qū)的應(yīng)用情況，歸納總結(jié)了其田間表現(xiàn)及應(yīng)用效果，提出相關(guān)技術(shù)發(fā)展建議，以期為遼寧稻區(qū)水稻機(jī)械化生產(chǎn)高質(zhì)量發(fā)展提供參考。

1 寬窄行移栽方式的產(chǎn)生

在水稻生產(chǎn)上過(guò)窄行間距通風(fēng)透光差，葉片相互蔭蔽，光合能力下降，導(dǎo)致干物質(zhì)積累減少，產(chǎn)量降低；過(guò)寬行間距雖能提高邊際效應(yīng)，但漏光嚴(yán)重，總生產(chǎn)能力不高。近幾年，關(guān)于水稻寬行-窄行組合的田間試驗(yàn)已初步探明，行間距配置是實(shí)現(xiàn)水稻高質(zhì)量生產(chǎn)的重要措施[2,9]。隨著現(xiàn)代作物生產(chǎn)機(jī)械化水平不斷提高，先進(jìn)農(nóng)藝技術(shù)的高質(zhì)量實(shí)施越來(lái)越依賴于農(nóng)機(jī)技術(shù)的配套，這使得機(jī)械化寬窄行插秧機(jī)應(yīng)運(yùn)而生[8,13]。

圖1 不同株行距插秧方式示意圖

寬窄行插秧機(jī)通過(guò)改變移秧箱和分插機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，獲得寬窄行移栽效果。根據(jù)育苗方式可分為毯苗寬窄行插秧機(jī)和缽苗寬窄行插秧機(jī)；根據(jù)移栽行距可分為固定寬窄行插秧機(jī)（37 cm+17 cm、33 cm+17 cm、30 cm+25 cm、40 cm+20 cm 和34 cm+16 cm 等）和可調(diào)寬窄行插秧機(jī)；根據(jù)田間移栽效果可分為等穴距寬窄行插秧機(jī)、不對(duì)稱三角寬窄行插秧機(jī)（Z 字形）和穴距不等寬窄行插秧機(jī)（回字形）。受水稻品種類型、土壤水肥條件差異、生產(chǎn)地域地形條件和傳統(tǒng)移栽習(xí)慣等因素影響，各地區(qū)選擇寬窄行插秧類型不一[2,4,14]。

2 寬窄行移栽方式下水稻農(nóng)藝性狀變化

2.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素變化

寬窄行通過(guò)調(diào)整栽插密度和行距配置，能有效改善作物群體結(jié)構(gòu)，合理的群體構(gòu)成能增強(qiáng)作物群體的通風(fēng)透光性，有效防止光照不足帶來(lái)的光能損失，從而使作物群體更加有效利用光能，提高光能利用率，增加作物葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累[15-16]。嚴(yán)田蓉等[17]研究表明，在重施基蘗肥條件下，寬窄行栽培和三角形栽培方式下的田間群體結(jié)構(gòu)有受光優(yōu)勢(shì)，更易在前期得到優(yōu)勢(shì)群體，生物產(chǎn)量增加，庫(kù)容量擴(kuò)大，形成“源”足“庫(kù)”大的高產(chǎn)基礎(chǔ)。寬窄行配置方式能有效協(xié)調(diào)穗數(shù)和穗粒數(shù)，增大群體穎花量，充分發(fā)揮水稻單株生產(chǎn)力，促進(jìn)光合物質(zhì)生產(chǎn)與轉(zhuǎn)化，從而攻取高產(chǎn)。

圖2 寬窄行移栽田間示意圖

董立強(qiáng)等[4]在遼寧中部平原稻區(qū)進(jìn)行多年水稻寬窄行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)以遼粳401 為供試品種，寬窄行（37 cm+17 cm）方式在苗期保證全苗，分蘗期整個(gè)植株可接受光照，該時(shí)期呈現(xiàn)出寬窄行；拔節(jié)期當(dāng)莖稈形態(tài)由扁變圓的初期，葉片擴(kuò)張使得此時(shí)獲得最大的光截獲面積，該時(shí)期寬窄行消失；隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，抽穗期前劍葉挑出，植株個(gè)體形態(tài)收斂，寬窄行再次出現(xiàn)；齊穗數(shù)達(dá)到約470 萬(wàn)/hm2，此時(shí)株高105 cm 左右，寬行恰好可為水稻上3 葉提供太陽(yáng)輻射所需的角度空間，提供良好的受光姿態(tài)，且可降低紋枯病發(fā)生；隨著籽粒灌漿的進(jìn)行，穗部受到重力影響開始下垂，群體有效穗數(shù)達(dá)到412 萬(wàn)/hm2，穗部覆蓋了冠層，寬窄行再次消失，成穗率達(dá)到85%以上，較當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)等行距種植平均產(chǎn)量提高7%以上。

2.2 水稻根系及肥料利用變化

寬行和窄行間隔栽插形成了地上部分和地下部分的行內(nèi)、行外分布格局，造就了理論上行外區(qū)域生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)和行內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)，可以改善水稻根系形態(tài)與生理特征，提高地上部生理活性[18-19]。其中，寬窄行三角形栽培方式，在行間、株間、根層間均形成不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，為根系生長(zhǎng)發(fā)育提供空間配置。此外，隨著分蘗的發(fā)生、葉片的伸展和穗部灌漿的彎曲使得寬窄行在生育期內(nèi)出現(xiàn)“消現(xiàn)”現(xiàn)象，可在保障有效穗數(shù)的基礎(chǔ)上提高40 cm、60 cm 冠層透光率[14]，生育進(jìn)程中可使陽(yáng)光照射到寬行，提高了植株底層和地表溫度，促進(jìn)了根系的生長(zhǎng)發(fā)育，增強(qiáng)了根系從土壤中吸收養(yǎng)分的能力，為地上部生長(zhǎng)輸送更多養(yǎng)分，改善地上部的生長(zhǎng)發(fā)育，提高產(chǎn)量[20-21]。

自2015 年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部實(shí)施化肥施用量“零增長(zhǎng)”行動(dòng)以來(lái)，持續(xù)推進(jìn)化肥減量增效工作成為水稻栽培技術(shù)熱點(diǎn)研究方向[22]。水稻在適當(dāng)擴(kuò)大行距時(shí)，可改善植株形態(tài)特征，使中后期的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮。嚴(yán)田蓉等[17]研究表明，在重施基蘗肥的條件下，寬窄行栽培和三角形栽培方式可使水稻生物產(chǎn)量增加，庫(kù)容量擴(kuò)大，為高產(chǎn)形成“源”足“庫(kù)”大的基礎(chǔ)。寬窄行栽培以其較高根系生理特性和分布形態(tài)特征，促進(jìn)了單位面積高質(zhì)量的有效穗數(shù)和成穗率，在相同肥料投入量的條件下提高了肥料利用率，水稻得以高產(chǎn)。筆者近年通過(guò)對(duì)遼寧中部平原稻區(qū)不同分蘗類型水稻品種栽植試驗(yàn)調(diào)查結(jié)果表明，寬窄行模式下大穗少蘗型品種（鐵粳11 等）前期源足，應(yīng)注重穗肥施用以達(dá)到“疏流”“強(qiáng)庫(kù)”和“促粒飽滿”以質(zhì)取勝的增產(chǎn)目標(biāo)；穗粒兼顧型品種（遼粳401、遼粳419 等）和小穗多蘗型品種（鹽豐47等）營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期優(yōu)勢(shì)明顯，應(yīng)注重蘗肥施用以達(dá)到“早發(fā)精壯”和“促蘗成穗”以數(shù)取勝的增產(chǎn)目標(biāo)。

2.3 病蟲害發(fā)生情況變化

相較于傳統(tǒng)等行距模式，水稻寬窄行種植模式溫光生產(chǎn)效率約提高19%[4]，同時(shí)株間濕度降低，有利于后期田間管理，提高單位面積產(chǎn)量。同時(shí)寬窄行能夠有效降低水稻病害發(fā)生，減少農(nóng)藥噴灑量和殘留量，從而保證水稻品質(zhì)和高產(chǎn)。寬窄行群體結(jié)構(gòu)優(yōu)良，還可降低倒伏發(fā)生，減少由倒伏帶來(lái)穗部著水引發(fā)霉變等造成的產(chǎn)量損失和品質(zhì)下降，同時(shí)降低機(jī)械化收獲難度[8，23]。馬亮等[14]對(duì)遼寧省盤錦和東港稻蟹種養(yǎng)田植保防控成本分析研究表明，寬窄行模式可降低紋枯病和稻瘟病發(fā)生概率，減少2 次化學(xué)防控，兩地分別可節(jié)約成本1 200 元/hm2和900 元/hm2。

寬窄行在生育進(jìn)程中寬行、窄行的間隔分布為水稻群體提供了優(yōu)良的通風(fēng)透光通道，在群體生物量最大的拔節(jié)期可降低紋枯病發(fā)生，使得葉片和莖鞘保持健康狀態(tài)，為光合作用提供更多更有效的截獲面積[24-25]。

3 寬窄行移栽生產(chǎn)方式優(yōu)化及效益分析

目前水稻機(jī)插秧生產(chǎn)多為等行距移栽，受農(nóng)業(yè)技術(shù)、農(nóng)業(yè)機(jī)械化、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)革新多重因素影響[26-27]，機(jī)械化寬窄行的興起、改良與應(yīng)用還需進(jìn)一步完善和提升方能大規(guī)模推廣。在技術(shù)層面做好農(nóng)機(jī)與農(nóng)技的結(jié)合、水稻農(nóng)藝性狀與農(nóng)機(jī)適應(yīng)的基礎(chǔ)上，在社會(huì)層面和經(jīng)濟(jì)層面做好機(jī)械的更迭周期與農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)采購(gòu)能力、種稻者的心理期望值與機(jī)械帶來(lái)的綜合回報(bào)調(diào)研分析，將有助于水稻機(jī)械化寬窄行移栽技術(shù)的高質(zhì)量發(fā)展。

3.1 寬窄行移栽方式下農(nóng)機(jī)與農(nóng)技的結(jié)合

農(nóng)藝技術(shù)主要著眼于產(chǎn)量，忽略農(nóng)機(jī)作業(yè)適應(yīng)性，而農(nóng)機(jī)側(cè)重于針對(duì)不同的種植模式，研究出不同作業(yè)要求的機(jī)械，而與農(nóng)技的結(jié)合缺乏研究[28-30]。水稻機(jī)插秧不僅要嚴(yán)格符合插秧機(jī)作業(yè)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還要有利于水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的形成。孫良等[9，13]研究表明，水稻缽苗Z 字形寬窄行移栽將Z 字形寬窄行種植和缽苗移栽相結(jié)合，可有效提高水稻品質(zhì)和產(chǎn)量。鮑偉君[10]在久保田SPV-6C 型高速水稻插秧機(jī)基礎(chǔ)上改進(jìn)，設(shè)計(jì)出一種可調(diào)寬窄行的高速水稻缽苗插秧機(jī)移箱，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)取苗和栽插，發(fā)揮出寬窄行種植的優(yōu)勢(shì)。王磊等[29]設(shè)計(jì)了一種平面非圓齒輪圓錐齒輪組合傳動(dòng)的空間行星輪系水稻缽苗寬窄行移栽機(jī)構(gòu)，更好滿足了水稻缽苗寬窄行移栽的農(nóng)藝要求，實(shí)現(xiàn)了寬窄行機(jī)插秧高效優(yōu)質(zhì)作業(yè)。

適宜農(nóng)藝技術(shù)的升級(jí)與農(nóng)機(jī)器具的優(yōu)化設(shè)計(jì)為寬窄行栽植模式提供了強(qiáng)有力的理論和技術(shù)支撐，進(jìn)而滿足高質(zhì)、精準(zhǔn)、低損水稻生產(chǎn)移栽發(fā)展要求[31]。前人[18-19，32]研究結(jié)果表明，移栽損傷表現(xiàn)為手插秧>缽苗機(jī)插秧>毯苗機(jī)插秧，這對(duì)以毯苗條件下如何提升機(jī)插秧作業(yè)效果提出最嚴(yán)格要求。筆者對(duì)錦禾2ZG-8KZ 高速插秧機(jī)近3 年寬窄行移栽的質(zhì)量調(diào)查結(jié)果表明，該寬窄行插秧機(jī)可滿足機(jī)插秧國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求[33]（表1）。

表1 寬窄行機(jī)插秧性能指標(biāo)

3.2 寬窄行移栽方式下生產(chǎn)投入和產(chǎn)出效益分析

農(nóng)業(yè)科技發(fā)展和技術(shù)革新的最終目標(biāo)是為農(nóng)服務(wù)，降低投入、提升效益、穩(wěn)定產(chǎn)出是水稻生產(chǎn)發(fā)展追求的目標(biāo)[2]。機(jī)械化寬窄行移栽的應(yīng)用和推廣，意味著插秧機(jī)的更新與技術(shù)的更迭，這對(duì)生產(chǎn)者和農(nóng)機(jī)具經(jīng)營(yíng)者的一次性投入提出了新要求。目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)量化生產(chǎn)的寬窄行插秧機(jī)市場(chǎng)銷售價(jià)格每臺(tái)在10 萬(wàn)元人民幣左右，已經(jīng)在黑龍江、吉林、遼寧、浙江、安徽和江蘇等省份進(jìn)行了示范推廣，取得了較好的結(jié)果。馬亮等[14]研究表明，機(jī)械化寬窄行移栽可有效提高中低產(chǎn)田水稻產(chǎn)量，提升綜合效益，其中稻蟹種養(yǎng)田效益最高可達(dá)2 974.1 元/hm2。徐亞丹等[32]研究表明，寬窄行可解決再生稻生產(chǎn)過(guò)程中收獲機(jī)履帶碾壓頭季稻稻樁的問(wèn)題，通過(guò)合理增大栽植行距以增大履帶行走行距，為再生稻產(chǎn)量提高、效益提升提供前茬基礎(chǔ)。

本研究團(tuán)隊(duì)在遼寧中部平原稻區(qū)調(diào)研結(jié)果顯示，平均更新插秧機(jī)需10 萬(wàn)元左右，使用周期約20 年，年平均插秧面積50 hm2，一次性前期投入折合每年每1 hm2不足100 元，按照前人研究增產(chǎn)率2%～10%計(jì)算，按當(dāng)?shù)厮井a(chǎn)量9 750 kg/hm2左右、稻谷單價(jià)約2.5 元/kg 計(jì)算，收益遠(yuǎn)高于投入成本。此外，寬窄行可降低病蟲害發(fā)生，減少生育期內(nèi)人力、物力投入，進(jìn)一步降低投入成本，為水稻優(yōu)質(zhì)、綠色栽培提供了新方式，亦提升了稻作生產(chǎn)的生態(tài)效益。

4 發(fā)展與展望

水稻機(jī)械化寬窄行移栽以其增產(chǎn)、增效、降低病蟲害和節(jié)約投入的技術(shù)特點(diǎn)，形成了遼寧中部稻區(qū)“兩增兩降一節(jié)約”生產(chǎn)模式，得到了示范區(qū)域和應(yīng)用者的充分肯定。然而，水稻機(jī)械化寬窄行移栽還應(yīng)在移栽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化、輔助駕駛智能化、插秧施肥一體化等方面加強(qiáng)研究，實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)高效和綠色生產(chǎn)。