水稻機械直播同步覆土技術裝備研究現狀及發展趨勢*

胡敦科，劉木華，陳雄飛，余佳佳，劉俊安，劉兆朋

（1.江西省現代農業裝備重點實驗室，江西 南昌 330045；2.江西農業大學，江西 南昌 330045）

0 引言

我國水稻常年種植面積約為3 000萬hm2，產量約占糧食總產量的1/3[1]。受到農村勞動力轉移、勞動力成本攀升、農業生產資料價格上漲及糧食價格疲軟等因素的影響，農民對輕簡化水稻種植方式的需求越來越強烈[2-3]。水稻直播因省去了育秧、起秧、運秧、移栽等作業環節，是一種輕簡化種植方式，越來越受到農民的歡迎，我國約有30%的水稻種植采用直播方式[4-5]。

我國水稻直播主要有人工撒直播和機械直播兩種。人工撒直播秧苗在田間無序分布，通風透光性差，易感染病蟲害，且后期容易倒伏。機械直播可通過開溝起壟的方式將稻種成行或成行成穴播入田間，實現了有序種植。相較于人工撒直播，機械直播水稻秧苗生長均勻，通風透光性好，不易感染病蟲害，且抗倒伏能力顯著提高，逐漸受到農戶青睞[6-7]。

水稻機械直播主要分為機械旱直播和機械水直播。我國北方稻區多采用機械旱直播，可一次性完成開溝、起壟、播種、覆土的復合作業；南方稻區多采用機械水直播，可一次性實現開溝、起壟、穴播或條播的復合作業，但未進行覆土作業，稻種均裸露在泥面上，易受到鳥鼠害、雨水沖刷、陽光暴曬、低溫等因素的影響，導致全苗難及群體生長不均勻，影響水稻產量[8-9]。為此，亟需在南方稻區開展水稻機械直播同步覆土技術研究，以保障南方直播水稻安全生產。

1 水稻機械直播技術研究現狀

1.1 機械化旱直播技術

機械旱直播是將未催芽的稻種采用機械播種的方式播在旋耕后表土細碎的旱地種溝內，并在生長期內進行科學的灌溉和田間管理，提高了水資源利用率和產量，具有高效增產優點。

美國和歐洲國家水稻種植幾乎全采用機械旱直播方式，其中美國John Deere公司研發的BD11系列機械式谷物直播機和德國Amasone公司研發的AD-P系列氣吹式條播機等裝備播種量在150 kg/hm2以上，作業速度達到10 km/h，均得到大規模推廣應用[3]。

現階段，水稻機械化旱直播技術較廣泛應用在我國北方稻區。我國水稻機械化旱直播技術研究起于20世紀60年代，早期的旱直播機是基于小麥條播機改制而成，對稻種適應性差，未能解決雜交稻和常規稻播量調節的問題，難以實現精量直播[3]；楊堅等[10]改進的2BD-8自走型分流式水稻直播機，增設了分流盤，實現了水稻旱直播的播種量可調，但仍未解決雜交稻精少量播種的難題。隨著現代農業的快速發展和輕簡化種植的生產需求，機械化旱直播技術進入了推廣應用的快車道。為解決我國水稻旱直播機對雜交稻與常規稻的精量播種等問題，國內學者對水稻精量排種技術開展了深入研究，主要為機械式與氣力式。曾山等[3]基于農機農藝融合研制了2BDH型水稻精量旱穴直播機，采用播量可調組合型孔式排種器，基本滿足了不同稻區和不同品種對播量的要求；劉春波等[11]研制了一種水稻螺旋槽式排種器旱直播機，減少了排種脈沖現象產生，實現了播量大范圍調節；趙永亮等[12]研發的水稻旱直播機實現了播種量在30 kg/hm2～200 kg/hm2范圍內可調。因氣力式排種具有不傷種和精量排種的優點，逐漸引起了關注。夏俊芳等[13]研制了一種氣力式水稻芽種精量旱直播機，可實現2～4粒稻種精量排種，具有作業效率高和傷種率低等優點；戴億政等[14]研制了一種氣吹集排式水稻旱直播機，采用播量無級可調槽輪式排種器使得播種量在75 kg/hm2～375kg/hm2之間可調，最高作業速度達到14 km/h。

總之，我國水稻機械旱直播技術裝備得到了快速發展，形成了系列產品，均可實現開溝、起壟、播種、覆土的復合作業，并在北方稻區得到了廣泛推廣應用。

1.2 機械化水直播技術

機械水直播是將預催芽處理的稻種播于耕整后沒有積水的泥面種溝內，具有扎根深、根系活力強、分蘗勢強和高峰苗數充足等優勢，多應用于灌溉條件較好的地區。

日本和韓國的直播水稻多采用機械水直播方式種植。日本和韓國基于水稻高速乘坐式插秧機動力底盤保有量的優勢，久保田、矢崎、東洋和大同等企業以高速乘坐式插秧機動力底盤，搭配槽輪式排種裝置，開發了系列水稻水直播機具，并得到了較為廣泛的應用[3]。

我國水稻機械水直播技術主要應用于長江中下游稻作區。早期的上海滬嘉系列直播機采用條播方式，造成播種量大且不均勻，易發生斷條現象[3]；浙江省農戶改裝背負式噴霧機進行水稻噴直播作業，雖作業效率較高，但造成稻種分布不均勻[15]。為解決我國水稻機械化水直播技術裝備播種均勻性和對田塊的適應性等問題，羅錫文等[16-20]首創性提出了同步開溝起壟水稻精量穴直播技術，研發了播量可調組合型孔式、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動力底盤為配套動力，研制了系列同步開溝起壟水稻精量穴直播機，廣泛應用在我國南方稻區。此外，農業部南京農業機械化研究所種植機械化團隊[21]和楊文武等[22]均研制了與輪式拖拉機配套的大型折疊式寬幅水稻精量穴直播機，大大提高了作業效率，可滿足大型農場的高效作業需求。

總體上，我國水稻機械水直播技術裝備也得到了快速的發展，形成了系列產品，可一次性實現開溝、起壟、穴播或條播的復合作業。但機械水直播稻種均裸露在泥面上，易受鳥害、鼠害、陽光暴曬、雨水沖刷、低溫等因素影響，導致全苗難及群體生長不均勻。為此，迫切需要開展機械水直播同步覆土技術研究。

2 水稻機械直播同步覆土技術研究進展

2.1 水稻直播同步覆土技術

合理的水稻直播覆土有利于提高水稻出苗率、秧苗素質及水稻產量，但機械旱直播與機械水直播同步覆土技術存在明顯的差異。周鳳明等[23]通過大田試驗，研究了浸種催芽和播種深度對麥后旱直播稻田間成苗率的影響，結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]均開展了不同播種深度對機械旱直播水稻產量影響的試驗，結果均表明播種深度在10 mm～20 mm時，有利于提高機械旱直播水稻成苗率、有效穗數和產量；楊慶等[26]在盆栽條件下，研究了不同播種深度對水稻旱直播出苗率的影響，結果表明播種深度在10 mm～30 mm條件時，水稻出苗率最高，當播種深度增至70 mm～90 mm時，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旱直播水稻出苗率的影響，結果表明同一品種在高溫時的出苗率顯著高于低溫，覆土深度在0 mm～30 mm時，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時最高；余佳佳等[29]研究了覆土厚度對水稻水直播全苗的影響，結果表明合理的覆土厚度有利于出苗率及秧苗素質的提高，且覆土處理有利增強抵抗低溫的能力，并明確了水直播同步覆土厚度以5 mm為宜，不超過10 mm。

2.2 機械直播同步覆土裝備

基于水稻直播覆土的農藝需求，機械直播同步覆土裝備相繼涌現。北方稻區水稻機械化旱直播通過搭載同步覆土裝置進行復合作業，已得到大面積的推廣應用，如曾山[30]研制的同步覆土裝置通過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構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題，保證了出苗率；夏俊芳等[13]研制的覆土鎮壓裝置通過鎮壓輪對種溝內稻種進行鎮壓覆土，鎮壓輪帶有的限位桿和調壓彈簧可控制鎮壓的深度和力度，避免損傷稻種。但南方稻區因水田土壤含水率高、流動性強，實現同步覆土難度較大，現階段對機械化水直播覆土裝備的研究相對遲緩。針對南方稻區水稻機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現滾動壓種覆土；余佳佳等[32]研制了一種同步懸擺式覆土裝置，將播種溝兩側壟臺土壤運移覆蓋在稻種上，完成覆土作業，但均未見實際推廣應用的報道。

3 水稻機械直播同步覆土技術發展趨勢

北方稻區機械旱直播同步覆土作業技術已趨向成熟，但南方稻區受水直播田塊土壤特性的影響，機械水直播同步覆土作業存在一定的技術難題。為解決這一技術問題，需充分融合農機農藝技術，從品種的選育到耕整、開溝、播種、覆土等多環節系統性開展研究，主要發展趨勢及方向如下。

1）適宜直播覆土品種的選育。根據水稻機械水直播種植農藝技術要求，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水稻出苗響應速率基本一致。

2）氣力式同步覆土技術。南方稻區水直播田塊土壤含水率高、流行性好且粘性強，機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題。氣力式同步覆土是重要的發展方向之一，即采用高速氣流將稻種直接送入田塊土壤內，通過控制氣流流速實現對播種深度的控制。

3）覆蓋外援性材料。即機械水直播過程中在播種行上側覆蓋外援性材料，如土壤粉末、水稻育秧基質、可降解地膜等，以解決南方稻區直播水稻稻種裸露在泥面的問題，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出苗率的影響。

4）智能化覆土性能監測技術。智能化監測機械直播同步覆土作業性能是重要發展方向。重點研究覆土厚度、覆蓋率、漏覆率智能化監測及覆土執行機構的自適應調整。

4 結束語

我國水稻種植區域廣、面積大、種植品種繁雜，受農業生產勞動力轉移及成本攀升等因素影響，水稻機械化和輕簡化種植模式是實現產業發展的重要途徑，無論是機械化旱直播技術還是機械化水直播技術，均需實現農機農藝融合，提升機械直播裝備的適應性和作業效率。

水稻機械直播同步覆土技術是保證直播水稻全苗及群體生長的重要措施，北方稻區機械旱直播同步覆土技術已趨向成熟，但南方稻區機械水直播同步覆土技術發展較為遲緩。為提高南方稻區機械水直播抵抗風險的能力，亟需開展機械水直播同步覆土技術與裝備的研發，重點突破南方水田直播土壤對覆土技術的限制。