水稻种植农艺和机械化技术发展趋势研究

魏国俊 刘颖

水稻是我国主要粮食作物之一。近年来，我国水稻种植机械化水平提升较快，已由2005年的7.1%提升至2019年的50%；但相较于日本、韩国等已100%实现水稻种植机械化的国家，差距还很大。现阶段，水稻种植农艺、机械化需求都发生了较大变化，传统的水稻种植技术已不能适应现代农业的发展需求，需要进行产业技术创新和改革。

1 水稻种植农艺技术发展趋势

1.1 行距变化

传统的水稻种植行距是300 mm，随着水稻品种、种植模式和农艺技术的改良，水稻种植行距也有所变化。近年来，经江苏省农业机械试验站鉴定的水稻种植机械中，行距从300 mm到330 mm、250 mm、266 mm都有。还有部分机械采用宽窄行不等距技术，就是同一台机器可以实现宽窄不等行距种植（如170 mm/330 mm、160 mm/340 mm、180 mm/320 mm）。水稻宽窄行种植农艺技术改善了田间小气候，提高了单位面积的光能利用率，通过缩垄增行，合理增加单位面积穴株数，增加了产量，提高了稻米品质，每亩可增收约50元，开启了水稻种植农艺技术发展的新时代。水稻宽窄行作业效果见图1。

1.2 密苗移栽技术

图1水稻宽窄行作业效果

密苗移栽技术由日本洋马公司于2018年提出，2019年在中国进行了试验。洋马密苗移栽技术相对于传统移栽技术，可减少67%的秧盘数量，减少50%育秧费用，减少67%的播种和秧盘搬运时间，降低育秧成本，减轻劳动强度，减少插秧时的用工量，增加农民水稻种植收益。密苗移栽与常规移栽对比见图2。

图2密苗移栽与常规移栽对比

1.3 钵苗移栽技术

我国水稻栽培专家在研究育苗方法对产量影响试验中发现，钵苗移栽不伤根，缓苗快，根系生长快，比普通毯状秧苗移栽提早5～7天分蘖，低节位有效分蘖增加20%，省种30%，节约用水80%，节约用肥40%，平均增产10%～20%，节本增效明显。水稻钵体育秧方式及移栽效果如图3、图4所示。

图3水稻钵体育秧方式

1.4 穴直播技术

地域不同种植技术也存在差异。如：黑龙江高纬度寒地水稻穴直播技术，未来三年推广面积将达到66.67万hm2，可节约成本20多亿元，实现利润10多亿元，节约水资源近20亿t，具有较好的推广应用价值。

1.5 有序机抛秧技术

图4移栽后35天根系对比

相对于机插秧和人工抛秧，有序机抛秧技术优势在于：第一，秧苗返青快，比机插秧缩短5～8天；第二，基本苗足，并且是有序抛秧，行距宽窄可调节，每亩增产10%～20%；第三，抛栽效率高，每小时可抛秧0.33～0.40 hm2，一天可抛秧4～4.67 hm2；第四，育秧不需要专门的育秧基质，对田块要求也比其他栽培方式低，适合在集中连片的水稻生产区域推广。图5为中联有序抛秧机作业图。

图5中联有序抛秧机作业图

2 水稻种植机械化技术发展趋势

2.1 手扶式插秧机将被高科技含量机型取代

我国正在从传统农业向现代农业转型，农业生产呈数字化、自动化、网联化发展趋势，这对于国内的农业装备企业而言，既是机遇，也是挑战。从国内目前水稻生产机械化的发展情况看，水稻机械化种植仍然是水稻生产全程机械化的薄弱环节，且水稻种植机械化发展极不平衡，区域刚性需求差别较大。如江苏水稻种植机械化水平达到了85%，黑龙江水稻种植机械化水平则超过了90%，而其他地区水稻种植机械化水平依然十分低下，水稻移栽机械化依然占水稻种植机械化的主导地位。手扶式插秧机被高速插秧机和智能化自动直行插秧机等高科技含量的机型取代是发展趋势，未来几年，高速插秧机市场需求量将继续保持快速增长态势。2018－2019年手扶式插秧机销量对比见表1。

表1 2018－2019年手扶式插秧机销量对比

2.2 可实现自动转弯、对行及路径规划的辅助驾驶技术

高速插秧机具有高效率、高性能等优势，是未来插秧机的主导产品，智能化是高速插秧机的发展趋势。江苏省农机试验鉴定站近年来开展了智能化直行插秧机和半自动插秧机的专项鉴定，这些新机型可减少用工量、节约生产成本、提高工作效率。丰疆智能科技研究院（常州）有限公司研发的智能半自动高速插秧机，除了可以实现自动直行功能，还可以实现田间自动调头、自动对行功能，大大减少了操作人员的劳动强度。图6为智能半自动高速插秧机作业示意图。

图6智能半自动高速插秧机作业示意图

2.3 同一底盘技术平台实现一机多用和多种悬挂作业

高速插秧机从单一插秧作业向插秧的同时完成施肥、施药等复式作业方向发展。2019版的插秧机鉴定大纲已经把侧深施肥纳入到插秧机选装功能中。该机一次工作能完成多项作业，可提高生产效率，降低作业成本。

插秧机底盘将向水田多功能通用底盘方向发展。发展多功能插秧机底盘，可以提高机器利用率，降低生产成本。高速插秧机是具有高科技含量的机型，将逐步出现能够适应各地气候、土壤特征及农艺要求的插秧机产品，江苏省内插秧机生产企业都在自主研发高速插秧机的核心技术，并将逐步推向市场。同一底盘搭载多种悬挂作业和一机多用作业分别见图7、图8。

图7同一底盘搭载多种悬挂作业

3 关键技术的研发方向

3.1 注重满足大范围可调节取秧量的秧苗供给系统研发

加强秧苗输送系统适应性和不同品种秧苗取秧数量的差异化研究。随着新的水稻品种的增加，水稻栽插对秧苗的育秧技术和插秧机取苗精准度要求越来越高，机械化育秧和高精度取秧成为机插秧的发展趋势。满足大范围精量可调节取秧量的秧苗供给系统对秧爪、秧门要求严格，横向取秧次数（移距）选择种类多、纵向进秧量可调节性好的秧苗输送系统适应性技术开发就成为必然选择。秧苗输送系统还要满足非正常秧苗（烂、散底盘秧苗等）的栽插要求，并解决固定式备秧台上部分区域补充秧苗不方便及低效的问题。高速插秧机是一种技术含量高、传动复杂的机械，只有进行正确的调整才能安全、合理有效地使用，最终实现水稻高产的目的。虽然高速插秧机自动化程度高，但仍需进行必要的检查和调整设计，保持插秧机整体良好的工作性能，并使驾驶更为舒适。

图8一机多用作业

3.2 注重插秧机防缠草油封技术研发

秸秆还田后的水田，秸秆杂草量比较大，插秧作业时经常会缠在插秧机的各个转动零件上，一旦缠绕较多，会损坏到密封件，从而导致密封件失效。为提高密封件的可靠性，必须解决缠草问题。缠草的原因是油封的动壳和静壳之间间隙增大，细小的杂草会缠到间隙中。针对上述原因，需要加强技术研发，使得栽植部防缠草油封不易漏油，不易进泥水。将外露或旋转的壳体沉到静壳中，杂草就无法缠到动壳和静壳之间的间隙中。同时，为了降低缠草的可能性，还要设计防护唇，使密封更加可靠。

3.3 注重高速插秧机平衡系统研发

随着农机化的推进，高速插秧机使用的范围越来越广。平衡系统具有升降仿形功能，还具有左右水平平衡控制功能。左右水平平衡控制机构主要由弹簧拉杆、液压单元、电子单元、传感器组件、平衡器总成、链条箱及行走轮组成。平衡器可以保障作物插植深浅一致。平衡机构一般有三种结构形式：机械式、电子式和液压式，个别产品还有复合式。机械式平衡机构具有结构简单、成本低廉的优势，通过机械弹簧、拉杆用万有引力及天平杠杆原理来平衡插植机构。这种结构一般用于手扶式插秧机。电子式平衡机构通过传感器重锤自动找平衡，通过执行电机来控制插植部件的平衡角度。该机构的特点是精准度高，但成本偏高，还涉及到水田作业时的防护，需做好传感器和线束的保护工作，否则容易产生故障。液压式平衡机构的结构复杂，成本高，但平衡效果好，可靠性高，一般用于高端机型。该机构通过传感器重锤自动找平衡，控制液压系统，液压油缸带动相关联部件，从而实现机体的左右水平控制，能避免出现秧苗栽植深度不一致、秧苗漂浮现象，可增强操控性能，减小劳动强度，提高作业质量和生产效率。

4 发展建议

4.1 加大补贴力度

插秧机行业发展受国家政策的影响较大，各地区可结合当地农艺实际，适当加大补贴力度，推进水稻生产机械化高质量发展。

4.2 提高零部件质量

相比于大型农业机械，插秧机虽小但结构复杂，涉及的零部件种类多，需完整的供应体系来保证零部件质量。需加快技术革新，推进产业的技术升级。插秧机核心零部件主要是发动机及电器液压件，该部分的核心技术掌握在外资企业中，需提升国内插秧机产业的工业基础能力，打破技术壁垒。

4.3 强化人才培养

为提升工业基础能力，需不断进行技术革新。技术创新的主体是人，因此要注重引进和培养专业技术人员，加强与高等院校和科研院所的沟通交流，弥补专业人才及生产经验的不足，并结合行业现状对市场上新出现的设计理念进行吸收、转化、利用。

4.4 发挥省内企业技术优势

目前，江苏省有从事高速插秧机技术研发及生产经营的单位近十家，从业的专业技术人员超百人，高速插秧机的研发、生产已初具规模，部分项目的研究与开发已达到较高的水平。要充分发挥省内企业的技术优势，利用先进的科研手段改进工艺、设备，通过技术创新推动高速插秧机产品高质量发展。