水稻栽植機械化技術研究進展

李澤華 馬 旭 李秀昊 陳林濤 李宏偉 袁志成

(1.華南農業大學數學與信息學院， 廣州 510642； 2.華南農業大學工程學院， 廣州 510642)

0 引言

水稻是我國主要糧食作物之一，水稻生產機械化是水稻生產發展的主要方向，提高水稻生產全程機械化水平是保障國家糧食安全、增強農業綜合生產能力、增加農業收入和推進農業現代化的重要舉措之一[1]。長期以來，水稻種植機械化是我國水稻生產機械化的薄弱環節，也是我國水稻生產全程機械化發展中的瓶頸[2-3]。目前，我國水稻機械化種植方式主要有機栽植和機直播。機栽植包括育秧和移栽2個環節，機移栽包括機插秧、機栽插和機拋秧等。近年來，機拋秧應用較少，機直播因具有現代稻作輕簡化特點，是一種省工、省力、節本、節能、節水高效的種植方式[4]，在我國發展非常迅速，逐漸成為水稻機械化種植的重要方式之一[5]，相關技術研究[6-7]也逐漸深入。但是，直播技術受自然條件、種植制度制約，尤其是容易受積溫、土壤平整、種子處理、水層控制、除草技術等因素的影響，國內大部分地區還是選擇機栽植方式作為突破水稻種植機械化的發展方向。目前，國內外水稻機械化移栽方式主要有毯狀苗機插秧(含缽形毯狀苗機插秧)和缽體苗機栽插2種形式。這兩種機械化栽植技術的共同特點是都包含育秧技術、移栽技術及兩者之間的耦合協調關系。本文主要對水稻栽植機械化技術的研究現狀進行闡述。首先對我國水稻種植機械化的發展現狀及其特征進行概述，然后圍繞毯狀苗機插秧和缽體苗機栽插2種移栽方式，重點闡述機械化育秧技術和機械化移栽技術及其裝備的研究進展。

1 水稻種植機械化發展現狀

1.1 中國水稻機械種植面積及其結構

2004年，《農業機械化促進法》頒布實施，并開始實施農機具購置補貼，這是中國農業機械化發展進程中的一個轉折點，也是水稻種植機械化快速發展的轉折點。表1給出了2004—2015年全國水稻機械種植面積及其結構(數據來源于歷年《全國農業機械化統計年報》)。由表1可知，12年間全國水稻機械種植面積增加了6倍多，增加的面積主要是機插面積，機播面積略有增加，機拋秧的面積大幅下滑；2012年以來機拋秧面積占全國水稻機械種植面積的比例都小于1%，表明機拋秧已不是我國水稻機械化種植的主要方式；2011年以來機插面積占全國水稻機械種植面積的比例都超過90%，2015年達94.54%，表明機插秧方式在全國得到了較成功的推廣，其主導地位已明顯確立。然而，2015年全國水稻機械種植率僅42.26%，剛剛實現從初級階段向中級階段的跨越，表明徹底解決我國水稻種植機械化難題需繼續努力。

表1 2004—2015年中國水稻機械種植面積及其結構Tab.1 Area of rice planting with machine and its structure from 2004 to 2015 in China

為了說明機插秧技術在全國推廣的特點，圖1給出了全國10個主要水稻種植省區(標準為2015年水稻種植面積超過百萬公頃) 2004—2015年機插秧面積的變化情況，這10個省區2015年的水稻種植面積共2.43×107hm2，占全國水稻種植面積的80.47%，具有較好的代表性。

圖1 主要水稻產區機插秧面積變化曲線Fig.1 Area and its changing trend of rice transplanting machine in main provinces of China

由圖1可知，2004年，除黑龍江省和江蘇省的機插秧有一些基礎外，其它8個省區的機插秧面積幾乎為零，說明我國水稻機插秧技術快速推廣主要在2004年以后。從機插秧面積的絕對數看，黑龍江省發展很快，2009年接近2×106hm2，2015年達到3.82×106hm2；其次是江蘇省，2015年的機插面積為1.71×106hm2；除這2個省外，其它8個省區的機插面積都不足1×106hm2；湖北省和安徽省一直保持較平穩的發展態勢，湖南省則從2010年開始以高速增長的姿態于2015年躍居全國第3位；廣東省、廣西壯族自治區、四川省的發展速度相對較慢，云南省的機插秧發展更慢。從機插面積的相對數看，2015年，黑龍江省和江蘇省的機插率分別達到99.38%和74.84%，其它8個省區的機插率都不足40%，尤其是云南省的機插率僅3.08%。由此可見，整體上中國水稻機插秧技術推廣取得了較好的成效，正以較快的速度由黑龍江省和江蘇省向全國推廣，但各省區發展不平衡，整體水平仍然較低。

1.2 水稻毯狀苗機插秧技術推廣的影響因素

水稻毯狀苗機插秧技術推廣的影響因素備受關注。研究表明[8-17]，影響水稻毯狀苗機插秧技術推廣的因素主要有社會因素和技術因素。社會因素主要是指影響水稻機插秧技術推廣的基礎條件，包括自然地理環境、耕作制度、土地經營形式、農田基礎設施、農民經濟狀況和文化水平等。技術因素是指機插秧技術本身，包括技術上的先進性、適應性、可靠性和經濟性等。

從社會因素方面看，陳聰等[8]應用面板數據模型分析得到水稻戶均種植規模是制約水稻機插秧發展最主要的因素；李澤華等[9]基于灰色關聯分析得到影響中國水稻種植機械化地區發展不平衡的前5個因素依次為：農田基礎設施建設水平、土地經營規模、育秧機械化水平、農機化培訓和機械作業需求水平。其他的一些觀點認為，因為農民追求水稻生產輕簡化，在直播和機插秧之間更傾向于選擇直播方式[10]，從而部分地限制了水稻機插秧技術的推廣應用；推廣的運行機制不健全也是水稻機插秧推廣緩慢的原因之一[11]；插秧機機具價格貴、利用率低，故障多而維修困難[12-13]；經營者總體年齡偏大，文化水平不高，新技術接受掌握難度大，耕作觀念與思想轉變顧忌多[14-15]，等等，都在一定程度上影響水稻機插秧技術的推廣。

從技術因素看，現有的育秧技術和插秧技術本身的特性是影響水稻機插秧推廣的重要因素，也是最關鍵的因素。目前，我國水稻機插秧技術發展的難點是雜交稻和晚稻機插秧[16]。原因是現有的毯狀苗機插秧技術是以日本的常規粳稻種植為基礎發展起來的，對我國的常規稻基本適應，但對雜交稻、雙季晚稻和連作晚稻的種植還存在較多問題，主要表現為育秧取土困難[10,13]、播種量大[13,16]、播種均勻性欠佳[17]、秧齡彈性小[16]、秧苗素質差[10-19]、苗床管理粗放[13]、機插效果差(均勻合格度偏低、漏秧率偏高、傷秧較重)[10-16]等。

總之，無論是社會因素還是技術因素，我國水稻毯狀苗機插秧技術的發展仍面臨較多困難，不同地方的問題也不盡相同，需要各地區根據自身的特點系統分析，謀求整體突破。

1.3 水稻缽體苗機栽插技術推廣的影響因素

缽體苗機栽插主要特點：有利于培育長秧齡壯秧，秧苗素質好，秧齡彈性大，移栽時不傷根、植傷輕、返青活棵快、分蘗早；有利于利用優勢分蘗爭取高產適宜穗數，培育適宜數量的壯稈大穗，增產顯著、生產適應性強[18]。因此，國內外對缽體苗機栽插技術進行了大量探索[19-21]。但是，該技術的推廣較慢，主要原因為：缽體苗栽插機價格高，特別是秧盤價格高，投入成本高，機械作業效率較低、部分產品可靠性差，且此種方式下水稻穩定高產或超高產的規律與關鍵農藝尚不清晰。然而，缽體苗機栽插育秧不需要秧苗成毯，在雜交稻和超級雜交稻育秧中能有效化解播種密度與成毯性之間的矛盾，有望解決雜交稻機移栽難題。因此，缽體苗機栽插技術將進一步得到更多的關注，是農機農藝深度融合的重點。

2 水稻機械化育秧技術與裝備研究進展

育秧是水稻栽植機械化的前提，其中播種是關鍵，國內外現有的機械化育秧方式都是采用秧盤育秧，下面主要對秧盤育秧方式及其機械播種技術與裝備進行闡述。

2.1 水稻秧盤育秧方式現狀

根據秧盤的材質不同，可分為塑料軟盤育秧、硬盤育秧和植質育秧；根據秧苗的根系分布不同，可分為毯狀苗育秧、缽形毯狀苗育秧和缽體苗育秧；根據育秧用水方式不同，可分為旱育秧、水育秧和濕潤育秧；根據育秧場地不同，可分為工廠化育秧和田間育秧；根據育秧基質和需要的特殊材質，包括泥漿育秧、多層薄膜育秧、無紡布育秧、麻膜育秧等多種形式。

圖2給出了常見的7種機插育秧秧盤，包括毯狀軟秧盤、硬秧盤，缽體軟秧盤、硬秧盤，缽形毯狀軟秧盤、硬秧盤和植質秧盤等。為適應標準化作業，毯狀秧盤的規格通常是一致的，如軟、硬秧盤的內部尺寸為580 mm×280 mm×25 mm，缽體盤根據不同的機型，尺寸與穴數差異較大，有406(29×14)穴、375(25×15)穴和448(32×14)穴等。這些秧盤育成的秧苗有3種類型，即毯狀苗、缽形毯狀苗和缽體苗(圖3)。

圖2 機插育秧盤Fig.2 Seedling tray for rice transplanting with machine

圖3 機插秧苗Fig.3 Rice seeding for transplanting with machine

在毯狀苗和缽形毯狀苗機插秧育秧技術中，播種量是關鍵。對常規稻，要求栽插3～6株/穴，播種量一般要求干種達到100 g/盤以上，芽種120～160 g/盤[22-23]，此時播種密度大，秧塊盤根性好，機械栽插質量能達到農藝要求，現有育秧技術能較好地適應生產需要。若是雜交稻，農藝上要求栽插1～3株/穴，理論上播種量為芽種40～45 g/盤，現有的育秧技術還不能很好地適應這一要求，表現為秧塊盤根性較差，機插時漏插率較高。試驗表明，現有技術下雜交稻實際播種量需要芽種70～100 g/盤[24-26]，才能保證漏插率滿足農藝要求，且不同的地區差異較大。隨著育插秧技術的改進，雜交稻育秧播種量進一步降低，例如，李澤華等[27]以天優998和五優308為材料，試驗得到缽形毯狀秧盤和毯狀秧盤的最佳播種量范圍為65～80 g/盤；滕飛等[28]試驗得到甬優12和中浙優1號最適播種量分別為65 g/盤和50 g/盤。如何通過降低播種量提高雜交稻秧苗素質并滿足機插要求是目前機插育秧面臨的難題之一，該問題的解決主要受制于播種均勻性、秧苗盤根性以及播種密度與取秧面積的耦合關系。

為實現低播量均勻播種，鐘平等[29-30]對印刷播種技術進行了初步研究，播種效果如圖4所示。

圖4 印刷播種效果Fig.4 Rice printing-sowing

謝小兵等[31]對印刷播種和常規播種的秧苗素質進行了比較，并且進行了單本密植機插和常規機插的大田栽培對比試驗，結果表明印刷播種的秧苗素質顯著高于常規播種，增產10.28%～13.96%。然而，據湖南省的一些農民反映，該技術也存在一些問題：因播種量太低，秧苗成毯性較差，若延長秧齡，秧苗又太高，需要通過旱育化控技術進行控苗，實際栽插時漏插率偏高。

為解決低播量下秧苗盤根性不足問題，人們嘗試應用中國農業科學院麻類研究所研發的“麻膜”進行育秧，結果表明[32-33]麻膜育秧能顯著增加秧苗的物質積累能力、促進根系生長，秧苗素質明顯提高，與不墊麻膜相比增產11.9%。但該技術在水稻生產上尚未大面積推廣，還需系統深入研究。

對于缽體苗育秧，有大量文獻[18-20,26]表明缽體苗的秧苗素質優于毯狀苗和缽形毯狀苗，問題是目前尚無成本低、性能可靠、作業效率高的缽體苗栽插機，育秧質量也依賴于播種機性能的提高。

2.2 水稻秧盤育秧播種技術與裝備研究進展

常見的機械化育秧裝備包括田間育秧播種機和工廠化育秧流水線，一般認為田間育秧播種機是從工廠化育秧流水線演變而來，屬于半機械化設備，因此，工廠化育秧流水線是水稻育秧機械化的主要裝備[21]。較完備的秧盤育秧流水線主要包括秧盤供送、鋪底土、壓床土、淋灑水、播種(條播、撒播、精播)、覆表土、清掃、取秧盤等工序，其中排種器是核心部件之一。隨著秧盤育秧向自動化和智能化方向發展，育秧作業自動化技術和智能化技術也得到了快速發展。本節主要對水稻秧盤育秧的精密播種技術、作業自動化技術和智能化技術3方面的研究動態進行綜述，對我國水稻秧盤育秧播種技術的發展前景和發展趨勢加以展望。

2.2.1水稻秧盤育秧精密播種技術

根據農藝要求，水稻秧盤育秧的播種方式有穴播、條播和撒播3種，培育出的秧苗分別為缽體苗和毯狀苗(含缽形毯狀苗)。一般地，根據播種裝置的結構形式和工作原理分類，排種器主要有機械式、振動式和氣力式，但實際中有些是幾種方式的組合，本文稱為組合式。圖5給出了國內外排種器的主要類型。

圖5 排種器的主要類型Fig.5 Main form of seeding apparatus

對水稻而言，美國、意大利、澳大利亞等歐美發達國家以機械化直播種植為主，研制水稻秧盤育秧播種的設備比較少，排種器主要用于水稻直播等[21,34-36]；亞洲的水稻秧盤育秧設備比較多，日本和韓國的水平最高，日本的久保田、井關、洋馬、實產業等株式會社都有自己的秧盤育秧播種設備，其工藝精湛、自動化程度高，但這些設備主要是針對常規稻育秧研制，能實現4～8粒/格的撒播或3～6粒/穴的穴播作業，不適用雜交稻或超級雜交稻1～3粒/格的需要，采用的排種器主要是機械式[21]。例如，圖6為久保田2BZP- 800(SR- K800CN)型育秧播種機中采用的外槽輪。

圖6 外槽輪Fig.6 Open type sowing roller

我國水稻精密排種器的研發始于20世紀70年代初，早期主要是機械式排種器，80年代初開始氣力式排種器的研究[37]，同時開展育秧流水線的研制，90年代起研制振動式播種流水線[38]，21世紀以來，除了適應水稻直播的排種器有較多的研究外，我國水稻秧盤育秧播種器的研發也取得了快速發展[39-53]?？v觀這些排種器，基本上覆蓋了圖5所示的各種類型。例如，中國農業大學研制的2ZBZ- 600型水稻穴(平)盤播種設備[39]，采用的是外槽輪式排種器。目前，我國市場上銷售的播種機部分采用該類排種器。此外，佳木斯市文嶺農機制造廠研制的2FB- 840型水稻苗床播種機采用的是凸棒式排種器[40]；黑龍江八一農墾大學研制的2BYLS- 320型水稻秧盤聯合播種機[41]采用的是窩眼輪式排種器，研制的2BS- 420型水稻植質缽育秧盤精量播種機[42]采用的是型孔板式排種器，并探討了正三角形、正方形、圓形等多種型孔對播種性能的影響，結果表明圓形相對較好；山西農業大學設計了一種傾斜圓盤式精少量排種器[43]；華南農業大學李志偉等[38]采用電磁振動排種機構設計了2BZ- 300型電磁振動式水稻育秧播種流水線等。馬旭等[44-45]采用螺旋勺輪式排種器設計了一種適用于南方水稻田間育秧的精密播種機，之后又利用螺旋勺輪供種、V- T型氣動振盤排種，研制了一種2SJB- 500型水稻秧盤育秧精密播種流水線。該流水線采用的是一種較典型的組合式排種器(圖7)，播種時，由變頻調速電動機帶動螺旋勺輪排種器在種箱中運動，實現定量供種，種子落入V- T型振盤的T型篩分板上，通過振動在V型槽板內形成均勻的種子流，然后對行對穴實現精密播種。周海波等[46]在此基礎上又設計了一種電磁振動勺型外槽輪式定量供種裝置，有望進一步提升該機的播種性能。

圖7 組合式排種器Fig.7 Combined-type seeding device

江蘇大學李耀明等[47-49]對氣吸振動式精密播種機進行了系統研究，采用的主要是吸盤式排種器(圖8)。播種時，啟動振動電動機，通過振動使得種子呈“沸騰”運動狀態，通過豎直單軌道絲桿螺母傳動系統和水平單軌道絲桿螺母傳動系統將吸種盤移動到種子盤上方，調節吸種部件轉換開關使得氣室形成負壓，拋起的種子被吸附在均勻分布的吸種孔上；吸種后將吸種盤移動到導種管上方合適位置，調節轉換開關產生正壓，種子在氣室正壓力和自身重力作用下經導種管落入育秧盤，實現對靶精播。該裝置雖能實現單粒精密播種，但對于水稻芽種，吸種孔容易堵塞。此外，江蘇大學胡建平等[50-51]基于磁吸式排種原理，設計了磁吸滾筒式穴盤育苗精密排種器；東北農業大學韓豹等[52-53]在中國農業大學龐昌樂等[54]的氣吸式雙層滾筒播種器的基礎上，針對吸孔堵塞問題，研制了一種氣吸滾筒式自動清堵排種器，并進行了性能改良。

圖8 氣吸式播種裝置結構圖Fig.8 Structure diagram of suction-vibration precision seeder1.定量加種裝置 2.豎直單軌道絲桿螺母傳動系統 3.L形連接架 4.水平單軌道絲桿螺母傳動系統 5.吸種盤 6.振動彈簧 7.氣室 8.振動電動機 9.導種管 10.種子盤 11.氣泵電動機

總之，為解決我國水稻特別是雜交稻的秧盤育秧精密播種問題，國內學者對現有的各種排種器進行了廣泛探索性研究，取得了豐富的成果。存在的問題主要是各種研究都尚未系統徹底地解決雜交稻和超級雜交稻的精密播種問題，多數都停留在試驗階段，沒有將相關的研究成果轉化為實用的生產裝備。

從市場上看，目前我國銷售的水稻秧盤育秧播種裝備使用的排種器主要是機械式，部分是氣力式。例如江蘇云馬農機制造有限公司生產的2BL- 280A型育秧播種機采用的是螺旋形外槽輪式排種器，井關農機(常州)有限公司生產的2BZP- 580A(THK- 3017KC)型育秧播種機采用的是槽輪式排種器，宜興旭達機械制造有限公司的2BS- 1000型水稻盤育秧播種機采用的是窩穴式播種輪[55]，鹽城盎宇機械制造有限公司的2BJD- 840型水稻育秧播種機采用的是直槽輪式，都是屬于機械式；臺州市一鳴機械設備有限公司生產的YM- 0812型水稻育秧機采用的排種器屬于氣力式排種器。這些機型都是最近幾年享受國家農機購置補貼的裝備，具有較好的代表性。

從排種器的設計原理上看，現有秧盤育秧精密排種器的設計主要有3類方法：①通過控制種子的體積控制排種量，例如窩眼輪式、型孔式排種器等，利用排種器上的容腔從種群中分離出種子，此時排種效果受制于種子的形狀、尺寸和容腔的形式等，因此這類裝置對不同水稻品種播種的普適性相對較差。②通過控制種子的質量控制排種量，例如氣力式排種器等，該方法的優點是對種子的形狀和尺寸等要求較低，但對吸孔結構的密封性等要求較高，該方法播水稻芽種時面臨的最大困難是堵塞問題，且效率偏低。③通過控制種子流量控制排種量，例如槽輪式、振動式排種器等，這類排種器播種時播種量通常比較大，適合常規稻播種，若要播種雜交稻，需要配合其它的裝置(如V型導種槽等)進行工作，因種子流速受眾多復雜因素的影響，精確性還有待提高。綜上可見，現有單一的排種方法很難實現雜交稻1～3粒/格的精確播種，因此需要繼續學習國內外先進的理論和方法，加強精密排種理論的研究和創新，其中組合式排種器是一個可行的發展方向。

與國際排種器的研究進程比較，我國水稻秧盤育秧排種器的研究雖然借鑒了已有的研究成果，但基本上也遵循著從機械式、振動式、氣力式向組合式方向發展的軌跡。目前，國際上先進的精密排種器普遍采用了組合式工作原理，正朝著大型、高效、智能化方向發展[36,56]?？梢灶A見，未來我國水稻秧盤育秧精密排種器的研究也將向組合式方向發展。

2.2.2水稻秧盤育秧作業自動化技術

隨著農機裝備技術水平的發展，人們對提高水稻秧盤育秧設備自動化程度的要求愈來愈高。特別是育秧流水線包含供盤、覆土、淋水、播種、取盤等多道工序，為提高各部件的工作性能和各環節之間的協調性，人們對育秧流水線自動作業的控制系統進行了廣泛深入的研究[57-62]。

目前，歐美和日本等國家的育秧播種系統已基本實現全自動化作業[63]，例如日本Soyono公司的BOX- B010- G型播種機是小型育苗播種設備的代表，該機采用伺服精確定位控制和氣動技術，能實現自動播種，工作效率高[64]，其它如久保田、洋馬等播種流水線都能實現自動化作業[65-66]。國內，人們對育秧流水線的自動化技術也進行了系統的研究。例如華南農業大學馬旭等[67-72]針對軟、硬秧盤，設計了一種軟秧盤嵌入式托盤，實現了軟、硬秧盤的自動供送 (圖9a)，以STM32單片機為控制核心，設計了一種電控式自動供盤裝置，實現了軟、硬秧盤的自動供盤作業，試驗表明軟塑秧盤和硬塑秧盤的供盤成功率分別達到98%和100%[68]；采用電磁換向閥和氣缸相結合的控制方法, 研制了一種秧盤連續輸送與穴孔同步對中裝置，解決了高速連續式氣吸滾筒秧盤育苗精準播種的連續輸送秧盤與氣吸滾筒的穴孔同步對中的難題，提高了投種準確性，避免了因竄穴而產生的空穴和重播[69]；以AT89C51單片機為控制系統核心，采用步進電機和開關等實現秧盤供送、秧盤孔穴與壓實輥指對準等作業，設計了一種水稻播種機缽體軟、硬秧盤穴孔底土壓實通用裝置，試驗表明當生產率在500盤/h、提前角對應弧長為1 mm時，對準率為98%[70]；基于超聲波傳感器和單片機等研制了一種種層厚度檢測和控制系統，能對播種過程中的播種量實現全程監控和自動控制[71]；以PLC為控制核心，設計了一種氣動式自動疊盤裝置(圖9b)，實現了秧盤的自動疊放工作，試驗表明當生產率為 600～800盤/h、升降速度為 0.15 m/s、采用氣動移動蓋板時，硬盤和軟秧盤的疊盤成功率分別為 100%與99%～100%[72-73]。目前，國內市場上的水稻育秧流水線大部分都能實現從自動供盤、鋪床土、播種、灑水到覆表土和自動疊盤的作業自動化。

圖9 自動供盤和自動疊盤裝置Fig.9 Automatic tray feeder and automatic stacker device

控制系統是機械裝備實現自動化的核心組成部分，其設計水平表征著自動化水平的高低。國外，早期的育苗播種流水線采用的控制方式主要為液壓控制、氣動控制或電磁控制，現在則主要采用單片機和可編程控制器(PLC)等進行控制[74]。國內水稻播種育秧流水線各環節的自動化作業也主要以單片機和PLC為控制核心，例如吉林大學研制的YB- 2000型簡塑秧盤自動精密播種生產線采用MCS- 51系列的8031單片機作為控制單元，實現自動填土、播種、覆土、灑水和秧盤輸送等[75]，南京農業機械化研究所研發的振動氣吸式盤育秧精密流水線采用PLC為控制核心，實現播種的精確定位和對位落種等功能[62]，華南農業大學研制的2SJB- 500型水稻秧盤育秧精密播種流水線采用PLC為控制核心實現自動供盤和自動疊盤作業[72-73]等。與國外先進的育秧流水線比較，我國的育秧作業自動化技術還存在一些差距，主要表現為：①實際生產中的播種流水線還沒有實現全自動化，某些環節仍需人工操作完成。②播種流水線上涉及的裝置較多，作業環節多，現有技術對單一裝置控制時效果相對較好，但對所有裝置的同步控制技術還亟待提高和完善。③作業的可靠性和效率還有待進一步提高。總之，秧盤育秧作業自動化是一個系統工程，既包括硬件配備，也包括軟件設計。未來，我國水稻秧盤育秧作業自動化應充分應用電子技術和計算機技術，向機械與微電子技術相結合的機電一體化方向發展。

2.2.3水稻秧盤育秧精密播種智能化技術

智能化是水稻播種育秧作業自動化發展的高級階段，也是農機裝備發展的方向，其中播種質量的智能化監控技術是研究重點。對播種質量進行智能化監控，一方面能檢驗播種效果，對排種器的排種性能進行評價；另一方面能對漏播、重播和播種量等進行預警和調控，提升播種質量，保障播種的穩定性。

歐美等發達國家在水稻直播播種質量監控技術方面已達到很高的水平，例如美國Precision公司和AgLeader 公司在播種機中采用排種器電驅控制技術、高速投種技術、播種監測技術、播種壓力控制技術和防堵清草技術等，達到了播種均勻度一致和深淺一致的播種效果[76]。國內在智能化水稻機直播方面也取得了快速發展，如2016年南京農業機械化研究所研制出國內首臺33行大型智能化氣力集排式水稻直播機——2BDZQ- 33800型寬幅折疊式水稻直播機，該機播種作業僅由一名操作人員即可完成，能通過控制系統調整排種部件轉速，進而實現播量的精確調整，有效解決現有機械槽輪式播種機播量一致性難以保證的難題，填補了國內大型氣力式智能化水稻直播技術空白。然而，水稻秧盤育秧播種質量監控技術則相對落后。

一般地，播種質量監控可分為排種器性能的動態監控和育秧盤內播種情況的靜態監控[77]。水稻直播播種質量的監控主要采用動態監控方法，秧盤育秧播種質量的監控目前主要采用靜態監控方法。動態監控技術方面，歐美、澳大利亞等國家主要應用了電子技術和高速攝像技術實現排種器性能的動態檢測。例如，KARAYEL等[78]用高速攝像系統拍攝下落種子流的間距和速度，通過分析相關數據達到檢測的目的；LEEMANS等[79]用計算機視覺指導排種器定位，由機器視覺系統測量位置，再應用于反饋控制回路，實現播種質量的動態檢測。靜態監控技術方面，國內外主要采用圖像處理技術和機器視覺技術實現育秧播種質量的檢測。NAGATA等[80]提出用圖像處理技術實時檢測自動育秧生產中的漏播問題，在此基礎上，MGANILWA等[81]提出了用機器視覺技術來檢測移動秧盤內的漏播情況，并及時對漏播位置進行補種的方法；URENA等[82]用機器視覺技術監測了育秧盤中種芽的育秧質量，并用模糊規則進行了等級分類； KIM等[83]設計了一種基于機器視覺技術的自動排種控制裝置，檢測播種過程中種子胚芽方向，并通過PLC控制系統將種子按胚芽一致的縱向方向播種在秧盤里，提高播種的質量和精度。這些研究多是針對蔬菜和花卉進行的實驗，對水稻播種質量的監控研究有一定的借鑒意義。國內，對水稻秧盤育秧播種質量的監控方法也主要是采用圖像處理和機器視覺技術等，不同點主要在圖像識別算法上。例如，齊龍、周海波等[84-85]依據秧盤掩膜內的灰度均值實現了對空穴、1粒和2粒種子的在線檢測，并基于LabVIEW圖像處理技術探索了點位控制補種技術[86-87]，圖10為檢測系統的硬件組成。

圖10 在線檢測系統的硬件組成Fig.10 Structure of hardware for on-line detection system1.光源 2.CCD攝像機 3.光箱 4.圖像采集卡 5.計算機 6.托盤 7.穴盤 8.前接近傳感器 9.后接近傳感器

王辰星等[88]通過投影、差分等方法處理靜態圖像，將分水嶺算法和區域面積統計方法結合用于種子數量的識別；譚穗妍等[89]針對多粒種子存在粘連、重疊、交叉等情況，提出了一種基于機器視覺和BP神經網絡超級稻數量檢測模型；趙鄭斌等[90]設計了基于HALCON的通用型穴盤精密播種性能檢測軟件，運用Blob進行種子分析和計數；王安等[91]用改進的形狀因子，結合單連通域面積實現缽體秧盤穴粒數的檢測；陳進等[92]應用GABP算法并結合超級稻連通區域形狀特征參數對播種效果進行檢測。現有秧盤育秧播種質量監控技術主要是監測育秧播種效果，重點解決漏播問題，減少漏播種造成的漏秧損失，但對重播等問題尚無相關解決方案。另外，與水稻直播相比，由于機械栽植育秧精密播種要求種子為芽種，至少要求破胸露白，種子的流動性不及干種，且容易破碎；育成的秧苗為了與栽植機械取秧機構協調耦合，要求種子在秧盤上按一定的方向有規則地均勻排列，因此機械栽植精密播種的質量要求比機直播更高，實現的難度也更大。這是現有水稻秧盤育秧播種技術不能完全適應雜交稻生產的重要原因之一，也是亟需大力發展智能化監控技術提升育秧播種質量的重要內驅力之一。

3 水稻機械化移栽技術與裝備研究進展

水稻機械化移栽方式主要有毯狀苗機插秧(含缽形毯狀苗機插秧)和缽體苗機栽插2種。因此，從移栽裝備的角度看，主要有兩類機械：一類是適應毯狀苗和缽形毯狀苗的插秧機；另一類是適應缽體苗的插秧機。本節首先對水稻機械化移栽方式與裝備現狀進行概述，然后分別對毯狀苗機插秧技術、缽體苗機栽插技術和移栽機械控制與智能化技術的研究進展進行闡述。

3.1 水稻機械化移栽方式與裝備現狀

總體上，國內外生產和使用的水稻移栽機，按操作方式分類，主要有步進式和乘坐式兩大類，乘坐式又分為獨輪乘坐式和四輪乘坐式2種；按移栽速度分類，主要有普通移栽機和高速移栽機。目前，市場上銷售的機型主要有3種(表2)，這3種典型的移栽機代表了目前的技術水平。

表2 3種典型的移栽機及性能Tab.2 Three typical rice transplanting machine and their performance

自2004年以來，我國水稻種植機械化快速發展，插秧機保有量也迅速增長。據全國農業機械化統計年報顯示，全國插秧機保有量從2004年的6.71萬臺，增加到2015年的72.57萬臺，增長高于10倍；其中乘坐式插秧機保有量從2008年的9.01萬臺，增加到2015年的24.24萬臺，增長了1.69倍。圖11給出了2004—2015年全國插秧機保有量的變化趨勢，與全國水稻插秧機的增速相比，乘坐式插秧機的增長速度相對較慢，乘坐式插秧機占比由2008年的45.14%降低到2015年的33.40%，表明我國推廣的插秧機從數量上看主要是步進式普通插秧機，這可能與我國水田面積細碎化和農戶水稻種植規模相對較小有關。

圖11 2004—2015年全國插秧機保有量Fig.11 Total number of rice transplanting machine in China from 2004 to 2015

水稻機械化移栽裝備中，分插機構是核心工作部件。由于趙勻等[93]對水稻移栽機械的分插機構及其研究進展進行了詳細總結，本文不再贅述。下面主要從毯狀苗機插秧技術、缽體苗機栽插技術和水稻移栽機械控制與智能化技術等方面進行總結，主要分析存在的問題及其發展方向。

3.2 毯狀苗機插秧技術

毯狀苗機插秧技術是目前我國應用最廣泛的一種水稻種植機械化技術，其發展經歷了較長的一段歷程。1953年，我國開始研制插秧機，到1960年，各地推薦生產上使用的人力、畜力插秧機已達21種，1967年，鑒定并推出自行研制的第一臺東風- 2S型自走式機動水稻插秧機，但由于各種原因，該機并未得到普遍推廣[94]。

1968年，日本佐藤造機株式會社制造出帶土毯狀小苗插秧機，該機橫向送秧機構和插秧機構連動，自動將帶土毯狀小苗切斷，強制插秧，奠定了現代插秧機的基本構造。1986年，日本農機研究所與井關農機株式會社共同開發制造高速插秧機，插秧速度1.1 m/s，這是現代高速插秧機的原型。隨后，插秧機各部分的控制機構得到根本的改進，插秧精度進一步提高，如插秧部分左右搖擺控制、速度感應型插深控制、根據水田硬度自動液壓控制等，毯狀苗機插秧技術日趨成熟[95]。20世紀70年代末，我國從日本引進了秧盤育秧機插水稻種植技術，解決了育秧與機插秧的配套問題。在此基礎上研制出了國產2ZT系列水稻插秧機[96]，對我國機插秧發展起到了較大的促進作用。國產機中，較典型的還有延吉插秧機廠研制的2ZT- 9356B型獨輪插秧機、江蘇省南通市柴油機股份有限公司研制的Z- 455型手扶步進式插秧機和中機南方機械股份有限公司生產的碧浪2ZG824(630A)型高速插秧機。2010年，為了適應寬窄行插秧方式，東北農業大學研制了高速寬窄行插秧機。另外，無人駕駛水稻插秧機也得到了發展[94]。正是基于這段歷史，長期以來毯狀苗機插秧技術成為我國水稻種植機械化研究的重點。然而，毯狀苗機插秧技術在我國的發展還主要面臨如下一些難題：

(1)品種問題

現有的毯狀苗機插秧技術是以常規粳稻為基礎研發的，對雜交稻和超級雜交稻不適應，主要矛盾表現為：雜交稻種植強調稀植早發，通過強分蘗能力保障有效穗、攻取大穗提高單產，而毯狀苗育秧時為保障一定的盤根成毯性，播種密度大，秧苗生長空間小，秧苗素質差，且機插植傷較重，栽后至恢復正常生長通常要經歷7～15天的“滯長期”，縮短了正常生育期，生育進程后移[18]，當機插育秧或栽插質量不理想時，嚴重影響雜交稻生育優勢的發揮。目前，雜交稻機插秧問題尚未徹底解決。為解決雜交稻機插秧問題，通過低播量精密播種，培育適合機插的健壯秧苗是雜交稻育秧的發展方向。另外，調研表明我國水稻育種過程中，很少將“機械化生產適應性”作為品種培育的評選標準之一。因此，基于農機農藝深度融合發展理念，培育適應機械化生產的品種是解決我國雜交稻種植機械化難題需要考慮的重要內容。

(2)種植制度問題

雙季稻和連作稻在我國水稻生產中占有很大面積，為了解決晚稻茬口緊張問題，需要培育長秧齡大苗，但現有毯狀苗機插秧技術僅適應于中小苗栽插，限制了該技術在雙季晚稻和連作晚稻中的推廣應用。如何解決雙季晚稻和連作晚稻的機插秧問題是目前我國水稻種植機械化發展中的難點。

(3)雜交稻精密育插秧技術問題

理論上，雜交稻精準栽插要求每穴插1～3棵苗，此時播種量芽種為40～45 g/盤，現有的撒播和條播技術雖能滿足播種量要求，但播種均勻性有待提高，秧苗盤根性不足，栽插漏秧率偏高(試驗表明此時的漏插率一般超過15%)。如果采用精準穴播技術，一方面缺乏能實現每穴播(2±1)粒種子的實用高效播種機，另一方面缺乏合適的毯狀苗精準插秧機。插秧質量是人們接受使用插秧機的最重要標準之一。影響插秧質量的因素很多，是一個從耕整地、播種育秧到機械栽插的系統問題。就插秧機本身而言，其核心工作部件主要包括分插機構和送秧機構。國際上，插秧機的分插機構大致經歷了從初級階段的滑道機構，到中級階段的桿機構，再到高級階段的回轉機構的發展過程[93]。目前，較先進的高速插秧機采用的都是回轉式分插機構，部分手扶插秧機仍采用曲柄搖桿式(如洋馬AP4、AP6型等)。國內外，適應毯狀苗機插秧的分插機構已基本成熟，作業質量可靠，能基本滿足實際生產需要。但送秧機構還需改進。送秧機構包括橫向送秧機構和縱向送秧機構。橫向送秧通常采用空間雙螺旋凸輪機構實現固定次數(如14、16、18、20、24次等)的定量供送，因此橫向送秧準確可靠。目前毯狀苗插秧機的縱向送秧都是采用整體推送式送秧機構，當秧箱橫向移動至兩端極限位置時，通過縱向送秧機構(星輪式或橡膠輸送帶式送秧機構)將秧苗整體向秧門推送一次實現縱向送秧，受重力或機器振動的影響，以及秧苗成毯質量、秧苗含水量等原因，秧苗易產生滑動或擠壓變形，導致縱向送秧不準確[97]，亟需改進縱向送秧方法與裝備，以提高縱向送秧精準性。總之，解決毯狀苗機插秧的作業質量問題，重點需要解決雜交稻低播量下的精密育插秧技術問題，該問題主要受制于播種的均勻性、栽插的精準性和作業效率等。

(4)施肥機械化問題

國外如日本、韓國生產的毯狀苗插秧機都配有同步側深施肥裝置，能有效地提高肥料的利用率；這些施肥裝置主要采用風力把固態肥料顆粒吹入輸肥管，風力作用能有效防止輸肥管和排肥口堵塞，施肥效果較好，但由于價格、肥料特性和差異化技術設備銷售等原因，在國內應用較少[98]。國內普遍采用人工施撒肥料，肥效利用率低；目前已開展了多種水稻插秧機同步施肥裝置的試驗研究，排肥部件主要有風力式、槽輪式和螺旋式等[99]。但因國內的肥料極易潮解，水田作業環境下風力式和槽輪式排肥裝置易堵塞，施肥效果差，螺旋式排肥裝置處于試驗之中[100]；采用開溝方式實現深施肥作業，主要存在開溝難、開溝施肥后覆土難等問題。迄今為止，我國水田機械深施肥技術尚未得到很好的解決，為了提高肥料的利用率，減少污染，亟需對該技術進行深入的研究，并研發相關的施肥機械。

3.3 缽體苗機栽插技術

由于缽體苗機栽插技術不傷根，不傷苗，無返青期，秧齡彈性大，增產效果顯著，解決了傳統機插秧的不足，人們對缽體苗機栽插技術進行了廣泛研究[101-104]。缽體苗機栽插主要有機拋秧、機擺栽和機插秧等多種形式，缽體苗機拋秧屬于無序栽插技術，已應用很少，應用的技術主要集中在缽體苗機擺栽和機插秧。國外，最早研究和使用缽體苗栽插機械的國家是日本，后來有印度、韓國和尼日利亞等國。日本的井關和實產業公司已有缽體苗插秧機產品，但機具結構復雜、價格昂貴，使用成本高，配套的育秧設備僅適應常規稻，對雜交稻不適應。國內，吉林鑫華裕農業裝備有限公司、中國農業大學、黑龍江農墾科學院、常州亞美柯機械設備有限公司、浙江理工大學和東北農業大學等單位，都開展了水稻缽體苗栽插機的研制，已開發出一些機型，例如東北農業大學與鑫華裕農業裝備有限公司聯合研制了2ZB- 630型水稻缽體苗插秧機(圖12)，該機分插機構采用雙曲柄五桿機構完成缽體苗取苗、運苗和栽植，實現了使用缽體軟秧盤進行缽體苗栽插作業，生產成本較低。2013年，在廣東省肇慶市懷集縣試驗基地，華南農業大學馬旭等應用該機具對雜交稻五優308進行了田間對比試驗，增產效果明顯，但生產效率太低、可靠性較差。

圖12 2ZB- 630型水稻缽體苗插秧機Fig.12 2ZB- 630 rice seedling transplanting mechanism

近年來，常州亞美柯機械設備有限公司研制生產了2ZB- 6A(RXA- 60T)型缽體苗乘坐式高速擺栽機(表2)，該機采用頂出式缽體苗自動栽植機構完成秧苗取秧、翻轉、輸送和栽植作業，是我國水稻缽體苗栽插機中相對較先進的產品。2017年，馬旭等應用該機，配合華南農業大學研制的2SJB- 500型水稻秧盤育秧精密播種生產線進行精密播種，在廣東省肇慶市農科所試驗基地對雜交稻廣8優165進行了大田栽插對比試驗，結果表明缽體苗機栽插的單產比毯狀苗機插秧提高0.96%～4.61%，比人工手插提高3.45%。試驗表明該機作業效率相對較高，可靠性較好，這將促進人們對缽體苗機栽插技術進行更深入的研究，有望很快獲得突破并應用于生產實踐。然而，存在的問題是機具價格偏高，尤其是配套的秧盤價格更高，生產成本增加較大，所以目前難于大面積推廣應用。

較多的試驗研究表明，與毯狀苗機插秧相比，缽體苗秧苗素質好[27,105]，缽體苗機栽插的產量高、品質好[105-106]，且能改善水稻株型、優化群體結構、提升抗倒伏性能[107]。另外，毯狀苗機插秧育秧時，低播量的秧苗成毯困難，缽體苗機栽插能有效化解這一矛盾，這對解決雜交稻機械化種植難題是一種可行的途徑。因此，缽體苗機栽插是一種較優的機械化種植方式。但是，該技術尚缺乏合適的高效栽插機械，攻克缽體苗輕簡化栽插機械的研發難題、優化配套的育秧技術、降低生產成本是水稻缽體苗機栽插技術研究的核心問題。

3.4 水稻移栽機械控制與智能化技術

信息化和智能化是水稻移栽機械技術更高水平的標志，其中機械裝備控制技術是研究的重要內容?，F階段，對水稻移栽機械裝備控制技術的研究主要集中于自動導航和機械部件控制等方面。

水稻移栽機械自動導航技術主要包括GPS導航、機器視覺導航和慣性導航等。日本的研究相對早一些，例如WEISE等[108]用Trimble- RTK GPS確定和記錄位置信息，用長度傳感器測量轉向角度，對水稻插秧機的轉向輪的轉向角和轉彎半徑的關系進行了研究，得到了轉向半徑(r)、輪距(wb)和轉向角(δ)的關系為r=wb/cos(π/2-δ)。NAGASAKA等[109]基于CAN總線控制和GPS技術設計了一種適應于長毯式秧苗的自動導航插秧機，試驗表明該機的橫向跟蹤誤差小于0.04 m，航向角誤差小于3.6°。張智剛等[110]將計算機技術、傳感器技術、GPS技術和數據通訊技術等集成和融合，在久保田SPU- 68型插秧機上設計了基于DGPS和電子羅盤的導航控制系統。以該插秧機為平臺，胡煉等[111]將插秧機轉向機構、變速機構和插秧機具升降機構改造為電控操作，以直流電動機為動力，設計了專業的控制器，實現了自動控制；同時設計了一種基于CAN總線的分布式控制系統[112]，提高了插秧機自動導航系統的可靠性，試驗表明道路直線跟蹤誤差小于0.05 m。偉利國等[113]以XDNZ630型插秧機為平臺，將插秧機的行走與栽插機構進行電控改造，以伺服電機為動力，設計了基于GPS技術的控制器，實現了插秧機的自動對行導航及地頭轉向。

機器視覺導航方面，YUTAKA等[114]利用NIR和RGB攝像機作為視覺傳感器，對插秧機進行改裝，解決了水田的水面倒影干擾問題；張小超等[115]采用多目機器視覺技術自動識別已插秧苗曲線軌跡并進行實時跟蹤，實現了水稻插秧機的自動對行功能，設計了智能對行插秧機(圖13)，該機具的控制機構突破了農業機械高精度全自動導航的關鍵技術，實現了無人駕駛自動導航控制。遲德霞等[116-117]對插秧機視覺導航的基準線提取問題和導航信息獲取問題進行了理論建模分析。

圖13 水稻智能對行插秧機Fig.13 Smart on-line rice transplanter

慣性導航方面，MATSUO等[118]在乘坐式水稻插秧機上安裝自動轉向機構，由三軸地磁方向傳感器、光纖陀螺儀、兩軸傾斜傳感器組成導航設備，對插秧機進行導航控制。田間試驗表明，在30 cm距離內自動駕駛比人工駕駛多產生5 cm的偏差，但可節省8%的作業時間。NAGASAKA等[119]將RTK- GPS與慣性測量單元和光纖陀螺儀結合，應用在久保田SPU650插秧機上(圖14)，試驗表明當插秧機速度為0.7 m/s時，最大直線偏差0.12 m，平均直線偏差0.055 m。此外，任文濤等[120]、謝昌盛等[121]和陳訓教等[122]對插秧機無線遙控技術進行了初步探索。

圖14 慣性導航水稻插秧機Fig.14 Rice transplanter navigated by inertia sensors

機插秧的優勢在于淺插并且插深一致，因此，在插秧機部件控制技術中，插秧機水平平衡控制和插深控制是當前水稻移栽機械部件控制技術研究的重點。目前，國內外高速插秧機對插深的自動控制主要是通過液壓仿形機構來實現的，其工作原理按照機架和浮板的連接方式可分為整體式和鉸接式2種，整體式連接屬于力反饋控制系統，鉸接式屬于位置控制系統。插秧時仿形機構隨著大田表面及硬底層起伏，液壓控制機構不斷調整插秧機插植部的仰俯狀態，調節插秧臂的工作高度，實現插深的控制。圖15為碧浪2ZG- 630四輪驅動高速插秧機的液壓仿形系統，這是典型的整體式連接。

圖15 高速插秧機仿形系統原理圖Fig.15 Schematic diagram of high-speed rice transplanter’s profiling system1.機體 2.油壓敏感度調節手柄 3.搖桿 4.上拉桿 5.下拉桿 6.機械式傳感器 7.液壓缸 8.仿形滑閥 9.仿形鋼絲繩

水田中作業時，插秧機仿形滑閥由機械式傳感器控制，當插秧機處在水田硬底層的下坡時，泥水表面與插植部的相對距離較小，浮板受到的浮力增大，浮板上的壓力傳感器通過仿形鋼絲繩和調節手柄將壓力變化傳遞給仿形系統的仿形滑閥，通過滑閥的閥芯運動控制液壓升降機構，使得插植部上升，直到浮板的受力狀態恢復到初始值[123]。實際上，插秧機仿形系統的控制一般與拖拉機耕深系統控制類似。在控制自動化方面，李福超等[124]以單片機MSP 430F149為核心部件，設計了一種水稻插秧機水平智能控制系統，該系統能實現對插植部位置的實時控制，保證插植部的傾角范圍控制在±4°以內。張俊寧等[125]針對高速插秧機因地勢起伏導致橫向秧苗插深不一致問題，設計了基于插植部傾角檢測的秧苗插深自適應調節系統，該技術能提高橫向插深的穩定性。

總體上，由于各種原因，國內對移栽裝備插秧部分水平平衡控制和插深自動控制的研究比較少，亟需加強相關研究，以提高栽插質量。隨著對自動化和智能化的要求，加強移栽機械控制和智能化技術研究將是未來研究的重點。

4 水稻栽植機械化技術發展趨勢

水稻栽植機械化技術是解決中國水稻種植機械化難題的主要方向。徹底解決水稻栽植機械化問題，需要系統地從耕整地、播種育秧到機械移栽3個環節進行整體性突破和完善?；诂F有技術以及未來發展的需要，我國水稻栽植機械化技術將主要朝以下方向發展：

(1)從移栽方式上看，今后仍然是以毯狀苗機插秧技術為主體的多種機械化并存的方向發展，并重點開展適應雜交稻和超級雜交稻機插秧技術，以及經濟高效、輕簡型缽體苗機栽插技術的研發和示范應用。

毯狀苗機插秧技術相對成熟，在常規稻種植中將占主導地位，應用于雜交稻和超級雜交稻，主要突破低播量下精密播種育秧和精準栽插難題，研制精密育秧和精準插秧裝備。現有毯狀苗機插秧技術用于雜交稻時播種量大，秧苗素質差，每穴栽插的苗數多，產量低，不能滿足雜交稻和超級雜交稻少本稀植、利用分蘗能力提高產量的栽培要求；解決的關鍵是采用低播量精密播種技術，以保證少本稀植，培育壯秧，并保證秧苗成毯性；同時，研制帶有精準縱向供秧機構的插秧機，改現有依靠重力帶動的縱向供秧方式為強制驅動的精準縱向供秧方式，保證分插機構對毯狀秧苗的精準取秧與切塊，實現少本稀植精準栽插。

缽體苗機栽插技術中，主要研制經濟高效、輕簡型水稻缽體苗栽插技術與裝備。主要突破效率高、結構簡單、投入成本低的缽體苗栽插技術與裝備；采用缽體苗機栽插技術，育秧不存在播種量與成毯性之間的矛盾，是解決雜交稻和超級雜交稻機移栽作業問題的有效方法之一，因此，缽體苗機栽插技術具有十分廣闊的發展前景，是未來水稻栽植機械化技術研究中的重點。

(2)育秧床土制備和育秧生產規模化將成為水稻栽植機械化發展的新特點。隨著水稻生產機械化的發展，種植規?；瘜⒊蔀樗旧a方式的主要特點，為適應規模化發展，對育秧床土的制備和育秧生產的規模都提出了新的要求；我國現有的育秧床土制備方式不科學也不可持續，北方采用農田中取土育秧，對耕地的破壞較大，是一種不可持續的育秧技術；南方采用田間淤泥育秧，符合可持續發展，但育秧質量較差，影響栽插質量；需制備適于機械化操作、結構松散、通氣性好、有利于秧苗根系的生長和成秧率較高的育秧床土，實現育秧床土的產業化，這是解決機栽植育秧取土難題的重要途徑；在此基礎上，實現育秧生產規模化，明確秧苗素質調控規律，提高秧苗素質，降低育秧生產成本，是保證水稻機械化栽插質量的重要措施，實現秧苗工廠化、規?；a，也將成為水稻栽植機械化中育秧發展的新特點。

(3)重點解決連作晚稻和雙季晚稻機械化栽植技術，通過育秧技術研究，延長連作晚稻和雙季晚稻的秧齡，使之適應機移栽，同時研制大苗移栽機。我國連作晚稻、油菜- 水稻和小麥- 水稻等雙季晚稻的種植面積較大，實現連作晚稻和雙季晚稻機栽植技術的關鍵是其秧齡短的問題；目前我國機插秧技術主要適應中小苗，一般苗高要求在100～180 mm之間，秧苗太高時機栽插對秧苗的損傷較大，故應研究育秧技術，將目前連作晚稻和雙季晚稻的秧齡從15 d左右，延長至25 d以上，控制秧苗生長，實現長秧齡機移栽，同時加快研制適應大苗的移栽機，以滿足連作晚稻和雙季晚稻的機移栽要求。

(4)研制具有同步施肥裝置的插秧機，提高肥料利用率。目前我國使用的插秧機作業功能單一，缺少配套的施肥裝置，肥效利用率低，需研制配備的同步施肥裝置，有效地提高肥料利用率，減少環境污染。

(5)自動化和智能化技術將成為水稻栽植機械化技術研究中的熱點。為適應現代化農業的發展，以及不同水稻產區的需要，水田栽植機械將向多功能、自動化與智能化方向發展，如自動化和智能化催芽機、自動化的工廠化秧盤育秧精密播種流水線、自動導航移栽機等。

5 結束語

我國水稻種植面積大、區域廣，因氣候及地理環境等差異，種植方式多元化，其中栽植機械化是種植機械化中的主要方式。水稻栽植機械化技術包括育秧技術、移栽技術和智能控制技術等多個方面。機械育秧技術的核心是精密播種技術，它保證提供均勻一致的種子流，培育適合機械移栽的健壯秧苗，為實現符合農藝要求的栽插奠定基礎。機械移栽技術是將育成的秧苗栽插于大田中，滿足一定的株距、行距和每穴苗數，保障每穴秧苗的栽插深度，減少漏穴率、傷秧率、翻倒率和漂秧率，實現滿足農藝要求的高質量栽插。智能控制技術涉及育秧流水線作業自動控制、播種質量監控、移栽機自動導航、水平平衡控制、插深控制、送秧量自動調節等智能技術，使水稻栽植機械化向智能化方向推進，降低人工勞動強度、提升作業質量和提高資源利用效率，是農業現代化的重要內容。

為滿足實際生產對水稻栽植機械化技術的要求，加強耕整地機械化技術研究與應用示范，解決雜交稻、超級雜交稻、雙季晚稻和連作晚稻的機械栽植問題是水稻栽植機械化技術的研究重點，其中提升秧盤育秧精密播種的均勻性、解決低播量下精密播種育秧問題、解決毯狀苗機插秧縱向送秧的精準性，研發經濟高效、輕簡型缽體苗栽插裝備和農機農藝深度融合等是突破水稻栽植機械化的關鍵。

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