日本水稻直播技術的發展現狀及特征

赫兵 張振宇 楊祥波王帥 楠谷彰人 陳殿元*

（1吉林農業科技學院農學院，吉林 吉林 132101；2天津農學院，天津 300000；*通訊作者∶jlcdy＠sina．com）

1 直播栽培技術的意義

水稻栽培自古以來就是一項十分艱苦的勞力工作。作為一種精耕細作的集約農業，無論從時間還是勞力上都需要稻農付出很多。而從遠古的耕牛到現代的聯合收割機，人類社會也無時無刻不在追求著更加省力的生產方式，以減少稻農勞動負擔。

進入近代以來，日本由于產業更替和社會高齡化，農業勞動人口呈現出逐年下降的趨勢[1]，日本的農業人口從1960年最大的1 454萬大幅減少到2015年的209萬。而且農業勞動人口的高齡化也在急速加劇，2015年日本農業勞動人口的平均年齡為66.3歲，65歲以上人員的比率為63.5%。與此同時，由于農戶放棄農業生產等原因引起的閑置耕地也在不斷增加，2015年日本閑置耕地面積已經達到39.6萬hm2。日本稻作所面臨的問題也十分嚴峻，由于1969年開始的稻作生產調整和1995年的大米流通機構改革，稻田耕作面積不斷減少，米價也在持續下落[2]。2014年日本水稻栽培面積為158萬hm2，只有1969年（317萬hm2）的一半。而且根據日本米谷價格形成中心統計換算，1993年大米1 kg的價格約為20.5元，但是現在已經減少到大概15.0元左右。因此，現在日本農業面臨著農業勞動人口減少、耕地閑置、高齡化引起的勞動過重、生產方式再調整和米價下落等一系列問題。

正因為日本稻作面臨的這些不容樂觀的現狀，可以免除育苗、插秧等工序，并可以大幅減輕勞動和節省成本的直播栽培技術重新引起了人們的重視[3-9]。根據日本農林水產省的調查，直播比普通的移栽可以節省25%的勞動時間，消減11%的生產成本（表1）。除此之外，直播可以通過錯開春播、插秧等勞動高峰時間，合理利用全年可耕作時間和減少二氧化碳和稻田甲烷排放[10-12]。因此，水稻直播栽培技術被日本農林水產省列為支持21世紀變革的關鍵技術之一，并從1994年開始在全國各地開展直播技術普及研討會，促進了直播栽培技術的發展和推廣[13]。但是相比移栽，直播具有易倒伏、雜草多、產量不穩定等問題。

表1 日本水稻直播和移栽生產情況比較

2 直播栽培技術發展的歷史和現狀

日本最早的水稻直播栽培記錄在古書《百姓傳記》中，其作為濕田和臺地的周邊部分補充耕作用的“摘田”，作用主要是充分利用閑置耕地，分散稻作地區的勞動高峰和有效利用全年的可耕作時間[14]。而進入近代之后，由于二戰結束后勞動力嚴重不足，全日本尤其是氣候溫暖地區實施水稻直播栽培的農戶大幅增加，但是隨著勞動力不足問題的解決，漸漸的水稻直播栽培的面積也在不斷減少。之后，在上世紀60年代因為日本進入經濟高速發展時期，農村勞動力流出現象加劇，水稻直播栽培面積再次增加。但是，因為1970年機插等實用化的機械移栽技術的成熟，使插秧勞動力大幅消減且機插水稻產量相對更穩定，直播栽培從1974年最高的5.5萬hm2再次開始減少。但是，進入到90年代初時，鑒于在前文介紹過的農業勞動人口減少、高齡化等一系列原因，直播栽培再次受到重視[15]。因此，在日本水稻栽培面積減少的情況下，其直播栽培的面積卻從1993年開始逐年增加。1993年日本的水稻直播栽培面積為7 184 hm2（其中旱田直播栽培面積為4 750 hm2），2003年增加到13 139 hm2（旱田直播栽培面積4 796 hm2），2008 年則為 18 662 hm2（旱田直播栽培面積6 097 hm2），2014年為26 798 hm2（旱田直播栽培面積 8 835 hm2），占全日本稻作面積的 1.7%左右（圖 1）。

圖1 近年日本水稻直播栽培面積的變化

圖2 不同直播栽培方式流程

3 直播栽培技術的種類

水稻直播大致分為在翻耕后灌水、耙田然后播種的水直播和在旱田狀態下播種的旱直播。之前還有把包衣過的稻種在旱田狀態下播種，播種后立刻灌水且在出芽之前維持灌水狀態的折中直播，但現在統一被歸為旱直播（圖2）。

除此之外，根據播種方式又分為撒播、條播和點播。旱直播又依據播種前是否翻耕分為免耕旱直播和翻耕旱直播。

4 直播栽培技術的特征

4.1 播種、出芽、成苗特征

直播首當其沖的問題就是播種和保障稻種的出芽、成苗率。而影響播種和出苗的因素有很多。首先，脫粒比較困難和帶芒的品種在稻種上容易殘留枝梗和稻芒。用這樣的種子播種，容易造成播種機的播種精度下降。所以在播種之前要注意進行徹底的脫粒和脫芒。

水直播的播種方式很多樣，主要有撒播、點播和條播。可以結合水稻品種和大田客觀條件選擇不同的播種機。一般來說，水直播相比旱直播受氣象條件的制約程度小，小幅降雨之后就可以進行播種。但水直播是在灌水后的大田中播種，農機過重容易造成下沉，因而不適宜采用大型機械。

和水直播不同，旱直播在播種時無需用水，所以不受水資源影響，可以進行早期播種。但是其在播種后到葉齡3～5葉之前的20～40 d之中一直處于完全無水的旱田狀態。因此品種的耐干出芽性是決定旱直播能否出芽成苗的重要因素之一。不同品種的耐干出芽性存在差異[16]。而旱直播的播種深度在土壤狀態條件良好的情況下一般為2～3 cm，以種子不露出地表為好。但是由于播種時大田不均一的土壤硬度和不平整的土壤表面容易造成播種深度過深，很容易造成數量上的出芽抑制和時間上的出芽不統一。所以，播深出芽性也很大程度上影響了旱直播出芽和成苗的好壞。和耐干出芽性一樣，播深出芽性同樣存在著明顯的品種間差異[17-18]。而播深出芽性是否良好和水稻幼苗的中莖以及低位節間的長度有很大關系[19-24]。但是不同地域的水稻中莖和低位節間的伸長程度不同，其與出芽率的關系也不同[21，25]。其中，短粒型的日本品種對出芽率影響最大的為第2節間，而第1節間和中莖的影響則相對較小[26]。除此之外，有研究表明，選擇大粒稻種可以有效改善由于播種深度過深造成的出芽成苗不良[27-28]。所以進行旱直播的稻種需要通過鹽水選種等措施來盡量保證其充實度。

除了播種方式和水稻品種自身的出芽形態特性等因素外，直播栽培出芽、成苗率與播種量的關系也十分密切[29-33]。播種量的計算方式一般為∶播種量=目標成苗數／品種出芽率×品種千粒重×播種面積。舉例來說，目標成苗數為100苗/m2，品種出芽率為60%，品種千粒重為25 g的情況下，播種量就應為2.8 kg/667 m2。必要的目標成苗數根據水稻品種特性以及栽培方式不同，大致應為80～150苗/m2。成苗數過少容易造成之后的穗數下降，產量下降。而過多的話，容易造成幼苗株莖過細且易倒伏[34]。因此，直播經驗較淺的階段可以采用較多的播種量，再隨著直播經驗的加深逐漸減少播種量。而免耕旱直播與翻耕旱直播相比，分蘗十分平緩，應采用更多的播種量。

為了保障出苗，水直播時應保證水溫在15℃以上。因此，水直播早限的日平均氣溫應在12℃以上。而移栽栽培早限的平均氣溫也在12℃左右，旱直播的播種一般是在平均氣溫15℃以上才可以進行，否則有不出芽的危險。因此，要想在3、4月份進行旱直播，應注意稻種的包衣處理工作。而除了一般稻種消毒殺菌的藥劑之外，旱直播還應同時使用防止鳥害的避忌劑和防除條紋枯葉病媒介害蟲灰飛虱蟲卵的殺蟲劑。

另外，土壤條件對水直播影響也較大。水稻在氧氣較少的情況下也可以發芽，所以水直播時出芽率降低的原因并不是稻種進行呼吸作用的氧氣不足，而是由于氧氣不足所引起的土壤過分還原導致的。過分還原狀態下的土壤中產生硫化氫或甲烷、有機酸等物質，從而阻礙幼苗的芽和根的伸長[35-38]。因此，為了使出芽、成苗穩定，播種后的稻種周圍就應處于一個氧化環境。而氧氣產生劑的包衣，在接近土壤表面播種和播種后適當的落水管理等措施就可以解決這一問題[39-42]。旱直播由于在旱田狀態下播種，所以并沒有發生土壤過分還原的現象。但是為了保證幼苗能順利突破土層，翻耕旱直播的碎土率（2 cm以下的土塊比率）應為60%～70%。土壤性質比較細的大田，應在上年冬季到早春進行數次翻耕、碎土[43-44]。

4.2 生育特征

移栽水稻因為在育苗期間一直處于高密度的條件之下，且在插秧分苗時幼苗易受到機械性損害，所以很少從鞘葉節或第1節間等低位節間開始分蘗。與此相對，直播栽培因為避免了以上幾種情況所以很容易從低位節間開始分蘗。因此，在保障氣溫等條件下，直播水稻的分蘗要比移栽水稻更加旺盛。但是，與移栽相比，水直播分蘗所受的影響因素更多，除了水分管理和施肥方法之外，成苗密度、播種深度、播種方式等都直接或間接的影響其分蘗速度。因此，相比移栽，水直播的分蘗速度容易發生變化。影響分蘗速度的因素總結成為∶成苗密度高＞低；水管理淺＞深；施肥多＞少；撒播＞條播＞點播。

與移栽水稻相比，直播水稻的株高要低、葉色要淺，但是在生育后期的降低程度卻更小。另外，與翻耕旱直播相比，免耕旱直播初期生育沒有停滯，整體發育更好。相比移栽，直播栽培的整體株高較矮。稻葉主體集中在植株的中下部。這就使得植株下部相比移栽栽培更易接受到陽光照射，整體受光態勢更好[45]。

水直播較差的抗倒性影響了其產量、食味和品質。水直播的播種深度約為2 cm，稻稈基部接近土壤表層致使水稻根部容易向上長出，極易發生“跌倒型”倒伏。影響水直播抗倒性的栽培條件大致為∶播種深度深＞淺；成苗密度低＞高；點播＞條播＞撒播[46-49]。提高土壤硬度的成熟期間斷灌溉和依據不同生育期特征施肥來抑制稻稈長度等的栽培管理方法都可以有效提高水直播的抗倒性。

因為旱直播在旱田條件下播種，之后近1個月左右一直維持在無水條件下，且沒有進行灌水，使得大田透氣性良好，因此相比移栽和水直播，旱直播的土壤保持在一個有氧的環境下，使得旱直播的根量更大，根系更加旺盛[50]。相比移栽，其根系深度淺但是在水平方向上分布更廣。而長年進行旱直播的大田，水稻植株的根不僅僅只在水平方向上擴展且向下延伸的程度也在逐年加深[6，51-53]。而且，旱直播的播種深度為 1～3 cm，比水直播的抗倒性更好，大致和移栽等同。特別是免耕旱直播，起支持作用的植株周圍土壤因為沒有進行翻耕和耙田所以比較硬，而且根部也更加發達，所以抗倒性要比其他直播方式更好。

連年進行免耕旱直播，可以使土壤的理化特性變得逐漸良好。連續20年以上對除去殘留稻稈的免耕旱直播大田的調查表明，作物的殘留根使得土壤中孔隙變多而且更加膨脹[54]。相比翻耕的大田，連年進行免耕旱直播的大田土壤物理性以及腐植質、氮、磷等含量都沒有發生明顯變化，對水稻生長發育沒有產生影響。但是，并不是一直保持旱直播大田的免耕狀態就是好的，定期的翻耕可以把大田表層的有機物質轉移到土層中去，提高土壤的肥沃度。而連續進行免耕旱直播栽培的大田，容易混入當年栽培品種以外的水稻品種。這是因為聯合收割機在收割時通常會有2%～3%的收割誤差，導致稻谷大量殘留在稻田中。這些殘留的稻谷在有翻耕、耙田等措施的移栽方式栽培中完全不構成問題，但是免耕旱直播由于沒有把這些殘留稻谷深埋，因而出芽成株的很多，從而造成雜草稻的問題。為了解決這一問題，除了連續在同一水田繼續播種與前年相同的水稻品種之外，還可以采取水田和旱田的輪換、免耕旱直播和翻耕旱直播的輪換，或者是延后播種期并在播種期之前施用無選擇性的除草劑等措施。

4.3 產量、品質、食味的特征

相比移栽，雖然直播栽培分蘗更多，且在生育后期各項生理活動也更加旺盛，但是產量有5%～10%的減收[45，55-58]。其減收的原因，旱直播是由于播種期前后降雨不足、除草劑的藥害等造成出芽成苗惡劣，使得整體穗數相比移栽有所下降。而水直播在溫暖地帶的減收原因一般為旺盛的初期生育使得植株過分繁茂，生育中期對氮肥的吸收降低引起穗粒數不足所造成。所以在分蘗十分旺盛的溫暖地帶進行水直播，要采用能抑制生育初期過分繁茂的施肥方法。與此相對，在寒冷地區的水直播相比移栽其減收率隨著緯度的北移而加大[59-60]。這是由于水直播的抽穗期延遲使得成熟期的氣象條件惡化，造成產量下降。

相比移栽，水直播的結實率和千粒重有所增加[3，56]。但是因為水直播相比移栽易倒伏，在發生倒伏的情況下其結實率下降、千粒重減少、糙米蛋白質增加，進而影響品質[61]。寒冷地的直播栽培，由于抽穗延遲導致的低溫使直鏈淀粉含量增加，進而降低食味品質[59-60]。溫暖地區則沒有這個問題。但是在避免倒伏和保障成熟期溫度等情況下，水直播因為穗數的增加容易使每穗粒數減少，從而使得成熟良好的一次枝梗的谷粒比例增高[60，62]，而更加飽滿、淀粉充實程度更好的一次枝梗谷粒比率的增加能極大提高大米的食味，是影響食味品質的重要因素[63]。而且由于直播栽培成熟期的延遲使得成熟期溫度降低，能大幅減輕由于成熟期高溫引起的外觀品質下降，提高整粒比率[60]。

之前的研究已經表明，旱直播栽培稻米的食味由于前文所述的生育特征∶稻葉分布相比移栽集中在植株的中下部，使得植株整體受光態勢提高[52，64]，且出穗后期葉色下降程度小，根系分布更廣且根的生理活性直到生育期后半段一直維持在一個較高的水平[12，51-53，65]。這些特征使得旱直播在成熟期干物質生產量高且結實率好，千粒重大，充實度良好，一次枝梗谷粒比例增加[6，53，66-67]，進而使得其直鏈淀粉含量降低，糊化特性中的最高粘度和崩解值變大，從而使得稻米的食味品質提高[45]。

5 直播栽培技術的注意點

直播品種選定應從早晚性、出芽成苗的穩定性和抗倒性來判定。直播應選擇出芽和成苗率高的品種，而短粒型的品種相比長粒型的品種成苗更加穩定[68-69]。直播因為沒有育苗期，所以總的生育期變短，大田期相對變長。大田期變長就要考慮灌水、灌水和栽培時期的關系、肥料的種類和施用時期等問題。另外，直播的播期相比移栽插秧期早，而且直播抽穗期相對延遲，可以避免在溫暖地區由于成熟期高溫引起的品質降低，但是相反地，在寒冷地區卻容易在成熟后期由于低溫和低日照引起成熟惡化。所以在進行直播栽培時預想抽穗期的氣溫條件是十分重要的。在寒冷地區需要選定生育期間短的早熟品種。成熟條件的標準大概為抽穗后40 d內的平均氣溫應在21℃以上。

因為水直播和移栽都需進行耙田，基本上可以進行移栽的大田都可以進行水直播，大田的適用范圍相對較廣。且播種機以外的農機和移栽相同，可以利用現有資源且方便管理。相比水直播，旱直播的翻耕、耙田、播種等連續的工作可以直接在旱田狀態下進行，容易機械一體化，能大幅提高效率和節省勞動力。另外，普通旱直播無需像水直播那樣預先進行種子包衣工作，可以把消毒后的種子直接進行播種，方便大規模種植，且冬季雜草的鏟除、翻地、碎土可以同時進行，工作具有連貫性。

旱直播能否實施要結合當地的氣候和所使用的品種來判斷。以往因為氣溫限制等因素，旱直播在寒冷地區的普及很有限。但是最近日本開始在其東北部實行，在旱田播種后早期通過灌水來保障大田溫度的管理方法，使得旱直播技術在寒冷地區也能得到更廣的普及。不過旱直播需要對大田進行碎土和平整工作，因此需要無水狀態的大田，在濕田是無法引入的。也就是說除播種期之外，從冬季到次年春季還需進行翻耕、碎土工作。所以在這一段時間內，大田必須保持旱田狀態。

另一方面，因為不進行耙田，所以大田漏水十分嚴重，不能保持灌水狀態的水田也是不宜采用旱直播。漏水的原因大致分為垂直滲透和田邊滲透兩種。垂直滲透主要取決于下層土壤的飽和透水系數或土壤性質，大概可以從土壤的種類來進行判斷。比如，砂質土壤是不適宜采用旱直播技術的。而田邊滲透是指田邊的田埂修葺不完善引起的漏水，這是完全可以避免的。假如采用旱直播栽培的大田旁邊是進行普通移栽的水田的話，容易發生從水田進水的情況，使得旱直播的播種和噴灑除草劑等工作不能正常進行。所以，采用旱直播的大田最好是在被水路和農道包圍的區域。

旱直播一般在水稻3～5葉期前后、株高15 cm左右進行灌水，因而對大田的平整程度要求并不高。但是在早期也就是葉齡達到2～3葉、株高10 cm左右的時候就進行灌水的話，大田的平整度就變得十分重要。因為大田的凹凸程度大的話，凹部因為水深所以抑制分蘗，且易發生除草劑聚集。而反之，凸部因為露出水面容易使除草劑無法發生作用。因此，早期灌水的旱直播，大田平整十分重要。

6 結語

近年，中國由于工業化的發展，進入城市務工的農村人口大幅增加。根據2013年中國農村統計年鑒的調查，中國農業人口占全勞動人口的比例由1978年的92.4%下降到2011年的65.7%。在這些減少的農業人口中，青年農民因為過重的農業勞動和農業效率低下等原因放棄農業的人很多。于是，在農村地區青壯年勞動力不足成為了很深刻的問題。而且在外出務工現象嚴重的地區，農活就主要落在女性和高齡農民身上。另外，中國在2004年制定了最低價格收購制度，相比品質優良的大米，品質不良的大米的最低收購價格被設定得很低[70]。在此之上，由于人手不足而引起的工時和生產費用上升也在不斷加劇。因此，可以預想到在不久的將來中國會和日本一樣面臨稻農減少、農業勞動人口高齡化、生產成本上升等嚴峻問題。為了解決這些問題，能節省勞動力、提高勞動效率和降低生產成本的水稻直播栽培技術就顯得十分重要[71-72]。

中國的水稻直播栽培在上世紀80年代以前主要集中在北方水稻生育期較短的地區和一部分水資源不足的南方地區，之后在經濟發展較快的上海、江蘇、廣東等地也逐漸推廣了起來[73]。2008年中國水稻直播栽培面積已經達到232萬hm2（其中，水直播153萬hm2，旱直播78萬hm2），大概占全稻作面積的8.3%。特別是在最近，中國南方地區水稻直播栽培面積的增加十分顯著。目前水直播栽培面積最大的是浙江省（37萬hm2），旱直播栽培面積最大的是江蘇省（49 萬 hm2），分別占兩省水稻栽培面積的39.7%和31.1%。特別是江蘇省的旱直播栽培面積已占全國水稻旱直播面積的60.9%[74]。

但是，中國的稻作面積大，稻作環境復雜多樣，栽培技術以及機械化程度在不同地域也參差不齊。特別是對于水稻直播栽培最大難點之一的雜草問題的解決，在全國提倡環境保護的大前提下，除草劑等的施用被嚴格限制。而且，目前中國水稻直播栽培的種子包衣技術，進行直播相應農機也不夠完善。適宜水稻直播栽培的品種的育種工作也沒有系統的開展。適合各地區的水稻直播栽培技術管理體系還沒有建立。因此，中國水稻直播栽培的普及工作還需從藥劑、包衣劑、農機開發、栽培管理技術的完善、適宜水稻品種的選育等多方面開展，所需解決的問題還很多，工作任重而道遠。

致謝

在此感謝吉林農業科技學院作物遺傳改良與種質創新工程研究中心作物遺傳育種科技創新團隊對本論文的指導與支持！并感謝我的妻子李超對我一直以來的無私支持和鼓勵！