小麥機械化無壟栽培技術理論與應用

劉 軍，劉亞配，夏亞真，劉雅麗，柳 森

(平頂山市種子技術推廣站，河南 平頂山467000)

0 引言

在農業產業科學理論研究和機械化應用不斷加深的環境下，針對不同作物的生物特性，各地區逐漸研發出一套實用性較強的種植管理理論和技術體系。小麥機械化無壟栽培，即利用小麥作物單株發育等方面特性，摒棄傳統播種中的“行壟種植”機制，利用機械化設備將種子均勻播種在土地上。自2010年我國首臺無壟聯合耕播機的研發，小麥機械化無壟栽培理論及技術在河南省、山東省等小麥種植示范區得到大量實踐。通過數據統計，2010—2018年河南省小麥的增長幅度實現100萬～160萬穗hm2，總產量年均增長率超過3%。2011年以來，河北省、山東省等地，小麥機械化無壟栽培理論和技術應用成為地區重點扶持和推廣項目。因此，對小麥機械化無壟栽培理論基礎、實施機制和技術應用要點進行研究分析，具有重要意義。

1 小麥行壟種植方法的形成發展和理論缺陷

1.1形成與發展

約2 000年前，人類歷史進入到傳統農業社會階段，小麥作為主要耕作物，在種植方式上發生改變。從比較原始、系統性較差的手播轉變為行壟播種，通過在土地上挖掘成行的土埂，再進行播種，極大地提高了播種效率，也一定程度上保證了播種均勻性。該方法在我國歷史上沿襲了2 000多年，在近代機械化研究過程中，機械設備播種方式依然是以行壟播種方式為基礎[1]。雖然有農業學者和科學工作者對小麥作物的生物特性進行大量研究，提出均勻散播有利于增產的建議，但傳統思維桎梏，加上對播種效率的考慮，行壟種植思維依然根深蒂固。

1.2理論缺陷

1.2.1土地利用率低

在使用行壟種植法的過程中，土地中有較大部分被壟埂占據，小麥集中種植在壟上，導致壟埂部分土地被浪費。通過理論測算，采用行壟種植法種植小麥的土地資源浪費率可達17%。顯然，行壟種植法一定程度上限制了小麥產量。

1.2.2影響發育

行壟種植過程的小麥種子主要集中在壟上，發育后雖然行與行之間的株距較為合理，但是行內的小麥植株則會互相影響，多數小麥種子根苗發育不良，造成根少苗弱現象。這是由于小麥本身生物特性適合單株生長，種子和植株需要充分的發育空間，而行壟種植方法顯然違背了這種生物特性。而這種影響在小麥低產及中產種植水平情況下不明顯，但在當今科學種植意識和高產種植條件下卻成為影響產量和質量的主要因素[2]。

2 行壟種植方法的農藝特征和技術缺陷

2.1農藝特征

行壟種植法經過多年的發展已經形成了成熟機制，無論是人工還是機械化播種，都以“耕土—播種—鎮壓”為核心工序，分為耕土、播種和鎮壓。耕土主要是通過人力、畜力和機械等對土地進行耕作，多數情況下需要在施肥之后進行2次耕土整地。即使在機械化逐漸普及的情況下，我國各小麥種植區在耕土和秸稈還田過程中，仍然需要4次反復用到旋耕機等設備。播種是在進行小麥種子播種時，使用播種開溝器開溝，然后再按照平行的溝道將種子種下，最后覆蓋上土壤[3]。鎮壓是在種子播種完畢并覆蓋土壤后，使用鎮壓器以“上虛下實”的原則將播種后的土地壓實。

2.2技術缺陷

行壟種植模式會導致小麥種子個體之間存在爭水、爭肥現象，無法更大限度發揮作物生物特性和發育潛力。同時，這種模式會影響施肥工作，導致肥力資源浪費，而在多數時候，還會造成灌溉水資源大量蒸發流失。另外，行壟種植模式還存在費工、費時和管理過程復雜等問題。

3 機械化無壟栽培技術理論

隨著現代農業科技發展和科學意識不斷進步，小麥種植產業更注重物種生物特性研究，通過尋求更適合小麥個體及群體發育的種植方法，進一步實現增產。因此，小麥機械化無壟栽培理論被提出，該理論關鍵要點是在土地上實現小麥單株均勻分布，根本上摒棄傳統行壟種植的土地利用模式，讓每一株都擁有獨立生長發育和營養空間。該種植方法的執行關鍵在于充分利用機械設備和成熟農藝機制，通過機械設備保證播種、施肥均勻，并且同時實現耕土播種，簡化種植流程[4]。其目的是全面提升土地資源、肥力和水資源利用率，進一步開發小麥種子的生物特性和生產力。

3.1生物學特征

(1)有效光合器官集中于冠層。小麥作物在抽穗后，比較有效的光合器官主要位于植株冠層部位，為了充分保證植株發育階段光合及呼吸作用，需要打造足夠好的采光通風環境[5]。

(2)匍匐生長特性。在入冬前，小麥會進入一段較長的匍匐生長階段，也是當前評判小麥植株壯苗水平的關鍵。在均勻種植情況下，小麥植株的匍匐生長期將不會受到更多影響，有利于其后續發育。

(3)壯苗與產量直接掛鉤。在小麥種植產業中，壯苗是小麥高產的關鍵。一方面，因為壯苗根系發達、功能強，同時植株營養汲取能力強，莖稈粗壯，有利于提高穗量。另一方面，在小麥生長發育過程中，弱苗在拔節期會逐漸退化，而成穗的壯苗則擁有更好發展空間。小麥種植需重點提升壯苗發育效果，提供給壯苗更好的發育空間。

(4)生長旺盛期單一性。在小麥發育過程中，僅有一次快速發育生長過程，而這一過程在何時發生則取決于氣候變化和栽培措施。時令方面可能發生于冬季前或早春時節，小麥生長全生命周期內可能發生于拔節、孕穗等發育階段。顯然，需要通過科學調節栽培措施，讓這一快速發育過程與小麥孕穗或灌漿階段相匹配，將有利于提升產量。

(5)葉片有嚴格分工。在小麥發育期間，所有葉片雖然都是執行光合作用的關鍵器官，但是在不同階段，不同葉片的分工也非常明確。如在冬季前，葉片進行光合作用的目的是促進生苗、分蘗和生根，而在入冬后這些葉片開始萎縮退化；在春后發育初期，生長出來的葉片主要是促進植株孕穗，而上層葉片則重點促進植株長粒和灌漿。顯然在栽培過程中，需要給予不同時期不同葉片更好的光合作用空間，讓其更好完成刺激植株生長發育的任務[6]。

3.2增產原理和機制

機械化無壟栽培技術讓小麥在土地上均勻分布，結合均衡施肥灌溉，有利于小麥單株獲得更豐富的營養，提高小麥壯苗率。均勻播種有利于小麥麥穗及冠層獲得更好的光合、呼吸作用空間，讓植株之間形成立體生長空間[7]。無壟栽培充分適應了小麥匍匐發育特性，讓小麥在冬季前有充分空間進行匍匐發育，有利于小麥發育壯苗率。科學的植株分布機制有利于小麥葉片發育，同時給其光合作用提供更好空間。而且，合理的葉片分布也有利于提高土壤覆蓋率，減少土壤水分蒸發和流失率。機械化無壟栽培讓小麥單株擁有更合理的發育空間，在發育過程中不會受到其他植株影響而出現歪、倒情況，同時小麥自身根系發育和莖稈發育更好，將有利于提升小麥植株抗倒性。而在小麥進入灌漿期后，合理的空間分布讓不同植株的穗互相依靠，提高整體抗風、抗倒能力。另外，均勻分布的小麥植株得益于發達且深入的根系，以及充滿活力的葉片，小麥不容易出現早衰現象，同時可以具備更好的抵抗干熱風能力。

4 農藝特征和技術應用效果

4.1農藝特征

在河南平頂山市小麥種植大區，已經逐步開始使用小麥無壟聯合耕播機設備來進行小麥種植，該設備可以將小麥種植中的耕土、播種、鎮壓3道工序融合起來，實現一體化均勻種植[8]。如平頂山地區小麥種植產業中，在進行秸稈還田時，便可以使用機械設備同步實現施肥、播種、旋耕和鎮壓操作，甚至還能同步完成田間筑梗工作。整個過程中大幅度簡化傳統播種流程，節省大量時間和人力成本，使天氣狀況對小麥播種的影響降到更低。

同時，小麥無壟栽培技術栽培完成后，形成了二維的田間分布狀態，讓小麥植株擁有充分的立體化生長發育空間，互相影響降至更低。基于小麥無壟聯合耕播機設備，不僅可以實現小麥均勻播種、均勻施肥，還可以保證旋耕一次性成型，同時保證種子土壤空間形成“上虛下實”的良好狀態。

4.2技術應用效果和效益

4.2.1增產效益

自2010年以來，河南平頂山地區逐步引進小麥無壟栽培技術，并在2014年投入小麥無壟聯合耕播機等一體化聯合耕播設備后，小麥年產量實現大幅度增長，小麥年產量變化如表1所示。

表1 2010—2017年河南平頂山某縣小麥年產量變化

Table.1 Annual wheat yield change in a county of Pingdingshan，Henan province in 2010-2017

年份20102011201220132014201520162017產量∕萬t3 0823 1233 1773 2263 3293 5013 4663 550

注：數據來源于中國產業信息網，下同。

通過深入了解，河南平頂山某縣小麥種植區穗數均超過750萬hm2，并且穗質量并沒有降低。通過對小麥產量進行測算，當地小麥單產增長率超過25%，小麥產量達1 800 kghm2。

4.2.2生產成本降低

使用小麥機械化無壟栽培技術后，受益于耕播一體化和全面機械化，栽培耕作流程全面簡化，節省大量人力、物力成本。河南平頂山市某縣小麥種植生產成本變化如表2所示。

表2 2017—2018年河南平頂山市某縣小麥種植生產成本

Table.2 Average production cost of wheat planting in a county of Pingdingshan city，Henan province in 2017-2018

指標2018年2017年增長率∕%物料成本∕(元·hm-2)種子909.0981.0-7.34化肥2 041.52 295.0-11.05農藥343.5346.5-0.87小計3 294.03 622.5-9.07設備成本∕(元·hm-2)機耕1 018.51 011.00.74機播297.0286.53.66機收826.5817.51.10灌溉與排水198.0211.5-6.38小計2 3402 326.50.58人工成本∕(元·hm-2)用工天數31.533.0-4.55工價∕(元·d-1)1 054.51 065.0-0.99總計2 214.452 343-5.49

由表2可知，河南省平頂山市某縣全面實現小麥機械化無壟栽培后，通過合理提升機械應用成本，實現種子、肥料、農藥和人工成本大幅度減少，有利于提升農業生產效益。另外，這種栽培方法也提高了土地、肥力和水資源利用率，減少資源浪費情況[9]。

5 創新點

5.1實現一體化耕播

通過小麥無壟聯合耕播機、旋耕機等設備，在旋耕整地的過程中便能實現均勻施肥、均勻播種。這種方式很大程度上避免傳統行壟溝播時化肥燒苗問題，同時機械化播種保證種子分布均勻性，確保植株之間空間合理性，對單株發育和群體發育都有益處[10]。小麥機械化無壟栽培技術是對傳統行壟播種技術的全面革新，能夠更大程度上激發小麥作物本身的生物特性和生產潛力，建立了全新科學栽培、科學增產的農藝技術體系。

5.2優化土壤鎮壓工藝

在小麥栽培過程中，播種后的鎮壓是為種子發育提供舒適空間的關鍵。基于機械化無壟栽培技術中的機械設備，可以全面實現分層鎮壓。復合鎮壓器可以根據土質狀態調節鎮壓力度，確保鎮壓后的密實度達到合理狀態。同時，在機械鎮壓設備中，配置了滾框和滾輪，在對土壤進行鎮壓的時候，滾框可以對深層土壤進行鎮壓，而滾輪則配合進行地表土層鎮壓，通過這種機械作業機制，讓土壤達到“上虛下實”的結構效果，有利于種子發育和出苗破土[11]。

5.3旋耕設備實現升級

目前部分地區小麥機械化無壟栽培過程中，旋耕設備需要耕作2次才能讓土壤達到要求。為進一步提高耕作效率、簡化流程，河南省地區部分旋耕機械進行了升級改造，主要方式是基于設備原來的2組耕刀結構，加入1組直刀。通過該方式可以提高旋耕機碎土功能，確保一次性完成土壤耕作，同時有利于一體化耕播技術的實施[12]。

6 存在的問題及解決途徑

6.1播種深度控制

因為小麥機械化無壟栽培技術是利用機械設備實現耕作、施肥和播種一體化，所以容易出現播種深淺不均勻的問題。如小麥種子沒能被土壤掩蓋，或者被播種到深于6 cm的土壤中，都將不利于種子育苗和后續生長發育。針對該問題，目前以河南省為代表的小麥機械化種植區逐步研究出能夠實現土壤深淺均勻播種的機械化設備，經過實際測算，出現播種過深或過淺的概率<2%。

6.2田間操作管理較難

首先，在小麥機械化無壟栽培理論提出和實施過程中，有學者提出是否會影響田間管理過程中的畦埂作業。而無壟栽培機械化過程中，不同規格、型號的設備加上多樣化耕作方案，都可為分畦作埂工作提供便利。其次，有學者提出實行無壟均勻化播種后，是否會對后續田間打藥、除草工作造成困擾。基于這個問題，一方面，機械化無壟栽培保證了小麥植株分布均勻性，同時利用小麥生物特性，以小麥發育抑制雜草生長，對后續打藥和除草工作的需求不那么迫切。另一方面，機械化無壟栽培過程中也可以根據實際需求預留打藥等后續維護管理工作的專用壟埂區，即使沒有預留，通過人力也可以在分布均勻的田間小心管理[13]。

6.3播種量控制

機械化無壟栽培技術投入使用后，對于全新的農藝機制的田間平均播種量有一定疑問。經過大量實踐和數據統計，播種量一般與種植區生態環境有較大聯系，如表3所示。

表3 我國主要小麥產區使用無壟栽培技術前后播種量

Table.3 Sowing amount before and after ridge free cultivation in main wheat producing areas of China

小麥產區播種量∕(kg·hm-2)無壟栽培前無壟栽培后北方冬麥區210～330225～365黃淮冬麥區130～270150～300

在我國北方冬麥產區，小麥播種量比黃淮冬麥產區要多。由表3可知，使用機械化無壟栽培技術后小麥產區播種量都有一定增加，這也是提高產量的關鍵。

6.4套種問題

為進一步提高土地利用率，實現農業生產多樣化機制，部分地區面臨小麥與玉米等作物的套種協調問題。在小麥機械化無壟栽培技術應用過程中，得益于全面機械化和近年來的氣候變化，可以更好調節其他作物與小麥的種植時機。如冀中地區培育生長期大于110 d的長生育期小麥品種，避免小麥和玉米作物因生產季節相重而互相產生的不利影響。

7 結束語

隨著現代農業產業生產逐步實現機械化和科學化，我國多個農業作物種植管理理念和方式都發生了變化。對于小麥種植而言，傳統行壟栽培方法雖然在大部分歷史時期中都保證了小麥產量，但是在現代科學意識中，這種方法也存在著多種問題，一定程度上限制了小麥進一步增產。因此，結合機械化技術和無壟栽培理論的小麥機械化無壟栽培技術被研發出來，這種方法基于對小麥作物生物特性的深入研究，摒棄傳統行壟栽培的壟埂和壟溝播種模式，實現了耕土、均勻施肥、均勻播種一體化。均勻播種給予小麥種子及單株更好的發育生長空間，避免互相影響。這有利于最大化激發小麥作物的生物生產潛力，同時還極大提高了土地資源、化肥和水資源利用率，對全面提升小麥產量和品質有明顯效果。基于這種理論和技術實踐而得到的良好效益，需要對技術實踐過程中遇到的相關問題進行合理化解決，在機械設備研究制造和維護管理方面投入更多精力，保證小麥機械化無壟栽培技術為我國小麥及農業產業發展效益做出更多貢獻。