水稻機械覆膜插秧試驗研究

韓休海,邢占強,于 磊,閆景鳳,宋 煒

(黑龍江省農業機械工程科學研究院,哈爾濱 150081)

0 引言

黑龍江省是農業大省和全國粳稻最大產區,水稻生產優勢突出。在國家宏觀政策引導下,黑龍江省大力推動水稻產業由增產向提質導向轉變,加快實施的“優糧優產”戰略。 在2013年頒布實施的《黑龍江綠色食品產業發展綱要》中,明確提出要把黑龍江省建成國家商品糧基地核心區、綠色食品生產樣板區、高效生態農業先行區和統籌城鄉發展先導區。

在黑龍江省政府貫徹實施的“綠色糧倉、綠色菜園、綠色廚房”的政策指引下,順應人民綠色、生態、健康、安全的主流消費趨勢,各地都在積極探索綠色有機種植生產新途徑。黑龍江省作為全國重要水稻優勢產區,“除草難”一直是制約有機水稻發展的瓶頸。水稻覆膜插秧技術是通過田間覆蓋生物降解地膜,物理防除雜草,實現水稻種植過程中的無白色污染、無化學污染控草的新技術,可以有效解決常規有機水稻規模化種植除草難、成本高、綠色高效防治技術匱乏、優質高產品種不能安全成熟等制約有機水稻生產的幾大難題,具有保護環境和資源可持續利用的優勢。

1 水稻覆膜插秧技術背景

目前,影響和制約黑龍江省優質大米高速發展的主要問題是用于綠色有機水稻生產的技術和裝備落后和供給不足,技術研發滯后,標準體系不完善,影響了有機水稻規模化、標準化生產。隨著人們生活水平的提高,對大米營養品質追求越來越高,急需研發用于有機水稻種植中病蟲草害生物防治、物理防治關鍵技術。水稻覆膜裝置的研究與應用,對于水稻覆膜栽培技術的推廣有著重要意義,但該類裝置的研究仍處于初級階段,農戶主要采用人工拖拽壓實、分段插秧方式,由于勞動強度大、成本高、作業效率低,嚴重制約了水稻覆膜插秧技術的發展。近些年也有一些在插秧機上的簡易改裝,但應用效果與可靠性上不能滿足大規模作業需求。目前,國外水稻覆膜插秧種植技術也剛剛興起,僅有兩家企業研發了覆膜插秧機,由于降解紙膜和機器價格昂貴,未能大面積應用。

水稻機械覆膜插秧技術是生產有機稻米的重要途徑之一,徹底解決了有機水稻種植除草難、成本高、規模化推廣難等問題。黑龍江省農業機械工程科學研究院歷經幾年刻苦攻關,已經突破了覆膜和插秧高度融合核心技術,實現機械覆膜與插秧高效一體化作業,技術成熟度高,性能可靠;先后研發了與洋馬、井關、久保田多種高速插秧機配套的覆膜裝置,并投入到生產實際。近年來,先后在黑龍江省多地累計鋪膜面積200hm2以上,獲得了顯著的經濟效益和社會效益。該技術的推廣應用對農業增效、農民增收、提高人民生活質量、提高農業環境質量、推進有機稻米行業技術進步和增強農業國際競爭力具有積極的促進作用。該技術充分融合了水田耕整地質量和地膜降解等農藝要求,已經形成了農機與農藝協調發展的綠色有機水稻種植技術標準體系,對規模化綠色有機水稻生產具有指導作用。

2 試驗設備、材料及方法

2.1 試驗品種、設備、材料與試驗方法

以稻花香品種為試驗對象,以綠色有機種植生產方式為標準,采用黑龍江省農業機械工程科學研究院研制的洋馬、井關6行覆膜插秧機進行田間覆膜插秧試驗作業,如圖1所示。覆膜裝置主要包括置膜架、覆膜輥、壓膜輥、斷膜機構等幾部分組成。

圖1 覆膜插秧試驗設備Fig.1 The transplanting with mechanical mulching experimental equipment

試驗采用全生物降解黑色地膜(見圖2),成分主要來源于淀粉、纖維素、殼聚糖及其他多糖類天然材料,在土壤中通過光照、溫度、水分和土壤微生物共同作用,降解的最終產物為C02和H20,完全被自然界消納,對環境沒有二次污染,實現了農業健康可持續發展。

圖2 全生物降解地膜Fig.2 The full biodegradable plastic film

全生物降解地膜除具有傳統地膜功能外,還具有特殊的水汽傳導功能,可促進根系生長;在降解過程中可原位激活土壤中的PGPR微生物,大量繁殖的微生物加強了土壤中有機物的分解和營養元素的礦化,促進肥沃腐殖土的形成;降解速度和時間可控,控草效果更為理想;相比于紙膜更耐機械運動,優勢明顯。

2.2 試驗方案及過程

2.2.1 試驗方案

由于覆膜改裝增加了機器的質量和長度,對田塊整地的要求隨之提高:翻地時,要求犁底層平整;水整地時,要求田地平而有漿,上漿下松,消滅殘茬,沉淀充分,下實上松;機械覆膜插秧時,地表留有1～2cm水層,不能有成片深水,防止漂膜,影響插秧質量;泥腳深地塊,適當增加配重。

試驗設置覆膜組和常規方式種植對照組,對水稻產量形成的關鍵因素進行監測記錄,同時對水稻生產過程中水稻長勢、雜草滋生等情況觀察,從而全面了解水稻腹膜技術對水稻產量、品質方面的影響。

2.2.2 試驗過程

水稻機械覆膜插秧綠色防控技術是在現有成熟的乘坐式六行高速插秧機上進行覆膜裝置配置,利用改裝后的水田覆膜插秧機在田地面鋪設寬度1950mm、厚度為0.008mm的全生物降解地膜,同時完成膜上插秧作業。按照圖3所示路線圖進行覆膜插秧作業,田間作業后效果如圖4所示。

圖3水稻覆膜插秧作業路線圖Fig.3 Road map of rice transplantation with plastic film mulching

圖4 覆膜插秧秧田Fig.4 Mulched transplanting seedling field

3 試驗結果與分析

試驗結果表明:采用覆膜技術種植的水稻每穴的有效穗數比常規對照多4.6穗,達到29.6穗,提早分蘗3～4天,優于該品種常規種植條件下的有效穗數。水稻產量的提高往往是依靠群體效應,有效穗數的顯著提升對水稻產量的提升具有顯著效果。試驗數據如表1和圖5所示。

表1 有效穗數檢測結果Table1 Test results of effective panicle number 穗

圖5 水稻覆膜試驗植株有效分蘗數比較Fig.5 Comparisons of effective tillering number of rice plants in plastic film mulching test

3.1 對水稻產量的影響

以每2m2作為測產單元,分別對覆膜組和對照組所產水稻進行檢測,結果顯示:采用覆膜方式種植的水稻小區平均產量為161kg/2m2,折合每公頃產量為8050kg,對照組平均小區產量為1.46kg/2m2,折合每公頃產量為7300kg,比對照組增產10.27%。試驗數據如表2和圖6所示。

表2 水稻產量檢測結果Table 2 Test results of rice yield kg

圖6 水稻覆膜試驗水稻產量對比Fig.6 Contrast of rice yield in rice film covering test

3.2 水稻覆膜試驗的其他效果

3.2.1 防治水田雜草滋生

因降解膜的覆蓋,田間雜草在未長出地表前就因接受不到光能及降解膜的炙烤而死亡,即便是在水稻苗孔處的雜草也因在與水稻間的競爭中處于劣勢而對水稻的生長影響有限,所以在不使用化學除草劑及減少大量人工成本的情況下,田間雜草得到了有效的控制。由于膜下高溫斷氧,從而抑制所有雜草種子的萌發生長,除草率到達95%以上,除草效果好。

3.2.2 提高灌溉水利用率

薄膜的氣密性強,地膜覆蓋后能顯著地減少土壤水分蒸發,使土壤濕度穩定,并能長期保持濕潤,有利于根系生長。在較干旱的情況下,0～25cm深的土層中土壤含水量一般比露地高50%以上。隨著土層的加深,水分差異逐漸減小,因降解膜的覆蓋,稻田灌溉水蒸發量明顯降低,灌溉水的使用量明顯減少,為灌溉水更高效利用提供了可能,可節約用水30%以上。特別是對于采用人工提水灌溉的水田而言,減少了提水灌溉的用量,從而降低了提水灌溉的成本,為更多旱田改水田、增大水稻種植面積提供了可能。

3.2.3 提高肥料的利用率

地膜覆蓋具有增溫保濕的作用,有利于土壤微生物的增殖,加速腐殖質轉化成無機鹽的速度,有利作物吸收。據測定,覆蓋地膜后速效性氮可增加30%～50%,鉀增加10%～20%,磷增加20%～30%。地膜覆蓋后可減少養分的淋溶、流失、揮發,可提高養分的利用率。特別是以有機生產方式種植的水稻,有機肥的投入在成本投入中占比較高,提高了肥料的利用率,從而降低了肥料方面的成本投入。另外,采用覆膜的種植方式,肥料是一次性施入,減少了水稻種植過程中后續追肥方面的人工成本。

地膜覆蓋還可以避免因灌溉或雨水沖刷而造成的土壤板結現象,可以減少中耕的勞力,并能使土壤疏松,通透性好;能增加土壤的總孔隙度1%～10%,降低容重0.02～0.3g/cm3,可增加土壤的穩性團粒1.5%,使土壤中的肥、水、氣、熱條件得到協調。

3.2.4 提高地溫及全年有效積溫

地膜覆蓋栽培的最大效應是提高土壤溫度,對地面下5cm深的土層進行測溫,監測時間為7:00-20:00,數據記錄如表3所示。數據顯示:在7:00-11:00區間,覆膜田較對照組增溫1℃左右;在12:00-15:00區間,增溫超過2℃;在16:00-20:00區間,氣溫增幅回落到1℃左右,增溫幅度呈現先下降后上升趨勢,主要受到光照強度和散熱損失的影響。由此可見,因降解膜的覆蓋,特別是采用黑色的地模,提高了土壤的吸熱效率,減少了熱能的散失,從而提高了太陽光能向熱能的轉化效率,使春季地溫提高,田間的自然條件更早適應水稻的正常生長,延長了水稻生長周期,增加了覆膜微環境的全年積溫,為水稻提高產量、品質,達到高產穩產提供了有利條件。

3.2.5 地膜降解率隨時間變化規律

試驗、示范數據調查分析表明:全生物降解地膜降解速度呈“先慢后快”趨勢,即蓋膜后在室外天氣條件下50天內無降解,能滿足水稻前期生長保溫、保濕要求;60天開始發生降解,90天降解速度加快,120-150天100%降解。

4 經濟效益分析

采用覆膜方式種植水稻,增加成本6750元/hm2左右,費用包含地膜、增加用工和機器改裝等;采用化學除草方式常規種植水稻,除草費用1200元/hm2左右,包含藥劑費用和人工費。覆膜種植和常規普通種植水稻其它成本均為12000元/hm2。覆膜水稻單產537kg/667hm2,常規水稻單產487kg/667hm2,覆膜米每千克市場售價20元,常規米每千克售價15元,覆膜水稻每667hm2收益4120元,常規水稻每667hm2收益2772.5元,覆膜水稻每667hm2純增收1347.5元。

5 結論

1)水稻覆膜栽培能顯著地提高地溫和水溫,使有效積溫增加,充分滿足水稻生長發育的需要,尤其使營養生長期延長,增大營養體;地溫提高促進分孽的早生快發,提高有效分孽率,減少營養的浪費,為高產奠定了基礎;覆膜還能改善土壤的養分狀況,防止肥料的流失和揮發,提高供肥能力,從而滿足了水稻生長后期的需肥要求;地膜覆蓋抑制了雜草生長,解決了雜草與水稻爭肥的矛盾,并可減輕病、蟲、草害的發生,為有機水稻的發展提供了有力技術支撐。因此,這項技術與常規栽培模式相比,在水、肥、氣、熱等重要因素調節上有質的提升,為實現增產高效益創造了條件,能以低投入獲得高效益,是實現高產、低耗、高效益的水稻栽培技術的新途徑,是水稻栽培模式的重大突破。

2)水田覆膜裝置與洋馬、井關和久保田等品牌的高速插秧機配套使用,具有安裝簡單、可靠性好、運輸方便等特點,能夠一次完成覆膜和插秧作業適用于全國有機水稻規模化種植區域。