不同水稻機(jī)械化直播技術(shù)應(yīng)用與對(duì)比*

趙新陽 ， 陳煥金 ， 韓 杰 ， 謝映妹

（潮州市農(nóng)業(yè)機(jī)械化管理處，廣東 潮州 521000）

0 引言

我國人多地少，糧食安全一直是國家的頭等大事，水稻是我國最主要的糧食作物之一。潮州地處廣東東部，粵東地區(qū)韓江中下游，屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，山地、丘陵占全市總面積的65%，潮州市耕地面積為53.09萬畝，其中水田面積26.77萬畝，水稻種植面積為48多萬畝，種植制度為雙季水稻。但由于水稻種植勞動(dòng)強(qiáng)度大，受農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移、勞動(dòng)力成本提高、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料價(jià)格上漲等因素的影響，農(nóng)民對(duì)輕簡化水稻種植方式的需求越來越強(qiáng)烈[1]。為保障糧食的產(chǎn)量與安全，近年來，潮州市積極推廣水稻全程機(jī)械化生產(chǎn)，開展水稻種植機(jī)械化試驗(yàn)示范。

直播水稻省去了機(jī)插育秧和移栽的環(huán)節(jié)，節(jié)約了育秧環(huán)節(jié)的物化和勞動(dòng)成本，是一種輕簡化栽培模式，主要推廣應(yīng)用的水稻機(jī)械化直播技術(shù)有精量穴直播和無人機(jī)撒直播兩種方式。精量穴直播是在大田同步完成開溝和播種工作，相對(duì)于傳統(tǒng)人工直播技術(shù)，具有機(jī)械化程度高、規(guī)范性強(qiáng)、穩(wěn)產(chǎn)性好以及產(chǎn)量潛力大的優(yōu)勢(shì)。無人機(jī)撒直播采用智能手機(jī)操控、全自主作業(yè)的智能播撒無人機(jī)進(jìn)行作業(yè)。

項(xiàng)目組對(duì)機(jī)械精量穴直播、無人機(jī)撒直播、機(jī)插秧種植方式進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)示范，探討機(jī)械精量穴直播和無人機(jī)撒直播應(yīng)用效果及高產(chǎn)栽培技術(shù)的可行性，并配套施肥、控水、病蟲害綜合防治等大田管理技術(shù)，分析對(duì)比不同種植模式，在相同管理?xiàng)l件下水稻生產(chǎn)過程中的成本、產(chǎn)量以及經(jīng)濟(jì)效益等數(shù)據(jù)，為發(fā)展水稻全程機(jī)械化技術(shù)推廣提供依據(jù)，促進(jìn)潮州市糧食生產(chǎn)能力的提高。

1 水稻機(jī)械化直播現(xiàn)狀

以移栽為基礎(chǔ)的水稻精細(xì)化種植模式中，水稻機(jī)插秧技術(shù)成熟穩(wěn)定，但育秧成本較高，機(jī)械化有序拋秧技術(shù)還未完全成熟。隨著高效安全除草劑的研制及廣泛應(yīng)用，從節(jié)約水資源、減少用工量、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的低成本等角度出發(fā)，水稻機(jī)械化直播技術(shù)得到快速發(fā)展。但當(dāng)前的水稻直播技術(shù)并不是傳統(tǒng)直播栽培的簡單回歸，而是融合了諸多現(xiàn)代科技元素，對(duì)于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的輕型化、專業(yè)化、規(guī)模化具有重要意義，直播稻面積不斷擴(kuò)大[2]。早期的機(jī)械化直播采用條播方式，造成播種量大且不均勻，易發(fā)生斷條現(xiàn)象；浙江省農(nóng)戶改裝背負(fù)式噴霧機(jī)進(jìn)行水稻噴直播作業(yè)，雖作業(yè)效率較高，但造成稻種分布不均勻[3]。

同步開溝起壟水稻精量穴直播技術(shù)由中國工程院院士、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授羅錫文推廣，同步開溝起壟直播技術(shù)田間示范如圖1所示。該技術(shù)在田面上同時(shí)開設(shè)蓄水溝和播種溝，采用穴播方式將稻種播在壟上的播種溝中，實(shí)現(xiàn)了成行成穴有序生長和壟畦栽培，增加了根系入土深度，由于壟面少淹水或不淹水，提高了土壤中氧化還原電位，有利于水稻根系的生長和根系結(jié)構(gòu)的改善[4]。

圖1 同步開溝起壟直播技術(shù)田間示范

隨著工業(yè)化的發(fā)展，無人飛機(jī)開始出現(xiàn)在人們的視野中并逐漸從軍事用途向民用發(fā)展，人們也開始利用無人飛機(jī)從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。無人直升機(jī)通過性好，可在空中懸停，可遠(yuǎn)距離操控，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，結(jié)合空中遙感監(jiān)測(cè)等技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)按需變量作業(yè)，不需要專用的機(jī)場(chǎng)起降。無人直升機(jī)亦可在深泥腳田塊、小面積區(qū)域作業(yè)，是地面機(jī)械無法企及區(qū)域的播種作業(yè)的較佳補(bǔ)充，可實(shí)現(xiàn)較佳的農(nóng)業(yè)物料投入量，且可實(shí)現(xiàn)播量控制，播撒均勻度高[5]。無人機(jī)撒播作業(yè)目前存在撒播裝置的普適性、撒播均勻性、氣流影響、種子存活率等技術(shù)難點(diǎn)[6]。遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)和自主避障技術(shù)多技術(shù)融合，并集成應(yīng)用到農(nóng)用無人機(jī)當(dāng)中，無人機(jī)播種器技術(shù)也快速發(fā)展[7-10]。

2 試驗(yàn)示范情況

試驗(yàn)示范地點(diǎn)位于潮州市潮安區(qū)江東鎮(zhèn)下湖村，水稻連片種植面積300多畝；潮州市湘橋區(qū)官塘鎮(zhèn)巷頭村，水稻種植面積1 500多畝。兩處均是糧食生產(chǎn)功能區(qū)，土壤較為肥沃，耕地質(zhì)量等級(jí)在五等以上，交通便利，灌溉條件好，示范區(qū)域是近年來基本種植水稻的田塊，示范點(diǎn)現(xiàn)有農(nóng)用無人飛機(jī)、高速插秧機(jī)、拖拉機(jī)和其他小型水稻種植機(jī)械等，便于示范試驗(yàn)的開展。

2.1 供試材料

2.1.1 試驗(yàn)水稻品種

選用兩個(gè)廣東農(nóng)業(yè)主導(dǎo)品種作為試驗(yàn)品種，美香占2號(hào)和華航51號(hào)。美香占2號(hào)秈型常規(guī)水稻，華南區(qū)可早、晚造兼用，早稻128～130天，晚稻112～113天，晚造株高90.5 cm～96.6 cm，穗長20.6 cm～21.2cm，畝有效穗21.8 萬穗～22.1 萬穗，每穗總粒數(shù)108～120 粒，結(jié)實(shí)率83.9%～87.7%，千粒重18.1 g～18.5 g。華航51適合廣東粵北以外稻區(qū)早、晚造種植，生育期128天，早造2月底或3月初播種，晚造7月中下旬播種，株高100 cm左右，畝有效穗19.6 ～20.8 萬穗，每穗總粒數(shù)134～140 粒，結(jié)實(shí)率87.0%～87.9%，千粒重21.8 g，適宜輕簡化栽培。

2.1.2 選用的機(jī)具

精量穴直播機(jī)使用上海世達(dá)爾2BDXZ-12CP(20)水稻穴直播機(jī)，播種行數(shù)10行，作業(yè)幅寬2 m，播種穴距、每穴播種量均可調(diào)整。

無人機(jī)撒直播機(jī)采用飛翔達(dá)FXD1-16型無人機(jī)平臺(tái)，撒播裝置采用華南農(nóng)業(yè)大學(xué)研發(fā)的無人機(jī)水稻撒播裝置，播幅2.5 m、飛行速度 6 m/s，每小時(shí)能夠完成 80 余畝的水稻播種作業(yè)。

插秧機(jī)選用久保田插秧機(jī)2ZGQ-6D1，行距30 cm，插秧速度每小時(shí)3～6 畝。水稻精量穴直播機(jī)與無人機(jī)水稻撒播示范如圖2所示。

圖2 水稻精量穴直播機(jī)與無人機(jī)水稻撒播機(jī)示范

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

每個(gè)水稻種植示范點(diǎn)設(shè)置試驗(yàn)面積為150畝，其中機(jī)械精量穴直播面積為50畝、無人機(jī)撒直播面積為50畝、機(jī)械插秧面積為50畝。對(duì)不同栽插方式下的秧苗素質(zhì)、莖蘗動(dòng)態(tài)等作物性狀進(jìn)行比較，并分別測(cè)產(chǎn)。

2.2.1 田間準(zhǔn)備

水稻機(jī)播機(jī)插前耕整地質(zhì)量要求做到“平整、潔凈、細(xì)碎、沉實(shí)”。耕整深度均勻一致，田塊平整，地表高低落差不大于3 cm；田面潔凈，無殘茬、無雜草、無雜物、無浮渣等；土層下碎上糊，上爛下實(shí)；田面泥漿沉實(shí)達(dá)到泥水分清，沉實(shí)而不板結(jié)，機(jī)械作業(yè)時(shí)不陷機(jī)、不壅泥。直播田面保持濕潤，不積水，土壤呈泥漿狀，直播稻田在耕整作業(yè)后（或耕整作業(yè)同時(shí)）須加開橫溝和進(jìn)出水溝。

2.2.2 種子處理

直播各處理播種量2.5千克/畝，水稻機(jī)械插秧播種量1.8千克/畝。播種前對(duì)水稻種子進(jìn)行曬種、洗種、浸種、拌種、催芽、晾芽處理。直播用種子注意催芽長度不超過2 mm，以免播撒時(shí)互相纏繞造成播撒不均勻。晾芽后要確保種子握在手中感受不到明顯的水分，能從指縫中自然掉落，不發(fā)生結(jié)塊現(xiàn)象。精量穴直播每穴3～4粒谷苗。

2.2.3 田間管理

水稻對(duì)比試驗(yàn)于4月3日同時(shí)播種育秧，出苗至2葉1心期田間保持濕潤且無水層，并于3葉期進(jìn)行淺水灌溉且施苗肥促分蘗，4葉期后按高產(chǎn)田進(jìn)行生產(chǎn)管理，試驗(yàn)區(qū)域均按同一方式進(jìn)行田間管理。各區(qū)域總施肥量相同，化學(xué)除草病蟲害防治、管水均按各自的農(nóng)藝要求分別管理。水稻于7月29日左右成熟。直播水稻使用除草劑田間除草3次，水稻機(jī)插使用除草劑田間除草1次。

2.2.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

水稻生長過程中對(duì)苗情進(jìn)行監(jiān)測(cè)，水稻成熟前每個(gè)試驗(yàn)區(qū)采用5點(diǎn)取樣法取樣，每個(gè)樣點(diǎn)取10穴，統(tǒng)計(jì)每穴有效穗數(shù)，根據(jù)有效穗數(shù)平均值取10穴，測(cè)定水稻單株有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、穗實(shí)粒數(shù)、千粒重，計(jì)算理論畝產(chǎn)量。同時(shí)，各個(gè)試驗(yàn)區(qū)去除邊行用聯(lián)合收割機(jī)脫粒，計(jì)算實(shí)割實(shí)收畝產(chǎn)量。

3 田間調(diào)查結(jié)果分析

從表1結(jié)果對(duì)水稻苗生長情況進(jìn)行調(diào)查，可得每畝播種量相同的無人機(jī)撒播的苗數(shù)顯著高于精量穴直播苗數(shù)，無人機(jī)撒播多出2 650株/畝，無人機(jī)撒播比精量穴直播多出30%的苗數(shù)，因此，無人機(jī)撒播比精量穴直播更能保證基本苗。

表1 水稻苗生長情況調(diào)查表

4 產(chǎn)量結(jié)果分析

水稻收獲時(shí)，農(nóng)藝及農(nóng)機(jī)專家對(duì)實(shí)驗(yàn)示范點(diǎn)水稻進(jìn)行測(cè)產(chǎn)驗(yàn)收，從表2數(shù)據(jù)看出，每穗總粒數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重產(chǎn)量因素分析，均表現(xiàn)為無人機(jī)撒播高于精量穴直播處理方式，實(shí)收畝產(chǎn)量與理論畝產(chǎn)結(jié)果一致。不同播種方式的產(chǎn)量對(duì)比圖，如圖3所示。品種華航51的產(chǎn)量機(jī)插方式效果最好，但兩個(gè)品種在機(jī)插秧方式，全生育期比直播生育期延長12天以上。

表2 不同機(jī)械化直播方式產(chǎn)量及其構(gòu)成

圖3 產(chǎn)量對(duì)比圖

5 水稻抗倒伏分析

機(jī)械精量穴直播可同步進(jìn)行開溝、起壟和播種，機(jī)械精量穴直播種子播在壟面上，水稻根系在濕潤富氧的土壤環(huán)境中生長發(fā)育，有利于直播稻全苗保苗。壟面上的播種溝增加了水稻根系入土深度，有利于提高直播稻的抗倒伏能力，有序生育優(yōu)勢(shì)水成行改善了直播稻田的通風(fēng)透光條件，充分利用空間和溫光資源，后期增強(qiáng)水稻抗倒伏能力。機(jī)插秧水稻抗倒伏能力強(qiáng)于直播。

水稻無人機(jī)撒播采用圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)方式將稻種拋甩出倉，種子在田間呈現(xiàn)隨機(jī)、無序分布，水稻苗數(shù)較多，密度大且無序排布，不利于水稻田的通風(fēng)透光，不利于提升抗倒伏能力，特別是在潮州地區(qū)，臺(tái)風(fēng)天氣時(shí)有發(fā)生，水稻抗倒伏能力尤為重要。

6 經(jīng)濟(jì)成本分析

根據(jù)表3和課題組測(cè)算，3種不同水稻機(jī)械化種植方式，在后續(xù)施藥量、施肥成本等相同的情況下，無人機(jī)撒播產(chǎn)量高出水稻精量穴直播5.4%。機(jī)插秧除草劑使用量最少，比兩種直播方式使用量少38.6%。

表3 不同播種方式作業(yè)成本及其構(gòu)成

無人機(jī)撒播用人工時(shí)為6.8 h，水稻精量穴直播用人工時(shí)為13 h，機(jī)插秧運(yùn)秧、擺秧、補(bǔ)秧等用工較多，用人工時(shí)為48 h，無人機(jī)撒播播種效率更高，播種時(shí)間更短，單位播種面積無人機(jī)撒播作業(yè)時(shí)間減少75%，作業(yè)成本減少25%。從用工成本來看，無人機(jī)直播作業(yè)時(shí)間短，畝成本約40元；精量穴直播作業(yè)時(shí)間與用工成本適中，畝成本約100元；機(jī)插秧作業(yè)時(shí)間較長，每畝成本約178元，其中：機(jī)械插秧費(fèi)用100元，育秧、運(yùn)秧等環(huán)節(jié)費(fèi)用78元（包含秧田整地8元，浸種、播種8元，秧盤、地膜15元，苗期施肥2次22元，噴藥防治病蟲害2次10元，運(yùn)秧15元）。無人機(jī)直播比機(jī)械插秧可節(jié)約成本29%，無人機(jī)撒播成本是精量穴直播成本的40%，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

7 討論

不同的水稻直播方式影響水稻對(duì)溫度、光照、養(yǎng)分等資源的吸收和利用，從而對(duì)水稻生長性狀和最終產(chǎn)量產(chǎn)生不同影響，水稻機(jī)插能保證基本苗，但生育期明顯延長，不利于產(chǎn)量的提高；無人機(jī)撒播相比精量穴直播，相同的播種量容易獲得更高的基本苗數(shù)，獲得更高的每穗總粒數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重和產(chǎn)量，產(chǎn)生的效益相對(duì)較高；但是水稻精量穴直播播種更加均勻，播種成行成條，后期田間通風(fēng)透光性更好，有助提高莖蘗的發(fā)生和降低莖蘗的消亡，提高稻苗的壯實(shí)度，有利于提升水稻的抗倒伏能力，對(duì)于廣東沿海丘陵地區(qū)水稻種植區(qū)尤為重要。

隨著城市化進(jìn)程發(fā)展，廣東農(nóng)村勞動(dòng)力成本逐步增加，選擇更加簡單便捷、投入更低、效率更高的水稻機(jī)械化作業(yè)模式已成為大勢(shì)所趨。無人機(jī)撒播作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度更低，隨著作業(yè)規(guī)范化、智能化水平提高，節(jié)本增效優(yōu)勢(shì)突出，符合廣東潮汕區(qū)當(dāng)前規(guī)模化經(jīng)營豐產(chǎn)增效的要求，為水稻機(jī)械化種植開辟了新途徑。但同時(shí)也要看到，無人機(jī)散播的后期管理成本有所增加，相比傳統(tǒng)機(jī)插秧存在農(nóng)藥用量增大的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)在安全使用除草劑的情況下使用直播作業(yè)方式。