遼寧稻區(qū)機(jī)械化寬窄行移栽技術(shù)研究進(jìn)展與應(yīng)用分析

李躍東 董立強(qiáng) 楊鐵鑫 馬亮 隋國民* 王雙 寧寶常

（1 遼寧省水稻研究所，沈陽 110101；2 燈塔市農(nóng)業(yè)農(nóng)村事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 燈塔 111399；第一作者：daozuosuo@163.com；*通信作者：guomin666@126.com）

遼寧是我國粳稻主產(chǎn)省之一，年均種植面積約50萬hm2，其稻谷單產(chǎn)和稻米品質(zhì)均處于國內(nèi)較高水平[1-2]。近年來隨著機(jī)械化的應(yīng)用和生產(chǎn)經(jīng)營規(guī)模的擴(kuò)大，遼寧省已基本實(shí)現(xiàn)了育苗、移栽和收獲等生產(chǎn)過程機(jī)械化，為地區(qū)水稻高質(zhì)量發(fā)展提供了良好的生產(chǎn)作業(yè)基礎(chǔ)[3-5]。技術(shù)的革新和農(nóng)業(yè)發(fā)展結(jié)構(gòu)的改變對地區(qū)水稻生產(chǎn)提出了新要求，新時代下水稻生產(chǎn)需兼?zhèn)涔?jié)本、綠色、高效和優(yōu)質(zhì)等特點(diǎn)[6-7]。

水稻機(jī)械化寬窄行移栽是將傳統(tǒng)機(jī)插秧行間等距調(diào)整為“寬行-窄行”間距插秧方式，形成縱向大小壟，充分發(fā)揮邊際效應(yīng)，通過改善植株間通風(fēng)和透光性，使葉面積指數(shù)增加、葉片壽命延長和干物質(zhì)積累加速，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)與節(jié)本增效[8]。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前已有包括久保田、久富、錦禾等近10 種寬窄行插秧機(jī)進(jìn)行機(jī)插秧作業(yè)[4,9-12]。基于2018—2022 年機(jī)械化寬窄行移栽技術(shù)在遼寧稻區(qū)的應(yīng)用情況，歸納總結(jié)了其田間表現(xiàn)及應(yīng)用效果，提出相關(guān)技術(shù)發(fā)展建議，以期為遼寧稻區(qū)水稻機(jī)械化生產(chǎn)高質(zhì)量發(fā)展提供參考。

1 寬窄行移栽方式的產(chǎn)生

在水稻生產(chǎn)上過窄行間距通風(fēng)透光差，葉片相互蔭蔽，光合能力下降，導(dǎo)致干物質(zhì)積累減少，產(chǎn)量降低；過寬行間距雖能提高邊際效應(yīng)，但漏光嚴(yán)重，總生產(chǎn)能力不高。近幾年，關(guān)于水稻寬行-窄行組合的田間試驗(yàn)已初步探明，行間距配置是實(shí)現(xiàn)水稻高質(zhì)量生產(chǎn)的重要措施[2,9]。隨著現(xiàn)代作物生產(chǎn)機(jī)械化水平不斷提高，先進(jìn)農(nóng)藝技術(shù)的高質(zhì)量實(shí)施越來越依賴于農(nóng)機(jī)技術(shù)的配套，這使得機(jī)械化寬窄行插秧機(jī)應(yīng)運(yùn)而生[8,13]。

圖1 不同株行距插秧方式示意圖

寬窄行插秧機(jī)通過改變移秧箱和分插機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，獲得寬窄行移栽效果。根據(jù)育苗方式可分為毯苗寬窄行插秧機(jī)和缽苗寬窄行插秧機(jī)；根據(jù)移栽行距可分為固定寬窄行插秧機(jī)（37 cm+17 cm、33 cm+17 cm、30 cm+25 cm、40 cm+20 cm 和34 cm+16 cm 等）和可調(diào)寬窄行插秧機(jī)；根據(jù)田間移栽效果可分為等穴距寬窄行插秧機(jī)、不對稱三角寬窄行插秧機(jī)（Z 字形）和穴距不等寬窄行插秧機(jī)（回字形）。受水稻品種類型、土壤水肥條件差異、生產(chǎn)地域地形條件和傳統(tǒng)移栽習(xí)慣等因素影響，各地區(qū)選擇寬窄行插秧類型不一[2,4,14]。

2 寬窄行移栽方式下水稻農(nóng)藝性狀變化

2.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素變化

寬窄行通過調(diào)整栽插密度和行距配置，能有效改善作物群體結(jié)構(gòu)，合理的群體構(gòu)成能增強(qiáng)作物群體的通風(fēng)透光性，有效防止光照不足帶來的光能損失，從而使作物群體更加有效利用光能，提高光能利用率，增加作物葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累[15-16]。嚴(yán)田蓉等[17]研究表明，在重施基蘗肥條件下，寬窄行栽培和三角形栽培方式下的田間群體結(jié)構(gòu)有受光優(yōu)勢，更易在前期得到優(yōu)勢群體，生物產(chǎn)量增加，庫容量擴(kuò)大，形成“源”足“庫”大的高產(chǎn)基礎(chǔ)。寬窄行配置方式能有效協(xié)調(diào)穗數(shù)和穗粒數(shù)，增大群體穎花量，充分發(fā)揮水稻單株生產(chǎn)力，促進(jìn)光合物質(zhì)生產(chǎn)與轉(zhuǎn)化，從而攻取高產(chǎn)。

圖2 寬窄行移栽田間示意圖

董立強(qiáng)等[4]在遼寧中部平原稻區(qū)進(jìn)行多年水稻寬窄行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)以遼粳401 為供試品種，寬窄行（37 cm+17 cm）方式在苗期保證全苗，分蘗期整個植株可接受光照，該時期呈現(xiàn)出寬窄行；拔節(jié)期當(dāng)莖稈形態(tài)由扁變圓的初期，葉片擴(kuò)張使得此時獲得最大的光截獲面積，該時期寬窄行消失；隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，抽穗期前劍葉挑出，植株個體形態(tài)收斂，寬窄行再次出現(xiàn)；齊穗數(shù)達(dá)到約470 萬/hm2，此時株高105 cm 左右，寬行恰好可為水稻上3 葉提供太陽輻射所需的角度空間，提供良好的受光姿態(tài)，且可降低紋枯病發(fā)生；隨著籽粒灌漿的進(jìn)行，穗部受到重力影響開始下垂，群體有效穗數(shù)達(dá)到412 萬/hm2，穗部覆蓋了冠層，寬窄行再次消失，成穗率達(dá)到85%以上，較當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)等行距種植平均產(chǎn)量提高7%以上。

2.2 水稻根系及肥料利用變化

寬行和窄行間隔栽插形成了地上部分和地下部分的行內(nèi)、行外分布格局，造就了理論上行外區(qū)域生長優(yōu)勢和行內(nèi)競爭劣勢，可以改善水稻根系形態(tài)與生理特征，提高地上部生理活性[18-19]。其中，寬窄行三角形栽培方式，在行間、株間、根層間均形成不對稱結(jié)構(gòu)，為根系生長發(fā)育提供空間配置。此外，隨著分蘗的發(fā)生、葉片的伸展和穗部灌漿的彎曲使得寬窄行在生育期內(nèi)出現(xiàn)“消現(xiàn)”現(xiàn)象，可在保障有效穗數(shù)的基礎(chǔ)上提高40 cm、60 cm 冠層透光率[14]，生育進(jìn)程中可使陽光照射到寬行，提高了植株底層和地表溫度，促進(jìn)了根系的生長發(fā)育，增強(qiáng)了根系從土壤中吸收養(yǎng)分的能力，為地上部生長輸送更多養(yǎng)分，改善地上部的生長發(fā)育，提高產(chǎn)量[20-21]。

自2015 年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部實(shí)施化肥施用量“零增長”行動以來，持續(xù)推進(jìn)化肥減量增效工作成為水稻栽培技術(shù)熱點(diǎn)研究方向[22]。水稻在適當(dāng)擴(kuò)大行距時，可改善植株形態(tài)特征，使中后期的生產(chǎn)優(yōu)勢得到充分發(fā)揮。嚴(yán)田蓉等[17]研究表明，在重施基蘗肥的條件下，寬窄行栽培和三角形栽培方式可使水稻生物產(chǎn)量增加，庫容量擴(kuò)大，為高產(chǎn)形成“源”足“庫”大的基礎(chǔ)。寬窄行栽培以其較高根系生理特性和分布形態(tài)特征，促進(jìn)了單位面積高質(zhì)量的有效穗數(shù)和成穗率，在相同肥料投入量的條件下提高了肥料利用率，水稻得以高產(chǎn)。筆者近年通過對遼寧中部平原稻區(qū)不同分蘗類型水稻品種栽植試驗(yàn)調(diào)查結(jié)果表明，寬窄行模式下大穗少蘗型品種（鐵粳11 等）前期源足，應(yīng)注重穗肥施用以達(dá)到“疏流”“強(qiáng)庫”和“促粒飽滿”以質(zhì)取勝的增產(chǎn)目標(biāo)；穗粒兼顧型品種（遼粳401、遼粳419 等）和小穗多蘗型品種（鹽豐47等）營養(yǎng)生長期優(yōu)勢明顯，應(yīng)注重蘗肥施用以達(dá)到“早發(fā)精壯”和“促蘗成穗”以數(shù)取勝的增產(chǎn)目標(biāo)。

2.3 病蟲害發(fā)生情況變化

相較于傳統(tǒng)等行距模式，水稻寬窄行種植模式溫光生產(chǎn)效率約提高19%[4]，同時株間濕度降低，有利于后期田間管理，提高單位面積產(chǎn)量。同時寬窄行能夠有效降低水稻病害發(fā)生，減少農(nóng)藥噴灑量和殘留量，從而保證水稻品質(zhì)和高產(chǎn)。寬窄行群體結(jié)構(gòu)優(yōu)良，還可降低倒伏發(fā)生，減少由倒伏帶來穗部著水引發(fā)霉變等造成的產(chǎn)量損失和品質(zhì)下降，同時降低機(jī)械化收獲難度[8，23]。馬亮等[14]對遼寧省盤錦和東港稻蟹種養(yǎng)田植保防控成本分析研究表明，寬窄行模式可降低紋枯病和稻瘟病發(fā)生概率，減少2 次化學(xué)防控，兩地分別可節(jié)約成本1 200 元/hm2和900 元/hm2。

寬窄行在生育進(jìn)程中寬行、窄行的間隔分布為水稻群體提供了優(yōu)良的通風(fēng)透光通道，在群體生物量最大的拔節(jié)期可降低紋枯病發(fā)生，使得葉片和莖鞘保持健康狀態(tài)，為光合作用提供更多更有效的截獲面積[24-25]。

3 寬窄行移栽生產(chǎn)方式優(yōu)化及效益分析

目前水稻機(jī)插秧生產(chǎn)多為等行距移栽，受農(nóng)業(yè)技術(shù)、農(nóng)業(yè)機(jī)械化、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)革新多重因素影響[26-27]，機(jī)械化寬窄行的興起、改良與應(yīng)用還需進(jìn)一步完善和提升方能大規(guī)模推廣。在技術(shù)層面做好農(nóng)機(jī)與農(nóng)技的結(jié)合、水稻農(nóng)藝性狀與農(nóng)機(jī)適應(yīng)的基礎(chǔ)上，在社會層面和經(jīng)濟(jì)層面做好機(jī)械的更迭周期與農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)采購能力、種稻者的心理期望值與機(jī)械帶來的綜合回報調(diào)研分析，將有助于水稻機(jī)械化寬窄行移栽技術(shù)的高質(zhì)量發(fā)展。

3.1 寬窄行移栽方式下農(nóng)機(jī)與農(nóng)技的結(jié)合

農(nóng)藝技術(shù)主要著眼于產(chǎn)量，忽略農(nóng)機(jī)作業(yè)適應(yīng)性，而農(nóng)機(jī)側(cè)重于針對不同的種植模式，研究出不同作業(yè)要求的機(jī)械，而與農(nóng)技的結(jié)合缺乏研究[28-30]。水稻機(jī)插秧不僅要嚴(yán)格符合插秧機(jī)作業(yè)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，同時還要有利于水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的形成。孫良等[9，13]研究表明，水稻缽苗Z 字形寬窄行移栽將Z 字形寬窄行種植和缽苗移栽相結(jié)合，可有效提高水稻品質(zhì)和產(chǎn)量。鮑偉君[10]在久保田SPV-6C 型高速水稻插秧機(jī)基礎(chǔ)上改進(jìn)，設(shè)計出一種可調(diào)寬窄行的高速水稻缽苗插秧機(jī)移箱，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)取苗和栽插，發(fā)揮出寬窄行種植的優(yōu)勢。王磊等[29]設(shè)計了一種平面非圓齒輪圓錐齒輪組合傳動的空間行星輪系水稻缽苗寬窄行移栽機(jī)構(gòu)，更好滿足了水稻缽苗寬窄行移栽的農(nóng)藝要求，實(shí)現(xiàn)了寬窄行機(jī)插秧高效優(yōu)質(zhì)作業(yè)。

適宜農(nóng)藝技術(shù)的升級與農(nóng)機(jī)器具的優(yōu)化設(shè)計為寬窄行栽植模式提供了強(qiáng)有力的理論和技術(shù)支撐，進(jìn)而滿足高質(zhì)、精準(zhǔn)、低損水稻生產(chǎn)移栽發(fā)展要求[31]。前人[18-19，32]研究結(jié)果表明，移栽損傷表現(xiàn)為手插秧>缽苗機(jī)插秧>毯苗機(jī)插秧，這對以毯苗條件下如何提升機(jī)插秧作業(yè)效果提出最嚴(yán)格要求。筆者對錦禾2ZG-8KZ 高速插秧機(jī)近3 年寬窄行移栽的質(zhì)量調(diào)查結(jié)果表明，該寬窄行插秧機(jī)可滿足機(jī)插秧國家標(biāo)準(zhǔn)要求[33]（表1）。

表1 寬窄行機(jī)插秧性能指標(biāo)

3.2 寬窄行移栽方式下生產(chǎn)投入和產(chǎn)出效益分析

農(nóng)業(yè)科技發(fā)展和技術(shù)革新的最終目標(biāo)是為農(nóng)服務(wù)，降低投入、提升效益、穩(wěn)定產(chǎn)出是水稻生產(chǎn)發(fā)展追求的目標(biāo)[2]。機(jī)械化寬窄行移栽的應(yīng)用和推廣，意味著插秧機(jī)的更新與技術(shù)的更迭，這對生產(chǎn)者和農(nóng)機(jī)具經(jīng)營者的一次性投入提出了新要求。目前，國內(nèi)已經(jīng)量化生產(chǎn)的寬窄行插秧機(jī)市場銷售價格每臺在10 萬元人民幣左右，已經(jīng)在黑龍江、吉林、遼寧、浙江、安徽和江蘇等省份進(jìn)行了示范推廣，取得了較好的結(jié)果。馬亮等[14]研究表明，機(jī)械化寬窄行移栽可有效提高中低產(chǎn)田水稻產(chǎn)量，提升綜合效益，其中稻蟹種養(yǎng)田效益最高可達(dá)2 974.1 元/hm2。徐亞丹等[32]研究表明，寬窄行可解決再生稻生產(chǎn)過程中收獲機(jī)履帶碾壓頭季稻稻樁的問題，通過合理增大栽植行距以增大履帶行走行距，為再生稻產(chǎn)量提高、效益提升提供前茬基礎(chǔ)。

本研究團(tuán)隊在遼寧中部平原稻區(qū)調(diào)研結(jié)果顯示，平均更新插秧機(jī)需10 萬元左右，使用周期約20 年，年平均插秧面積50 hm2，一次性前期投入折合每年每1 hm2不足100 元，按照前人研究增產(chǎn)率2%～10%計算，按當(dāng)?shù)厮井a(chǎn)量9 750 kg/hm2左右、稻谷單價約2.5 元/kg 計算，收益遠(yuǎn)高于投入成本。此外，寬窄行可降低病蟲害發(fā)生，減少生育期內(nèi)人力、物力投入，進(jìn)一步降低投入成本，為水稻優(yōu)質(zhì)、綠色栽培提供了新方式，亦提升了稻作生產(chǎn)的生態(tài)效益。

4 發(fā)展與展望

水稻機(jī)械化寬窄行移栽以其增產(chǎn)、增效、降低病蟲害和節(jié)約投入的技術(shù)特點(diǎn)，形成了遼寧中部稻區(qū)“兩增兩降一節(jié)約”生產(chǎn)模式，得到了示范區(qū)域和應(yīng)用者的充分肯定。然而，水稻機(jī)械化寬窄行移栽還應(yīng)在移栽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化、輔助駕駛智能化、插秧施肥一體化等方面加強(qiáng)研究，實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)高效和綠色生產(chǎn)。