关于水稻机插秧同步侧深施肥技术集成推广的思考——以黑龙江寒地水稻为例

周 璇，辛景树，沈 欣，徐 洋，傅国海，刘 欣，聂 强，孙国栋

（1全国农业技术推广服务中心，北京 100125；2黑龙江省创业农场，黑龙江富锦 156321；3黑龙江省建三江管理局，黑龙江富锦 156300）

0 引言

作为中国重要粮食作物之一，水稻生产在保障国家粮食安全中具有重要作用。国内65%以上的人口以稻米为主食，自20世纪70年代以来，中国的水稻种植面积常年占粮食作物生产面积的25%～30%，稻谷产量常年约占粮食总产量的32%～45%。改革开放以来中国农田化肥使用量迅速增长，尤其是氮肥的施用，为中国水稻产量的增加提供了有力支撑。但近年来对稻谷产量的盲目追求，导致国内稻田氮肥不科学、不合理使用问题突出。据统计，中国稻田氮肥用量占全部农作物氮肥用量的25%以上，水稻单季氮肥平均用量202.5 kg/hm2，是世界水稻氮肥平均用量的1.8倍左右[1-3]。受气候、栽培制度及经济发展水平等因素影响，国内不同地区稻田氮肥用量差异较大，区域间稻田氮肥施用不平衡现象严重。

稻田氮肥的过量施用，不仅削弱了氮肥对水稻增产的促进作用，降低水稻氮肥利用效率，而且大量的氮素损失，加剧了农业资源浪费与环境污染等问题，严重制约了中国农业绿色高质量发展。研究表明，中国稻田氮肥利用效率在30%～50%之间，稻田尿素氮素利用率约为30%～40%，显著低于发达国家[4-5]。速效氮的过量投入使得短期内土壤氨硝态氮和硝态氮大量积累，导致稻田氨挥发、硝化反硝化作用、氮素径流损失及氮素淋洗损失严重。研究表明，中国农田因氮肥表施造成的氨挥发损失占氮肥投入的10%～40%，淋失和径流损失约为7%[5-7]。大量未被作物吸收利用的农田氮素，以氨挥发、淋洗和地表径流等方式进入环境，加剧了臭氧层破坏、温室效应、水体富营养化、土壤板结酸化等环境问题[1]。

前人研究结果及2019年黑龙江农垦水稻机插秧同步侧深施肥技术集成示范项目结果表明，推广应用水稻机插秧同步侧深施肥技术不仅为破解当前资源投入过度、环境污染加重、农村劳动力资源短缺等局面提供了重要抓手，而且为资源环境硬约束下保障粮食有效供给和质量安全，促进水稻化肥减量增效提供了有力的技术支撑[8-11]。

1 推广水稻机插秧同步侧深施肥技术的可行性

1.1 国外水稻机插秧同步侧深施肥技术推广的经验与启示

世界水稻机械化生产主要有两大栽培体系，一种是以澳大利亚、美国、意大利等国家为代表的水稻直播机械化栽培体系，另一种是以日本、韩国等国家为代表的水稻移栽机械化栽培体系[12-14]。日本水稻种植以精细化著称，主要采用机械插秧的方式进行水稻生产。毯式水稻插秧机、无人操纵高精度水稻插秧机等农机的研发，极大促进了日本水稻插秧机械化发展[14]。20世纪70年代左右，韩国从日本引进插秧机，并进行了试验推广。20世纪末，韩国研发出集插秧、施肥、除草于一体的多功能插秧机，水稻移栽和收获技术得到长足发展，基本实现了从种到收的水稻生产全程机械化[15]。

日本是世界上水稻机插秧同步侧深施肥技术发展水平较高的国家，水稻生产机械化程度达到98%，在全国基本形成了统一的水稻栽培模式，育秧、侧深施肥、机械插秧已实现了系列化、标准化[16]。20世纪70年代，日本的稻米消费经历了高峰后出现了产能过剩的现象，人们对稻米从数量需求转向了质量需求。市场需求的变化，驱动农民开始种植优质品种，并在生产环节减少化肥农药使用[17]。自然生态环境破坏和农业生产劳动力向工业生产转移等问题的日渐突出，也引起了日本政府和广大民众的重视[18]。正是在这样的社会经济环境背景下，日本水稻生产逐渐从高肥高产向绿色高质量阶段转化[19]。日本自1975年起在多地开展试验，明确了水稻机插秧同步侧深施肥技术具有明显的节肥增产作用。1981年水稻机插秧同步侧深施肥技术得到逐步推广应用。与传统施肥方法相比，机插秧同步侧深施肥技术可实现减少氮肥投入10%～30%，并有效提高氮肥利用效率[20]。80年代以包膜尿素为代表的新型缓效性肥料的研制，有效推动了水稻机插秧同步侧深施肥技术的推广应用[21]。1992年，日本水稻种植面积约2.7×106hm2，水稻机插秧同步侧深施肥技术的推广应用面积约5.5×105hm2，占水稻种植面积的20%左右[22]。久保田、洋马、井关等日本大型农机公司先后研制出与插秧机联合作业的水稻机插秧同步侧深施肥装置。2010年日本超过40%的插秧机配备了施肥装置[23]。

与20世纪70年代的日本类似，当前国内水稻的生产目标已经从量的追求向优质高效转变。同时受资源与环境的双重制约，仅依靠大量资源投入与消耗的粗放式发展方式已经难以为继。此外，随着城镇化进程的加快，大量农村劳动力向非农业产业转移，农户兼业化、村庄空心化、农村人口老龄化趋势明显，水稻产业正逐渐向集约化、规模化方向转变[24-25]。当年的日本正是在相似的社会背景下，通过推广水稻机插秧同步侧深施肥技术，有效的解决了水稻生产投入过高、环境污染、劳动力短缺等困境[20,26]。以日本为鉴，在中国大面积推广水稻机插秧同步侧深施肥技术具有较强的可行性。

1.2 国内水稻机插秧同步侧深施肥技术推广具有良好基础

与日本相比，虽然中国水稻机插秧同步侧深施肥技术起步晚，但多年的探索实践为水稻机插秧侧深施肥技术在中国的推广应用积累了大量的经验。国内关于水稻机插秧同步侧深施肥技术的研究，最早可追溯到1994年，黑龙江水田机械化研究所首次从日本引入水稻侧深施肥器并试验成功[27]。随后黑龙江农垦在部分农场进行了水稻机插秧同步侧深施肥技术试验示范，获得了较好的化肥减量效果，并将50%插秧机装配了侧深施肥器[28-29]。受当时农业生产水平、作业机械、肥料品种等因素限制，水稻机插秧同步侧深施肥技术并未在国内得到大面积推广应用。近年来，在生态环境问题突出与农村劳动力资源转移的双重压力下，中国农业绿色高质量发展需求日趋紧迫。2012年以来，黑龙江农垦与日本多家农机企业合作，通过在现有的乘坐式高速插秧机上配置侧深施肥装置或整机购买等形式，解决了施肥机械配套问题。同时通过与科研院所及国内多家化肥企业合作，开展不同肥料品种、不同养分配比、梯度减量施肥等试验示范，实现了水稻基蘖肥同施，在减少施肥次数的同时减少化肥用量10%[30-32]。经过多年探索，逐步解决了水稻机插秧同步侧深施肥技术对肥料粒径、比重、硬度、均匀度及养分配比等方面问题，筛选出了一批适宜当地水稻种植的专用肥料产品，形成了东北寒地水稻绿色高质高效生产技术规程，有效促进了当地水稻侧深施肥技术的推广应用。

2016年起，黑龙江农垦总局利用新型农机具补贴资金对购置水稻侧深施肥装置进行补贴。为了进一步推动农业绿色高质量发展，充分发挥政策引导作用，2017年农、财两部联合印发了《关于开展2017年农机新产品购置补贴试点工作的通知》，指导浙江、福建、湖南等地对水稻侧深施肥插秧机开展购置补贴试点，不断探索完善水稻侧深施肥装置补贴的操作办法，并逐步建立水稻侧深施肥装置补贴的长效机制。2018年水稻机插秧同步侧深施肥技术被列为农业农村部重大引领技术之一，各地逐渐加大了对水稻机插秧同步侧深施肥技术的研究与集成推广。同年，水稻侧深施肥装置被纳入农机购置补贴，各省在对插秧机补贴的基础上，另对6行及以上四轮乘坐式插秧机配套水稻侧深施肥装置进行3000～9000元不等的补贴。2019年江苏省发布了《江苏省示范推广水稻侧深施肥指导意见》，在全省范围内大力推广水稻侧深施肥技术。相关补贴政策和指导意见的出台，为水稻机插秧同步侧深施肥技术的推广应用提供了有力的政策保障和技术支撑。目前，江苏省水稻侧深施肥推广应用面积约1.3×104hm2。黑龙江农垦共配套水稻侧深施肥插秧15000多台，水稻侧深施肥技术推广应用面积达3.3×105hm2。湖南省在50多个水稻种植大县，累计推广水稻侧深施肥面积8×104hm2，共配套水稻机插秧侧深施肥机2500多台。浙江、安徽、江西、广东等地结合当地水稻生产条件及机械水平，也逐步开展了不同规模的水稻机插秧同步侧深施肥技术的集成推广应用。

1.3 水稻机插秧同步侧深施肥技术优势明显

大量研究结果表明，水稻机插秧同步侧深施肥技术在水稻机插秧同时，利用施肥装置定位、定量、均匀的施入肥料，有效促进了秧苗根系对肥料的吸收利用，具有节肥增产、减少环境污染、省时省工的技术优势[23,33-36]。良好的经济、生态效益，使得水稻机插秧同步侧深施肥技术得到了广大农民的认可。

黑龙江农垦创业农场1.3×103hm2水稻机插秧同步侧深施肥技术集成示范区跟踪监测结果表明（表1），对照区水稻全生育期化肥用量（折纯）235.2 kg/hm2，其中氮肥97.5 kg/hm2、磷肥55.2 kg/hm2、钾肥82.5 kg/hm2。通过水稻机插秧同步侧深施肥技术的集成应用，示范区水稻化肥用量（折纯）211.8kg/hm2，其中氮肥84.675kg/hm2、磷肥50.625 kg/hm2、钾肥76.5 kg/hm2，与对照区相比减少化肥用量接近10%，有效降低了过量施肥带来的环境风险。示范区采取“基蘖同施+追施穗肥”施肥方式，有效减少了施肥次数，有利于减少生产用工投入，缓解关键农时用工难的现象。产量统计结果表明（表2），示范区稻谷平均产量为9675.06 kg/hm2，对照区产量为9166.24 kg/hm2，增产5.6%，增产效果明显。考种结果显示，示范区水稻有效穗数、结实率、千粒重均有所提高。产量要素的改善，为水稻产量的增加提供了前提条件。与对照区相比，示范区水稻株高的降低和茎粗的增加，有效的促进了作物的抗倒伏性和抗病性的提高。

2 中国水稻机插秧同步侧深施肥技术推广应用的限制因素

推广水稻机插秧同步侧深施肥技术是我国农业绿色高质量发展的必然选择，但如何在农业发展新形势下更加科学、合理、高效的推广水稻机插秧同步侧深施肥技术，是急需解决的问题。黑龙江农垦作为国内农业机械化生产的代表，水稻机插秧同步侧深施肥技术的推广应用已经位于前列，但仍存在许多问题。现结合黑龙江寒地水稻机插秧同步侧深施肥技术推广情况，对目前影响中国水稻机插秧同步侧深施肥技术推广因素进行深入分析，以期为水稻机插秧同步侧深施肥技术大面积推广应用提供参考。

表1 水稻化肥用量统计 kg/hm2

表2 水稻产量要素统计表

2.1 区域间生产条件差异大

中国水稻种植在平原、山区、丘陵地带均有分布。根据施肥分区，水稻种植区域可划分为东北单季稻区、长江流域单双季稻区、南方单双季稻区和西南高原山地单季稻区等4个大区，其中东北单季稻区、长江流域单双季稻区、南方单双季稻区又可进一步细分为黑龙江寒地单季稻区、吉辽内单季稻区、长江上游单季稻区、长江中游平原单季稻区、长江中游平原双季稻区、长江下游单季稻区、江南丘陵单季稻区、江南丘陵双季稻区、华南平原丘陵双季稻区等9个亚区[37]。

区域间耕地条件差异大是影响水稻机插秧同步侧深施肥技术在国内大面积推广应用的首要因素。长江上游单季稻区、江南丘陵单季稻区、江南丘陵双季稻区、西南高原山地单季稻区，多为山地丘陵，平原较少，耕地坡度在2°～25°不等，部分区域坡度＞25°，包括云南全部、四川大部、重庆全部、贵州大部、陕西南部、湖北西部、湖南西部、湖南中南部、广西北部、江西东南部、浙江南部、福建中北部和广东北部[38-39]。丘陵山区坡陡弯多，农机作业道路修筑和维护难度大，大型农机进田难[40]。同时稻田规模小而散、田块形状不规则，集约化、标准化程度低等因素，都严重制约了当地于水稻机插秧同步侧深施肥技术的发展[41]。东北单季稻区、长江中下游单双季稻区全部以及华南平原丘陵双季稻区部分区域，位于东北平原、长江中下游平原地区，包括黑龙江、吉林、辽宁全部，内蒙古部分，湖北中东部、湖南东北部、江西北部、安徽全部、江苏全部、浙江北部、广西南部、广东南部、福建东南部和海南部分[38-39]。耕地集中连片、田块形状规则、土地平整，在发展水稻机插秧同步侧深施肥技术方面具有天然的地理优势[42-43]。

区域间、环节间农业生产机械化水平差异大也严重制约了国内水稻机插秧同步侧深施肥技术的推广应用。截至2018年国内水稻耕种收综合机械化率达80%以上，但区域间和生产环节间机械化发展不平衡等问题仍然十分突出。2018年中国水稻机耕水平高达98%，机收水平超过91%，而水稻机械化种植率仅为50.86%。目前东北三省和江苏、河北、山东等地的机播水平均在80%以上，其中黑龙江农垦达90%以上，基本实现了种植机械化，具有良好的技术推广基础[44]。湖北、安徽、浙江、四川、江西、湖南、福建等地机播水平大多在25%～50%之间，而广东、陕西、云南、贵州、海南等地机播水平不到20%，其中云南和贵州、海南的机播水平只有1%～7%[44]，机械化水平低，推广水稻机插秧同步侧深施肥技术难度较大。

2.2 生产成本增加

中国水稻种植成本在16500～18000元/hm2左右，按照稻谷单产9000 kg/hm2，稻谷收购平均价格2.5元/kg（根据《关于公布2019年稻谷最低收购价格的通知》）计算，每公顷净收益在4500～6000元之间（未包含政府补贴），与种植其他农作物相比，水稻种植不仅成本收益低，且劳动力消耗大。水稻机插秧同步侧深施肥技术虽然具有省时省工等技术优势，但侧深施肥插秧机购置、维修成本增加，机械作业效率降低以及水稻侧深专用肥购买成本增加，限制了农民对新技术的接受程度，影响水稻机插秧同步侧深施肥技术大面推广应用。

当前国内侧深施肥插秧机的研发仍然处于初级阶段，与自主研发的国产机型相比，久保田、洋马、井关等日本品牌的侧深施肥插秧机，无论是应用效果还是质量的可靠性，更具有竞争优势，因此进口机型在国内侧深施肥插秧机市场拥有更高的认可度高，市场占有比例更大[15,45-46]。同时，侧深施肥插秧机还存在购置价格高、折旧率高、维修费用高等“三高”问题。以黑龙江农垦为例，在政府补贴的情况下，侧深施肥插秧机与普通乘坐式高速插秧机购置价格相差10000～30000元左右。在同样的使用和养护条件下，侧深施肥插秧机折旧率更高，与普通乘坐式高速插秧机相比，使用寿命平均减少1～2年。

水稻插秧作业时间集中，侧深施肥插秧机跨区域作业难度大，对于水稻种植规模较小的农户，存在农机闲置时间长、利用不充分等问题。此外，侧深施肥插秧机的作业效率与作业效果和技术人员操作水平密切相关。侧深施肥插秧机属于复杂的农业机械设备，对操作技术要求较高。现阶段国内农村劳动力技术水平较低、专门从事水稻机插秧作业的相关人员有限，专业化服务组织缺乏，严重降低了侧深施肥插秧机的作业效率及实施效果[47]。目前水稻机插秧同步侧深施肥技术的作业效率较普通机插秧作业降低10%～30%左右。机械利用不充分及作业效率的降低，也间接增加了水稻的生产成本。

受作物需肥规律、水田特殊作业条件及排肥装置限制，水稻侧深专用肥要满足养分配比适宜、养分释放速率与作物需肥规律相符、防潮性能好、粒径大小合适、颗粒强度高、颗粒均匀等要求[48]。目前国内水稻侧深专用肥市场规模较小，产品研发投入不足，相关行业标准体系尚未建立，专用肥产品质量参差不齐、缺乏针对性、价格偏高等问题突出，在一定程度上影响了水稻机插秧侧深施肥技术的发展。

2.3 配套技术不足

育秧、整地等配套技术是否到位，直接影响了水稻机插秧同步侧深施肥技术的应用效果。水稻机插秧同步侧深施肥技术对秧苗质量及整地水平要求较高，秧苗齐整、高度适宜、根系发达能有效克服插秧过程中漏插缺苗、插秧后返青迟缓等问题；较高的整地水平能避免田面不平、沉淀不到位、水层深度不适宜引起的插秧不均匀、缺苗、漂苗、堆苗、压苗等现象，保障作业效果[49-51]。水稻育秧技术多样、土壤类型丰富、种植制度复杂，不同育秧技术所育秧苗素质量差异较大，各区域整地标准不一，与水稻机插秧同步侧深施肥技术对秧苗质量及整地水平要求的匹配度较差[52-55]。针对不同稻区、不同土壤类型、不同种植制度的水稻机插秧同步侧深施肥技术及其配套育秧、整地技术的操作规程尚未建立。此外，基层农技人员存在对关键技术掌握不足、对农户指导不到位的现象，造成技术保障不足，影响了农户对先进技术的接受程度，限制了国内水稻机插秧侧深施肥技术的发展。

3 深入推进中国水稻机插秧同步侧深施肥技术的对策与建议

3.1 优化顶层设计

中国水稻种植面积3×107hm2，机插秧面积接近60%。目前水稻侧深施肥技术推广应用面积仅水稻机插秧面积7%左右。水稻侧深施肥技术在国内的推广空间和潜力巨大，但各区域耕地条件、栽培制度、机械化水平差异较大，需结合耕地条件、农业生产机械化水平对各水稻种植区推广水稻机插秧侧深施肥技术的可行性进行科学分析研判，分区域、分阶段开展水稻机插秧同步侧深施肥技术的集成推广。同时，强化与地方农技推广部门、科研教学单位及相关企业合作，根据不同区域地形地貌、土壤供肥能力、作物品种需肥规律，筛选适宜的农机机型、肥料配方，研究制定适宜技术指标体系，不断优化配套技术，完善技术模式，形成适应不同区域的科学推广方案。

3.2 强化政策扶持

水稻机插秧侧深施肥技术典型的农机农艺融合施肥新技术，要在插秧同时实现肥料的精准深施，配套机械是关键，侧深专用肥料是核心。针对目前农村劳动力技术水平较低、专业技术人员缺乏等问题，地方政府要着力培育一批服务能力强的专业化服务组织。对重点培育的服务组织提供资金、政策倾斜及相关技术培训指导。依托测土配方施肥大数据，引导相关肥料企业，集成运用包膜控释技术，开发速缓氮素结合、养分配比适宜的水稻侧深专用肥，为种田大户提供定制式服务。建立健全推广配套政策，不断完善激励机制，制定相关作业补助方案，克服推广过程中先进农机设备缺乏、专用肥料价格高等问题，促进老旧落后农机具淘汰，进一步优化肥料用量。此外，通过制定优质农产品认证标准，严格标准执行及认证，加强市场监督管理，建立消费者信心，打开优质大米高端销售市场，从根本上解决农民使用新技术投入大收入低的问题，增强农民使用新技术的意愿。

3.3 加强示范引领

在技术推广基础好、推广潜力大的区域，因地制宜推广水稻机插秧同步侧深施肥技术。遴选一批积极性较高的种植大户、农民专业合作社、家庭农场等新型经营主体，建立核心示范区，积极引导示范区种植户应用水稻机插秧同步侧深施肥技术，同时辐射带动周边农户对新技术、新机具、新肥料的应用。通过技术培训、现场观摩、跟踪指导等多种形式，帮助农民掌握技关键技术，不断提升技术应用效果。依托互联网、电视、报纸、广播等途径，积极宣传水稻机插秧同步侧深施肥技术推广过程中的创新做法、典型案例、成功经验，营造良好的社会氛围。

4 结语

水稻机插秧同步侧深施肥技术是集肥料新产品、施肥新机具、施用新技术，三新融合于一体的施肥技术集成创新。通过插秧时同步定量、定位、均匀的施入肥料，保证水稻前期营养供应，促进根系养分吸收，减少肥料损失，达到省工、增产、提高肥料利用效率的目的，从而实现生态与经济效益的双赢。2018年水稻机插秧同步侧深施肥技术被列为农业农村部重大引领技术之一，各地逐渐加大了对水稻机插秧同步侧深施肥技术的研究与集成推广，但国内水稻机插秧同步侧深施肥技术的推广应用仍受到多种因素的限制。充分了解和认识水稻机插秧同步侧深施肥技术推广应用的可行性，深入研判分析其大面积推广应用的限制因素，制定科学有效的集成推广方案及扶持政策，对深入推进国内水稻机插秧同步侧深施肥技术发展，助力水稻化肥减量增效具有重要意义。