水稻机械直播同步覆土技术装备研究现状及发展趋势*

胡敦科，刘木华，陈雄飞，余佳佳，刘俊安，刘兆朋

（1.江西省现代农业装备重点实验室，江西 南昌 330045；2.江西农业大学，江西 南昌 330045）

0 引言

我国水稻常年种植面积约为3 000万hm2，产量约占粮食总产量的1/3[1]。受到农村劳动力转移、劳动力成本攀升、农业生产资料价格上涨及粮食价格疲软等因素的影响，农民对轻简化水稻种植方式的需求越来越强烈[2-3]。水稻直播因省去了育秧、起秧、运秧、移栽等作业环节，是一种轻简化种植方式，越来越受到农民的欢迎，我国约有30%的水稻种植采用直播方式[4-5]。

我国水稻直播主要有人工撒直播和机械直播两种。人工撒直播秧苗在田间无序分布，通风透光性差，易感染病虫害，且后期容易倒伏。机械直播可通过开沟起垄的方式将稻种成行或成行成穴播入田间，实现了有序种植。相较于人工撒直播，机械直播水稻秧苗生长均匀，通风透光性好，不易感染病虫害，且抗倒伏能力显著提高，逐渐受到农户青睐[6-7]。

水稻机械直播主要分为机械旱直播和机械水直播。我国北方稻区多采用机械旱直播，可一次性完成开沟、起垄、播种、覆土的复合作业；南方稻区多采用机械水直播，可一次性实现开沟、起垄、穴播或条播的复合作业，但未进行覆土作业，稻种均裸露在泥面上，易受到鸟鼠害、雨水冲刷、阳光暴晒、低温等因素的影响，导致全苗难及群体生长不均匀，影响水稻产量[8-9]。为此，亟需在南方稻区开展水稻机械直播同步覆土技术研究，以保障南方直播水稻安全生产。

1 水稻机械直播技术研究现状

1.1 机械化旱直播技术

机械旱直播是将未催芽的稻种采用机械播种的方式播在旋耕后表土细碎的旱地种沟内，并在生长期内进行科学的灌溉和田间管理，提高了水资源利用率和产量，具有高效增产优点。

美国和欧洲国家水稻种植几乎全采用机械旱直播方式，其中美国John Deere公司研发的BD11系列机械式谷物直播机和德国Amasone公司研发的AD-P系列气吹式条播机等装备播种量在150 kg/hm2以上，作业速度达到10 km/h，均得到大规模推广应用[3]。

现阶段，水稻机械化旱直播技术较广泛应用在我国北方稻区。我国水稻机械化旱直播技术研究起于20世纪60年代，早期的旱直播机是基于小麦条播机改制而成，对稻种适应性差，未能解决杂交稻和常规稻播量调节的问题，难以实现精量直播[3]；杨坚等[10]改进的2BD-8自走型分流式水稻直播机，增设了分流盘，实现了水稻旱直播的播种量可调，但仍未解决杂交稻精少量播种的难题。随着现代农业的快速发展和轻简化种植的生产需求，机械化旱直播技术进入了推广应用的快车道。为解决我国水稻旱直播机对杂交稻与常规稻的精量播种等问题，国内学者对水稻精量排种技术开展了深入研究，主要为机械式与气力式。曾山等[3]基于农机农艺融合研制了2BDH型水稻精量旱穴直播机，采用播量可调组合型孔式排种器，基本满足了不同稻区和不同品种对播量的要求；刘春波等[11]研制了一种水稻螺旋槽式排种器旱直播机，减少了排种脉冲现象产生，实现了播量大范围调节；赵永亮等[12]研发的水稻旱直播机实现了播种量在30 kg/hm2～200 kg/hm2范围内可调。因气力式排种具有不伤种和精量排种的优点，逐渐引起了关注。夏俊芳等[13]研制了一种气力式水稻芽种精量旱直播机，可实现2～4粒稻种精量排种，具有作业效率高和伤种率低等优点；戴亿政等[14]研制了一种气吹集排式水稻旱直播机，采用播量无级可调槽轮式排种器使得播种量在75 kg/hm2～375kg/hm2之间可调，最高作业速度达到14 km/h。

总之，我国水稻机械旱直播技术装备得到了快速发展，形成了系列产品，均可实现开沟、起垄、播种、覆土的复合作业，并在北方稻区得到了广泛推广应用。

1.2 机械化水直播技术

机械水直播是将预催芽处理的稻种播于耕整后没有积水的泥面种沟内，具有扎根深、根系活力强、分蘖势强和高峰苗数充足等优势，多应用于灌溉条件较好的地区。

日本和韩国的直播水稻多采用机械水直播方式种植。日本和韩国基于水稻高速乘坐式插秧机动力底盘保有量的优势，久保田、矢崎、东洋和大同等企业以高速乘坐式插秧机动力底盘，搭配槽轮式排种装置，开发了系列水稻水直播机具，并得到了较为广泛的应用[3]。

我国水稻机械水直播技术主要应用于长江中下游稻作区。早期的上海沪嘉系列直播机采用条播方式，造成播种量大且不均匀，易发生断条现象[3]；浙江省农户改装背负式喷雾机进行水稻喷直播作业，虽作业效率较高，但造成稻种分布不均匀[15]。为解决我国水稻机械化水直播技术装备播种均匀性和对田块的适应性等问题，罗锡文等[16-20]首创性提出了同步开沟起垄水稻精量穴直播技术，研发了播量可调组合型孔式、垂直圆盘气吸式和气吸滚筒集排式等系列排种器，并以高速乘坐式插秧机动力底盘为配套动力，研制了系列同步开沟起垄水稻精量穴直播机，广泛应用在我国南方稻区。此外，农业部南京农业机械化研究所种植机械化团队[21]和杨文武等[22]均研制了与轮式拖拉机配套的大型折叠式宽幅水稻精量穴直播机，大大提高了作业效率，可满足大型农场的高效作业需求。

总体上，我国水稻机械水直播技术装备也得到了快速的发展，形成了系列产品，可一次性实现开沟、起垄、穴播或条播的复合作业。但机械水直播稻种均裸露在泥面上，易受鸟害、鼠害、阳光暴晒、雨水冲刷、低温等因素影响，导致全苗难及群体生长不均匀。为此，迫切需要开展机械水直播同步覆土技术研究。

2 水稻机械直播同步覆土技术研究进展

2.1 水稻直播同步覆土技术

合理的水稻直播覆土有利于提高水稻出苗率、秧苗素质及水稻产量，但机械旱直播与机械水直播同步覆土技术存在明显的差异。周凤明等[23]通过大田试验，研究了浸种催芽和播种深度对麦后旱直播稻田间成苗率的影响，结果表明播种深度直接影响旱直播水稻成苗率，出苗率随播种深度增加而降低；倪道理等[24]和朱江艳等[25]均开展了不同播种深度对机械旱直播水稻产量影响的试验，结果均表明播种深度在10 mm～20 mm时，有利于提高机械旱直播水稻成苗率、有效穗数和产量；杨庆等[26]在盆栽条件下，研究了不同播种深度对水稻旱直播出苗率的影响，结果表明播种深度在10 mm～30 mm条件时，水稻出苗率最高，当播种深度增至70 mm～90 mm时，水稻出苗率极显著降低；王成等[27-28]采用盆栽方式研究了不同温度和覆土深度对旱直播水稻出苗率的影响，结果表明同一品种在高温时的出苗率显著高于低温，覆土深度在0 mm～30 mm时，出苗率随覆土深度的增加而下降，出苗率在覆土深度为5 mm时最高；余佳佳等[29]研究了覆土厚度对水稻水直播全苗的影响，结果表明合理的覆土厚度有利于出苗率及秧苗素质的提高，且覆土处理有利增强抵抗低温的能力，并明确了水直播同步覆土厚度以5 mm为宜，不超过10 mm。

2.2 机械直播同步覆土装备

基于水稻直播覆土的农艺需求，机械直播同步覆土装备相继涌现。北方稻区水稻机械化旱直播通过搭载同步覆土装置进行复合作业，已得到大面积的推广应用，如曾山[30]研制的同步覆土装置通过覆土轮挤压沟壁土壤将种沟覆盖，利用平行四杆单体仿形机构可将播种深度控制在10 mm～30 mm，有效解决了播种深度控制一致性的问题，保证了出苗率；夏俊芳等[13]研制的覆土镇压装置通过镇压轮对种沟内稻种进行镇压覆土，镇压轮带有的限位杆和调压弹簧可控制镇压的深度和力度，避免损伤稻种。但南方稻区因水田土壤含水率高、流动性强，实现同步覆土难度较大，现阶段对机械化水直播覆土装备的研究相对迟缓。针对南方稻区水稻机械化水直播同步覆土的难题，罗锡文等[31]提出了一种水稻精量直播仿生压种滚轮装置，依靠滚轮与泥面的摩擦力实现滚动压种覆土；余佳佳等[32]研制了一种同步悬摆式覆土装置，将播种沟两侧垄台土壤运移覆盖在稻种上，完成覆土作业，但均未见实际推广应用的报道。

3 水稻机械直播同步覆土技术发展趋势

北方稻区机械旱直播同步覆土作业技术已趋向成熟，但南方稻区受水直播田块土壤特性的影响，机械水直播同步覆土作业存在一定的技术难题。为解决这一技术问题，需充分融合农机农艺技术，从品种的选育到耕整、开沟、播种、覆土等多环节系统性开展研究，主要发展趋势及方向如下。

1）适宜直播覆土品种的选育。根据水稻机械水直播种植农艺技术要求，筛选或培育出具有高活力和耐缺氧能力的适合直播覆土的水稻品种，确保一定覆土厚度范围内水稻出苗响应速率基本一致。

2）气力式同步覆土技术。南方稻区水直播田块土壤含水率高、流行性好且粘性强，机械接触式同步覆土装置难以保证覆土厚度的一致性及可控性，且存在覆土装置上粘附的土壤将已播稻种从种床带离的问题。气力式同步覆土是重要的发展方向之一，即采用高速气流将稻种直接送入田块土壤内，通过控制气流流速实现对播种深度的控制。

3）覆盖外援性材料。即机械水直播过程中在播种行上侧覆盖外援性材料，如土壤粉末、水稻育秧基质、可降解地膜等，以解决南方稻区直播水稻稻种裸露在泥面的问题，但需要考虑外援性材料成本及不同外源性材料覆盖厚度对出苗率的影响。

4）智能化覆土性能监测技术。智能化监测机械直播同步覆土作业性能是重要发展方向。重点研究覆土厚度、覆盖率、漏覆率智能化监测及覆土执行机构的自适应调整。

4 结束语

我国水稻种植区域广、面积大、种植品种繁杂，受农业生产劳动力转移及成本攀升等因素影响，水稻机械化和轻简化种植模式是实现产业发展的重要途径，无论是机械化旱直播技术还是机械化水直播技术，均需实现农机农艺融合，提升机械直播装备的适应性和作业效率。

水稻机械直播同步覆土技术是保证直播水稻全苗及群体生长的重要措施，北方稻区机械旱直播同步覆土技术已趋向成熟，但南方稻区机械水直播同步覆土技术发展较为迟缓。为提高南方稻区机械水直播抵抗风险的能力，亟需开展机械水直播同步覆土技术与装备的研发，重点突破南方水田直播土壤对覆土技术的限制。