不同水稻机械化直播技术应用与对比*

赵新阳 ， 陈焕金 ， 韩 杰 ， 谢映妹

（潮州市农业机械化管理处，广东 潮州 521000）

0 引言

我国人多地少，粮食安全一直是国家的头等大事，水稻是我国最主要的粮食作物之一。潮州地处广东东部，粤东地区韩江中下游，属亚热带海洋性季风气候，山地、丘陵占全市总面积的65%，潮州市耕地面积为53.09万亩，其中水田面积26.77万亩，水稻种植面积为48多万亩，种植制度为双季水稻。但由于水稻种植劳动强度大，受农村劳动力转移、劳动力成本提高、农业生产资料价格上涨等因素的影响，农民对轻简化水稻种植方式的需求越来越强烈[1]。为保障粮食的产量与安全，近年来，潮州市积极推广水稻全程机械化生产，开展水稻种植机械化试验示范。

直播水稻省去了机插育秧和移栽的环节，节约了育秧环节的物化和劳动成本，是一种轻简化栽培模式，主要推广应用的水稻机械化直播技术有精量穴直播和无人机撒直播两种方式。精量穴直播是在大田同步完成开沟和播种工作，相对于传统人工直播技术，具有机械化程度高、规范性强、稳产性好以及产量潜力大的优势。无人机撒直播采用智能手机操控、全自主作业的智能播撒无人机进行作业。

项目组对机械精量穴直播、无人机撒直播、机插秧种植方式进行对比试验示范，探讨机械精量穴直播和无人机撒直播应用效果及高产栽培技术的可行性，并配套施肥、控水、病虫害综合防治等大田管理技术，分析对比不同种植模式，在相同管理条件下水稻生产过程中的成本、产量以及经济效益等数据，为发展水稻全程机械化技术推广提供依据，促进潮州市粮食生产能力的提高。

1 水稻机械化直播现状

以移栽为基础的水稻精细化种植模式中，水稻机插秧技术成熟稳定，但育秧成本较高，机械化有序抛秧技术还未完全成熟。随着高效安全除草剂的研制及广泛应用，从节约水资源、减少用工量、减轻劳动强度的低成本等角度出发，水稻机械化直播技术得到快速发展。但当前的水稻直播技术并不是传统直播栽培的简单回归，而是融合了诸多现代科技元素，对于实现生产的轻型化、专业化、规模化具有重要意义，直播稻面积不断扩大[2]。早期的机械化直播采用条播方式，造成播种量大且不均匀，易发生断条现象；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[3]。

同步开沟起垄水稻精量穴直播技术由中国工程院院士、华南农业大学教授罗锡文推广，同步开沟起垄直播技术田间示范如图1所示。该技术在田面上同时开设蓄水沟和播种沟，采用穴播方式将稻种播在垄上的播种沟中，实现了成行成穴有序生长和垄畦栽培，增加了根系入土深度，由于垄面少淹水或不淹水，提高了土壤中氧化还原电位，有利于水稻根系的生长和根系结构的改善[4]。

图1 同步开沟起垄直播技术田间示范

随着工业化的发展，无人飞机开始出现在人们的视野中并逐渐从军事用途向民用发展，人们也开始利用无人飞机从事农业生产。无人直升机通过性好，可在空中悬停，可远距离操控，可实现精准定位，结合空中遥感监测等技术，可实现按需变量作业，不需要专用的机场起降。无人直升机亦可在深泥脚田块、小面积区域作业，是地面机械无法企及区域的播种作业的较佳补充，可实现较佳的农业物料投入量，且可实现播量控制，播撒均匀度高[5]。无人机撒播作业目前存在撒播装置的普适性、撒播均匀性、气流影响、种子存活率等技术难点[6]。遥感技术、地理信息系统、全球定位系统和自主避障技术多技术融合，并集成应用到农用无人机当中，无人机播种器技术也快速发展[7-10]。

2 试验示范情况

试验示范地点位于潮州市潮安区江东镇下湖村，水稻连片种植面积300多亩；潮州市湘桥区官塘镇巷头村，水稻种植面积1 500多亩。两处均是粮食生产功能区，土壤较为肥沃，耕地质量等级在五等以上，交通便利，灌溉条件好，示范区域是近年来基本种植水稻的田块，示范点现有农用无人飞机、高速插秧机、拖拉机和其他小型水稻种植机械等，便于示范试验的开展。

2.1 供试材料

2.1.1 试验水稻品种

选用两个广东农业主导品种作为试验品种，美香占2号和华航51号。美香占2号籼型常规水稻，华南区可早、晚造兼用，早稻128～130天，晚稻112～113天，晚造株高90.5 cm～96.6 cm，穗长20.6 cm～21.2cm，亩有效穗21.8 万穗～22.1 万穗，每穗总粒数108～120 粒，结实率83.9%～87.7%，千粒重18.1 g～18.5 g。华航51适合广东粤北以外稻区早、晚造种植，生育期128天，早造2月底或3月初播种，晚造7月中下旬播种，株高100 cm左右，亩有效穗19.6 ～20.8 万穗，每穗总粒数134～140 粒，结实率87.0%～87.9%，千粒重21.8 g，适宜轻简化栽培。

2.1.2 选用的机具

精量穴直播机使用上海世达尔2BDXZ-12CP(20)水稻穴直播机，播种行数10行，作业幅宽2 m，播种穴距、每穴播种量均可调整。

无人机撒直播机采用飞翔达FXD1-16型无人机平台，撒播装置采用华南农业大学研发的无人机水稻撒播装置，播幅2.5 m、飞行速度 6 m/s，每小时能够完成 80 余亩的水稻播种作业。

插秧机选用久保田插秧机2ZGQ-6D1，行距30 cm，插秧速度每小时3～6 亩。水稻精量穴直播机与无人机水稻撒播示范如图2所示。

图2 水稻精量穴直播机与无人机水稻撒播机示范

2.2 实验设计

每个水稻种植示范点设置试验面积为150亩，其中机械精量穴直播面积为50亩、无人机撒直播面积为50亩、机械插秧面积为50亩。对不同栽插方式下的秧苗素质、茎蘖动态等作物性状进行比较，并分别测产。

2.2.1 田间准备

水稻机播机插前耕整地质量要求做到“平整、洁净、细碎、沉实”。耕整深度均匀一致，田块平整，地表高低落差不大于3 cm；田面洁净，无残茬、无杂草、无杂物、无浮渣等；土层下碎上糊，上烂下实；田面泥浆沉实达到泥水分清，沉实而不板结，机械作业时不陷机、不壅泥。直播田面保持湿润，不积水，土壤呈泥浆状，直播稻田在耕整作业后（或耕整作业同时）须加开横沟和进出水沟。

2.2.2 种子处理

直播各处理播种量2.5千克/亩，水稻机械插秧播种量1.8千克/亩。播种前对水稻种子进行晒种、洗种、浸种、拌种、催芽、晾芽处理。直播用种子注意催芽长度不超过2 mm，以免播撒时互相缠绕造成播撒不均匀。晾芽后要确保种子握在手中感受不到明显的水分，能从指缝中自然掉落，不发生结块现象。精量穴直播每穴3～4粒谷苗。

2.2.3 田间管理

水稻对比试验于4月3日同时播种育秧，出苗至2叶1心期田间保持湿润且无水层，并于3叶期进行浅水灌溉且施苗肥促分蘖，4叶期后按高产田进行生产管理，试验区域均按同一方式进行田间管理。各区域总施肥量相同，化学除草病虫害防治、管水均按各自的农艺要求分别管理。水稻于7月29日左右成熟。直播水稻使用除草剂田间除草3次，水稻机插使用除草剂田间除草1次。

2.2.4 测定项目与方法

水稻生长过程中对苗情进行监测，水稻成熟前每个试验区采用5点取样法取样，每个样点取10穴，统计每穴有效穗数，根据有效穗数平均值取10穴，测定水稻单株有效穗数、穗粒数、穗实粒数、千粒重，计算理论亩产量。同时，各个试验区去除边行用联合收割机脱粒，计算实割实收亩产量。

3 田间调查结果分析

从表1结果对水稻苗生长情况进行调查，可得每亩播种量相同的无人机撒播的苗数显著高于精量穴直播苗数，无人机撒播多出2 650株/亩，无人机撒播比精量穴直播多出30%的苗数，因此，无人机撒播比精量穴直播更能保证基本苗。

表1 水稻苗生长情况调查表

4 产量结果分析

水稻收获时，农艺及农机专家对实验示范点水稻进行测产验收，从表2数据看出，每穗总粒数、每穗实粒数、结实率、千粒重产量因素分析，均表现为无人机撒播高于精量穴直播处理方式，实收亩产量与理论亩产结果一致。不同播种方式的产量对比图，如图3所示。品种华航51的产量机插方式效果最好，但两个品种在机插秧方式，全生育期比直播生育期延长12天以上。

表2 不同机械化直播方式产量及其构成

图3 产量对比图

5 水稻抗倒伏分析

机械精量穴直播可同步进行开沟、起垄和播种，机械精量穴直播种子播在垄面上，水稻根系在湿润富氧的土壤环境中生长发育，有利于直播稻全苗保苗。垄面上的播种沟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，有序生育优势水成行改善了直播稻田的通风透光条件，充分利用空间和温光资源，后期增强水稻抗倒伏能力。机插秧水稻抗倒伏能力强于直播。

水稻无人机撒播采用圆盘转动方式将稻种抛甩出仓，种子在田间呈现随机、无序分布，水稻苗数较多，密度大且无序排布，不利于水稻田的通风透光，不利于提升抗倒伏能力，特别是在潮州地区，台风天气时有发生，水稻抗倒伏能力尤为重要。

6 经济成本分析

根据表3和课题组测算，3种不同水稻机械化种植方式，在后续施药量、施肥成本等相同的情况下，无人机撒播产量高出水稻精量穴直播5.4%。机插秧除草剂使用量最少，比两种直播方式使用量少38.6%。

表3 不同播种方式作业成本及其构成

无人机撒播用人工时为6.8 h，水稻精量穴直播用人工时为13 h，机插秧运秧、摆秧、补秧等用工较多，用人工时为48 h，无人机撒播播种效率更高，播种时间更短，单位播种面积无人机撒播作业时间减少75%，作业成本减少25%。从用工成本来看，无人机直播作业时间短，亩成本约40元；精量穴直播作业时间与用工成本适中，亩成本约100元；机插秧作业时间较长，每亩成本约178元，其中：机械插秧费用100元，育秧、运秧等环节费用78元（包含秧田整地8元，浸种、播种8元，秧盘、地膜15元，苗期施肥2次22元，喷药防治病虫害2次10元，运秧15元）。无人机直播比机械插秧可节约成本29%，无人机撒播成本是精量穴直播成本的40%，经济效益明显。

7 讨论

不同的水稻直播方式影响水稻对温度、光照、养分等资源的吸收和利用，从而对水稻生长性状和最终产量产生不同影响，水稻机插能保证基本苗，但生育期明显延长，不利于产量的提高；无人机撒播相比精量穴直播，相同的播种量容易获得更高的基本苗数，获得更高的每穗总粒数、每穗实粒数、结实率、千粒重和产量，产生的效益相对较高；但是水稻精量穴直播播种更加均匀，播种成行成条，后期田间通风透光性更好，有助提高茎蘖的发生和降低茎蘖的消亡，提高稻苗的壮实度，有利于提升水稻的抗倒伏能力，对于广东沿海丘陵地区水稻种植区尤为重要。

随着城市化进程发展，广东农村劳动力成本逐步增加，选择更加简单便捷、投入更低、效率更高的水稻机械化作业模式已成为大势所趋。无人机撒播作业劳动强度更低，随着作业规范化、智能化水平提高，节本增效优势突出，符合广东潮汕区当前规模化经营丰产增效的要求，为水稻机械化种植开辟了新途径。但同时也要看到，无人机散播的后期管理成本有所增加，相比传统机插秧存在农药用量增大的风险，应在安全使用除草剂的情况下使用直播作业方式。