水稻覆膜插秧技术

2023-01-15邢占强

农机使用与维修 2023年1期

田野，邢占强

(黑龙江省农业机械工程科学研究院，黑龙江哈尔滨 150081)

0 引言

我国是水稻生产及种植大国，2020年，我国水稻种植面积为3 007.6万hm2，相比2019年提高1.3%；但由于灾害，水稻单产为7 044.0 kg·hm-2，相比2019年降低15.0 kg·hm-2[1]。目前，水稻种植仍以人工种植方式为主，农户们依靠种植经验进行播种、插秧、施肥等步骤，往往插出的秧苗总是疏密不一，且整个过程生产力低，耗时较长，对秧苗生长不利。因此，在水稻栽培种植过程中，为全方位保障其产量与质量，科研人员采取杂交、品种改良、栽培技术改良等方法，以达到水稻增产增收的目的。

水稻机械化育苗插秧技术是在品种与栽培技术之后的一项技术革新，属于提升水稻劳动生产率的技术革命。水稻机械化插秧具有省时、省工、省秧田、省成本、减轻劳动强度，促进水稻早熟、增产增效的优点，可满足种植环境、条件的限制及水稻栽培的现实需要。插秧机的出现源于我国的汉代，北宋时使用的秧马是最早用于水稻拨秧和插秧作业的辅助乘坐器械。1956年春，我国又研发出人拉单行铁木结构插秧机；同年又研发出畜力4行梳齿分秧滚动式插秧机，并命名为“东风号插秧机”，并在20世纪70年代实现了大面积推广应用，推动传统农业向现代化农业转变。1980—1990年插秧机技术飞速发展，陆续出现了手扶式插秧机、独轮乘坐式插秧机、乘坐式高速插秧机等。随着技术的发展，有学者提出将机械化插秧与覆膜设备相结合，够实现生物质降解地膜铺设和插秧一体化作业，在提高种植效率的同时，还可减少水肥的使用量，提高水稻产量，提高土壤地温和水温，防止杂草的生长，提高有效分蘖率，从而提高水稻产量[2]，是实现高效低耗栽培技术的新途径。

因此，本文分析了水稻覆膜械化插秧技术的重要性，并对其优点、缺点及经济效益进行分析，以期为该技术的进一步研究与应用提供参考。

1 覆膜插秧机

水稻覆膜插秧技术是在现有成熟的乘坐式高速插秧机上配装铺膜功能部件，实现覆膜、插秧机械一体化作业的水稻种植新技术。其关键在于覆膜的同时戳破地膜插入秧苗进行栽培，这样可在植株生长前期创造一个利于秧苗生长，而抑制杂草生长发育的环境条件[4]。该技术可以灵活调节插秧的深度和株距，水田经地膜覆盖达到封闭灭草、节水、增温、促早熟等作用，可实现经济效益和社会效益双增长。

如图1所示，覆膜插秧机主要由覆膜辊、脚踏板、秧箱、带状苗卷、压膜辊、脱膜架、切膜刀、压膜边辊构成，可实现整地、覆膜、压实、打孔和覆土压膜等功能联合作业。工作时，地膜由覆膜辊引出，平铺在土层表面，在覆膜辊的作用下压实；压膜边辊侧边翻出土壤压实地膜，避免地膜被风刮起。覆膜的同时，同步开孔插秧，避免了秧苗与地膜直接接触造成根系损伤，覆膜后水田效果图如图2所示。

1.乘坐式高速插秧机；2.覆膜辊；3.脚踏板；4.秧箱；5.带状苗卷；6.压膜辊；7.脱膜架；8.切膜刀；9.压膜边辊图1 覆膜插秧机结构示意图[4]

图2 水田覆膜图

栽培土质宜选择砂壤土、轻壤土和重壤土，pH值在6.0～8.5之间、地势平坦、土壤水分充足的土地。覆膜能够将土壤温度提高3～5 ℃，因此应选择抗逆性强、高产、优质、晚熟的水稻品种，有利于增加水稻的产量[5]。

采用覆膜技术，要施足底肥，谨防早衰，可相比露地栽培增加20%～30%施肥量，或采用缓控释肥、生物有机肥等先进的肥料，以满足水稻在整个生长期内对营养元素的需求，保证水稻产量与品质。底肥在初耙后施入，再次翻耙，使化肥与泥土层混拌均匀，如中后期稻株出现脱肥状态，可在穴中间扎孔深施，也可在雨天前或灌水前把有机肥追施在畦外围，便于随活水入穴孔，或用有机肥水进行叶片喷洒，可达到追加肥量的效果。

2 地膜的应用

常用的农用塑料地膜主要成分是低密度聚乙烯，在自然条件下，完全降解需要200～400年，带来严重的“白色污染”。土壤中塑料薄膜的残留量过高会改变土壤的理化性质、降低肥力、透气性变差，还会限制植株根系生长，提高弱苗率和死苗率，降低作物产量[5]。

为解决此问题，科研人员逐渐研发出以农产品及农业废物为原料的环保型生物降解地膜，在适当条件下，其被微生物和藻类等逐渐降解为H2O和CO2，实现地力提升，一般3～6个月就可完全降解，降解情况如图3。可有效改善土壤微生物群落结构和土壤酶活性，还可以直接还田或堆肥，培肥土壤，可实现农业可持续发展。生物降解地膜常采用淀粉、纤维素及其衍生物聚乳酸(PLA)和聚羟基烷酸酯(PHA)等为原料，其中最为常用的是纤维素地膜。杨敏等[6]以100%苎麻纤维地膜为实验对象，将其埋入种植小白菜的麻沙泥中，对比11个月后土壤pH值、营养元素及有效态重金属含量，发现麻纤维地膜还田对这三个指标均无显著影响。比较小白菜植株长势发现，使用地膜的实验组小白菜体内氮、磷、钾含量均有所升高，其植株株高也较对照组高17.79%～ 22.42 %，这可能是由于麻纤维地膜分解释放了其本身的养分，促进土壤原有有机质的周转，进而释放氮、磷等养分，为小白菜的生长提供养分保障。针对地膜的分解速率影响因素，龙世方等[7]做了进一步的研究，他发现土壤中微生物量及酶活性(尤其是纤维素酶和过氧化氢酶)与麻纤维地膜的降解速率呈正相关，小白菜的种植与施肥量的增加却抑制了降解速率。如今该技术已成功普及至湖南、湖北、黑龙江、江苏、安徽等地，累计推广30万hm2，每公顷增产375 kg、增收1 050元[8]。

图3 地膜降解情况

但是，现今农民在栽培过程中仍普遍使用塑料膜，降解地膜没有得到广泛普及。因此在下一步工作中，需着力推进可降解地膜的应用，采取电视、广播、网络等多元化宣传方式，鼓励并引导广大地膜使用者积极参与到“地膜改革”活动中。

3 优点

3.1 保水

与传统培育方式相比，覆膜可在地面和地膜之间形成半封闭的空间，可使土壤蒸发的水分保留在稻田与薄膜形成的空间内，即使在光照强烈的条件下也不会完全蒸发。当夜晚温度降低时，水蒸气凝结成水滴落入土壤，以维持土壤水分，起到节水保水的作用。王立明[9]等通过实验证明周年覆膜的大豆苗在0～60 cm土层深度处，其土壤含水量均高于单次覆膜和传统露地。

3.2 保温

覆膜削弱了潜热交换损失，减弱土壤与外界的热交换，提高了土壤吸热效率，增加了覆膜微环境的全年积温[4]，可充分满足水稻生长发育对温度的要求。水稻分蘖最适温度为30～32 ℃，覆膜可在早期使水稻在近地面处产生更多的分蘖节，植株有效分孽率提高、营养生长期延长、营养体增大，减少营养的浪费，水稻可增产750 kg·hm-1，增产率达10%以上，增加收入600 元·hm-2。

3.3 土壤中养分及肥料

随着地膜温度和湿度的升高，土壤的体积密度逐渐降低，孔隙度升高[12]，为土壤中微生物(如真菌、细菌、固氮细菌等)的活动提供了有力的帮助，进而提高土壤酶活和土壤养分的有效性，使营养物质转化为植物更易吸收的养分，提高肥料投入利用率，为促进土壤潜在养分转化为有效养分创造了有利条件[13]。另外，随着灌溉水用量的减少，也降低了肥料随水淋溶及流失，从而提高了肥料的利用率，减少肥料投入。

3.4 降低杂草和病虫害风险

采用黑色降解膜覆盖，形成的半封闭式空间使膜与土壤之间形成氧气屏障，田间杂草在未长出地表前就因无法光合作用及窒息而死亡，水稻苗孔处的杂草也在与水稻竞争中处于劣势，田间杂草的生长得以控制，防止其争夺肥料和水源。

同时，覆膜后田间光照条件改善，地表相对湿度低于稻田，对水稻病虫害起到有效的抑制作用，降低各种病虫害的发生和传播[14]。祝增荣等[15]对比稻田覆膜旱作和常规淹水稻田单季稻纹枯病株发病率，发现其明显低于常规水稻，天敌及腐食者密度也低于常规水稻。

4 缺点

水稻的生理活动对温度十分敏感，其生长的最适温度为24～28 ℃，覆膜虽提升了膜下微环境的积温，但当温度过高时，也会降低水稻的产量和品质、改变淀粉分支酶活性，影响粒长、粒宽和粒重等。对此，需根据水稻品种、外界气候条件和土壤环境等因素，选择不同薄厚、材料地膜以适应不同的种植条件。

Yang等[16]以88S/1128型杂交水稻为研究对象，比较无膜种植和有膜种植情况下水稻倒伏指数变化发现，覆膜后稻倒伏指数较未覆膜组水稻增加了14.68%～17.09%。产生这一原因可能是：覆膜后，稻田地表土壤的水分含量增加，水稻不会向土壤深处扎根，易倒伏；覆膜后，也无法根据水稻生长情况追肥，只能在覆膜前一次性添加肥料。

5 经济效益

在种植环节，水稻覆膜插秧与人工栽种相比，其所需的时间资源、人力资源较少，可大提升插秧过程的工作效率。通常情况下，人工栽种水稻的前期投入为2 000元·hm-2，而采取水稻覆膜插秧技术成本可降低至300元·hm-2，可减少投入1 700元·hm-2[17]。同时，人工种植过程中，为保证作物的生长，要根据情况定期对杂草进行清除。使用小型手提式除草机新增作业成本550元，这种除草方式除草率只有40%～50%，且工作效率低，仍需配合人工除草。而覆膜处理在不增加成本的前提下，除草率在85%～90%，节省成本、提高效率。同时采用水稻覆膜插秧技术也显著降低了农药的使用量，这在确保水稻健康生长的基础上，显著提升了水稻品质，这对解决粮食安全问题也有着促进性作用。