辽宁稻区机械化宽窄行移栽技术研究进展与应用分析

2023-10-22李跃东董立强杨铁鑫马亮隋国民王双宁宝常

中国稻米 2023年5期

李跃东董立强杨铁鑫马亮隋国民* 王双宁宝常

（1 辽宁省水稻研究所，沈阳 110101；2 灯塔市农业农村事务服务中心，辽宁灯塔 111399；第一作者：daozuosuo@163.com；*通信作者：guomin666@126.com）

辽宁是我国粳稻主产省之一，年均种植面积约50万hm2，其稻谷单产和稻米品质均处于国内较高水平[1-2]。近年来随着机械化的应用和生产经营规模的扩大，辽宁省已基本实现了育苗、移栽和收获等生产过程机械化，为地区水稻高质量发展提供了良好的生产作业基础[3-5]。技术的革新和农业发展结构的改变对地区水稻生产提出了新要求，新时代下水稻生产需兼备节本、绿色、高效和优质等特点[6-7]。

水稻机械化宽窄行移栽是将传统机插秧行间等距调整为“宽行-窄行”间距插秧方式，形成纵向大小垄，充分发挥边际效应，通过改善植株间通风和透光性，使叶面积指数增加、叶片寿命延长和干物质积累加速，从而实现优质高产与节本增效[8]。据不完全统计，目前已有包括久保田、久富、锦禾等近10 种宽窄行插秧机进行机插秧作业[4,9-12]。基于2018—2022 年机械化宽窄行移栽技术在辽宁稻区的应用情况，归纳总结了其田间表现及应用效果，提出相关技术发展建议，以期为辽宁稻区水稻机械化生产高质量发展提供参考。

1 宽窄行移栽方式的产生

在水稻生产上过窄行间距通风透光差，叶片相互荫蔽，光合能力下降，导致干物质积累减少，产量降低；过宽行间距虽能提高边际效应，但漏光严重，总生产能力不高。近几年，关于水稻宽行-窄行组合的田间试验已初步探明，行间距配置是实现水稻高质量生产的重要措施[2,9]。随着现代作物生产机械化水平不断提高，先进农艺技术的高质量实施越来越依赖于农机技术的配套，这使得机械化宽窄行插秧机应运而生[8,13]。

图1 不同株行距插秧方式示意图

宽窄行插秧机通过改变移秧箱和分插机构的结构，获得宽窄行移栽效果。根据育苗方式可分为毯苗宽窄行插秧机和钵苗宽窄行插秧机；根据移栽行距可分为固定宽窄行插秧机（37 cm+17 cm、33 cm+17 cm、30 cm+25 cm、40 cm+20 cm 和34 cm+16 cm 等）和可调宽窄行插秧机；根据田间移栽效果可分为等穴距宽窄行插秧机、不对称三角宽窄行插秧机（Z 字形）和穴距不等宽窄行插秧机（回字形）。受水稻品种类型、土壤水肥条件差异、生产地域地形条件和传统移栽习惯等因素影响，各地区选择宽窄行插秧类型不一[2,4,14]。

2 宽窄行移栽方式下水稻农艺性状变化

2.1 产量及其构成因素变化

宽窄行通过调整栽插密度和行距配置，能有效改善作物群体结构，合理的群体构成能增强作物群体的通风透光性，有效防止光照不足带来的光能损失，从而使作物群体更加有效利用光能，提高光能利用率，增加作物叶面积指数和干物质积累[15-16]。严田蓉等[17]研究表明，在重施基蘖肥条件下，宽窄行栽培和三角形栽培方式下的田间群体结构有受光优势，更易在前期得到优势群体，生物产量增加，库容量扩大，形成“源”足“库”大的高产基础。宽窄行配置方式能有效协调穗数和穗粒数，增大群体颖花量，充分发挥水稻单株生产力，促进光合物质生产与转化，从而攻取高产。

图2 宽窄行移栽田间示意图

董立强等[4]在辽宁中部平原稻区进行多年水稻宽窄行试验，发现以辽粳401 为供试品种，宽窄行（37 cm+17 cm）方式在苗期保证全苗，分蘖期整个植株可接受光照，该时期呈现出宽窄行；拔节期当茎秆形态由扁变圆的初期，叶片扩张使得此时获得最大的光截获面积，该时期宽窄行消失；随着生育进程的推进，抽穗期前剑叶挑出，植株个体形态收敛，宽窄行再次出现；齐穗数达到约470 万/hm2，此时株高105 cm 左右，宽行恰好可为水稻上3 叶提供太阳辐射所需的角度空间，提供良好的受光姿态，且可降低纹枯病发生；随着籽粒灌浆的进行，穗部受到重力影响开始下垂，群体有效穗数达到412 万/hm2，穗部覆盖了冠层，宽窄行再次消失，成穗率达到85%以上，较当地常规等行距种植平均产量提高7%以上。

2.2 水稻根系及肥料利用变化

宽行和窄行间隔栽插形成了地上部分和地下部分的行内、行外分布格局，造就了理论上行外区域生长优势和行内竞争劣势，可以改善水稻根系形态与生理特征，提高地上部生理活性[18-19]。其中，宽窄行三角形栽培方式，在行间、株间、根层间均形成不对称结构，为根系生长发育提供空间配置。此外，随着分蘖的发生、叶片的伸展和穗部灌浆的弯曲使得宽窄行在生育期内出现“消现”现象，可在保障有效穗数的基础上提高40 cm、60 cm 冠层透光率[14]，生育进程中可使阳光照射到宽行，提高了植株底层和地表温度，促进了根系的生长发育，增强了根系从土壤中吸收养分的能力，为地上部生长输送更多养分，改善地上部的生长发育，提高产量[20-21]。

自2015 年农业农村部实施化肥施用量“零增长”行动以来，持续推进化肥减量增效工作成为水稻栽培技术热点研究方向[22]。水稻在适当扩大行距时，可改善植株形态特征，使中后期的生产优势得到充分发挥。严田蓉等[17]研究表明，在重施基蘖肥的条件下，宽窄行栽培和三角形栽培方式可使水稻生物产量增加，库容量扩大，为高产形成“源”足“库”大的基础。宽窄行栽培以其较高根系生理特性和分布形态特征，促进了单位面积高质量的有效穗数和成穗率，在相同肥料投入量的条件下提高了肥料利用率，水稻得以高产。笔者近年通过对辽宁中部平原稻区不同分蘖类型水稻品种栽植试验调查结果表明，宽窄行模式下大穗少蘖型品种（铁粳11 等）前期源足，应注重穗肥施用以达到“疏流”“强库”和“促粒饱满”以质取胜的增产目标；穗粒兼顾型品种（辽粳401、辽粳419 等）和小穗多蘖型品种（盐丰47等）营养生长期优势明显，应注重蘖肥施用以达到“早发精壮”和“促蘖成穗”以数取胜的增产目标。

2.3 病虫害发生情况变化

相较于传统等行距模式，水稻宽窄行种植模式温光生产效率约提高19%[4]，同时株间湿度降低，有利于后期田间管理，提高单位面积产量。同时宽窄行能够有效降低水稻病害发生，减少农药喷洒量和残留量，从而保证水稻品质和高产。宽窄行群体结构优良，还可降低倒伏发生，减少由倒伏带来穗部着水引发霉变等造成的产量损失和品质下降，同时降低机械化收获难度[8，23]。马亮等[14]对辽宁省盘锦和东港稻蟹种养田植保防控成本分析研究表明，宽窄行模式可降低纹枯病和稻瘟病发生概率，减少2 次化学防控，两地分别可节约成本1 200 元/hm2和900 元/hm2。

宽窄行在生育进程中宽行、窄行的间隔分布为水稻群体提供了优良的通风透光通道，在群体生物量最大的拔节期可降低纹枯病发生，使得叶片和茎鞘保持健康状态，为光合作用提供更多更有效的截获面积[24-25]。

3 宽窄行移栽生产方式优化及效益分析

目前水稻机插秧生产多为等行距移栽，受农业技术、农业机械化、社会经济发展和产业革新多重因素影响[26-27]，机械化宽窄行的兴起、改良与应用还需进一步完善和提升方能大规模推广。在技术层面做好农机与农技的结合、水稻农艺性状与农机适应的基础上，在社会层面和经济层面做好机械的更迭周期与农民的经济采购能力、种稻者的心理期望值与机械带来的综合回报调研分析，将有助于水稻机械化宽窄行移栽技术的高质量发展。

3.1 宽窄行移栽方式下农机与农技的结合

农艺技术主要着眼于产量，忽略农机作业适应性，而农机侧重于针对不同的种植模式，研究出不同作业要求的机械，而与农技的结合缺乏研究[28-30]。水稻机插秧不仅要严格符合插秧机作业质量的标准，同时还要有利于水稻高产优质的形成。孙良等[9，13]研究表明，水稻钵苗Z 字形宽窄行移栽将Z 字形宽窄行种植和钵苗移栽相结合，可有效提高水稻品质和产量。鲍伟君[10]在久保田SPV-6C 型高速水稻插秧机基础上改进，设计出一种可调宽窄行的高速水稻钵苗插秧机移箱，实现了精准取苗和栽插，发挥出宽窄行种植的优势。王磊等[29]设计了一种平面非圆齿轮圆锥齿轮组合传动的空间行星轮系水稻钵苗宽窄行移栽机构，更好满足了水稻钵苗宽窄行移栽的农艺要求，实现了宽窄行机插秧高效优质作业。

适宜农艺技术的升级与农机器具的优化设计为宽窄行栽植模式提供了强有力的理论和技术支撑，进而满足高质、精准、低损水稻生产移栽发展要求[31]。前人[18-19，32]研究结果表明，移栽损伤表现为手插秧>钵苗机插秧>毯苗机插秧，这对以毯苗条件下如何提升机插秧作业效果提出最严格要求。笔者对锦禾2ZG-8KZ 高速插秧机近3 年宽窄行移栽的质量调查结果表明，该宽窄行插秧机可满足机插秧国家标准要求[33]（表1）。

表1 宽窄行机插秧性能指标

3.2 宽窄行移栽方式下生产投入和产出效益分析

农业科技发展和技术革新的最终目标是为农服务，降低投入、提升效益、稳定产出是水稻生产发展追求的目标[2]。机械化宽窄行移栽的应用和推广，意味着插秧机的更新与技术的更迭，这对生产者和农机具经营者的一次性投入提出了新要求。目前，国内已经量化生产的宽窄行插秧机市场销售价格每台在10 万元人民币左右，已经在黑龙江、吉林、辽宁、浙江、安徽和江苏等省份进行了示范推广，取得了较好的结果。马亮等[14]研究表明，机械化宽窄行移栽可有效提高中低产田水稻产量，提升综合效益，其中稻蟹种养田效益最高可达2 974.1 元/hm2。徐亚丹等[32]研究表明，宽窄行可解决再生稻生产过程中收获机履带碾压头季稻稻桩的问题，通过合理增大栽植行距以增大履带行走行距，为再生稻产量提高、效益提升提供前茬基础。

本研究团队在辽宁中部平原稻区调研结果显示，平均更新插秧机需10 万元左右，使用周期约20 年，年平均插秧面积50 hm2，一次性前期投入折合每年每1 hm2不足100 元，按照前人研究增产率2%～10%计算，按当地水稻产量9 750 kg/hm2左右、稻谷单价约2.5 元/kg 计算，收益远高于投入成本。此外，宽窄行可降低病虫害发生，减少生育期内人力、物力投入，进一步降低投入成本，为水稻优质、绿色栽培提供了新方式，亦提升了稻作生产的生态效益。