水稻大钵体毯状苗机械育插秧技术研究与应用

贾旋 杨青如 文喜贤 王继承 陈宜 吴爱文 宋建农*

（1 中国农业大学 工学院，北京 100083；2 樟树市农业农村局种子站，江西 樟树 331200；3 江西省农业技术推广中心，南昌 330000；第一作者：liao988520@163.com；*通讯作者：songjn@cau.edu.cn）

水稻在我国粮食生产中占有极其重要的地位，全国有60%以上的人口以稻米为主食[1]。我国水稻种植面积一般稳定在3 000万hm2左右，在全国谷物中占比约32%，占世界水稻种植面积的29%左右[2－3]。然而，我国水稻种植机械化水平较低，还有50%左右的水稻种植面积靠人力劳动来实现，加上生长发育环境和技术措施复杂、生产环节繁杂、季节性强、用工量多、劳动强度大，制约了水稻生产发展[4－5]。季节紧张是南方双季稻区和稻麦轮作区水稻种植最大的瓶颈，积温不足是制约东北寒地稻区优质水稻发展的主要因素[6]。

育插秧是水稻生产过程中极其重要的一个环节，俗话说“秧好半年禾”，就是强调了水稻生产的关键是育好秧插好秧[7]。水稻种植机械化的发展模式主要取决于水稻种植技术，水稻种植技术包括直播和移栽[8]。传统的机插秧技术对水稻根系损伤严重，水稻移栽后存在5～7 d的缓苗期，延长了水稻生育期，加重了茬口紧张，特别是遭遇不良天气时影响更大，双季稻区、稻麦轮作区和东北寒地稻区的农户要开展水稻机插秧就必须牺牲稻谷产量和品质，使用短生育期的品种，这与市场畅销的优质品种生育期偏长存在矛盾[6]。钵体苗移栽技术对秧苗根系伤害小，没有明显的返青期，根系发达、分蘖快而多、分蘖节位低，大大提高了秧苗素质，基本可以解决以上问题，但成本较高[9－10]。直播出苗率低，用种量大，对除草剂的需求量大，污染稻田环境和降低稻米品质。如何保障水稻具有合适的生育期，逐渐成为水稻绿色、高产、高效生产的关键。因此，研发一种不延长水稻生育期的机械化栽培技术模式是解决双季稻区、稻麦轮作区和东北寒地稻区水稻发展问题的关键。

1 研究内容

针对双季稻区、稻麦轮作区和东北寒地稻区水稻生产存在的关键问题，在中国农业大学宋建农教授的带领下，本项目研究开发了水稻大钵体毯状苗机械化育插秧技术。该技术充分发挥了水稻钵体苗栽培高产优质的农艺技术优势和机插秧高效精准机械化作业优势，集成了水稻大钵体毯状苗育秧盘、精准对位播种、秧苗期综合管理和高速机械栽插等关键技术，可培育大苗壮秧，形成上毯下钵的秧苗，有效延长了秧苗适宜机插时间，减少了栽插时对秧苗根系造成的损伤，栽插后几乎无缓苗期。水稻大钵体毯状苗机械化育插秧技术有效缓解了双季稻区、稻麦轮作区和东北寒地稻区机插秧造成的水稻生育期不足难题，为水稻机械化作业开拓了一项新的技术模式，具有重要推广应用价值。2021年8月，水稻大钵体毯状苗机械化育插秧技术入选“2021年农业农村部重大引领技术”[11]。

2 主要创新和技术内容

2.1 水稻大钵体毯状苗育秧盘技术

按照水稻钵育的农艺要求和水稻机插秧的技术要求，设计了一种新型的机插钵型毯状育秧盘——水稻大钵体毯状苗育秧盘[12]，其结构主要由钵体、边壁、边壁加强筋、横向加强筋、纵向加强筋、底孔、横向连通沟槽和纵向连通沟槽等组成。其整体结构设计如图1 所示。秧盘各钵体纵横成行排列，钵穴下部独立、上部粘连；纵向钵数为30 钵，横向钵数为14 钵，每盘420 钵；边壁纵向内部尺寸为575 mm，边壁纵向外形尺寸为585 mm，盘体纵向内部尺寸为570 mm；边壁横向内部尺寸为285 mm，边壁横向外形尺寸为294 mm，盘体横向内部尺寸为280 mm；钵穴深16 mm，容积3.3 mL。采用PVC 热塑一次成型技术生产，每个秧盘质量不少于65 g，具有使用方便、结实耐用、适用性强、应用范围广等特点。

图1 水稻大钵体毯状苗育秧盘整体三维结构

水稻大钵体毯状苗育秧盘突出了水稻钵苗的技术特点，突破了既成钵又成毯的技术难点，创新了育秧盘结构，解决了低播量条件下的大钵体毯状苗连片成毯的问题，满足了机插秧技术的要求，在兼顾成毯性时，又考虑了尽量减少秧爪伤根。育秧效果如图2 所示。采用本育秧盘育秧，可与现有水稻插秧机配套，在实现高速机插作业的前提下，突出大钵体毯状苗育秧的农艺技术优势。

图2 水稻大钵体毯状苗育秧盘育秧效果

2.2 水稻盘育秧精确对位播种技术

水稻大钵体育秧盘的秧苗分钵生长，为了使钵体可以给秧苗提供足够的营养，提高秧苗素质，在移栽前就开始分蘖，每个钵体内秧苗之间的个体竞争力要小，所以要降低播量[5]。插前均匀合格率与秧苗素质和插秧质量密切相关：秧苗生长不均匀，就不能合理利用秧盘空间，素质参差不齐；如果出现漏播空穴，机插秧时就会出现漏插，造成缺苗。要提高秧苗插前均匀合格率，就必须采用精准孔穴播种。

为了实现低播量和精准对孔穴播种，保证定量的种子播入每个钵孔中，并且没有漏播空穴，本技术创新开发了基于链传动输送技术和基于种子轮廓尺寸的对位穴播排种技术于一体的2ZBL－400 型水稻盘育秧生产线[13]（图3）。可一次性完成秧盘输送、铺底土、精密播种、覆土等作业工序，与水稻大钵体毯状苗育秧盘形成完美配套。育秧生产线解决了低播量和精准对位播种的难题，提高了秧苗素质和机插秧质量。

图3 2ZBL-400 型水稻盘育秧生产线

2ZBL－400 型水稻盘育秧生产线主要技术参数：1）配套动力：250W 单相减速电机（减速比为59∶1）；2）适用秧盘：宽度不超过340 mm 的各种规格的软（硬）塑育秧穴（平）盘；3）总体尺寸：4 060 mm×540 mm×1 025 mm；4）播种量：60～100 g/盘（可调）；5）铺土量：1.0～1.5 kg/盘（可调）；6）合格率：＞90%（以每穴3～5 粒为标准）（如图4 所示）；7）空穴率：＜2%（排种量平均每穴3～5粒时）；8）生产率：400～500 盘/h。

图4 2ZBL-400 型水稻盘育秧生产线播种效果

2ZBL－400 型水稻盘育秧生产线主要特点：1）该机结构简单、合理、造价低，移动性好，生产率高，播种质量优，伤种率低；2）该机采用勺式型孔轮排种器[14]和同步柔性皮带护种装置[15]，排种性能稳定，故障率低，有效地减少了对水稻芽种种子的损伤；3）该机采用大直径波纹滚筒排土，试验表明，不仅出土效果好，排量均匀，而且对土壤干湿度要求较宽；在排士量调节上也简便易行，可根据土壤干湿度和底、表土的需求量，随时进行调节；4）该机采用链传动/输送机构[16]，结构简单、运动精确无打滑现象，输送过程无任何移动，保证种子精确投入育秧盘的穴内。

2.3 水稻大钵体毯状苗秧期综合管理技术

旱育秧：苗期水分管理，禁止大水漫灌，以喷淋给水为宜，秧田干湿交替，以便培育出根系发达、健康茁壮的合格秧苗。湿润育秧：用淤泥做苗床，秧床保持湿润，间歇灌水。俗话说“旱长根，水长苗”，为了培育根系强壮和高素质秧苗，水稻大钵体毯状苗育秧采用旱育秧方式。

应用秧期综合管理技术培育合格秧苗是实现水稻大钵体毯状苗机插秧的关键。运用好秧期综合管理技术的关键是正确操作水稻大钵体毯状苗育秧的各个环节，其育秧流程如图5 所示。

图5 水稻大钵体毯状苗育秧流程

2.3.1 秧田选择与秧床制作

选择地势较高、灌排方便的壤土或粘壤土田作秧田，注意秧田准备与摆盘时间协调一致。秧床的宽度根据育秧盘的长宽而定，以横放2个或竖放4个为宜；秧床的长度依秧田长度而定。秧床之间留出25～30 cm（盖膜苗床应加宽至40 cm以上）的作业道；在秧床之间挖20 cm深、20 cm宽的浅沟，整平并压实床面即可；对于双季稻区晚稻育秧，恰逢高温和雨季，为防止秧苗生长过快和水分无法控制，给后续插秧机作业带来困难，建议在育秧苗床上方搭建简易覆盖膜棚，用于秧苗的遮阳、防雨、防降温；为防止育秧盘底部窜根，可在床面铺放一层无纺布（如图6 所示）。

2.3.2 营养土配置

事实证明，很多对待群众简单粗暴的干部，在自律、作风方面也往往是屡屡违规甚至触犯法律的。比如，山东聊城江北水城旅游度假区党工委原书记、管委会原主任胡廷金就是此类反面典型之一，他被依纪开除党籍和公职，在其处理通告中，就有一句“严重违反群众纪律，对待群众简单粗暴，造成不良影响”。

选择含盐量少、pH值4.5～5.5、草籽少、无农药残留、土壤疏松肥沃的土壤作为育苗基质土。一般在冬季或旱季，土壤比较干燥的条件下，选择壤土或粘土的水稻田、园田、山地土和鱼塘、沟渠清淤土进行集中采集。将采集的土壤进行晾晒干燥，等土壤水分适宜时用粉碎机粉碎过筛备用，筛孔孔径以3～5 mm 为宜，一般按每盘3～4 kg 备土。按照每3～4 份过筛土加入l 份过筛优质腐熟农家肥或腐殖酸肥的比例配置营养土，同时加入适量化肥混拌均匀。一般每盘土中加入硫酸铵4～7 g、磷酸二铵4～5 g、硫酸钾4～5 g。也可选用市场上配制好的育秧基质与育苗基质土混合配成营养土，配置比例一般为1 份基质∶2 份育苗基质土，育苗基质土不少于1 份。育苗基质土可以促进秧苗的成毯性，但是营养含量较少，单纯用育苗基质土育秧会造成秧苗后期营养不足而出现叶片发黄现象，降低秧苗素质。

2.3.3 播种

要求选用优质、高产、抗病、抗倒伏、抗逆性强、生育期适宜，适合当地种植的优良品种。播前晒种、脱芒、精选种子、消毒、浸种、催芽。根据品种生育期长短、秧龄和计划栽植期以及当地安全齐穗期确定播种日期。要求秧苗插前均匀合格率较高，育苗空穴率小于5%。一般要求采用2ZBL-400 型水稻育秧生产线播种，每盘播干种30～60 g，若用吸足水分的种子则需加量30%，以每穴内有3～5 粒种子为宜。播后及时浇水，也可以浇“蒙头水”，但不要大水漫灌，以免将营养土和种子冲出钵穴。

2.3.4 苗期管理

摆盘完成后，在秧盘上面再盖一层无纺布，防止喷灌或大雨时将种子冲出来，出苗后将无纺布除去。当出苗至1 叶1 心期盘土不干不浇水；1～2 叶期不完全叶节发根，并产生分枝根，秧苗开始在钵穴内盘根，此时床面保持湿润，不要干盘。此后掌握见干见湿的原则，培育旱生根系。秧苗期切忌大水浇灌或床面积水。苗期其他管理同常规育秧。

2.4 水稻大钵体毯状苗机械化栽插技术

与传统毯状苗不同，大钵体毯状苗在机插时为了保持秧苗钵形完整、减少伤根，要求插秧机按钵取苗插秧，具体要求为：横向送秧每次送秧量等于大钵体毯状苗育秧盘的横向钵距，即横向送秧次数与大钵体毯状苗育秧盘的横向钵数相等；秧箱的秧苗输送装置纵向送秧每次送秧量等于大钵体毯状苗育秧盘的纵向钵距。

目前已有多个生产厂家的插秧机可满足水稻大钵体毯状苗机插技术要求。另为避免新技术推广造成现有装备的闲置和浪费问题，降低水稻种植的投入成本，可对现存的其他型号的插秧机改进设计。

2.4.1 插秧机横向送秧改进设计

图7 横向送秧动力传送系统

2.4.2 插秧机纵向送秧改进设计

为满足插秧机纵向送秧要求，即秧箱的秧苗输送装置纵向送秧每次送秧量等于大钵体毯状苗育秧盘的纵向钵距，及减轻纵向送秧误差积累和过冲现象，设计了一种水稻大钵体毯状苗专用插秧机精准送秧装置[17]，主要由送秧台、棘轮驱动定位机构和秧苗输送带等关键部分组成。棘轮驱动定位机构可实现纵向送秧驱动、锁紧和阻冲功能，秧苗输送带被棘轮驱动定位机构驱动一个纵向钵距后，阻冲齿与棘轮齿进行啮合，防止棘轮因为惯性而发生过冲现象造成纵向送秧不准；在纵向送秧结束后，棘轮处于锁死状态，在非纵向送秧时秧苗和秧苗输送带不会因为插秧机工作时产生的震动或秧苗重力的影响，而相对送秧台发生纵向移动。圆锥凸起式双面同步带是一种长宽单皮带式秧苗输送带，不仅增加了大钵体毯状苗与皮带的接触面积，而且将带与苗之间原来的摩擦传动变成了啮合传动，每个圆锥凸起卡住4个秧苗钵体，可以防止秧苗上下左右移动，对整毯秧苗起到横向和纵向的定位作用。本装置结构简单，送秧精确，工作可靠，极大的保证了大钵体毯状苗的横向和纵向送秧的精度。

3 应用示范和提质增效情况

3.1 应用示范情况

水稻大钵体毯状苗机械化插秧技术自2015年开始在全国水稻主产区试验和示范推广，累计示范推广面积万亩以上。目前已在双季稻区的江西樟树、瑞昌、临川、奉新、南昌、高安、上高、铅山、抚州及湖南汨罗、湘潭，稻麦轮作区的江苏连云港、安徽凤阳和五河、河南淮滨，西南丘陵山区的重庆垫江、涪陵、巴南、永川、梁平，以及东北寒地稻区的黑龙江垦区七星农场、创业农场和前哨农场、吉林松原、辽宁盘锦等地开展了试验示范推广工作，取得了良好试验示范效果。

3.2 提质增效情况

3.2.1 缓解茬口紧张问题

与现有水稻毯状苗育秧盘比较，采用大钵体毯状苗秧盘育秧，育苗钵体较大，育秧基质营养充足，可培育高素质壮秧大苗，提高秧苗秧龄，缓解了农时紧张。一般对双季稻，秧龄为25～40 d，比常规育秧增加5～10 d秧龄，可满足生育期较长的优质品种要求，其市场收购价格可提高0.6～1.0元/kg；另一方面延长早稻秧龄并减少返青时间，有利于缓解双季稻区冬种油菜的茬口紧张问题。

3.2.2 降低灾害风险

本技术机插时秧苗伤根少、缓苗期短，与常规插秧作业比较，可提前10～15 d收获，有效减少了晚稻遭遇“寒露风”危害的风险，保障了水稻丰产稳产。

3.2.3 促进农药减施

采用本技术，秧苗早发快生，可有效抑制杂草生长，减少病虫害的发生几率，每季可减少除草剂和农药的施用次数2～3次，对降低农业污染、保护生态环境、实现水稻绿色生产意义重大。

3.2.4 增产增收明显

本技术充分利用现有插秧机，通过简单的改进设计，就能满足水稻大钵体毯状苗机插秧技术要求，既可避免新技术推广造成现有装备的闲置和浪费问题，还可实现精准高效插秧。插秧后秧苗钵体形状明显，插秧植伤小，具有早生快发技术优势，低节位有效分蘖多，穗型整齐，成熟度好，综合增产效果明显。全国试验区平均数据显示，与传统机插秧作业相比，每667 m2增收稻谷50 kg 以上（增幅10%以上），增纯效益200元以上。