水稻是我國主要糧食作物之一，水稻生產機械化是水稻生產發展的主要方向，提高水稻生產全程機械化水平是保障國家糧食安全、增強農業綜合生產能力、增加農業收入和推進農業現代化的重要舉措之一[1]。長期以來，水稻種植機械化是我國水稻生產機械化的薄弱環節，也是我國水稻生產全程機械化發展中的瓶頸[2 - 3]。目前，我國水稻機械化種植方式主要有機栽植和機直播。機栽植包括育秧和移栽 2 個環節，機移栽包括機插秧、機栽插和機拋秧等。近年來，機拋秧應用較少，機直播因具有現代稻作輕簡化特點，是一種省工、省力、節本、節能、節水高效的種植方式[4]，在我國發展非常迅速，逐漸成為水稻機械化種植的重要方式之一[5]，相關技術研究[6 - 7]也逐漸深入。但是，直播技術受自然條件、種植制度制約，尤其是容易受積溫、土壤平整、種子處理、水層控制、除草技術等因素的影響，國內大部分地區還是選擇機栽植方式作為突破水稻種植機械化的發展方向。目前，國內外水稻機械化移栽方式主要有毯狀苗機插秧( 含缽形毯狀苗機插秧) 和缽體苗機栽插 2 種形式。這兩種機械化栽植技術的共同特點是都包含育秧技術、移栽技術及兩者之間的耦合協調關系。本文主要對水稻栽植機械化技術的研究現狀進行闡述。首先對我國水稻種植機械化的發展現狀及其特征進行概述，然后圍繞毯狀苗機插秧和缽體苗機栽插 2 種移栽方式，重點闡述機械化育秧技術和機械化移栽技術及其裝備的研究進展。

　　1 水稻種植機械化發展現狀

　　1. 1 中國水稻機械種植面積及其結構 2004 年，《農業機械化促進法》頒布實施，并開始實施農機具購置補貼，這是中國農業機械化發展進程中的一個轉折點，也是水稻種植機械化快速發展的轉折點。表 1 給出了 2004—2015 年全國水稻機械種植面積及其結構( 數據來源于歷年《全國農業機械化統計年報》) 。由表 1 可知，12 年間全國水稻機械種植面積增加了 6 倍多，增加的面積主要是機插面積，機播面積略有增加，機拋秧的面積大幅下滑; 2012 年以來機拋秧面積占全國水稻機械種植面積的比例都小于 1% ，表明機拋秧已不是我國水稻機械化種植的主要方式; 2011 年以來機插面積占全國水稻機械種植面積的比例都超過 90% ，2015 年達 94. 54% ，表明機插秧方式在全國得到了較成功的推廣，其主導地位已明顯確立。然而，2015 年全國水稻機械種植率僅 42. 26% ，剛剛實現從初級階段向中級階段的跨越，表明徹底解決我國水稻種植機械化難題需繼續努力。

　　為了說明機插秧技術在全國推廣的特點，圖 1 給出了全國 10 個主要水稻種植省區( 標準為 2015 年水稻種植面積超過百萬公頃) 2004—2015 年機插秧面積的變化情況，這 10 個省區 2015 年的水稻種植面積共 2. 43 × 107 hm2 ，占全國水稻種植面積的 80. 47% ，具有較好的代表性。

　　由圖 1 可知，2004 年，除黑龍江省和江蘇省的機插秧有一些基礎外，其它 8 個省區的機插秧面積幾乎為零，說明我國水稻機插秧技術快速推廣主要在 2004 年以后。從機插秧面積的絕對數看，黑龍江省發展很快，2009 年接近 2 × 106 hm2 ，2015 年達到 3. 82 × 106 hm2 ; 其次是江蘇省，2015 年的機插面積為 1. 71 × 106 hm2 ; 除這 2 個省外，其它 8 個省區的機插面積都不足 1 × 106 hm2 ; 湖北省和安徽省一直保持較平穩的發展態勢，湖南省則從 2010 年開始以高速增長的姿態于 2015 年躍居全國第 3 位; 廣東省、廣西壯族自治區、四川省的發展速度相對較慢，云南省的機插秧發展更慢。從機插面積的相對數看，2015 年，黑龍江省和江蘇省的機插率分別達到 99. 38% 和 74. 84% ，其它 8 個省區的機插率都不足 40% ，尤其是云南省的機插率僅 3. 08% 。由此可見，整體上中國水稻機插秧技術推廣取得了較好的成效，正以較快的速度由黑龍江省和江蘇省向全國推廣，但各省區發展不平衡，整體水平仍然較低。

　　1. 2 水稻毯狀苗機插秧技術推廣的影響因素水稻毯狀苗機插秧技術推廣的影響因素備受關注。研究表明[8 - 17]，影響水稻毯狀苗機插秧技術推廣的因素主要有社會因素和技術因素。社會因素主要是指影響水稻機插秧技術推廣的基礎條件，包括自然地理環境、耕作制度、土地經營形式、農田基礎設施、農民經濟狀況和文化水平等。技術因素是指機插秧技術本身，包括技術上的先進性、適應性、可靠性和經濟性等。

　　從技術因素看，現有的育秧技術和插秧技術本身的特性是影響水稻機插秧推廣的重要因素，也是最關鍵的因素。目前，我國水稻機插秧技術發展的難點是雜交稻和晚稻機插秧[16]。原因是現有的毯狀苗機插秧技術是以日本的常規粳稻種植為基礎發展起來的，對我國的常規稻基本適應，但對雜交稻、雙季晚稻和連作晚稻的種植還存在較多問題，主要表現為育秧取土困難[10，13]、播種量大[13，16]、播種均勻性欠佳[17]、秧齡彈性小[16]、秧苗素質差[10 - 19]、苗床管理粗放[13]、機插效果差( 均勻合格度偏低、漏秧率偏高、傷秧較重) [10 - 16]等。

　　總之，無論是社會因素還是技術因素，我國水稻毯狀苗機插秧技術的發展仍面臨較多困難，不同地方的問題也不盡相同，需要各地區根據自身的特點系統分析，謀求整體突破。

　　1. 3 水稻缽體苗機栽插技術推廣的影響因素缽體苗機栽插主要特點: 有利于培育長秧齡壯秧，秧苗素質好，秧齡彈性大，移栽時不傷根、植傷輕、返青活棵快、分蘗早; 有利于利用優勢分蘗爭取高產適宜穗數，培育適宜數量的壯稈大穗，增產顯著、生產適應性強[18]。因此，國內外對缽體苗機栽插技術進行了大量探索[19 - 21]。但是，該技術的推廣較慢，主要原因為: 缽體苗栽插機價格高，特別是秧盤價格高，投入成本高，機械作業效率較低、部分產品可靠性差，且此種方式下水稻穩定高產或超高產的規律與關鍵農藝尚不清晰。然而，缽體苗機栽插育秧不需要秧苗成毯，在雜交稻和超級雜交稻育秧中能有效化解播種密度與成毯性之間的矛盾，有望解決雜交稻機移栽難題。因此，缽體苗機栽插技術將進一步得到更多的關注，是農機農藝深度融合的重點。

　　2 水稻機械化育秧技術與裝備研究進展

　　育秧是水稻栽植機械化的前提，其中播種是關鍵，國內外現有的機械化育秧方式都是采用秧盤育秧，下面主要對秧盤育秧方式及其機械播種技術與裝備進行闡述。

　　2. 1 水稻秧盤育秧方式現狀根據秧盤的材質不同，可分為塑料軟盤育秧、硬盤育秧和植質育秧; 根據秧苗的根系分布不同，可分為毯狀苗育秧、缽形毯狀苗育秧和缽體苗育秧; 根據育秧用水方式不同，可分為旱育秧、水育秧和濕潤育秧; 根據育秧場地不同，可分為工廠化育秧和田間育秧; 根據育秧基質和需要的特殊材質，包括泥漿育秧、多層薄膜育秧、無紡布育秧、麻膜育秧等多種形式。圖 2 給出了常見的 7 種機插育秧秧盤，包括毯狀軟秧盤、硬秧盤，缽體軟秧盤、硬秧盤，缽形毯狀軟秧盤、硬秧盤和植質秧盤等。為適應標準化作業，毯狀秧盤的規格通常是一致的，如軟、硬秧盤的內部尺寸為 580 mm × 280 mm × 25 mm，缽體盤根據不同的機型，尺寸與穴數差異較大，有 406 ( 29 × 14) 穴、 375( 25 × 15) 穴和 448( 32 × 14) 穴等。這些秧盤育成的秧苗有 3 種類型，即毯狀苗、缽形毯狀苗和缽體苗( 圖 3) 。

　　2. 2 水稻秧盤育秧播種技術與裝備研究進展常見的機械化育秧裝備包括田間育秧播種機和工廠化育秧流水線，一般認為田間育秧播種機是從工廠化育秧流水線演變而來，屬于半機械化設備，因此，工廠化育秧流水線是水稻育秧機械化的主要裝備[21]。較完備的秧盤育秧流水線主要包括秧盤供送、鋪底土、壓床土、淋灑水、播種( 條播、撒播、精播) 、覆表土、清掃、取秧盤等工序，其中排種器是核心部件之一。隨著秧盤育秧向自動化和智能化方向發展，育秧作業自動化技術和智能化技術也得到了快速發展。本節主要對水稻秧盤育秧的精密播種技術、作業自動化技術和智能化技術 3 方面的研究動態進行綜述，對我國水稻秧盤育秧播種技術的發展前景和發展趨勢加以展望。

　　3 水稻機械化移栽技術與裝備研究進展

　　水稻機械化移栽方式主要有毯狀苗機插秧( 含缽形毯狀苗機插秧) 和缽體苗機栽插 2 種。因此，從移栽裝備的角度看，主要有兩類機械: 一類是適應毯狀苗和缽形毯狀苗的插秧機; 另一類是適應缽體苗的插秧機。本節首先對水稻機械化移栽方式與裝備現狀進行概述，然后分別對毯狀苗機插秧技術、缽體苗機栽插技術和移栽機械控制與智能化技術的研究進展進行闡述。

　　3. 1 水稻機械化移栽方式與裝備現狀總體上，國內外生產和使用的水稻移栽機，按操作方式分類，主要有步進式和乘坐式兩大類，乘坐式又分為獨輪乘坐式和四輪乘坐式 2 種; 按移栽速度分類，主要有普通移栽機和高速移栽機。目前，市場上銷售的機型主要有 3 種( 表 2) ，這 3 種典型的移栽機代表了目前的技術水平。

　　3. 2 毯狀苗機插秧技術毯狀苗機插秧技術是目前我國應用最廣泛的一種水稻種植機械化技術，其發展經歷了較長的一段歷程。1953 年，我國開始研制插秧機，到 1960 年，各地推薦生產上使用的人力、畜力插秧機已達 21 種，1967 年，鑒定并推出自行研制的第一臺東風-2S 型自走式機動水稻插秧機，但由于各種原因，該機并未得到普遍推廣[94]。

　　3. 3 缽體苗機栽插技術由于缽體苗機栽插技術不傷根，不傷苗，無返青期，秧齡彈性大，增產效果顯著，解決了傳統機插秧的不足，人們對缽體苗機栽插技術進行了廣泛研究[101 - 104]。缽體苗機栽插主要有機拋秧、機擺栽和機插秧等多種形式，缽體苗機拋秧屬于無序栽插技術，已應用很少，應用的技術主要集中在缽體苗機擺栽和機插秧。國外，最早研究和使用缽體苗栽插機械的國家是日本，后來有印度、韓國和尼日利亞等國。日本的井關和實產業公司已有缽體苗插秧機產品，但機具結構復雜、價格昂貴，使用成本高，配套的育秧設備僅適應常規稻，對雜交稻不適應。國內，吉林鑫華裕農業裝備有限公司、中國農業大學、黑龍江農墾科學院、常州亞美柯機械設備有限公司、浙江理工大學和東北農業大學等單位，都開展了水稻缽體苗栽插機的研制，已開發出一些機型，例如東北農業大學與鑫華裕農業裝備有限公司聯合研制了 2ZB630 型水稻缽體苗插秧機( 圖 12) ，該機分插機構采用雙曲柄五桿機構完成缽體苗取苗、運苗和栽植，實現了使用缽體軟秧盤進行缽體苗栽插作業，生產成本較低。2013 年，在廣東省肇慶市懷集縣試驗基地，華南農業大學馬旭等應用該機具對雜交稻五優 308 進行了田間對比試驗，增產效果明顯，但生產效率太低、可靠性較差。

　　4 水稻栽植機械化技術發展趨勢

　　水稻栽植機械化技術是解決中國水稻種植機械化難題的主要方向。徹底解決水稻栽植機械化問題，需要系統地從耕整地、播種育秧到機械移栽 3 個環節進行整體性突破和完善。基于現有技術以及未來發展的需要，我國水稻栽植機械化技術將主要朝以下方向發展:

　　( 1) 從移栽方式上看，今后仍然是以毯狀苗機插秧技術為主體的多種機械化并存的方向發展，并重點開展適應雜交稻和超級雜交稻機插秧技術，以及經濟高效、輕簡型缽體苗機栽插技術的研發和示范應用。毯狀苗機插秧技術相對成熟，在常規稻種植中將占主導地位，應用于雜交稻和超級雜交稻，主要突破低播量下精密播種育秧和精準栽插難題，研制精密育秧和精準插秧裝備。現有毯狀苗機插秧技術用于雜交稻時播種量大，秧苗素質差，每穴栽插的苗數多，產量低，不能滿足雜交稻和超級雜交稻少本稀植、利用分蘗能力提高產量的栽培要求; 解決的關鍵是采用低播量精密播種技術，以保證少本稀植，培育壯秧，并保證秧苗成毯性; 同時，研制帶有精準縱向供秧機構的插秧機，改現有依靠重力帶動的縱向供秧方式為強制驅動的精準縱向供秧方式，保證分插機構對毯狀秧苗的精準取秧與切塊，實現少本稀植精準栽插。缽體苗機栽插技術中，主要研制經濟高效、輕簡型水稻缽體苗栽插技術與裝備。主要突破效率高、結構簡單、投入成本低的缽體苗栽插技術與裝備; 采用缽體苗機栽插技術，育秧不存在播種量與成毯性之間的矛盾，是解決雜交稻和超級雜交稻機移栽作業問題的有效方法之一，因此，缽體苗機栽插技術具有十分廣闊的發展前景，是未來水稻栽植機械化技術研究中的重點。

　　( 2) 育秧床土制備和育秧生產規模化將成為水稻栽植機械化發展的新特點。隨著水稻生產機械化的發展，種植規模化將成為水稻生產方式的主要特點，為適應規模化發展，對育秧床土的制備和育秧生產的規模都提出了新的要求; 我國現有的育秧床土制備方式不科學也不可持續，北方采用農田中取土育秧，對耕地的破壞較大，是一種不可持續的育秧技術; 南方采用田間淤泥育秧，符合可持續發展，但育秧質量較差，影響栽插質量; 需制備適于機械化操作、結構松散、通氣性好、有利于秧苗根系的生長和成秧率較高的育秧床土，實現育秧床土的產業化，這是解決機栽植育秧取土難題的重要途徑; 在此基礎上，實現育秧生產規模化，明確秧苗素質調控規律，提高秧苗素質，降低育秧生產成本，是保證水稻機械化栽插質量的重要措施，實現秧苗工廠化、規模化生產，也將成為水稻栽植機械化中育秧發展的新特點。

　　( 3) 重點解決連作晚稻和雙季晚稻機械化栽植技術，通過育秧技術研究，延長連作晚稻和雙季晚稻的秧齡，使之適應機移栽，同時研制大苗移栽機。我國連作晚稻、油菜-水稻和小麥-水稻等雙季晚稻的種植面積較大，實現連作晚稻和雙季晚稻機栽植技術的關鍵是其秧齡短的問題; 目前我國機插秧技術主要適應中小苗，一般苗高要求在 100 ～ 180 mm 之間，秧苗太高時機栽插對秧苗的損傷較大，故應研究育秧技術，將目前連作晚稻和雙季晚稻的秧齡從 15 d 左右，延長至 25 d 以上，控制秧苗生長，實現長秧齡機移栽，同時加快研制適應大苗的移栽機，以滿足連作晚稻和雙季晚稻的機移栽要求。

　　5 結束語

　　我國水稻種植面積大、區域廣，因氣候及地理環境等差異，種植方式多元化，其中栽植機械化是種植機械化中的主要方式。水稻栽植機械化技術包括育秧技術、移栽技術和智能控制技術等多個方面。機械育秧技術的核心是精密播種技術，它保證提供均勻一致的種子流，培育適合機械移栽的健壯秧苗，為實現符合農藝要求的栽插奠定基礎。機械移栽技術是將育成的秧苗栽插于大田中，滿足一定的株距、行距和每穴苗數，保障每穴秧苗的栽插深度，減少漏穴率、傷秧率、翻倒率和漂秧率，實現滿足農藝要求的高質量栽插。智能控制技術涉及育秧流水線作業自動控制、播種質量監控、移栽機自動導航、水平平衡控制、插深控制、送秧量自動調節等智能技術，使水稻栽植機械化向智能化方向推進，降低人工勞動強度、提升作業質量和提高資源利用效率，是農業現代化的重要內容。為滿足實際生產對水稻栽植機械化技術的要求，加強耕整地機械化技術研究與應用示范，解決雜交稻、超級雜交稻、雙季晚稻和連作晚稻的機械栽植問題是水稻栽植機械化技術的研究重點，其中提升秧盤育秧精密播種的均勻性、解決低播量下精密播種育秧問題、解決毯狀苗機插秧縱向送秧的精準性，研發經濟高效、輕簡型缽體苗栽插裝備和農機農藝深度融合等是突破水稻栽植機械化的關鍵。

　　參 考 文 獻

　　1 羅錫文，王在滿. 水稻生產全程機械化技術研究進展[J]. 現代農業裝備，2014( 1) : 23 - 29.

　　2 白人樸. 關于水稻生產機械化技術路線選擇的幾個問題[J]. 中國農機化，2011，32( 1) : 15 - 18，22. BAI Renpu. Several issues on the route choice of mechanization of rice production technology[J]. Chinese Agricultural Mechanization，2011，32( 1) : 15 - 18，22. ( in Chinese)

　　3 白人樸. 加快解決水稻種植機械化瓶頸制約的思考[J]. 中國農機化學報，2016，37( 12) : 1 - 5，47. BAI Renpu. Thinking of accelerating solutions to bottleneck restrictions of rice planting mechanization [J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization，2016，37( 12) : 1 - 5，47. ( in Chinese)

　　《水稻栽植機械化技術研究進展》來源：《農業機械學報》，作者：李澤華1 馬 旭2 李秀昊1 陳林濤2 李宏偉2 袁志成2