水稻是我国主要粮食作物之一，水稻生产机械化是水稻生产发展的主要方向，提高水稻生产全程机械化水平是保障国家粮食安全、增强农业综合生产能力、增加农业收入和推进农业现代化的重要举措之一[1]。长期以来，水稻种植机械化是我国水稻生产机械化的薄弱环节，也是我国水稻生产全程机械化发展中的瓶颈[2 - 3]。目前，我国水稻机械化种植方式主要有机栽植和机直播。机栽植包括育秧和移栽 2 个环节，机移栽包括机插秧、机栽插和机抛秧等。近年来，机抛秧应用较少，机直播因具有现代稻作轻简化特点，是一种省工、省力、节本、节能、节水高效的种植方式[4]，在我国发展非常迅速，逐渐成为水稻机械化种植的重要方式之一[5]，相关技术研究[6 - 7]也逐渐深入。但是，直播技术受自然条件、种植制度制约，尤其是容易受积温、土壤平整、种子处理、水层控制、除草技术等因素的影响，国内大部分地区还是选择机栽植方式作为突破水稻种植机械化的发展方向。目前，国内外水稻机械化移栽方式主要有毯状苗机插秧( 含钵形毯状苗机插秧) 和钵体苗机栽插 2 种形式。这两种机械化栽植技术的共同特点是都包含育秧技术、移栽技术及两者之间的耦合协调关系。本文主要对水稻栽植机械化技术的研究现状进行阐述。首先对我国水稻种植机械化的发展现状及其特征进行概述，然后围绕毯状苗机插秧和钵体苗机栽插 2 种移栽方式，重点阐述机械化育秧技术和机械化移栽技术及其装备的研究进展。
1 水稻种植机械化发展现状
1. 1 中国水稻机械种植面积及其结构 2004 年，《农业机械化促进法》颁布实施，并开始实施农机具购置补贴，这是中国农业机械化发展进程中的一个转折点，也是水稻种植机械化快速发展的转折点。表 1 给出了 2004—2015 年全国水稻机械种植面积及其结构( 数据来源于历年《全国农业机械化统计年报》) 。由表 1 可知，12 年间全国水稻机械种植面积增加了 6 倍多，增加的面积主要是机插面积，机播面积略有增加，机抛秧的面积大幅下滑; 2012 年以来机抛秧面积占全国水稻机械种植面积的比例都小于 1% ，表明机抛秧已不是我国水稻机械化种植的主要方式; 2011 年以来机插面积占全国水稻机械种植面积的比例都超过 90% ，2015 年达 94. 54% ，表明机插秧方式在全国得到了较成功的推广，其主导地位已明显确立。然而，2015 年全国水稻机械种植率仅 42. 26% ，刚刚实现从初级阶段向中级阶段的跨越，表明彻底解决我国水稻种植机械化难题需继续努力。
为了说明机插秧技术在全国推广的特点，图 1 给出了全国 10 个主要水稻种植省区( 标准为 2015 年水稻种植面积超过百万公顷) 2004—2015 年机插秧面积的变化情况，这 10 个省区 2015 年的水稻种植面积共 2. 43 × 107 hm2 ，占全国水稻种植面积的 80. 47% ，具有较好的代表性。
由图 1 可知，2004 年，除黑龙江省和江苏省的机插秧有一些基础外，其它 8 个省区的机插秧面积几乎为零，说明我国水稻机插秧技术快速推广主要在 2004 年以后。从机插秧面积的绝对数看，黑龙江省发展很快，2009 年接近 2 × 106 hm2 ，2015 年达到 3. 82 × 106 hm2 ; 其次是江苏省，2015 年的机插面积为 1. 71 × 106 hm2 ; 除这 2 个省外，其它 8 个省区的机插面积都不足 1 × 106 hm2 ; 湖北省和安徽省一直保持较平稳的发展态势，湖南省则从 2010 年开始以高速增长的姿态于 2015 年跃居全国第 3 位; 广东省、广西壮族自治区、四川省的发展速度相对较慢，云南省的机插秧发展更慢。从机插面积的相对数看，2015 年，黑龙江省和江苏省的机插率分别达到 99. 38% 和 74. 84% ，其它 8 个省区的机插率都不足 40% ，尤其是云南省的机插率仅 3. 08% 。由此可见，整体上中国水稻机插秧技术推广取得了较好的成效，正以较快的速度由黑龙江省和江苏省向全国推广，但各省区发展不平衡，整体水平仍然较低。
1. 2 水稻毯状苗机插秧技术推广的影响因素水稻毯状苗机插秧技术推广的影响因素备受关注。研究表明[8 - 17]，影响水稻毯状苗机插秧技术推广的因素主要有社会因素和技术因素。社会因素主要是指影响水稻机插秧技术推广的基础条件，包括自然地理环境、耕作制度、土地经营形式、农田基础设施、农民经济状况和文化水平等。技术因素是指机插秧技术本身，包括技术上的先进性、适应性、可靠性和经济性等。
从技术因素看，现有的育秧技术和插秧技术本身的特性是影响水稻机插秧推广的重要因素，也是最关键的因素。目前，我国水稻机插秧技术发展的难点是杂交稻和晚稻机插秧[16]。原因是现有的毯状苗机插秧技术是以日本的常规粳稻种植为基础发展起来的，对我国的常规稻基本适应，但对杂交稻、双季晚稻和连作晚稻的种植还存在较多问题，主要表现为育秧取土困难[10，13]、播种量大[13，16]、播种均匀性欠佳[17]、秧龄弹性小[16]、秧苗素质差[10 - 19]、苗床管理粗放[13]、机插效果差( 均匀合格度偏低、漏秧率偏高、伤秧较重) [10 - 16]等。
总之，无论是社会因素还是技术因素，我国水稻毯状苗机插秧技术的发展仍面临较多困难，不同地方的问题也不尽相同，需要各地区根据自身的特点系统分析，谋求整体突破。
1. 3 水稻钵体苗机栽插技术推广的影响因素钵体苗机栽插主要特点: 有利于培育长秧龄壮秧，秧苗素质好，秧龄弹性大，移栽时不伤根、植伤轻、返青活棵快、分蘖早; 有利于利用优势分蘖争取高产适宜穗数，培育适宜数量的壮秆大穗，增产显著、生产适应性强[18]。因此，国内外对钵体苗机栽插技术进行了大量探索[19 - 21]。但是，该技术的推广较慢，主要原因为: 钵体苗栽插机价格高，特别是秧盘价格高，投入成本高，机械作业效率较低、部分产品可靠性差，且此种方式下水稻稳定高产或超高产的规律与关键农艺尚不清晰。然而，钵体苗机栽插育秧不需要秧苗成毯，在杂交稻和超级杂交稻育秧中能有效化解播种密度与成毯性之间的矛盾，有望解决杂交稻机移栽难题。因此，钵体苗机栽插技术将进一步得到更多的关注，是农机农艺深度融合的重点。
2 水稻机械化育秧技术与装备研究进展
育秧是水稻栽植机械化的前提，其中播种是关键，国内外现有的机械化育秧方式都是采用秧盘育秧，下面主要对秧盘育秧方式及其机械播种技术与装备进行阐述。
2. 1 水稻秧盘育秧方式现状根据秧盘的材质不同，可分为塑料软盘育秧、硬盘育秧和植质育秧; 根据秧苗的根系分布不同，可分为毯状苗育秧、钵形毯状苗育秧和钵体苗育秧; 根据育秧用水方式不同，可分为旱育秧、水育秧和湿润育秧; 根据育秧场地不同，可分为工厂化育秧和田间育秧; 根据育秧基质和需要的特殊材质，包括泥浆育秧、多层薄膜育秧、无纺布育秧、麻膜育秧等多种形式。图 2 给出了常见的 7 种机插育秧秧盘，包括毯状软秧盘、硬秧盘，钵体软秧盘、硬秧盘，钵形毯状软秧盘、硬秧盘和植质秧盘等。为适应标准化作业，毯状秧盘的规格通常是一致的，如软、硬秧盘的内部尺寸为 580 mm × 280 mm × 25 mm，钵体盘根据不同的机型，尺寸与穴数差异较大，有 406 ( 29 × 14) 穴、 375( 25 × 15) 穴和 448( 32 × 14) 穴等。这些秧盘育成的秧苗有 3 种类型，即毯状苗、钵形毯状苗和钵体苗( 图 3) 。
2. 2 水稻秧盘育秧播种技术与装备研究进展常见的机械化育秧装备包括田间育秧播种机和工厂化育秧流水线，一般认为田间育秧播种机是从工厂化育秧流水线演变而来，属于半机械化设备，因此，工厂化育秧流水线是水稻育秧机械化的主要装备[21]。较完备的秧盘育秧流水线主要包括秧盘供送、铺底土、压床土、淋洒水、播种( 条播、撒播、精播) 、覆表土、清扫、取秧盘等工序，其中排种器是核心部件之一。随着秧盘育秧向自动化和智能化方向发展，育秧作业自动化技术和智能化技术也得到了快速发展。本节主要对水稻秧盘育秧的精密播种技术、作业自动化技术和智能化技术 3 方面的研究动态进行综述，对我国水稻秧盘育秧播种技术的发展前景和发展趋势加以展望。
3 水稻机械化移栽技术与装备研究进展
水稻机械化移栽方式主要有毯状苗机插秧( 含钵形毯状苗机插秧) 和钵体苗机栽插 2 种。因此，从移栽装备的角度看，主要有两类机械: 一类是适应毯状苗和钵形毯状苗的插秧机; 另一类是适应钵体苗的插秧机。本节首先对水稻机械化移栽方式与装备现状进行概述，然后分别对毯状苗机插秧技术、钵体苗机栽插技术和移栽机械控制与智能化技术的研究进展进行阐述。
3. 1 水稻机械化移栽方式与装备现状总体上，国内外生产和使用的水稻移栽机，按操作方式分类，主要有步进式和乘坐式两大类，乘坐式又分为独轮乘坐式和四轮乘坐式 2 种; 按移栽速度分类，主要有普通移栽机和高速移栽机。目前，市场上销售的机型主要有 3 种( 表 2) ，这 3 种典型的移栽机代表了目前的技术水平。
3. 2 毯状苗机插秧技术毯状苗机插秧技术是目前我国应用最广泛的一种水稻种植机械化技术，其发展经历了较长的一段历程。1953 年，我国开始研制插秧机，到 1960 年，各地推荐生产上使用的人力、畜力插秧机已达 21 种，1967 年，鉴定并推出自行研制的第一台东风-2S 型自走式机动水稻插秧机，但由于各种原因，该机并未得到普遍推广[94]。
3. 3 钵体苗机栽插技术由于钵体苗机栽插技术不伤根，不伤苗，无返青期，秧龄弹性大，增产效果显著，解决了传统机插秧的不足，人们对钵体苗机栽插技术进行了广泛研究[101 - 104]。钵体苗机栽插主要有机抛秧、机摆栽和机插秧等多种形式，钵体苗机抛秧属于无序栽插技术，已应用很少，应用的技术主要集中在钵体苗机摆栽和机插秧。国外，最早研究和使用钵体苗栽插机械的国家是日本，后来有印度、韩国和尼日利亚等国。日本的井关和实产业公司已有钵体苗插秧机产品，但机具结构复杂、价格昂贵，使用成本高，配套的育秧设备仅适应常规稻，对杂交稻不适应。国内，吉林鑫华裕农业装备有限公司、中国农业大学、黑龙江农垦科学院、常州亚美柯机械设备有限公司、浙江理工大学和东北农业大学等单位，都开展了水稻钵体苗栽插机的研制，已开发出一些机型，例如东北农业大学与鑫华裕农业装备有限公司联合研制了 2ZB630 型水稻钵体苗插秧机( 图 12) ，该机分插机构采用双曲柄五杆机构完成钵体苗取苗、运苗和栽植，实现了使用钵体软秧盘进行钵体苗栽插作业，生产成本较低。2013 年，在广东省肇庆市怀集县试验基地，华南农业大学马旭等应用该机具对杂交稻五优 308 进行了田间对比试验，增产效果明显，但生产效率太低、可靠性较差。
4 水稻栽植机械化技术发展趋势
水稻栽植机械化技术是解决中国水稻种植机械化难题的主要方向。彻底解决水稻栽植机械化问题，需要系统地从耕整地、播种育秧到机械移栽 3 个环节进行整体性突破和完善。基于现有技术以及未来发展的需要，我国水稻栽植机械化技术将主要朝以下方向发展:
( 1) 从移栽方式上看，今后仍然是以毯状苗机插秧技术为主体的多种机械化并存的方向发展，并重点开展适应杂交稻和超级杂交稻机插秧技术，以及经济高效、轻简型钵体苗机栽插技术的研发和示范应用。毯状苗机插秧技术相对成熟，在常规稻种植中将占主导地位，应用于杂交稻和超级杂交稻，主要突破低播量下精密播种育秧和精准栽插难题，研制精密育秧和精准插秧装备。现有毯状苗机插秧技术用于杂交稻时播种量大，秧苗素质差，每穴栽插的苗数多，产量低，不能满足杂交稻和超级杂交稻少本稀植、利用分蘖能力提高产量的栽培要求; 解决的关键是采用低播量精密播种技术，以保证少本稀植，培育壮秧，并保证秧苗成毯性; 同时，研制带有精准纵向供秧机构的插秧机，改现有依靠重力带动的纵向供秧方式为强制驱动的精准纵向供秧方式，保证分插机构对毯状秧苗的精准取秧与切块，实现少本稀植精准栽插。钵体苗机栽插技术中，主要研制经济高效、轻简型水稻钵体苗栽插技术与装备。主要突破效率高、结构简单、投入成本低的钵体苗栽插技术与装备; 采用钵体苗机栽插技术，育秧不存在播种量与成毯性之间的矛盾，是解决杂交稻和超级杂交稻机移栽作业问题的有效方法之一，因此，钵体苗机栽插技术具有十分广阔的发展前景，是未来水稻栽植机械化技术研究中的重点。
( 2) 育秧床土制备和育秧生产规模化将成为水稻栽植机械化发展的新特点。随着水稻生产机械化的发展，种植规模化将成为水稻生产方式的主要特点，为适应规模化发展，对育秧床土的制备和育秧生产的规模都提出了新的要求; 我国现有的育秧床土制备方式不科学也不可持续，北方采用农田中取土育秧，对耕地的破坏较大，是一种不可持续的育秧技术; 南方采用田间淤泥育秧，符合可持续发展，但育秧质量较差，影响栽插质量; 需制备适于机械化操作、结构松散、通气性好、有利于秧苗根系的生长和成秧率较高的育秧床土，实现育秧床土的产业化，这是解决机栽植育秧取土难题的重要途径; 在此基础上，实现育秧生产规模化，明确秧苗素质调控规律，提高秧苗素质，降低育秧生产成本，是保证水稻机械化栽插质量的重要措施，实现秧苗工厂化、规模化生产，也将成为水稻栽植机械化中育秧发展的新特点。
( 3) 重点解决连作晚稻和双季晚稻机械化栽植技术，通过育秧技术研究，延长连作晚稻和双季晚稻的秧龄，使之适应机移栽，同时研制大苗移栽机。我国连作晚稻、油菜-水稻和小麦-水稻等双季晚稻的种植面积较大，实现连作晚稻和双季晚稻机栽植技术的关键是其秧龄短的问题; 目前我国机插秧技术主要适应中小苗，一般苗高要求在 100 ～ 180 mm 之间，秧苗太高时机栽插对秧苗的损伤较大，故应研究育秧技术，将目前连作晚稻和双季晚稻的秧龄从 15 d 左右，延长至 25 d 以上，控制秧苗生长，实现长秧龄机移栽，同时加快研制适应大苗的移栽机，以满足连作晚稻和双季晚稻的机移栽要求。
5 结束语
我国水稻种植面积大、区域广，因气候及地理环境等差异，种植方式多元化，其中栽植机械化是种植机械化中的主要方式。水稻栽植机械化技术包括育秧技术、移栽技术和智能控制技术等多个方面。机械育秧技术的核心是精密播种技术，它保证提供均匀一致的种子流，培育适合机械移栽的健壮秧苗，为实现符合农艺要求的栽插奠定基础。机械移栽技术是将育成的秧苗栽插于大田中，满足一定的株距、行距和每穴苗数，保障每穴秧苗的栽插深度，减少漏穴率、伤秧率、翻倒率和漂秧率，实现满足农艺要求的高质量栽插。智能控制技术涉及育秧流水线作业自动控制、播种质量监控、移栽机自动导航、水平平衡控制、插深控制、送秧量自动调节等智能技术，使水稻栽植机械化向智能化方向推进，降低人工劳动强度、提升作业质量和提高资源利用效率，是农业现代化的重要内容。为满足实际生产对水稻栽植机械化技术的要求，加强耕整地机械化技术研究与应用示范，解决杂交稻、超级杂交稻、双季晚稻和连作晚稻的机械栽植问题是水稻栽植机械化技术的研究重点，其中提升秧盘育秧精密播种的均匀性、解决低播量下精密播种育秧问题、解决毯状苗机插秧纵向送秧的精准性，研发经济高效、轻简型钵体苗栽插装备和农机农艺深度融合等是突破水稻栽植机械化的关键。
参 考 文 献
1 罗锡文，王在满. 水稻生产全程机械化技术研究进展[J]. 现代农业装备，2014( 1) : 23 - 29.
2 白人朴. 关于水稻生产机械化技术路线选择的几个问题[J]. 中国农机化，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 白人朴. 加快解决水稻种植机械化瓶颈制约的思考[J]. 中国农机化学报，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)
《水稻栽植机械化技术研究进展》来源：《农业机械学报》，作者：李泽华1 马 旭2 李秀昊1 陈林涛2 李宏伟2 袁志成2
