水稻机插秧及育秧技术研究进展
７６６ＣＲＯＰＲＥＳＥＡＲＣＨ ２０１４，２８（６）
水稻机插秧及育秧技术研究进展
，２，３，２，２，２，３
孔午圆１，郑华斌２，刘建霞１，姚 林１，贺 慧１，黄 璜２
（１湖南农业大学生物科学与技术学院，长沙４１０１２８；２湖南省作物多熟制工程技术研究中心，
长沙４１０１２８；３湖南农业大学农学院，长沙４１０１２８）
摘 要：水稻生产中确保苗全、苗齐、苗壮是获得高产的关键措施，现有的机插秧技术却存在漏秧、伤秧和苗不齐等诸多问题。在梳理水稻插秧机发展历史的基础上，通过对机插秧影响因素的分析，综述了育秧的改进措施及水稻插秧机机械改进方面的进展，进一步提出未来育秧措施与插秧机的发展方向。关键词：水稻；插秧机；育秧；机械化
中图分类号：Ｓ５１１０４８；Ｓ２２３９１ 文献标识码：Ａ
文章编号：１００１５２８０（２０１４）０６０７６６０５ ＤＯＩ：１０３９６９／ｊｉｓｓｎ１００１５２８０２０１４０６６２
ＲｅｃｅｎｔＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎｔｈｅＭｅｃｈａｎｉｃａｌＴｒａｎｓｐｌａｎｔｉｎｇｏｆＲｉｃｅａｎｄｔｈｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＲａｉｓｉｎｇｓｅｅｄｌｉｎｇ
１，２２，３１，２ＫＯＮＧＷｕｙｕａｎ，ＺＨＥＮＧＨｕａｂｉｎ，ＬＩＵＪｉａｎｘｉａ，
１，２１，２２，３
ＹＡＯＬｉｎ，ＨＥＨｕｉ，ＨＵＡＮＧＨｕａｎｇ
（１ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＢｉｏｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＨｕｎａｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ４１０１２８，Ｃｈｉｎａ；２ＨｕｎａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｆｏｒＣｒｏｐＭｕｌｔｉｐｌｅＣｒｏｐｐｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ４１０１２８，Ｃｈｉｎａ；
３ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｇｒｏｎｏｍｙ，ＨｕｎａｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ４１０１２８，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｋｅｙｍｅａｓｕｒｅｓｔｏｏｂｔａｉｎｈｉｇｈｙｉｅｌｄｗａｓｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｎｕｍｂｅｒｏｆｂａｓｉｃｓｅｅｄｌｉｎｇ，ｂｅｔｔｅｒｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｏｆ，ａｎｄｓｔｒｏｎｇｓｅｅｄｉｎｇｉｎｔｈｅｒｉｃｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅｗａｓｍａｎｙｐｒｏｂｌｅｍｓａｔｔｒａｎｓｐｌａｎｔｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆｅｘｉｓｔｓｅｅｄｌｉｎｇｓｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ，ｓｕｃｈａｓｔｈｅｌｅａｋａｇｅｏｆｓｅｅｄｌｉｎｇｓ，ｔｈｅｉｎｊｕｒｙｏｆｓｅｅｄｌｉｎｇｓａｎｄｔｈｅｉｎａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｎｕｍｂｅｒｏｆｓｅｅｄｌｉｎｇｓＣｏｎｓｅｑｕｅｎｔｌｙ，ｂｙａｎａｌｙｓｅｓｉｎｇｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｒｉｃｅｔｒａｎｓｐｌａｎｔｅｒ，ｔｈｅｐａｐｅｒｒｅｖｉｅｗｅｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅ，ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｄａｐｔａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｒｉｃｅｔｒａｎｓｐｌａｎｔｅｒ，ａｎｄｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｏｆｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｒａｉｓｉｎｇｓｅｅｄｌｉｎｇｆｕｒｔｈｅｒｓｕｇｇｅｓｔｅｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｓｅｅｄｌｉｎｇｓｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｓａｎｄｒｉｃｅｔｒａｎｓｐｌａｎｔｅｒｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅＫｅｙｗｏｒｄｓ：Ｒｉｃｅ；Ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｅｒ；Ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ；Ｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ
水稻机械化种植在减轻劳动强度、提高产量以及保护和改善农业生态环境等方面发挥着极其重要
１～３］
的作用［。据报道，农村劳动力正以每年１０００
４］
万左右［的人数向第二、三产业转移，很多地方农业劳动力严重短缺，农村土地富余，从而为加快土地流转、促进规模化经营、发展农业机械化提供了条件。在主要粮食作物生产中，水稻生产环节最繁杂，
收稿日期：２０１０
用工量最多、劳动强度最大。实践证明，水稻种植环
５］
节实现机械化作业可减少劳动用工量４０％［，机械栽插比人工手插平均节约成本１０％左右，提高单产
６］
５３％左右［。机插育秧秧田利用率比常规育秧提
１０倍，可大幅度节约耕地。水稻机械化栽插高８～
的推广运用，有利于减少农药的使用量，降低农药残留，促进农业生态环境的好转。
作者简介：孔午圆（１９８８－），男，湖南长沙人，硕士研究生。通信作者：黄璜，博士，教授，Ｅｍａｉｌ：ｈｈ８６３＠１２６．ｃｏｍ。基金项目：国家水稻丰产科技工程项目（２０１３ＢＡＤ０７Ｂ１１）。
１ 水稻插秧机的发展
１８９８年，日本发表第一个水稻插秧机专利，并０世纪６０年代研制带土小苗的栽植技术和相应于２
９６６年后，工厂化水稻育秧设备研的水稻插秧机。１
制成功，促进了插秧机械化的迅速发展。近年来，日００５本研究者加大了研制“插秧机器人”的力度。２年４月，研究者在琦玉县进行实验，让机器人在没有任何人力的协助下从事插秧劳动。这些农业机器人各界不断努力中，育秧技术突飞猛进，发明了多种育
１０～１３］
。多数专家对机插秧育秧的方式、播种秧方法［
量、秧龄、密度等农艺措施进行研究，正从中大苗转向小苗带土移栽的方向发展。
２ 机插秧的影响因素
图１表明机插秧的影响因素较多。播种不均造成秧苗生长过程中光照与通气条件不一，秧苗长势不匀，地上部分高矮不一致，地下部分盘根差，从而由计算机系统控制，通过斜伸展在外边的感应器和其他一些装置，来计算出运动的角度和方向，进而实
现在稻田的精确定位［
７］
。韩国自２０世纪７０年代从日本引进机插秧技术后，开始研究育秧技术与插秧机的配套问题，并且研究出幼苗机械移栽栽培技术和育苗自动化技术，通过对插秧机进行技术改进，开
发出具有施肥、除草和插秧的多功能插秧机［
８］
。１９６７年我国自行研制第一台东风２５型自走式
水稻机动插秧机并鉴定投产［９］
，从而成为世界上首
批拥有机动插秧机的国家。到１
９７６年，我国水稻机械化插秧面积占水稻种植面积的１
１％。２０世纪８０年代家庭联产承包制的实行，限制了水稻机插秧的发展。９０年代后，随着农村经济的迅速发展和农村劳动力的转移，农民对机插秧技术需求日益增强。１９９５年全国机插水稻面积占水稻种植面积的２３％，２００９年占１６％。但各地发展不平衡，东北三江平原由于户均经营规模大，机插秧应用面积比例较高，达６０％左右；长江中下游稻区机插秧面积占水稻种植面积的１３％左右。
机插水稻目前大多在一季稻区和粳稻区应用，种植品种多为常规粳稻，主要采用硬盘育秧、软盘育秧、双膜育秧、本田泥浆育秧和工厂化机插育秧等几种育秧方式，播种量在１２０～１８０ｇ／盘，秧龄１５～２０ｄ，叶龄３５～４叶，苗高１５～２０ｃｍ。
为了使秧苗更好地适应机器，我国经过了较长时期的摸索。最开始传统水田育秧育出的秧苗拔秧困难，根系过长不利于机插，导致粮食减产。７０年代得出机插秧“根要短，好拔秧，秧要壮，苗高五六寸，叶片直硬”的经验，进行适当控水能提高秧苗机插质量。８
０年代初，机械化程度提高，与插秧机相配套的育秧技术亟待改进。因此从日本引进盘式育秧技术，并开始尝试塑料大棚盘式育秧。随着机插秧机器本身的改进与多机型的发展，对秧苗素质的要求越来越高，对育秧的改进与创新层出不穷。在
导致插秧质量下降，容易产生漏插、伤秧、搭桥和蓬
头的现象。
图１ 水稻机插秧的影响因素［
１４～１９］
茬口衔接与播期不适等原因造成秧龄过长或过短。秧龄过短、秧苗生长过矮不利于插秧机秧爪抓秧，漏插现象严重。秧苗过矮则栽插不稳，容易倒秧与漂秧。秧龄过长，秧苗老化，苗超高，秧苗细长，容易倒秧、伤秧与勾秧，造成零乱散落。
育壮秧的关键是控水、控肥。水分与肥力过剩，秧苗易徒长，秧苗过高，是造成机插倒秧、伤勾秧机率大的一大原因。
秧盘育秧床土酸碱度、床土厚薄以及床土土质对插秧质量都有影响。床土过酸过碱不适宜稻苗生长，其秧苗长势孱弱，秧苗素质较差。床土过厚，秧苗根系过长，伤秧机率大，栽插后秧苗返青慢，影响水稻产量；床土过薄，秧苗盘根差，易伤秧。床土土质不佳，对插秧机损伤大。
３ 育秧措施的改进
３１ 育秧方式
目前，韩国主要有５种育秧方式，分别为湿润育
３９］
两者在一定程度上能相互弥补不足。姚雄等［的研究表明，秧苗成苗率随播种量增加而下降，且下降
秧、旱育秧、多层薄膜育秧、无纺布育秧和工厂化育
２０］
秧［，其中无纺布育秧是最近几年推出的新的育秧
方式。我国与水稻机插秧相配套的育秧方式有多
２１～２３］
。研究表明，旱育机插秧秧苗各方面的指标种［
都优于水育秧和湿润育秧，秧苗素质好，成秧率
２４］
高［。在生产中常用的机插育秧方式主要有软盘
育秧、双膜育秧以及工厂化育秧。但是工厂化育秧
２５］生产成本高，实际应用范围不广。夏孝朗等［进行
的软盘育秧、双膜育秧对机插质量影响的试验表明，的速率逐渐增大，在适宜的秧龄移栽能保证成苗率
４０］
研究表明，移栽秧龄在与秧盘均匀度。沈建辉等［
２
４１～４３的情况下催芽种谷１７０粒／ｄｍ左右的落谷密度可能较适宜。秧龄可通过选择不同的育秧衬垫，或者采取控水、控肥等管理方法来延长其适宜机
４１，４２］
插的秧龄范围［。２０世纪７０年代初塑料（硬）盘培育小苗与机械插秧配套，取得农机与农艺结合软盘育秧的机插综合指标更优。江苏、安徽、江西等
地示范应用的钵穴中大苗育秧技术［２６，２７］，能育出素
质较好的秧苗，目前主要与ＺＺＢ－６型（ＲＸＥ－６ＡＭ）
乘坐式高速插秧机相配套应用。旱育机插秧一般比水育、湿润育秧的秧苗素质好的原因可能是因为水分的控制更精确，更有利于
秧苗根系的生长［２８］和对苗高的控制［２９］
。软盘育秧
比双膜育秧更适合于机插秧的原因在于肥料与细土混合更有优势，并且软盘育秧盘底能控制秧苗的根系生长，使根系盘结力适中，机插时分秧方便，能减少漏插率、漂苗率、伤秧率。另外，软盘育秧机插时起秧不需要切秧，也能降低伤秧率，提高机插综合指标。３２ 育秧基质
随着机插秧面积越来越大，营养土的获取难这一突出矛盾日益显现出来。育秧基质的研发成果避免了育秧对土地的破坏，解决了机插育秧取土远、难、无土可取等瓶颈，并且在一定程度上减少了对插秧机的损伤，提高了水稻的产量。
基质的种类多种多样。张卫星等［３１］
采用谷壳
配合一定比例的土壤为基质；周青等
［３２］
以作物秸秆
等为主要原材料，综合应用物理技术、微生物发酵等技术，结合水稻秧苗的需肥特点开发出轻型有机基质；淮安柴米河公司以秸秆等植物资源为原料，添加保水剂、粘结剂和缓释肥，合成水稻育秧专用基质，具有良好的机插适应性，管理简单，并且育秧效果稳
定而良好［３３］。齐春艳等［３４］
引进韩国育苗基质，利
用膨化砂作育秧基质
［３５］
，还利用珍珠岩育苗
［３６］
；邵
文奇等［３７］使用草木灰作为育苗基质等，取得较好的
试验结果，育出适宜机插的壮苗，在一定程度上提高了水稻的产量。３３ 秧龄与密度
秧龄对苗质与产量的影响大于播种密度［３８］
。
的重大突破，成为机插秧的主流形式，并且迅速在日本等国家大面积应用。这一育秧形式的落谷量一般为催芽种谷每盘２００ｇ左右（盘面积６０ｃｍ２８ｃｍ），
秧龄２１叶期左右移栽［４３，４４］
，此即小苗移栽。水稻机插秧的超秧龄现象普遍存在，２０世纪７０年代，星
川清亲针对室内育秧［
４５］
提出通过追施氮肥、保持较低的温度和较弱的光照等措施防止秧苗消耗自身的营养来保持秧苗的活力，以达到延长秧龄的目的。
目前大部分关于延长秧龄方式［４６～４９］
的研究，主要是集中在通过运用不同的育秧方式来延长秧龄。３４ 播种期
机插秧对播种期安排较为严格，要求适期播种，根据大田茬口、大田耕整、沉实时间以及按照秧龄１５～２０ｄ推算播种期。双季稻区需根据各地区不同的气候条件，晚稻必须按照品种安全齐穗期倒推，并兼顾早稻成熟情况合理安排播种期。如果种植面积大要根据插秧进度，适时播种和收获前茬作物。
水稻品种选择多样［５０］
，种植的品种复杂，这对于播种期的把握更加困难。农民如果对于更新快的品种了解不够，无论何种品种都按自己的习惯进行农事操作，就难以发挥出品种的优越性。长江中下游地区双季稻产区以及多熟制区域存在茬口衔接的问题，对于机插秧的育秧有一定阻碍。
播期对于水稻机插产量的形成影响很大。研究
表明播期不仅对水稻单株成穗率影响很大［５１］
，而且
对于水稻立枯病的发病率也有影响［
５２］
。成都平原稻麦两熟区在适播期的机插质量较差，虽然延迟播种有利于改善机插质量，提高成穗率，但也会导致群体生长滞后，产量构成因子下降，进而降低产量。若
推迟１５ｄ播种，减产幅度甚至超过１０％［５３］
。
４ 插秧机械的改进
４１ 分插机构
分插机构是水稻插秧机从秧群中分取一定数量
的秧苗并插入土中的机构，它是插秧机的主要工作部件，其性能决定插秧质量、工作可靠性和插秧频
５４］
。传统分插机构主要有摇臂导杆式分插机构、率［
环节，在实现秧苗与插秧机耦合的同时却加大了生产成本与劳动力的投入，因此，应因地制宜地研究和开发多元化的育秧措施，一方面适应生态区域的农民生产水平，确保秧苗的全、齐、壮；另一方面就地取材制作育秧基质，降低成本，向生产效率高、劳动强度低、育秧质量高，适宜规模经营的方向发展。二是设计和发展模块化插秧机。随着我国机械设计水平的不断提高，使得按功能将插秧机进行模块化成为可能。体积变得更小、易于操作和维护、功能多样转臂滑道式分插机构、曲柄摇杆式分插机构。
目前生产上使用的普通水稻插秧机分插机构主要是曲柄摇杆式分插机构。各构件为平面低副连接，结构简单，在水田的恶劣环境下有很好的工作适应性且便于维护，在日本和我国生产的插秧机中广泛采用，代表机型是２ＺＴ９３５，适用于毯状苗的插秧；缺点是插秧效率低，振动大。由于曲柄摇杆式分插机构高速栽插时，各构件将产生较大的弹性变形和动应力，影响该型插秧机的栽插性能。对此，可通过弹性动力学分析及计算机程序的运算，优化机构各
构件截面尺寸，减小质量［
５５］
。目前可以实现的插秧频率为２６０～２７０次／ｍｉｎ。为适应现代农业集中化与高速化发展，高速插秧机的行星轮系式分插机构应运而生。行星轮系式分插机构比传统的分插机构优越，主要是由于采用旋转式分插机构取代了传统的曲柄摇杆式分插机
构。日本和我国分别从２
０世纪８０年代、９０年代开始研究。其优点是旋转式分插机构惯性力小，旋转一周插秧２次，插秧质量好、效率高，插秧频率为４００～６００次／ｍｉｎ。４２ 移箱机构
移箱机构是插秧机的重要组成部分，其作用是
根据农艺要求把秧苗连续不断地按一定速度、定量进行横向送秧和纵向送秧，并传递动力，驱动栽植臂
工作［５６］
。横向送秧时，保证栽植臂每插一次使得秧苗横向移动一定距离；纵向送秧时，秧箱移动到左、右两端位置时，对秧苗进行整体的纵向送秧。移箱机构经过多年的发展，已经从简单的齿条式发展到具有缓冲弹簧的高速水稻插秧机移箱机构。不过，移箱机构改进存在以下问题：随着水稻机械高速发展，移箱机构的冲击磨损必然加剧；为了达到整机轻型化的目的，在保证刚度要求的情况下，移箱箱体需要采用较轻的铝合金材料，导致成本增加；因为水稻插秧区域化的问题，需采用横向送秧量和纵向送秧量都可调装置。
５ 展望
为进一步加强育秧与插秧机的耦合，更大效率地发挥其效能，提出以下展望：一是采取多元化的育秧措施。鉴于秧苗的全、齐、壮是实现机插秧的关键
化，是改良方向。模块化的设计，也可为适应不同秧苗质量打下基础。参考文献：
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