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1、国内外水稻种植机械化技术的现状与发展趋势2010年12月农机化研究第12期国内外水稻种植机械化技术的现状与发展趋势申承均,韩休海,于磊(黑龙江省农业机械工程科学研究院,哈尔滨150081)摘要:目前,我国水稻种植面积0.263亿hm,但机械化栽植水平还不到10%,水稻机收水平仅有20%左右,水稻生产综合机械化水平还处于较低水平.在我国水稻插秧机产品进展缓慢的同时,生产水稻插秧机的国外企业已纷纷进入我国市场,日本久保田,洋马和井关,韩国东洋,大同工业等企业的产品已先后登陆我国市场,挤占了国内的大部分市场份额.为此,对国内外水稻种植机械化技术的现状与发展趋势进行了分析.关键词:水稻种植;机械化;插
2、秧机中图分类号:S233.71文献标识码:A文章编号:1003188X(2010)12-0240-040引言我国插秧机研究了近50a,水稻种植机械几十年仍停留在独轮拖板式,至今水稻种植机械化平均水平不足10%.而日本自然条件,农业生产特点与我国相似,在我国水稻插秧机研究的基础上,用了20a多的时间实现了水稻种植机械化.因此,研究日本水稻插秧机发展的历史和现状,对探索我国水稻种植机械发展道路和开发水稻种植机械具有重要意义.1国内水稻种植机械发展概况在我国,机械化栽植和机械化收获是水稻机械化生产过程中最薄弱的环节和最大的难点,有的地区甚至还是空白.目前,我国水稻栽植机械化的现状是总体水平较低,南方
3、比北方低.在我国水稻机械化的发展中,水稻栽植机械化提出早,行动迟,进展慢.这主要是由于农机与农艺的配合不协调,受到地域辽阔,农情复杂,农村人多地少,经济基础薄弱,水稻生产环节多,作业工时长以及现有机具价格昂贵等多种因素的制约.我国从黑龙江到海南岛,从浙江到新疆,都有水稻种植,地域分布十分广阔.不同区域间气候和水土条件差异很大,形成了非常复杂的耕作制度和品种体系,有一熟制,两熟制,三熟制和两年三熟制;有单季稻,双季稻,麦茬稻,有早稻,中稻,晚稻和粳稻,籼稻,杂交稻等.生态类型,耕作制度和品种熟制的多样化,相应要求水稻栽培技术和机器系统的多样收稿日期t20100422基金项目:黑龙江省科技攻关计划
4、重点项目(GB06B11003)作者简介l申承均(1954一),男,黑龙江友谊人,高级工程师,(Email)hemhlj126.eom.化,这必然增加了机械化的难度,但也为各种水稻机械化栽培技术和与之配套机具提供了发展空间.水稻栽植技术基本分为直播和移栽两大类:直播有旱直播和水直播,水直播又分为干谷直播和芽谷直播;移栽分为深栽和浅栽,浅栽分为有序和无序两种基本形式.有序浅栽机有精密抛秧机,插秧机,摆秧机和摆栽机等;深栽机有插秧机和高速插秧机.直播省去了育秧环节,工艺流程大大简化,省工节本.西方国家(以美国为代表)多采用这种模式,其在我国单季稻区和太湖流域等稻麦区也有较大的发展空间.但由于水稻直
5、播生长期长,秧苗生长速度慢,仅适用于一年一熟制的产稻区.浅栽有利于增产,但风险远远大于深栽,因此深栽技术的采用为插秧机特别是高速插秧机提供了更为广阔的市场空间.我国水稻插秧机一直没有得到迅速推广,其原因如下:1)稻产区传统农业和机械化生产方式不适应,特别是与机械插秧配套的相关技术不过关,机械本身的高效率难以发挥,造成投入多,成本高和效益差;2)水稻生产机械化技术与农艺技术缺乏有机结合,农艺规范,经营管理模式与机械化技术不相适应;3)农民对水稻生产机械化的认识不足;4)机手不能熟练掌握机械性能和操作技术;5)国产插秧机可靠性差,生产率低,进口插秧机价格高,农民难以接受.近年来,水稻激光平地技术,
6、水稻节土钵育乳苗机插栽培技术,水稻割前站秆脱粒整秆原茬还田技术和水稻保护性节水少耕栽培技术在我国局部地区已经得到试验,示范与推广.水稻保护性耕作将是今后很长一个时期的发展方向,也是今后科研的重点.?240?2010年12月农机化研究第12期2国外水稻种植业发展状况目前,世界上水稻生产机械化水平较高的国家有日本,韩国,美国,意大利和澳大利亚等国家.日本,韩国以育苗移栽机械为主,以日本为代表.欧美国家以直播机械化为主,以美国为代表.这些国家的水稻生产水平代表了世界先进水平.日本于1898年发表第一个水稻插秧机专利;意大利于l9l5年开始研究拔秧苗的水稻插秧机,至20世纪50年代已有拖拉机配套的插秧
7、机具,但由于结构复杂,造价高,作业时需用辅助劳力多等因素而未能推广.20世纪6O年代,日本研制带土小苗的栽植技术和相应的水稻插秧机.1966年后,工厂化水稻育秧设备研制成功,促进了插秧机械化的迅速发展.日本是一个人多地少以水稻生产为主的国家,水稻种植方式与我国大体相同,基本上是育秧,插秧.由于水稻机械插秧较直播难度大,加上第二次世界大战的影响,直到1970年左右较好地解决农艺与机械结合的难题后,才在水稻育秧,插秧,病虫害防治,收获,干燥等生产环节基本上实现了机械化,20世纪80年代实现了农业生产的高度机械化.韩国三面临海,年降水量达1300mm左右,丘陵山地约占国土面积的70%.水稻是韩国最主
8、要的粮食作物,一年一作,种植面积240万hm.在20世纪70年代前,韩国水稻的种植,收获还是以人力为主;19701976年间,全国重点培育水稻品种,研究栽培收获技术,同时开发了人力插秧机,从13本引进样机,做适应性试验;19771986年,确定了机械移栽的栽培技术,研究箱式育苗法与插秧机的配套问题;19872000年,研究出了节本省工的水稻水旱直播栽培技术,幼苗机械移栽栽培技术和育苗自动化技术,同时研发了水旱直播机,通过对插秧机进行技术改进,开发出了施肥,除草,插秧的多功能插秧机;直到90年代,水稻移植和收获机械技术得到大力发展,已经基本实现了以耕翻,栽插,植保,收获,烘干和加工为主的水稻生产
9、全程机械化;2001年至今,开始重视研究稻作环保生产体系,免少耕直播,插秧技术和铺纸机械化栽培技术,同时开发出了相应的直播机和插秧机.3我国水稻插秧机生产现状我国水稻插秧机的研制工作始于1953年.1956年,在宋代莳扶分秧方式的启发下,研究人员首次提出群体逐次分格取秧,直接栽插的秧苗分插原理,从而在水稻插秧机的研制上取得了突破,研制出水稻拔取苗移栽的第一代样机.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,第一台自走式机动插秧机东风一2S型通过鉴定定型并投入生产,每天可插秧11.3hm.近年来,国内生产插秧机企业不多,手扶式仅有南通富来威等少数几家,都是研习韩国东洋
10、插秧机技术,科研设备落后,技术储备不足,对先进的和具有超前性水稻生产机械技术的基础研究与引进,消化及创新能力薄弱,技术开发和成果转化能力也普遍不强.乘坐式以延吉春苗为代表,延吉厂从1982年开始研制机动水稻插秧机,在13本井关产品技术基础上,开发和生产了2ZT一9356和2ZT7358型机动水稻插秧机,采用的是独轮驱动,分置式曲柄连杆装置.以后,又相继生产了2ZTR一94型和2ZT一74型人力水稻插秧机.由于国产乘坐式插秧机采用独轮驱动加拖板仿形结构,存在壅泥,下陷,过梗困难以及转弯半径大等问题,辅助用工较多,对农艺的要求较高,在产品质量,性能及可靠性等方面不能满足用户的需求,作业效率也不甚理
11、想,农民逐步把目光投向进口插秧机或独资,合资产品.目前,国外乘坐式高速插秧机产品已在我国占有一席之地,因此研制和生产高质量,可靠性好,效率高,价格合理的手扶式插秧机或乘坐式高速插秧机势必会得到市场的青睐.在乘坐式插秧机上增加施肥,铺纸,施药和免耕部件,实现复合作业的研究还处于初级阶段.施肥可实现边插秧边侧深施肥作业;铺纸是边铺再生纸边插秧作业,追求减少农药的绿色栽培;施药是边插秧边施药,以减少施药下田次数;免耕是在插秧部件前方安装浅旋耕对行部件,在插秧的行内实行浅旋耕,并非全幅旋耕,边旋边插.4国外插秧机生产现状国外插秧机以13本,韩国产品为代表.日本生产插秧机的企业一共有8家,分别是ISEK
12、I(井关),KIORITZ(共立),KUBOTA(久保田),Yanmmar(洋马),Fujii(藤井),Mitsubishi(三菱),Minoru和KONNMA.进入中国市场的主要有久保田,洋马和井关3家企业.目前,韩国生产规模较大的插秧机生产企业分别是国际,东洋,大同,亚细亚和LG等5家企业.产品类型主要有乘坐式和步行式两大类,产品型号涵盖手扶式26行,乘坐式310行等18个类型,上百种产品.根据插秧要求和用户的使用层次不同,13本的带土苗插秧机高中低档规格俱全,每种机器各具特色,可满足不同用户的需要.2010年12月农机化研究第12期4.1复合作业插秧机4.1.1施肥同时插秧日本在20世纪
13、80年代开始研究并推广施肥插秧机,至今插秧机普遍装备侧行施肥装置.能施液状肥料的插秧机在1975年商品化,能施粒状肥料的插秧机在1978年由农机研究所试制,1981年商品化.这些施肥插秧机从1975年前后开始装备在步行插秧机上,其后才装备在乘坐式插秧机上,施肥插秧从施肥方式上可分为侧行施肥和双层施肥两种.在施肥插秧机的后部安装施除草剂设备插秧的同时施肥料和除草剂,制成施肥,除草和插秧复合作业机,町使插秧前后作业大幅度省力与省时.4.1.2覆纸同时插秧利用再生纸覆盖水田,实现杂草防除抑制水稻纹枯病,覆盖田面4050d后再生纸分解,成为土壤养分,减少农药的用量和用药次数.1993年,三菱农机(株)
14、研制出铺纸插秧机,生产率可达0.16hm/h.4.1.3覆膜同时插秧利用聚乙烯塑料膜覆盖水田促进早稻初期生育,出穗期和收获期提前.1996年,覆膜插秧机研制成功,覆膜,打孔和插秧顺次进行.4.1.4免耕插秧免耕插秧机是在未耕的水田上直接插秧,在现有的插秧机栽植臂前方安装开沟器(凸缘锯齿形圆盘式或旋耕刀式).作业时,开沟器先开出深4050ram,宽15ram的沟,然后栽植臂将秧苗插入沟内.免耕水田的土壤氧化性好,团粒结构作用强,腐殖质逐年增加,水中分解的有机物丰富.连续多年免耕的水田,地力逐年增加,施肥量和施药量逐年减少.免耕插秧的特点:稻茎又粗又短,抗倒伏;株形紧凑,采光好;稻根粗壮,洁白,数
15、量多且活性强;成熟期的下位叶枯萎少,穗大,齐整,但穗数少,产量与耕耙地移栽的水稻相当,有的还略高;稻米食味好,污染少,成本低,为发展有机农业开辟了新的途径.4.1.5部分耕同时插秧该机悬挂在拖拉机后面,动力由拖拉机动力输出轴供给旋耕部分和插秧部分.旋耕装置在苗带位置耕出宽lOcm,深lOcm的苗床,浮筒将耕过的土壤表面拖平,然后由栽植臂进行插秧,同时侧行施肥.部分耕插秧与传统的插秧相比,可简化田间作业工序,节省50%的劳动时间,减少用水量和油料消耗,降低水稻生产成本,而产量不减.4.1.6全面浅耕与部分耕同时插秧部分耕插秧机因作业速度低(0.30.4m/s),稻田易生杂草等问题而改良为耕耘插秧
16、机.旋耕装置和插秧部分直接搭载在拖拉机上,用旋耕刀全面浅耕23cm的土层,在苗带位置耕出深8cm,宽10cm的苗床,然后由栽植臂进行插秧,即全面浅耕与部分耕插秧,可同时侧行施肥.耕耘插秧作业是插秧的当天往田里灌2cm深的水,然后即可在未耕的稻茬或麦茬地里进行,耕耘插秧机作业速度可达0.50.7m/s.4.1.7不耙地插秧其特点是使用双轴旋耕机一次完成耕耙作业,做好插秧的土壤准备.双轴旋耕机前后有2个旋耕装置g前一个旋耕装置进行通常的旋耕作业,完成土壤的耕翻碎土;后一个旋耕装置耕刀短,旋转半径小,反转旋耕,进行表层土壤的细碎和平整.旋耕机的碎土率高,2cm以下的土块可达到77%,碎土效果及对田面
17、的平整程度都达到插秧的土壤要求.为提高插秧精度,双轴旋耕机作业后要马上往田里灌水,以便沉淀泥土.插秧时需要再次灌水,插秧深度要比通常深2530mm.双轴旋耕机作业过的水田,透水性好,有利于改善粘质土壤的透水性及水旱田轮作.不耙地插秧与常规插秧相比,生长后期稻根活力强,出穗早,有效茎的比率高,成熟时期的稻株茎短,抗倒伏,两者产量相当.4.1.8浅耕不耙地插秧浅耕不耙地插秧,即用浅耕旋耕机耕耘78cm,插秧56d前灌水,然后用插秧机栽插钵苗.浅耕不耙地有如下优点:犁底层平坦,提高作业效率;耕层土壤氧化性好,根部土壤含氧量高,肥料浓度大,促进水稻初期生长;水温,地温高,透水性好,水稻生长旺盛;稻根粗
18、壮,洁白,数量多且活性强;稻米食昧好,污染少,成本低.4.1.9干田插秧技术适合免耕或不耙地插秧的水田,在入水前插秧,然后灌水的方法称为水稻干田插秧技术.它是在部分耕插秧机和耕耘插秧机上进行若干改造,主要是加装秧爪清洗装置,实现了干田插秧.此项技术与常规插秧相比,省略耕和耙作业;与免耕插秧相比,抑制杂草效果好;与灌水后进行耕和插秧的部分耕插秧和耕耘插秧相比,机体的行走稳定性高.该机水陆两用,适合不同的土壤条件.4.2特殊形式插秧机4.2.1锯齿形密植插秧机锯齿形密植插秧机能将每盘苗顺次左右两边取苗插秧,实现秧苗在田间锯齿形分布,从而在保证秧苗株距的同时进行密植,不会引起生育竞争,产量能增201
19、0年12月农机化研究第12期收10%左右.4.2.2四方形排列插秧机前一行程插的苗与后一行程插的苗在横向上成排,即井字形排列.这样通过传感器检测秧苗,微型计算机控制插秧驱动轴变速机构实现横纵两个方向机械除草.4.2.3单株苗插秧机其工艺是将在特殊形状的氨甲酸酯板上播一粒稻,种育成的无土栽培苗连同氨甲酸酯板一起切取一株进行插秧的专用插秧机.该机正在研究开发中.4.2.4折叠式插秧机作为实现稻作低成本的手段,最近日本政府方面提出水田大区划的构想.与此对应,插秧机开始向大型化方面发展.折叠方式有两种:一种是插秧部分对分成两部分,称为中折式;另一种是将插秧部分6行分成3个部分,称为两端折叠式.2001
20、年研制出l0行插秧机,作业速度0.91.1m/s,平均作业效率达到0.75hm/h左右.4.2.5无人驾驶插秧机利用卫星全球定位系统(GPS)导航的无人驾驶水稻插秧机,是在插秧机上搭载RTKGPS(计量误差2cm)和FOG式姿势测量仪,接收人造地球卫星发送的信号.由于地表不平,GPS天线随插秧机摇晃幅度达20cm.为解决此问题,在插秧机上安装动态补正传感器,使重心位置测定精度为4cm.该机在无人驾驶下,以0.8m/s的速度进行作业,每排秧苗间的行距误差在8cm以内,满足有人驾驶插秧作业走直误差10cm的要求.韩国插秧机主要是从日本引进技术生产,因此机型和结构与日本插秧机类似.目前,韩国规模较大
21、的生产插秧机的企业有5家企业,这5家公司早期都从日本全面引进技术.其中,国际株式会社采用的是日本洋马公司的技术,东洋株式会社采用的是日本井关的技术,大同工业株式会社采用的是日本久保田技术,LG采用的是日本三菱株式会社的技术.韩国企业在引进日本技术后,逐步致力于改进提高和关键技术的国产化,努力降低成本和价格,目前产品的质量和性能已基本接近日本同类产品水平.但由于受日本技术母公司的制约,产品一般比日本落后一到两代,并且在市场分配上也受到日方的控制.为改变这种状况,韩国企业在努力开发自主产品的同时,近年来已成功实现了部分技术来源的多样化.5结论纵观国外水稻插秧机的发展,充分体现出农机与农艺相结合,实
22、用高效和重视原始创新.近年来,日本水稻插秧机向着高速化,智能化,复合化,省力化,人性化以及多种功能方向开展研究与推广,特别是少耕免耕插秧技术,稀植插秧技术和钵苗插秧技术值得我国借鉴.参考文献:1袁钊和,杨新春.中国水稻种植机械化的发展与前景J.中国农机化,2000(3):8一I1.2孙仕明,韩宏宇,姜明海.我国水稻生产机械化现状及发展趋势J.农机化研究,2004(3):2l一22.3陆为农.水稻生产机械化发展现状及展望J.农机科技推广,2006(2):1316.4杨敏丽,刘清水.我国水稻生产机械化现状及发展对策J.中国农机化,1999(4):911.5李耀明,徐立章.日本水稻种植机械化技术的最
23、新研究进展J.农业工程,2005,21(11):181184.TheSituationandDevelopmentTrendofRiceCultivationMechanizationTechnologyinDomesticShenChengjun,HanXiuhai,YuLei(ScientificResearchInstituteofAgriculturalMechanicalEngineeringinHeilongjiang,Harbin150081,China)Abstract:Currently,theareaofriceplantinginchinaisabout0.4billio
24、nhectares,butplantingmechanizationlevelofplantingislessthan10%.Thericeharvestlevelusingmachineisonlyabout20%,andthemechanizedriceproductionlevelisverylow.Whilericetransplanterproductadvancedslower,productsoftheforeignricetransplanterenterpriseshaveenteredchinesemarket.TheindustrialproductshavelandedinChina,suchasKubota,Yanmmar,Iseki,Tym,DaedongandSOon.Aparrently,thesebusinessoccupiedthemajorityofthedomesticmarketshare.Keywords:riceplant;mechmization;transplante
