劉 軍，劉亞配，夏亞真，劉雅麗，柳 森

(平頂山市種子技術(shù)推廣站，河南 平頂山467000)

0 引言

在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)科學(xué)理論研究和機(jī)械化應(yīng)用不斷加深的環(huán)境下，針對不同作物的生物特性，各地區(qū)逐漸研發(fā)出一套實(shí)用性較強(qiáng)的種植管理理論和技術(shù)體系。小麥機(jī)械化無壟栽培，即利用小麥作物單株發(fā)育等方面特性，摒棄傳統(tǒng)播種中的“行壟種植”機(jī)制，利用機(jī)械化設(shè)備將種子均勻播種在土地上。自2010年我國首臺無壟聯(lián)合耕播機(jī)的研發(fā)，小麥機(jī)械化無壟栽培理論及技術(shù)在河南省、山東省等小麥種植示范區(qū)得到大量實(shí)踐。通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010—2018年河南省小麥的增長幅度實(shí)現(xiàn)100萬～160萬穗hm2，總產(chǎn)量年均增長率超過3%。2011年以來，河北省、山東省等地，小麥機(jī)械化無壟栽培理論和技術(shù)應(yīng)用成為地區(qū)重點(diǎn)扶持和推廣項(xiàng)目。因此，對小麥機(jī)械化無壟栽培理論基礎(chǔ)、實(shí)施機(jī)制和技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行研究分析，具有重要意義。

1 小麥行壟種植方法的形成發(fā)展和理論缺陷

1.1形成與發(fā)展

約2 000年前，人類歷史進(jìn)入到傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)社會(huì)階段，小麥作為主要耕作物，在種植方式上發(fā)生改變。從比較原始、系統(tǒng)性較差的手播轉(zhuǎn)變?yōu)樾袎挪シN，通過在土地上挖掘成行的土埂，再進(jìn)行播種，極大地提高了播種效率，也一定程度上保證了播種均勻性。該方法在我國歷史上沿襲了2 000多年，在近代機(jī)械化研究過程中，機(jī)械設(shè)備播種方式依然是以行壟播種方式為基礎(chǔ)[1]。雖然有農(nóng)業(yè)學(xué)者和科學(xué)工作者對小麥作物的生物特性進(jìn)行大量研究，提出均勻散播有利于增產(chǎn)的建議，但傳統(tǒng)思維桎梏，加上對播種效率的考慮，行壟種植思維依然根深蒂固。

1.2理論缺陷

1.2.1土地利用率低

在使用行壟種植法的過程中，土地中有較大部分被壟埂占據(jù)，小麥集中種植在壟上，導(dǎo)致壟埂部分土地被浪費(fèi)。通過理論測算，采用行壟種植法種植小麥的土地資源浪費(fèi)率可達(dá)17%。顯然，行壟種植法一定程度上限制了小麥產(chǎn)量。

1.2.2影響發(fā)育

行壟種植過程的小麥種子主要集中在壟上，發(fā)育后雖然行與行之間的株距較為合理，但是行內(nèi)的小麥植株則會(huì)互相影響，多數(shù)小麥種子根苗發(fā)育不良，造成根少苗弱現(xiàn)象。這是由于小麥本身生物特性適合單株生長，種子和植株需要充分的發(fā)育空間，而行壟種植方法顯然違背了這種生物特性。而這種影響在小麥低產(chǎn)及中產(chǎn)種植水平情況下不明顯，但在當(dāng)今科學(xué)種植意識和高產(chǎn)種植條件下卻成為影響產(chǎn)量和質(zhì)量的主要因素[2]。

2 行壟種植方法的農(nóng)藝特征和技術(shù)缺陷

2.1農(nóng)藝特征

行壟種植法經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)形成了成熟機(jī)制，無論是人工還是機(jī)械化播種，都以“耕土—播種—鎮(zhèn)壓”為核心工序，分為耕土、播種和鎮(zhèn)壓。耕土主要是通過人力、畜力和機(jī)械等對土地進(jìn)行耕作，多數(shù)情況下需要在施肥之后進(jìn)行2次耕土整地。即使在機(jī)械化逐漸普及的情況下，我國各小麥種植區(qū)在耕土和秸稈還田過程中，仍然需要4次反復(fù)用到旋耕機(jī)等設(shè)備。播種是在進(jìn)行小麥種子播種時(shí)，使用播種開溝器開溝，然后再按照平行的溝道將種子種下，最后覆蓋上土壤[3]。鎮(zhèn)壓是在種子播種完畢并覆蓋土壤后，使用鎮(zhèn)壓器以“上虛下實(shí)”的原則將播種后的土地壓實(shí)。

2.2技術(shù)缺陷

行壟種植模式會(huì)導(dǎo)致小麥種子個(gè)體之間存在爭水、爭肥現(xiàn)象，無法更大限度發(fā)揮作物生物特性和發(fā)育潛力。同時(shí)，這種模式會(huì)影響施肥工作，導(dǎo)致肥力資源浪費(fèi)，而在多數(shù)時(shí)候，還會(huì)造成灌溉水資源大量蒸發(fā)流失。另外，行壟種植模式還存在費(fèi)工、費(fèi)時(shí)和管理過程復(fù)雜等問題。

3 機(jī)械化無壟栽培技術(shù)理論

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技發(fā)展和科學(xué)意識不斷進(jìn)步，小麥種植產(chǎn)業(yè)更注重物種生物特性研究，通過尋求更適合小麥個(gè)體及群體發(fā)育的種植方法，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。因此，小麥機(jī)械化無壟栽培理論被提出，該理論關(guān)鍵要點(diǎn)是在土地上實(shí)現(xiàn)小麥單株均勻分布，根本上摒棄傳統(tǒng)行壟種植的土地利用模式，讓每一株都擁有獨(dú)立生長發(fā)育和營養(yǎng)空間。該種植方法的執(zhí)行關(guān)鍵在于充分利用機(jī)械設(shè)備和成熟農(nóng)藝機(jī)制，通過機(jī)械設(shè)備保證播種、施肥均勻，并且同時(shí)實(shí)現(xiàn)耕土播種，簡化種植流程[4]。其目的是全面提升土地資源、肥力和水資源利用率，進(jìn)一步開發(fā)小麥種子的生物特性和生產(chǎn)力。

3.1生物學(xué)特征

(1)有效光合器官集中于冠層。小麥作物在抽穗后，比較有效的光合器官主要位于植株冠層部位，為了充分保證植株發(fā)育階段光合及呼吸作用，需要打造足夠好的采光通風(fēng)環(huán)境[5]。

(2)匍匐生長特性。在入冬前，小麥會(huì)進(jìn)入一段較長的匍匐生長階段，也是當(dāng)前評判小麥植株壯苗水平的關(guān)鍵。在均勻種植情況下，小麥植株的匍匐生長期將不會(huì)受到更多影響，有利于其后續(xù)發(fā)育。

(3)壯苗與產(chǎn)量直接掛鉤。在小麥種植產(chǎn)業(yè)中，壯苗是小麥高產(chǎn)的關(guān)鍵。一方面，因?yàn)閴衙绺蛋l(fā)達(dá)、功能強(qiáng)，同時(shí)植株?duì)I養(yǎng)汲取能力強(qiáng)，莖稈粗壯，有利于提高穗量。另一方面，在小麥生長發(fā)育過程中，弱苗在拔節(jié)期會(huì)逐漸退化，而成穗的壯苗則擁有更好發(fā)展空間。小麥種植需重點(diǎn)提升壯苗發(fā)育效果，提供給壯苗更好的發(fā)育空間。

(4)生長旺盛期單一性。在小麥發(fā)育過程中，僅有一次快速發(fā)育生長過程，而這一過程在何時(shí)發(fā)生則取決于氣候變化和栽培措施。時(shí)令方面可能發(fā)生于冬季前或早春時(shí)節(jié)，小麥生長全生命周期內(nèi)可能發(fā)生于拔節(jié)、孕穗等發(fā)育階段。顯然，需要通過科學(xué)調(diào)節(jié)栽培措施，讓這一快速發(fā)育過程與小麥孕穗或灌漿階段相匹配，將有利于提升產(chǎn)量。

(5)葉片有嚴(yán)格分工。在小麥發(fā)育期間，所有葉片雖然都是執(zhí)行光合作用的關(guān)鍵器官，但是在不同階段，不同葉片的分工也非常明確。如在冬季前，葉片進(jìn)行光合作用的目的是促進(jìn)生苗、分蘗和生根，而在入冬后這些葉片開始萎縮退化；在春后發(fā)育初期，生長出來的葉片主要是促進(jìn)植株孕穗，而上層葉片則重點(diǎn)促進(jìn)植株長粒和灌漿。顯然在栽培過程中，需要給予不同時(shí)期不同葉片更好的光合作用空間，讓其更好完成刺激植株生長發(fā)育的任務(wù)[6]。

3.2增產(chǎn)原理和機(jī)制

機(jī)械化無壟栽培技術(shù)讓小麥在土地上均勻分布，結(jié)合均衡施肥灌溉，有利于小麥單株獲得更豐富的營養(yǎng)，提高小麥壯苗率。均勻播種有利于小麥麥穗及冠層獲得更好的光合、呼吸作用空間，讓植株之間形成立體生長空間[7]。無壟栽培充分適應(yīng)了小麥匍匐發(fā)育特性，讓小麥在冬季前有充分空間進(jìn)行匍匐發(fā)育，有利于小麥發(fā)育壯苗率?？茖W(xué)的植株分布機(jī)制有利于小麥葉片發(fā)育，同時(shí)給其光合作用提供更好空間。而且，合理的葉片分布也有利于提高土壤覆蓋率，減少土壤水分蒸發(fā)和流失率。機(jī)械化無壟栽培讓小麥單株擁有更合理的發(fā)育空間，在發(fā)育過程中不會(huì)受到其他植株影響而出現(xiàn)歪、倒情況，同時(shí)小麥自身根系發(fā)育和莖稈發(fā)育更好，將有利于提升小麥植株抗倒性。而在小麥進(jìn)入灌漿期后，合理的空間分布讓不同植株的穗互相依靠，提高整體抗風(fēng)、抗倒能力。另外，均勻分布的小麥植株得益于發(fā)達(dá)且深入的根系，以及充滿活力的葉片，小麥不容易出現(xiàn)早衰現(xiàn)象，同時(shí)可以具備更好的抵抗干熱風(fēng)能力。

4 農(nóng)藝特征和技術(shù)應(yīng)用效果

4.1農(nóng)藝特征

在河南平頂山市小麥種植大區(qū)，已經(jīng)逐步開始使用小麥無壟聯(lián)合耕播機(jī)設(shè)備來進(jìn)行小麥種植，該設(shè)備可以將小麥種植中的耕土、播種、鎮(zhèn)壓3道工序融合起來，實(shí)現(xiàn)一體化均勻種植[8]。如平頂山地區(qū)小麥種植產(chǎn)業(yè)中，在進(jìn)行秸稈還田時(shí)，便可以使用機(jī)械設(shè)備同步實(shí)現(xiàn)施肥、播種、旋耕和鎮(zhèn)壓操作，甚至還能同步完成田間筑梗工作。整個(gè)過程中大幅度簡化傳統(tǒng)播種流程，節(jié)省大量時(shí)間和人力成本，使天氣狀況對小麥播種的影響降到更低。

同時(shí)，小麥無壟栽培技術(shù)栽培完成后，形成了二維的田間分布狀態(tài)，讓小麥植株擁有充分的立體化生長發(fā)育空間，互相影響降至更低?；谛←湡o壟聯(lián)合耕播機(jī)設(shè)備，不僅可以實(shí)現(xiàn)小麥均勻播種、均勻施肥，還可以保證旋耕一次性成型，同時(shí)保證種子土壤空間形成“上虛下實(shí)”的良好狀態(tài)。

4.2技術(shù)應(yīng)用效果和效益

4.2.1增產(chǎn)效益

自2010年以來，河南平頂山地區(qū)逐步引進(jìn)小麥無壟栽培技術(shù)，并在2014年投入小麥無壟聯(lián)合耕播機(jī)等一體化聯(lián)合耕播設(shè)備后，小麥年產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)大幅度增長，小麥年產(chǎn)量變化如表1所示。

表1 2010—2017年河南平頂山某縣小麥年產(chǎn)量變化

Table.1 Annual wheat yield change in a county of Pingdingshan，Henan province in 2010-2017

年份20102011201220132014201520162017產(chǎn)量∕萬t3 0823 1233 1773 2263 3293 5013 4663 550

注：數(shù)據(jù)來源于中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)，下同。

通過深入了解，河南平頂山某縣小麥種植區(qū)穗數(shù)均超過750萬hm2，并且穗質(zhì)量并沒有降低。通過對小麥產(chǎn)量進(jìn)行測算，當(dāng)?shù)匦←渾萎a(chǎn)增長率超過25%，小麥產(chǎn)量達(dá)1 800 kghm2。

4.2.2生產(chǎn)成本降低

使用小麥機(jī)械化無壟栽培技術(shù)后，受益于耕播一體化和全面機(jī)械化，栽培耕作流程全面簡化，節(jié)省大量人力、物力成本。河南平頂山市某縣小麥種植生產(chǎn)成本變化如表2所示。

表2 2017—2018年河南平頂山市某縣小麥種植生產(chǎn)成本

Table.2 Average production cost of wheat planting in a county of Pingdingshan city，Henan province in 2017-2018

指標(biāo)2018年2017年增長率∕%物料成本∕(元·hm-2)種子909.0981.0-7.34化肥2 041.52 295.0-11.05農(nóng)藥343.5346.5-0.87小計(jì)3 294.03 622.5-9.07設(shè)備成本∕(元·hm-2)機(jī)耕1 018.51 011.00.74機(jī)播297.0286.53.66機(jī)收826.5817.51.10灌溉與排水198.0211.5-6.38小計(jì)2 3402 326.50.58人工成本∕(元·hm-2)用工天數(shù)31.533.0-4.55工價(jià)∕(元·d-1)1 054.51 065.0-0.99總計(jì)2 214.452 343-5.49

由表2可知，河南省平頂山市某縣全面實(shí)現(xiàn)小麥機(jī)械化無壟栽培后，通過合理提升機(jī)械應(yīng)用成本，實(shí)現(xiàn)種子、肥料、農(nóng)藥和人工成本大幅度減少，有利于提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益。另外，這種栽培方法也提高了土地、肥力和水資源利用率，減少資源浪費(fèi)情況[9]。

5 創(chuàng)新點(diǎn)

5.1實(shí)現(xiàn)一體化耕播

通過小麥無壟聯(lián)合耕播機(jī)、旋耕機(jī)等設(shè)備，在旋耕整地的過程中便能實(shí)現(xiàn)均勻施肥、均勻播種。這種方式很大程度上避免傳統(tǒng)行壟溝播時(shí)化肥燒苗問題，同時(shí)機(jī)械化播種保證種子分布均勻性，確保植株之間空間合理性，對單株發(fā)育和群體發(fā)育都有益處[10]。小麥機(jī)械化無壟栽培技術(shù)是對傳統(tǒng)行壟播種技術(shù)的全面革新，能夠更大程度上激發(fā)小麥作物本身的生物特性和生產(chǎn)潛力，建立了全新科學(xué)栽培、科學(xué)增產(chǎn)的農(nóng)藝技術(shù)體系。

5.2優(yōu)化土壤鎮(zhèn)壓工藝

在小麥栽培過程中，播種后的鎮(zhèn)壓是為種子發(fā)育提供舒適空間的關(guān)鍵?；跈C(jī)械化無壟栽培技術(shù)中的機(jī)械設(shè)備，可以全面實(shí)現(xiàn)分層鎮(zhèn)壓。復(fù)合鎮(zhèn)壓器可以根據(jù)土質(zhì)狀態(tài)調(diào)節(jié)鎮(zhèn)壓力度，確保鎮(zhèn)壓后的密實(shí)度達(dá)到合理狀態(tài)。同時(shí)，在機(jī)械鎮(zhèn)壓設(shè)備中，配置了滾框和滾輪，在對土壤進(jìn)行鎮(zhèn)壓的時(shí)候，滾框可以對深層土壤進(jìn)行鎮(zhèn)壓，而滾輪則配合進(jìn)行地表土層鎮(zhèn)壓，通過這種機(jī)械作業(yè)機(jī)制，讓土壤達(dá)到“上虛下實(shí)”的結(jié)構(gòu)效果，有利于種子發(fā)育和出苗破土[11]。

5.3旋耕設(shè)備實(shí)現(xiàn)升級

目前部分地區(qū)小麥機(jī)械化無壟栽培過程中，旋耕設(shè)備需要耕作2次才能讓土壤達(dá)到要求。為進(jìn)一步提高耕作效率、簡化流程，河南省地區(qū)部分旋耕機(jī)械進(jìn)行了升級改造，主要方式是基于設(shè)備原來的2組耕刀結(jié)構(gòu)，加入1組直刀。通過該方式可以提高旋耕機(jī)碎土功能，確保一次性完成土壤耕作，同時(shí)有利于一體化耕播技術(shù)的實(shí)施[12]。

6 存在的問題及解決途徑

6.1播種深度控制

因?yàn)樾←湙C(jī)械化無壟栽培技術(shù)是利用機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)耕作、施肥和播種一體化，所以容易出現(xiàn)播種深淺不均勻的問題。如小麥種子沒能被土壤掩蓋，或者被播種到深于6 cm的土壤中，都將不利于種子育苗和后續(xù)生長發(fā)育。針對該問題，目前以河南省為代表的小麥機(jī)械化種植區(qū)逐步研究出能夠?qū)崿F(xiàn)土壤深淺均勻播種的機(jī)械化設(shè)備，經(jīng)過實(shí)際測算，出現(xiàn)播種過深或過淺的概率<2%。

6.2田間操作管理較難

首先，在小麥機(jī)械化無壟栽培理論提出和實(shí)施過程中，有學(xué)者提出是否會(huì)影響田間管理過程中的畦埂作業(yè)。而無壟栽培機(jī)械化過程中，不同規(guī)格、型號的設(shè)備加上多樣化耕作方案，都可為分畦作埂工作提供便利。其次，有學(xué)者提出實(shí)行無壟均勻化播種后，是否會(huì)對后續(xù)田間打藥、除草工作造成困擾?；谶@個(gè)問題，一方面，機(jī)械化無壟栽培保證了小麥植株分布均勻性，同時(shí)利用小麥生物特性，以小麥發(fā)育抑制雜草生長，對后續(xù)打藥和除草工作的需求不那么迫切。另一方面，機(jī)械化無壟栽培過程中也可以根據(jù)實(shí)際需求預(yù)留打藥等后續(xù)維護(hù)管理工作的專用壟埂區(qū)，即使沒有預(yù)留，通過人力也可以在分布均勻的田間小心管理[13]。

6.3播種量控制

機(jī)械化無壟栽培技術(shù)投入使用后，對于全新的農(nóng)藝機(jī)制的田間平均播種量有一定疑問。經(jīng)過大量實(shí)踐和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，播種量一般與種植區(qū)生態(tài)環(huán)境有較大聯(lián)系，如表3所示。

表3 我國主要小麥產(chǎn)區(qū)使用無壟栽培技術(shù)前后播種量

Table.3 Sowing amount before and after ridge free cultivation in main wheat producing areas of China

小麥產(chǎn)區(qū)播種量∕(kg·hm-2)無壟栽培前無壟栽培后北方冬麥區(qū)210～330225～365黃淮冬麥區(qū)130～270150～300

在我國北方冬麥產(chǎn)區(qū)，小麥播種量比黃淮冬麥產(chǎn)區(qū)要多。由表3可知，使用機(jī)械化無壟栽培技術(shù)后小麥產(chǎn)區(qū)播種量都有一定增加，這也是提高產(chǎn)量的關(guān)鍵。

6.4套種問題

為進(jìn)一步提高土地利用率，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)多樣化機(jī)制，部分地區(qū)面臨小麥與玉米等作物的套種協(xié)調(diào)問題。在小麥機(jī)械化無壟栽培技術(shù)應(yīng)用過程中，得益于全面機(jī)械化和近年來的氣候變化，可以更好調(diào)節(jié)其他作物與小麥的種植時(shí)機(jī)。如冀中地區(qū)培育生長期大于110 d的長生育期小麥品種，避免小麥和玉米作物因生產(chǎn)季節(jié)相重而互相產(chǎn)生的不利影響。

7 結(jié)束語

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)逐步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和科學(xué)化，我國多個(gè)農(nóng)業(yè)作物種植管理理念和方式都發(fā)生了變化。對于小麥種植而言，傳統(tǒng)行壟栽培方法雖然在大部分歷史時(shí)期中都保證了小麥產(chǎn)量，但是在現(xiàn)代科學(xué)意識中，這種方法也存在著多種問題，一定程度上限制了小麥進(jìn)一步增產(chǎn)。因此，結(jié)合機(jī)械化技術(shù)和無壟栽培理論的小麥機(jī)械化無壟栽培技術(shù)被研發(fā)出來，這種方法基于對小麥作物生物特性的深入研究，摒棄傳統(tǒng)行壟栽培的壟埂和壟溝播種模式，實(shí)現(xiàn)了耕土、均勻施肥、均勻播種一體化。均勻播種給予小麥種子及單株更好的發(fā)育生長空間，避免互相影響。這有利于最大化激發(fā)小麥作物的生物生產(chǎn)潛力，同時(shí)還極大提高了土地資源、化肥和水資源利用率，對全面提升小麥產(chǎn)量和品質(zhì)有明顯效果?；谶@種理論和技術(shù)實(shí)踐而得到的良好效益，需要對技術(shù)實(shí)踐過程中遇到的相關(guān)問題進(jìn)行合理化解決，在機(jī)械設(shè)備研究制造和維護(hù)管理方面投入更多精力，保證小麥機(jī)械化無壟栽培技術(shù)為我國小麥及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展效益做出更多貢獻(xiàn)。