周 璇，辛景樹，沈 欣，徐 洋，傅國海，劉 欣，聶 強，孫國棟

（1全國農業(yè)技術推廣服務中心，北京 100125；2黑龍江省創(chuàng)業(yè)農場，黑龍江富錦 156321；3黑龍江省建三江管理局，黑龍江富錦 156300）

0 引言

作為中國重要糧食作物之一，水稻生產在保障國家糧食安全中具有重要作用。國內65%以上的人口以稻米為主食，自20世紀70年代以來，中國的水稻種植面積常年占糧食作物生產面積的25%～30%，稻谷產量常年約占糧食總產量的32%～45%。改革開放以來中國農田化肥使用量迅速增長，尤其是氮肥的施用，為中國水稻產量的增加提供了有力支撐。但近年來對稻谷產量的盲目追求，導致國內稻田氮肥不科學、不合理使用問題突出。據統(tǒng)計，中國稻田氮肥用量占全部農作物氮肥用量的25%以上，水稻單季氮肥平均用量202.5 kg/hm2，是世界水稻氮肥平均用量的1.8倍左右[1-3]。受氣候、栽培制度及經濟發(fā)展水平等因素影響，國內不同地區(qū)稻田氮肥用量差異較大，區(qū)域間稻田氮肥施用不平衡現象嚴重。

稻田氮肥的過量施用，不僅削弱了氮肥對水稻增產的促進作用，降低水稻氮肥利用效率，而且大量的氮素損失，加劇了農業(yè)資源浪費與環(huán)境污染等問題，嚴重制約了中國農業(yè)綠色高質量發(fā)展。研究表明，中國稻田氮肥利用效率在30%～50%之間，稻田尿素氮素利用率約為30%～40%，顯著低于發(fā)達國家[4-5]。速效氮的過量投入使得短期內土壤氨硝態(tài)氮和硝態(tài)氮大量積累，導致稻田氨揮發(fā)、硝化反硝化作用、氮素徑流損失及氮素淋洗損失嚴重。研究表明，中國農田因氮肥表施造成的氨揮發(fā)損失占氮肥投入的10%～40%，淋失和徑流損失約為7%[5-7]。大量未被作物吸收利用的農田氮素，以氨揮發(fā)、淋洗和地表徑流等方式進入環(huán)境，加劇了臭氧層破壞、溫室效應、水體富營養(yǎng)化、土壤板結酸化等環(huán)境問題[1]。

前人研究結果及2019年黑龍江農墾水稻機插秧同步側深施肥技術集成示范項目結果表明，推廣應用水稻機插秧同步側深施肥技術不僅為破解當前資源投入過度、環(huán)境污染加重、農村勞動力資源短缺等局面提供了重要抓手，而且為資源環(huán)境硬約束下保障糧食有效供給和質量安全，促進水稻化肥減量增效提供了有力的技術支撐[8-11]。

1 推廣水稻機插秧同步側深施肥技術的可行性

1.1 國外水稻機插秧同步側深施肥技術推廣的經驗與啟示

世界水稻機械化生產主要有兩大栽培體系，一種是以澳大利亞、美國、意大利等國家為代表的水稻直播機械化栽培體系，另一種是以日本、韓國等國家為代表的水稻移栽機械化栽培體系[12-14]。日本水稻種植以精細化著稱，主要采用機械插秧的方式進行水稻生產。毯式水稻插秧機、無人操縱高精度水稻插秧機等農機的研發(fā)，極大促進了日本水稻插秧機械化發(fā)展[14]。20世紀70年代左右，韓國從日本引進插秧機，并進行了試驗推廣。20世紀末，韓國研發(fā)出集插秧、施肥、除草于一體的多功能插秧機，水稻移栽和收獲技術得到長足發(fā)展，基本實現了從種到收的水稻生產全程機械化[15]。

日本是世界上水稻機插秧同步側深施肥技術發(fā)展水平較高的國家，水稻生產機械化程度達到98%，在全國基本形成了統(tǒng)一的水稻栽培模式，育秧、側深施肥、機械插秧已實現了系列化、標準化[16]。20世紀70年代，日本的稻米消費經歷了高峰后出現了產能過剩的現象，人們對稻米從數量需求轉向了質量需求。市場需求的變化，驅動農民開始種植優(yōu)質品種，并在生產環(huán)節(jié)減少化肥農藥使用[17]。自然生態(tài)環(huán)境破壞和農業(yè)生產勞動力向工業(yè)生產轉移等問題的日漸突出，也引起了日本政府和廣大民眾的重視[18]。正是在這樣的社會經濟環(huán)境背景下，日本水稻生產逐漸從高肥高產向綠色高質量階段轉化[19]。日本自1975年起在多地開展試驗，明確了水稻機插秧同步側深施肥技術具有明顯的節(jié)肥增產作用。1981年水稻機插秧同步側深施肥技術得到逐步推廣應用。與傳統(tǒng)施肥方法相比，機插秧同步側深施肥技術可實現減少氮肥投入10%～30%，并有效提高氮肥利用效率[20]。80年代以包膜尿素為代表的新型緩效性肥料的研制，有效推動了水稻機插秧同步側深施肥技術的推廣應用[21]。1992年，日本水稻種植面積約2.7×106hm2，水稻機插秧同步側深施肥技術的推廣應用面積約5.5×105hm2，占水稻種植面積的20%左右[22]。久保田、洋馬、井關等日本大型農機公司先后研制出與插秧機聯合作業(yè)的水稻機插秧同步側深施肥裝置。2010年日本超過40%的插秧機配備了施肥裝置[23]。

與20世紀70年代的日本類似，當前國內水稻的生產目標已經從量的追求向優(yōu)質高效轉變。同時受資源與環(huán)境的雙重制約，僅依靠大量資源投入與消耗的粗放式發(fā)展方式已經難以為繼。此外，隨著城鎮(zhèn)化進程的加快，大量農村勞動力向非農業(yè)產業(yè)轉移，農戶兼業(yè)化、村莊空心化、農村人口老齡化趨勢明顯，水稻產業(yè)正逐漸向集約化、規(guī)模化方向轉變[24-25]。當年的日本正是在相似的社會背景下，通過推廣水稻機插秧同步側深施肥技術，有效的解決了水稻生產投入過高、環(huán)境污染、勞動力短缺等困境[20,26]。以日本為鑒，在中國大面積推廣水稻機插秧同步側深施肥技術具有較強的可行性。

1.2 國內水稻機插秧同步側深施肥技術推廣具有良好基礎

與日本相比，雖然中國水稻機插秧同步側深施肥技術起步晚，但多年的探索實踐為水稻機插秧側深施肥技術在中國的推廣應用積累了大量的經驗。國內關于水稻機插秧同步側深施肥技術的研究，最早可追溯到1994年，黑龍江水田機械化研究所首次從日本引入水稻側深施肥器并試驗成功[27]。隨后黑龍江農墾在部分農場進行了水稻機插秧同步側深施肥技術試驗示范，獲得了較好的化肥減量效果，并將50%插秧機裝配了側深施肥器[28-29]。受當時農業(yè)生產水平、作業(yè)機械、肥料品種等因素限制，水稻機插秧同步側深施肥技術并未在國內得到大面積推廣應用。近年來，在生態(tài)環(huán)境問題突出與農村勞動力資源轉移的雙重壓力下，中國農業(yè)綠色高質量發(fā)展需求日趨緊迫。2012年以來，黑龍江農墾與日本多家農機企業(yè)合作，通過在現有的乘坐式高速插秧機上配置側深施肥裝置或整機購買等形式，解決了施肥機械配套問題。同時通過與科研院所及國內多家化肥企業(yè)合作，開展不同肥料品種、不同養(yǎng)分配比、梯度減量施肥等試驗示范，實現了水稻基蘗肥同施，在減少施肥次數的同時減少化肥用量10%[30-32]。經過多年探索，逐步解決了水稻機插秧同步側深施肥技術對肥料粒徑、比重、硬度、均勻度及養(yǎng)分配比等方面問題，篩選出了一批適宜當地水稻種植的專用肥料產品，形成了東北寒地水稻綠色高質高效生產技術規(guī)程，有效促進了當地水稻側深施肥技術的推廣應用。

2016年起，黑龍江農墾總局利用新型農機具補貼資金對購置水稻側深施肥裝置進行補貼。為了進一步推動農業(yè)綠色高質量發(fā)展，充分發(fā)揮政策引導作用，2017年農、財兩部聯合印發(fā)了《關于開展2017年農機新產品購置補貼試點工作的通知》，指導浙江、福建、湖南等地對水稻側深施肥插秧機開展購置補貼試點，不斷探索完善水稻側深施肥裝置補貼的操作辦法，并逐步建立水稻側深施肥裝置補貼的長效機制。2018年水稻機插秧同步側深施肥技術被列為農業(yè)農村部重大引領技術之一，各地逐漸加大了對水稻機插秧同步側深施肥技術的研究與集成推廣。同年，水稻側深施肥裝置被納入農機購置補貼，各省在對插秧機補貼的基礎上，另對6行及以上四輪乘坐式插秧機配套水稻側深施肥裝置進行3000～9000元不等的補貼。2019年江蘇省發(fā)布了《江蘇省示范推廣水稻側深施肥指導意見》，在全省范圍內大力推廣水稻側深施肥技術。相關補貼政策和指導意見的出臺，為水稻機插秧同步側深施肥技術的推廣應用提供了有力的政策保障和技術支撐。目前，江蘇省水稻側深施肥推廣應用面積約1.3×104hm2。黑龍江農墾共配套水稻側深施肥插秧15000多臺，水稻側深施肥技術推廣應用面積達3.3×105hm2。湖南省在50多個水稻種植大縣，累計推廣水稻側深施肥面積8×104hm2，共配套水稻機插秧側深施肥機2500多臺。浙江、安徽、江西、廣東等地結合當地水稻生產條件及機械水平，也逐步開展了不同規(guī)模的水稻機插秧同步側深施肥技術的集成推廣應用。

1.3 水稻機插秧同步側深施肥技術優(yōu)勢明顯

大量研究結果表明，水稻機插秧同步側深施肥技術在水稻機插秧同時，利用施肥裝置定位、定量、均勻的施入肥料，有效促進了秧苗根系對肥料的吸收利用，具有節(jié)肥增產、減少環(huán)境污染、省時省工的技術優(yōu)勢[23,33-36]。良好的經濟、生態(tài)效益，使得水稻機插秧同步側深施肥技術得到了廣大農民的認可。

黑龍江農墾創(chuàng)業(yè)農場1.3×103hm2水稻機插秧同步側深施肥技術集成示范區(qū)跟蹤監(jiān)測結果表明（表1），對照區(qū)水稻全生育期化肥用量（折純）235.2 kg/hm2，其中氮肥97.5 kg/hm2、磷肥55.2 kg/hm2、鉀肥82.5 kg/hm2。通過水稻機插秧同步側深施肥技術的集成應用，示范區(qū)水稻化肥用量（折純）211.8kg/hm2，其中氮肥84.675kg/hm2、磷肥50.625 kg/hm2、鉀肥76.5 kg/hm2，與對照區(qū)相比減少化肥用量接近10%，有效降低了過量施肥帶來的環(huán)境風險。示范區(qū)采取“基蘗同施+追施穗肥”施肥方式，有效減少了施肥次數，有利于減少生產用工投入，緩解關鍵農時用工難的現象。產量統(tǒng)計結果表明（表2），示范區(qū)稻谷平均產量為9675.06 kg/hm2，對照區(qū)產量為9166.24 kg/hm2，增產5.6%，增產效果明顯。考種結果顯示，示范區(qū)水稻有效穗數、結實率、千粒重均有所提高。產量要素的改善，為水稻產量的增加提供了前提條件。與對照區(qū)相比，示范區(qū)水稻株高的降低和莖粗的增加，有效的促進了作物的抗倒伏性和抗病性的提高。

2 中國水稻機插秧同步側深施肥技術推廣應用的限制因素

推廣水稻機插秧同步側深施肥技術是我國農業(yè)綠色高質量發(fā)展的必然選擇，但如何在農業(yè)發(fā)展新形勢下更加科學、合理、高效的推廣水稻機插秧同步側深施肥技術，是急需解決的問題。黑龍江農墾作為國內農業(yè)機械化生產的代表，水稻機插秧同步側深施肥技術的推廣應用已經位于前列，但仍存在許多問題?，F結合黑龍江寒地水稻機插秧同步側深施肥技術推廣情況，對目前影響中國水稻機插秧同步側深施肥技術推廣因素進行深入分析，以期為水稻機插秧同步側深施肥技術大面積推廣應用提供參考。

表1 水稻化肥用量統(tǒng)計 kg/hm2

表2 水稻產量要素統(tǒng)計表

2.1 區(qū)域間生產條件差異大

中國水稻種植在平原、山區(qū)、丘陵地帶均有分布。根據施肥分區(qū)，水稻種植區(qū)域可劃分為東北單季稻區(qū)、長江流域單雙季稻區(qū)、南方單雙季稻區(qū)和西南高原山地單季稻區(qū)等4個大區(qū)，其中東北單季稻區(qū)、長江流域單雙季稻區(qū)、南方單雙季稻區(qū)又可進一步細分為黑龍江寒地單季稻區(qū)、吉遼內單季稻區(qū)、長江上游單季稻區(qū)、長江中游平原單季稻區(qū)、長江中游平原雙季稻區(qū)、長江下游單季稻區(qū)、江南丘陵單季稻區(qū)、江南丘陵雙季稻區(qū)、華南平原丘陵雙季稻區(qū)等9個亞區(qū)[37]。

區(qū)域間耕地條件差異大是影響水稻機插秧同步側深施肥技術在國內大面積推廣應用的首要因素。長江上游單季稻區(qū)、江南丘陵單季稻區(qū)、江南丘陵雙季稻區(qū)、西南高原山地單季稻區(qū)，多為山地丘陵，平原較少，耕地坡度在2°～25°不等，部分區(qū)域坡度＞25°，包括云南全部、四川大部、重慶全部、貴州大部、陜西南部、湖北西部、湖南西部、湖南中南部、廣西北部、江西東南部、浙江南部、福建中北部和廣東北部[38-39]。丘陵山區(qū)坡陡彎多，農機作業(yè)道路修筑和維護難度大，大型農機進田難[40]。同時稻田規(guī)模小而散、田塊形狀不規(guī)則，集約化、標準化程度低等因素，都嚴重制約了當地于水稻機插秧同步側深施肥技術的發(fā)展[41]。東北單季稻區(qū)、長江中下游單雙季稻區(qū)全部以及華南平原丘陵雙季稻區(qū)部分區(qū)域，位于東北平原、長江中下游平原地區(qū)，包括黑龍江、吉林、遼寧全部，內蒙古部分，湖北中東部、湖南東北部、江西北部、安徽全部、江蘇全部、浙江北部、廣西南部、廣東南部、福建東南部和海南部分[38-39]。耕地集中連片、田塊形狀規(guī)則、土地平整，在發(fā)展水稻機插秧同步側深施肥技術方面具有天然的地理優(yōu)勢[42-43]。

區(qū)域間、環(huán)節(jié)間農業(yè)生產機械化水平差異大也嚴重制約了國內水稻機插秧同步側深施肥技術的推廣應用。截至2018年國內水稻耕種收綜合機械化率達80%以上，但區(qū)域間和生產環(huán)節(jié)間機械化發(fā)展不平衡等問題仍然十分突出。2018年中國水稻機耕水平高達98%，機收水平超過91%，而水稻機械化種植率僅為50.86%。目前東北三省和江蘇、河北、山東等地的機播水平均在80%以上，其中黑龍江農墾達90%以上，基本實現了種植機械化，具有良好的技術推廣基礎[44]。湖北、安徽、浙江、四川、江西、湖南、福建等地機播水平大多在25%～50%之間，而廣東、陜西、云南、貴州、海南等地機播水平不到20%，其中云南和貴州、海南的機播水平只有1%～7%[44]，機械化水平低，推廣水稻機插秧同步側深施肥技術難度較大。

2.2 生產成本增加

中國水稻種植成本在16500～18000元/hm2左右，按照稻谷單產9000 kg/hm2，稻谷收購平均價格2.5元/kg（根據《關于公布2019年稻谷最低收購價格的通知》）計算，每公頃凈收益在4500～6000元之間（未包含政府補貼），與種植其他農作物相比，水稻種植不僅成本收益低，且勞動力消耗大。水稻機插秧同步側深施肥技術雖然具有省時省工等技術優(yōu)勢，但側深施肥插秧機購置、維修成本增加，機械作業(yè)效率降低以及水稻側深專用肥購買成本增加，限制了農民對新技術的接受程度，影響水稻機插秧同步側深施肥技術大面推廣應用。

當前國內側深施肥插秧機的研發(fā)仍然處于初級階段，與自主研發(fā)的國產機型相比，久保田、洋馬、井關等日本品牌的側深施肥插秧機，無論是應用效果還是質量的可靠性，更具有競爭優(yōu)勢，因此進口機型在國內側深施肥插秧機市場擁有更高的認可度高，市場占有比例更大[15,45-46]。同時，側深施肥插秧機還存在購置價格高、折舊率高、維修費用高等“三高”問題。以黑龍江農墾為例，在政府補貼的情況下，側深施肥插秧機與普通乘坐式高速插秧機購置價格相差10000～30000元左右。在同樣的使用和養(yǎng)護條件下，側深施肥插秧機折舊率更高，與普通乘坐式高速插秧機相比，使用壽命平均減少1～2年。

水稻插秧作業(yè)時間集中，側深施肥插秧機跨區(qū)域作業(yè)難度大，對于水稻種植規(guī)模較小的農戶，存在農機閑置時間長、利用不充分等問題。此外，側深施肥插秧機的作業(yè)效率與作業(yè)效果和技術人員操作水平密切相關。側深施肥插秧機屬于復雜的農業(yè)機械設備，對操作技術要求較高。現階段國內農村勞動力技術水平較低、專門從事水稻機插秧作業(yè)的相關人員有限，專業(yè)化服務組織缺乏，嚴重降低了側深施肥插秧機的作業(yè)效率及實施效果[47]。目前水稻機插秧同步側深施肥技術的作業(yè)效率較普通機插秧作業(yè)降低10%～30%左右。機械利用不充分及作業(yè)效率的降低，也間接增加了水稻的生產成本。

受作物需肥規(guī)律、水田特殊作業(yè)條件及排肥裝置限制，水稻側深專用肥要滿足養(yǎng)分配比適宜、養(yǎng)分釋放速率與作物需肥規(guī)律相符、防潮性能好、粒徑大小合適、顆粒強度高、顆粒均勻等要求[48]。目前國內水稻側深專用肥市場規(guī)模較小，產品研發(fā)投入不足，相關行業(yè)標準體系尚未建立，專用肥產品質量參差不齊、缺乏針對性、價格偏高等問題突出，在一定程度上影響了水稻機插秧側深施肥技術的發(fā)展。

2.3 配套技術不足

育秧、整地等配套技術是否到位，直接影響了水稻機插秧同步側深施肥技術的應用效果。水稻機插秧同步側深施肥技術對秧苗質量及整地水平要求較高，秧苗齊整、高度適宜、根系發(fā)達能有效克服插秧過程中漏插缺苗、插秧后返青遲緩等問題；較高的整地水平能避免田面不平、沉淀不到位、水層深度不適宜引起的插秧不均勻、缺苗、漂苗、堆苗、壓苗等現象，保障作業(yè)效果[49-51]。水稻育秧技術多樣、土壤類型豐富、種植制度復雜，不同育秧技術所育秧苗素質量差異較大，各區(qū)域整地標準不一，與水稻機插秧同步側深施肥技術對秧苗質量及整地水平要求的匹配度較差[52-55]。針對不同稻區(qū)、不同土壤類型、不同種植制度的水稻機插秧同步側深施肥技術及其配套育秧、整地技術的操作規(guī)程尚未建立。此外，基層農技人員存在對關鍵技術掌握不足、對農戶指導不到位的現象，造成技術保障不足，影響了農戶對先進技術的接受程度，限制了國內水稻機插秧側深施肥技術的發(fā)展。

3 深入推進中國水稻機插秧同步側深施肥技術的對策與建議

3.1 優(yōu)化頂層設計

中國水稻種植面積3×107hm2，機插秧面積接近60%。目前水稻側深施肥技術推廣應用面積僅水稻機插秧面積7%左右。水稻側深施肥技術在國內的推廣空間和潛力巨大，但各區(qū)域耕地條件、栽培制度、機械化水平差異較大，需結合耕地條件、農業(yè)生產機械化水平對各水稻種植區(qū)推廣水稻機插秧側深施肥技術的可行性進行科學分析研判，分區(qū)域、分階段開展水稻機插秧同步側深施肥技術的集成推廣。同時，強化與地方農技推廣部門、科研教學單位及相關企業(yè)合作，根據不同區(qū)域地形地貌、土壤供肥能力、作物品種需肥規(guī)律，篩選適宜的農機機型、肥料配方，研究制定適宜技術指標體系，不斷優(yōu)化配套技術，完善技術模式，形成適應不同區(qū)域的科學推廣方案。

3.2 強化政策扶持

水稻機插秧側深施肥技術典型的農機農藝融合施肥新技術，要在插秧同時實現肥料的精準深施，配套機械是關鍵，側深專用肥料是核心。針對目前農村勞動力技術水平較低、專業(yè)技術人員缺乏等問題，地方政府要著力培育一批服務能力強的專業(yè)化服務組織。對重點培育的服務組織提供資金、政策傾斜及相關技術培訓指導。依托測土配方施肥大數據，引導相關肥料企業(yè)，集成運用包膜控釋技術，開發(fā)速緩氮素結合、養(yǎng)分配比適宜的水稻側深專用肥，為種田大戶提供定制式服務。建立健全推廣配套政策，不斷完善激勵機制，制定相關作業(yè)補助方案，克服推廣過程中先進農機設備缺乏、專用肥料價格高等問題，促進老舊落后農機具淘汰，進一步優(yōu)化肥料用量。此外，通過制定優(yōu)質農產品認證標準，嚴格標準執(zhí)行及認證，加強市場監(jiān)督管理，建立消費者信心，打開優(yōu)質大米高端銷售市場，從根本上解決農民使用新技術投入大收入低的問題，增強農民使用新技術的意愿。

3.3 加強示范引領

在技術推廣基礎好、推廣潛力大的區(qū)域，因地制宜推廣水稻機插秧同步側深施肥技術。遴選一批積極性較高的種植大戶、農民專業(yè)合作社、家庭農場等新型經營主體，建立核心示范區(qū)，積極引導示范區(qū)種植戶應用水稻機插秧同步側深施肥技術，同時輻射帶動周邊農戶對新技術、新機具、新肥料的應用。通過技術培訓、現場觀摩、跟蹤指導等多種形式，幫助農民掌握技關鍵技術，不斷提升技術應用效果。依托互聯網、電視、報紙、廣播等途徑，積極宣傳水稻機插秧同步側深施肥技術推廣過程中的創(chuàng)新做法、典型案例、成功經驗，營造良好的社會氛圍。

4 結語

水稻機插秧同步側深施肥技術是集肥料新產品、施肥新機具、施用新技術，三新融合于一體的施肥技術集成創(chuàng)新。通過插秧時同步定量、定位、均勻的施入肥料，保證水稻前期營養(yǎng)供應，促進根系養(yǎng)分吸收，減少肥料損失，達到省工、增產、提高肥料利用效率的目的，從而實現生態(tài)與經濟效益的雙贏。2018年水稻機插秧同步側深施肥技術被列為農業(yè)農村部重大引領技術之一，各地逐漸加大了對水稻機插秧同步側深施肥技術的研究與集成推廣，但國內水稻機插秧同步側深施肥技術的推廣應用仍受到多種因素的限制。充分了解和認識水稻機插秧同步側深施肥技術推廣應用的可行性，深入研判分析其大面積推廣應用的限制因素，制定科學有效的集成推廣方案及扶持政策，對深入推進國內水稻機插秧同步側深施肥技術發(fā)展，助力水稻化肥減量增效具有重要意義。