捻制好的水稻种绳盘
水稻纸载体绳播技术田间试验
传统播种是靠人工或半人工半机械完成耕耘、播种、覆土等工序，将裸种播入田间的。今天，这种使用了数千年的播种方法，面临着新的问题：不利于机械化大规模作业，不利于精细化管理。
在国家自然科学基金的支持下，沈阳农业大学教授任文涛课题组经过多年理论研究和田间实验，首次提出了先在室内将作物种子、肥料和除草剂卷在一起制成种绳，然后再到田间播种的纸载体绳播种植理论，并解决了绳播过程中的关键技术，探索出一种多种物料动态精确定位与包容控制的新作物种植方法。
种子需要“如此包装”
播种方法有裸种播种和包衣播种两种形式。传统的播种作业要进行开沟、播种、施肥、施除草剂、覆土、镇压等田间作业过程。它的优点是操作简单，对生产工具要求不高。包衣播种是在种子的外表包上一层具有肥效作用的物质，使种子的形状更加规则，有利于机械化播种，也有利于作物出苗。
“播种是作物种植过程中的重要环节，其作业质量的好坏直接影响产量。”任文涛对《科学时报》记者说，“手工播种难以控制行距、株距，常出现过度密植或疏密不均的问题。即使采用包衣播种，播种机的作业质量，如条播机的播种量和排种均匀性，穴播机的穴距和每穴粒数等，也会受土壤条件等因素的影响。”
经过多年研究，任文涛研究组提出了纸载体绳播种植理论，其核心是将作物的播种作业分两步进行：第一步是利用研制的关键装备——种绳捻制机，在工厂内将作物种子、肥料和除草剂等按农业技术要求卷在纸带内，制成种绳盘；第二步是到田间，利用专门研制的种绳直播机进行开沟、放种绳和覆土镇压。
“该技术最大的优点是能进行精确的质量控制，同时也能减轻田间劳作的工作量。”任文涛说，“种绳捻制时，不受农时季节限制，也不受土壤条件限制；又能保证种子、肥料和除草剂的相对位置和每穴用量等性能参数的标准化，为订单农业奠定了技术基础，最终实现田间作业的简单化和轻型化。这种方法不仅适用于水稻、大豆、玉米等粮食作物，更适用于蔬菜、花卉等种子价格高、穴距要求严格、肥料和农药施用量精确的经济作物。”
更节约的播种方式
“20世纪80年代美国等发达国家转而研究精确农业，但从本质上看，精确农业是在传统种植技术的框架内进行的，其实质仍是将种子直接播入田间。”任文涛说，所谓精确农业是利用3S（GPS全球定位系统，RS遥感，GIS地理信息系统）技术，根据田间每个操作单元的具体条件进行变量播种、变量施肥、变量施药，以增加效益、减小浪费、保护环境的农业生产管理技术。
美国首先从玉米带开始，研究变量施肥和变量喷药，目前该技术已经在多种作物和土壤上得到应用，但这些技术的最小变量地块单元是1公顷。中国、澳大利亚、加拿大、德国等国的研究结果表明，该技术的应用条件是大规模农业经营、高度发达的农业机械化以及农业信息化。
“从理论上讲，智能化的播种机能够根据实际情况实时地改变播种量、施肥量和喷药量等，即构成所谓的线性控制系统。但从控制技术角度考虑，播种机具不可能实时调整上述参数，否则相关部件将过度磨损，同时也将过度消耗能源。因此，这些装备必须设计成带有死区的非线性系统，即只有在工作条件差异达到一定程度时才启动变量调整系统。现阶段我国以家庭为单位的农业生产规模小，适合精确农业的大规模农业机械系统无法施展，同时农民文化水平较低，经济承受能力较弱，农业信息化程度不高。精确农业在我国实际应用还需要相当长的时间。而纸载体播种技术有利于控制杂草、节水和促进机械化，比较适合我国国情。”任文涛说。
1998年，任文涛研究组开始研究纸膜覆盖水稻种植技术的节水、灭草、防病、环保和增效机理以及工艺规范。2001年又研究了水稻种绳直播种植技术的最佳种植时间、开沟深度、覆土厚度、中耕除草、水管理等方面的技术特点。
“我们在前期探索性试验中，虽然也取得了不错的水稻单产，但坦白说，产量并没有明显提升，不过水、肥和农药的节省很显著。”任文涛说。
以水稻播种来说，传统的方法需要育苗、泡田和插秧。育苗一亩地费用约30元；泡田一亩地用水约300立方米，水费约20元；插秧是个重体力活，1人1天只能插1亩地，成本约80元。而种绳直播只需要开一个约5公分的浅沟，放绳、填埋即可。每亩种绳成本约30元，这样每亩成本可节省约100元。
“关键是，这种方法节省了大量的水、肥、种子和农药。降低了化肥、农药进入环境的几率。还有一些经济作物，种子是按粒卖的，使用这种方法，一粒种子都不会浪费。”任文涛说。
一两年就可投入使用
在过去4年里，该研究小组已经在此理论的指导下，在种子、肥料、除草剂和包容材料的初选，水稻种绳捻制机研制和水稻种绳直播技术等方面进行了探索性研究，研制出了纸载体种绳捻制机、播种机，并找到了合适的载体材料。
目前，该研究组研制的相关机械还只是在实验室、试验田中小范围内使用。下一步课题组还要进行些基础理论研究，做一些参数优化的工作。比如种绳性能参数，怎样才能让种绳既有一定的抗拉强度、密封性，又有利于种子发芽，既无环境污染，又能在30天之内腐烂。怎样对种、肥、除草剂的比例和种子相对位置进行控制。怎样优化种绳捻制机的机械性能等。
“因为机械研制部分的主要工作已完成，一两年时间就会有较成熟的技术和设备用于实际生产。但这里面可能还有个推广的过程，我们的强项是作研究，而不是进行商业推广。”任文涛说。
《科学时报》 (2008-12-22 A4 科学基金)
