综述：日本东北地区采用犁耕和镇压进行旱地直播的水田作物轮作系统的技术发展与未来前景

《Plant Production Science》：Technological development and future prospects of dry direct seeding using plowing and compaction for paddy-field crop rotation systems incorporating maize in the Tohoku region, Japan

　　

在日本东北地区这一寒冷气候区，水田农业因人口老龄化、农业劳动力减少以及稻米价格长期低迷而面临挑战。这些因素加速了对省力、低成本栽培方法的采用，例如采用犁耕和镇压进行旱地直播（Dry direct seeding using plowing and compaction，DDSPC）。DDSPC是一种机械化系统，非常适合大田和高速作业，并使用适用于水稻和旱地作物的多功能农业机械。在DDSPC中，镇压主要抑制垂直水分渗透，从而防止漏水并稳定作物建植和投入品功效，而不形成犁底层。这使得DDSPC成为一种有前景的水稻栽培方法和发展水田作物轮作系统的核心技术。研究人员首先建立了包含水稻、小麦和大豆的两年三熟轮作制度，取得了与传统实践相当的产量。随后，该轮作制度扩展到包括粒用玉米，并通过DDSPC避免了犁底层，克服了其对水淹灾害的脆弱性。在转换后的水田中，与传统旋耕相比，采用犁耕种植粒用玉米在保持产量的同时提高了抗倒伏能力。进一步整合粒用玉米通过粪肥使用促进了作物-畜牧联系，以减少化肥投入，并通过饲料利用。本综述综合了DDSPC的发展及其在东北地区水田轮作中的作用，并讨论了在劳动力约束日益增加的情况下，可持续水田农业的未来方向。

**DDSPC在东北地区水田农业中的引入及其技术发展**
**将DDSPC引入水田农业的意义** 在东北地区，将DDSPC引入水田可以理解为传统犁耕实践在水稻生产中的重新引入。大约在1960年代之前，日本农民普遍使用犁和模压犁进行初级耕作。然而，1960年代之后，旋耕机因其能够同时进行耕作和碎土且也适用于水田整地而普及，并迅速成为水稻生产的标准设备。随着旋耕机在水稻生产的普及，转换水田中小麦、大豆和饲料作物等旱地作物的栽培也在源自水稻耕作实践的旋耕系统内发展起来。然而，DDSPC是一种基于旱地作物耕作实践（如犁耕）的水稻生产系统。这一概念与自1960年代以来以旋耕为中心的水田农业技术发展相反。DDSPC的发展被认为转变了旱地作物在水田农业中的角色，从仅仅作为水稻栽培延伸的次要作物转变为轮作中的主要作物。这一转变带来了在水田作物轮作中实现水稻和旱地作物稳定产量的突破。
**DDSPC的技术特点** DDSPC的技术特点包括使用模压犁、凿式犁和谷物条播机等旱地作物机械进行高速作业，以及即使在没有犁底层的情况下，也能通过播前和播后镇压防止漏水。机具和工作流程概括如下：在传统耕作（旋耕）系统中，水稻使用旋耕耙进行整地和秧田准备，然后使用插秧机移栽水稻秧苗；大豆和小麦使用旋耕耙和播种机。在高效耕作（犁耕）系统中，水稻、大豆、小麦和玉米均使用凿式犁进行高速耕作系统的耕作；使用耙压机和镇压器为DDSPC准备苗床；使用旋耕机为包括水稻、大豆、小麦和玉米在内的所有作物准备苗床；使用谷物条播机播种水稻、大豆和小麦；使用气力播种机进行精量点播，用于播种大豆和玉米；在水稻种植后使用镇压器进行镇压，以防止漏水并增强土壤-种子接触，从而稳定出苗。在DDSPC中，创建坚实的苗床以保持浅播种深度。引入早期干直播系统中缺乏的镇压技术，确保了种子与土壤的紧密接触，从而稳定了出苗。镇压还抑制了垂直水分渗透，减少了漏水，扩大了适合DDSPC的田块范围。通过镇压建立可靠的漏水控制也解决了非水田耕作中肥料和除草剂功效降低等问题，对更稳定的产量做出了重大贡献。因此，技术挑战（1）出苗不稳和（2）漏水问题已得到实质性解决。DDSPC特别适合通过地下排水改善排水的低洼水田区域。犁耕的深翻促进了土壤干燥，使用大型旱地机械的高速作业能够在狭窄的适时期限内及时进行田间作业，从而解决了挑战（3）和（4）。关于挑战（5），旱季特别是稗草的杂草控制至关重要。近年来，在东北地区，当地有效积温达到30–50°C时应用非选择性和残效除草剂的做法，根据NARO发布的区域特定标准操作程序迅速普及。这使得在旱季及时进行第一次除草剂施用成为可能，并促进了在淹水条件下结合灌溉前选择性除草剂和一次性除草剂（即单次施用残效除草剂）的稳定综合杂草管理。通过犁耕、镇压和基于温度的除草剂施用计划的结合，DDSPC解决了以前限制传统DDS的约束，带来了稳定的水稻产量。
**DDSPC与移栽水稻的生长和产量比较**
**生长与产量** DDSPC的开发涉及机械系统、施肥、除草剂施用和整体作物管理的协调改进。在研究站试验之后，2007年开始进行了为期五年的农场试验。因此，在2015年之后才开始对DDSPC和传统移栽水稻（TR）之间的生长和产量差异进行基础比较研究。Shinoto等人在东北地区使用当地适应的水稻品种‘Akitakomachi’进行了试验。他们的发现表明，虽然单位面积穗数在TR和DDSPC之间相似，但DDSPC每穗粒数较少，结实率较低，且总粒数有低于TR的趋势。在直播水稻中，二次枝梗上的籽粒比例较小，这可能会减少每穗粒数。因此，通过联合收割机测量的总产量比移栽低约13%。东北地区先前关于直播水稻的研究同样报告了与移栽相比6-10%的产量降低，主要归因于每穗粒数的减少。Namikawa, Yabiku等人也评估了‘Akitakomachi’和高产品种‘Yumiazusa’在TR和DDSPC下的表现。他们的结果显示，在DDSPC下产量（通过样方收获测量）降低了11%，他们将其归因于较低的肥料利用效率、单位产量营养吸收减少以及结实率降低。
**改进施肥实践以实现与移栽水稻相当的产量** 为了实现与移栽水稻相当的产量，改进施肥实践被认为是必不可少的。Shinoto等人强调了在DDSPC中在穗分化期和减数分裂期保持叶片颜色（SPAD值）的重要性，这不仅是为了确保穗数，也是为了提高每穗粒数和结实粒数。Namikawa, Yabiku等人报告说，与移栽相比，DDSPC在穗分化期之前的营养生长和氮吸收减少，导致总粒数减少。此外，Namikawa, Matsunami等人调查了东北地区DDSPC的产量限制因素，发现总粒数、抽穗期冠层覆盖度和灌浆期平均太阳辐射显著影响糙米重量。其中，抽穗期冠层覆盖度对糙米重量的影响大于总粒数。由于冠层覆盖度与氮吸收密切相关，该研究也强调了氮肥施用对改善冠层发育和结实粒数的重要性。因此，在DDSPC中，施肥策略应旨在增加每穗粒数和提高结实粒数，以确保总粒数。为了提高每穗粒数和结实粒数，在穗分化期和减数分裂期追肥被认为是有效的。由于直播水稻往往产生较少的二次枝梗，通过追肥增加其数量被认为是增加粒数的重要途径。从2015年到2023年，在东北地区进行了TR和DDSPC之间的比较试验。在DDSPC中，需要比移栽更高的基施氮肥率，以弥补淹水前发生的更多养分损失。因此，从2017年开始，在DDSPC中施用的基施氮肥量大约是TR的两倍。从2019年开始，在保持2018年及之前基肥率不变的情况下，在穗颈分化期和减数分裂期追施氮肥（30–50公斤/公顷）。在管理方面，DDSPC未进行中期晒田，而TR则实施了。在DDSPC中，通过深水管理来调控分蘖数。结果，当在两个时期都追肥时，联合收割机测量的籽粒产量增加了约10%，与TR的产量差距从13%减少到7%，与TR没有统计学显著差异。从2015年到2018年，DDSPC和TR之间的有效分蘖百分比没有显著差异。总之，在穗颈分化期和减数分裂期的追肥有助于在穗数增加的情况下保持每穗粒数，从而确保与TR相当的总粒数。然而，每穗粒数未达到TR水平，且对结实粒数的影响仍然有限。
**DDSPC实现稳定产量** 为了实现与移栽栽培相当的产量，有必要结合多种策略，包括在穗颈分化期和减数分裂期追肥。无论是否追肥，DDSPC的每穗粒数至少比移栽低10%。因此，为了确保与TR相当的总粒数，建议目标穗数应比移栽高约10%。通常，直播水稻比分蘖苗移栽水稻产生更多的分蘖，且增加分蘖数通常比增加每穗粒数更容易。目前，东北地区各品种的目标穗数基于TR，但未来研究应确定包括DDSPC在内的直播系统的适当目标。Namikawa, Matsunami等人报告说，25厘米的行距比30厘米的行距在抽穗期产生更高的冠层覆盖度，表明更窄的行距可能有助于增加冠层覆盖度并确保总粒数。在土壤肥力低的农户田中，行距15厘米的产量往往高于30厘米。此外，Wakimoto报告说，由于高渗透性，DDS导致更大的土壤养分消耗，持续施用有机质增加了每穗粒数和产量。因此，通过粪肥或其他有机改良剂改善土壤肥力被认为是有效的方法。此外，Morikawa和Otani在东北地区使用矮秆、抗倒伏、高产的品种‘Moeminori’获得了超过6吨/公顷的产量。总之，在DDSPC中实现稳定产量需要结合多种技术，包括：适当的苗床准备以确保均匀出苗和防止漏水；有效的杂草控制；通过施用堆肥改善土壤肥力；选择适当的行距；使用抗倒伏、高产的品种；将分蘖数管理到比移栽目标高约10%；以及在关键生育期（如穗颈分化期和减数分裂期）及时追肥。这些综合措施对于优化DDSPC的产量表现至关重要。
**以DDSPC为中心的稻-麦-豆水田轮作系统的扩展**
**以DDSPC为中心的犁耕水田轮作系统的发展** 引入DDSPC有望提高后续旱地作物的生产力。与水田耕作系统相比，非水田耕作系统表现出更好的持水性、排水性、耕作操作性和土壤承载能力，能够在短时间内进行高效的苗床准备。研究表明，非水田水稻栽培后的大豆根系伸长比水田水稻后更大，从而增加了青毛豆的产量。在北海道，非水田移栽水稻和DDS生产的水稻后种植的大豆产量高于水田水稻后种植的，同时地上部干物质和籽粒数增加。这归因于水田耕作造成的土壤物理性质恶化。在水田水稻后种植的大豆中，粘土含量的增加导致植物有效水容量降低。相反，在非水田移栽或DDS水稻后种植的大豆即使在粘土含量高的情况下也能保持持水能力，从而获得稳定的产量。水田耕作导致在恢复为水田栽培的第一年丧失旱地土壤特征。然而，在包含大麦和大豆的两年三熟轮作系统中，即使每两年种植一次水稻，土壤孔隙特性也转向有利于旱地作物的持水和排水条件。除了改善土壤物理性质外，非水田水稻栽培还增强了土壤粉碎，有助于后续旱地作物的稳定出苗。DDSPC中采用的凿式犁耕方法改善了转换水田的排水性，并支持了水田作物轮作中旱地作物的稳定产量。Kawarada等人证明，在稻-麦-豆轮作系统中，小麦播种前使用凿式犁进行深耕（20厘米）改善了土壤疏松性、物理性质和排水性，与浅旋耕（10厘米）相比，增加了小麦和大豆的产量。在转换水田的大豆栽培中也有类似报告，改善的排水性增强了出苗，增加了荚果数，从而提高了产量。在日本水田轮作中，小麦、大豆和玉米等旱地作物的水涝灾害仍然是一个主要问题。DDSPC中引入犁耕代表了一种有希望的方法，可以减少水田轮作中旱地作物的水涝损害风险。
**以DDSPC为中心、使用犁耕和谷物条播机的稻-麦-豆两年三熟轮作的开发** 在东北地区，仙台平原已经建立了以DDSPC为中心的稻-麦-豆两年三熟轮作，该地区从水稻到小麦、从小麦到大豆的田间作业适时期限非常短。此外，大豆后种植水稻存在倒伏和食味品质下降的高风险。因此，需要一种即使在大豆后也能减少倒伏并确保稳定产量的水稻栽培方法。在2011年3月东日本大地震引起的海啸破坏之后，在仙台平原南部平坦地区建造了大型、合并的田地，包括由十块0.3公顷地块合并而成的3.4公顷田地，以及由六块0.3公顷地块合并而成的2.4公顷田地。在2013年至2016年期间，使用凿式犁、旋耕机和谷物条播机（这些机械的描述见图1脚注），这些机械共同构成了一个高速作业系统，开发了以DDSPC为中心的稻-麦-豆两年三熟轮作。在该轮作中引入DDS后的影响如下：在引入DDSPC的仙台平原地区，即使不施肥，水田移栽后的大豆也容易倒伏。相比之下，采用DDSPC减缓了土壤无机氮矿化速度，导致茎秆变短，抗倒伏性增强，从而促进了DDS的采用。因此，即使在大豆之后，使用DDSPC也可以预期稳定的水稻产量。从2013年到2015年，该轮作系统的联合收割机收获产量如下：水稻（籽粒厚度≥1.9毫米）5.1–5.5吨/公顷，小麦（籽粒厚度≥2.4毫米）4.0–4.1吨/公顷，大豆1.6–2.9吨/公顷。对于水稻，使用了适合直播的品种‘Manamusume’，于4月初以约50公斤/公顷的播种量、12厘米行距播种，并且三年均稳定出苗超过100株/平方米。对于小麦，使用了品种‘Shiranekomugi’和‘Ginganochikara’。对于大豆，使用了适合晚播、窄行密植配置的大粒品种‘Akimiyabi’，于7月初以120公斤/公顷的播种量、24或36厘米行距播种。尽管由于天气条件观察到年度波动，但2014年和2015年的产量超过了宫城县的平均水平。这些结果表明，以DDSPC为中心的水田轮作促进了水稻和旱地作物之间的机械共享，支持了高速作业，并有助于稳定产量。实现稳定生产力不仅需要适当的机械使用，还需要仔细的品种选择以及在不利天气条件下减轻产量损失的栽培措施。
**将玉米引入以DDSPC为中心的水田轮作** 在东北地区，将玉米引入涉及DDSPC水稻和大豆的水田轮作有望促进稳定的土壤肥力和大豆产量。该地区的大豆栽培面临几个挑战，包括与种植面积扩大相关的有限轮作选项导致的连作障碍，水田-旱地轮作系统中土壤物理性质和肥力的退化，以及牵牛花等恶性杂草造成的产量损失。在淹水的水田条件下，土壤保持还原状态，有机质分解受到抑制，从而维持植物有效氮。相比之下，在旱地条件下，特别是在大豆栽培期间，氧化环境加速了有机质分解，导致植物有效氮系统性下降，进而导致土壤肥力下降。因此，这表明将水田转换为旱地栽培会导致相对于连续水田水稻栽培的土壤肥力相对下降。玉米（在海外通常与大豆轮作）在引入稻-豆轮作时提供了潜在的好处。这些好处包括通过还田玉米残留物改善土壤物理性质和肥力，以及通过使用适合玉米栽培的除草剂有效控制杂草，包括控制牵牛花。然而，在东北地区，将玉米引入水田轮作系统对后续大豆生产力的影响很少被量化。随着玉米种植面积预计在未来扩大，需要更多的定量证据。为了评估将玉米引入以DDSPC为中心的水田轮作的可行性，进行了一项比较研究，以评估犁耕对转换水田中玉米生长、产量和土壤条件的影响。初步试验在NARO东北农业研究中心的暗色土上进行，随后在具有潜育土（典型水田土壤）的农民田中进行了验证。该研究中的所有犁耕处理均使用凿式犁进行。
**犁耕对暗色土中粒用玉米生长、产量和土壤条件的影响** 在暗色土转换水田中，与旋耕处理相比，犁耕处理下玉米的生长直至吐丝期、生长季内的地上部干物质和氮吸收以及最终产量和产量构成因素具有可比性。使用六个玉米品种的试验揭示，在生长和产量方面，品种与耕作方法之间没有显著的相互作用，表明新引入的品种在犁耕和旋耕下都能实现相似的生长和籽粒产量。尽管犁耕对暗色土转换水田中玉米的地上部生长影响甚微，但它显著影响了土壤条件。在这些田地里，犁耕处理下5厘米以下的土壤穿透阻力显著增加，10至20厘米之间的土壤比旋耕处理下硬得多。旋耕处理下，肥料在整个耕层分布均匀，而犁耕处理下，养分集中在表层0–5厘米，超过95%的施用肥料保留在那里。因此，在玉米六叶期（玉米追肥的最佳时机），0–10厘米土层的土壤化学性质在犁耕下往往更有利。特别是在表层0–5厘米，交换性钾、热水可提取氮（有效氮指标）和硝态氮显示出显著的施肥×耕作互作，施肥和犁耕的组合在六叶期改善了土壤化学性质。即使在播种前热水可提取氮含量高且在不施肥条件下犁耕的玉米生长和产量不如旋耕的情况下，在施肥条件下两种耕作方法之间也未观察到显著差异。这些发现表明，犁耕产生的独特肥料分布有助于实现与旋耕相当的生长和产量。
**犁耕对暗色土中玉米根系和抗根倒伏性的影响** 在转换水田中，犁耕影响了玉米的根系和抗倒伏性。犁耕对根系泌浆速率（根系活性的生理指标）没有观察到显著影响。然而，不同生育期的根长密度在犁耕下往往略高于旋耕，这表明犁耕可能影响粒用玉米的根系分布。根深指数（RDI），代表根系的平均深度，在成熟期犁耕处理下比旋耕处理下浅约1厘米，表明有扎根变浅的趋势。这种浅根化归因于犁耕下土壤硬度的增加，促进了节根的伸长和分枝。因此，从六叶期开始，节根的根长密度增加，并且从七叶期开始，犁耕处理下表层土壤中的根系发育得到增强。由于浅根系可能降低抗根倒伏性，研究人员检查了犁耕对玉米根倒伏的影响。在暗色土转换水田中，犁耕相对于旋耕增加了抗根倒伏性，如较低的水平拉力值所示。事实上，在2017年一次台风之后，犁耕下的根倒伏少于旋耕，证明了犁耕在田间条件下增强了抗根倒伏性。总之，尽管犁耕导致玉米根系变浅，但表层土壤中约5厘米深度（土壤硬度急剧增加的地方）的根系发育增强了植物锚定力，并有助于改善抗根倒伏性。
**潜育土中的农场试验** 在暗色土转换水田中获得的主要发现在具有潜育土（典型水田土壤）的农民田中得到了验证。与暗色土田的结果类似，潜育土田中犁耕栽培的玉米表现出与旋耕相当的生长和产量。在2017年，尽管犁耕处理下5厘米以下土壤穿透阻力增加导致扎根变浅，但水平拉力值未观察到显著差异。然而，台风后犁耕处理下的根倒伏更轻。2017年，单位面积产量旋耕为11.2吨/公顷，犁耕为11.7吨/公顷，没有明显差异。然而，联合收割机测量的产量旋耕为6.1吨/公顷，犁耕为7.0吨/公顷，表明犁耕下增加了13%。这归因于犁耕下抗根倒伏性提高减少了收获损失。在旋耕发生严重根倒伏的2017年，伏马毒素（FUM）浓度在犁耕下往往低于旋耕，表明犁耕可能通过减少根倒伏来减轻FUM污染风险。与旋耕相比，犁耕下玉米的田间作业时间减少了19-36%。因此，转换水田中采用犁耕进行玉米栽培被认为是省力且稳定的生产系统，在保持与传统旋耕相当的生长和产量的同时，通过高速作业增强了抗根倒伏性。结果，东北地区采用犁耕栽培玉米的面积有所扩大，一些农民田超过了8吨/公顷的目标产量。自2022年以来，该地区粒用玉米的种植面积迅速增加。
**通过玉米引入实现作物-畜牧整合，建立以DDSPC为中心的可持续水田轮作系统**
**作物-畜牧协作下不使用包膜控释肥的DDSPC** 2021年5月，日本农林水产省制定了《可持续粮食系统战略MIDORI》，确立了到2050年将化肥使用量比2016年减少30%的定量目标。因此，预计以DDSPC为中心的水田轮作系统将在未来几年内化肥使用量减少30%。目前，使用微塑料包膜控释氮肥是DDSPC中的标准做法。然而，2022年1月24日，该部发布了《加强防止控释肥料塑料包膜颗粒泄漏的措施》通知，肥料制造商和经销商此后已采取措施，目标到2030年消除对塑料包膜肥料的依赖。在东北地区，包膜控释氮肥已成为DDSPC的标准。因此，必须开发替代的施肥方法。一种方法是将粪肥与尿素的分次施用相结合，假设与畜禽粪肥整合。仅施氮肥（尿料或硫酸铵）（氮率约14克/平方米）结合粪肥（2公斤/平方米）已经在饲料水稻的水田栽培中显示出高产（8吨/公顷），并且在全株青贮水稻中取得了与控释肥相当的产量。在旱地直播水稻中，连作导致土壤肥力和产量下降，但反复施用堆肥已被证明可以增加产量。为了应对迫切需要建立不依赖微塑料包膜肥料的DDSPC施肥体系的需求，启动了一项田间示范试验。在东北地区的暗色土水田中，使用‘Akitakomachi’比较了使用包膜控释氮肥的传统施肥系统与仅施氮肥结合粪肥的施肥系统，结果在出苗、生长或联合收割机测量的产量方面未发现显著差异。在岩手县和宫城县使用‘Tsukiakari’进行的农场试验也显示，在仅施氮肥结合粪肥条件下，出苗超过100株/平方米，平均产量超过6吨/公顷，证实了其在作物-畜牧整合下的可行性。此外，由于DDSPC的根系倾向于集中在表层0-5厘米土层（与移栽水稻相比），DDSPC预计对灌溉前或随后生育期的追肥反应良好。
**通过玉米引入在大型田地建立作物-畜牧整合的可持续水田轮作系统** 如引言所述，东北地区面临与农民老龄化和农场经营者数量减少相关的持续挑战。到2050年，该地区计划在所有水田轮作中将化肥使用量比2016年水平减少30%，同时提高粮食自给率以保障国家粮食安全。因此，以DDSPC为中心的水田轮作必须发展成为超高效率系统，在减少化肥投入的同时保持或提高产量。为此，东北地区开发了DDSPC-玉米-大豆的低投入轮作系统，采用简单的田地合并方法和作物-畜牧整合。受到美国阿肯色州缓坡田土地合并实践的启发，在水稻种植后移除田埂，将1公顷的田地改造成用于旱地作物的大型田地。在水稻种植期间，根据原始田块单元内的海拔差异重新安装临时田埂。玉米（需要相对较高的肥料投入，并且通常与作物-畜牧整合中的粪肥使用相关）被引入以减少化肥使用。然而，通过作物-畜牧整合利用粪肥要求作物农场和畜禽农场相对靠近，并且粪肥利用为两种农业系统带来经济效益。因此，只有在粪肥可以实际使用且当地可用畜禽类型的粪肥可以利用的地区，通过使用粪肥减少化肥投入才被认为是现实的。为了最大限度地减轻施用粪肥的劳动负担，仅在玉米种植前施用粪肥，为轮作中的所有三种作物提供磷和钾。结果，田地合并提高了作业效率，如高速耕作系统的显著更高的工作效率所反映。在同一个2公顷的田地中，传统旋耕作业效率约为0.38公顷/小时，而高速耕作系统中使用的凿式犁达到1.4公顷/小时。每种作物的化肥投入量减少到低于该地区常规水平的50%。此外，产量与地区平均水平或统计基准相当。这些发现表明，大规模田地合并和引入玉米配合粪肥施用可以支持低投入、高效率的水田轮作系统，同时保持稳定产量。
**关于东北地区以DDSPC为中心的水田轮作系统的未来展望**
**建立大型田地的超高效率机械化系统和种植策略** 为了促进在较少经营者的情况下进行大规模农业，以DDSPC为中心的水田轮作需要开发超高效率机械化系统和种植策略。在日本，预计未来20年农业工人数量将下降74%，从116万降至30万。这一下降率是2010年至2020年期间观察到的两倍多（从205万降至136万）。为了维持当前的水田面积，到2050年左右，每个农民管理的面积必须增加约四倍。这将需要田地合并、机械升级和种植系统的重新设计。田地合并提高了作业效率，通过简单合并和使用更广泛的机械（包括进口联合收割机）进一步扩大规模，可以提高速度并减少在农场道路边界处的转弯损失。虽然2公顷目前被认为是东北地区水田面积的上限，但在DDSPC下，在面积达5.8公顷的田地中已实现了等于或大于地区平均水平的产量。关于种植系统设计，使用早熟品种以及提前播种和收获时间被认为是确保秋季为来年春天准备充足田间时间的关键。随着每个人管理面积的增加，可用的工作期限也必须扩大。例如，对美国阿肯色州东北部现任和前任农民的访谈显示，每个经营者管理的面积从1970年代的约70公顷增加到2025年的近400公顷。在此过渡期间，早熟品种的采用以及播种和收获时间的提前取得了显著进展。例如，就大豆而言，在1970年代，播种通常在5月下旬至6月初进行，收获在11月下旬完成。到2025年，播种早在3月下旬就开始，收获在9月初至中旬进行。结果，可以在秋季进行来年春天的田间准备，从而实现春季及时播种，扩大每个人可以管理的面积，并提高劳动效率。同样，东北地区的DDSPC也越来越多地采用提前播种，一些田地的播种时间从过去约15年的5月初提前到3月中下旬。在北海道等寒冷地区，也开发了用于旱田直播水稻的前一年整地系统。在东北地区可以在4月下旬和5月下旬播种玉米的地区，超过80%的田地在4月下旬播种，表明强烈倾向于早播。对于大豆，也探索了提前播种，产量与传统播种计划获得的产量相当。因此，要显著增加每个农民管理的面积，需要通过田地合并和种植系统重新设计提高作业效率，并延长工作窗口期。
**通过可持续水田轮作维持DDSPC** DDSPC的可持续栽培需要可持续的水田轮作（从目前的以DDSPC为中心的稻-玉-豆轮作，到支持DDSPC的可持续水田轮作，在轮作中保持DDSPC和稳定的玉米大豆产量）。在美国阿肯色州，约70%的DDS水稻与大豆、粒用玉米、高粱或小麦轮作，主要用于杂草控制，特别是控制野生稻。同样，在意大利北部，DDS水稻与大豆和粒用玉米轮作也是出于同样的目的。尽管区域背景不同，但这两个地区都认识到杂草控制（特别是野生稻）对于维持DDS至关重要，而水田轮作是实现这一目标的关键。因此，为了确保DDSPC的持续扩大，需要与玉米大豆进行可持续轮作。这些旱地作物的稳定产量对于维持农民收入至关重要。实现水田轮作中的稳定产量需要从土地利用和灌溉到品种选择的多层次技术组合。即使没有犁底层，基于犁耕的水田轮作也面临旱地作物水涝损害等挑战。为了改善排水，可以采用在阿肯色州常见的坡田。在日本，通过坡田也实现了地表排水的改善。由于坡田水田有利的地表排水，大豆和小麦的播种作业可以在适当的时间进行，确保均匀出苗，从而生长旺盛、产量高。在这些田地中，水稻的产量和品质与传统系统相当。随着气候变化加剧，夏季土壤干旱导致东北地区大豆籽粒变小、产量下降。已经开发了大豆的灌溉系统，坡田可能有助于旱地作物的灌溉。此外，已经培育出高产、抗倒伏的大豆品种‘Sorahibiki’，即使使用谷物条播机以36厘米行距播种，其平均产量也超过3吨/公顷。因此，结合从整地到品种选择的多重技术对于在可持续水田轮作中实现稳定的旱地作物产量至关重要。
**结论** DDSPC的发展代表了水稻栽培的范式转变，通过将旱地作物机械系统应用于水稻农业。这种方法扩展了水田农业的范围，实现了高速机械化、水稻与旱地作物之间的机械共享，以及将玉米整合到水田轮作系统中。随着全球不确定性的增加，稳定粮食生产的重要性持续上升。然而，核心农业工人数量预计将急剧下降，需要开发和采用超越传统框架的创新技术。尽管其非常规性，DDSPC已被接受并在田间稳步采用。未来，进一步开发超高效率机械化系统和实现以DDSPC为中心的水田轮作系统中每种作物稳定产量的技术，对于将可持续的水田农业传递给下一代至关重要。