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江西油菜機械化播種研究現(xiàn)狀

2017-11-07 07:48:09王進(jìn)紅吳鵬輝稂曉嘉戴億政
江西農(nóng)業(yè)學(xué)報 2017年11期
關(guān)鍵詞:種器精量開溝

王進(jìn)紅,吳鵬輝,稂曉嘉,邱 瑜,戴億政

(江西省農(nóng)業(yè)機械研究所,江西 南昌 330044)

江西油菜機械化播種研究現(xiàn)狀

王進(jìn)紅,吳鵬輝,稂曉嘉,邱 瑜,戴億政*

(江西省農(nóng)業(yè)機械研究所,江西 南昌 330044)

綜述了江西油菜機械化播種的研究現(xiàn)狀,包括油菜種植方式、機械化發(fā)展的意義、油菜機械化播種率、播種機械化的關(guān)鍵部件及其共性基礎(chǔ)理論等,介紹了在江西推廣應(yīng)用的2種主要油菜播種機機型,討論了江西發(fā)展油菜機械直播技術(shù)和應(yīng)用直播機面臨的諸多挑戰(zhàn),提出了該省發(fā)展油菜機械化播種的途徑。

江西;油菜;機械化;播種;排種器;開溝器

0 引言

油菜是我國的主要油料作物,2013~2015年年均種植面積和產(chǎn)量分別為755萬 hm2、1472萬t[1],為保障我國居民食用油供給安全發(fā)揮了重要的作用。江西由于其獨特的地理、環(huán)境、氣候,位于中國長江流域雙低油菜帶腹地,具有明顯的地區(qū)生產(chǎn)優(yōu)勢[2]。

油菜是江西最大的油料作物,2009~2015年年均種植面積約54.6萬hm2,約占全國油菜種植面積的7.3%[3]。江西居民有食用菜籽油的傳統(tǒng),菜籽油是主要的食用植物油,并且優(yōu)質(zhì)菜籽油的脂肪酸組成合理,其營養(yǎng)價值高于大豆油、棕櫚油。另外,江西屬南方丘陵雙季稻作區(qū),冬油菜是秋冬季養(yǎng)地型作物,種植冬油菜有利于土壤的改良及后續(xù)水稻等作物的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)[4]。

然而,隨著農(nóng)村勞動力的轉(zhuǎn)移,人工成本增加,油菜種植工序多,用工量多,機械化水平低,產(chǎn)量不高,收益低,農(nóng)民種植油菜的積極性并不高;且在對比稻-油、稻-麥、稻-薯、稻-菜、稻-肥5種種植模式后,發(fā)現(xiàn)要大面積開發(fā)利用稻作后的冬閑田,種植油菜是較為理想且可行的途徑[5]。因此,亟須研究出一種適于江西丘陵地帶的油菜種植技術(shù)及裝備,從而提高該省油菜種植的機械化水平,促進(jìn)農(nóng)民增收。

1 江西油菜種植現(xiàn)狀

1.1 油菜種植方式

江西屬南方丘陵雙季稻作區(qū),油菜一般作為水稻的前茬作物,種植方式主要有移栽和直播兩種方式。油菜移栽是在苗床播種育苗后,將油菜苗按農(nóng)藝要求栽植至預(yù)處理大田的種植技術(shù),主要包括機耕移栽、免耕移栽、人工移栽[6];油菜直播是不經(jīng)過育苗而直接將油菜籽播種至預(yù)處理大田的種植技術(shù),主要包括機耕直播、免耕直播和人工撒播[7]。種植方式對作物的生長發(fā)育進(jìn)程、群體結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量均具有重要的影響,與生產(chǎn)成本、經(jīng)濟效益、環(huán)境關(guān)系密切。江西油菜目前主要種植方式有人工撒播、人工移栽或半機械化播種。

1.2 種植方式對比

國內(nèi)研究機構(gòu)對油菜的種植方式做了不少對比研究,其研究結(jié)果可為江西油菜種植方式的選擇和決策提供參考。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所在長江流域湖北多個試驗基地連續(xù)開展了定點試驗和調(diào)研研究,結(jié)果表明油菜機耕直播種植方式的凈收益最大,投入產(chǎn)出比最優(yōu),依次大于免耕直播、機耕移栽、免耕移栽[8];湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)采用2BYF-6型油菜免耕直播聯(lián)合播種機在洞庭湖區(qū)4縣(市)進(jìn)行了田間播種試驗,結(jié)果表明:免耕直播能夠保證單位面積的基本苗數(shù),與人工撒播相比,勞動投入減少96.9%,節(jié)省成本32.0%;與人工移栽相比,勞動投入減少97.9%,節(jié)省成本60.3%[9];貴州省油菜研究所在貴州思南、安順地區(qū)肥力相近的田塊,采用移栽、撒播、條播和穴播四種方式進(jìn)行油菜種植的對比試驗,結(jié)果表明:與移栽相比,直播的油菜產(chǎn)量差別不大,但3種直播方式用工減少109.35~158.40個/hm2,單位勞動生產(chǎn)率提高16.88~30.45元/工,總投入減少1960.05~2605.80元/hm2,單位面積純經(jīng)濟效益提高1189.05~2269.80元/hm2[10];江西省宜春市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所在宜春市采用免耕直播種植方式,研究了雙低油菜“贛兩優(yōu)二號”的播種量,發(fā)現(xiàn)其適宜播種量為1.500~1.875 kg/hm2,最佳播種量為1.500 kg/hm2[11]。綜上所述,油菜直播是一種輕栽簡培技術(shù),而機耕直播相對于人工撒播和免耕直播有明顯的省工省時和增產(chǎn)優(yōu)勢,且機耕直播具有產(chǎn)量穩(wěn)定、節(jié)本增效、收益高和有利于規(guī)模化種植的特點,近幾年發(fā)展迅速,是油菜機械化種植切實可行的栽培方式,已成為油菜生產(chǎn)發(fā)展的主要方向[12-15]。

2 江西油菜機械播種研究現(xiàn)狀

2.1 機械化發(fā)展的意義

2015年我國油菜耕種收綜合機械化率為46.85%,較2014年提高了3.74個百分點,其中機播率為22.01%,較2014年提高了2.55個百分點,嚴(yán)重低于全國農(nóng)作物整體機播率水平的52.08%[16]。2015年江西油菜機械耕整、機械播種、機械收獲面積分別為42.9萬、14.2萬、23.3萬hm2,這3個環(huán)節(jié)依次取0.4、0.3、0.3的權(quán)重,得耕種收綜合機械化率為52.1%,略高于全國水平,機耕率、機播率、機收率分別為78.6%、26.1%、42.7%,其中機播率最低,雖然高于全國平均水平,但仍然較低,已成為江西油菜機械化種植的發(fā)展瓶頸。根據(jù)統(tǒng)計年鑒[1,3,16],將江西省2009~2015年油菜機械種植發(fā)展情況列于表1。由表1可見,2014年以后江西省油菜機械播種比率大幅提升,發(fā)展迅速,但還處于較低機械化水平,離江西省2020年、2030年油菜機械種植目標(biāo)水平還有較大的差距。

表1 江西省2009~2015年油菜機械化種植發(fā)展情況

江西油菜生產(chǎn)主要集中在南昌、吉安、宜春、九江、上饒5個地區(qū),約占全省種植面積的85%[17];這些地區(qū)的油菜種植方式以人工撒播和半機械化播種為主,其中人工撒播的油菜籽播種量大,疏密不均,油菜田通風(fēng)透氣采光性差,除草困難,容易感染病蟲害;人工或半機械化播種勞動強度大,且后期需要人工間苗,綜合種植成本較高,效率低,嚴(yán)重制約了江西油菜產(chǎn)業(yè)的全程機械化發(fā)展[18]。油菜機械直播是一種根據(jù)油菜直播農(nóng)藝要求,在田面耕整后,采用與拖拉機掛接的油菜直播機具進(jìn)行田間播種的油菜機械化種植技術(shù),是油菜輕型栽培技術(shù)中最簡單的種植方式,省工、省時、省力,節(jié)省秧田,生產(chǎn)效率高,農(nóng)民認(rèn)可程度高,便于推廣;且機械直播播期集中,油菜生長一致性高,有利于后期油菜機械化收獲。因此,研發(fā)一種適于江西上述5個地區(qū)的油菜精量直播高效技術(shù)與裝備成為油菜生產(chǎn)的迫切需求。

2.2 機械化關(guān)鍵部件研究

油菜機械化播種關(guān)鍵部件主要有排種器、開溝器、排肥器、電控裝置、遠(yuǎn)程智能化裝置,關(guān)鍵技術(shù)理論主要涉及共性基礎(chǔ)理論。排種器主要包括機械式和氣力式兩種,其中機械式排種器有水平圓盤式、傾斜圓盤式、外槽輪式、窩眼輪式、型孔輪式、垂直轉(zhuǎn)勺式、指夾式和帶式等;氣力式排種器有氣吸式、氣壓式、氣吹式和正負(fù)氣壓組合式,如華中農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的氣力滾筒式、氣力圓盤式排種器[19];排種器參數(shù)研究主要涉及正負(fù)壓力大小組合、氣孔角度、排種器轉(zhuǎn)速等。共性基礎(chǔ)理論研究包括油菜籽小粒種子特性分析、投種過程分析、均勻性排種等。排種器排種機理研究通常結(jié)合CFD、EDEM、Matlab、LS-DYNA、Maple等仿真軟件平臺進(jìn)行,如基于LS-dyna仿真分析的開溝器刀刃形狀對工作阻力的影響[20],以及高速攝影研究分析[21]。

2.3 主要機具研究

目前,江西油菜播種機基本上是從外部引進(jìn)的,其整體特點是:便宜、能用、易壞,開溝效果差,影響油菜后期生長;效率低,單位時間作業(yè)面積小,作業(yè)功能單一,滅茬、翻耕、開溝、施種肥、滅草、鎮(zhèn)壓一體機聯(lián)合作業(yè)少。代表性的有下面2款機型:

圖1為湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)和長沙農(nóng)旺公司聯(lián)合研制的2BYD-6型油菜淺直播施肥聯(lián)合播種機[22]。該機在油菜免耕播種機的基礎(chǔ)上,研制了土壤淺耕、起壟、覆土作業(yè),播種量和排肥量分別在2.25~3.75 kg/hm2和225~450 kg/hm2之間可調(diào),排水溝溝深小于200 mm、溝寬240 mm,作業(yè)效率0.3~0.4 hm2/h。

圖2為華中農(nóng)業(yè)大學(xué)和武漢黃鶴公司聯(lián)合研制的2BFQ-6氣力式油菜精量直播機[23]。該機可完成旋耕、破茬、開溝、覆土作業(yè),通過氣力式排種器播種,播種量和排肥量分別在2.25~3.00 kg/hm2和225~375 kg/hm2之間可調(diào),排水溝溝深小于240 mm,作業(yè)效率0.3~0.6 hm2/h。

上述2種機型在一定范圍內(nèi)基本上能滿足油菜播種要求,但在江西油菜機械化種植推廣應(yīng)用中都有一定的局限性,如旋耕開溝刀盤工作中的強度參數(shù)及開溝效果等有待進(jìn)一步改進(jìn)等。

圖1 2BYD-6型油菜淺耕直播施肥聯(lián)合播種機

圖2 2BFQ-6型油菜精量聯(lián)合播種機

3 需求與挑戰(zhàn)

油菜直播已成為江西省油菜生產(chǎn)的一種重要方式,并呈逐年增長趨勢,通過供給側(cè)技術(shù)改革,采用機械直播替代人力播種已是大勢所趨,但發(fā)展機械直播技術(shù)和應(yīng)用機械直播機同樣存在許多挑戰(zhàn):

(1)江西屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候,以江南丘陵、山地地形為主。油菜種植機械化發(fā)展面臨的現(xiàn)實問題有:農(nóng)戶耕地分散,油菜種植規(guī)模?。患t壤地區(qū)地力水平存在顯著差異,大多為中、低地力田塊;雨水較多,油菜漬水嚴(yán)重;傳統(tǒng)油菜播種、田間管理困難,油菜種植品種混雜,產(chǎn)量不穩(wěn)定,經(jīng)濟效益不高,農(nóng)民收入偏低,農(nóng)機投入不足,部分地區(qū)農(nóng)戶種植油菜的意愿不強。

(2)目前適于江西丘陵油菜種植區(qū)的有效播種機械供給不足,機械化農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施配套建設(shè)滯后,農(nóng)機技術(shù)創(chuàng)新基礎(chǔ)平臺有待建設(shè);江西目前使用的油菜直播機大多為從外省引進(jìn)的,具有區(qū)域局限性,對當(dāng)前江西油菜生產(chǎn)的針對性不強,開溝效果差,因此對作業(yè)穩(wěn)定、效果好的同步開溝施肥播種聯(lián)合直播機的需求大。

(3)江西是典型的紅壤分布區(qū),直播油菜與傳統(tǒng)移栽油菜在種植密度、生長發(fā)育進(jìn)程等方面存在差異,養(yǎng)分管理也有所不同[24]。因此對油菜直播技術(shù)的研究應(yīng)當(dāng)結(jié)合油菜的栽培技術(shù)措施。迄今江西在油菜栽培技術(shù)方面的研究[25-27]較多,而與直播機配套的栽培技術(shù)研究較少,尤其是在不同養(yǎng)分紅壤區(qū)、地力差異明顯的情況下,是選擇條播還是穴播?機播行距、株距應(yīng)該是多少?該如何科學(xué)施肥?對這些問題的研究尚鮮有涉及。因此相關(guān)理論和技術(shù)的滯后阻礙了江西油菜生產(chǎn)的發(fā)展,導(dǎo)致該省紅壤區(qū)直播油菜的單產(chǎn)一直處于較低水平。另外,江西油菜秸稈粗蛋白、粗脂肪和鈣含量處于較高水平,對油菜秸稈可實行飼料化利用[28],因而與油菜秸稈飼料化利用相配套的機械化直播種植技術(shù)也值得深入研究。

4 發(fā)展預(yù)期

基于江西油菜機械播種技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,該省發(fā)展油菜機械化播種應(yīng)從以下幾個途徑著手:

(1)深入研究適于江西丘陵地區(qū)的油菜機械直播技術(shù)。研究適于江西不同地區(qū)、不同茬口、不同品種的精量直播油菜同步施肥種植技術(shù),包括同步旋耕開溝油菜精量直播技術(shù)、同步開溝施肥油菜精量直播技術(shù)、同步開溝免耕滅茬油菜直播技術(shù)、氣力式油菜精量穴直播技術(shù)和油菜精量條直播技術(shù);研究“一機多用”技術(shù),研發(fā)復(fù)合化利用機具,提高單臺播種機械的利用率,設(shè)定以hm2/(臺·年)為單位的機械利用率標(biāo)準(zhǔn),利用耕整地環(huán)節(jié)的機械旋耕技術(shù),提高旋耕機的利用率;開展機械、信息、生物等技術(shù)融合研究,將油菜機械直播技術(shù)作為江西省智慧農(nóng)業(yè)的一個分支,接入“123+N”平臺,實時共享油菜直播機的地理信息、工作狀態(tài)、機器參數(shù),服務(wù)于“三農(nóng)”;加大國內(nèi)外油菜播種機械化先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)力度,提高技術(shù)消化吸收水平;對不同技術(shù)進(jìn)行對比試驗研究,選擇適于江西的油菜機械種植技術(shù),并不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新研究。

(2)加速研制適于江西丘陵地區(qū)的油菜直播機。油菜直播機的研制要與直播農(nóng)藝技術(shù)措施緊密配合,統(tǒng)籌“稻稻油”三熟制作物種植,充分利用好冬閑田,選好品種,把握好播期、種植密度,重點研制排種裝置、開溝裝置、同步施肥裝置、播深精確控制裝置、排種監(jiān)控裝置等;研制與不同動力底盤配套的簡易型、普通型、加裝施肥型和同步噴施型油菜精量直播機;研制適于稻茬田、麥茬田、少耕、免耕田的油菜精量直播機;研究油菜機械直播栽培技術(shù)措施,深入研究油菜機械直播后的作物生長規(guī)律,做好播種前后田間水肥管理、雜草的防治工作。

(3)研究油菜播種環(huán)節(jié)核心部件的共性基礎(chǔ)技術(shù)機理。研究排種、開溝、切拋土機理并建立相應(yīng)的經(jīng)驗數(shù)學(xué)模型;建立排種轉(zhuǎn)速、型孔結(jié)構(gòu)、充種結(jié)構(gòu)、刀盤轉(zhuǎn)速、溝鏟結(jié)構(gòu)與位置、拋土距離、覆土厚度、碎土系數(shù)等參數(shù)表;研究精量成穴排種機理,研制油菜精量排種器,對機械式排種器,重點研究排種輪型孔、充種室、刷種機構(gòu)、護(hù)種機構(gòu)和排種機構(gòu)等;對氣力式排種器,重點研究氣流、種子與排種器三者間的耦合作用,研究油菜籽氣力排種成穴機理,研發(fā)精量低損傷油菜籽排種器;研究不同肥料的流動特性和排肥機理;結(jié)合江西土壤物理結(jié)構(gòu)參數(shù),研究油菜籽的物料特性及其散粒體流動特性,分析進(jìn)入排種器中的油菜籽流動特性差異;針對油菜田間排水管理,加強漬水研究,做好開溝技術(shù)和開溝器研制;聯(lián)合油菜播種機生產(chǎn)企業(yè),重視共性技術(shù)合作研究。

(4)加強油菜播種機械推廣服務(wù)體系建設(shè)。建立“政產(chǎn)學(xué)研推”推廣技術(shù)體系,增加油菜播種機械推廣投入,制定油菜機械直播技術(shù)相關(guān)配套規(guī)程;建立以播種機械供應(yīng)、作業(yè)、維修、租賃、中介服務(wù)為主要內(nèi)容,全程全面、靈活高效、配套有力的油菜播種機械社會化服務(wù)體系,優(yōu)先在規(guī)?;N植區(qū)域、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)區(qū)域推行油菜機械播種技術(shù);大力推進(jìn)與江西省智慧農(nóng)業(yè)App等終端的對接應(yīng)用,促進(jìn)油菜機械播種新技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力,為油菜直播技術(shù)及裝備的快速傳播打下堅實的基礎(chǔ)。

(5)爭取農(nóng)機政策扶持。丘陵山區(qū)農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展仍然困難,最需要扶持;爭取油菜直播機的高補貼率,在低機械化水平情況下,對于滿足補貼條件要求的,優(yōu)先或適當(dāng)提高油菜播種機械購置的補貼比率。

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ResearchStatusofMechanizedDirectSeedingofOilseedRapeinJiangxi

WANG Jin-hong, WU Peng-hui, LANG Xiao-jia, QIU Yu, DAI Yi-zheng*

(Jiangxi Agricultural Machinery Research Institute, Nanchang 330044, China)

The author summarized the research status of mechanized seeding of oilseed rape in Jiangxi, including the planting modes of oilseed rape, the significance of mechanized development, the percentage of oilseed rape mechanized seeding, and the key components of seeding mechanization and their general basic theory, introduced 2 types of main oilseed rape seeding machines which were popularized and utilized in Jiangxi, discussed several challenges with which were faced in the development of oilseed rape mechanized direct seeding technique and the application of direct seeding machine in Jiangxi, and put forward some approaches to develop the mechanized seeding of oilseed rape in this province.

Jiangxi; Oilseed rape; Mechanization; Direct seeding; Seed-metering device; Furrow opener

2017-07-27

江西省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系油菜產(chǎn)業(yè)專項。

王進(jìn)紅,男,湖北人,教授級工程師,主要從事農(nóng)業(yè)機械化研究。*通訊作者:戴億政。

S565.4

A

1001-8581(2017)11-0025-04

(責(zé)任編輯:黃榮華)

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