江西油菜機械化播種研究現狀

王進紅,吳鵬輝,稂曉嘉,邱 瑜,戴億政

(江西省農業機械研究所,江西 南昌 330044)

江西油菜機械化播種研究現狀

王進紅,吳鵬輝,稂曉嘉,邱 瑜,戴億政*

(江西省農業機械研究所,江西 南昌 330044)

綜述了江西油菜機械化播種的研究現狀，包括油菜種植方式、機械化發展的意義、油菜機械化播種率、播種機械化的關鍵部件及其共性基礎理論等，介紹了在江西推廣應用的2種主要油菜播種機機型，討論了江西發展油菜機械直播技術和應用直播機面臨的諸多挑戰，提出了該省發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揮了重要的作用。江西由于其獨特的地理、環境、氣候,位于中國長江流域雙低油菜帶腹地,具有明顯的地區生產優勢[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,菜籽油是主要的食用植物油，并且優質菜籽油的脂肪酸組成合理,其營養價值高于大豆油、棕櫚油。另外,江西屬南方丘陵雙季稻作區,冬油菜是秋冬季養地型作物,種植冬油菜有利于土壤的改良及后續水稻等作物的高產、穩產[4]。

然而,隨著農村勞動力的轉移,人工成本增加,油菜種植工序多,用工量多,機械化水平低,產量不高,收益低,農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,發現要大面積開發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及裝備,從而提高該省油菜種植的機械化水平,促進農民增收。

1 江西油菜種植現狀

1.1 油菜種植方式

江西屬南方丘陵雙季稻作區,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,將油菜苗按農藝要求栽植至預處理大田的種植技術,主要包括機耕移栽、免耕移栽、人工移栽[6];油菜直播是不經過育苗而直接將油菜籽播種至預處理大田的種植技術,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育進程、群體結構和產量均具有重要的影響,與生產成本、經濟效益、環境關系密切。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

國內研究機構對油菜的種植方式做了不少對比研究,其研究結果可為江西油菜種植方式的選擇和決策提供參考。中國農業科學院油料作物研究所在長江流域湖北多個試驗基地連續開展了定點試驗和調研研究，結果表明油菜機耕直播種植方式的凈收益最大,投入產出比最優,依次大于免耕直播、機耕移栽、免耕移栽[8];湖南農業大學采用2BYF-6型油菜免耕直播聯合播種機在洞庭湖區4縣(市)進行了田間播種試驗，結果表明：免耕直播能夠保證單位面積的基本苗數,與人工撒播相比,勞動投入減少96.9%,節省成本32.0%;與人工移栽相比,勞動投入減少97.9%,節省成本60.3%[9];貴州省油菜研究所在貴州思南、安順地區肥力相近的田塊,采用移栽、撒播、條播和穴播四種方式進行油菜種植的對比試驗,結果表明：與移栽相比，直播的油菜產量差別不大,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,單位面積純經濟效益提高1189.05～2269.80元/hm2[10];江西省宜春市農業科學研究所在宜春市采用免耕直播種植方式,研究了雙低油菜“贛兩優二號”的播種量，發現其適宜播種量為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,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優勢,且機耕直播具有產量穩定、節本增效、收益高和有利于規模化種植的特點,近幾年發展迅速,是油菜機械化種植切實可行的栽培方式,已成為油菜生產發展的主要方向[12-15]。

2 江西油菜機械播種研究現狀

2.1 機械化發展的意義

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,嚴重低于全國農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個環節依次取0.4、0.3、0.3的權重,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展瓶頸。根據統計年鑒[1,3,16],將江西省2009～2015年油菜機械種植發展情況列于表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展情況

江西油菜生產主要集中在南昌、吉安、宜春、九江、上饒5個地區,約占全省種植面積的85%[17]；這些地區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,嚴重制約了江西油菜產業的全程機械化發展[18]。油菜機械直播是一種根據油菜直播農藝要求,在田面耕整后,采用與拖拉機掛接的油菜直播機具進行田間播種的油菜機械化種植技術,是油菜輕型栽培技術中最簡單的種植方式,省工、省時、省力,節省秧田,生產效率高,農民認可程度高,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,研發一種適于江西上述5個地區的油菜精量直播高效技術與裝備成為油菜生產的迫切需求。

2.2 機械化關鍵部件研究

油菜機械化播種關鍵部件主要有排種器、開溝器、排肥器、電控裝置、遠程智能化裝置,關鍵技術理論主要涉及共性基礎理論。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、氣吹式和正負氣壓組合式,如華中農業大學研制的氣力滾筒式、氣力圓盤式排種器[19]；排種器參數研究主要涉及正負壓力大小組合、氣孔角度、排種器轉速等。共性基礎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合CFD、EDEM、Matlab、LS-DYNA、Maple等仿真軟件平臺進行,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,單位時間作業面積小,作業功能單一,滅茬、翻耕、開溝、施種肥、滅草、鎮壓一體機聯合作業少。代表性的有下面2款機型:

圖1為湖南農業大學和長沙農旺公司聯合研制的2BYD-6型油菜淺直播施肥聯合播種機[22]。該機在油菜免耕播種機的基礎上,研制了土壤淺耕、起壟、覆土作業,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,排水溝溝深小于200 mm、溝寬240 mm,作業效率0.3～0.4 hm2/h。

圖2為華中農業大學和武漢黃鶴公司聯合研制的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,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,排水溝溝深小于240 mm,作業效率0.3～0.6 hm2/h。

上述2種機型在一定范圍內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及開溝效果等有待進一步改進等。

圖1 2BYD-6型油菜淺耕直播施肥聯合播種機

圖2 2BFQ-6型油菜精量聯合播種機

3 需求與挑戰

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

(1)江西屬亞熱帶季風濕潤氣候,以江南丘陵、山地地形為主。油菜種植機械化發展面臨的現實問題有:農戶耕地分散,油菜種植規模??；紅壤地區地力水平存在顯著差異,大多為中、低地力田塊;雨水較多,油菜漬水嚴重;傳統油菜播種、田間管理困難,油菜種植品種混雜,產量不穩定,經濟效益不高,農民收入偏低,農機投入不足,部分地區農戶種植油菜的意愿不強。

(2)目前適于江西丘陵油菜種植區的有效播種機械供給不足,機械化農業基礎設施配套建設滯后,農機技術創新基礎平臺有待建設;江西目前使用的油菜直播機大多為從外省引進的,具有區域局限性,對當前江西油菜生產的針對性不強,開溝效果差,因此對作業穩定、效果好的同步開溝施肥播種聯合直播機的需求大。

(3)江西是典型的紅壤分布區,直播油菜與傳統移栽油菜在種植密度、生長發育進程等方面存在差異,養分管理也有所不同[24]。因此對油菜直播技術的研究應當結合油菜的栽培技術措施。迄今江西在油菜栽培技術方面的研究[25-27]較多,而與直播機配套的栽培技術研究較少，尤其是在不同養分紅壤區、地力差異明顯的情況下,是選擇條播還是穴播？機播行距、株距應該是多少？該如何科學施肥？對這些問題的研究尚鮮有涉及。因此相關理論和技術的滯后阻礙了江西油菜生產的發展,導致該省紅壤區直播油菜的單產一直處于較低水平。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也值得深入研究。

4 發展預期

基于江西油菜機械播種技術的研究現狀和發展趨勢,該省發展油菜機械化播種應從以下幾個途徑著手:

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

(2)加速研制適于江西丘陵地區的油菜直播機。油菜直播機的研制要與直播農藝技術措施緊密配合,統籌“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措施,深入研究油菜機械直播后的作物生長規律,做好播種前后田間水肥管理、雜草的防治工作。

(3)研究油菜播種環節核心部件的共性基礎技術機理。研究排種、開溝、切拋土機理并建立相應的經驗數學模型；建立排種轉速、型孔結構、充種結構、刀盤轉速、溝鏟結構與位置、拋土距離、覆土厚度、碎土系數等參數表;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、護種機構和排種機構等;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;結合江西土壤物理結構參數,研究油菜籽的物料特性及其散粒體流動特性,分析進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,做好開溝技術和開溝器研制;聯合油菜播種機生產企業,重視共性技術合作研究。

(4)加強油菜播種機械推廣服務體系建設。建立“政產學研推”推廣技術體系,增加油菜播種機械推廣投入,制定油菜機械直播技術相關配套規程;建立以播種機械供應、作業、維修、租賃、中介服務為主要內容,全程全面、靈活高效、配套有力的油菜播種機械社會化服務體系,優先在規?；N植區域、高標準農田建設區域推行油菜機械播種技術;大力推進與江西省智慧農業App等終端的對接應用,促進油菜機械播種新技術轉化為生產力,為油菜直播技術及裝備的快速傳播打下堅實的基礎。

(5)爭取農機政策扶持。丘陵山區農業機械化發展仍然困難,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,優先或適當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

江西省現代農業產業技術體系油菜產業專項。

王進紅,男,湖北人,教授級工程師,主要從事農業機械化研究。*通訊作者:戴億政。

S565.4

A

1001-8581(2017)11-0025-04

(責任編輯:黃榮華)