基于農藝農機融合的華北棉區棉花生產全程機械化技術規范研究

平英華 劉先才 王振偉

（農業部南京農業機械化研究所，江蘇南京 210014）

關鍵字：棉花；農藝農機融合；全程機械化；技術規范

1 前言

棉花是我國主要農業經濟作物之一，在農業部編制的《全國優勢農產品區域布局規劃（2008—2015年）》中，將棉花列為16個優勢品種之一，規劃重點發展黃河流域、長江流域和西北內陸3大優勢區［1］。我國是全球第一大棉花生產國和消費國，總產量和單產均居世界首位，棉花常年種植面積約占世界種植面積的15%［2］。但隨著社會經濟的發展和產業結構調整，棉花種植生產力和比較效益相對較低，近年來我國棉花播種面積持續下滑，播種面積已由2006年的5815.67×103hm2下降到2016年的3344.74×103hm2［3］，下降幅度高達42.49%。而黃河流域和長江流域2大棉區播種面積同比較上年度更是下降了20%［2］。在國家實施鄉村振興戰略的大背景下，隨著農業土地“三權分置”政策的實施和工業制造水平的提升、農業科技進步，為加快推進棉花全程機械化生產奠定了技術、經濟和社會基礎。棉花生產全過程中，耕整地、播種施肥、田間管理和棉稈處理等生產環節的機械化技術與裝備已經成熟，主要制約瓶頸棉花收獲機械化環節已經有所突破，因此研究探討農藝農機高度融合模式，對加快推進棉花生產全程機械化水平和提高種棉效益十分必要，也是生產實際丞待解決的難題。

2 棉花全程機械化作業流程

農作物種植的機械化環節主要包括耕整地、播種、田間管理和收獲4大環節，棉花也不例外，其全程機械化生產技術流程如圖1所示。

圖1 棉花生產全程機械化作業流程

3 棉花品種

棉花品種對全程機械化具有較大影響，因此，從適宜農業機械作業角度考慮，棉花品種應選擇通過國家或省審定的果枝短、株型緊湊、吐絮集中、含絮力適中、纖維較長，且抗病抗倒伏、對脫葉劑和催熟劑敏感的品種［4］，第一果枝離地高度應大于20cm［5］。種子質量應符合NY 400-2000《硫酸脫絨與包衣棉花種子》要求，包衣或農藥拌種的種子純度＞95%、凈度＞98%、發芽率＞80%（在《黃河流域棉區棉花機械化生產技術指導意見》的要求是＞90%）、破子率＜7%、水分＜12%，另外包衣種子的種衣覆蓋度＜90%、種衣牢固度＜99.65%［6］。播種前應曬種3～5d，以打破種子休眠［7］，提高出苗率。

目前，得到當地農民認可的品種有，如河北冀棉169、冀棉178、冀科2號［8］，山東魯棉研36號、魯棉研37號、K836［9］等。由農業部南京農業機械化研究所主持承擔的公益性行業（農業）科研專項“華北棉區棉花全程機械化關鍵技術及農藝技術研究與示范”篩選出了適于黃河流域機采棉種植的品種有：中60、中915、魯棉研36、魯棉研28、中3799、石抗126、國欣棉3號、欣抗4號等［10］。

4 耕整地

耕整地是農業生產基礎環節。耕整地是創造良好的土壤環境條件，以利于棉花播種和后期生長。因此，耕整地質量直接影響到后續的播種作業質量，對棉花的穩產、高產具有極其重要的作用。實際生產由于追求生產的“輕簡化”，結合深松作業，農民多將耕地和整地2種作業簡化為旋耕作業，或用耕整地聯合作業機械進行耕整地作業。

4.1 農藝要求 （1）耕整地時間。耕地通常分為秋耕和春耕，秋耕是指秋季作物收獲后進行耕地作業，春耕是春季播種之前進行耕地作業，對棉田進行耕翻或深松耕。整地是在作物播種前進行的耕層土壤的進一步松碎和地表平整。

（2）耕深和碎土。同其它農作物一樣，棉花的耕整地農藝要求主要有2個關鍵指標，一是耕深，二是碎土質量。棉花耕整地的農藝要求，耕翻深度22cm以上、深松35cm以上，整地后土壤要疏松細碎、耕層下實上虛［5］，虛土層厚2～3cm，地表高度差小于5cm［4］。前茬作物進行秸稈還田的其作業質量應符合NY/T 500-2015《秸稈粉碎還田機作業質量》要求，粉碎長度合格率應＞85%、留茬高度＜8cm、拋撒不均勻性＜20%［11］。秸稈粉碎還田應在作物收獲時或收獲后及時進行秸稈粉碎還田作業，以利于秸稈的盡快腐熟。

4.2 耕整地機械 耕地機械主要有鏵式犁、圓盤犁、深松機、旋耕機等。整地機械主要有圓盤耙、釘齒耙、滾軋粑、旋耕機和鎮壓器等。此外，在耕種土地面積較大時，多用耕整地聯合作業機械，一次完成耕地作業和整地作業。如生產中的耕整地機械1LF型系列鏵式犁、1S型系列深松機、1GQH系列旋耕機、1LZ聯合整地機等。耕整地機械技術已經完全成熟，農機作業質量完全能夠滿足農藝要求，農機農藝完全融合。

4.3 作業質量 公開資料報道，2016年新疆北疆棉花耕種收機械化水平達到了89%、2017年黑龍江糧食全程機械化水平達到了96.8%，因此新疆和黑龍江的耕整地質量具有代表性，故根據新疆和黑龍江等相關地方標準，耕整地機械化作業質量應達到：（1）耕深合格率≥90%［12］；（2）漏耕率≯2.5%［13］；（3）碎土率＞80%［14］；（4）耕層平整沉實，下實上虛，虛土層厚2.0～3.0cm［4］；（5）地表平整且無農作物秸稈等雜物。

5 播種

播種不僅直接影響到出苗率和秧苗質量以及后期棉花的生長，最終影響棉花的產量和品質，而且也直接關系到后期的各環節的機械化作業，特別是機械化采棉環節，是棉花全程機械化最為至關重要的農藝農機融合環節。

5.1 農藝要求 （1）播種時間。根據品種特性、自然條件和栽培制度確定適宜的播種時間。黃河流域一般播種在4月下旬至5月初［4］［15］，耕層土壤適宜墑情為田間土壤持水量60%～70%［16］，且5cm耕層地溫連續5d穩定在14℃以上［17］。春旱時應在播前10～15d進行春灌，灌水造墑［18］。（2）播種深度。棉花適宜的播種深度為2～3cm［4］，否則不利于出苗。（3）播種密度。棉花機械化播種為穴播，每穴1～2粒。（4）種植模式。為便于采收機械配備，黃河流域棉花種植應統一農藝，宜采取等行距平作直播，行距為76cm，株距按照棉株數不少于100000穴/hm2要求，調整播種株距。

5.2 播種機械 播種機械既有單一功能的播種機，亦具有旋耕、起壟、施肥、播種、覆膜、鎮壓等多道工序的復式作業機械。棉花播種機工作可靠，技術日臻完善，完全能夠實施精量播種，滿足棉花穴播質量的要求。如生產中常用的鋪膜播種機主要有2BMG系列、2BMZ系列、2BMP22系列、2BMS2A系列、2MF2IB型、2MB21型播種機，以及2BZ-6型播種機中耕通用機、2BMG-A系列鋪膜播種中耕追肥通用機、2MBQ-2型精量覆膜播種機、2BMZ-3/6A型基于機收的折疊式智能棉花精量播種機、2BMG-A系列鋪膜播種機、ZMBJ-2/12棉花鋪膜播種機等。

5.3 作業質量 按照JB/T 7732-2006《鋪膜播種機》規定，播種作業質量應達到：（1）地膜破損程度≤50mm/m2；（2）膜邊覆土厚度和覆土寬度合格率均≥95%；（3）種子機械破損率≤0.5%；（4）膜孔全覆土率≥90%；（5）膜下播種深度合格率≥85.0%；（6）種子覆土厚度合格率≥90%；（7）空穴率≤2.0%（覆膜播種機）、空穴率≤4.0%（精量覆膜播種機）；（8）施肥深度合格率≥85.0%［19］。

6 田間管理

田間管理主要有苗期管理、中耕除草、追肥、灌溉排澇、病蟲草害防治、株型調控、脫葉催熟等作業環節。

6.1 苗期管理

6.1.1 農藝要求 （1）打孔放苗。棉花播種方式是先播種后覆膜，則需要在棉苗出土后及時進行打孔放苗。當棉苗子葉展開、顏色變綠時，應及時進行人工輔助打孔放苗。打孔放苗作業時間宜在10a.m.前、16p.m.后進行，避開中午高溫時間段，以避免由于環境條件突然改變而導致的葉片凋萎、干枯，即“閃苗”。（2）定苗。當棉苗由2片子葉展平到1～2片真葉時，進行定苗作業，應1穴1苗。（3）培土。放苗后2～3d，待棉葉葉面無水時，應進行培土，封堵放苗孔。

6.1.2 打孔放苗、培土機械 目前打孔放苗仍為人工作業，培土機械為中耕機械。

6.1.3 作業質量 打孔放苗的孔洞以子葉能伸出膜外為宜。培土封堵放苗孔應避免土壤壓蓋子葉，不埋苗、不傷苗，傷苗率≤1.0%。

6.2 灌溉排澇

6.2.1 農藝要求 棉花在不同的生育階段適宜的土壤水分不同，應根據各生育階段實際的田間土壤持水量情況，及時進行灌溉或排澇。灌溉可以采取畦灌、溝灌，如果條件許可，可采用滴灌或噴灌。此外在生長過程中如遇多雨天氣應注意及時排澇，以防爛根、掉蕾等現象出現。

6.2.2 灌排機械 灌溉機械主要有農用水泵、移動式噴滴灌機械等，排澇機械主要是農用水泵。

6.2.3 作業質量 棉花各個生育階段的適宜土壤持水量不同，發芽出苗期的持水量為70%、苗期為55%～60%、蕾期為60%～70%、花鈴期為70%～80%、吐絮期為55%～70%，應根據不同生長階段，保持不同的土壤持水量。

6.3 中耕追肥 “種棉無它巧，中耕勤除草”，中耕追肥能夠創造棉花根系健壯生長的良好的生態營養環境。

6.3.1 農藝要求 （1）中耕時間。棉花中耕時間主要有苗期、蕾期和花鈴期，苗期一般進行中耕、培土作業，蕾期一般進行中耕、除草作業，花鈴期進行中耕、追肥作業。生產中應根據田間雜草和土壤墑情以及綿株生長情況，適時進行中耕、追肥作業。（2）在棉花不同生育階段的中耕深度要不同，苗期較深，花鈴期較淺，一般中耕深度10～18cm，施肥深度8～15cm，苗肥間距10～15cm［20］。

6.3.2 中耕機械 中耕機械是在作物生長過程中進行松土、除草、培土等作業的土壤耕作機械，既有鋤鏟式和旋轉式中耕機單一功能的中耕機，亦有中耕、施肥復式作業機械。

6.3.3 作業質量 按照JB/T 8576-1997《旱田中耕追肥機技術條件》規定，中耕作業質量應達到：（1）碎土率≥85.0%；（2）傷、埋苗率≤5.0%；（3）土壤膨松度≤40.0%；d）無明顯斷條，施肥后覆土嚴密［21］。

6.4 病蟲草害防治 農業病蟲草害圖文數據庫顯示，棉花共有22種病害、64種蟲害。防治方法主要有生物防治、物理機械防治和化學防治，應用較為廣泛的是化學防治。

6.4.1 農藝要求 （1）防治時間。應根據病蟲草害實際發生情況或植保部門的預測預報以及雜草生長情況，本著“預防為主、綠色防治”的原則，因地、因時、因病、因蟲、因草，選擇適宜的防治時間和防治措施進行防治。播種前噴施除草劑和地膜覆蓋抑制雜草生長；中后期噴施棉田專用除草劑進行除草。病蟲草害防治：根據防治需要，適時噴施磷酸二氫鉀等葉面肥和多菌靈、甲基托布津等殺菌劑，預防病害發生；根據蟲害類型，適時噴施相應的滅蚜酮、阿維菌素、馬拉硫磷等殺蟲劑等進行防治。

（2）作業條件。根據國家農業部NY/T 650-2013《噴霧機（器）作業質量》規定，植保機械作業時的環境條件應為：無雨、少露水，氣溫在5～30℃；常規量噴霧作業風速應≯3m/s；低量噴霧或超低量噴霧作業時風速應≯2m/s，超低量噴霧作業應無上升氣流［22］。此外，通常雨前24h以及中午前后不宜進行作業［20］。

（3）噴灑均勻。噴灑的藥液（粉）應均勻分布于作物植株上，棉花的上中下部、棉葉兩面應均勻著藥。

6.4.2 植保機械 棉花植保機械機械主要有自走式、懸掛式、牽引式和農業航空植保機，其中以高地隙自走式噴桿式噴霧機應用較多，如3WF1600-500型自走式高地隙風送噴桿噴霧機、約翰迪爾4630高地隙自走式打藥機［23］，以及3W-800（1500、1700、2000）型機引噴桿式噴霧機、3WP系列噴桿式噴霧機等。此外，WFB-18AC、WFB-18BC、WFB-18A3C型背負式噴霧噴粉機、3WF-7壓縮噴霧器、3WCD-5A型手持電動超低量噴霧器［5］等使用也較廣泛。6.4.3 作業質量 按照NY/T 650-2013《噴霧機（器）作業質量》規定，植保作業質量應達到：（1）常規量噴霧非內吸性覆蓋率≥33%；（2）超低量噴霧霧滴沉積密度≥10滴/cm2；（3）低量噴霧殺蟲劑≥25滴/cm2、內吸性殺菌劑≥20滴/cm2、非內吸性殺菌劑≥50滴/cm2、內吸性除草劑≥30滴/cm2、非內吸性除草劑≥50滴/cm2；（4）機動噴霧機霧滴分布均勻性（變異系數）≤50%；（5）作物機械損傷率≤1%［22］。此外，漏噴和重噴率均≤5%［24］；目測植保機（器）噴射穩定；對棉苗、棉株損傷率小于1%［20］。

6.5 打頂及化控 打頂是人工或應用機械、化學方法打掉棉花植株的頂尖，以消除棉花頂端養分消耗，減少無效果枝對水肥的徒耗，使更多的養分供應蕾鈴，促進蕾鈴充分發育成熟及纖維品質提高。應按照機械化采棉采摘計劃順序依次進行作業，早采早打，晚采晚打。

化學調控是應用生物調節劑調節棉花的營養生長和生殖生長，塑造合理的棉株型，改變光照條件，減少蕾鈴脫落，增加蕾鈴重量，促進蕾鈴提早成熟，達到優質高產的目的。

6.5.1 農藝要求 （1）打頂及化學控時間。遵循“枝到不等時，時到不等枝”的打頂原則，根據棉花的長勢、株高和果枝數等因素綜合考慮確定適宜的打頂時間，一般在7月中旬進行。并按照機械化采棉采摘計劃順序依次進行作業，早采早打，晚采晚打。

化學調控以花蕾期至盛花期和打頂之后為重點作業時間段。一般棉花蕾期（8～9葉期）用量15.0～30.0g/hm2、初花期用量30.0～45.0g/hm2、盛花期用量60.0～90.0g/hm2、打頂后用量90.0～120.0g/hm2，噴施縮節胺或調節胺。

（2）株型控制。通過打頂和化學調控，使棉株高度控制在70cm～100cm、棉株第一果枝節位距地面高度大于20cm。打頂和化控的目的是促進棉花從營養生長轉向生殖生長，有效控制棉株節間長度，防止棉株瘋長、旺長郁蔽，從而建立棉田合理的群體結構，改善群體的光照條件，多接鈴，接大鈴，達到高產優質的目的，并為機械化采收打造適宜的棉株高度和相對緊湊的株型。

（3）作業條件。化學調控的作業條件同病蟲草害作業條件相同。

6.5.2 打頂及化控機械 打頂機械比較成熟且廣泛應用的較少，一些研發的機具雖然能夠作業，但效果并不理想，需要進一步改進完善。新疆棉區研發成功3MDY-12型前懸掛液壓驅動式棉花打頂機，農業部南京農業機械化研究所研制了精準仿形3MD-4型棉花打頂機。化學調控機械宜選用垂直吊掛水平噴頭噴霧植保機械。

6.5.3 作業質量 （1）打頂機械化作業質量應達到以下要求：a）漏打率≯2%；b）對棉株、蕾鈴造成的損傷＜1%；c）塑造達到適宜機械化采收的株型。（2）化學調控機械化作業質量同植保作業質量。

7 收獲

收獲是棉花全程機械化最重要的作業環節，也是用工量最大的環節，亦是目前棉花全程機械化最薄弱的環節。棉花收獲包含2個環節，一是脫葉催熟，二是在催熟的基礎上進行棉花采收。

7.1 脫葉催熟 化學脫葉催熟是人工使用化學制劑干預棉花的生理生化，促進生育進程，使其提前脫葉、成熟，以期創造適宜機械化采收的作業條件，減少機械化采收棉花的含雜率，提高采凈率，減輕果枝和棉葉中的葉綠素對籽棉的污染。

7.1.1 農藝要求 （1）作業時間。當棉田棉花滿足下列條件之一時，應噴施脫葉催熟劑：a）棉花自然吐絮率達到40%～60%，棉花上部鈴的鈴齡40d以上；b）采收前18～25d、平均氣溫連續7～10d在20℃以上，最低溫度不低于14℃［4］［23］。施藥后的12h內如若降中到大雨，應進行重噴［25］。（2）噴灑均勻。脫葉劑應均勻地噴灑在棉葉2面。

7.1.2 作業機具 為確保棉株上中下各部位的棉葉均能附著藥劑，宜選用帶有雙層吊掛垂直水平噴頭噴霧器進行作業。

7.1.3 作業質量 脫葉催熟劑噴施作業質量同植保作業質量，其作業效果應達到：脫葉催熟作業20d后，棉株脫葉率和吐絮率應達到：a）棉株脫葉率＞90%；b）吐絮率＞95%［4］。

7.2 采收

7.2.1 農藝要求 （1）作業時間。噴施脫葉催熟劑后脫葉率＞90%、吐絮率＞95%時［4］［25］，即可以進行機械采收作業。

（2）收獲方式。棉花機械化采收分為統收和選收2種方式，根據種植模式、規模、籽棉處理加工條件等因素選擇收獲方式。國內目前應用廣泛的是選收式機具，即摘錠式采棉機。統收式采棉機由于后續加工問題，國內使用較少，但統收式的刷輥式采棉機在國外已經大批量應用，其具有良好的廣泛適應性［26］。

（3）作業要求。摘錠式采棉機需對行采收，統收式采棉機不需要對行作業。作業前應根據采收方式及機具的大小在田頭或田間4角人工采出可供機具田頭調頭或田間進出的通道。

7.2.2 采棉機具 采棉機具以進口機型為主，國外進口機型主要有約翰迪爾990自走式采棉機、約翰迪爾9970自走式采棉機、約翰迪爾7455自走式摘棉鈴機、凱斯2555采棉機、凱斯620采棉機、凱斯ME625采棉機，國產采棉機主要有貴航4MZ-3型自走式采棉機、貴航4MZ-5型自走式采棉機等。

7.2.3 作業質量 作業質量應符合下列指標要求：a）棉花采收總損失率≤9%；b）含雜率≤11%。其中選收式采棉機采收的棉花含水率≤11%［4］。此外，采棉機無漏油污染土壤現象。

8 棉稈利用

棉稈資源化利用主要有2個途徑：一是肥料化利用，機械化進行還田；二是能源化等綜合利用，機械化進行收集。

8.1 棉稈還田

8.1.1 農藝要求 （1）還田時間。棉花采收后進行粉碎還田。（2）粉碎長度。棉稈粉碎還田的粉碎長度≯20cm［26］。

8.1.2 秸稈還田機 1JH型系列棉稈粉碎還田機、4JH型系列秸稈粉碎還田機等。

8.1.3 作業質量 按照NY/T 500-2015《秸稈粉碎還田機作業質量》規定，機械化收獲作業質量應達到：a：粉碎長度合格率≥90%；b：拋撒不均勻率≤20%；c：漏切率≤1.5%；d：拋撒的粉碎棉稈不得有堆積和條狀堆積［26］。

8.2 綜合利用

8.2.1 農藝要求 （1）收集時間。棉花采收后即可進行棉稈機械化收集。（2）收集要求。田間棉稈應清除干凈。8.2.2 作業機具 棉稈收集處理機具主要有：4MG-2型齒盤式棉稈拔除機、4MG-275型自走式棉稈聯合收割機、4MGB-260型自走式棉稈收獲打捆機等。

8.2.3 作業質量 棉稈機械化收集作業質量應符合下列指標要求：a：拔凈率＞95%；b：成捆率＞98%；c：撿拾率＞98%。