江西油菜机械化播种研究现状

王进红,吴鹏辉,稂晓嘉,邱 瑜,戴亿政

(江西省农业机械研究所,江西 南昌 330044)

江西油菜机械化播种研究现状

王进红,吴鹏辉,稂晓嘉,邱 瑜,戴亿政*

(江西省农业机械研究所,江西 南昌 330044)

综述了江西油菜机械化播种的研究现状，包括油菜种植方式、机械化发展的意义、油菜机械化播种率、播种机械化的关键部件及其共性基础理论等，介绍了在江西推广应用的2种主要油菜播种机机型，讨论了江西发展油菜机械直播技术和应用直播机面临的诸多挑战，提出了该省发展油菜机械化播种的途径。

江西；油菜;机械化;播种;排种器;开沟器

0 引言

油菜是我国的主要油料作物,2013～2015年年均种植面积和产量分别为755万 hm2、1472万t[1],为保障我国居民食用油供给安全发挥了重要的作用。江西由于其独特的地理、环境、气候,位于中国长江流域双低油菜带腹地,具有明显的地区生产优势[2]。

油菜是江西最大的油料作物,2009～2015年年均种植面积约54.6万hm2,约占全国油菜种植面积的7.3%[3]。江西居民有食用菜籽油的传统,菜籽油是主要的食用植物油，并且优质菜籽油的脂肪酸组成合理,其营养价值高于大豆油、棕榈油。另外,江西属南方丘陵双季稻作区,冬油菜是秋冬季养地型作物,种植冬油菜有利于土壤的改良及后续水稻等作物的高产、稳产[4]。

然而,随着农村劳动力的转移,人工成本增加,油菜种植工序多,用工量多,机械化水平低,产量不高,收益低,农民种植油菜的积极性并不高;且在对比稻-油、稻-麦、稻-薯、稻-菜、稻-肥5种种植模式后,发现要大面积开发利用稻作后的冬闲田,种植油菜是较为理想且可行的途径[5]。因此,亟须研究出一种适于江西丘陵地带的油菜种植技术及装备,从而提高该省油菜种植的机械化水平,促进农民增收。

1 江西油菜种植现状

1.1 油菜种植方式

江西属南方丘陵双季稻作区,油菜一般作为水稻的前茬作物,种植方式主要有移栽和直播两种方式。油菜移栽是在苗床播种育苗后,将油菜苗按农艺要求栽植至预处理大田的种植技术,主要包括机耕移栽、免耕移栽、人工移栽[6];油菜直播是不经过育苗而直接将油菜籽播种至预处理大田的种植技术,主要包括机耕直播、免耕直播和人工撒播[7]。种植方式对作物的生长发育进程、群体结构和产量均具有重要的影响,与生产成本、经济效益、环境关系密切。江西油菜目前主要种植方式有人工撒播、人工移栽或半机械化播种。

1.2 种植方式对比

国内研究机构对油菜的种植方式做了不少对比研究,其研究结果可为江西油菜种植方式的选择和决策提供参考。中国农业科学院油料作物研究所在长江流域湖北多个试验基地连续开展了定点试验和调研研究，结果表明油菜机耕直播种植方式的净收益最大,投入产出比最优,依次大于免耕直播、机耕移栽、免耕移栽[8];湖南农业大学采用2BYF-6型油菜免耕直播联合播种机在洞庭湖区4县(市)进行了田间播种试验，结果表明：免耕直播能够保证单位面积的基本苗数,与人工撒播相比,劳动投入减少96.9%,节省成本32.0%;与人工移栽相比,劳动投入减少97.9%,节省成本60.3%[9];贵州省油菜研究所在贵州思南、安顺地区肥力相近的田块,采用移栽、撒播、条播和穴播四种方式进行油菜种植的对比试验,结果表明：与移栽相比，直播的油菜产量差别不大,但3种直播方式用工减少109.35～158.40个/hm2,单位劳动生产率提高16.88～30.45元/工,总投入减少1960.05～2605.80元/hm2,单位面积纯经济效益提高1189.05～2269.80元/hm2[10];江西省宜春市农业科学研究所在宜春市采用免耕直播种植方式,研究了双低油菜“赣两优二号”的播种量，发现其适宜播种量为1.500～1.875 kg/hm2,最佳播种量为1.500 kg/hm2[11]。综上所述,油菜直播是一种轻栽简培技术,而机耕直播相对于人工撒播和免耕直播有明显的省工省时和增产优势,且机耕直播具有产量稳定、节本增效、收益高和有利于规模化种植的特点,近几年发展迅速,是油菜机械化种植切实可行的栽培方式,已成为油菜生产发展的主要方向[12-15]。

2 江西油菜机械播种研究现状

2.1 机械化发展的意义

2015年我国油菜耕种收综合机械化率为46.85%,较2014年提高了3.74个百分点,其中机播率为22.01%,较2014年提高了2.55个百分点,严重低于全国农作物整体机播率水平的52.08%[16]。2015年江西油菜机械耕整、机械播种、机械收获面积分别为42.9万、14.2万、23.3万hm2,这3个环节依次取0.4、0.3、0.3的权重,得耕种收综合机械化率为52.1%,略高于全国水平,机耕率、机播率、机收率分别为78.6%、26.1%、42.7%,其中机播率最低,虽然高于全国平均水平,但仍然较低,已成为江西油菜机械化种植的发展瓶颈。根据统计年鉴[1,3,16],将江西省2009～2015年油菜机械种植发展情况列于表1。由表1可见,2014年以后江西省油菜机械播种比率大幅提升,发展迅速,但还处于较低机械化水平,离江西省2020年、2030年油菜机械种植目标水平还有较大的差距。

表1 江西省2009～2015年油菜机械化种植发展情况

江西油菜生产主要集中在南昌、吉安、宜春、九江、上饶5个地区,约占全省种植面积的85%[17]；这些地区的油菜种植方式以人工撒播和半机械化播种为主,其中人工撒播的油菜籽播种量大，疏密不均，油菜田通风透气采光性差,除草困难,容易感染病虫害;人工或半机械化播种劳动强度大,且后期需要人工间苗,综合种植成本较高,效率低,严重制约了江西油菜产业的全程机械化发展[18]。油菜机械直播是一种根据油菜直播农艺要求,在田面耕整后,采用与拖拉机挂接的油菜直播机具进行田间播种的油菜机械化种植技术,是油菜轻型栽培技术中最简单的种植方式,省工、省时、省力,节省秧田,生产效率高,农民认可程度高,便于推广;且机械直播播期集中,油菜生长一致性高,有利于后期油菜机械化收获。因此,研发一种适于江西上述5个地区的油菜精量直播高效技术与装备成为油菜生产的迫切需求。

2.2 机械化关键部件研究

油菜机械化播种关键部件主要有排种器、开沟器、排肥器、电控装置、远程智能化装置,关键技术理论主要涉及共性基础理论。排种器主要包括机械式和气力式两种,其中机械式排种器有水平圆盘式、倾斜圆盘式、外槽轮式、窝眼轮式、型孔轮式、垂直转勺式、指夹式和带式等;气力式排种器有气吸式、气压式、气吹式和正负气压组合式,如华中农业大学研制的气力滚筒式、气力圆盘式排种器[19]；排种器参数研究主要涉及正负压力大小组合、气孔角度、排种器转速等。共性基础理论研究包括油菜籽小粒种子特性分析、投种过程分析、均匀性排种等。排种器排种机理研究通常结合CFD、EDEM、Matlab、LS-DYNA、Maple等仿真软件平台进行,如基于LS-dyna仿真分析的开沟器刀刃形状对工作阻力的影响[20],以及高速摄影研究分析[21]。

2.3 主要机具研究

目前,江西油菜播种机基本上是从外部引进的,其整体特点是：便宜、能用、易坏,开沟效果差,影响油菜后期生长;效率低,单位时间作业面积小,作业功能单一,灭茬、翻耕、开沟、施种肥、灭草、镇压一体机联合作业少。代表性的有下面2款机型:

图1为湖南农业大学和长沙农旺公司联合研制的2BYD-6型油菜浅直播施肥联合播种机[22]。该机在油菜免耕播种机的基础上,研制了土壤浅耕、起垄、覆土作业,播种量和排肥量分别在2.25～3.75 kg/hm2和225～450 kg/hm2之间可调,排水沟沟深小于200 mm、沟宽240 mm,作业效率0.3～0.4 hm2/h。

图2为华中农业大学和武汉黄鹤公司联合研制的2BFQ-6气力式油菜精量直播机[23]。该机可完成旋耕、破茬、开沟、覆土作业,通过气力式排种器播种,播种量和排肥量分别在2.25～3.00 kg/hm2和225～375 kg/hm2之间可调,排水沟沟深小于240 mm,作业效率0.3～0.6 hm2/h。

上述2种机型在一定范围内基本上能满足油菜播种要求,但在江西油菜机械化种植推广应用中都有一定的局限性,如旋耕开沟刀盘工作中的强度参数及开沟效果等有待进一步改进等。

图1 2BYD-6型油菜浅耕直播施肥联合播种机

图2 2BFQ-6型油菜精量联合播种机

3 需求与挑战

油菜直播已成为江西省油菜生产的一种重要方式,并呈逐年增长趋势,通过供给侧技术改革,采用机械直播替代人力播种已是大势所趋,但发展机械直播技术和应用机械直播机同样存在许多挑战:

(1)江西属亚热带季风湿润气候,以江南丘陵、山地地形为主。油菜种植机械化发展面临的现实问题有:农户耕地分散,油菜种植规模小；红壤地区地力水平存在显著差异,大多为中、低地力田块;雨水较多,油菜渍水严重;传统油菜播种、田间管理困难,油菜种植品种混杂,产量不稳定,经济效益不高,农民收入偏低,农机投入不足,部分地区农户种植油菜的意愿不强。

(2)目前适于江西丘陵油菜种植区的有效播种机械供给不足,机械化农业基础设施配套建设滞后,农机技术创新基础平台有待建设;江西目前使用的油菜直播机大多为从外省引进的,具有区域局限性,对当前江西油菜生产的针对性不强,开沟效果差,因此对作业稳定、效果好的同步开沟施肥播种联合直播机的需求大。

(3)江西是典型的红壤分布区,直播油菜与传统移栽油菜在种植密度、生长发育进程等方面存在差异,养分管理也有所不同[24]。因此对油菜直播技术的研究应当结合油菜的栽培技术措施。迄今江西在油菜栽培技术方面的研究[25-27]较多,而与直播机配套的栽培技术研究较少，尤其是在不同养分红壤区、地力差异明显的情况下,是选择条播还是穴播？机播行距、株距应该是多少？该如何科学施肥？对这些问题的研究尚鲜有涉及。因此相关理论和技术的滞后阻碍了江西油菜生产的发展,导致该省红壤区直播油菜的单产一直处于较低水平。另外,江西油菜秸秆粗蛋白、粗脂肪和钙含量处于较高水平,对油菜秸秆可实行饲料化利用[28],因而与油菜秸秆饲料化利用相配套的机械化直播种植技术也值得深入研究。

4 发展预期

基于江西油菜机械播种技术的研究现状和发展趋势,该省发展油菜机械化播种应从以下几个途径着手:

(1)深入研究适于江西丘陵地区的油菜机械直播技术。研究适于江西不同地区、不同茬口、不同品种的精量直播油菜同步施肥种植技术,包括同步旋耕开沟油菜精量直播技术、同步开沟施肥油菜精量直播技术、同步开沟免耕灭茬油菜直播技术、气力式油菜精量穴直播技术和油菜精量条直播技术;研究“一机多用”技术,研发复合化利用机具,提高单台播种机械的利用率,设定以hm2/(台·年)为单位的机械利用率标准,利用耕整地环节的机械旋耕技术,提高旋耕机的利用率;开展机械、信息、生物等技术融合研究,将油菜机械直播技术作为江西省智慧农业的一个分支,接入“123+N”平台,实时共享油菜直播机的地理信息、工作状态、机器参数,服务于“三农”;加大国内外油菜播种机械化先进技术的引进力度,提高技术消化吸收水平;对不同技术进行对比试验研究,选择适于江西的油菜机械种植技术,并不断进行技术创新研究。

(2)加速研制适于江西丘陵地区的油菜直播机。油菜直播机的研制要与直播农艺技术措施紧密配合,统筹“稻稻油”三熟制作物种植,充分利用好冬闲田,选好品种，把握好播期、种植密度,重点研制排种装置、开沟装置、同步施肥装置、播深精确控制装置、排种监控装置等;研制与不同动力底盘配套的简易型、普通型、加装施肥型和同步喷施型油菜精量直播机;研制适于稻茬田、麦茬田、少耕、免耕田的油菜精量直播机;研究油菜机械直播栽培技术措施,深入研究油菜机械直播后的作物生长规律,做好播种前后田间水肥管理、杂草的防治工作。

(3)研究油菜播种环节核心部件的共性基础技术机理。研究排种、开沟、切抛土机理并建立相应的经验数学模型；建立排种转速、型孔结构、充种结构、刀盘转速、沟铲结构与位置、抛土距离、覆土厚度、碎土系数等参数表;研究精量成穴排种机理,研制油菜精量排种器,对机械式排种器,重点研究排种轮型孔、充种室、刷种机构、护种机构和排种机构等;对气力式排种器,重点研究气流、种子与排种器三者间的耦合作用,研究油菜籽气力排种成穴机理,研发精量低损伤油菜籽排种器;研究不同肥料的流动特性和排肥机理;结合江西土壤物理结构参数,研究油菜籽的物料特性及其散粒体流动特性,分析进入排种器中的油菜籽流动特性差异;针对油菜田间排水管理,加强渍水研究,做好开沟技术和开沟器研制;联合油菜播种机生产企业,重视共性技术合作研究。

(4)加强油菜播种机械推广服务体系建设。建立“政产学研推”推广技术体系,增加油菜播种机械推广投入,制定油菜机械直播技术相关配套规程;建立以播种机械供应、作业、维修、租赁、中介服务为主要内容,全程全面、灵活高效、配套有力的油菜播种机械社会化服务体系,优先在规模化种植区域、高标准农田建设区域推行油菜机械播种技术;大力推进与江西省智慧农业App等终端的对接应用,促进油菜机械播种新技术转化为生产力,为油菜直播技术及装备的快速传播打下坚实的基础。

(5)争取农机政策扶持。丘陵山区农业机械化发展仍然困难,最需要扶持；争取油菜直播机的高补贴率,在低机械化水平情况下,对于满足补贴条件要求的,优先或适当提高油菜播种机械购置的补贴比率。

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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

江西省现代农业产业技术体系油菜产业专项。

王进红,男,湖北人,教授级工程师,主要从事农业机械化研究。*通讯作者:戴亿政。

S565.4

A

1001-8581(2017)11-0025-04

(责任编辑:黄荣华)