湖北省山地春玉米机械化生产现状及其制约因素

朱祥芬 刘好梁 杨秀乾 冯春福 王静 周兴 刘传兵 杜世凯 刘胜军 王黎明

摘要 結合湖北省山地玉米区现有生产技术模式及其特征，山地玉米机械化生产技术模式的研究现状，分析归纳本省山地机械化生产制约因素，并提出具体的解决措施，为山地玉米机械化生产快速发展提供理论基础。

关键词 春玉米;机械化;生产技术

中图分类号 S23文献标识码 A文章编号 0517-6611（2020）02-0248-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.02.072

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Present Production Mechanized Situation and Constraints of Spring Maize in Mountainous Areas in Hubei Province

ZHU Xiang-fen， LIU Hao-liang， YANG Xiu-qian et al

（Enshi Autonomous Prefecture Academy of Agricultural Sciences， Enshi，Hubei 445000）

Abstract Combining the current production technology models and their characteristics in the mountainous maize production areas of Hubei Province with the present research status of mechanized maize production in mountainous areas， this paper analyzes the constraints of the mechanized production in this province and then proposes the specific solutions， providing the rapid development of mechanized maize production in mountainous areas with theoretical basis.

Key words Spring maize;Mechanized;Production technology

湖北省作为我国重要的粮食主产省份之一，大致可划分为三大玉米生产优势区域：鄂西山地春玉米区、鄂北岗地夏玉米区和平原丘陵玉米区，其中鄂西山地春玉米区是湖北省玉米面积相对稳定的传统主产区，由于该区域面临地形复杂、土地分散、市场上现有的机械对山地的适应性差等问题，导致湖北山地玉米机械化生产程度较低。现行的土地承包制导致的土地分散的局面和湖北省玉米产区鄂西山地春玉米区的复杂地形都严重限制了玉米生产的机械化作业[1]。长期以来，绝大多数仍采用人工、蓄力完成玉米地的耕整、播种、管理及收获，即是有少部分机械的使用，也仅限于低功率、半自动机械或分环节使用机械，而这种低功率、半自动机械的使用往往导致土壤耕层瘠薄、土壤板结，土壤肥水利用效率低，抗灾能力减弱。在山区，农民喜欢采用间套种生产方式，该种种植方式的机械化程度更低，田间管理劳动力投入大，常常出现投入高于产出的现象，严重影响了农民的生产效益和积极性。因此，急需研究配套的种植模式，研选适宜的机型，提高机械化率，打造一条提高玉米生产效率的现代化集约型农业发展路线，实现农业增产和农民增收双赢的目的。

1 湖北省山地玉米区现有生产技术模式及其特征

山地春玉米区现有生产技术模式主要采用人工分环节整地、施肥、种植、管理及收获玉米，其次就是选用一些简单的机械作为辅助工具，如整地环节中，有少数农户采用以人力+蓄力进行秋耕，以旋耕机进行春耕的方式，地膜覆盖环节有极少部分农户采用人力+畜力结合的方式覆盖地膜;在山区，农户的种植模式相对较多，以平作+直播、垄作+直播、垄作+育苗移栽这3种模式最为常见，平作：在土壤耕作层上直接播种或移栽玉米的一种种植方式[2]。垄作是由我国劳动人民创造，在土壤耕作层筑起垄台和垄沟，作物种植在垄台上的一种种植方式[3]。育苗移栽即在保护地内提前育苗，炼苗后移入大田的一种技术，是一项能够提高苗的质量、培育出壮苗，还能节省种子、防御春季干旱和低温的较好的方法[4]。目前，这些种植模式均以人工操作为主，机械操作的情况较少。

2 湖北省山地玉米机械化生产技术模式研究现状

全程机械化在我国的西北及北方以及平原地区应用较多，在湖北省山区，玉米生产机械化技术还十分薄弱[5]，目前中小型玉米机播机型正在试验推广，玉米机械收获处于探索，各种机械操作技术存在严重瓶颈的状态。如在重壤土、黏土等土质条件下的进行机械直播仍然很困难;现有的农机与传统农艺不相融合，不适应不同区域地势、不同播种方式、不同品种等，要真正集成山地玉米直播、管理及收获一体化的机械化配套技术，实现山地玉米全程（或大面积）机械化只是未来发展的一个趋势，还需要加快研发探索的进程。

近几年国家玉米产业技术体系西南片区正在开展宜机品种筛选、机械播种、机械田间管理及机械收获等一系列试验，成效较显著，为山区玉米机械化的应用奠定了良好的科学技术基础。

2.1 玉米机械化播种技术

玉米机械化播种技术，是指利用农业机械集开沟、播种、施肥、盖土、镇压环节一次性完成的整个过程。玉米机械化播种是玉米农业机械化过程中最为复杂的工作之一，山区玉米播种使用大型农业机械极少，一般是每家每户采用小型机械进行旋耕、施肥、起垄、播种等作业，这种小型机械容易使土壤被反复碾压，导致土壤紧实、耕层浅、耕层土壤量少。因此，玉米机械播种首先需要根据地型和地块条件对播种机械进行选择，一般需要玉米播种机械具有较强的适应性和满足不同种植要求的工作性能，能保证播种密度有保障，播种深度、行距、株距一致。肖洁等[6]研究表明，气吸式或勺轮机械式双行播种机宜用于3.33 hm2以上连片坝区种植区;微型双行播种机、轮式中小型可用于3.33 hm2以下分散种植坝区及坡度15°以下缓坡连片种植区;人力手持式双鸭嘴播种施肥器可用于坡度15°～25°坡地连片种植区，该种地块不宜采用全自动机具;坡度25°以上陡坡种植区，完全不适宜机播作业。其次应根据玉米播种机的情况对品种、播种深浅、播种方式等的选择和确定。总之，玉米机械化播种要求地面尽量平整，土壤松碎，种子大小均匀、播种行距适中等。随着农业生产的迅速发展，农村劳动力的持续减少，玉米机械化播种技术的快速实施迫在眉睫。

2013、2014年连续2年在恩施综合试验站开展山地轻简化播种高产高效技术比较试验，从玉米产量结果看，机械旋耕后播种获得的玉米产量要高于免耕处理的;以2BYM-2型双行多功能播种机播种处理获得的玉米产量要高于2BF型播种机播种获得的产量（图1）。

2015年在恩施综合试验站建始示范县开展播种行距对机播玉米产量的影响试验，在选用2BYJLS-2型玉米精量播种机的基础上播种玉米品种宜单629，对平均行距50 cm、60 cm和60+80 cm宽窄行种植3种行距处理的玉米产量进行比较分析得知，机播行距为50 cm处理的玉米产量最高，60+80 cm宽窄行处理的玉米产量最低，该试验说明机播行距对产量有一定程度的影响（图2）。

2016、2017年分别在建始和咸丰示范县开展宜机品种筛选试验，选用2BF-2型双行播种机播种，以湖北省市场上的主推品种和苗头组合为筛选品种，2年共对13个品种（组合）进行筛选试验，结果显示，恩單115、恩单116以及组合G1006、G117的产量较高，因此初步确定恩单115、恩单116以及组合G1006、G117较适应2BF-2型双行播种机播种（图3）。

2.2 间作套种模式下的机械化播种

间作套种具有扩大复种指数，提高土地和光能利用效率，提高粮食单产，增加农民收入的优势，玉米与矮秆作物间作套种能充分利用边际优势，增产效果十分明显，而且间作套种能复杂化农田的生态系统，在一定程度上有利于提高作物对病虫害的抵抗力和减轻病虫害的为害，该种植技术是集社会、经济和生态效益平衡发展于一体的一种先进农业模式，为实现我国现代化农业协调可持续发展提供了重要方法。目前，以玉米为主，套种其他作物，可套作小麦、大豆、马铃薯等，推广宽窄行种植，一般确定厢宽1.5～1.7 m，种植2行玉米，窄行距0.33 m，株距需依据品种株型而定;与其他作物间作套种，以1.50万～225万株/hm2为宜，如与芝麻、花生间作，可在厢沟边种1行，株距0.2 m。在我国，玉米与其他矮杆作物间作套种已是一种历史悠久的模式，对我国农业的可持续发展起到了很大的推动作用，但是该种植模式遇到的瓶颈问题是与之相匹配的农业机械还严重不成熟，该模式下的播种、田间管理以及收获仍然以传统的人工操作为主，效率非常低，成为制约该种植模式更好更快推广应用的关键因素。

2.3 机械化地膜覆盖栽培

湖北省及周边海拔70～1 600 m的地区均有玉米种植，种植区域立体分布明显，生态区条件复杂，生产上生物和非生物逆境多样化，玉米生长季节灾害性气候频发，“冷、旱、涝、酸、缺、风”等因素严重制约着玉米生产的持续发展[7]，同时山区农村面临青壮年劳力大量向城市转移，玉米机械化管理水平低，成本逐步增加，玉米产量上不去的现实问题。为此，科学家们提出地膜覆盖技术的应用。

大量研究表明，地膜覆盖具有明显的保墒、增温、控盐、早熟、增产，降低土壤尤其是坡耕地地表径流、地下径流和土壤侵蚀以及无机氮、硝态氮和水溶性总氮流失量，维持土壤结构，防止害虫侵袭和某些微生物引起的病害以及提高水分利用效率，适当降低生产成本等多重优点[8-12]。

在我国的北方山区，许多科研工作者针对该地区气温较低，水土流失严重，土层薄的特点，进行多年的探索实践，目前已探索形成玉米机械化地膜覆盖高产栽培技术，实现了玉米高产的目标[13]。如蒋东亮[14]就玉米机械化覆膜种植的应用效果及关键技术进行了研究，发现玉米覆膜种植应选择旋耕覆膜施肥一体机进行作业，同时，对农膜的厚度（0.01 mm）、抗拉效果、宽度（70 cm）以及垄面（平整顺直）、垄采光面宽度（50 cm）等都有一定的要求。张亚华[15] 研究指出机械覆膜播种要尽量选择地块较长、地力中等以上的平地或5°～10°的缓坡地，沙地、石地、陡坡地等不宜使用机械操作;覆膜前要对农田土壤进行耕整，要做到土壤疏松细碎无残茬、无大土块及其他杂物，地面平整，上虚下实;要选择土壤墒情较好的农田;覆膜前应施足底肥等。

在我国南方山区玉米区，地膜覆盖技术的使用较为普遍，但地膜覆盖机械化技术的使用仍然很少，其主要原因在于作业性能好、可靠性高的地膜覆盖机具缺乏;陡坡地、沙石地较多，不宜进行机械覆膜操作等。因此，在南方山区还需要大力进行机械化覆膜技术的研究和应用，同时还需解决因地膜覆盖而带来的白色污染和人民生活环境破坏等的问题，为此，建议在以后的生产应用中，不仅要加强机械化覆膜技术的推广与应用，还应将地膜覆盖技术与残膜回收机具配套使用，或尽量采用生物降解膜。

2.4 机械化田间管理

在玉米育种、栽培过程中，湖北省乃至全国仍然缺乏系统的机械化田间管理措施，绝大多数是靠人工施肥、除草或人工使用喷雾器来完成田间杂草、虫害、病害的预防、防治及追肥管理，这种方式劳动强度大，人工喷施农药还时不时发生药物中毒死亡的事件。据有关研究表明，我国有少部分地区已开始采用植保和施肥机械，但表现为作业效率低、性能差，导致玉米在生长期内不能够得到有效的病虫害防治及营养的补给，使玉米的质量和产量均落后于发达国家。因此，研究分析我国植保、施肥机械及相关技术的力度有待加大，研究出高产、高效、环保的植保、施肥机型及技术对于我国农业的发展有着极其重要的作用。2012年陈博[16]根据我国的玉米种植制度及区域特点，研究了一款新型的全液压高构架集喷药施肥一体化，且适应玉米整个生育期施肥和病虫害防治的机器，该机器在3.5 m高的玉米田行走施肥与喷药作业不伤植株，在0.6 m均匀垄种植模式下，可一次作业喷药12行，施肥3垄。同时，该机型设计独特，施肥喷药通用底架与牵引机头采用连接设计，行走机构为四轮自走式设计，施肥量调控方式为电动控制、多档位调节设计，整机采用液压调控方式制动，且驾驶室为可调控高度的活动连接。经过试验，该机械的杀虫率可达93%。说明该机械能够有效解决玉米生长中后期病虫草害的防治，切实为我国玉米产业实现增产增效提供有效保证。

2.5 机械化收获

玉米收获所需劳动量约占整个玉米种植全程劳动量的55%，需要投入大量的人力、财力和物力，在收获阶段能选用性能良好的机械及技术，可大大节约玉米生产中的劳动量[17]。目前，我国各种各样的玉米收获机械不断地被研发出来，机械化收获技术得到很大提高，但受限于各地区农作物种类、种植模式、种植制度和种植标准的差异，受限于玉米收获的机械适应性、可靠性、稳定性不够及操作技术仍不成熟等问题，山区收获玉米仍以人工收获为主，以三轮车、手推车为辅，极少数的大面积连片地块才选用机械收获等现实问题。进一步解决我国尤其是丘陵山区玉米的机械化收获水平迫在眉睫，任重而道远。

在湖北省乃至西南山区，农作物间作套种模式仍然十分盛行，但间作套种模式下采用机械收获仍然是一个严峻的挑战，为解决这一难题，2014年屈哲[18]对玉米机械化收获技术与其装备的改进开展了较为深入的研究，通过对国内现存玉米收获机的改装和参数改进，提高收获机的自动化水平，研究制造出了4YZ-2450型自走式玉米联合收获机，该收获机适用于山地、丘陵地区玉米的机械化收获，是一款整机结构紧凑、短小精悍、布局合理、机动灵活、传动简单、功能完善、对行距适应性强的双行玉米收获机，收获质量高，能够在间作套种模式（行距0.30～0.60 m、幅宽1.50 m以内）下一次性完成玉米的摘穗、果穗收集、秸秆粉碎还田和液压自动卸载粮食等工作，该收获机械的成功改进和研制，大大降低了收获玉米的劳动强度，提高了生产效率，一定程度上解决了间作套种模式下玉米的机械化收获困境。

2016—2017年，国家玉米产业技术体系加大对西南山区玉米收获机械的研发和支持力度，组织各试验站开展机械收获试验，以东华4YZB-2型摘穗机为试验机型，采集品种的苞叶紧实度、收穗损失率、剥皮率等数据，了解品种的机收影响因子，筛选宜机收的玉米品种。其中恩施综合试验站2016和2017年分别在建始示范县和咸丰示范县开展机械摘穗试验，先后筛选出恩单115、G1171有较高的剥皮率和较低的损失率，比较适合东华4YZB-2摘穗机采收（图4）。

2.6 机械化玉米秸秆还田

玉米秸秆含有丰富的C、N、P、K等元素，是一种重要的循环的可再生资源。研究表明，秸秆还田既可以消化残留秸秆，又具有显著的培肥改土作用，提高作物产量有重要作用[19-21]。郑金玉等[22]研究发现，秸秆粉碎全量还田结合条带深松能增加玉米叶面积，提高叶片光合能力，进而促进干物质的积累和产量的提高。慕平等[23]研究结果表明，长期秸秆还田能够提升玉米的株高及穗位高，同时有效延缓玉米根系衰老，有利于后期玉米对养分的吸收和产量的形成，产量较对照增加15.4%以上。徐莹莹等[24]的研究认为，秸秆还田可改善土壤结构，有利于玉米根系生长，提高作物吸收养分、水的能力，同时秸秆分解后释放的养分可培肥地力，为玉米生长提供丰富的营养物质。因此，玉米秸秆还田是一项发展可持续农业的有力措施，但玉米秸秆产量大，采用人工进行还田或牲畜过腹还田的数量是十分有限的，主要还需依靠机械化作业进行还田，玉米秸秆机械化还田是当前一项集经济效益、生态效益和社会效益于一体的新技术，进行玉米秸秆还田机械化作业，不仅可以有效减轻农民种植玉米的劳动强度，提高作业效率，培肥地力，还可以减少由于焚烧秸秆导致的环境污染。

目前，在北方平原地区玉米秸秆机械化还田程度较高，在山区机械化还田程度仍然落后，该方面的工作正在逐步开展研究。近几年来湖北借助国家玉米产业技术体系这个平台，先后在咸丰和建始示范县开展玉米机械联合收割试验及观摩会，主要以东华4YZB-2型联合收割机（图4）和谷王4YZ-3联合收割机（图5）为试验机具，通过组织现场观摩等方式让玉米种植大户了解联合收割机的优点，鼓励玉米种植大户采用联合收割机，一次性完成果穗收获和秸秆还田步骤。

3 制约机械应用的因素

3.1 现有机械对山区的适应性较差

山区种植玉米的地块主要以小台地、坡地为主，地块面积较小及当地农民的栽培习惯不一致是常见问题，正是这些问题导致大型机械不方便操作，针对山区玉米种植区来说，宜选用配套动力小巧，底盘稳定，易转弯、掉头，结构简单、操作方便的小型机械进行玉米地耕整、播种、田间管理、收获及秸秆还田等，还需控制对地面过度碾压[25-26]。

3.2 种植的玉米品种、种植模式多种多样，农艺与农机严重不匹配

机械收获对玉米品种的要求不仅局限于穗位整齐、抗倒伏、成熟期籽粒脱水快[27]，还局限于苞叶的松、散、少、易脱落等特性上的要求，这与长期以来传统玉米育种中单一追求产量的育种方向有很大的差异。另外，农民种植玉米没有统一的标准和方法，均按个人的意愿进行种植，主要表现在播种时间、种植品种各异，种植株距、行距随意性大，間作、套种的现象多，农艺、种植结构多样化等，这些都是制约玉米机械化发展的关键因素。

3.3 农民对机械的购买力有限

个体农民购买农业机械的经济实力有限，农民的家庭纯收入越高，农用机械以及农机服务的支付力度越大，农民购买农用机械或农机服务代替人力劳动的意愿就越强。一般情况下，个体农民难以承担购买相对昂贵的玉米机械的费用。

3.4 机械操作人员技能不高

机械操作人员没有经过专业的操作培训，不熟悉机械的性能和故障排除方法，在此基础上操作机械，不仅工作效率低，经常还会出现机械伤人事件，这些都严重影响了农民使用机械的积极性[28]。

4 具体解决措施

4.1 加大引导力度、加强示范作用

农机具科研单位或企业应组织专业人员对山区玉米种植区进行现场考察，根据其玉米种植区的特点，加大科研开发力度，研制适用于山区的玉米机械，并以现场观摩的形式进行试验示范，强化宣传力度和农机售后服务化，以点促面地带动玉米机械使用的逐渐发展。

4.2 选育适宜机械化的品种，规范种植，制定相应的机械化技术流程

实行机械化，需选育适宜机播、机管、机收的玉米新品种，如玉米品种的种子大小基本一致，穗位整齐，耐密、抗倒伏、生育期短、脱水快、苞叶薄和松弛等，同时，根据不同生态区域下的种植栽培模式，制定规范的玉米生产机械化作业规程，最终实现机械化[29]。

4.3 加大农机补贴

政府农机扶持政策、扶持力度、农业机械化金融等农业机械化政策对农业机械化水平具有很大的影响。因此，需要不断地丰富和完善农机扶持的政策，加大支持的力度，提高财政的补贴，调动农民购买农业机械的积极性和热情。同时，相应的农村基础设施建设也要配套，如有用于机械灌溉的水渠水源、机械进出的机耕道等。

4.4 加强对农机操作人员的培训力度

组织农机推广部门和机械生产厂家的专业技术人员，对购买新型农机的操作农民进行机械基本结构、性能、原理、日常维护等知识的培训[6]，让购机农民熟练操作玉米机械的同时还能处理应急的机械故障，要求供机械的部门做好相应机械的售后与服务工作，主动地提供售后服务和零部件供应，确保玉米机械的运行良性。

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