油菜机械化生产影响因素及收获方式研究

胡 英,顾建疆,郭 健

(新疆石河子职业技术学院,新疆 石河子 832000)

0 引言

油菜在我国有几千年的种植历史,目前面积达到0.07亿hm2,是种植规模最大的油料作物。油菜种子富含菜籽油,出油后剩余的饼粕中也含有多种营养物质,可以直接用作饲料和肥料。近些年,油菜花还被作为旅游资源进行开发,体现出了更丰富的应用价值[1]。我国油菜的总产量约占世界的三分之一,且国内对菜籽油的消费量巨大,导致油菜的产能相对不足,每年需要通过大量进口大豆来弥补。因此,保证油菜的高产稳产,对我国的食用油供应具有重要意义。

从20世纪80年代开始,我国油菜栽培以育苗移栽模式为主,并在长江流域等重要的油菜产区普及。这种栽培模式有利于提高油菜的单位面积产量,一定时期内推动了油菜产业的发展[2]。育苗移栽模式属于劳动密集型,农艺操作较多,对人工的需求量大。随着农村劳动力的流失,油菜种植收益出现下降趋势,农民种植油菜的积极性受到影响[3]。依托现代农业科技的进步,改良油菜的种植模式,同时引入农业机械降低劳动强度已经势在必行。张春雷等在长江流域选择多个点进行多年的试验,比较了4种油菜栽培方式的产量水平和收益情况,发现机耕直播具有最高的净收益,为解决当前油菜生产所面临的问题提供了指导[2]。

农业机械的作业效率高,且能大幅降低对劳动力的需求,提高作物的种植收益。油菜的全程机械化生产过程包括机械整地、机械播种、机械移栽、机械收获及机械加工等,而目前制约我国机械化水平的瓶颈主要在直播、移栽和收获这3个环节上[4]。

人工洒播相比机械直播要耗费更多的人力,且给后续的间苗和杂草防治带来麻烦,劣势较为明显[5]。对此,吴明亮等设计了一种2BYF-6型油菜免耕联合播种机,能一次完成开沟、播种、施肥和覆土的作业。试验表明：该型机械能够大幅降低油菜播种环节的成本[6]。田波平等研制了2BFQ-6型油菜精量联合直播机,在实现油菜籽精量播种的同时,还能完成与2BYF-6型相似的一系列作业,播种的质量较高,为油菜生产者提供了更多的播种机型号[7]。

根据我国的具体国情,金诚谦提出油菜移栽机械的发展方向是田间育苗为主要技术模式,中小型和多功能为主要机型[8]。相比于直播和收获,油菜移栽可用的成熟机械相对较少,江苏、湖北和湖南等地在该方面的试验获得了技术上的突破,但自动化水平不高,操作过程对人工较为依赖,移栽质量不太理想,需要进行较大的改进后才能推广应用[9]。

收获是油菜机械化生产的重要环节,作业水平对油菜的种植效益有着明显的影响。油菜的机械收获方式有分段收获和联合收获两种,与人工收获相比它们造成的总损失率较大,但是种植效益更高[10]。两种机械收获方式对油菜品质的影响不同,适用的栽培模式各异,需要根据实际情况进行选择[11-12]。

我国南方的油菜主栽品种为甘蓝型,植株高大且分支分叉多,增加了机械收割时的分行和切割难度[13]。研究表明,抗裂角和抗倒伏是机械化生产对油菜品种最主要的特性要求。抗裂角可以减少油菜机械收获时因裂角落粒而造成的损失,而抗倒伏可以保证机械收获的顺利进行。此外,油菜品种还具有萌发力强、早熟、半矮秆等特性,则更适合于机械化生产。

油菜的机械化生产效益除了与机械和油菜品种这两个主体有关外,还受到其它多种因素的影响,可以归纳为农业资源与体制、经济环境和社会环境这几大类[14]。田间土壤特性是其中的一种重要因素,具体指标包括土壤含水量及力学性质等,它们对油菜的机械直播和移栽效果都会产生影响[15]。为此,针对品种特性和土壤特性这两种因素,分析它们对油菜机械化直播的影响,同时设置不同的收获方式评价种植效益,以便为技术路线的选择提供依据。

1 摘植及收获机械

试验所用的机械包括油菜免耕直播机、分段收割机和联合收割机。免耕直播机为武汉的黄鹤牌2BFQ-6型油菜精量联合直播机,原型机由华中农业大学研制。该直播机由雷沃M604L-E型轮式拖拉机牵引并提供动力,作业幅宽200mm,一次播种6行,同时完成开沟、破茬、播种、施肥和覆土等作业。播种机采用正负气压组合式的排种器,具有较好的播种均匀性,能够实现油菜的精量播种。机械的播种量在2.25～3.00kg/hm2之间可调,最高工作效率达到0.6hm2/h。

油菜的分段收获由割晒机和捡拾脱粒机完成。割晒机采用星光至尊4SY-2.0型油菜割晒机,原型机由农业部南京农业机械化研究所和星光农机股份有限公司共同研制。机械的配套动力为50kW,作业幅宽2.5m,作业效率可以达到0.4hm2/h,割晒的总损失率较小。捡拾脱粒机采用4SJ-1.8型履带式油菜捡拾脱粒机,由农业部南京农业机械化研究所和湖州星光农机制造有限公司共同设计。机械的组成部分包括捡拾装置、割台装置、输送装置、脱粒装置、行走装置和清选装置6个部分,具有自走能力,也能完成稻麦的收获。捡拾脱粒机的动力为45kW,作业幅宽1.8m,最大生产效率可以达到0.5 hm2/h,油菜的总损失率小于5%,且具有较高的可靠性。

油菜的联合收获用碧浪4LZ-1.8型全喂入履带式联合收割机完成。该型机械由中机南方机械股份有限公司生产,采用油菜专用割台,链条输送,双层筛清选。联合收割机的动力为36.7kW,割幅宽度1.8m,喂入量1.8kg/s,最高生产效率达到0.4 hm2/h。整机设计合理,结构紧凑,操作简单,收割油菜的总损失率小于10%。

2 油菜品种和土壤类型

试验在本单位的试验基地中进行,设置品种特性和土壤特性这两种影响因素。油菜品种是乌鲁木齐黑油菜和乌鲁木齐黄油菜,分别属于白菜型和芥菜型,具有耐贫瘠、耐干旱和抗寒的特性,在西北各省区具有一定的种植规模。选择两个试验田块：一种为黄棕壤,自然肥力较高,试验过程中的总平均含水率为23.2%,总平均贯入阻力为157N;另一种土为栗钙土,自然肥力较低,试验过程中的总平均含水率为18.5%,总平均贯入阻力为134N。

3 试验设计

单个试验田块的面积约为0.5hm2,分为相同的4个大区,每个油菜品种种植2个大区,各大区用种量相同。油菜种植采用免耕直播的方式,记录直播机作业的燃料消耗量。直播过程中统计种子破损率,出苗后统计出苗数。进行常规的高产栽培管理,成熟后从每个大区中均匀选择6个5m×5m的区域考察油菜的生育期、千粒质量并测产,以反映该大区油菜的实际产量;然后,对相同品种的两个大区分别进行机械分段收获和机械联合收获,比较不同机械收获方式的含油率、油菜损失率和种植效益。

4 试验结果与分析

采用免耕直播的种植方式,直播机在黄棕壤田块中消耗的燃料成本高于栗钙土田块,没有受到油菜品种的影响。其原因是黄棕壤田块的贯入阻力更大,导致机械行进时需要更强的动力。直播的种子破损率仅与油菜品种有关,乌鲁木齐黄油菜品种高于乌鲁木齐黑油菜品种,可能是由种子的大小和形态决定。直播的出苗数同时受油菜品种和土壤类型的影响,黄棕壤田块中的乌鲁木齐黄油菜出苗数最多,如表1所示。

表1 品种和土壤特性对免耕直播效果的影响Table 1 Influence of variety and soil characteristics to the effect of direct seeding on zero tillage field

免耕直播的油菜品种在不同土壤中的生育期不同,相差9～12天。土壤的含水率因类型而异,油菜种子在低含水率的土壤中萌发较慢,生长发育相应的延迟,会给后续的机械化作业带来影响,这一问题需要在播种时给予考虑。油菜籽的千粒质量在不同土壤中没有较大差异,主要由品种的特性决定。免耕直播的油菜实际产量与生育期一样,同时受到品种和土壤类型的影响,黄棕壤田块中的乌鲁木齐黄油菜产量最高,取得了较好的免耕直播效果,如表2所示。

表2 免耕直播的油菜农艺性状Table 2 Agronomic traits of rapeseed directly seeded on zero tillage field

分析不同收获方式的相关指标发现：联合收获相比分段收获的含油率较低,且损失率较高,这与之前的研究报道结果是一致的。但是,由于联合收获方式消耗的人工和燃料较少,因此在不同的品种和土壤因素下都能取得更高的种植效益,如表3所示。

表3 不同收获方式下的油菜种植效益Table 3 Planting benefit of rapeseed under different harvest methods

5 结论

选择合适的农业机械对油菜进行免耕直播,以及分段和联合收获试验,分析品种和土壤特性对油菜机械化直播效果的影响。试验结果表明：黄棕壤田块中的乌鲁木齐黄油菜出苗数最多,且产量最高,取得了较好的免耕直播效果。设置不同的收获方式评价种植效益,结果表明：联合收获相比分段收获的含油率较低,损失率较高,但消耗的人工和燃料较少,因此在不同的品种和土壤因素下都能取得更高的种植效益。本研究筛选出了适合油菜机械化生产的两种因素和收获方式组合,可以为技术路线的优化提供依据。