四川黑麦草机械化生产现状及建议

谭 杰,李光辉,蒋金巧,罗 吉,随顺涛,高 新,万先起,魏鼎才,陈兴毅,张 军

(四川省农业机械科学研究院,成都 610066)

四川是草地资源大省,属全国五大牧区之一,草地面积2.09×107hm2,占全省地域面积的43.0%,四川草地面积集中在甘孜州、阿坝州和凉山州[1]。黑麦草是禾本科一年生或越年生优质的冷季型、速生性可刈割牧草,茎叶柔嫩、光滑多汁,富含蛋白质,具有产量高、适口性好、消化率高、可多次刈割等优点[2]。黑麦草还具有净化土壤的作用,以及黑麦草接种镉耐性菌可显著促进对镉的吸收积累,黑麦草具有修复镉污染土壤的效果[3]。黑麦草对低浓度铜、锌的污染水体具有较好的净化效果[4],因此,黑麦草的发展优势大,是农户选用的主要饲料品种。

黑麦草品种众多,在四川的种植面积不断扩大。相关学者在四川成都通过对比4个黑麦草品种,发现杰威、特高2个品种是非常优良的多花黑麦草品种,可以在云贵川大面积推广[5]。通过对20个黑麦草品种自然发病调查,提出选用优良抗病材料用于四川地区种植[6]。因此,随着饲料用粮的需求量不断增长,对于黑麦草的重视程度也随之增加,然而其机械化程度低,劳动成本高,经济效益低等问题,限制了黑麦草的生产和推广,因此提高四川黑麦草机械化生产水平,确保黑麦草产业持续稳定发展刻不容缓。

1 黑麦草机械化生产现状

目前黑麦草的收获分为纯人工收获、半机械化收获和机械化收获,黑麦草的收获主要依赖人工收获,机械化程度并未完全普及。相关学者为提高黑麦草产量和营养成分等特征,发现利用分子育种手段选育优良品种技术,能够提高黑麦草的种植比例[7]。采用不同部位紫花苜蓿浸提液对多年生黑麦草种子发芽和幼苗生长影响效果不一致,总体表现为根>叶>茎[8]。利用不同比例多年生黑麦草混合后青贮,能够提高发酵品质和营养成分,从而促进草料的利用价值和减少资源浪费[9]。然而,目前对于黑麦草机械化的研发技术尚未成熟,难以在黑麦草收获期完成全部收获,亟需开展育苗播种、收获加工等阶段的技术研究,从而促进黑麦草产业实现全程机械化、自动化和智能化的不断发展。

关于黑麦草相关技术的发展,一是黑麦草生产发展的栽培技术。相关学者发现采用“机械化无垄匀播技术”种植的黑麦草植株个体发育更加健壮,株高高于常规条播[10]。采用短季棉与黑麦草轮作轻简化栽培技术进行的试验示范,能够促进盐碱地土壤改良和改善冬季盐碱地撂荒现[11]。该技术最开始是用于小麦、玉米等粮食作物,然而研究发现黑麦草也适合“无行、无垄”的机械化栽培模式,黑麦草均匀分布的种植方式,有利于个体接受最大光照,光合作用的程度增加,产生的营养物质增多和促进个体的生长,以及有利于土地面积的合理使用和抑制杂草的生长,从而促进黑麦草产业发展。二是丘陵山区履带式割草技术。丘陵山区多采用履带乘坐式或手扶式割草机械,一方面采用平衡履带式设计,具有重心低和坡道作业能力强的优点,可在斜坡上稳定、安全的割草。带有座椅或者手扶式,可以站立或者乘坐割草,更加省力舒适,适合不同年龄阶段群体操作机械设备。另一方面,机器的倾斜坡度可达25°,逐步采用电机驱动,启动便捷和割草效率更高,更加节能环保,适用于在农场道路割草,以及可加装北斗农机系统,应用场景更加丰富,从而实现智能化操作。

2 黑麦草生产概述

2.1 黑麦草生长情况概述

黑麦草喜温凉湿润气候,不能耐旱,但是能耐湿,适合夏季凉爽和冬季不太严寒的地区生长,不适合低于-15℃的低温和超过35℃的高温,黑麦草是一种能够适应平原、高原和山区等气候条件相对恶劣的环境种植的优质牧草。一般认为四川盆地存在“阴雨寡照”的气候,非常有利于饲草作物的营养生长,但是不利于粮食作物的生殖生长[12],通常生长环境的年降水量500～1500mm为宜。黑麦草的营养价值较为全面且均衡,分蘖能力强,生长速度快[9]。黑麦草喂养猪、兔、鹅等应在抽穗前30～45cm高度时刈割,喂养牛羊在60～75cm高度抽穗前稍后刈割[13],黑麦草的生长环境如表1所示。

表1 黑麦草生长环境

黑麦草为多年生和一年生的禾本科饲草作物,可当年种植,一般播种1周后发芽[13]。黑麦草播种时为10行,行距19 cm, 播种深度2～3 cm,施肥深度7～8 cm并侧位深施于种子下方5 cm处。通常在9月下旬青饲玉米收获后播种[14],播种方式为条播和撒播两种,采用无机肥和有机肥混合施肥的模式种植的黑麦草效果较好[15],黑麦草的播种细节如表2所示。

表2 黑麦草播种细节

2.2 黑麦草生产加工过程

黑麦草的生产加工过程相对简单,主要涉及种子选择、选地整地、播种期、播种量、播种方式、播种深度、补播和灌溉追肥等生产加工流程,以及病虫害防治、收割晾晒和运输贮藏等相关的注意事项。目前黑麦草的生产加工过程主要依赖人工和机械相结合的方式发展,调查分析黑麦草的生产加工过程,归纳梳理后,其生产加工过程的流程图如图1所示。黑麦草的生产加工过程大致可以分为耕、种、管、收、初加工和精加工等。其中“耕”主要是播种的准备工作,涉及选择地块、取水灌溉、宜机化改造和筛选种子等过程。播种包括开沟、落籽、防护和灌溉等。田间管理主要是灌溉、施肥、施药和除草等。收获指经过割草摊草、搂草捆草、码垛和运输过程后加工成青贮、干草等饲料成品,最后经过初加工和精加工后,进行入库贮藏和对接市场。黑麦草生产加工过程需要全程机械化主导完成,提高生产效率,促进黑麦草产业发展。

3 存在的不足

黑麦草的市场发展前景广阔,然而机械化发展存在不足。通过调查分析黑麦草的机械化发展情况,发现相关机具的应用场景不足,在丘陵山区推广时存在工作效率低下、不够灵便和操作复杂等问题,黑麦草类饲草存在无好机可用现象。于是从客观因素、先进技术和研发制造等角度进行分析和探讨,以期弥补不足,促进黑麦草全程机械化发展。

3.1 客观因素的制约

四川地形复杂,宜机化改造困难。四川以丘陵山区为主要特色,地块小而散、坡地多田块杂、地形地貌跨度大,使得饲草机械化发展缓慢[16]。四川大多数丘陵山区仍然不适合大型机械作业,同时由于人工种植品种丰富、栽培模式多样和灵活性高等因素,使得农机具在黑麦草收获时应用难度大。由于地形地貌、操作环境和市场需求等多种因素,进一步造成了黑麦草产业“无机可用”“无好机可用”的问题突出,因此黑麦草全程机械化的发展,需要破除客观因素的制约,可以先从地形地貌、工作环境和技术保障等方向发展,逐步实现科技强农、装备强农的目标。

3.2 先进技术的发展滞后

四川丘陵地区主要采用小型牧草秸秆收割机用于黑麦草的收获,黑麦草机械化发展的起步晚,技术水平相对较低[17]。分析四川丘陵地区黑麦草机械化现状,发现缺乏针对黑麦草种植、植保和收获等相关的机械装备,多为直接引进北方的机具,大多数机具不能直接用于四川丘陵山区,需要改进后使用,从而存在较多的技术难题,制约了丘陵山区黑麦草的发展。因此,应研发针对四川丘陵地区的轻量化、便携化的机具,满足轻灵小巧、功能多样、操作便捷和售后保障等优点的农业机械装备,专门针对黑麦草类饲草研发播种、收获等农机装备,强化对损伤率、生产效率和配套动力等技术指标的研究。鼓励相关企业从事农机具的生产和研发工作,克服地理环境制约,实现先进技术的保障,使得黑麦草逐步实现全程机械化发展。

3.3 研发制造的企业较少

黑麦草的研发和制造企业较少,使得黑麦草全程机械化发展受到一定程度的限制。一方面是缺乏龙头企业的带领,难以形成规模化的流水线生产模式,使得黑麦草的播种、收获和加工等农机装备难以普及。另一方面是难以形成经济效益,企业多以市场需求为导向,经济效益为目的,然而黑麦草相关机具处于研发初期阶段,使得出现了生产成本高、周期长和生产效率低等问题,难以降本增效。研发和制造黑麦草全程机械的单位,多为实验室和事业单位等小批量的生产研发单位,一定程度上制约了黑麦草全程机械化的进一步发展。

4 建议

黑麦草机械化的发展存在一定的制约因素,为今后做好黑麦草机械化生产发展,需要立足市场需求,分析企业、政府等单位发挥的作用,从研发技术、生产效率等硬性指标方向做好提升工作,以经济效益为目标和验收标准,做好科学规划,从而不断促进黑麦草机械化生产。

4.1 市场需求牵引,加强政府引导

一是瞄准市场需求。黑麦草具有广阔的市场需求,是典型的冬性饲草,其种植面积在饲草种植面积中具有较大的占比,因此黑麦草的发展需要聚焦市场需求。二是推动成果转化。针对市场需求,将科研成果得到实际的应用和推广,解决好全程机械装备替代劳动力的事情,推动成果转化,研发满足丘陵山区工作的农业机械设备。三是加强政府引导。政策建立标准体系,制定优惠帮扶措施,提供资金保障,强化政府的引导作用,进行宜机化改造和土地流转等措施,培养农业大户、家庭农场等经验主体。四是引领社会示范。增强农户的信心和干劲,以及撬动社会资本,搭建农业联盟协会,统筹农业的国际和国内交流,促进黑麦草机械化发展,引领社会示范,为农户带来技术保障。

4.2 创新研发技术,提供科技支撑

黑麦草全程机械化生产,需要提供强有力的科技支撑。一是技术创新。扶持丘陵山区黑麦草机械化的技术研发和创新,不仅学习国外的先进技术,聘请相关专家进行授课指导,为技术提升提供理论指导和技能培训,还需组建针对黑麦草播种、收获和加工等环节的相关机具的研发团队,逐渐向着黑麦草全程机械化的方向不断发展。二是仿真与试验相结合。合理地将仿真模拟与实践相结合进行工作,利用多种仿真软件进行静力学和动力学仿真,使得机具对于多种环境因素的影响得以数据化和可视化,从而修正试验数据,最终缩短研发周期,达到样机制备和研发的目的。

4.3 提升生产效率,带来经济效益

目前,黑麦草的机械化率低,主要依赖人工完成,存在人工成本高、生产效率低和经济效益差等问题,制约了黑麦草产业的发展。黑麦草的发展可以先从播种、收获和初加工环节入手,解决机具和丘陵山地工作环境之间的矛盾。一方面,提高普适性和融合智能化技术。提高机具的普适性,实现机具的一对多发展,不仅能用于黑麦草,而且能够适用于和黑麦草类似的饲草类机械化工作。以及融合人工智能、传感控制和神经算法等智能化控制技术,实现机具的在线检测、故障诊断和遥控操作等功能,实现机具的智能化、数字化发展。另一方面,寻找丘陵山地和机具之间的平衡点,改进作业机具的结构设计,控制生产成本实现流水线生产,提高生产效率,为农户和企业带来经济效益,促进黑麦草机械化的良性循环发展。

5 结论

通过对四川黑麦草机械化生产现状进行了调查研究,分析存在的问题,从多个方面提出分析和探讨,以期提升四川丘陵山区黑麦草的机械化技术水平,为黑麦草产业的发展带来经济效益,不断探索出一条适合丘陵山区地貌特征,黑麦草全程机械化的高质量发展之路。