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      鹽堿地油莎豆機(jī)械化播種收獲技術(shù)與裝備研究進(jìn)展

      2019-06-03 03:28:10張斌劉晶范仲學(xué)候鵬麗
      山東農(nóng)業(yè)科學(xué) 2019年4期
      關(guān)鍵詞:收獲播種鹽堿地

      張斌 劉晶 范仲學(xué) 候鵬麗

      摘要:油莎豆適應(yīng)性強(qiáng)、抗逆性高、耐鹽堿、耐貧瘠、抗旱、耐澇的特點(diǎn)使其成為鹽堿地改良和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)良選擇。油莎豆塊莖生于地下,其機(jī)械化播種、收獲方式成為該作物規(guī)?;茝V種植及實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈開發(fā)的關(guān)鍵。本文介紹了油莎豆的播種、收獲方式方法,重點(diǎn)對(duì)目前油莎豆播種、收獲機(jī)械研究開發(fā)情況進(jìn)行了系統(tǒng)闡述,并對(duì)鹽堿地油莎豆推廣種植及產(chǎn)業(yè)發(fā)展做了展望。

      關(guān)鍵詞:油莎豆;鹽堿地;播種;收獲;機(jī)械化

      中圖分類號(hào):S223.2+S225.7+3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào):A文章編號(hào):1001-4942(2019)04-0143-05

      Abstract Because of its strong adaptability, high stress resistance, salt and alkali tolerance, leanness tolerance, drought resistance and waterlogging tolerance, Cyperus esculentus has become a good choice for improving saline-alkali land and sustainable development of agriculture. The tuber of Cyperus esculentus grows underground, so the mechanical sowing and harvesting methods become the key to limit its large-scale extension and planting and the realization of industrial chain development. The study introduced the sowing and harvesting techniques and methods of oil-sowing soybean, summarized the research and development status of relevant techniques and methods, and prospected the promoting planting and industrial development of oil-sowing soybean in saline-alkali soil.

      Keywords Cyperus esculentus; Saline-alkali soil; Sow; Harvest; Mechanization

      油莎豆又稱為油莎草或洋荸薺,是莎草科多年生草本植物,具有耐鹽獨(dú)特性狀,1952年中國科學(xué)院植物研究所北京植物園從蘇聯(lián)引入,1960年又從保加利亞引入栽培[1]。近年來國內(nèi)多地已引種試種,新疆、廣西、內(nèi)蒙古、湖南、山東等20多個(gè)省市自治區(qū)有所分布[2],主要種植于鹽堿地塊。

      有研究表明,油莎豆含油脂20%~32%、淀粉25%~30%、糖分12%~20%、纖維素2.5%~3%以及樹脂7%[3-6],因此它又叫做“地下核桃”及“油料作物之王,是替代大豆的重要油料作物”[7]。油莎豆塊莖中亞油酸、油酸、棕櫚油酸和亞麻油酸含量較高,可以用于制作生物柴油[8-14] ,因此具有良好的種植效益和應(yīng)用前景。油莎豆具有抗旱耐澇、耐貧瘠、病蟲害發(fā)生率低以及適應(yīng)性強(qiáng)、耐鹽堿等特性,可緩解鹽堿對(duì)其生長發(fā)育的限制[15],同時(shí)其根系發(fā)達(dá)、須根多,又有改良鹽堿地的作用,因此規(guī)?;茝V種植油莎豆是鹽堿地改良利用和提高種植效益的優(yōu)良選擇[16]。

      農(nóng)業(yè)的根本出路在于機(jī)械化。為實(shí)現(xiàn)鹽堿地油莎豆的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)和規(guī)?;N植,加快推進(jìn)油莎豆播種、收獲機(jī)械化生產(chǎn)進(jìn)程成為重中之重。本文擬通過總結(jié)普通大田及鹽堿地油莎豆播種、收獲方式方法,通過系統(tǒng)闡述目前油莎豆播種、收獲機(jī)械研究開發(fā)情況,對(duì)我國及山東省鹽堿地油莎豆高效種植與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)前景進(jìn)行展望,對(duì)其機(jī)械化規(guī)模生產(chǎn)和相關(guān)研究提供參考。

      1 油莎豆播種方式及播種機(jī)研發(fā)進(jìn)展

      1.1 油莎豆播種

      為提高油莎豆種子出苗率,在土壤改良、精細(xì)整地基礎(chǔ)上,選用頭年收獲的飽滿、無蟲眼損壞的種子進(jìn)行浸種催芽,在地溫保持至13℃以上時(shí)播種。鹽堿地油莎豆可采用點(diǎn)播方式淺播,每穴播種2~3粒,播后覆蓋2 cm沙土,株行距為30 cm×20 cm。由于鹽堿地性涼,在種植后覆蓋地膜,提高土溫的同時(shí)保持水分,避免水分過度蒸發(fā)造成土壤返鹽而影響油莎豆的出苗生長。播種后根據(jù)油莎豆生長所需的元素進(jìn)行追肥,降低土壤鹽堿度的同時(shí)促進(jìn)油莎豆的分蘗與果實(shí)膨大。為了避免病蟲害發(fā)生,可適量噴撒藥物例如稀釋后的敵百蟲進(jìn)行病蟲害防治。

      1.2 油莎豆播種機(jī)研發(fā)進(jìn)展

      油莎豆播種費(fèi)時(shí)費(fèi)力效率較低,實(shí)現(xiàn)播種機(jī)械化將會(huì)大幅提高作物種植效益,節(jié)省人力物力,實(shí)質(zhì)性推動(dòng)油莎豆規(guī)?;N植推廣。目前常見的油莎豆播種機(jī)采用以下三種方式。一是單行精播方式:手推式滾輪精播機(jī)是當(dāng)前最普遍的油莎豆人工播種機(jī)械,主要靠人力推動(dòng)進(jìn)行播種作業(yè),能根據(jù)種子類型和大小,靈活選擇相應(yīng)的播種器進(jìn)行播種,操作簡單、性能穩(wěn)定、造價(jià)低廉,適合于地形復(fù)雜及小面積地塊使用。二是油莎豆膜下播種方式:主要采用兩行四行膜下播種機(jī),該機(jī)械能夠一次性完成筑壟、施肥、播種、撒藥、覆膜等一系列工序,其特點(diǎn)是能在膜上筑土、省去人工破孔插苗步驟以避免膜上打孔穴播造成的板結(jié),但不宜在降雨量多的地區(qū)使用。三是油莎豆膜上播種方式:采用膜上打孔播種機(jī),該機(jī)械的鴨嘴式排種器可實(shí)現(xiàn)膜上打孔、先鋪膜后播種,避免了人工放苗,但存在穩(wěn)定性差且對(duì)整地要求較高等缺點(diǎn)[17]。

      鹽堿土壤種植過程中應(yīng)實(shí)施鋪膜種植進(jìn)行保溫保墑,同時(shí)防止水分蒸發(fā)造成土壤返鹽。目前針對(duì)鹽堿地油莎豆播種機(jī)械的研發(fā)相對(duì)較少,其中河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院研制的氣吸式油莎豆精量鋪膜播種機(jī)較為理想[18]。該播種機(jī)采用氣吸式排種器,能夠適應(yīng)不同種類和直徑大小的種子,同時(shí)對(duì)種子有較好的保護(hù)作用,基本實(shí)現(xiàn)了開溝、單粒精播、覆土、鋪膜等工序一次性完成,具有易調(diào)整、操作簡單等特點(diǎn)。田間試驗(yàn)證明,該機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,能夠較好地實(shí)現(xiàn)精量播種,適合大規(guī)模播種作業(yè),是一種可靠度較高的油莎豆播種機(jī)。但是該機(jī)械的氣吸式排種器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,存在氣吸室真空程度、吸種孔大小等影響性能的因素[19-24]。因此,大力開展多功能播種機(jī)的試驗(yàn)研究、進(jìn)一步提高機(jī)械科技含量和工作效率是當(dāng)前油莎豆播種機(jī)械研究的重點(diǎn)。

      2 油莎豆收獲方法與收獲機(jī)械研究進(jìn)展

      2.1 油莎豆收獲方法

      油莎豆根系發(fā)達(dá),塊莖埋于地下,塊莖與植株間相連的根莖較細(xì)、韌性低、易斷裂,收獲過程中極易發(fā)生落果現(xiàn)象[25],鹽堿地因其土壤粘性大、板結(jié)嚴(yán)重收獲難度更大。油莎豆全育期為120天左右,北方春播時(shí)間一般為4月中下旬,9月下旬或10月初即可收獲[26],南方可提前一個(gè)月種植,可稍延緩收獲。收獲時(shí)通過地上植株葉片及地下塊莖來判斷是否成熟,即葉片大部分變黃,塊莖變得堅(jiān)硬且大部分呈橘黃色或棕褐色則表示成熟,此時(shí)便可進(jìn)行采摘收獲。

      油莎豆對(duì)收獲期的要求較為嚴(yán)格,過早或過晚都會(huì)對(duì)塊莖品質(zhì)產(chǎn)生不利影響[27]。遼寧省林業(yè)土壤研究所相關(guān)研究表明,在一定收獲時(shí)期范圍內(nèi),隨時(shí)間推移,油莎豆塊莖粗脂肪含量呈先增加后減少趨勢,收獲過早,塊莖發(fā)育不完全,呈現(xiàn)不飽滿的狀態(tài),且油脂、淀粉、糖類等成分含量降低,并導(dǎo)致塊莖的發(fā)芽率降低、不能用作種子;過晚則同樣使其營養(yǎng)物質(zhì)有所減少,兩者都不利于實(shí)現(xiàn)油莎豆的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。因此把握好最適收獲時(shí)間是實(shí)現(xiàn)油莎豆優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)種植的關(guān)鍵。

      目前油莎豆的收獲方式主要以人工為主,收獲時(shí)用手或短耙將植株拔起,在土壤條件較好的地帶,大部分塊莖會(huì)連同植株一齊拔出,后用短棒輕輕敲打,使較大的土塊從植株塊莖上脫落,而后放入準(zhǔn)備好的鐵篩中,篩除和塊莖沾黏的泥土。而在土壤粘性大的地塊直接拔起植株易造成植株與塊莖分離,塊莖滯留在土中,此時(shí)應(yīng)使用鏟子在適當(dāng)?shù)耐寥郎疃戎袑⑼僚c塊莖一同挖出,經(jīng)過一到兩天的晾曬,使其塊莖上粘附的土塊變松散,而后用上述同樣的方法去除泥土。本研究團(tuán)隊(duì)嘗試在油莎豆地下塊莖生長的位置(地面以下5~10 cm)下面鋪一層尼龍網(wǎng)的種植方式,待收獲時(shí)直接將網(wǎng)拉出,以提高收獲效率,目前尚在進(jìn)行規(guī)?;⑾到y(tǒng)性種植試驗(yàn)測試過程中。

      收獲后的油莎豆含水量一般在60%左右,此時(shí)不宜立即貯藏,因?yàn)闇囟雀邥r(shí)會(huì)引起種子腐爛,過低則易使內(nèi)含的自由水結(jié)晶而損傷種子,因此,剛收獲的油莎豆種子需經(jīng)過1~2天晾曬,待種子含水量降至15%以下時(shí)即可入庫貯藏[28]。貯藏過程中應(yīng)保證其內(nèi)空間的空氣流通,防止種子回潮發(fā)霉,且溫度不宜過高,置于0~5℃下即可,同時(shí)注意鼠害的防控。

      2.2 油莎豆收獲機(jī)械研究進(jìn)展

      油莎豆人工收獲費(fèi)時(shí)費(fèi)力,研制推廣收獲機(jī)械是實(shí)現(xiàn)油莎豆規(guī)?;茝V種植的關(guān)鍵。國內(nèi)部分省份20世紀(jì)80年代就已開展油莎豆收獲機(jī)械的研制工作,通過不斷試驗(yàn)改進(jìn),收獲機(jī)械的指標(biāo)和性能也在不斷完善,為實(shí)現(xiàn)機(jī)收奠定了基礎(chǔ)。

      早期的油莎豆收獲機(jī)有西北植物研究所研制的油莎豆簡易篩選機(jī),是一種人力腳踏式半自動(dòng)化機(jī)械[29]。根據(jù)對(duì)人力腳踏速率的估測,該篩選機(jī)可達(dá)到1∶10的傳動(dòng)比,一定程度上減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。它具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、造價(jià)低的特點(diǎn),并且能夠?qū)崿F(xiàn)一機(jī)多用。相關(guān)測試結(jié)果表明該機(jī)收獲效果較好,幾乎無種子破碎現(xiàn)象,在一般土壤條件下都能使用,但在含水量較高的粘土中需要加大人工操作力度,工作效率較低,盡管在慣性輪上考慮了配重平衡的問題,但仍未改善作業(yè)時(shí)晃動(dòng)幅度大的缺點(diǎn)。該研究所隨后又研制出懸掛式機(jī)型,采用鏟篩聯(lián)合機(jī)構(gòu)及半圓弧強(qiáng)制分離原理,整體性能得到了提高,能夠一次性完成收割、分離、入斗等一系列收獲環(huán)節(jié),具有結(jié)構(gòu)簡單、易維修、操作方便等特點(diǎn)。但該機(jī)型對(duì)土壤性質(zhì)如含水量方面也有嚴(yán)格要求,加之其試驗(yàn)面積較小,許多缺點(diǎn)尚未顯現(xiàn)出來,仍需進(jìn)一步完善[30]。

      河北唐山市郊區(qū)農(nóng)機(jī)廠研制的油莎豆收獲機(jī)采用“竄垡”挖土鏟,具有良好的碎土性能,通過滾筒篩與半圓篩的雙重篩選,使入斗的油莎豆比較潔凈。遼寧省彰武縣農(nóng)機(jī)研究所、營口市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料公司等單位于20世紀(jì)70年代也開展了油莎豆收獲機(jī)的研制工作,在2~3年內(nèi)研制出9種樣機(jī),其中半圓弧篩式收獲機(jī)和人力移動(dòng)半機(jī)械化收獲機(jī)是兩種典型代表機(jī)型。兩種收獲機(jī)在工作前期都需要人力的參與,進(jìn)行人工割莖稈,前者通過軸流滾筒分離根莖與大石塊,再經(jīng)過平篩去除少量殘土,實(shí)現(xiàn)油莎豆的土果分離,但只適用于平坦、無大石塊的地塊且要求機(jī)械有較大功率。

      與上述收獲機(jī)相似的機(jī)型還有很多,如工農(nóng)518—28Ⅰ型、Ⅳ型油莎豆收獲機(jī)和遼寧518—12型半化式油莎豆收獲機(jī)、平篩式油莎豆收獲機(jī)等等。這些收獲機(jī)為油莎豆機(jī)械化生產(chǎn)帶來了便利,但是仍存在功能較為單一、適用范圍窄等技術(shù)缺陷,具有一定的局限性。

      近年來,針對(duì)我國油莎豆產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求,通過油莎豆產(chǎn)業(yè)上中下游研究專家協(xié)同攻關(guān),引入模塊化、數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化等現(xiàn)代化技術(shù),油莎豆收獲機(jī)研制取得較快發(fā)展。2010年,邵陽市農(nóng)機(jī)研究所成功研制出一種振動(dòng)篩式多功能收獲機(jī),運(yùn)用模塊化理念解決了油莎豆在粘土中土果難以分離的難題。該機(jī)在傳統(tǒng)收獲機(jī)的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)風(fēng)輪機(jī),能在低耗能情況下將粉碎的根莖吹出,避免出現(xiàn)以往草莖堵塞篩孔現(xiàn)象;在功能化模塊的基礎(chǔ)上同時(shí)實(shí)現(xiàn)了不同適應(yīng)性機(jī)型和功能的快速轉(zhuǎn)換,使之具有良好的適應(yīng)性。該設(shè)備具有重量輕、體積小、成本低、篩選效率高、種子破碎率低、性能穩(wěn)定、維修方便等一系列優(yōu)點(diǎn),為油莎豆的機(jī)械化生產(chǎn)提供了良好選擇[31,32]。

      油莎豆和花生收獲方式相似,可以借鑒花生收獲機(jī)械的優(yōu)點(diǎn)加以利用。目前,鏟篩組合分段式花生收獲機(jī)是一種新的收獲機(jī)研制模式,該模式將收獲過程中挖掘與分離兩個(gè)步驟整合為一體,實(shí)現(xiàn)一次性挖掘、去土、送秧作業(yè),落果率、破損率、機(jī)器耗油量都普遍較低[33] 。針對(duì)花生壟作覆膜種植模式,青島農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合相關(guān)農(nóng)機(jī)研發(fā)企業(yè)研制出一種4H—2型花生收獲機(jī),利用反向等角度擺動(dòng)原理一次性完成種子的挖掘與分離,機(jī)器結(jié)構(gòu)緊湊,而且能夠切割地膜,降低了殘膜對(duì)土壤的危害[34]。以上兩種花生收獲機(jī)械均對(duì)油莎豆收獲機(jī)的研制開發(fā)具有一定借鑒意義。

      當(dāng)前,油莎豆播種、收獲機(jī)械的研發(fā)應(yīng)根據(jù)山東省鹽堿地油莎豆推廣種植面臨的實(shí)際需求和問題,在現(xiàn)有研發(fā)基礎(chǔ)上加大新技術(shù)、新工藝創(chuàng)新力度,開展關(guān)鍵設(shè)備研制和相關(guān)分析測試,加大設(shè)備與人工智能技術(shù)對(duì)接,以期研制出一種適用于不同鹽堿地類型的油莎豆高效種植收獲機(jī)械。

      3 展望

      近年來,油莎豆因其自身的特征和優(yōu)勢,已成為我國經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的一顆明星,在鹽堿地改良和開發(fā)利用方面應(yīng)用前景廣闊。一是國家、山東省鹽堿地開發(fā)利用以及油莎豆產(chǎn)業(yè)發(fā)展相關(guān)政策的陸續(xù)出臺(tái),為油莎豆鹽堿地推廣種植提供了廣闊空間。二是由于農(nóng)村勞動(dòng)力減少、勞動(dòng)力價(jià)格提升,鹽堿地棉花等作物種植產(chǎn)業(yè)近趨萎縮,大量的鹽堿地得不到利用,亟待新的種植效益較高的作物新品種加以替代,油莎豆以其耐鹽堿、耐貧瘠、含油量高等特點(diǎn)成為鹽堿地可持續(xù)開發(fā)利用的最佳選擇之一。三是山東省濱海鹽堿地面積分布較大,沿海城市具有良好的產(chǎn)業(yè)發(fā)展區(qū)位優(yōu)勢,能夠?yàn)橛蜕谷a(chǎn)業(yè)鏈開發(fā)提供較為扎實(shí)的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。

      目前,山東省鹽堿地油莎豆規(guī)模化推廣種植仍然面臨著諸多困難和瓶頸。一是油莎豆全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展模式還不完善,種植效益較常規(guī)作物不明顯,加上農(nóng)民對(duì)油莎豆了解較少,導(dǎo)致農(nóng)民種植積極性偏低。二是針對(duì)鹽堿地不同土壤類型的油莎豆機(jī)械研發(fā)創(chuàng)新力度不夠,現(xiàn)有機(jī)械普遍存在穩(wěn)定性差、功能單一等缺點(diǎn),多功能種植機(jī)械仍處于發(fā)展初期階段。三是缺乏適宜于鹽堿地種植的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、耐鹽油莎豆品種及配套高效栽培技術(shù),對(duì)相關(guān)種植技術(shù)普及力度不夠。

      針對(duì)油莎豆產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的問題和瓶頸,建議做好以下四個(gè)方面工作。第一,加大油莎豆種植的宣傳力度,開展多層次、多樣化的宣傳活動(dòng),同時(shí)加強(qiáng)農(nóng)技人員相關(guān)培訓(xùn)和政策扶持力度,加大油莎豆種植技術(shù)的普及和推廣,使農(nóng)民更加全面深入地了解油莎豆,不斷提高農(nóng)民種植油莎豆的積極性。第二,加強(qiáng)油莎豆高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)耐鹽品種的培育,育出適合山東不同類型鹽堿地種植的優(yōu)良品種;研發(fā)出相關(guān)配套高效栽培技術(shù),建立起完善的鹽堿地油莎豆栽培技術(shù)體系。第三,大力開展油莎豆播種收獲機(jī)械及相關(guān)配套技術(shù)的開發(fā)和研制,探索形成多元農(nóng)機(jī)化研發(fā)資金投入機(jī)制,發(fā)揮國家補(bǔ)貼政策的宏觀調(diào)節(jié)作用,實(shí)現(xiàn)油莎豆全程機(jī)械化生產(chǎn),為油莎豆大規(guī)模種植提供保障,實(shí)現(xiàn)節(jié)本增效和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程。第四,加強(qiáng)油莎豆深加工研究,研發(fā)一系列基于油莎豆優(yōu)異品質(zhì)及特性的深加工技術(shù)和產(chǎn)品,促進(jìn)其應(yīng)用模式和產(chǎn)業(yè)開發(fā)的多樣化,增強(qiáng)油莎豆產(chǎn)品的市場競爭力,力求鹽堿地油莎豆種植產(chǎn)業(yè)效益的最大化。

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