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新疆棉花播種機(jī)械應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

2021-05-09 08:58董萬(wàn)城張立新李文春余思遙王宇琪卜浩然
新疆農(nóng)機(jī)化 2021年2期
關(guān)鍵詞:機(jī)采播種機(jī)覆膜

董萬(wàn)城,張立新,李文春,余思遙,王宇琪,卜浩然

(1.石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院,新疆 石河子832000;2.圖木舒克銀豐現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備有限公司)

0 引言

新疆是我國(guó)最大的棉花產(chǎn)區(qū),棉花作為其重要經(jīng)濟(jì)作物,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有舉足輕重的作用[1-2]。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公布的數(shù)字,自2014 年以來(lái),新疆棉花種植面積穩(wěn)定在2 000 khm2以上,2019 年新疆棉花種植面積為2 540.5khm2[3],占全國(guó)種植面積的76.1%。近年來(lái),隨著新疆棉花種植面積的不斷擴(kuò)大和種植模式的不斷改進(jìn),新疆棉花種植的機(jī)械化程度也在不斷提高。機(jī)械化不但可以達(dá)到棉田精耕細(xì)作的要求,提高其田間管理水平,而且可以大幅度提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,增加規(guī)模效益,以達(dá)到增產(chǎn)、增收的目的[4]。本文分析了當(dāng)前新疆棉花播種機(jī)械的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì),為棉花種植機(jī)械化的發(fā)展提供了理論參考。

1 新疆棉花主要種植模式

新疆地處內(nèi)陸干旱地區(qū),降水量少,蒸發(fā)量大,土壤鹽堿化程度高,水資源嚴(yán)重匱乏[5],針對(duì)這一氣候特點(diǎn),目前新疆大部分地區(qū)采用膜下滴灌技術(shù)進(jìn)行棉花種植,誕生了不同的種植模式,其中較為典型的3 種模式分別為:傳統(tǒng)模式、機(jī)采模式與超寬膜模式[6]。第一種傳統(tǒng)模式,如圖1(a):該模式是曾經(jīng)推廣時(shí)間最長(zhǎng)、應(yīng)用范圍最廣的一種手工采棉種植模式,覆膜寬度約為1.45 m,膜下共種植4 行棉花,兩側(cè)窄行距約為30 cm,中間寬行距約為40 cm(南疆一些地區(qū)也采用55 cm+20 cm 的行距),2 條滴灌帶分別位于兩側(cè)窄行中間,該模式隨著機(jī)采棉的廣泛應(yīng)用,北疆地區(qū)已逐步淘汰,南疆部分人工采棉的地區(qū)還在采用該模式;第二種模式為機(jī)采棉種植模式,如圖1(b),隨著機(jī)采棉的推廣,為了滿足機(jī)械采棉的種植農(nóng)藝要求,棉花種植模式發(fā)生了明顯變化,機(jī)采模式下覆膜寬度約為1.25 m,膜下共種植4 行棉花,兩側(cè)窄行距約為10 cm,中間寬行距約為66 cm,2 條滴灌帶都位于中間寬行內(nèi)。該模式由于膜寬較窄,在防風(fēng)方面比寬膜種植有一定優(yōu)勢(shì),因此,在南疆庫(kù)爾勒、阿克蘇等春季風(fēng)沙大的地區(qū)目前大都采用此模式;第三種模式為超寬膜模式,如圖1(c),超寬膜模式下覆膜寬度約為2.05 m,膜下共種植6 行棉花,窄行距約為10 cm,寬行距約為66 cm,3 條滴灌帶分別位于寬行中間。該模式既能滿足機(jī)采棉要求,又具有更好的增溫、保墑效果,近年來(lái)在更多地區(qū)得到了應(yīng)用,特別是北疆主要產(chǎn)棉區(qū)大都采用此模式,南疆圖木舒克等地區(qū)自2016 年以來(lái)也在逐步推廣該種植模式。綜上所述,采用“66 cm+10 cm”的種植模式以適應(yīng)機(jī)采棉的需要將是今后新疆棉花種植的一大趨勢(shì)。

圖1 新疆棉花種植模式示意

2 新疆棉花種植機(jī)械發(fā)展的幾個(gè)階段

根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站公布的數(shù)據(jù),如圖2,上世紀(jì)80 年代前新疆棉花生產(chǎn)的總體水平很低[7]。1980 年新疆棉花種植面積僅有181.2 khm2,不足全國(guó)棉花種植面積的4%。自80 年代以來(lái),隨著地膜覆蓋、滴灌施肥等技術(shù)的引進(jìn),以及機(jī)采棉的普遍應(yīng)用與推廣,棉花種植面積也在穩(wěn)步增長(zhǎng)。棉花的機(jī)械播種是棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)[8],在棉花產(chǎn)業(yè)中起著重要作用。棉花種植機(jī)械從以前的單一播種,到目前基本實(shí)現(xiàn)了一次完成整地、鋪膜、播種、埋設(shè)滴灌帶、覆土和鎮(zhèn)壓等多項(xiàng)作業(yè)的聯(lián)合播種機(jī)。其主要經(jīng)歷了三個(gè)階段:第一階段,上世紀(jì)80 年代以前,主要是功能單一的棉花播種機(jī)械,作業(yè)效率低,棉花產(chǎn)量低,全疆棉花種植面積僅有不到200 khm2;第二階段,上世紀(jì)80 年代初,隨著地膜種植的引進(jìn)與迅速推廣,播種覆膜一體化的播種機(jī)械被研制出來(lái),在較短時(shí)間內(nèi)全面實(shí)現(xiàn)了地膜植棉機(jī)械化,引領(lǐng)了新疆鋪膜播種機(jī)械化技術(shù)的發(fā)展[8];第三階段,20 世紀(jì)90 年代中后期,隨著滴灌覆膜植棉技術(shù)的應(yīng)用與推廣,以及機(jī)采棉作業(yè)的廣泛使用,在地膜植棉技術(shù)的基礎(chǔ)上,提出了適于采棉機(jī)采收作業(yè)的全新棉花種植模式,研發(fā)了與新農(nóng)藝相配套的系列聯(lián)合作業(yè)機(jī)具,可實(shí)現(xiàn)種床整理、鋪設(shè)滴灌帶、開(kāi)溝覆膜、播種、覆土、鎮(zhèn)壓等作業(yè)一次性完成[9-10]。據(jù)統(tǒng)計(jì),2018 年新疆棉花實(shí)際機(jī)采面積約為1333.3khm2,至2019年達(dá)到1666.6khm2,全區(qū)機(jī)采棉面積實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng),占比40%左右,農(nóng)機(jī)農(nóng)藝正在配套完善中。其中北疆主要產(chǎn)區(qū)棉花機(jī)采率已超過(guò)90%,一些縣市接近100%。南疆機(jī)采棉相對(duì)發(fā)展較慢,機(jī)采率在30%左右,估計(jì)南疆機(jī)采棉近5 年會(huì)很快發(fā)展[11]。因此,目前新疆大部分地區(qū)的棉花播種機(jī)械都向著機(jī)采棉的聯(lián)合作業(yè)機(jī)具配套的方向發(fā)展,此類播種機(jī)械也是目前新疆棉花播種機(jī)械的主流產(chǎn)品。

圖2 新疆棉花歷年種植面積

3 當(dāng)前新疆棉花播種機(jī)的主要類型

目前,新疆棉花種植普遍采用地膜覆蓋技術(shù),并實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。棉花鋪膜播種機(jī)種類較多,經(jīng)過(guò)三個(gè)階段的發(fā)展,功能愈來(lái)愈強(qiáng),技術(shù)上也日臻完善[8],基本可以實(shí)現(xiàn)種床整理、鋪設(shè)滴灌帶、開(kāi)溝覆膜、播種、覆土、鎮(zhèn)壓等作業(yè)一次性完成。隨著機(jī)采棉的推廣,其播種行距也逐步固定為66 cm+10 cm。新疆市場(chǎng)上所使用的棉花播種機(jī)主要以新疆本地農(nóng)機(jī)企業(yè)生產(chǎn)的大型鋪膜播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)為主。小型播種機(jī)發(fā)展緩慢,工作質(zhì)量和可靠性有待于加強(qiáng)[12-14],主要用于小戶散戶棉農(nóng)生產(chǎn),隨著技術(shù)的發(fā)展必將逐步被淘汰。目前,新疆棉花播種市場(chǎng)上的主流機(jī)型是2MBJ 系列播種機(jī),該機(jī)型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、性價(jià)比高等特點(diǎn),可一次完成平地、鎮(zhèn)壓、開(kāi)溝、鋪膜、壓膜、膜邊覆土、膜上打孔穴播、膜空覆土及土帶鎮(zhèn)壓等多種工序,該機(jī)型有不同分類。

(1)根據(jù)配套動(dòng)力、鋪設(shè)地膜寬度的不同,主要有2MBJ-1/4、2MBJ-1/6、2MBJ-2/8、2MBJ-2/12、2MBJ-3/12和2MBJ-3/18 等。主流產(chǎn)品為2MBJ-2/12 和2MBJ-3/12兩種,即2膜12行和3 膜12 行,其配套動(dòng)力一般都在50~90kW,播種行間距為66 cm+10 cm,2MBJ-2/12 適用地膜寬度為205cm,目前該機(jī)型在北疆及南疆部分地區(qū)適用較多;2MBJ-3/12 適用地膜寬度為125 cm,該機(jī)型在南疆庫(kù)爾勒、阿克蘇等地區(qū)使用較多,主要技術(shù)性能參數(shù)如表1(以新疆天誠(chéng)農(nóng)機(jī)具制造有限公司的產(chǎn)品為例,其同類產(chǎn)品與此略有變化):

表1 天誠(chéng)鋪膜播種機(jī)技術(shù)參數(shù)

(2)根據(jù)工作原理不同,棉花排種器一般可分為氣力式和機(jī)械式兩種[15-16]。氣力式:由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸經(jīng)兩級(jí)傳動(dòng)帶動(dòng)風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn),使排種器氣吸室產(chǎn)生負(fù)壓,由吸種盤完成吸種,點(diǎn)種器鴨嘴通過(guò)變速齒輪帶動(dòng)吸種盤旋轉(zhuǎn)完成投種,最后由點(diǎn)種鴨嘴完成在地膜上點(diǎn)種。通過(guò)更換不同的吸種盤可以播種棉花、玉米、打瓜等不同作物的種子。因其配有風(fēng)機(jī),因此噪音大,在地頭轉(zhuǎn)彎處作業(yè)時(shí),由于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降,造成該處漏播嚴(yán)重,因此,目前在單一棉花播種機(jī)械中采用氣力式排種器的不多;機(jī)械式:目前在新疆棉花播種機(jī)械中大都采用機(jī)械式精量穴播器,它有兩種型式:一是用機(jī)械方式直接從種群中精確拾取種子來(lái)確定排種量,如指夾式排種器,它對(duì)種子的形狀、尺寸要求嚴(yán)格,因此要對(duì)種子進(jìn)行精選,有些種子還必須進(jìn)行丸?;幚恚撔问皆诿藁úシN上使用較少;二是通過(guò)控制種子體積來(lái)確定排種量,如各種孔式排種器、勺式排種器、窩眼輪式排種器,利用排種元件上的容腔從種子群中分別精確分離出單粒種子,因此種子的形狀和大小及型孔的形式對(duì)排種都有直接的影響[17]。在新疆棉花播種作業(yè)中,無(wú)論是氣力式還是機(jī)械式,目前都基本實(shí)現(xiàn)了精量播種,即每穴播1 粒種子,不需要間苗、定苗作業(yè),大大減輕了棉農(nóng)的體力勞動(dòng),降低了生產(chǎn)成本[17]。

圖3 其他機(jī)型的棉花播種機(jī)

(3)其他主流機(jī)型之外的衍生機(jī)型。一類是超大寬幅覆膜播種機(jī)。如新疆天誠(chéng)農(nóng)機(jī)具制造有限公司和石河子市鑫昌盛農(nóng)機(jī)有限公司生產(chǎn)的2MBJ-3/18 鋪膜播種機(jī),如圖3(a)、(b)。該機(jī)型一次作業(yè)播種18 行,機(jī)具寬達(dá)7.2~7.3 m,配套動(dòng)力需80~130 kW,該機(jī)型過(guò)寬,不能折疊收放,在通過(guò)農(nóng)村道路時(shí)存在一定問(wèn)題,因此市場(chǎng)上應(yīng)用不多;另一類是增加施肥功能的覆膜播種機(jī),如新疆缽施然智能農(nóng)機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的2MBJF-2/12 機(jī)械式精量鋪膜施肥播種機(jī),如圖3(c)。在實(shí)現(xiàn)以上功能的基礎(chǔ)上,又設(shè)置了肥箱和施肥裝置,實(shí)現(xiàn)施肥播種同步作業(yè),但從目前農(nóng)戶反饋情況,主要存在施肥量不穩(wěn)定、均勻性差等問(wèn)題,應(yīng)用效果不理想,需進(jìn)一步改進(jìn)。

4 新疆棉花播種機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)

從調(diào)研情況來(lái)看,新疆棉花播種機(jī)械近年來(lái)發(fā)展迅速,單功能作業(yè)的小型機(jī)械已經(jīng)相當(dāng)成熟,并隨著市場(chǎng)的發(fā)展需要,正在逐步淘汰,大型多功能播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)已成為新疆大型農(nóng)場(chǎng)和農(nóng)戶的主流產(chǎn)品,在今后的一段時(shí)期內(nèi)大型聯(lián)合作業(yè)機(jī)械仍將占主導(dǎo)地位。隨著北斗導(dǎo)航、智能控制、液壓技術(shù)等在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用,棉花播種機(jī)械也必將迎來(lái)新的機(jī)遇和發(fā)展。

4.1 信息化智能化在棉花播種機(jī)械中的應(yīng)用

目前,在新疆棉花種植中,播種、覆膜、鋪管基本實(shí)現(xiàn)了全程機(jī)械化,在此基礎(chǔ)上,利用GPS、北斗導(dǎo)航、信息管理、智能控制等技術(shù)進(jìn)一步提高播種機(jī)械的信息化、智能化水平必將是今后的一大發(fā)展趨勢(shì)。2012 年新疆兵團(tuán)農(nóng)機(jī)推廣部門就開(kāi)展了衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛技術(shù)的試驗(yàn)示范工作,2014~2016 年,八師133 團(tuán)、134 團(tuán)、148 團(tuán)、149 團(tuán)、150 團(tuán)及石河子總場(chǎng)等累計(jì)已播種冬小麥6.66 khm2、春小麥23.3 khm2,播種棉花105.3 khm2[18]。2013 年,由中國(guó)工程院院士羅錫文帶領(lǐng)的華南農(nóng)業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的國(guó)內(nèi)首套“基于GPS 的輪式農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航及自動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)”棉花鋪膜播種機(jī)在新疆兵團(tuán)第八師121團(tuán)33連棉田進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)播種演示[19]。這些技術(shù)的應(yīng)用都為棉花播種機(jī)械向信息化、智能化發(fā)展指明了方向。

4.2 同步變量施肥等作業(yè)的高度集成

新疆棉花的種植的一般作業(yè)程序是:施肥—耕整—播種,也有的地區(qū)在前一年進(jìn)行了耕地整地,第二年開(kāi)春進(jìn)行施肥和播種。無(wú)論哪種方式,施底肥和耕地整地是棉花播種前必不可少的兩個(gè)環(huán)節(jié)。目前棉花播種前施底肥主要有兩種方式:一種是采用撒肥盤式撒肥機(jī)械,將底肥(主要是二銨、尿素、鉀肥等)撒在耕地表面;另外一種是采用開(kāi)溝施肥機(jī)械,將肥料條播到土壤下,目前采用此種施肥方式較多。研發(fā)播種施肥一體的聯(lián)合作業(yè)機(jī),將施肥環(huán)節(jié)和播種同步進(jìn)行,減少作業(yè)環(huán)節(jié),提高作業(yè)效率是今后棉花播種機(jī)械的一個(gè)發(fā)展方向。近年,一些企業(yè)研發(fā)了施肥和播種一體的機(jī)械產(chǎn)品,比如新疆缽施然智能農(nóng)機(jī)股份有限公司的2MBJF-2/12 機(jī)械式精量鋪膜施肥播種機(jī),實(shí)現(xiàn)了播種、施肥、覆膜、壓管同步進(jìn)行,但其僅是將施肥裝置簡(jiǎn)單集成到了覆膜播種機(jī)上,沒(méi)有單獨(dú)動(dòng)力進(jìn)行排肥驅(qū)動(dòng),排肥穩(wěn)定性差、精確度底,并且不能夠?qū)崿F(xiàn)變量控制。因此,研究變量可控的精準(zhǔn)施肥播種機(jī)械,實(shí)現(xiàn)高度集成和智能控制將是新疆棉花播種機(jī)械的又一發(fā)展方向。

4.3 更大寬幅、高效率的大型聯(lián)合作業(yè)機(jī)

提高棉花播種作業(yè)效率的一個(gè)有效途徑就是增大一次作業(yè)時(shí)的幅寬,由于受配套動(dòng)力以及道路通行能力的限制,目前市場(chǎng)上的主流機(jī)型為2MBJ-2/12 和2MBJ-3/12 兩種,其一次作業(yè)可以播種12 行,機(jī)型寬度為4.5m~4.7m。國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的2MBJ-3/18 型覆膜播種機(jī),最大幅寬為7.3 m 左右,而國(guó)外一些大型免耕條播作業(yè)機(jī),采用液壓技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的折疊與收放,可實(shí)現(xiàn)一次作業(yè)播種80 行,作業(yè)寬幅最高可達(dá)20 余米,作業(yè)效率大大提高。在借鑒國(guó)外同類產(chǎn)品的基礎(chǔ)上,運(yùn)用液壓技術(shù)實(shí)現(xiàn)棉花播種機(jī)械的可折疊,使機(jī)具道路行走狀態(tài)時(shí)兩側(cè)機(jī)架與中間機(jī)架呈一定角度布置[20],有效縮短機(jī)具的寬度,提高機(jī)具的道路通過(guò)性也是將來(lái)棉花播種設(shè)備的一個(gè)發(fā)展方向。

總之,棉花播種機(jī)械經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,已基本實(shí)現(xiàn)了精量播種、覆膜、壓管等一體化作業(yè),今后必將向信息智能化、高效大型化的方向發(fā)展。

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