我国是世界上最大的棉花生产国和消费国,种植面积和生产总量均位居世界第一。其中,我国华北产棉区包括河北、安徽、河南、山东等4个省是我国棉花主产区。但长期以来,华北产棉区棉花田间管理除了耕地、整地和喷药治虫可以用机械或半机械操作外,其它均需手工操作,生产手段落后,特别是棉花采收时间长,用工多,生产成本高,应有的生产潜力未得到充分发挥。

    近日,由农业部南京农业机械化研究所(以下简称“南机所”)承担的公益性行业(农业)科研专项“华北棉区棉花全程机械化关键技术及农艺技术研究与示范”项目成功完成验收,开发、优化、筛选出一批适用的棉花机械化生产装备,解决了一批生产上的实际技术问题,攻克了一系列关键技术难题,取得了多项实用的技术成果。

    集中解决2大难题

    “现阶段制约棉花种植农机农艺融合的主要问题有两个,一是适合我国国情的农业机械、农艺研发滞后,机械化进程缓慢,二是长期以来我国农技与农机存在严重的脱节问题。”南机所首席专家石磊研究员对记者说道。

    目前华北棉区棉花种植模式和管理技术措施远远不能满足以机械采收为主的全程机械化生产的要求。针对当前的植棉现状和科研难题,南机所建立专门的项目团队,对棉花生产全程机械化农机农艺关键生产环节进行融合研究,研究制定出适宜机械化生产的棉花标准化栽培技术模式和作业技术规范。

    “之前我们也引进过国外先进的棉花采收机械,但并不能适应华北棉区低密度、高植株、高产量、长收获期的实际情况。因此,我们需要从栽培模式、化学控制、品种选育、田间管理、棉花收获机具研发、配套机具筛选等方面系统地开展技术研究、改进工作,建立全程机械化生产模式。本次‘华北棉区棉花全程机械化关键技术及农艺技术研究与示范’项目就是以棉花机械化采收为目标,筛选适宜机械化的品种,研究化学调控技术,实现适用于机械化管理、机械化收获的新型种植模式构建,完成机械化采收的棉花品种筛选及配套的肥、水、化学调节剂等株型和熟性调控技术集成,并进行适于机械化管理、机械化收获的棉花移栽、打顶、收获、加工等关键环节机械化技术与装备的研发,筛选配套机具,建立机械化栽培技术模式。”石磊研究员介绍道。

    据了解,本项目的实施将为我国华北棉区提供先进适用的机械化装备技术,建立全程机械化的生产模式,提高棉花机械化水平,节本增效,促进我国华北产棉区棉花生产发展。

    攻克14项关键技术

    “在项目的实施过程中,研究攻克解决了14项与本项目核心内容密切相关的关键技术。它们分别是基于棉花群体特征指标的品种筛选与轻简化栽培技术、标准化熟性和株型的构建与调控技术、脱叶催熟技术、株型塑造技术、化学打顶技术、棉花机械化打顶自动检测技术、棉花机械化打顶垂直升降仿形控制技术、智能化管理技术、指杆式采棉技术、指刷式采棉技术、气吸式棉桃分离籽棉输送技术、切线导流气棉分离技术、棉纤抑损高效清棉技术和场地籽棉预处理技术。”石磊研究员向记者逐一进行说明。

    其中,基于棉花群体特征指标的品种筛选与轻简化栽培技术是实现棉花种植全程机械化的基础。通过研究不同棉花品种的光能利用特征、生育期进程变化特点等指标,明确影响棉花产量的因素,从而选择机械化采收质量较高的棉花品种。“通过多项对比试验,最终我们筛选出适于黄河流域棉区机采棉种植的新品种和新品系中60、中915、鲁棉研36、鲁棉研28、中3799、石抗126、国欣棉3号、欣抗4号等作为试验对象。”石磊说道。

    据项目研究人员介绍,根据华北棉区一熟棉花种植模式通常采用等行距80—100cm的种植方式,项目组在试验中改等行距单行种植为宽窄行、减小行距,设置不同种植模式,研究其果枝始节高度、茎粗、群体透光率和产量、品质等指标的变化特点,明确适宜于华北棉区机械化采收的种植模式。结合目前机采棉种植广泛采用的种植方式,研究人员确定了四种适于华北棉区机采棉的种植模式,充分发挥群体优势,从而实现集中成熟、一次性机械化收获。

    “棉花机械化打顶自动检测技术和棉花机械化打顶垂直升降仿形控制技术是实现棉花机械化打顶的关键技术,也在此次项目集中攻克的核心技术之列。棉花机械化打顶自动检测技术,是采用机械式仿形板与光电传感器相结合的方式,实现棉花顶端位置的检测,进而进行棉花打顶。该检测技术结构简单、成本低,能够替代传统的手动仿形及其他高成本仿形检测方法,具有较大的推广应用前景。”石磊向记者解释道,“而棉花机械化打顶垂直升降仿形控制技术,是采用垂直升降式旋切原理切除棉花顶尖,通过仿形控制系统控制液压系统,驱动垂直升降机构进行升降,从而实现切割器仿形,同时进行旋切动作,进而完成打顶。棉花机械化打顶仿形控制是棉花机械打顶实施打顶的重点环节、棉花打顶成功与否的关键,对于推进棉花机械化打顶替代人工打顶具有重要意义。”

    对于采棉机械化方面,项目组也做了持续的攻关,重点革新了指杆式采棉技术和指刷式采棉技术。据相关科研人员介绍,指杆式采摘技术,是在梳齿式采棉技术基础上提升改造,采用双层指杆排采摘装置,对棉花进行分层梳刷采收。该技术有效解决了由于棉株高、产量高、密度高而导致梳齿式采棉机梳齿上籽棉堆积过多而带来的堵塞及杂质增加等问题,配套使用了“V”型螺旋式防拔胶轮,减少了对棉杆的拔起现象,可以实现不对行收获,适应不同的棉花种植模式,适宜我国广大棉区中小种植规模及轻简型棉花栽培收获的需求。

    而指刷式采棉技术,是在指杆被动式采摘技术基础上向指杆主动式采摘技术,并向柔性化采摘技术发展,有效地减少枝杆、铃壳等杂质混入到籽棉中,减轻后续的籽棉预处理机的清杂压力,提升了采摘效率,能够适应不同棉区的机采棉种植模式,适应了华北棉区部分垄作种植模式机采收获的要求。

    5年攻关获重大突破

    “该项目针对我国华北产棉区棉花生产用工多、劳动强度高、比较效益低、生产上急需机械化和轻简化植棉技术支撑的现状,采用农机农艺相融合的方式,推进华北产棉区全程机械化。项目实施过程中共筛选适合机械化品种8个,明确生产栽培模式2套,研究开发和筛选改进了11种生产和试验装备,解决了14项关键技术,取得了7项重要成果和4项标志性成果。项目研究的农机农艺相结合的棉花机械化生产技术模式不但可以在华北地区推广应用,也可扩展至长江流域棉区、黄河流域棉区,具有广阔的推广应用前景。”作为项目负责人,石磊细数着项目取得的种种成果,欣慰地对记者说道。

    “能取得现阶段的成绩,离不开我们整个团队持续不断的努力。项目由南机所、中国农业科学院棉花研究所、中国农业大学、新疆农垦科学院、山东省农业机械技术推广站、江苏常发集团6家单位共同参与。从2012年开始,项目组经过5年的努力实施,完成了新型机具装备研发、现有机具筛选与熟化、机采棉花品种筛选、机采棉种植栽培技术模式构建、相关农机农艺技术规范制定、集成与示范基地建设等计划任务,取得了适宜华北棉区全程机械化的农艺技术模式、棉花田间种管技术与关键装备、棉花统收式采棉技术与关键装备、华北棉区区域技术模式4项标志性成果,超额完成了计划任务书规定的计划目标。”石磊说道。

    作为项目团队中负责棉花机械化生产关键设备试制与产品化开发的江苏常发集团技术人员介绍,在整个项目实施过程中,共研发了4MZ-2.6复指杆式轻型采棉机、4MZ-3指刷式轻型采棉机、2ZBLZ-4履带自走式棉花育苗移栽机、3MD-6垂直升降式棉花打顶机和MQZ-4场地籽棉预处理机5种装备,改进筛选了1LZ-3.6联合整地机、2BMZ-3/6A折叠式覆膜精量播种机、2BMJ-3A基于机采棉的智能精量播种机、4MJ-2棉花秸秆收获机、3WX-450悬挂式喷杆喷雾机和4SM-1.5型滚筒式残膜回收机共6种生产和试验装备。

    “项目组共建成棉花收获去杂试验台、收获机械底盘液压系统综合试验台2项试验装备,建立示范基地12个,示范点15个,机械化生产示范面积5.9万亩,推广面积125万亩;通过棉花机械化生产模式试验示范,共增加经济效益1.3亿元。”山东省农业机械技术推广站工作人员介绍。

    “随着现代化农业的发展,全程机械化的精准农业已成为合理利用农业资源、提高农业作物产量、降低生产成本、改善生态环境的一种重要的现代农业生产形式。棉花全程机械化是集约经营高投入、高产出,实现棉花生产现代化的必经之路,我们会一步一个脚印持续攻关,为棉花全程机械化的实现夯实基础。”石磊坚定地说道。(原标题:5年持续攻关、解决2大难题、攻克14项关键技术、取得4项标志性成果、研发11种生产和试验装备华北棉区棉花生产全程机械化实现突破)

    (来源:中国农机化导报)