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玉米种植业创新路线图

已有 4332 次阅读 2010-8-22 02:52 |个人分类:生活点滴|系统分类:论文交流| 跨学科, 种业, 玉米定向

 
玉米种植业创新路线图
 
农艺的发展与创新需要机械化手段的支持,机械化不能固守已有的技术模式,而应该主动去适应农艺的发展,需要突破现有的设计思路,重新整合有关设计要素,甚至要把农学、农艺最新成果包括在内做通盘考虑。机械化强大手段一旦介入,又会推动农艺的发展,促进整个农业的进步。
一.农学家梦寐以求的理想与实践
由于玉米叶片的生长排列方向不确定,造成互相交叉干涉和遮挡阳光现象,使其种植密度受到限制,成为制约玉米产量提高的客观因素。特别是平展型玉米,叶片无序的展开方向,互相争夺生存空间,成为无法通过提高亩株数来提高单产的主要障碍。
玉米种子形状和胚芽面记录了玉米的许多生长信息,包括叶片的展开方向,如何对单株个体信息进行调控,从而获得玉米生长良好的群体结构是值得研究的方向。现已证明玉米长势整齐度、合理密植、通透性及边际优势等对玉米产量的提高有直接影响。如何在播种过程中克服玉米植株生长过程中叶片伸展方向的随意性控制其朝向,是通过合理密植提高玉米单位种植面积光合作用能力从而提高产量的重大课题。只要在播种时确定种子某一特定姿态,可以使玉米叶片展开方向均垂直于垄向,避免因叶片方向无序互相干扰,创造冠层有序排列透光通风的微观环境,就可以通过增加亩株数提高产量,是农学家梦寐以求的理想。
据《四川省凉州史志》记载,最早在上世纪1958年大跃进时代就提出“玉米定向种植”概念。玉米定向栽培在近些年受到重视,各地不惜投入大量人工搞定向移栽。关于定向栽培的报道,特别是近几年很多,说明玉米定向种植是值得重视的发展方向。据广西农业厅2005年信息:玉米定向移栽比普通法移栽增产12%。云南快讯2007年报道:玉米推广定向移栽增产14%。据新农业网信息:辽宁省海城推广玉米双株定向栽培法增产17%~44.3%,2005年15亩,平均850千克/亩;2006年4亩,平均1000.4千克/亩。云南省宣威市2008年推广玉米定向移栽5万亩。山东省盐城2008年定向移栽样板田面积6000亩,推广面积22万亩。四川省喜德县采用玉米定向移栽,公顷产量曾达到15235.5千克。山东省2004年采用“宽幅带播,调角定向”种植法,人工定向摆种,叶片全部横向伸展,创造了公顷产量17201.1千克高产记录。他们同时提出需要机械化解决人工摆种难题[1]
二.可操作性的难点
人工操作必须先捏取种子并识别其形状和胚的方向,确定摆放方向和位置。玉米种子的识别和定位看似简单,实际是很复杂的智力活动过程,机械识别是相当困难的。
传统的播种机都是由开沟器创造一个种床,再由排种器将种子投放到种床土表面,这一投放瞬间种子要跳动,就是人工用手摆放,在松开瞬间及培土瞬间,种子都要发生异动。因此传统播种从根本原理上就无法实行定向播种。在91109130.0号专利文献中公开的玉米定向播种方法,是将玉米种子按一定方向粘贴在薄膜带或纸带上,播种时铺于种床。但是也存在如何选择和确定种子方向,以及如何在粘贴种子和种子带在铺于种床的瞬间防止发生角度变化。纸带也存在会使载种物体积增加许多倍,会相当庞大,以致给实施带来困难。再者粘贴操作还要依靠人工识别籽粒方向和手工操作,搞少量试验研究还可以,很难用于实际生产。相当多的劳动力长时间以不舒服的姿势操作,既很劳累也不可能保证质量要求。
据南方大面积移栽的经济分析资料显示:除育苗、纸袋成本外,每亩需人工9个,如按每个人工2.5元计算是增效的[2]。可是,北方人工20~50元,甚至更高,无论如何人工成本太高,造成得不偿失。况且农忙时节劳动力很难找到。有人提出通过计算机解决识别和定向问题。虽然当今计算机几乎没有解决不了的难题,关键还是成本问题。且不说机械手的硬件设计,据了解这种类型计算机价格不低于几万元一台,效率是每分钟处理2400粒,也存在摊销成本过高的问题。同时,并非只是个单纯的定向播种问题,还要考虑玉米种业、农艺、耕作与收获等环节的配套和技术经济评价。
当今技术创造了无数人间奇迹。但是,现实中的仍有许多理想和重大难题还都没有解决,譬如地震预报或驱散大雾,直到现在集全球科技能力还基本没有办法。所以,关键是技术方案,没有技术方案,一切无从谈起。
三.破解关键,突破全局
机械作为为农艺服务的专业,有义务与时俱进,紧跟农艺的新思想新技术,提供服务措施和技术手段。经过艰苦的创新过程,终于幸运地找到了技术方案。玉米种子的形状及胚芽面方向生物信息为我们提供了采用机械手段实现定向种植的钥匙。并且,顺势解决了精密播种、长势整齐、穗位控制、宽窄行种植及免耕播种等问题,都变得轻松、容易了。
设计的技术任务目标:
单粒种植——种子精选,纯度99%以上,发芽率96%以上;精密播种,空穴率2%以下,单粒率98%以上;株距、行距误差小于2厘米。
不需开沟,不翻动土层,实现真正意义的免耕播种和保护性耕作;
定向播种——叶面展开方向一致与垄向垂直80%以上,长势均匀一致,有利于通风和采光。亩株数可提高到4000~5000株和相应提高产量;
宽窄行种植,植株交错,穗向外——通风透光,发挥边际效应,利于增产,利于田间管理,有利于实行宽行轮换深松土及机械收获;
设计宽窄行玉米收获机——2套摘穗辊,收4行。与定向播种机配套使用。机体减轻三分之一,成本低,效率高。
四、预期效果
据有关研究报告:精密播种可以节省50~70%昂贵种子,玉米精密播种比普通方法增产6%~25%,半精密播种,即所谓加密精密播种每公顷节省种子10~12.5kg,节省间苗工时,苗生长整齐度好,比穴播增产5%~10%[3]
吉林省推广的宽窄行留茬深松种植法促进玉米生长发育,使根系量增加,叶面积增大,光合势强,干物质增加,培肥地力。降低生产成本20%,五年平均增产14.6%[4]
沈阳农业大学从理论上分析:宽窄行栽培有效改善玉米群体结构,改善冠层微环境,增加中部冠层透光率,促进个体发育,增加干物质积累。特别是后期干物质积累明显大于等行距对照组,可能是与改善光照和通风条件,为叶片创造生长空间有关[5]。又据试验报告,大垄双行种植,平展型玉米每公顷5.25~6.0万株情况下增产14.25%;紧凑型玉米每公顷6.00~6.75万株情况下增产19.09%[6]
本方案将精密播种推进一步,又将宽窄行种植提高到叶片定向、精确定位交错布置、穗位一致和免耕播种,提高到一个新的水平。当然效果不可能是以上各个各案报告之和,但其综合效果会比每个单项措施有所提高。种植形式和规格也恰恰是农学和农艺的研究课题。须提及的是经济指标是决定因素。播种设备不会增加较多成本,关键是种子处理所增加的成本会不会抵消整体综合效益,虽然预计很乐观,但是,还有待实践的考验。这也与技术手段的应用和生产规模等因素相关。
五.联合攻关之必要
如果进展顺利,能够实现设计目标,会展现一个宏伟的前景,即建立以耕作栽培理论为基础的,以实现玉米种业工业化为依托的,以农业机械为实施手段的现代玉米种业——播种——收获一体化的综合技术体系。促成含盖玉米耕作、种业、农机的跨学科,跨行业的立体综合创新系统。
随之会有大量研究课题需要展开,宽窄行、大小垄耕作栽培制度向低纬度发展的试验与理论研究;专用设备对玉米种子进行整理,实现种业工业化的研究与实施;使用专用播种机定向播种、免耕定向播种联合作业机具的研制与生产;专用于宽窄行的玉米收获机配套设计,以及计算机技术、数字技术在上述领域的应用等都是新鲜课题。
所需要的是摒弃行业壁垒,克服学科隔阂,突破门户本位。增加学科、行业交流,整合已有知识、成果、信息和人才资源,取长补短,通力合作,联合研究,共同开发。
 
以上仅作引玉之砖,望有关专家不吝赐教与指导。出于专利的保密要求,恕对技术性细节暂时没有做详细介绍。
 
刘闻铎     2009年9月
手机 13611167307
                                       

[1] 韩守良、2004年夏玉米超高产栽培研究简报、玉米科学,2006,14:110~111
[2] 赵广忠、玉米定向密植的增产效果和气象条件分析、耕作与栽培,1991,3
[3] 姚杰,浅谈玉米精密播种技术的推广与发展前景,玉米科学,2004,12(2):89~91
[4] 刘武仁等.玉米宽窄行种植产量与效益分析.玉米科学,2003.11(3):63~65
[5] 梁熠等.宽窄行栽培对玉米生长发育及产量的影响.玉米科学,2009.17(4):97~100
[6] 杨克军等.栽培方式与作物群体结构对寒地春玉米光合性能及产量的影响.玉米科学,2006.14(5):78~83


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