蔬菜联合收获机作业适应性及作业质量评价

蔬菜联合收获机作业适应性及作业质量评价

油菜是我国广泛种植的油料作物，面积和产量为世界第一位。但目前我国油菜种植的机械化总水平,尤其是机械化收获水平低下,长期处于人工作业阶段。在农村劳动力结构性短缺的大环境下,油菜生产机械化程度低、劳动力成本高,已严重影响了油菜的生产效益和农民种植的积极性。油菜具有植株高大、分枝众多且相互交织、籽粒细小、角果分布范围大、异熟性和裂角性等与稻麦不同的农艺和生物特性,是少数几个机械化收获最困难的大田作物之一。目前,油菜机械化收获分为分段收获和联合收获2种方式。为提高作业效率、节省人力,同时抢农时,在大田种植方式下倾向于联合收获。近几年来,油菜联合收获机的研究和应用取得了重要进展,江苏、上海、浙江、山东、湖南等地研发的油菜联合收获机已进入试用和推广阶段,这些机型基本上是在现有的全喂入式稻麦联合收获机的基础上改装而成的,属水稻、小麦、油菜兼用型,大都采用了装有侧立式往复切割器的分禾装置,可以改变割台长度等。油菜机械收获质量与油菜品种、种植模式、收获时机、机具性能等因素密切相关。若农艺条件、操作规范不配套,同样的机型在不同地区的作业质量可能会出现较大差异。为了做好油菜机械化收获技术规范的制定和机具选型工作,本课题组从2008年开始开展了渭北高原油菜机械化联合收获的机具引进、试验研究和技术推广工作。本研究在广泛调研的基础上,引进4LYZ-2型油菜联合收获机进行田间试验,对其作业适应性、作业质量等进行了分析,旨在为渭北高原油菜机械收获技术的推广提供技术依据,并为油菜联合收获机的改进及油菜机械化收获的推进提供支持。1材料和方法1.1试验点作业区和核心试验区项目试验区设在渭北高原中部平原台塬区——陕西省宝鸡市陈仓区慕仪镇五星村。该区域实行玉米-小麦-油菜两年三熟的轮作种植体系。第1年的6月中旬免耕种植夏玉米,9月底至10月初收获玉米后立即种植小麦,次年6月中旬收获小麦后,经过3个月左右的休闲期,于9月中旬对麦茬地进行深翻或深旋耕作处理后种植油菜。试验点设置大田作业区和核心试验区。大田作业区面积约10hm2,用于机具的收获损失率、含杂率和破碎率等作业质量评价试验。选择地块相邻、条件一致的田块,作为核心试验区,并将其划分成2个试验小区,面积分别为2.4和1.8hm2,用于进行油菜机械化收获的最佳种植密度和成熟度的单因素试验。该试验区海拔高度716～730m,属于暖温带半湿润大陆性季风气候。冬冷夏热,春暖秋凉,四季分明。年平均降水量664mm,但分布极不均匀,4-10月份降水量占全年降水总量的90%。年日照时数2100h,全年无霜期210d左右。土壤类型以黏土和土为主。为了确保试验数据的可比性,大田作业区和核心试验区的单因素试验同时进行。因此,需要2台收获机进行试验,其中1台用于大田作业区,1台用于单因素试验。作业前对试验机具进行保养、调试,使其各类参数一致,并保持最佳的工作状态。1.2油装饰1.2.1播前利用辛硫磷可制地下害虫,播干的率4.选择油菜品种“甘杂1号”,其千粒质量为3.2g,含水率11.5%,清洁度98.6%,发芽率97%,播前用辛硫磷拌种以防治地下害虫。与其他品种相比,该品种产量稳定,抗冻性好,花期集中,植株分枝少,相对适应机械收获的要求。1.2.2准备好的地板试验地块在播前施足底肥,施磷肥、氮肥各750kg/hm2,并进行深旋处理。做到地表平整,土壤细碎,在适合的播期和墒情下播种。1.2.3播期、播种机和播种量油菜播种机使用西安大洋农机科技有限公司经过改制生产的2BFY-4型窝眼式播种机,可以一次完成开沟、施肥、播种、覆土、镇压等多项工序。结合渭北高原气候特点与墒情条件,选择播期在09-01-09-10;播种机播种量调整为4.5kg/hm2,肥料选择流动性好的颗粒状复合肥,施肥量为450kg/hm2。播种行距40～50cm,播种深度1cm,施肥深度3～4cm。1.3试验设计试验于2011-06-10-06-16在选定的试验区内进行。试验分为单因素试验和大田收获试验。1.3.1含果荚的油率成熟度是油菜机械化收获的关键影响因素。若成熟过度,作业中拨禾轮的转动会碰落油菜荚造成浪费;若过早收获,油菜菜籽不饱满,出油率低,同时菜籽不易与果荚分离,易随果荚等杂物从排杂口排出,同样会造成收获损失。种植密度是指单位面积的植株数,在油菜品种已确定的情况下,其与油菜的植株高度、枝蔓长度、茎秆粗细、成熟期等密切相关,对油菜的机械作业性能有一定影响。试验以这2个因素分别设计单因素试验,分析油菜不同成熟度和不同种植密度下机械收获时的损失率,以确定适应油菜机械收获的最佳成熟度和种植密度。(1)油茶最佳成熟度的测定试验区面积为2.4hm2,共分为A、B、C、D4个小区,每个小区的面积约为0.6hm2。试验于油菜接近成熟的2011-06-10开始。06-10在A区进行试验,试验前测试A区的油菜成熟度,在此成熟度下收获油菜,同时测试油菜机械化收获时的损失率。以后每隔2d,分别在其他区内实施相同的试验方案,即于06-12,06-14和06-16,分别在对比试验小区B、C和D测取油菜荚角的成熟度,随后进行油菜收获损失率的测定。最后以收获损失率最小的试验小区所对应的油菜成熟度为油菜机械化收获的最佳成熟度。油菜成熟度的测试:随机在供试小区割取整株油菜10株,摘取其荚角,计算其中变干、变黄的荚角数占荚角总数量的百分比,即为油菜当时的成熟度。经过测试,确定A、B、C、D4个小区油菜机械收获时的成熟度分别为79%,84%,90%和94%。油菜机械化收获损失率的测试:为了确保试验数据的可比性,在每个小区所对应的成熟度下又分为3个小区,按以下方法随机测取3个小区的收获损失率,取3个小区收获损失率的平均值,作为该成熟度下油菜机械收获的损失率。①收获前测产。在每个试验小区随机选择10个取样点,每个取样点人工收割单行的长度为1m,测取每个取样点的产量,然后计算10个取样点的平均产量,最后按行距计算各小区的产量,取各小区的平均产量作为整个试验区的产量。经测试,该试验区油菜的平均产量为1980kg/hm2。②收获损失率的计算。机械收获作业时,在测试地块随机放置10个纸盒,纸盒的底面积均为675.6cm2。机械通过后,测取掉入纸盒内的油菜粒数,根据纸盒内的油菜粒数、纸盒面积、油菜千粒质量和油菜产量等计算损失率,其计算公式如下:ξ=n1000×m×100×100Q×A×1000×100%ξ=n1000×m×100×100Q×A×1000×100%。式中:ξ为油菜收获机损失率,%;n为纸盒中的油菜粒数;m为油菜千粒质量,g;Q为油菜产量,kg/m2;A为纸盒底面积的总面积,m2。(2)试验点的确定在试验点的核心试验区内,选取面积为1.8hm2的试验区域,从东到西划分为A、B、C3个小区,每小区的面积约为0.6hm2。油菜过冬前间苗、定苗,其中A区定苗数为19.4万株/hm2,B区定苗数为28.8万株/hm2,C区定苗数为45.2万株/hm2。油菜过冬后,因有一部分油菜冻死,2011-03-15测得A、B、C3个小区油菜的实际密度分别为18.1,27.3和33.0万株/hm2。为了确保试验数据的可靠性,每一个种植密度下随机测取3个小区机械收获时的损失率,取3个试验点的平均值作为试验数据。损失率的测试方法同1.3.1。1.3.2试验设计及条件大田试验是通过4LYZ-2型油菜联合收获机在试验区进行大面积收获作业,测试收获机各部位的损失率及收获含杂率和破碎率。大田作业区面积大,考虑到地块的均匀程度会给试验造成误差,故将试验分成3个小区,每小区的试验条件为:种植密度28.8万株/hm2,播种深度1cm,成熟度85%,作业面积约为3.3hm2。最终的机械收获试验数据为3个试验点试验数据的平均值。(1)不同部位收获损失的测定取大小相同、底面积为660cm2的铁盒9个,在收获机的立刀部位、排糠口部位和排草口部位的对应地面分别放置3个,当收获机割台通过后停车,确定立刀部位铁盒内掉落的油菜籽粒数(割台损失),然后将铁盒(含籽粒)放置在原位,待收获机通过后再确定掉落在所有铁盒内的油菜籽总粒数(收获损失),计算得出总损失率,再由不同部位下面铁盒内掉落的粒数,计算出不同部位收获损失占总损失的比例。(2)文酸类型的筛选结果随机抽取收获后的含杂油菜籽8份,干透后,测取每份的总质量和清选出的杂质质量,计算其含杂率,以8份样品的平均值作为油菜机械收获的含杂率。含杂率的计算公式如下:φ=∑i=18m1im2i8×100%φ=∑i=18m1im2i8×100%。式中:φ为油菜机械收获的含杂率,%;m1i为第i份样品中杂质的总质量,g;m2i为第i份样品的总质量,g。(3)破碎率的计算随机抽取收获后的油菜籽8份,干透后,测取每份油菜籽的数量和破碎油菜籽的数量,计算破碎率。以8份样品破碎率的平均值作为油菜机械收获的破碎率,其计算公式如下:ψ=∑i=18n1in2i8×100%ψ=∑i=18n1in2i8×100%。式中:ψ为油菜机械收获的破碎率,%;n1i为第i份样品中破碎油菜籽总数;n2i为第i份样品的油菜籽总数。2结果与分析2.1高原区油茶机械收割单因素试验2.1.1最大损失率为90%,符合我国ny/t-1-2006《柴油质量改进规范》表306-10后连续4次测定的油菜成熟度及不同成熟度下油菜产量和机械收获的损失率见表1。表1表明,除成熟度在79%时的损失率为8.4%外,其他3个成熟度下的损失率均符合农业部NY/T1231-2006《油菜联合收割机质量评价技术规范》总损失率≤8%的标准要求。另外由表1还可知,随着油菜成熟度的增加,机械收获损失率呈减小趋势,但当成熟度过大时,其损失率有增大趋势。因此,建议油菜机械收获时的最佳成熟度为90%。从测试时主要的损失部位来看,成熟度小时主要的损失部位为排草口,是因为脱粒时茎秆中籽粒的夹带较大所致。成熟度大时主要的损失部位为割台,是由于拨禾轮、立式切刀与油菜接触时落粒较多造成的。2.1.2种植密度影响机械收获的率不同种植密度下油菜机械收获损失率的测定结果见表2。表2表明,种植密度越大,机械收获时的损失率越低,这是由于增加油菜种植密度,可控制油菜株高和分枝,并且油菜花期集中,单株油菜荚角成熟度比较统一,有利于机械收获。但当种植密度太大时,产量呈现降低趋势。2.2高良原区油松机械收割及大型场地试验2.2.1立刀部位损失采用4LYZ-2型油菜联合收获机进行大田油菜收获时,收获机械各部位损失率的测定结果见表3。由表3可知,割台的收获损失占总损失的64.4%,是收获机产生收获损失的主要部位。其中立刀部位损失最大,占割台总损失的47.2%,其次是排草口和排糠口的损失,分别占割台总损失的32.6%和20.2%。立刀部位损失的主要原因是拨禾轮、立式切刀和油菜植株的接触,造成落粒不能回收到割台,建议改进割台和立式切刀设计,使立刀向外向后倾斜,并使立刀和拨禾轮位于整个割台上部,使拨禾轮撞落的籽粒能最大限度地落在割台上。排草口的损失主要是由于茎秆中籽粒夹带较大,尤其在低成熟度收获时更为严重。建议进一步对脱粒形式、清选方式进行优化设计,以降低损失率。2.2.2含杂率及破碎率采用4LYZ-2型油菜联合收获机进行大田油菜收获时,含杂率和破碎率的测定结果分别见表4和表5。由表4和表5可以看出,4LYZ-2型油菜联合收获机收获大田油菜的平均含杂率为7.3%,平均破碎率为0.2%。根据农业部NY/T1231-2006《油菜联合收割机质量评价技术规范》的标准要求,含杂率≤6%,破碎率≤0.5%。可见,该机械收获油菜时的含杂率略高于标准要求,破碎率符合标准。含杂率较高的原因可能是机械作业时为了减少筛面损失降低了进风量所致,但具体原因还需进一步分析。3产品密度和作业性能1)油菜成熟度是决定油菜机械收获损失率的一项关键因素。油菜成熟度越高,其机械收获损失率越小,推荐油菜“甘杂1号”机械收获的最佳成熟度为90%。2)本研究结果表明,油菜的种植密度越高,采用机械收获时的损失率越低。在不影响产量的前提下,增加种植密度以降低油菜植株高度、茎秆直径和分枝数量等,是降低收获损失的一条重要途径。3)4LYZ-2型油菜联合收获机收获油菜时的主要损失部位在割台,特别是立式切刀部位。要降低收获时的损失率,应