基于农艺农机融合的华北棉区棉花生产全程机械化技术规范研究

2018-09-05平英华刘先才王振伟

安徽农学通报 2018年16期

平英华刘先才王振伟

（农业部南京农业机械化研究所，江苏南京 210014）

关键字：棉花；农艺农机融合；全程机械化；技术规范

1 前言

棉花是我国主要农业经济作物之一，在农业部编制的《全国优势农产品区域布局规划（2008—2015年）》中，将棉花列为16个优势品种之一，规划重点发展黄河流域、长江流域和西北内陆3大优势区［1］。我国是全球第一大棉花生产国和消费国，总产量和单产均居世界首位，棉花常年种植面积约占世界种植面积的15%［2］。但随着社会经济的发展和产业结构调整，棉花种植生产力和比较效益相对较低，近年来我国棉花播种面积持续下滑，播种面积已由2006年的5815.67×103hm2下降到2016年的3344.74×103hm2［3］，下降幅度高达42.49%。而黄河流域和长江流域2大棉区播种面积同比较上年度更是下降了20%［2］。在国家实施乡村振兴战略的大背景下，随着农业土地“三权分置”政策的实施和工业制造水平的提升、农业科技进步，为加快推进棉花全程机械化生产奠定了技术、经济和社会基础。棉花生产全过程中，耕整地、播种施肥、田间管理和棉秆处理等生产环节的机械化技术与装备已经成熟，主要制约瓶颈棉花收获机械化环节已经有所突破，因此研究探讨农艺农机高度融合模式，对加快推进棉花生产全程机械化水平和提高种棉效益十分必要，也是生产实际丞待解决的难题。

2 棉花全程机械化作业流程

农作物种植的机械化环节主要包括耕整地、播种、田间管理和收获4大环节，棉花也不例外，其全程机械化生产技术流程如图1所示。

图1 棉花生产全程机械化作业流程

3 棉花品种

棉花品种对全程机械化具有较大影响，因此，从适宜农业机械作业角度考虑，棉花品种应选择通过国家或省审定的果枝短、株型紧凑、吐絮集中、含絮力适中、纤维较长，且抗病抗倒伏、对脱叶剂和催熟剂敏感的品种［4］，第一果枝离地高度应大于20cm［5］。种子质量应符合NY 400-2000《硫酸脱绒与包衣棉花种子》要求，包衣或农药拌种的种子纯度＞95%、净度＞98%、发芽率＞80%（在《黄河流域棉区棉花机械化生产技术指导意见》的要求是＞90%）、破子率＜7%、水分＜12%，另外包衣种子的种衣覆盖度＜90%、种衣牢固度＜99.65%［6］。播种前应晒种3～5d，以打破种子休眠［7］，提高出苗率。

目前，得到当地农民认可的品种有，如河北冀棉169、冀棉178、冀科2号［8］，山东鲁棉研36号、鲁棉研37号、K836［9］等。由农业部南京农业机械化研究所主持承担的公益性行业（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”筛选出了适于黄河流域机采棉种植的品种有：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［10］。

4 耕整地

耕整地是农业生产基础环节。耕整地是创造良好的土壤环境条件，以利于棉花播种和后期生长。因此，耕整地质量直接影响到后续的播种作业质量，对棉花的稳产、高产具有极其重要的作用。实际生产由于追求生产的“轻简化”，结合深松作业，农民多将耕地和整地2种作业简化为旋耕作业，或用耕整地联合作业机械进行耕整地作业。

4.1 农艺要求（1）耕整地时间。耕地通常分为秋耕和春耕，秋耕是指秋季作物收获后进行耕地作业，春耕是春季播种之前进行耕地作业，对棉田进行耕翻或深松耕。整地是在作物播种前进行的耕层土壤的进一步松碎和地表平整。

（2）耕深和碎土。同其它农作物一样，棉花的耕整地农艺要求主要有2个关键指标，一是耕深，二是碎土质量。棉花耕整地的农艺要求，耕翻深度22cm以上、深松35cm以上，整地后土壤要疏松细碎、耕层下实上虚［5］，虚土层厚2～3cm，地表高度差小于5cm［4］。前茬作物进行秸秆还田的其作业质量应符合NY/T 500-2015《秸秆粉碎还田机作业质量》要求，粉碎长度合格率应＞85%、留茬高度＜8cm、抛撒不均匀性＜20%［11］。秸秆粉碎还田应在作物收获时或收获后及时进行秸秆粉碎还田作业，以利于秸秆的尽快腐熟。

4.2 耕整地机械耕地机械主要有铧式犁、圆盘犁、深松机、旋耕机等。整地机械主要有圆盘耙、钉齿耙、滚轧粑、旋耕机和镇压器等。此外，在耕种土地面积较大时，多用耕整地联合作业机械，一次完成耕地作业和整地作业。如生产中的耕整地机械1LF型系列铧式犁、1S型系列深松机、1GQH系列旋耕机、1LZ联合整地机等。耕整地机械技术已经完全成熟，农机作业质量完全能够满足农艺要求，农机农艺完全融合。

4.3 作业质量公开资料报道，2016年新疆北疆棉花耕种收机械化水平达到了89%、2017年黑龙江粮食全程机械化水平达到了96.8%，因此新疆和黑龙江的耕整地质量具有代表性，故根据新疆和黑龙江等相关地方标准，耕整地机械化作业质量应达到：（1）耕深合格率≥90%［12］；（2）漏耕率≯2.5%［13］；（3）碎土率＞80%［14］；（4）耕层平整沉实，下实上虚，虚土层厚2.0～3.0cm［4］；（5）地表平整且无农作物秸秆等杂物。

5 播种

播种不仅直接影响到出苗率和秧苗质量以及后期棉花的生长，最终影响棉花的产量和品质，而且也直接关系到后期的各环节的机械化作业，特别是机械化采棉环节，是棉花全程机械化最为至关重要的农艺农机融合环节。

5.1 农艺要求（1）播种时间。根据品种特性、自然条件和栽培制度确定适宜的播种时间。黄河流域一般播种在4月下旬至5月初［4］［15］，耕层土壤适宜墒情为田间土壤持水量60%～70%［16］，且5cm耕层地温连续5d稳定在14℃以上［17］。春旱时应在播前10～15d进行春灌，灌水造墒［18］。（2）播种深度。棉花适宜的播种深度为2～3cm［4］，否则不利于出苗。（3）播种密度。棉花机械化播种为穴播，每穴1～2粒。（4）种植模式。为便于采收机械配备，黄河流域棉花种植应统一农艺，宜采取等行距平作直播，行距为76cm，株距按照棉株数不少于100000穴/hm2要求，调整播种株距。

5.2 播种机械播种机械既有单一功能的播种机，亦具有旋耕、起垄、施肥、播种、覆膜、镇压等多道工序的复式作业机械。棉花播种机工作可靠，技术日臻完善，完全能够实施精量播种，满足棉花穴播质量的要求。如生产中常用的铺膜播种机主要有2BMG系列、2BMZ系列、2BMP22系列、2BMS2A系列、2MF2IB型、2MB21型播种机，以及2BZ-6型播种机中耕通用机、2BMG-A系列铺膜播种中耕追肥通用机、2MBQ-2型精量覆膜播种机、2BMZ-3/6A型基于机收的折叠式智能棉花精量播种机、2BMG-A系列铺膜播种机、ZMBJ-2/12棉花铺膜播种机等。

5.3 作业质量按照JB/T 7732-2006《铺膜播种机》规定，播种作业质量应达到：（1）地膜破损程度≤50mm/m2；（2）膜边覆土厚度和覆土宽度合格率均≥95%；（3）种子机械破损率≤0.5%；（4）膜孔全覆土率≥90%；（5）膜下播种深度合格率≥85.0%；（6）种子覆土厚度合格率≥90%；（7）空穴率≤2.0%（覆膜播种机）、空穴率≤4.0%（精量覆膜播种机）；（8）施肥深度合格率≥85.0%［19］。

6 田间管理

田间管理主要有苗期管理、中耕除草、追肥、灌溉排涝、病虫草害防治、株型调控、脱叶催熟等作业环节。

6.1 苗期管理

6.1.1 农艺要求（1）打孔放苗。棉花播种方式是先播种后覆膜，则需要在棉苗出土后及时进行打孔放苗。当棉苗子叶展开、颜色变绿时，应及时进行人工辅助打孔放苗。打孔放苗作业时间宜在10a.m.前、16p.m.后进行，避开中午高温时间段，以避免由于环境条件突然改变而导致的叶片凋萎、干枯，即“闪苗”。（2）定苗。当棉苗由2片子叶展平到1～2片真叶时，进行定苗作业，应1穴1苗。（3）培土。放苗后2～3d，待棉叶叶面无水时，应进行培土，封堵放苗孔。

6.1.2 打孔放苗、培土机械目前打孔放苗仍为人工作业，培土机械为中耕机械。

6.1.3 作业质量打孔放苗的孔洞以子叶能伸出膜外为宜。培土封堵放苗孔应避免土壤压盖子叶，不埋苗、不伤苗，伤苗率≤1.0%。

6.2 灌溉排涝

6.2.1 农艺要求棉花在不同的生育阶段适宜的土壤水分不同，应根据各生育阶段实际的田间土壤持水量情况，及时进行灌溉或排涝。灌溉可以采取畦灌、沟灌，如果条件许可，可采用滴灌或喷灌。此外在生长过程中如遇多雨天气应注意及时排涝，以防烂根、掉蕾等现象出现。

6.2.2 灌排机械灌溉机械主要有农用水泵、移动式喷滴灌机械等，排涝机械主要是农用水泵。

6.2.3 作业质量棉花各个生育阶段的适宜土壤持水量不同，发芽出苗期的持水量为70%、苗期为55%～60%、蕾期为60%～70%、花铃期为70%～80%、吐絮期为55%～70%，应根据不同生长阶段，保持不同的土壤持水量。

6.3 中耕追肥 “种棉无它巧，中耕勤除草”，中耕追肥能够创造棉花根系健壮生长的良好的生态营养环境。

6.3.1 农艺要求（1）中耕时间。棉花中耕时间主要有苗期、蕾期和花铃期，苗期一般进行中耕、培土作业，蕾期一般进行中耕、除草作业，花铃期进行中耕、追肥作业。生产中应根据田间杂草和土壤墒情以及绵株生长情况，适时进行中耕、追肥作业。（2）在棉花不同生育阶段的中耕深度要不同，苗期较深，花铃期较浅，一般中耕深度10～18cm，施肥深度8～15cm，苗肥间距10～15cm［20］。

6.3.2 中耕机械中耕机械是在作物生长过程中进行松土、除草、培土等作业的土壤耕作机械，既有锄铲式和旋转式中耕机单一功能的中耕机，亦有中耕、施肥复式作业机械。

6.3.3 作业质量按照JB/T 8576-1997《旱田中耕追肥机技术条件》规定，中耕作业质量应达到：（1）碎土率≥85.0%；（2）伤、埋苗率≤5.0%；（3）土壤膨松度≤40.0%；d）无明显断条，施肥后覆土严密［21］。

6.4 病虫草害防治农业病虫草害图文数据库显示，棉花共有22种病害、64种虫害。防治方法主要有生物防治、物理机械防治和化学防治，应用较为广泛的是化学防治。

6.4.1 农艺要求（1）防治时间。应根据病虫草害实际发生情况或植保部门的预测预报以及杂草生长情况，本着“预防为主、绿色防治”的原则，因地、因时、因病、因虫、因草，选择适宜的防治时间和防治措施进行防治。播种前喷施除草剂和地膜覆盖抑制杂草生长；中后期喷施棉田专用除草剂进行除草。病虫草害防治：根据防治需要，适时喷施磷酸二氢钾等叶面肥和多菌灵、甲基托布津等杀菌剂，预防病害发生；根据虫害类型，适时喷施相应的灭蚜酮、阿维菌素、马拉硫磷等杀虫剂等进行防治。

（2）作业条件。根据国家农业部NY/T 650-2013《喷雾机（器）作业质量》规定，植保机械作业时的环境条件应为：无雨、少露水，气温在5～30℃；常规量喷雾作业风速应≯3m/s；低量喷雾或超低量喷雾作业时风速应≯2m/s，超低量喷雾作业应无上升气流［22］。此外，通常雨前24h以及中午前后不宜进行作业［20］。

（3）喷洒均匀。喷洒的药液（粉）应均匀分布于作物植株上，棉花的上中下部、棉叶两面应均匀着药。

6.4.2 植保机械棉花植保机械机械主要有自走式、悬挂式、牵引式和农业航空植保机，其中以高地隙自走式喷杆式喷雾机应用较多，如3WF1600-500型自走式高地隙风送喷杆喷雾机、约翰迪尔4630高地隙自走式打药机［23］，以及3W-800（1500、1700、2000）型机引喷杆式喷雾机、3WP系列喷杆式喷雾机等。此外，WFB-18AC、WFB-18BC、WFB-18A3C型背负式喷雾喷粉机、3WF-7压缩喷雾器、3WCD-5A型手持电动超低量喷雾器［5］等使用也较广泛。6.4.3 作业质量按照NY/T 650-2013《喷雾机（器）作业质量》规定，植保作业质量应达到：（1）常规量喷雾非内吸性覆盖率≥33%；（2）超低量喷雾雾滴沉积密度≥10滴/cm2；（3）低量喷雾杀虫剂≥25滴/cm2、内吸性杀菌剂≥20滴/cm2、非内吸性杀菌剂≥50滴/cm2、内吸性除草剂≥30滴/cm2、非内吸性除草剂≥50滴/cm2；（4）机动喷雾机雾滴分布均匀性（变异系数）≤50%；（5）作物机械损伤率≤1%［22］。此外，漏喷和重喷率均≤5%［24］；目测植保机（器）喷射稳定；对棉苗、棉株损伤率小于1%［20］。

6.5 打顶及化控打顶是人工或应用机械、化学方法打掉棉花植株的顶尖，以消除棉花顶端养分消耗，减少无效果枝对水肥的徒耗，使更多的养分供应蕾铃，促进蕾铃充分发育成熟及纤维品质提高。应按照机械化采棉采摘计划顺序依次进行作业，早采早打，晚采晚打。

化学调控是应用生物调节剂调节棉花的营养生长和生殖生长，塑造合理的棉株型，改变光照条件，减少蕾铃脱落，增加蕾铃重量，促进蕾铃提早成熟，达到优质高产的目的。

6.5.1 农艺要求（1）打顶及化学控时间。遵循“枝到不等时，时到不等枝”的打顶原则，根据棉花的长势、株高和果枝数等因素综合考虑确定适宜的打顶时间，一般在7月中旬进行。并按照机械化采棉采摘计划顺序依次进行作业，早采早打，晚采晚打。

化学调控以花蕾期至盛花期和打顶之后为重点作业时间段。一般棉花蕾期（8～9叶期）用量15.0～30.0g/hm2、初花期用量30.0～45.0g/hm2、盛花期用量60.0～90.0g/hm2、打顶后用量90.0～120.0g/hm2，喷施缩节胺或调节胺。

（2）株型控制。通过打顶和化学调控，使棉株高度控制在70cm～100cm、棉株第一果枝节位距地面高度大于20cm。打顶和化控的目的是促进棉花从营养生长转向生殖生长，有效控制棉株节间长度，防止棉株疯长、旺长郁蔽，从而建立棉田合理的群体结构，改善群体的光照条件，多接铃，接大铃，达到高产优质的目的，并为机械化采收打造适宜的棉株高度和相对紧凑的株型。

（3）作业条件。化学调控的作业条件同病虫草害作业条件相同。

6.5.2 打顶及化控机械打顶机械比较成熟且广泛应用的较少，一些研发的机具虽然能够作业，但效果并不理想，需要进一步改进完善。新疆棉区研发成功3MDY-12型前悬挂液压驱动式棉花打顶机，农业部南京农业机械化研究所研制了精准仿形3MD-4型棉花打顶机。化学调控机械宜选用垂直吊挂水平喷头喷雾植保机械。

6.5.3 作业质量（1）打顶机械化作业质量应达到以下要求：a）漏打率≯2%；b）对棉株、蕾铃造成的损伤＜1%；c）塑造达到适宜机械化采收的株型。（2）化学调控机械化作业质量同植保作业质量。

7 收获

收获是棉花全程机械化最重要的作业环节，也是用工量最大的环节，亦是目前棉花全程机械化最薄弱的环节。棉花收获包含2个环节，一是脱叶催熟，二是在催熟的基础上进行棉花采收。

7.1 脱叶催熟化学脱叶催熟是人工使用化学制剂干预棉花的生理生化，促进生育进程，使其提前脱叶、成熟，以期创造适宜机械化采收的作业条件，减少机械化采收棉花的含杂率，提高采净率，减轻果枝和棉叶中的叶绿素对籽棉的污染。

7.1.1 农艺要求（1）作业时间。当棉田棉花满足下列条件之一时，应喷施脱叶催熟剂：a）棉花自然吐絮率达到40%～60%，棉花上部铃的铃龄40d以上；b）采收前18～25d、平均气温连续7～10d在20℃以上，最低温度不低于14℃［4］［23］。施药后的12h内如若降中到大雨，应进行重喷［25］。（2）喷洒均匀。脱叶剂应均匀地喷洒在棉叶2面。

7.1.2 作业机具为确保棉株上中下各部位的棉叶均能附着药剂，宜选用带有双层吊挂垂直水平喷头喷雾器进行作业。

7.1.3 作业质量脱叶催熟剂喷施作业质量同植保作业质量，其作业效果应达到：脱叶催熟作业20d后，棉株脱叶率和吐絮率应达到：a）棉株脱叶率＞90%；b）吐絮率＞95%［4］。

7.2 采收

7.2.1 农艺要求（1）作业时间。喷施脱叶催熟剂后脱叶率＞90%、吐絮率＞95%时［4］［25］，即可以进行机械采收作业。

（2）收获方式。棉花机械化采收分为统收和选收2种方式，根据种植模式、规模、籽棉处理加工条件等因素选择收获方式。国内目前应用广泛的是选收式机具，即摘锭式采棉机。统收式采棉机由于后续加工问题，国内使用较少，但统收式的刷辊式采棉机在国外已经大批量应用，其具有良好的广泛适应性［26］。

（3）作业要求。摘锭式采棉机需对行采收，统收式采棉机不需要对行作业。作业前应根据采收方式及机具的大小在田头或田间4角人工采出可供机具田头调头或田间进出的通道。

7.2.2 采棉机具采棉机具以进口机型为主，国外进口机型主要有约翰迪尔990自走式采棉机、约翰迪尔9970自走式采棉机、约翰迪尔7455自走式摘棉铃机、凯斯2555采棉机、凯斯620采棉机、凯斯ME625采棉机，国产采棉机主要有贵航4MZ-3型自走式采棉机、贵航4MZ-5型自走式采棉机等。

7.2.3 作业质量作业质量应符合下列指标要求：a）棉花采收总损失率≤9%；b）含杂率≤11%。其中选收式采棉机采收的棉花含水率≤11%［4］。此外，采棉机无漏油污染土壤现象。