《1 前言》

1 前言

我国是世界油菜生产大国,常年油菜面积达 800 ×104 hm2 左右、总产 1 200 ×104 t 左右,均居世界第一位。每公顷产 1 650 kg 左右,与世界平均产量持平。但我国人口众多,经济的高速发展和人民生活水平的提高,食用植物油消费快速增加,以至于国产食用植物油远远不能满足需要,需靠大量进口。据有关统计资料[1 ,2] ,2005 年,我国实际进口植物油脂 672 ×104 t,进口大豆 2 400 ×104 t,合计折合进口油脂超过 1 000 ×104 t,进口量与国内产量几乎相同。至 2007 年,国内的油料生产停滞不前,而市场需求继续扩大,国内生产量合计为 885 ×104 t,进口量达到 1 361 ×104 t,国产食用植物油自给率已不足 40 %,远远超出国际安全警界线范围,我国食用植物油的战略安全受到严重威胁。随着菜籽油在工业、能源上的利用扩展,食用植物油供应紧张程度将更显严峻。面对“食用油之危”,胡锦涛总书记 2008 年曾两次批示要求:大力发展油菜生产,保障国家食用植物油自给。温总理在同年的人大《政府工作报告》中明确指出,“特别要加强粮食、食用植物油、肉类及基本生活必需品和其他食品生产”。国务院也提出了促进油菜生产发展的意见。可见,油菜生产的重要性已被提高到国家战略安全的高度,发展油菜生产,增加国内供给已成为国人共识。

要保证食用植物油安全,当务之急是尽快增加有效供给。增加作物总产量一靠提高单产,二靠扩大种植面积。作物单产提高是一个较漫长的过程,近 20 年来我国油菜单产水平提高不足150 kg/hm2 ,平均每年提高菜籽产量仅有 7.5 kg /hm2 左右,年份之间还有较大的反复。依此推算,全国每年菜籽总产量因单产的提高增加量只有 5 000 ×104 kg 左右,仅相当 3.33 ×104 hm2 油菜的菜籽产量,湖南仅有 600 ×104 kg 左右,约相当 4 000 hm2 油菜的产量。因此,靠提高单产在短期内大规模增加总产数量相当困难。若通过大规模扩大种植面积来迅速增加菜籽总产则具有立竿见影的效果。据估计,目前我国南方冬季每年尚有超过 2 000 ×104 hm2 冬闲田可种植油菜,其中湖南、江西、广东、广西 666.7 ×104 hm2 左右,且多以双季稻田为主。湖南省油菜生产居全国第 2 位,主要分布在湘北、湘南、湘中、湘西等地区,每年有高达 200 ×104 hm2 以上的可种植油菜的优良稻田被闲置。这些冬闲田冬季温、光、水资源丰富,土壤类型十分适合油菜生长,加之油菜是冬季作物,不与粮食作物争地,这为油菜的发展提供了巨大的空间。如果能将其中 50 %左右的冬闲田种上油菜,则湖南每年可扩大油菜种植面积 100 ×104 hm2 以上,可增加菜籽 150 ×104 t 以上,高于湖南现有菜籽总产数量。全国每年则可扩大油菜种植面积达 200 ×104 hm2 以上,可增加菜籽 600 ×104 t 以上,是全国现有菜籽总产量的一半多,可快速实现短期内大规模增加国内菜籽有效供给的目标。同时,冬闲稻田通过种植油菜作物,土壤结构得到改良,肥力水平得到提高,对后作水稻的高产、稳产也具有良好的作用。

为了解决我国南方双季稻区发展油菜生产的问题,农业部提出了振兴油料行动计划,组织开展油菜高产创建活动,湖南省设置省长项目“湖南双季稻区油菜早熟品种选育和机械化生产技术研究与生产示范”(2008 ― 2011)和湖南省重大专项“油菜产业化关键技术研究及示范”( 2009 ― 2012 )等课题进行了研究,目前项目进展顺利,并取得了一系列的阶段性成果。

《2 油菜早熟品种选育》

2 油菜早熟品种选育

《2.1 早熟品种选育的意义》

2.1 早熟品种选育的意义

1)油菜早熟品种成熟早,是解决双季稻与油菜季节矛盾的根本途径。当前种植的油菜品种为半冬性甘蓝型品种,其生育期偏长,一般要求在 9 月中下旬至 10 月上旬播种,次年 5 月上中旬成熟,全生育期 210 天左右;而南方直播早稻要求 4 月 10 日左右播种,抛秧早稻要求 4 月 15 日左右抛秧,插秧早稻要求 4 月 25 日左右插秧,与油菜季节矛盾十分突出。同样南方直播棉花要求 4 月中下旬播种,移栽棉花要求 4 月下旬至 5 月中旬移栽,也与油菜存在季节矛盾。双季晚稻一般在 10 月中下旬收割,又影响油菜适期播种。这样就导致很多地方为了保双季稻,不种油菜,导致冬闲。解决这一问题的主要办法是选育油菜早熟品种[3 ,4]

2)油菜早熟品种耐迟播,冬前长势远强于迟熟品种。与正常育苗移栽油菜比,稻田直播油菜播种期一般要迟 15 ~20 天,双季稻区更迟,迟熟油菜品种播后因气温相对较低,苗期生长差,田间杂草危害严重,常导致草荒苗,严重影响油菜产量,而早熟品种耐迟播,冬前长势远强于迟熟品种。

3)油菜早熟品种成熟早,可避开 5 月上中旬高温逼熟,种子千粒重和含油量均较高。油菜生长适宜温度为 10 ~20 ℃,成熟期适宜温度为 15 ~20 ℃,但我国南方现有油菜品种一般在5月上中旬成熟,正处气温急剧上升时期,从表 1 可看出,长沙近 5 年 5 月每旬平均气温多在 20 ℃以上,每旬日最高气温平均多年在 25 ℃以上,5 月每日气温高于 30 ℃的天数最多达 9 ~11 天。这样的气温条件对油菜中迟熟品种产量形成影响较大。一般早熟品种千粒重可达 4 g 左右,而迟熟因高温逼熟的油菜千粒重仅 3 g 多。

《表1》

表1 2001—2005 年长沙 5 月份气温情况

Table 1 Temperature of May in Changsha between 2001 and 2005

4)早熟品种也是油菜机械收割所必须。现在油菜多采用两次收获,即先割倒,再携出田外摊晒或堆垛 7 ~10 天,然后脱粒,在收获过程中损失率至少在 15 %以上。而据笔者等试验,油菜机械收获损失率可控制在 8 %以下。油菜早熟品种具有矮秆、抗倒,少分枝等特点,十分适于机械收获。

《2.2 早熟品种的育种目标》

2.2 早熟品种的育种目标

油菜早熟品种与原有油菜品种相比是一个全新概念的品种。它具有以下主要特点:

1)明显的早熟性:根据稻稻油三熟栽培的要求,除非油菜育苗移栽可以在 9 月中下旬播种外,直播早熟油菜品种要求其生育期在 210 天左右,生育期活动积温在 2 000 ℃以下,即在长沙 10 月中旬播种,次年 2 月下旬始花,3 月下旬终花,4 月 20 号左右成熟收割,这样才有利于全年三熟高产。

2)矮秆:现杂交油菜株高达 200 cm 左右,早熟品种的株高应控制在 160 cm 左右,主茎总节数为 20 ~23 节。植株结荚部位为筒形。

3)优质:种子含油量 42 %以上,芥酸含量 1 % 以下,油酸含量 70 %以上,亚麻酸含量 5 %以下,硫苷含量 30 μm/g 以下。

4)抗性强:越冬期和开花期抗寒力强。抗倒伏。抗菌核病,霜霉病和病毒病。

5)较高的种子产量:每公顷产至少 1 500 kg 以上,要求达到 2 250 kg/hm2

《2.3 研究进展》

2.3 研究进展

1)初步明确油菜早熟品种鉴定和选育方法。在鉴定方法上要选择始花较早、终花亦早的类型为宜,这种类型开花适时、开花集中,其感温性和感光性都较迟钝。在选育方法上,系统选育的要进行连续定向选择,杂交育种的要选择中 x 早或晚 x 早的组合,以兼顾产量性状。杂优利用的要选择早熟、优质、高产、配合力强、耐密植、抗寒抗倒的组合。导入早花基因也是选育早熟品种的途径之一[5]

2)育成一批早熟杂种及品系:笔者等充分利用现有双低、高含油量、高油酸、抗病、抗倒的种质资源和优良品种为基础,采用系统选育、杂交育种、诱变育种、杂种优势利用、导入早花基因等多种途径进行早熟品种(组合)选育。目前己育成杂 1613,杂 1062,07 -402,07 -1062,07 -1472 等组合(品系)。 a. 杂 1613:该组合是利用本所育成的甘蓝型油菜核不育系 15NA 与本所选育的特早熟甘蓝型油菜恢复系 1613 杂交育成的特早熟甘蓝型和低油菜新组合,一般 10 月 10 日左右播种,2 月底、3 月初开花,4 月 30 日以前成熟。株高 160 cm,折合产量 2 250 kg/hm2 左右,种子含油量 44 %,硫苷含量 22.6 μm/g,芥酸含量接近 0。 b. 杂 1062:07 -1472 ×07 -1062 的杂种组合。采用化学杀雄制种,品质达到双低。10 月上中旬播种,4 月 25 日左右成熟,株高 160 cm 左右,折合产量 2 250 kg /hm2 左右。 c. 07 -402:黄籽双低油菜新品系,2007 年 10 月上中旬播种,3 月初开花,4 月 25 日左右成熟,株高 170 cm 左右,折合产量 2 250 kg /hm2 左右。 d. 07 -1062:来自湘油 11 ×中油 821 杂交后代,长期作为抗病材料筛选,该材料属双低品系。 10 月上中旬播种,4 月 25 日左右成熟,株高 160 cm,主茎 20 ~23 节,折合产量达 2 250 kg/hm2 ,见图 1。

《图1》

图1 杂 1062 植株形态图

Fig.1 The plant mophyology of hybrid 1062

《3 机械播种》

3 机械播种

《3.1 机械播种的意义》

3.1 机械播种的意义

1)做到适时早播,抓住有效播种季节,促进优质高产。现研制的播种机完成 1 hm2 地播种时间约 4 h,1天可播 1.3 ~2 hm2 。既节约劳动力,又降低生产成本(机播 1 hm2 仅需 300 元),促进农民增收。

2)促进南方冬闲田开发,有利水土保持,发展油菜生产,实现全年高产。

3)有利于油菜规模化和产业化经营[6]

《3.2 研究进展研制出》

3.2 研究进展研制出

2BYF -6 型油菜免耕直播联合播种机。湖南农业大学从 2002 年开始油菜免耕直播机械化装备及技术体系的研究。现已开发出集播种、施肥、开排水沟、覆土功能于一体并具有自动监控系统的 2BYF -6 型油菜免耕直播联合播种机(见图 2)。该播种机主要由操作系统,开沟、覆土系统,排种、排肥系统,传动系统,动力及电子监控装置等组成,主要技术参数:配套动力 11.3 kW;种子播量 1.5 ~ 4.5 kg /hm2 ;肥料播量(控释肥)225 ~450 kg /hm2;排水沟宽度240 mm;排水沟深度  200 mm(可调);厢面单边覆土宽度  1 000 mm;播种行数 6 行;工作效率 0.1 ~0.15 hm2 /h。

《图2》

图2 2BYF-6 型油菜免耕直播联合播种机

Fig.2 2BYF-6 type stubble no-tillage multi-seeder for rape

截止 2008 年底在湖南、浙江、江西、湖北等省推广应用 611 台,播种冬油菜面积约 2.042 ×104 hm2 ,为农民节约播种成本 6 603.14 万元,增收节支总额 6 809.13 万元。 2007 年通过湖南省科技厅组织的鉴定,成果处于国内领先水平,其排种器达到国际先进水平,使农机和农艺得到有机结合。

《3.3 主要创新点》

3.3 主要创新点

1)功能上,实现一次操作完成 4 个工序:播种、开沟、施肥、覆土联合作业。既可用于油菜播种,又可用于小粒种蔬菜播种和农田开沟排水。

2)结构上,排肥采用一体三行外槽轮排肥器,播种采用偏心轮型孔轮式专用精密排种器,可实现一个排种器播三行,播种后的土壤断面形状如图 3 所示。单轴式离合器实现了离合器主、从部分在一根轴上完成接合与分离功能,从而达到传递运动和动力的目的。排种、排肥管接地端设计有随动轮式仿形机构,能随时根据地形的变化保证排种、排肥管离地间隙不变。采用红外线传感器与单片机组成 6 通道监控单元,实现了单位时间内各通道播量显示和记录,并可对种子箱和肥料箱存量进行监控。

《图3》

图3 厢沟断面

Fig.3 The section of ditch

在以上研究成果的基础上,根据南方冬油菜产区冬前雨水充足,导致田间杂草严重影响油菜苗生长,而前茬作物水稻绝大部分由全喂入联合收割机收获,收获后田间留茬高,严重影响油菜出苗,因此有必要在播种前对土壤进行浅耕除草、灭茬。因此, 2009 年成功研究出具有土壤表层浅耕除草、灭茬、播种、施肥、开排水沟、覆土 6 项功能于一体的 2BYD -6 型油菜浅耕直播联合播种机,如图4所示。此外,为提高播种的精准性(包括播量精确,种子落地点位置准确),正在进一步研究适合油菜种子物理机械特性要求的排种器,能实现在不同播种时间、不同土壤墒情、不同油菜品种、不同地理位置及气候环境下的用种量的可调节性,种子播入田间后位置的可控制性的排种器[7 ~9]

《图4》

图4 2BYD-6 型油菜浅耕直播联合播种机

Fig.4 2BYD-6 type stubble shallow-tillage multi-seeder for rape

《4 机械收割》

4 机械收割

《4.1 机械收割的意义》

4.1 机械收割的意义

我国传统的冬油菜收获方法是采用二次收获,即先将油菜割倒,携出田外摊晒或堆垛 7 ~10 天充分干燥后,再集中进行脱粒。在割倒、搬运、摊晒或堆垛过程中,产量损失在 10 %以上,若摊晒中遇雨,产量损失可达 20 % ~30 %。采用机械收获联合总损失率可控制在 8 %以下。机械收获省工,收 1 hm2 油菜不足 7.5 h。

《4.2 研究进展》

4.2 研究进展

近年来,湖南农业大学专门研制了针对高密度机械化直播油菜的专用油菜联合收割机,如图 5 所示。该机具主要由割台,输送机构,脱粒、清选机构,脱出物切碎抛撒机构等组成。能够实现割倒、脱粒、清选和秸秆还田(脱出物细碎并均匀平铺田间土壤表层) 4 项作业一次完成。 2009 年油菜春收已投入使用。该机具主要技术性能指标:配套动力为 30 ~40 kW;割幅 2 000 mm;总损失率 7 %;破碎率 0.5 %;清选含杂率  5 %;工作效率达 0.2 ~0.3 hm2 /h;轻杂物细碎率 250 mm(长度)。

《图5》

图5 4YC-200 油菜联合收割机

Fig.5 4YC-200 rapeseed combine

《4.3 主要创新点》

4.3 主要创新点

1)功能上,实现油、稻、麦的联合收割。实现稻、麦、油三种作物的收割要求,扩大了联合收割机的作业功能,降低了收割机的使用成本。

2)结构上,在脱粒滚筒与凹板筛上配合安装了动、定刀片,沿轴线方向采用间距不等的近似螺旋排列,实现茎秆、角果在脱粒滚筒内切碎,降低脱粒滚筒的功耗,提高了籽粒的脱净率。同时在脱粒滚筒杂物排出口增设离心风机,将切碎的脱出物均匀喷洒于田间,实现秸秆还田;将原有脱粒滚筒的刚性弓齿更换成柔性工程塑料条,实现柔性脱粒。降低机械化收获时刚性齿对油菜籽粒打击破碎率,影响脱粒效果,避免堵塞凹板筛筛孔,实现物料快速有效分离;采用风筛组合式清选机构,在传统的离心风机两端增设轴流叶片,使风机出风口风力更均匀,筛面采用特殊防粘技术,提高清选效果,降低清选损失;采用履带行走机构,实现差速转向。两条履带可实现同步和差速的正、反转,减小转弯半径,提高田间转弯性能,适应丘陵、山区小田块油菜机械化作业。

3)通过现代传感与测试技术,设计集成在线测定机具行走速度,割幅,测产及单位时间收割面积的自动测量系统,为操作人员及时反馈机具工作情况信息,同时缓解收割机经营户在工作过程中的计费与农户之间的矛盾。

在以上研究成果的基础上,笔者等正研制适合油菜收割的全液压伸缩式割台。当割刀前伸时用于收获油菜,而后缩时则用于收获水稻和小麦。整个前伸与后缩由液压系统操作完成。避免现有稻麦收割机改装的油菜收割机其割台所采用的拼接或挂接所带来的缺陷,提高了割台整体刚度,减少了振动。此外,研制温控脱粒技术及其装备。由于发动机在正常工作时,通过冷却水和废气排放的热能占整个发动机功率的 30 %以上,因此充分利用该部分热能对物料进行预热、预干燥,增加物料的可脱性,提高脱净率[10]

《5 与机播机收相配套的主要农艺措施》

5 与机播机收相配套的主要农艺措施

《5.1 研制出随播种一次施用的控释肥》

5.1 研制出随播种一次施用的控释肥

笔者等已研制出一种肥料控释包衣剂,该包衣剂由成膜剂、乳化剂、分散剂、消泡剂和溶剂经溶解乳化配制而成,适用于各种普通颗粒肥料的包衣。在其表面形成具有致密膜孔道的包衣膜,通过调节包衣膜的厚度、膜孔大小、膜孔密度等参数,使肥料养分的释放规律与作物的需肥规律一致,并提高肥料利用率 25 % ~45 %。用于油菜的控释肥是根据油菜对 NPKSB 等养分的需要配制成的专用控释肥,在苗期可陆续释放,4 个月后(蕾苔期)大量释放。现将第一批控释肥试验结果列于表 2,由表 2 可以看出,包膜控释肥与等量的普通复合肥比,可增产 24 %。

《表2》

表2 湖南农业大学油菜控释肥试验结果(2007)

Table 2 The results of rapseed controlled-release fertilizers by HNAU (2007)

注:所用品种为湘杂油 763

《5.2 研制出与油菜机械收获相配套的油菜催熟剂》

5.2 研制出与油菜机械收获相配套的油菜催熟剂

如前述,在我国南方多熟地区油菜收获的传统方法是两段收获法,先将油菜割倒运至田外,经摊晒或堆垛 7 ~10 天后熟后再行脱粒。使用机械收获需要收割脱粒一次完成,而油菜适宜收获期植株含水量在 70 %以上,种子含水量在 30 %以上,给一次收获脱粒带来困难。为此笔者等开展了油菜催熟剂的研究。油菜催熟剂有三个功能,一是促进角果和植株脱水;二是促进体内的营养物质向种子转运;三是促进成熟一致和适当提早成熟。研究表明,油菜催熟剂在油菜油份积累的高峰期施用,一般不会导致种子含油量的降低,但对种子的千粒重有一定的影响。由于施用催熟剂后机械收割,损失比较小,能及时腾地给后作物播种和移栽。据笔者等实验情况, 2009 年4 月28 日喷施催熟剂,5 月2 日机械收割,结果见表 3。

《表3》

表3 油菜喷施催熟剂后机械收获的产量结果(2009)

Table 3 The yield results by mechanical harvest after ripener sprad on rapeseed (2009)

《5.3 适度管理的主要措施》

5.3 适度管理的主要措施

因为冬油菜生长期间气温较低,病虫害较少等前提,笔者等提出的油菜“机播机收、适度管理”的栽培模式,主要内容是:油菜栽培的重点是抓好机播、机收两个环节,将油菜栽培管理的所有环节尽量整合到机播或机收两个环节中去,若不出现大的问题,一般不予管理,只在必须管理时再进行管理。如:播种后或油菜生产期间遇干旱,必须要进行灌溉。若病虫害大发生,要抓紧防治等等。

1)防除杂草。前作水稻收割后,要喷一次除草剂,在油菜封行前田间出现杂草要及时在行间喷施除草剂。

2)灌溉、排水。播种时遇干旱,则要及时进行沟灌,以促进出苗;在油菜生长期间遇到秋旱要及时沟灌;在秋雨多的年份,要及时清沟排水。

3)防止病虫。根据病虫测报,若春后属于高温、高湿年份,要加强菌核病的防治,若为低温高湿的年份,要加强霜霉病的防治。

《6 结语》

6 结语

湖南农业大学近年来,从农机与农艺相结合的基本思路出发,通过早熟品种选育、种植机械、收获 2010 年第 12 卷第 2 期 9 机械的推广、一次性控释肥和化学催熟剂的使用,配套新型农艺措施的实施,实现了油菜种植成本降低,种植面积扩大,油菜产量和种植经济效益的提高,试验测定,通过机械化种植油菜,每公顷纯收入可增至 4 500 元以上。