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青贮玉米全程机械化生产技术与配套机具的研究现状及发展思路

职称驿站所属分类:农业经济科学论文发布时间:2020-09-12 09:08:09浏览:1

随着畜牧业的快速发展,对优质饲料的需求量越来越大,农村产业结构也随之调整。農业农村部自2015年提出和实施的“粮改饲”措施,积极推动“粮食-经济作物”的二元结构向“粮食-经济作物-饲料作物”的三元结构转变

   摘要:随着畜牧业的快速发展,对优质饲料的需求量越来越大,农村产业结构也随之调整。農业农村部自2015年提出和实施的“粮改饲”措施,积极推动“粮食-经济作物”的二元结构向“粮食-经济作物-饲料作物”的三元结构转变,引导以全株青贮玉米为主的优质饲料种植规模的扩大。青贮玉米凭借其营养丰富、适口性好、产量大、耐贮藏、效益高等特点,在青贮粗饲料中优势越来越凸显。因此,对于精品畜产品的发展和提高养殖及种植经济收益,青贮玉米的种植具有极大的推广价值。阐述青贮玉米全程机械化生产的发展意义,介绍目前的研究现状、关键技术、配套机具,指出青贮玉米在国内发展中存在的问题,并提出发展建议,为青贮玉米全程机械化生产进一步研究和推广提供指导和借鉴。

  关键词:青贮玉米;全程机械化;关键技术;配套机具

  中图分类号:S233.73 文献标志码: A文章编号:1002-1302(2020)13-0047-06

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  《农业发展与金融》(月刊)创刊于1995年,由中国农业发展银行主办。本刊坚持为社会主义服务的方向,坚持以马克思列宁主义、毛泽东思想和邓小平理论为指导,贯彻“百花齐放、百家争鸣”和“古为今用、洋为中用”的方针,坚持实事求是、理论与实际相结合的严谨学风。

  由于国际市场竞争激烈,为了降低饲养成本,提高畜产品质量和经济效益,畜牧业发达国家逐步减少了粮谷饲料和干草用量[1]。营养丰富的青贮玉米饲料以其适口性好、易消化、产量大、耐贮藏、经济效益高等特点,迅速成为牛、羊等草食动物喂养的重要饲料来源和替代品之一,青贮玉米是提高奶牛产奶量和奶质的重要保证之一[2]。在粗饲料缺青的冬春季节,青贮玉米作为重要的越冬饲料,有效地保证了反刍动物的营养需求,使家畜能够终年保持较高的营养状态和生产水平[3]。

  随着我国农村产业结构的调整,养殖方式和养殖技术已发生重大转变,传统散养模式也变革为集中饲养,使得养殖业迅速发展[4]。我国虽然是农业大国,但是相比于发达国家,畜牧业发展相对落后,较少的草原和优质草料资源是制约畜牧业发展的主要原因之一[5]。尤其是草原退化,北方冷季,传统草原畜牧业也陷入饲草不足,冬春季饲草短缺严重的状况,造成经济效益低下[6]。随着“粮改饲”的实施和种养业结构优化,农村农业“粮食-经济作物”二元结构逐步向“粮食-经济作物-饲料”三元结构调整。青贮玉米因其种植管理方便,生育期短,种植效益高,有效地缓解了农牧交错带的粮饲争地,解决了秸秆利用和焚烧等问题,因此,青贮玉米的需求量和种植面积逐年增加[7]。在此背景下,青贮玉米全程机械化生产配套技术具有极大地推广和应用意义,特别是在冬春缺青季节时间较长地区,青贮玉米全程机械化生产技术的加速应用和相关作业机具的研发迎来了前所未有的发展机遇[8]。

  全面提升青贮玉米全程机械化技术对于青贮玉米的规模化种植和畜牧业的快速发展具有明显的促进作用,不仅能够有效地利用农作物资源,提高青贮玉米的产量和利用率,还能为畜牧业发展提供质优价廉的青贮饲料,降低养殖成本,提高农户的种植和养殖收入[9]。最终促进农业的可持续发展,提高农业机械化整体发展水平,推进农业现代化进程,保障饲料安全和供给。

  1国内外青贮玉米发展概况和应用现状

  青贮玉米是指在乳熟末期至蜡熟前期包含果穗在内的整株玉米经切碎加工、贮存发酵后,调制成青绿多汁的饲料,用于饲喂牛、羊等为主的草食家畜[10-11]。青贮玉米主要分为3种类型:青贮专用型玉米、粮饲兼用型玉米和粮饲通用型玉米。青贮专用型玉米是指收获玉米植株全株,适合作青贮的专用玉米品种;粮饲兼用型玉米是指先收获玉米籽粒用作粮食或配合饲料,再收获青绿茎叶用作青贮;粮饲通用型玉米是指该玉米品种既可作为普通玉米品种,也可作为青贮玉米品种[12-13]。

  在国外许多畜牧业发达国家,青贮玉米是乳肉产业的重要饲料来源,是公认的单位面积产能最高效的优质粗饲料。如美国、加拿大、德国、法国等国家早已培育出大量的青贮专用玉米进行全株青贮,使用历史已有上百年。2017年,美国全株青贮玉米种植面积就已达266.66万hm2,每年青贮玉米种植面积占玉米总面积7%以上;德国青贮玉米种植面积达 213.33万hm2,每年青贮玉米种植面积占玉米总面积的85%以上;欧洲总种植面积达613.33万hm2[14-15]。

  我国青贮玉米的应用发展于新中国成立后,主要在一些大型畜牧场推广。改革开放后,随着粮食形势的根本好转,才逐步扩大青贮玉米在玉米产区的种植[16]。与发达国家相比,我国青贮玉米育种起步较晚,20世纪80年代,我国才有专用的青贮玉米品种。2017年,我国青贮玉米种植面积为 146.66万hm2,仅占玉米种植总面积的4%,由此可见,我国青贮玉米种植面积与玉米种植总面积之比与西方国家差距较大[17]。1.0 hm2的青贮玉米可产出相当于1.5 hm2籽粒玉米产出的动物可吸收营养物质,是当前单位面积增产和农民增收的有利途径。而我国人口多,自然草资源占有量少,青贮玉米的大规模种植能够保障人们日益增长的肉奶和畜牧业的快速发展需要[14]。

  自2015年农业农村部“粮改饲”措施以及2017年《粮改饲工作实施方案》和《2019年农业农村绿色发展工作要点》的制定和实施,有效优化了种养业结构,促进了我国农牧业的协调健康发展,实现了种、养、奶业经济效益和社会效益最大化。

  2青贮玉米全程机械化生产推广意义

  影响青贮玉米质量和营养品质的因素很多,除了青贮原料本身之外,青贮玉米全程机械化程度也是决定青贮玉米品质及生产效益的关键环节之一。在美国、澳大利亚等农牧业发达国家,青贮玉米饲料的生产已实现了全程机械化,形成了科学的配套机械化技术,不仅提高了作业效率,也保障了青贮饲料的品质[18]。但我国许多地区生产作业还不能实现全程机械化,尤其是收获作业一直处于人工收获与小型机械结合的阶段。自2007年全株青贮玉米的推广应用以来,由于机械化程度低、人工使用量大、生产成本高、原料生产季节性强、生产效率低等诸多因素限制,严重影响了我国青贮玉米种植的规模化发展,青贮饲料制作总量仍受到很大程度的限制[19]。

  机械化生产是现代化畜牧业与传统畜牧业的最大区别,使用机械代替人工作业是种养业提高效率和降低成本的主要方式,也是推动畜牧业生产实现规模化、产业化的必由之路[20]。相关研究表明,机械化作业的生产效率与半机械化作业和人工作业比例为20 ∶5 ∶1,而机械化作业成本与半机械化和人工作业比例为0.45 ∶0.75 ∶1.00,机械化的高效便捷有效地促进了青贮饲料大量生产制作[21]。

  青贮玉米全程机械化生产技术是一项综合组装配套技术,主要包括机械化整地、机械化播种、机械化田间管理、机械化收获、机械化贮存。因此,与半机械化生产和人工作业相比,青贮玉米全程机械化生产的优势主要体现在:(1)有利于种养结合,缓解种养矛盾,形成良性循环,保障农业可持续发展;(2)降低农民种植成本,减轻劳动强度,达到节本增效目的;(3)有利于增强农产品的产后加工能力,延长青贮玉米的产业链条,提高农业综合生产能力[22];(4)进一步提高地区农业机械化装备水平,促进农村农业的结构优化调整,推动青贮玉米的规模化种植,提高种养户收入[22];(5)有效减少风蚀,防止水土流失;(6)大幅提高肥料、农药利用率,减少环境污染,促进绿色可持续发展[23];(7)有利于形成全株青贮玉米生产高标准和高效益的良性循环,促进标准化生产推广普及;(8)为畜牧业发展提供充足、廉价、优质的饲料,提高畜牧产品的市场竞争力;(9)推动牲畜舍饲圈养,促进发展生态畜牧业之路;(10)使得青贮玉米易于运输和商品化,提高农户种植积极性,推动青贮玉米生产健康发展[24]。

  3青贮玉米全程机械化生产关键技术

  3.1青贮玉米生产技术要求

  笔者通过查阅和总结相关资料文献,得知种植青贮玉米与普通籽粒玉米的机械化模式在收获前基本相同[22,25]。但由于我国国土面积较广,各地区地理因素差异性较大,面对不同的青贮玉米品种、土壤类型、地质地貌及生态环境等,工艺技术要求也存在差异。

  3.1.1耕整地适于种植普通籽粒玉米的地块均可种植青贮玉米。由于青贮玉米植株高大、生物产量高、需肥需水多、根系发达,土质疏松、肥沃且有机质含量丰富的地块有利于高产[26]。因此,青贮玉米播种前,需精细整地且土壤深耕达到24~30 cm。根据具体需要,深耕施足底肥,使得土壤疏松、易于耕作、地面平整、肥力充足,从而有利于保水、保肥、增温、蓄水保墒等,为播种和种子萌芽出苗创造适宜的土壤环境[27]。同时,根据不同地区气候、地势、湿害、后期机械作业等情况,合理选择是否需要起垄[28]。

  3.1.2播种全株青贮玉米同籽粒玉米种植所需的水肥和耕播方式基本相同[29]。根据不同地区气候、地势、青贮玉米品种等情况,选择覆膜或不覆膜、穴播或条播的播种方式。以耕层5~10 cm处地温在10~12 ℃适宜,种植密度一般高于普通籽粒玉米,播种要求通常为播深5~6 cm,行距60~70 cm,株距20~30 cm,种肥施于种子侧下方5~8 cm处[30-33]。可利用机械化精量播种技术,进行开沟、播种、施肥、覆土和镇压一体化作业。

  3.1.3田间管理苗青地净是青贮玉米高产的必要条件,通过中耕除草、追肥、植保除虫等措施改善青贮玉米生长条件。在青贮玉米生长期间,根据具体情况需进行2~3次中耕,一般早期浅后期深,以及数次的灌水、追肥及培土,追肥主要以尿素类氮肥为主,从而保证玉米健康生长,促进根系发育,预防倒伏[33-34]。此外,为减少青贮玉米在播种期、芽苗期、穗粒期等各个生长阶段出现病虫害及杂草等因素的影响,保证青贮玉米产量,科学地植保作业也至关重要[35-36]。

  3.1.4收获青贮玉米对于收获及时性要求较高,最佳收获期是玉米籽粒尚未饱满、茎叶青绿,处于乳熟末期至蜡熟初期,平均含水量为50%~70%,适宜持续收获时间为10 d左右[37]。还需合理留茬,防止泥土中的杂菌污染原料。此外,由于青贮干物质含量要求,切割长度最好不超过 2 cm[38-40]。国内收获工艺可分为分段(2次)收获法和直接收获法[41-42]:(1)分段(2次)收获法。利用手工或玉米割晒机将青贮玉米茎秆割倒在田间,然后运到貯存地点,用固定式切碎机进行切碎后进行贮存。(2)直接收获法。用悬挂式青贮玉米收获机或带有玉米割台的牵引式、自走式青贮玉米收获机,直接收割在田间直立生长的整株玉米,切碎并将其抛送到普通拖车或专用拖车中,然后运到贮存地点,进行贮存。

  3.1.5贮存窖贮和圆捆裹膜贮是国内外应用最为普遍的2种贮存技术方式,2种方式对于全株青贮玉米的营养物质含量产生效果基本相同[43]。在物料贮存过程中,根据贮存方式不同,也可加入尿素或氨等畜牧添加剂,进行氨化和碱化处理后,经过40~50 d的密封厌氧发酵后,即可取用喂食[44]。(1)窖贮。窖贮是将粉碎后的青贮玉米装入青贮窖,层层压实,并用塑料薄膜盖严,可再用废轮胎或装沙土袋盖压,确保不透气、不透水,以防青贮饲料氧化和腐烂变质。(2)圆捆裹膜贮。圆捆裹膜贮包含2道作业工序,先用圆捆打捆机将粉碎后的青贮玉米压实成圆柱形草捆,再用拉伸膜裹包机对草捆进行包裹,存放于贮存场地。包膜青贮饲料保质期可达1~2年,具有易于运输、存取方便、商品化的特点[45]。也是如今国内外广泛推广的先进贮存方式。

  3.2青贮玉米全程机械化关键机具

  3.2.1耕整地机具耕整地机械具有打破犁底层、恢复土壤耕层结构、消灭杂草、减少病虫害、提高土壤蓄水保墒能力、平整地表、提高农业机械化作业标准等作用[46]。常见的耕整地机械有铧式犁、旋耕机、圆盘耙、镇压器、联合整地机等,其中联合整地机是一种多功能、较为先进的大型耕整地机械,与中大型拖拉机配套的复式作业机械,可1次完成灭茬、旋耕、深松、起垄、镇压等多项作业工序,具有作业效率高的特点[47]。

  丹麦禾沃的Triple-Tiller联合整地机见图1。该机是一款既可用于灭茬耕地,也可用于深耕0~40 cm范围的综合型耕整设备,独特之处在于25 cm的齿行距,在任何环境下都能带来完美的耕地及松土效果。牵引式和三点悬挂的Triple-Tiller联合整地机分别有工作宽度为3~5 m的多种规格,可选配弹簧齿、安全螺栓固定齿、双弹簧自动复位齿3种类型的过载保护和V型辊、T型辊、S型辊3种类型的镇压辊,根据需要可进行多种方案选配。

  我国的耕整地机械功能较单一,同一机型多样化程度不足,无法满足复杂地形多样化作业要求,与国外同类型农机具相比还存在较大的技术差距[47]。比较典型的产品有中国一拖有限公司生产的东方红1SZL-250深松机,河北农哈哈机械集团有限公司生产的1SZL-250深松整地联合作业机,新疆机械研究院股份有限公司生产的牧神1ZL-7.0 联合整地机。

  3.2.2播种机具精密播种作为当前播种的主要方式,精量播种机相比于传统播种机,具有科学性强、对土壤扰动小、可提高播种可靠性和发芽率、可免耕作业等优势,1次完成开沟、施肥、播种、覆土和镇压等多项作业。精密播种机主要有气吸式和机械式精密播种机2种,各有优缺点[48-49]。

  意大利马斯奇奥生产的MTR系列气吸式精密播种机见图2,它能够通过更换种盘,实现不同作物的播种,保证1穴1粒,播种精度高、工作稳定、故障率低、维护方便,可在残茬地作业。自带的排种监控器作业时能够实时监控,第一时间发现漏播,并根据地块大小可选配4~18行适应不同地块进行播种作业。

  国内的玉米精密播种机研究比国外发达国家相对较晚,典型产品有现代农装科技股份有限公司生产的2BQX-6Q玉米精密播种机,河北农哈哈机械有限公司生产的2BYQF-3/4/6/8气吸式精量播种机,山东大华机械有限公司生产的2BMYZQ-4A/6A免耕精量播种机。目前,国外的精量播种机自动化技术相对较高,大多安装排种监控装置;而国内精量播种机虽然品种较多,相关技术研究也比较广,但其实用性还有待进一步完善和提高。

  3.2.3田间管理机具中耕施肥机械能够在农作物生长期间一次性完成松土、除草、表土破板结、培土、追肥等多项作业,达到改善土壤状况、蓄水保墒、消灭杂草、提高地温、促使有机物的分解和农作物生长发育的作用[50-51]。国外中耕机具自动化程度高,根据农艺要求在作业时调整作业深度和行距,稳定性好;而国内中耕机械虽然品种较多,但发展参差不齐,自动化程度略低。普遍存在的零散地块或小地块,多以微耕機械为主,工作效率不高。因此,随着农业现代化需要,玉米中耕施肥机械也向着自动化、智能化方向发展[52]。

  高效植保机械有助于科学施药、防治病虫草害、保障粮食稳产增产、有效减少环境污染以及防护人身安全。特别是青贮玉米在中后期生长阶段,植株较普通玉米高,植保作业难度较大,而合适的植保机械能够有效地降低在植株较高和密集生长状态下的植保难度,也促进了高秆植保机械研究和发展[53]。国外发达国家主要以中型、大型喷雾机为主的地面植保机械和农用飞机、智能无人机等航空植保机械相结合,形成立体防治体系,实现了专业化、现代化、智能化植保机械体系;国内植保机具与发达国家相比仍有较大差距,还是以背负式手动喷雾器、背负式机动喷雾器、机载(机引)式喷杆喷雾机为主[54-56]。目前,我国植保机械正处于快速发展阶段,高效的植保无人机、拖拉机配套的喷杆喷雾机具等新技术、新产品已广泛应用。

  3.2.4收获机具青贮饲料收获机类型按与拖拉机的挂接方式,可分为悬挂式青贮饲料收获机、牵引式青贮饲料收获机、带割台的自走式青贮饲料收获机以及场上固定式作业的青贮饲料收获机[57]。利用先进适用的青贮玉米收获机械,可一次性完成整株青贮玉米的切割、粉碎、输送、装车等工序,同时避免植株在收获过程中曝晒和堆压发热,最大程度保持物料的养分和水分,保证饲料的质量[58]。

  德国克拉斯公司生产的JAGUAR 900系列自走式青贮饲料收获机见图3。该收获机具有舒适的驾驶室和自动装载系统,动力高达650.18 kW,柴油箱容量达1 500 L,底盘配有装载和控制线路的轮压调节系统。除装配多种作物籽粒破碎器和无级切割长度调节系统外,还搭配不同压辊设计,能够满足不同需求,达到较高作业效率和质量要求。

  我国青贮饲料收获机研究较晚,技术相对落后, 多数使用国外引进机械,并在此基础上,研发设

  计出适应我国国情和各地需求的青贮饲料收获机。国内目前比较典型的产品有中联重科股份有限公司生产的FL3000A谷王青饲料收获机,石家庄美迪机械有限公司生产的9QZ系列自走式青饲料收获机,新疆机械研究院股份有限公司生产的4QX-1200型青贮饲料收获机。针对我国青贮玉米种植模式和符合我国国情需求,大中型、自动化、智能化的青贮饲料收获装备的开发与应用将成为必然趋势。同时,集收获与打捆一体技术的青贮玉米收获装备也将成为发展研究的方向。

  3.2.4贮存机具打捆包膜一体机是将粉碎好的青贮原料进行高密度压实打捆,再利用拉伸膜包裹起来,创造一个厌氧发酵环境,最终完成饲料的发酵。相比于传统的窖存,裹膜青贮封闭性较好、营养成分损失少、能长期保存且能够避免发生2次发酵,便于运输,有利于青贮饲料商品化,对饲料青贮加工的发展有十分重要的意义[59]。

  挪威格兰集团生产的6350 FlexiWrap SC-14/25圆捆包膜一体机见图4。能够一次性完成打捆和包膜作业,草捆尺寸可达1.25 m×1.20 m。具有固定仓全辊设计和高速卫星式环包系统,包膜台连接打捆机后仓门,打捆后的草捆可直接掉落在包膜台上。此外,较低的包膜台高度设计使得卸包动作轻柔,避免损坏包膜,还可选配立放卸包装置,达到作业高效、可靠。

  国内打捆包膜机具典型产品有上海世达尔现代农机有限公司生产的TSW打捆包膜一体机,山东五征集团有限公司生产的MW1010H细碎型打捆包膜一体机,甘肃省机械科学研究院有限责任公司生产的9YCL-1.0青贮饲料联合打捆机。目前,大多数的青贮饲料机械中青贮收获、打捆、包膜多为分开作业, 劳动强度高,工作效率低,不符合现代农业

  集约化的发展趋势,集打捆、包膜一体机械则是未来青贮机械的发展方向[59]。

  4结论和建议

  近年来,我国青贮玉米全程机械化技术的研究已被广泛推广,并取得了较好的效果,但也存在一些问题。(1)配套机具技术有待完善。首先青贮玉米相关配套机具作业性能不够稳定;其次满足高效的机械化青贮玉米中耕追肥技术有待解决。青贮玉米中后期的中耕追肥是其高产栽培的必要环节,但鉴于对土壤及地表环境造成不良影响和对玉米植株造成损害,机械化中耕追肥技术还需深入研究和改善提高。(2)研究和试验无地区适应性。我国国土面积较广,各地区地理因素差异性较大,面对不同的青贮玉米品种、土壤类型、地质地貌及生态环境,青贮玉米全程机械化技术对作物产量、质量和土壤结构的影响也存在差异,需因地制宜地研究及试验青贮玉米全程机械化技术。(3)推广及应用问题。我国普遍存在小农经济模式,依然保持传统种植方式,农村地块分散,以人工和小型机械结合为主等。在推广青贮玉米全程机械化技术时,从经济实用方面来讲,个体农户很难配备整套农机具。此外,农艺农机技术规范和标准的不统一,也限制了全程机械化技术的推广和应用。

  针对以上存在的问题,提出了以下几点研究发展建议。(1)注重与国际接轨,吸收国外成功经验,加大对青贮玉米全程机械化技术研究和配套机具研发的投入;(2)从区域多样性角度出发,规范化、科学化、标准化青贮玉米全程机械化生产技术的研究,还需注重农机农艺结合,研发适宜当地作业情况的配套农机具;(3)建立青贮玉米全程机械化生产示范区,起到推广宣传作用,让农户切身体会青贮玉米全程机械化生产优势;(4)建立扶持专业的农村合作社,化零散地块为整块,推广“种、养、销”一体的集合模式,充分发挥大型机械作业效能。

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《青贮玉米全程机械化生产技术与配套机具的研究现状及发展思路》

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