谷子機械化精少量種植工藝的研究

張東光，郭玉明，鄭德聰

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，山西 太谷 030801)

谷子機械化精少量種植工藝的研究

張東光，郭玉明，鄭德聰

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，山西 太谷 030801)

為提高谷子種植水平，加快雜糧產(chǎn)業(yè)發(fā)展，根據(jù)沁縣谷子生產(chǎn)示范區(qū)的氣候條件、種植制度和機械化作業(yè)技術(shù)條件，對谷子機械化精少量種植工藝和各作業(yè)環(huán)節(jié)作了詳細(xì)的研究分析，提供了適合本地區(qū)的機械化種植方案。經(jīng)過兩年推廣實踐，種植工藝取得良好示范效果，顯著提高谷子生產(chǎn)能力，為谷子機械化生產(chǎn)提供了有益參考。

谷子;機械化;精少量;種植工藝

山西地處黃土高原，以旱地為主，氣候溫和，光熱資源豐富。小雜糧品種以谷子、高粱、綠豆為主，種植面積和生產(chǎn)規(guī)模居全國前列。沁縣位于山西省晉東南地區(qū)，谷子種植面積約5400hm2。沁縣氣候、土壤條件優(yōu)良，晝夜溫差較大［1］，適合谷子生產(chǎn)種植，所產(chǎn)沁州黃小米品質(zhì)優(yōu)良，脂肪、可溶性糖類、粗纖維、蛋白質(zhì)含量均優(yōu)于普通小米。沁縣于2007年建成山西省優(yōu)勢農(nóng)產(chǎn)品（谷子)示范基地，示范區(qū)谷子種植面積達(dá)到3700hm2，平均產(chǎn)量3900kg·hm－2，總產(chǎn)量達(dá)1.43×106kg。按5元·kg－1元計，平均產(chǎn)值2萬元·hm－2，農(nóng)戶種植谷子的收入占人均年收入19%左右。

在谷子生產(chǎn)實際中，沁縣種植戶仍大多采用人畜力搖耬播種、石砘鎮(zhèn)壓的傳統(tǒng)谷子種植方式。采用傳統(tǒng)方式播量約675萬株·hm－2，而農(nóng)藝要求留苗45.0～52.5萬株·hm－2，間苗率達(dá)95%，導(dǎo)致播種量大、勞動強度高、間苗管理困難和收獲季節(jié)谷子易倒伏等一系列問題。在這種傳統(tǒng)模式下，種植戶多采用摻沙和秕粒等辦法來控制實際播量，以減少間苗量。雖然目前用于小麥、玉米等中耕作物的播種機［2］已日趨完善并得到廣泛推廣應(yīng)用，但對于谷子、苜蓿和牧草等小籽粒谷物的機械化播種，成熟機型的應(yīng)用還比較少［3，4］。與小型拖拉機配套的播種機，多為條播機，因谷子籽粒小，流動性好，導(dǎo)致破損率高，播量穩(wěn)定性及排種均勻性較差，未能從根本上解決谷子播種難的問題［5，6］。

為了進(jìn)一步提高谷子機械化種植水平，提高生產(chǎn)效率，大幅度降低生產(chǎn)成本，促進(jìn)農(nóng)民增收，研究谷子機械化精少量種植工藝，有著極其重要的現(xiàn)實意義。

1 谷子機械化精少量播種技術(shù)

精少量播種是谷子生產(chǎn)中關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)，它不同于傳統(tǒng)條播，也不同于精密播種，在形式上類似于穴播，又稱為半精量播種技術(shù)。谷物精少量播種可以通過精少量播種機械實現(xiàn)。與常規(guī)條播相比，采用精少量播種技術(shù)省種、省工，節(jié)約成本。

谷子、苜蓿、芝麻等小籽粒谷物的共同特性是種子極小，千粒重輕［7］（谷子的千粒重為2.5～3.0 g，傳統(tǒng)播種量一般為7.5～11.0kg·hm－2，苜蓿的千粒重一般為2.0～3.0g，傳統(tǒng)播種量一般為11.3～15.0kg·hm－2)。選用山西省太谷縣晉農(nóng)瓜菜種苗繁育場培育的“晉谷21”谷子，測定其物理機械特性，結(jié)果見表1。

表1 晉谷21種子物理特性參數(shù)Table 1 Physical property parameters of"Jingu21"

根據(jù)農(nóng)藝的要求，小籽粒谷物播種時，近距離內(nèi)必須有多粒種子同時萌發(fā)，產(chǎn)生群體效應(yīng)破土出苗，這樣才能在較短農(nóng)時內(nèi)，使谷物獲得良好發(fā)育生長條件。由于谷子等小籽粒谷物農(nóng)藝的特殊性，精少量播種可以保證種子在田間最合理分布，播種量精確，株距均勻，播深一致，為種子的生長發(fā)育創(chuàng)造最佳條件，可以大量節(jié)省種子，減少間苗用工，保證小籽粒谷物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。

谷子種植工藝的關(guān)鍵技術(shù)在于現(xiàn)有的排種器對于小籽粒谷物只能進(jìn)行精播或條播，無法實現(xiàn)精少量播種。若采用精密播種方式，會影響種子出苗、苗全和苗壯;若仍沿用傳統(tǒng)條播方式，會造成播量大、破碎率高、造成種子浪費、排種不均勻等問題，更使得后續(xù)的人工間苗勞作艱難，費時、費力。因此，選擇適合小籽粒谷物精少量播種的裝備是實現(xiàn)小雜糧機械化生產(chǎn)的關(guān)鍵。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院研制的小籽粒精少量播種機［8］為解決沁縣谷子播種的技術(shù)難題，提高種植效率，發(fā)展小籽粒谷物機械化精少量種植技術(shù)提供了有益參考。

2 谷子機械化精少量種植工藝的確定與分析

2.1 工藝的確定

根據(jù)目前小籽粒谷物播種相關(guān)機具的狀況和種植條件，按照精少量種植機械化生產(chǎn)過程，設(shè)計小籽粒谷物（谷子)機械化精少量種植工藝如下：耕翻土地——整地——播前鎮(zhèn)壓——種子處理——精少量播種——田間管理。

2.2 種植工藝環(huán)節(jié)的分析

2.2.1 耕翻土地

為培肥地力，減輕病、蟲、草害，谷子種植最好實行三年以上的輪作制。谷子輪作能夠合理利用土壤養(yǎng)分，消除和減輕病蟲草害，帶來良好的增產(chǎn)效果。根據(jù)谷子籽粒小、頂土出苗能力弱、苗期生長緩慢、易受雜草危害等特點，選擇前茬土壤環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)是（1)土壤松緊度適宜且通氣性較好;（2)保墑好，排水方便;（3)雜草少，肥力較足。根據(jù)不同作物對生態(tài)環(huán)境的影響，谷子的前茬以豆茬最好，馬鈴薯次之，其次是麥茬和玉米茬，或者高粱及煙草。前茬作物收獲后，及時進(jìn)行秋季耕翻，耕翻深度一般在20～25cm，要做到深淺一致、扣壟均勻嚴(yán)實、不漏耕。

耕翻土地要求將殘茬、雜草翻到下層，以減少病蟲害，抑制雜草生長。結(jié)合秋耕進(jìn)行施肥，基肥可在播前翻耕整地時一次性施入，一般以農(nóng)家肥為主，施入腐熟優(yōu)質(zhì)農(nóng)家肥7.5×104kg·hm－2、谷子專用肥600～750kg·hm－2，也可同時配合施入750kg·hm－2左右碳銨、磷肥。

2.2.2 整地

旱地谷子播種出苗需要的水分主要來自上年底墑，儲墑保墑是保證全苗的關(guān)鍵措施。在犁地工作完成之后，要求適時地進(jìn)行土地平整。春季地表剛化凍時就應(yīng)及早翻耙起壟，切斷土壤表層毛細(xì)管，彌合地表裂縫，以利于根系生長。整地作業(yè)要求深翻細(xì)整，反復(fù)耙耱，使土塊細(xì)碎，地面平整，減少干旱地區(qū)土壤的蒸發(fā)，達(dá)到蓄水保墑的目的。

沁縣示范區(qū)整地作業(yè)分為三個階段：一是秋耕后進(jìn)行的耕后耙，二是農(nóng)歷三九前后進(jìn)行的三九耙，三是農(nóng)歷節(jié)氣驚墊前后進(jìn)行的早春頂凌耕，整地作業(yè)要求橫耕、豎耙相結(jié)合，達(dá)到土壤平整，細(xì)碎無坷垃。

2.2.3 播前鎮(zhèn)壓

播前鎮(zhèn)壓是一道很重要的機械作業(yè)工序，其主要作用是壓碎土塊、壓實土壤，達(dá)到播種及種子出苗的土壤條件要求。

谷子適宜壟作，不適合在新翻地土壤上種植，播前鎮(zhèn)壓可以減少土壤中的大孔隙，減緩?fù)寥浪值纳⑹Ш蛿U散，起到蓄水保墑的作用;其次，谷粒種子小、頂土出苗能力差，鎮(zhèn)壓作業(yè)可以避免因為土壤疏松、孔隙大而引起播種過深影響種子的出苗等問題;再次，鎮(zhèn)壓作業(yè)還可以加強土壤毛細(xì)管隙作用，使土壤下層水分上升到表層供種子的發(fā)芽和生長的需要，使種子與土壤接觸緊密，形成有利于種子發(fā)芽、生長的良好種床。

2.2.4 種子處理

用于播種的種子，播種前要進(jìn)行種子品質(zhì)檢測，選用品質(zhì)優(yōu)良、增產(chǎn)潛力大、抗病力強、抗逆性好的優(yōu)質(zhì)新鮮品種，如晉谷21號等。其次，要搞好種子清選，對谷種進(jìn)行風(fēng)篩選、鹽水選，清除秕粒、草籽、雜物等。如將種子放于10%～15%鹽水中，撈出上面漂浮的秕粒、草籽和雜物，將下沉的種子，用清水洗2～3次。第三，清選的種子晾干后農(nóng)藥均勻拌種。拌種時應(yīng)先拌殺菌劑后拌殺蟲劑，防止地下害蟲和白發(fā)病。如防治白發(fā)病可用25%的瑞毒霉，防治黑穗病用2%的立克秀;防治地下害蟲用50%的辛硫磷;農(nóng)藥用量一般為種子量的0.3%，種子拌藥后堆悶4～6h，以利谷子出苗。

2.2.5 精少量播種

谷子的播種期主要依據(jù)當(dāng)?shù)氐耐寥馈夂驐l件確定。在沁縣地區(qū)，冬天積雪較多、氣候寒冷干旱，當(dāng)?shù)販剡_(dá)到谷子發(fā)芽溫度時可以利用解凍后土壤中的水分搶墑播種。沁州黃谷子品種一般選擇在5月10日左右土壤10cm地溫達(dá)到10～15℃時播種為宜［9］。沁縣地區(qū)在5月上中旬處于降水偏少階段，適時播種可使幼苗根系發(fā)達(dá)，谷苗壯實，可提高抗病害能力。

傳統(tǒng)種植約需種子50kg·hm－2，機械化精少量播種只用4～7kg·hm－2左右，平均節(jié)約種子45kg·hm－2。間苗工序繁雜，間苗早，則谷苗尚未出齊，間苗后又有新苗長出;間苗晚，谷苗擠扎在垅中，爭水爭肥，幼苗太弱;若間苗不及時，谷苗遇雨則根系交叉，手工拔除十分困難。

機械化精少量播種可節(jié)省種子，免間苗，提高勞動生產(chǎn)率［10］?？蛇x用山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院研制的2BX-10型小籽粒精少量播種機與12～15HP拖拉機配套。該播種機作業(yè)時由拖拉機牽引機架帶動地輪轉(zhuǎn)動，驅(qū)動環(huán)槽式精少量排種器完成充種、護種、排種過程，種子在導(dǎo)種管的保護下落入開溝器所開的溝內(nèi)，開溝器能夠通過仿形機構(gòu)確保播深。播下的種子經(jīng)覆土器和鎮(zhèn)壓輪覆土鎮(zhèn)壓之后與土壤充分接觸，保墑效果好且有利于種子出苗。2BX-10型小籽粒精少量播種機及配套動力如圖1所示。

圖1 小籽粒精少量播種機及配套動力Fig.1 Hill-drop drill for small grains with mating power

谷子精少量機械化播種要求如下：

（1)行距株距：谷子種植行距是影響出苗、生長及產(chǎn)量的一個重要因素。沁縣谷子示范基地宜采用等行或?qū)捳蟹N植。在通透性較好的山區(qū)梯田，采用等行距方式種植谷子，行距以保持25～30cm左右為宜;在通透性較差的平川地，種植行距應(yīng)保持30～40cm左右，為谷子后期生長創(chuàng)造田間通風(fēng)透光條件，以保證莖部基節(jié)壯實。采用寬窄行種植方式的主要作用在于：增強行間透光率，便于鋤草、培土等田間管理。寬行的行距35～40cm，窄行的行距20～25cm。

谷子種植株距由精少量播種機播量控制，谷子株距要與品種特性相適應(yīng)，株距密度過大，田間通透性差，谷苗爭光瘋長，稈高而纖細(xì)，易倒伏。株距密度過小，谷子出苗率低，缺苗斷壟造成損失。采用山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院研制的小籽粒精少量播種機，谷子種植株距基本保持6～8cm，滿足生長要求。

（2)播種量：沁縣谷子示范區(qū)普遍存在“有錢買籽，無錢買苗”的思想，怕干旱不保苗，傳統(tǒng)條播播種量普遍偏多，往往超過留苗數(shù)的5～6倍。谷子出苗后密集，間苗稍不及時，就要影響幼苗生長，容易造成苗荒減產(chǎn)。采用精少量方式種植谷子，播種量約4.5～7.5kg·hm－2，留苗株數(shù)約45萬株·hm－2。通過對配套的小籽粒精少量播種機具排種性能進(jìn)行測定，其各行排量一致性、總排量穩(wěn)定性、種子破碎率、播量均勻性全部滿足表2所示的技術(shù)性能指標(biāo)［11］，能夠達(dá)到谷子種植農(nóng)藝要求。

表2 技術(shù)性能指標(biāo)Table 2 Technical performance index

（3)播深：播種深度指在播種谷子過程中開溝器開溝的深度和覆土器覆土的厚度。播種深度適宜，能使幼苗出土早，消耗養(yǎng)分少，有利于形成壯苗。因為谷子胚乳中貯藏的營養(yǎng)物質(zhì)很少，播種及覆土過深，導(dǎo)致谷種在出苗過程中消耗了大量營養(yǎng)物質(zhì)，谷苗生長細(xì)弱，甚至不能破土而出，降低出苗率。播種及覆土過淺將導(dǎo)致谷種子葉中的水分容易蒸發(fā)，種子因為缺乏水分而不能發(fā)芽、生長。沁縣地區(qū)春季干旱，蒸發(fā)量大，播種層常常水分不足，谷子播深一般控制在3～5cm左右。

（4)播后鎮(zhèn)壓：沁縣地區(qū)春季風(fēng)大、十年九旱，播種后應(yīng)根據(jù)土壤墑情鎮(zhèn)壓2～3次，有保墑提墑效果，避免缺苗斷壟、毀地重播的風(fēng)險。播后鎮(zhèn)壓是沁縣等丘陵干旱地區(qū)保證谷物出苗、生長及產(chǎn)量的一道必不可少的工序。播后鎮(zhèn)壓能夠有效促進(jìn)種子快速吸水，發(fā)芽生根，對谷子等小籽粒谷物種子的出苗和生長尤其重要。對于新翻地，播種后及時鎮(zhèn)壓還能夠有效解決因土壤疏松播種過深造成的土壤松弛透風(fēng)不易保苗、苗期扎根不牢、易死苗、秋季易倒伏、秕谷率高等問題。

2.2.6 田間管理

（1)苗期管理

沁州黃谷子籽粒小，受天氣干旱、種植手段落后等因素制約，沁縣谷子示范區(qū)缺苗斷壟現(xiàn)象是普遍存在的問題，也是谷子產(chǎn)量低的主要原因。采用精少量播種技術(shù)，省卻間苗工序，但在谷子出苗后2～3葉時應(yīng)該及時查苗，5～6葉時蹲苗促壯。所謂蹲苗是指在谷子苗期通過一系列促控技術(shù)，促進(jìn)谷苗根系生長，使幼苗粗壯蹲實。一般采取壓青苗、深中耕的方式增強土壤透氣性，消除草荒，改善谷子生長的水、肥、光環(huán)境條件，利于谷苗光合作用，促進(jìn)根、莖、葉的生長。

（2)防旱防澇抗倒伏

谷子在高溫干旱條件下，容易形成空殼，降低結(jié)實率。谷子在生育后期應(yīng)保持地面濕潤，以噴灌為宜，切忌大水漫灌。沁縣示范區(qū)谷子生育后期正值雨季，防澇是后期管理的關(guān)鍵，除種植時選擇在較高地塊外，還要開溝設(shè)渠及時排澇。倒伏是谷子減產(chǎn)的重要原因之一，尤其是采用傳統(tǒng)條播種植的高產(chǎn)谷田，灌漿期倒伏嚴(yán)重。究其原因，一方面是谷子品種抗逆性差，莖桿纖細(xì)或谷瘟病感染嚴(yán)重。而更重要的原因是由于栽培和管理不善所引起的。如播種時行間過窄，條播量大，間苗過遲或水肥過多引起。

3 谷子機械化精少量種植效果分析

采用精少量播種方式，與傳統(tǒng)種植方式相比省了間苗工序，示范地留苗數(shù)平均45萬株·hm－2，谷子苗全、苗壯。圖2為2011年項目組在沁縣煙立村采用不同種植方式谷子出苗情況對比。機械化精少量種植方式（左)播種量小，出苗均勻;傳統(tǒng)條播種植方式（右)播種量大，出苗密度高，后期田間管理勞動強度大。

圖2 不同種植方式谷子出苗對比Fig.2 Emergence contrast with different drilling way for millet

精少量機械化播種株距、播量能夠精確調(diào)整實現(xiàn)合理密植。與傳統(tǒng)條播相比，避免了間苗損傷帶來的缺苗斷壟和人為多留苗造成的種植過密等問題。機械化精少量播種株壯稈粗，長勢良好，傳統(tǒng)條播由于種植過密造成莖稈纖細(xì)，遇風(fēng)倒伏。

經(jīng)山西農(nóng)業(yè)大學(xué)課題組在沁縣灰坡莊示范基地推廣試驗，機械化精少量種植方式播量均勻穩(wěn)定，有效提高了谷子抗倒伏能力。圖3所示為機械化精少量種植方式（左)與傳統(tǒng)條播方式（右)谷子長勢情況對比。

圖3 不同種植方式谷子長勢對比Fig.3 Growth contrast with different drilling way for millet

4 結(jié)論

谷子機械化精少量種植工藝連續(xù)兩年在沁縣示范區(qū)的生產(chǎn)試驗，取得了良好的生產(chǎn)效果。主要體現(xiàn)在：

（1)精少量播種技術(shù)合理控制播種量，降低種子破碎率，提高播種均勻性和穩(wěn)定性，有利于培育壯苗。

（2)改變了傳統(tǒng)條播方式，少間苗、免間苗，增加了谷物通風(fēng)透光空間，植株抗倒伏能力顯著提高。

（3)機械化種植技術(shù)加深耕層，合理鎮(zhèn)壓，增強了土壤蓄水保墑能力，有效增加糧食產(chǎn)量。

經(jīng)過課題組人員對示范村戶的實地調(diào)查，采用精少量機械化種植省工、省力、省種，特別是實施精少量播種減少了間苗環(huán)節(jié)和工序，顯著降低人力勞作強度和時間，大大解放了生產(chǎn)力，為谷子種植戶增加收入約2250元·hm－2。谷子機械化精少量種植工藝為提高沁縣地區(qū)谷子生產(chǎn)能力，有效擴大小雜糧單位產(chǎn)量提供了有益參考，具有較大推廣空間。

［1］王正旺，龐轉(zhuǎn)棠，郭春生.沁州黃谷子種植氣象條件分析及管理［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2008（10)：134-135.

［2］崔清亮，秦剛，王明富.幾種典型精密排種器的對比分析［J］.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2003，23（1)：69-71.

［3］Jafari J F.A study of the metering of free following particulate solids using multi-flight screw.Proceedings of Institution of Mechanical Engineers［J］，1991，205：113-120.

［4］Gianini G R，Chancellor W J，Garrett R E.Precision planter using vacuum for seed pickup［J］.Transaction of the ASAE，1967，10（2)：607，614.

［5］張東光，郭玉明，李洨澤.小籽粒谷物精少量播種機研究現(xiàn)狀與進(jìn)展［J］.當(dāng)代農(nóng)機，2008（4)：69-70.

［6］LePori W A，Porterfield J G，F(xiàn)itch Jr E C.Fluidic control of seed metering［J］.Transaction of the ASAE，1972，17（3)：463-465.

［7］張東光，郭玉明.小雜糧物料特性與粗加工技術(shù)及裝備的研究［J］.包裝與食品機械，2009（5)：17-19.

［8］張東光，郭玉明，鄭德聰，等.2BX-10型小籽粒精少量播種機的研制［J］.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2010，30（5)：461-463.

［9］王紅梅.以集成綜合技術(shù)推進(jìn)沁州黃谷子標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)［J］.農(nóng)民科技培訓(xùn)，2011（10)：33-34.

［10］Zhang，D and Guo，Y，in IFIP International Federation for Information Processing［C］.Volume 293，Computer and Computing Technologies in AgricultureⅡ，VolumeⅠ，eds.D.Li，Z.Chunjiang，（Boston：Springer)，pp.2009，155-160.

［11］中華人民共和國機械工業(yè)聯(lián)合會.谷物播種機技術(shù)條件［S］.JB／T 6274.1-2001，2-3.

Research on Mechanized Hill-drop Planting Processes for Millet

ZHANG Dong－guang，GUO Yu-ming，ZHENG De-cong
（CollegeofEngineering，ShanxiAgriculturalUniversity，TaiguShanxi030801，China)

In order to improve millet cultivation techniques and accelerate the grain industry，based on climatic conditions，cropping systems and mechanization technical conditions in the millet production demonstration area of Qin County，the planting processes for millet were designed，the step of the processes was analyzed in detail，and a mechanized program which was appropriate to the planting region was provided.After two years of promotion by research group，planting processes significantly improved the millet productivity，which had a good demonstration effect.Hilldrop planting processes came up with a useful reference of mechanized production for small grain crops.

Millet;Mechanization;Hill-drop;Planting process

S223.2

A

1671-8151（2011)06-0563-05

2011-10-17

2011-11-07

張東光（1983-)，男，助教，主要從事農(nóng)業(yè)機械化工程方面的研究。

郭玉明，教授，博士生導(dǎo)師。Tel：;E-mail：guoyuming99＠sina.com

山西省科技攻關(guān)重大項目（20090311043)，科技部農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化項目（2009GB2A300037)

（編輯：武英耀)